煤礦疏干水的膜法處理及資源化處理工藝應用
[摘 要] 陜北某大型國有煤礦開采企業(yè)，一期年產(chǎn)煤量1500萬噸，是周邊化工園區(qū)的主要煤源。根據(jù)項目環(huán)評要求，井下排水的水質(zhì)要求滿足《煤炭洗選工程設計規(guī)范》(GB50359-2016)；經(jīng)過脫鹽的井下排水，水質(zhì)要求滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749－2006)；外排水水質(zhì)要求滿足水質(zhì)要求滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）中地表水Ⅲ類標準及《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB5084-2005)。結(jié)晶鹽最低滿足工業(yè)鹽Ⅱ類合格品標準。針對超標項目，本項目需要去除原水中的懸浮物、油類，將原水中的溶解性總固體降至1000mg/L，硫酸根降至250mg/L以下，故需對原水進行脫鹽處理。脫鹽處理產(chǎn)生的濃鹽水做到零排放，產(chǎn)生結(jié)晶鹽最低滿足硫酸鈉工業(yè)鹽標準(GB/T6009-2014)Ⅱ類合格品標準，產(chǎn)出無水硫酸鈉結(jié)晶鹽約11.6t/h，濃鹽水結(jié)晶鹽資源化率約為95%。
[關(guān)鍵詞] 疏干水；膜法；資源化；高濁度；高硫酸鹽；高效阻垢劑；技術(shù)服務
1 項目簡介
項目于2020年10月建設完成并投入使用。煤礦井下水處理站工程工藝流程分為預處理、脫鹽、二次濃縮及蒸發(fā)結(jié)晶四個工藝段。本工程總處理規(guī)模為2280m3/h，其中：預處理規(guī)模2280m3/h；脫鹽處理規(guī)模2080m3/h；二次濃縮處理規(guī)模520m3/h；蒸發(fā)結(jié)晶處理規(guī)模160m3/h。本工程生產(chǎn)產(chǎn)品水、硫酸鈉結(jié)晶鹽；廢水全部回收利用，以實現(xiàn)廢水零排放；實現(xiàn)結(jié)晶鹽資源化，固廢減量化，95%的鹽回收利用，5%混鹽另行處理。
預處理工段包括調(diào)節(jié)預沉池+重介速沉裝置。
脫鹽處理工藝為：高效澄清池+V型濾池+超濾+反滲透。
二次濃縮處理工藝為：高效沉淀池+V型濾池+弱酸陽床樹脂+脫碳塔+濃水反滲透。
核心膜部件分別采用TORAY、PALL、DOW等進口品牌。
蒸發(fā)結(jié)晶工藝分為蒸發(fā)預處理和蒸發(fā)結(jié)晶兩個單元。蒸發(fā)預處理單元工藝為：pH調(diào)節(jié)水箱+脫碳器+蒸發(fā)預處理沉淀池+多介質(zhì)過濾器+弱酸陽床樹脂+臭氧氧化；蒸發(fā)結(jié)晶單元工藝為：MVR蒸發(fā)濃縮+MVR蒸發(fā)結(jié)晶+混鹽干化。該工藝對二次濃縮工藝段產(chǎn)生的濃鹽水進行再次蒸發(fā)濃縮，產(chǎn)生硫酸鈉結(jié)晶鹽。
2 工藝系統(tǒng)描述
2.1 設計進水水質(zhì)
設計進水水質(zhì)特點：高濁度、高硫酸鹽、高溶解性總固體、懸浮物和石油類物質(zhì)。
處理站設計進水水質(zhì)情況見表1：
設計進水水質(zhì)數(shù)據(jù)（表1）
