发表时间：2014-11-29
矿井废水深度处理及回用
大同是我国重要的煤炭基地，但在煤炭开采和利用过程中，对地下水资源的破坏较为严重，造成大多数矿区严重缺水。马脊梁煤矿的矿井废水矿化度高且铁锰严重超标，以往的简单处理工艺根本无法达到工业用水要求，更谈不上满足生活饮用水的标准;另外，由于远离大同城区，取水需经过多级泵站加压，用水成本较高。所以，水源已经成为制约该矿工业生产和居民生活水平提高的重要因素。为解决这一问题，同煤集团决定采用BOT形式兴建一座小规模水厂，并作为矿井回用工程的试点工程。
根据该矿井废水水质特性，经过考察和现场中试，决定采用预处理/双膜法处理工艺。为了实现水资源的综合利用，满足不同用户的用水要求，采用了分质供水方式，一是超滤处理出水直供煤矿工业用水管网;二是超滤出水和反渗透出水按比例勾兑达到饮用水标准后送矿区生活用水管网;三是反渗透浓盐水送洗煤厂作补充水¨。
1水质及水量
含铁酸性矿井水是在开采高硫煤层时，煤中的硫铁矿与空气、水及微生物作用，发生一系列物化、生化反应，使矿井水呈酸性，pH值一般为2～5。水中主要含有Fe2+、Fe3+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、so42-及其他离子，其中Fe2+、Fe3+、、so42-是由FeS2氧化形成的，Ca2+、Mg2+是由其金属硫化物或其可溶性盐溶于酸性矿井水而形成的，因此硬度和矿化度均较高。该矿的矿井废水平均排放量为4000m3/d，间歇排放，主要水质指标见表1。
2工艺流程及经济分析
2.1预处理
原水中不仅铁、锰含量高，而且ca¨、SO一浓度也很高，这些都是导致膜污染的重要因素。铁、锰在酸性水中以离子和胶体的形态存在。当废水流经膜时，铁、锰离子和其胶体物质被截留后附着在膜表面，堵塞膜孔，使得膜通量下降；铁、锰离子作为催化物质，还可使水中的氧化物质与膜发生反应，使膜变脆，不耐高压，最终发生破裂。CaSO是一种难溶性物质，当浓缩超过其饱和极限时，会从浓水中沉淀出来，在膜面上形成结垢，降低膜通量，增加运行压力，而且一旦形成CaSO垢，就很难清除，对膜将是一种不可恢复性损害。利用膜设备厂家的专用软件对处理系统进行反向模拟，计算结果显示：只有在水中TFe≤0.05mg/L、Mn≤0.05mg/L、Ca≤260mg/L及其他水质条件不变的情况下，通过加入一定量阻垢剂才能保证反渗透系统的安全。所以预处理部分主要是除铁锰、降钙硬。
①一级预处理
原水在调节池进行简单曝气后进入中和曝气池前段。投加石灰乳将pH值调整到7.0～7.5并曝气30rain。主要发生如下反应：
Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O(1)Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3J+2H2O(2)Ca(OH)2+FeSO4=Fe(OH)2+CaSO4(3)4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3(4)
原水经过上述中和曝气反应后，自流进入中和曝气池的后段，投加Na：CO将pH值调整至8.0～8.5，并继续曝气30rain。主要发生如下反应：
CaSO4+Na2CO=Na2SO4+CaCO3(5)
原水在中和曝气池内经过加药曝气反应后自流进入反应澄清池。通过加入助凝剂PAM，反应产生的Fe(OH)和CaCO大量沉淀下来，浊度也得以降低，出水水质变得清澈。
②二级预处理
由于原水中的锰含量较高，且锰很难被氧化，上述反应只能部分除锰。为了保证反渗透进水的安全，在反应池后又加上二级处理即1#中间曝气池/锰砂过滤器。通过一、二级预处理将出水中一些指标严格控制在反渗透进水水质要求范围之内。二级预处理后的水质指标见表2。
2.2超滤
超滤设备采用聚砜中空纤维膜，进行错流式过滤，系统回收率≥90％。本系统确保出水SDI≤1，由此可提高反渗透系统运行质量，减少系统清洗频率，使得反渗透膜使用寿命大大延长。
2.3反渗透
反渗透设备采用美国DOW公司的BW30—400卷式膜组件，采用一级两段过滤方式，系统的回收率为75％，设计产水量为115m/h，产水水质见表3。
由于反渗透产水中的矿物质含量较低，长期饮用不利于人体健康，需要进行矿化处理。故反渗透的产水要与超滤装置后约10Ill/h的未脱盐水混合，再由清水泵送入矿区生活用水管网内，供矿区居民和办公区生活使用。浓盐水和过滤器反洗水则进入浓水池，再泵人洗煤厂作为洗煤系统的补充水，水量约为40m/h。
2.5工程运行情况
该工程自2007年11月完工投产以来，处理水量为4000m/d。预处理部分有效降低了原水中铁、锰和钙离子的浓度，满足了反渗透对进水水质的要求。反渗透除盐后水质指标远超过国家饮用水标准，按照一定比例勾兑达到各种用水要求后分别送入管网。预处理/双膜法工艺处理矿井废水运行稳定，而且维修量少，药耗低。具体参见更多相关技术文档。
2.6经济分析
该工程实际产水量为3000m/d，基本解决了矿区居民饮水问题。该水厂处理成本为3.99元/m，其中电费为0.76m、药剂费为2.50m、人工费为0.17Yr_/m、管理费为0.56m；而此前矿区居民饮用水主要靠大同市区自来水公司供给，中途需经过多级泵站提升，矿区的用水成本已经超过7~t_/m，所以对矿井废水进行处理回用在经济上是可行的。
3结语
西北矿区水资源匮乏，已经严重影响了矿区的经济发展和职工生活，所以在缺少其他可用水源的情况下，对矿井废水进行处理回用势在必行。通过工程实例证明，对矿井废水进行回收再利用，不但在技术上和经济上是可行的，而且环境效益和社会效益都非常显著，值得推广。
