淮南谢桥煤矿矿井水深度处理技术的选择

淮南谢桥煤矿矿井水深度处理技术的选择杨利1,李中和2(1.淮南矿业集团谢桥煤矿,安徽淮南236221;2.中国矿业大学(北京),北京100083)摘要:简述了煤矿高矿化度矿井水的主要深度处理技术及它们的特点和发展情况,并举例说明了这些深度处理技术目前的运用现状。

结合实际情况,说明淮南矿业集团谢桥煤矿选择反渗透技术在矿井水脱盐的优势以及产生的经济、社会和环境效益。

关键词:矿井水;深度处理;反渗透;煤矿中图分类号:X703文献标识码:B文章编号:1006-8759(2008)01-0050-03THE C HO ICE ABO UT THE TEC HNOLO GY O F COAL M I NE D RA INAGEAD VA NCED TREATM ENT IN HUA INAN XIE Q IAO COAL M INEY AN G Li 1,L I Zhong -he2(1.H u ai n a n M i neral I n d ust r y G rou p Xie q i ao Coal Mi ne ,H u ai n a n 236221,Ch i n a ;2.Chi n a U ni versi t y O f M i ne A n d Tech n ol o gy ,Bei j i n g 100083,Ch i na )Abstr act :Thi s paper sai d t he coal mi ne hi gh mine ral mine drai nage to mainl y adva nced t reat ment techni q ue and t heir characterist icses a nd develo p ment circumst ance.And il 2l ust rat ed wit h e xam p le t hese to adva nced t reat ment techni q ue current usa g e p resent condi bi ne a n act ual circum sta nce ,explain The huai na n mi neral i ndust ry g rou p X ie q i ao coal mine a choice reverse os mosis a techni q ue t o t ake off t he advant a g e of t he salt a nd t he econom y ,societ y and environment performance of t he creat ion i n t he mine drai na ge.K e y w or ds :mi ne draina g e ;advanced t reat ment ;reverse osmosi s ;t he coal mi ne淮南矿业集团谢桥煤矿现生产能力超过600万t /a 。

煤矿抽排区、锅炉房、职工浴室、办公楼等井上生产、生活用水耗费大量水资源,不仅造成职工生活用水非常紧张,而且也增加了成本。

利用矿井水资源化处理技术,将高矿化度矿井水经深度处理淡化后变废为宝是一项紧迫的任务。

1煤矿高矿化度矿井水的主要脱盐技术高矿化度矿井水是指含盐量大于1000m g /L 的矿井水[2]。

目前,高矿化度矿井水的深度处理技术主要可分为膜分离法和蒸馏法两大类。

膜分离法主要有反渗透法(RO )和电渗析法(ED )两种方法。

蒸馏法分为多级闪化法(M S F )、多效蒸馏法(M ED)等。

其他的淡化技术则有冷冻法(Freezin g )及太阳能蒸发法(Solar Still )等。

1.1反渗透法(RO)反渗透法的原理是依靠给水压力梯度所产生的净驱动力,实现水分在膜分离过程中的反向渗收稿日期:2007-08-14第一作者简介:杨利(1983-),男,重庆市人,毕业于中国矿业大学(北京)环境工程专业,学士学位,助理工程师,现在淮南矿业集团从事水处理技术和环境保护工作。

防治技术能源环境保护Ener gy Env ironme ntal Protec tionVol.22,N o.1Fe b.,2008第22卷第1期2008年2月透过程,进而完成对给水水源的全面净化,有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、热源、有机物等。

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜。

原水通过RO膜之前必须先经预处理,其目的是除去可能阻塞薄膜的物质或破坏其构造的成分,如氧化剂等。

经过预处理后,原水由高压泵送至薄膜分离室,借助于半透膜可除去90%～99%的盐类、95%～99%的有机物及将近100%的胶体如细菌、硅胶等。

应用的渗透膜材质可分为纤维素脂类膜和非纤维素脂类膜两类,常用的渗透膜主要有醋酸纤维素膜(CA膜)和聚酰胺复合膜(PA膜)。

我国在反渗透方面的研究比较晚,1967～1969年为醋酸纤维素不对称反渗透膜的开发打下基础,20世纪70年代进行了中空纤维和卷式RO元件的研究开发,80年代初步产业化并推广应用。

80年代到90年代引进国际先进技术并进行国产化。

经我们考察,山西晋城煤业集团成庄矿矿井水产生量9000m3/d,其中4800m3/d经过沉淀、过滤后,再进行瓷砂过滤反渗透深度处理(除盐),用于热电厂冷却用水等,其余供井下和工业广场用。

2005年11月投产,至今该套除盐系统运行良好,除盐率75%,产水率75%。

1.2电渗析法(ED)电渗析法的原理是将很多的阴/阳离子薄膜交错地串联在一起,电解质溶液则在膜间流动,两侧施加直流电的电压之后,阳离子向阴极移动而阴离子向阳极移动。

其中阴离子可顺利通过阴离薄膜,但再往前移动时却被邻近的阳离子膜挡住。

同样,阳离子也可以顺利地通过阳离子膜而无法通过阴离子膜。

最终将分离得到低电解质浓度的溶液(淡水)以及高电解质浓度的溶液(卤水)。

电渗析法所耗用的能源与溶液中盐类含量成正比。

在电渗析研究方面,1967年实现了苯乙烯一二乙烯苯型异相离子交换膜的工业化生产,70年代以来,相继进行了多种均相离子交换膜的研制和中试放大,大尺寸(800×1600mm)ED用隔板的开发,大型ED膜堆的设计和开发,频繁倒极电渗析(EDR)技术和工艺的开发等,使我国ED的工艺水平接近世界先进水平。