[摘 要] 陜北某大型國有煤礦開采企業(yè)，一期年產(chǎn)煤量1500萬噸，是周邊化工園區(qū)的主要煤源。根據(jù)項目環(huán)評要求，井下排水的水質(zhì)要求滿足《煤炭洗選工程設計規(guī)范》(GB50359-2016)；經(jīng)過脫鹽的井下排水，水質(zhì)要求滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749－2006)；外排水水質(zhì)要求滿足水質(zhì)要求滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）中地表水Ⅲ類標準及《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB5084-2005)。結(jié)晶鹽最低滿足工業(yè)鹽Ⅱ類合格品標準。針對超標項目，本項目需要去除原水中的懸浮物、油類，將原水中的溶解性總固體降至1000mg/L，硫酸根降至250mg/L以下，故需對原水進行脫鹽處理。脫鹽處理產(chǎn)生的濃鹽水做到零排放，產(chǎn)生結(jié)晶鹽最低滿足硫酸鈉工業(yè)鹽標準(GB/T6009-2014)Ⅱ類合格品標準，產(chǎn)出無水硫酸鈉結(jié)晶鹽約11.6t/h，濃鹽水結(jié)晶鹽資源化率約為95%。
[關(guān)鍵詞] 疏干水；膜法；資源化；高濁度；高硫酸鹽；高效阻垢劑；技術(shù)服務
1 項目簡介
項目于2020年10月建設完成并投入使用。煤礦井下水處理站工程工藝流程分為預處理、脫鹽、二次濃縮及蒸發(fā)結(jié)晶四個工藝段。本工程總處理規(guī)模為2280m3/h，其中：預處理規(guī)模2280m3/h；脫鹽處理規(guī)模2080m3/h；二次濃縮處理規(guī)模520m3/h；蒸發(fā)結(jié)晶處理規(guī)模160m3/h。本工程生產(chǎn)產(chǎn)品水、硫酸鈉結(jié)晶鹽；廢水全部回收利用，以實現(xiàn)廢水零排放；實現(xiàn)結(jié)晶鹽資源化，固廢減量化，95%的鹽回收利用，5%混鹽另行處理。
預處理工段包括調(diào)節(jié)預沉池+重介速沉裝置。
脫鹽處理工藝為：高效澄清池+V型濾池+超濾+反滲透。
二次濃縮處理工藝為：高效沉淀池+V型濾池+弱酸陽床樹脂+脫碳塔+濃水反滲透。
核心膜部件分別采用TORAY、PALL、DOW等進口品牌。
蒸發(fā)結(jié)晶工藝分為蒸發(fā)預處理和蒸發(fā)結(jié)晶兩個單元。蒸發(fā)預處理單元工藝為：pH調(diào)節(jié)水箱+脫碳器+蒸發(fā)預處理沉淀池+多介質(zhì)過濾器+弱酸陽床樹脂+臭氧氧化；蒸發(fā)結(jié)晶單元工藝為：MVR蒸發(fā)濃縮+MVR蒸發(fā)結(jié)晶+混鹽干化。該工藝對二次濃縮工藝段產(chǎn)生的濃鹽水進行再次蒸發(fā)濃縮，產(chǎn)生硫酸鈉結(jié)晶鹽。
2 工藝系統(tǒng)描述
2.1 設計進水水質(zhì)
設計進水水質(zhì)特點：高濁度、高硫酸鹽、高溶解性總固體、懸浮物和石油類物質(zhì)。
處理站設計進水水質(zhì)情況見表1：
設計進水水質(zhì)數(shù)據(jù)（表1）
2.2 工藝流程簡介
該礦井水處理總量2280m3/h。主要處理工藝為：經(jīng)過井下預處理的礦井水經(jīng)過預處理的主要目的是去除水中懸浮物，降低水中懸浮物的含量，并去除部分浮油。經(jīng)過脫鹽預處理工藝，可有效的去除水中懸浮物、硬度等；一級RO濃水再經(jīng)過二次濃縮工藝段，其鈣、鎂、碳酸氫根等離子再次被濃縮，濃水反滲透膜產(chǎn)生結(jié)垢的風險性增大，同時對后段的蒸發(fā)結(jié)晶造成威脅，因此在本段繼續(xù)除硬。同時，為了保護濃水反滲透，還設置樹脂及脫碳裝置，進一步脫除水中硬度、堿度，降低處理過程中水質(zhì)波動的結(jié)垢風險，二級膜濃縮產(chǎn)生的產(chǎn)品水和蒸發(fā)結(jié)晶的產(chǎn)品水混合，進入成品水池，外排或高品質(zhì)利用，水質(zhì)要求滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）中地表水Ⅲ類標準及《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB5084-2005)。結(jié)晶鹽最低滿足工業(yè)鹽Ⅱ類合格品標準。產(chǎn)水水質(zhì)同時滿足TDS小于1000mg/L，硫酸鹽小于250mg/L。
