鎮(zhèn)城底礦井水處理系統(tǒng)的改進

礦井水處理嚴重滯后作為中國的基本能源，煤炭在中國的能源消耗中所占比例為70%。煤礦在采掘過程中，礦井深部巖層、煤層會產(chǎn)生大量的礦井水，若不經(jīng)處理直接排放會對自然生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞，還會造成水資源的浪費。當前，我國環(huán)境保護及管理形勢嚴峻，礦井水處理不達標，已經(jīng)嚴重制約煤礦的正常生產(chǎn)秩序。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，2017年我國礦井水的年排放量達78.6億m1礦井水處理系統(tǒng)鎮(zhèn)城底礦位于西山煤田的西北邊緣，地處古交市西北，汾河延井田北部穿過，礦井設計生產(chǎn)能力150萬t/a，礦井涌水量1800m為處理礦井水配套建設了一座處理量40500m2礦井水過濾系統(tǒng)膜分離技術為了實現(xiàn)礦井水的中水復用和零排放，鎮(zhèn)城底礦采用超濾（UF）-反滲透（RO）雙膜分離技術，對原有的礦井水過濾系統(tǒng)進行技術升級改造。膜分離技術作為新型分離凈化與濃縮技術，主要用于礦井污水的深度過濾回用工程中，通過物理作用將礦井水逐步進行分離、分級、提純與富集的技術。鎮(zhèn)城底礦水處理站主要采用超濾（UF）-反滲透（RO）雙膜技術，技改后礦井水處理系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。2.1超濾系統(tǒng)的組成超濾技術采用壓力差作為推動礦井水流動進行篩孔分離凈化的技術。超濾膜（UF）的材質(zhì)主要為聚氯乙烯等無機膜材料，其孔徑約為0.002μm～0.1μm，截留相對分子質(zhì)量大約為500～500000。在系統(tǒng)的壓力差推動下，礦井水從高壓的料液側(cè)透過超濾膜（UF）過濾到低壓側(cè)，從而得到過濾后的凈化液體，而相對分子質(zhì)量較大的雜質(zhì)則被截留。超濾過程是動態(tài)的，但雜質(zhì)分離則是在流動狀態(tài)下完成的，截留的雜質(zhì)包裹在超濾膜表面，只需通過清洗即可恢復使用效果。完整的（UF）超濾系統(tǒng)主要由水泵、自動反洗預過濾器、超濾膜（UF）組件、反向過濾泵、PLC控制系統(tǒng)和檢測裝置構成。超濾系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)進行自動運行管理，實現(xiàn)了礦井水的過濾、系統(tǒng)內(nèi)部的自動反沖洗、壓空吹掃及故障自檢功能，超濾系統(tǒng)的主要運行流程如下：1）進水過濾：經(jīng)混合沉淀和原水過濾系統(tǒng)處理后的礦井水，流入回用水池，再由超濾進水泵將水泵入UF超濾裝置。水流經(jīng)超濾膜柱的底泵入膜柱內(nèi)部，水壓為0.2MPa。UF超濾處理系統(tǒng)的膜柱內(nèi)部的水流方向是由外向內(nèi)的擠壓方式，單個超濾膜柱的產(chǎn)能約5t/h。2）反向過濾清洗：UF超濾系統(tǒng)在處理礦井水時，為保護超濾膜的使用壽命，PLC控制系統(tǒng)會按照設定程序定期對UF超濾膜進行反沖洗，以保證其使用壽命。反沖洗時，水泵會將回水從膜柱的純凈水出口逆向沖入膜柱，這種由內(nèi)而外的反向沖洗方式，可有效將截留在UF超濾膜上的懸浮物質(zhì)沖洗掉。2.2滲透工藝及處理RO反滲透膜技術是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜而將這些物質(zhì)和水分離開來。反滲透膜的膜孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等。系統(tǒng)具有水質(zhì)好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點。RO反滲透工藝主要包括預處理、反滲透及后處理三部分。1）預處理：經(jīng)超濾系統(tǒng)過濾后的回用水，可降低大顆粒物質(zhì)對RO反滲透膜的損失。通常在預處理過程中，利用提升泵將水壓提升到一定高度，使其達到反滲透裝置所需的壓強，保證RO反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；在回用水中添加阻垢劑主要預防懸浮物質(zhì)在RO反滲透膜表面結(jié)垢；而多余的氧化劑則用還原劑進行處理，可有效避免對RO反滲透膜的損傷；并在系統(tǒng)的尾端加裝保安過濾器可預防顆粒較小的懸浮物質(zhì)堵塞RO滲透膜。2）反滲透：反滲透可以將礦井水中的懸浮物、無機鹽離子、硫化物、細菌和病毒有效去除。由于反滲透膜具有自動反沖洗功能，可結(jié)合RO反滲透膜的使用情況和過濾量，配制反沖洗溶液，對RO反滲透膜進行沖洗，延長反滲透膜的使用壽命和特性。3）后處理：將反滲透過濾處理后的清水，儲存并采用紫外線進行消毒。反滲透工藝見圖2。3礦井水處理系統(tǒng)鎮(zhèn)城底礦采用超濾膜（UF）-反滲透膜（RO）分離技術用于礦井水的深度處理，效果提升顯著，設備及工藝簡單易操作，RO膜組件簡潔緊湊，自動化操作程度高，降低后期的檢修成本。經(jīng)統(tǒng)計，采用雙膜分離技術后，每噸礦井水約耗電0.23元；每噸水約使用水處理藥劑0.15元；超濾/反滲透膜的使用周期為6a，折和每噸水的處理成本約0.6元，合計每噸礦井水的處理費用約為0.98元。而原系統(tǒng)每噸礦井水的處理費用約為2.3元，按鎮(zhèn)城底礦水處理系統(tǒng)每年4萬t的處理量計算，年節(jié)約費用52800元，體現(xiàn)出顯著的社會與經(jīng)濟效益。4礦井水處理能力傳統(tǒng)的礦井水處理技術前期基礎設施建設成本投入高，且后期的運行維護費用大，處理效果難以達到排放標準，所以不能適應礦