大同矿务局同家梁矿自1994年投入第一套综采设备时,就与国家海洋局杭州水处理中心合作,应用电渗析水处理技术在井下投入了第一个矿井水处理淡化站,并一直坚持使用,不断进行改造,近年来取得了明显的效益,为该局乃至北方矿井的井下工业用水闯出了一条可行之路[3]。

1.3多级闪化法(M SF)多级闪化法是利用蒸馏的原理,将溶液中的水分转变成蒸汽而与溶解于溶液中的盐分分离;闪化是以减压的方式降低沸点,产生水蒸气,水蒸气经冷凝后即可制得淡水。

这种方法不会使含盐水真正沸腾(仅仅是表面沸腾),可以大幅度地改善积垢的问题。

多级闪化法的制作程序主要分成两个系统:一个是加热区域,一般多采用蒸气做热源,蒸气冷凝后回到锅炉。

另一个为闪化区域,为一个多级的闪化与热回收区,级数随着不同的设计要求而定。

20世纪60年代主要进行船用小型压汽蒸馏装置的研究开发,70～80年代初进行过日产淡水百吨的M SF中试研究,80年代中～90年代中开发30m3/d规模的(常压和负压)压汽蒸馏装置,并进行了试用。

1997年国内设计1200m3/d M S F装置曾调试出水,但与国外还有一定差距,且很少在煤矿高矿化度矿井水深度处理中应用。

1.4多效蒸馏法(M ED)多效蒸馏法是脱盐淡化技术中较早发展成功的方法之一,其原理是利用高温蒸汽与原水的温差进行热交换后,将蒸发出的水蒸汽冷凝并收集而成。

但由于原水沸腾而造成管线容易积垢及其他因素,使得多效蒸馏法在应用上不如多极闪化法占有率那么大。

根据工艺流程来区分,多效蒸馏法主要有以下两种设备型式:一是沉管式蒸发器;二是管壳式蒸发器,又可分为垂直管蒸发器和水平管蒸发器。

由于要进行热交换,能量消耗多且易积垢,煤矿中很少应用。

2谢桥煤矿矿井水的特点及深度处理技术的选择2.1谢桥煤矿矿井水的特点目前矿井实际涌水量为8000m3/d左右。

国土资源部合肥矿产资源监督检测中心对谢桥矿井水的检测报告显示,谢桥煤矿矿井水中Na+为915.98m g/L,Ca2+为46.11m g/L,M g2+为杨利等淮南谢桥煤矿矿井水深度处理技术的选择5120.21m g/L,Cl-为1039.83mg/L,HCO3-为321.72m g/L,SO42-为334.57m g/L,总硬度(以CaCO3计)为198.34m g/L,总碱度(以CaCO3计)为289.74mg/L,可溶性总固体为2727.9 m g/L,为含盐量、氯离子严重超标的高矿化度矿井水。

2.2谢桥煤矿选择反渗透技术对矿井水深度处理的优势谢桥煤矿矿井水是含盐量、氯离子严重超标的高矿化度矿井水,若回用于生产、生活必须进行深度脱盐处理。

近年来,用于RO法的反渗膜的制作技术不断改进,渗透膜的产量增加,能源消耗减小,使得RO法越来越受到市场的重视。

高回收率工艺和能量回收技术等高速发展,使RO脱盐淡化成本进一步下降,以及膜技术对各种杂质的去除优势(表1),国内外含盐水质的深度脱盐淡化普遍采用反渗透。

与其他除盐方法比较(表2),反渗透法除盐处理方法钠镁钙氯碱细菌病毒放射性粒异臭物沉淀物有机物氯化物反渗透法(RO)/%90～9990～9990～9990～99完全完全完全完全完全完全95～99完全电渗析法(ED)/%9090909090完全完全不完全不完全完全完全不完全蒸馏法完全不完全完全不完全完全完全完全不能不完全完全不完全完全表1各种处理方法对杂质的去除情况处理方法投资脱盐率产生率自动化程度能耗出水水质单位水成本反渗透法(R O)高>97%70%～80%高低优小于3元电渗析法(ED)一般65%～95%55%～70%一般低良好4元左右蒸馏法一般>99%80%～90%一般高优高于4元表2各种处理方法的技术经济比较有适用范围广、工艺简单、脱盐率高(>97%)、产水率高(80%～70%左右)、操作管理方便、工艺技术先进可靠、运行稳定、出水水质好,不需要酸碱再生和酸洗,可实现自动化控制,避免了二次污染等优势。

而电渗析法除盐产水率低(45%左右),运行费用高,已很少采用。

多级闪化法不但耗费电能,还需要蒸汽,设备系统模组化程度低,淡化厂的兴建周期较长,厂房占地面积大。

并且,反渗透法维护简单,不容易出现故障,3年左右才更换一次膜。

在经济上,反渗透法(RO)单位水成本是很低的,在处理量为上千立方米每日的情况下,一年节约上百万费用,且维护、修理费用也很低,是很经济的一种方法。