設計出水水質(zhì)數(shù)據(jù)（表2）
2.3 系統(tǒng)工藝流程圖
系統(tǒng)工藝流程圖1
系統(tǒng)工藝流程圖（接上圖1）
2.4 預處理及脫鹽處理主要工藝及設備
2.4.1 重介速沉裝置
總處理水量：2599m3/h，設置：4套，單套處理能力700m3/h。由一級、二級、三級反應區(qū)、沉淀區(qū)、污泥回流、重介質(zhì)回收系統(tǒng)等部分組成。
重介速沉技術(shù)與傳統(tǒng)的混凝、絮凝和沉淀處理工藝原理相似，都是使用混凝劑脫穩(wěn)，高分子絮凝劑聚集懸浮物，再通過斜板（管）沉淀去除懸浮物。改進技術(shù)是投加微砂，并快速的形成以微砂為核心的絮凝體。該絮凝體具備密度大、質(zhì)量重、易沉降的特點。重介速沉裝置具備體積小、處理效率高、高度集成和自動化程度高等特點。
2.4.2 高效澄清池1
處理水量：2599m3/h，共2座，高效澄清池是依托污泥混凝、循環(huán)、斜管分離及濃縮等多種理論，通過合理的水力和結(jié)構(gòu)設計，反應池入口分別投加氫氧化鈉、PFS、PAM、碳酸鈉、石灰等藥劑，出水投加濃硫酸用來調(diào)節(jié)pH值，最終實現(xiàn)集泥水分離與污泥濃縮功能。
出水水質(zhì)：加藥軟化澄清后出水硬度≤150mg/L(碳酸鈣計)。
2.4.3 V型濾池
處理水量：2586m3/h，6座12格，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單格面積：25m2，濾速：10m/h。每座濾池裝有進出水氣動閘門，反洗進出水自動閘門。反洗采用水、氣反洗的方式。
2.4.4 超濾系統(tǒng)
超濾是以壓力為推動力的膜分離技術(shù)之一。它利用超濾膜的特點，分離細菌、熱源、膠體、懸浮雜質(zhì)及大分子有機物。在反滲透或納濾之前設置超濾裝置，對反滲透進水進行進一步的處理，以確保達到反滲透進水水質(zhì)要求。超濾系統(tǒng)具有使用壽命長、產(chǎn)品水質(zhì)高、使用范圍廣、運行費用低的特點。
其中配6臺精密過濾器：6×180t/h；過濾精度：100微米，HYDAC。
系統(tǒng)規(guī)模：11×183t/h，回收率:≥90%
品牌及型號：TORAY，HFU-2020AN，每套配置為56支立式超濾膜，外壓式錯流過濾。
出水水質(zhì)：SDI≤3, 濁度≤1NTU；微生物、細菌、大腸桿菌、病原體去除率:99.99%。
2.4.5 反滲透系統(tǒng)
反滲透又稱逆滲透，是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作, 是當今最先進和最節(jié)能有效的膜分離技術(shù)。
系統(tǒng)規(guī)模：11×156t/h，回收率:≥75%
品牌及型號：DOW，CR-100，膜配置為22：12，壓力容器：mem shell，共2244支膜。
進水母管分別連續(xù)性投加阻垢劑和每天沖擊式投加1小時非氧化性殺菌劑。
出水水質(zhì)：TDS≤500 mg/L。
2.5 二次濃縮主要工藝及設備
2.5.1 二次濃縮工藝進出水水質(zhì)
二次濃縮處理工藝設計進、出水質(zhì)見下表。
二次濃縮工藝段設計進、出水水質(zhì)表（表3）
2.5.2 高效沉淀池2
總處理水量：520m3/h，設置：2座，鋼砼結(jié)構(gòu)。
經(jīng)過調(diào)試過程中的經(jīng)驗總結(jié)，目前高效沉淀池2入口未投加任何藥劑，且不影響出水效果。出水水質(zhì)：硬度≤100mg/L(碳酸鈣計)。
