高矿化度矿井水“零排放”处理工程实例

李庆亮(博天环境工程(北京)有限公司，北京 100011)

0 引言

随着国家环保政策的提出和流域污水处理能力已经接近饱和状态,生产和污水排放的审批也越来越严格,大型煤化工企业智能利用废水进行零排放处理[1]，寻求处理效果更好，工艺稳定性更强、运行费用更低的废水处理工艺，实现废水“零排放”，目前已成为煤化工自身发展的需求和外在要求[2]，随着环保日益严格，废水零排放已经内蒙古、宁夏等西北主要煤矿开始实施，文章通过工程实例介绍了宁东矿区矿井水及煤化工废水处理利用项目二阶段矿井水“零排放”资源化利用的工艺流程。

1 工程概况

宁东矿区矿井水及煤化工废水处理利用项目二阶段矿井尾水来自于宁东煤化工园区清水营、灵新和梅花井煤矿预处理外排水经一阶段处理后的浓盐水，经本工程处理后产品水水质要求达到初级再生水水质指标，送至一阶段产品水罐；资源化副产品氯化钠品质不低于GB/T 5462—2015《 工业盐》标准中的精制工业盐一级标准要求，硫酸钠品质不低于GB/T 6009—2014《 工业无水硫酸钠》标准中的Ⅰ类一等品标准要求，最终实现工业废水“零排放”。

2 废水的水质分析

进入本系统的矿井水浓盐水375 m3/h，具体水质如表1所示。

表1 进水水质

根据水质数据分析矿井尾水具备以下水质特点：

(1)硬度高。矿井尾水中的钙离子(156.4 mg/L)、镁离子(46.9 mg/L)等浓度较高，膜浓缩过程中易结垢，导致清洗频繁，影响系统的安全稳定运行。

(2)SiO2含量高。矿井尾水处理系统的进水二氧化硅浓度为35.17 mg/L，废水经过高倍率的膜浓缩后，废水中的硅极易造成膜浓缩单元、蒸发结晶单元的结垢，导致膜浓缩单元和蒸发结晶单元清洗频繁，影响系统的安全稳定运行。

(3)COD含量高。矿井尾水中的COD(60 mg/L)经过高倍率的膜浓缩后，极易造成膜浓缩单元中膜的有机物污染，会影响结晶盐的白度、纯度和品质，导致膜浓缩单元和蒸发结晶单元清洗频繁，影响系统的安全稳定运行。

3 工程流程及说明

矿井尾水废水经泵提升至高效沉淀池，通过加入除硬剂和混凝剂，去除水中大部分悬浮物和硬度。依靠高差自流进入V型滤池，进一步降低出水的浊度；V型滤池产水经泵提升至超滤系统，截留微小的颗粒；超滤出水再经树脂软化进一步除硬；除硬后的水经高压泵加压进入纳滤分盐系统，通过连续NF膜将一价盐(Cl-)和二价盐(SO42-等)初步分离，纳滤产水和浓水分别进入纳滤产水池和浓水池进行收集。

图1 工艺流程图

如图1所示，纳滤产水通过泵加压进入低压反渗透系统，通过低压抗污染反渗透膜脱盐和浓缩，产水达标进入回用水池，浓水进入高压反渗透系统进一步浓缩，进入2#高效除COD装置，降低水中COD含量，提高氯化钠产品的白度；出水进入高效除硅装置，通过投加镁剂、PFS等降低浓水中硅含量。经过除硅后的氯化钠浓缩液通过预热器加热，再经过脱气器、MVR蒸发器进一步浓缩，后送入氯化钠三效结晶器，结晶盐经离心干燥系统得到氯化钠产品盐。

纳滤浓水进入高效除COD装置，降低水中的COD含量，提高硫酸钠产品的白度。1#高效除COD装置出水通过高压反渗透膜对纳滤浓水进行浓缩减量，产水达标进入回用水池，浓水经预冷器预冷后进入冷冻结晶系统产生芒硝，芒硝离心分离后，送入熔融结晶系统，再经蒸发、离心分离、干燥，得到硫酸钠产品盐。

NaCl母液和Na2SO4冷冻结晶母液合并为杂盐母液进入杂盐结晶器产生杂盐，再经离心分离工序将杂盐量尽量降低，杂盐结晶及离心系统产生冷凝液进入回用水池。

4 主要结晶工艺说明

4.1 氯化钠结晶单元

纳滤产水首先进入氯化钠结晶单元低压反渗透，经过低压反渗透浓缩后，浓水进入高压反渗透进一步浓缩。高压反渗透浓水经过除COD、除硅、除SS、除碱度后进入氯化钠蒸发结晶装置。

经预处理后的浓缩液进入MVR蒸发单元进一步浓缩，浓缩后将TDS≥200 000 mg/L的浓缩液送入氯化钠三效结晶单元进行氯化钠的结晶，结晶盐经离心分离、干燥将氯化钠予以回收。一般三效蒸发具有较高的性价比，同时可以分别控制各效温度，有利于分盐操作[3]。

4.2 硫酸钠结晶单元

纳滤浓水侧二价盐浓缩的同时，COD也因富集而升高，为了保证硫酸钠产品盐的品质，采用冷冻结晶重结晶工艺：纳滤浓水经过前处理系统1#高效除COD装置去除COD，再进入硫酸钠高压反渗透装置进一步浓缩、减量，产水进入回用水池。硫酸钠高压反渗透浓水进入硫酸钠冷冻结晶装置。

纳滤浓水侧浓液经预冷器预冷后进入冷却结晶换热室与冷媒换冷(料液温度控制在5 ℃)，形成一定的过饱和度，冷冻循环液在结晶器中形成芒硝，再将离心分离的芒硝送入熔融结晶系统，即芒硝送入热融罐加热至30～40 ℃，使得十水硫酸钠溶解形成过饱和硝液，该饱和溶液经蒸发、离心分离、干燥将其中的无水硫酸钠予以回收。

5 工程运行效果

本工程处理工艺运行稳定，产品水各指标均达到初级再生水水质指标，满足回用要求。副产品氯化钠的纯度达到99.6%＞98.5%优于GB/T 5462—2015标准中的精制工业盐一级标准要求。副产品硫酸的纯度达到99.7%＞99%优于GBT 6009—2014标准中的I类一等品标准要求[4]。

6 结语

针对矿井水尾水的高硬度、高SiO2及高COD的三高水质特点，本系统综合了连续纳滤、高压反渗透、高效除硅、MVR、多效蒸发、冷冻结晶、冷冻纳滤、熔融结晶等典型工艺，有效提升了分盐的品质，实现更高的资源化利用。对国内工业零排放具有重要的借鉴和示范作用。