2.5.3 弱酸陽離子交換器
弱酸陽離子交換器是反滲透的硬度去除單元。弱酸陽離子交換器需定期再生，再生液為濃鹽酸。反洗廢水和再生廢水收集到廢水循環(huán)水池并返回到澄清軟化系統(tǒng)進一步處理。
離子交換軟化設計再生周期不小于24小時，進水負荷按硬度≥150mg/L（CaCO3 計）。
總處理水量:498m3/h，設置：4臺，3用1備，每套處理水量:200m3/h。
2.5.4 濃水反滲透系統(tǒng)
系統(tǒng)規(guī)模：4×122t/h，回收率:70%
品牌及型號：DOW，XC-70，膜配置為23:13，壓力容器：mem shell（六芯裝），共864支膜。
濃水RO進水母管分別連續(xù)性投加阻垢劑和每天沖擊式投加1小時非氧化性殺菌劑。
出水水質(zhì)：TDS≤1000 mg/L。
2.6 蒸發(fā)結(jié)晶主要工藝及設備
處理規(guī)模：150~160m3/h。設計進、出水水質(zhì)，產(chǎn)出結(jié)晶鹽品質(zhì)。
本工藝段出水為二次汽冷凝液，二次汽冷凝液水質(zhì)在正常時要求達到產(chǎn)品水水質(zhì)，正常時進入產(chǎn)品水池，非正常時進入濃鹽水二次濃縮調(diào)節(jié)池進行處理。
2.6.1 蒸發(fā)預處理單元
根據(jù)處理工藝確定，蒸發(fā)預處理單元工藝流程為：pH調(diào)節(jié)水箱+脫碳器+蒸發(fā)預處理沉淀池+多介質(zhì)過濾器+弱酸陽床樹脂+臭氧氧化。
濃水反滲透(RO2)產(chǎn)生的濃鹽水進入濃鹽水池后，由蒸發(fā)預處理供水泵取水，加硫酸在pH調(diào)節(jié)水箱調(diào)節(jié)pH值至5左右后，經(jīng)過脫碳器，出水自流進入蒸發(fā)預處理沉淀池。在沉淀池通過投加偏鋁酸鈉、混凝劑、助凝劑等降低濃鹽水中的總硅含量后出水進入沉淀產(chǎn)水箱。過濾器提升泵自沉淀產(chǎn)水箱取水，來水經(jīng)加壓后依次進入多介質(zhì)過濾器、弱酸陽床樹脂，出水進入氧化水罐。在氧化水罐中與臭氧充分接觸后供至至蒸發(fā)原水罐。
本單元樹脂再生廢水及蒸發(fā)預處理沉淀池排泥全部回流至二次濃縮段相關(guān)部分，統(tǒng)一處理；其余廢水回流至本單元濃鹽水池，再次進入處理系統(tǒng)。
2.6.2 蒸發(fā)結(jié)晶單元
根據(jù)確定的處理工藝，蒸發(fā)結(jié)晶單元工藝流程為：MVR蒸發(fā)濃縮+MVR蒸發(fā)結(jié)晶+混鹽干化。
蒸發(fā)預處理單元產(chǎn)水經(jīng)蒸發(fā)原水罐均質(zhì)后，通過蒸發(fā)原水泵提升，經(jīng)預熱器與蒸發(fā)冷凝水預熱升溫后進入到降膜蒸發(fā)器進行濃縮，料液在降膜蒸發(fā)罐內(nèi)濃縮至TDS約23萬mg/L左右后，轉(zhuǎn)料進入MVR硫酸鈉結(jié)晶罐。
經(jīng)MVR降膜蒸發(fā)器濃縮后的料液轉(zhuǎn)料至MVR硫酸鈉結(jié)晶罐后進一步蒸發(fā)濃縮，在所控制的料液溫度下達到Na2SO4的過飽和濃度后，大量的硫酸鈉以晶體的形式結(jié)晶析出。
MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的漿液自流進入硫酸鈉漿桶內(nèi)，經(jīng)硫酸鈉漿泵供至增稠器增稠，經(jīng)離心機脫水得到含水率＜5%的硫酸鈉結(jié)晶鹽，濕鹽由定量加料器輸送至流化床干燥器，經(jīng)干燥后水分＜0.2%由斗提送至料倉中，由包裝機包裝后送至庫房。
硫酸鈉離心機的甩后液經(jīng)甩后液桶，送回至硫酸鈉結(jié)晶罐循環(huán)處理。
為了硫酸鈉結(jié)晶鹽品質(zhì)，硫酸鈉結(jié)晶罐內(nèi)需連續(xù)外排一定的母液，該母液進入混鹽罐，經(jīng)過降溫濃縮，可產(chǎn)生一部分氯化鈉或氯化鈉和硫酸鈉的混鹽，通過離心機產(chǎn)出混鹽，一部分外排母液到達一定濃度后，由耙式干燥機進行干燥，經(jīng)干燥后水分＜0.2%送至混鹽料倉中。
蒸發(fā)結(jié)晶單元產(chǎn)生的二次蒸汽冷凝水經(jīng)熱量回收后溫度降至40℃送至反滲透濃水池，循環(huán)利用。
MVR蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)和MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)加熱室不凝氣分上、下不凝氣排放閥，引入不凝氣母管，直排或由水環(huán)真空泵抽走。
各罐取樣由特定取樣點完成；取樣廢水與各罐和設備排污由排污母管排污至廢水池，再經(jīng)泵送至濃鹽水池重新進入處理系統(tǒng)。
系統(tǒng)所需機封水來自機封水罐，通過兩臺機封水泵送至各機封水用水點，確保循環(huán)泵、漿液泵等設備的運行穩(wěn)定性和使用壽命。
2.7 加藥系統(tǒng)設備
2.7.1 阻垢劑加藥系統(tǒng)
一級反滲透加藥計量泵：Q=26L/h，H=10bar；數(shù)量：11臺。
濃水反滲透加藥計量泵：Q=10L/h，H=10bar；數(shù)量：4臺。
阻垢劑型號：SpectraGuard 205 SC
加藥方式：母管式連續(xù)投加
2.7.2 非氧化性殺菌劑加藥系統(tǒng)
一級反滲透加藥計量泵：Q=130L/h，H=7bar；數(shù)量：11臺。
濃水反滲透加藥計量泵：Q=90L/h，H=7bar；數(shù)量：4臺。
非氧化性殺菌劑型號：BioGuard ISO
加藥方式及加藥時間：沖擊式投加
3 本項目最終產(chǎn)品產(chǎn)物及去向
（1）產(chǎn)品水：產(chǎn)品水全部排放至附近地表河水流域，供給下游農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)園區(qū)用水。
（2）硫酸鈉：在蒸發(fā)結(jié)晶間內(nèi)噸袋包裝，包裝好的產(chǎn)品通過叉車運至鹽棚，然后通過汽車運輸出廠銷售。
（3）混鹽：混鹽同樣在蒸發(fā)結(jié)晶間內(nèi)噸袋包裝，包裝好的混鹽通過叉車運至鹽棚，然后通過汽車運輸出廠由有專業(yè)資質(zhì)的部門進行集中處置。
（4）污泥：產(chǎn)生的污泥回收利用或委托有處理資質(zhì)的相關(guān)單位處置。
（5）蒸發(fā)結(jié)晶設備每年正常檢維修時，二次濃縮濃鹽水需臨時存貯，本工程濃鹽水池兼顧暫存功能，可存貯約3天二次濃縮濃鹽水。處理站各水池溢流出水均排至事故溢流池，然后再次進入處理系統(tǒng)，不外排。
4 阻垢及微生物控制產(chǎn)品使用及服務情況
（1）為了控制膜系統(tǒng)的結(jié)垢和微生物的滋生，膜系統(tǒng)所使用的阻垢劑和非氧化性殺菌劑為PWT公司的產(chǎn)品，其對來水比較復雜、水質(zhì)波動較大的水源表現(xiàn)出了優(yōu)異的穩(wěn)定性能，延長了反滲透的化學清洗周期，目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項參數(shù)均達到設計要求。
（2）通過PWT強大的技術(shù)服務能力，協(xié)助客戶完善了設計漏點、優(yōu)化工藝管線布局，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行和參數(shù)監(jiān)測提供了重要保障。
（3）定期監(jiān)測水質(zhì)及反滲透系統(tǒng)的運行參數(shù)并科學計算，在水質(zhì)波動的情況下，我們及時調(diào)整加藥量，始終保證客戶運營成本得到有效控制。
