高矿化度矿井水处理技术概述

王 玉

（中煤科工集团西安研究院有限公司 陕西西安 710054）

1 水质特点

含盐量大于于1000mg/L的矿井水称为高矿化矿井水，我国煤矿高矿化度矿井水含盐量在1000～3 000 mg/L。有些甚至高达10000 mg/L 以上。矿化度主要来自于 K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等离子[1]。

2 主流处理工艺

降低矿化度的方法称为脱盐。按照工作原理，分为膜法、离子交换法、热法、蒸发和冷冻法。主流的浓盐水零排放处理工艺如下图1。根据统计，以反渗透为代表的膜法，已占据全球盐水脱盐技术的59.85%[1]。下文以膜法为主介绍浓盐水零排放的处理工艺。

图1 主流浓盐水零排放处理工艺流程

3 脱盐系统

脱盐系统包括预处理工艺及脱盐工艺。

3.1 预处理系统

预处理工艺目的是保障脱盐工艺长期稳定、高效运行。去除可能造成膜结垢的钙镁离子，及可能堵塞膜孔的悬浮物，预处理工艺通常包括除硬、过滤工艺。

3.1.1 化学除硬

化学除硬，通过投加沉淀药剂，使之与溶解性盐类形成难容固体，然后通过固液分离去除的方法。常用化学药剂石灰，有时辅以纯碱、石膏等，该方法稳定性较差，适用于进水矿化度较高，且对产水水质要求较低的情况。

3.1.2 离子交换法

离子交换法是指，用离子交换树脂上的溶解性离子（常用Na和H离子）将水中硬度成分（Ca2+和Mg2+）交换去除的方法。但该方法在水量大，水质条件差的情况下不适用。

3.2 脱盐系统

目前常用的脱盐工艺为电渗析、反渗透。

3.2.1 电渗析

电渗析脱盐是将含盐水通过电渗析器，水中的阴阳带电离子在电场的作用下定向正负两级迁移，迁移过程中会通过具有选择透过性能离子交换膜，即阳膜只能透过阳离子，阴膜只能透过阴离子，结果形成交替的淡水室和浓水室，分别得到脱盐淡水和浓缩盐水。电渗析技术主要应用于进水含盐量在500mg/L～4000mg/L的情况，脱盐效率高，缺点是不能去除水中的有机物和细菌且设备运行能耗较大，不适用于水量大的废水处理[2]。

3.2.2 反渗透

反渗透是在外界压力为驱动力的条件下，仅使水分子通过反渗透膜，其他物质留在另一侧的处理工艺。是它可有效地去除水中的无机盐、低分子有机物、病毒和细菌。反渗透可处理含盐量在3000～10000mg/L的含盐废水，其预除盐率在95%～98%，终端出水水质稳定，品质较好，进口R O膜元件可稳定运行3a以上。反渗透脱盐技术已在我国高矿化度废水脱盐除了中广泛应用。预防反渗透膜结垢是其应用中的难题。若进水含盐量8000～10000mg/L时，需增加除硬的预处理工艺。

4 零排放系统

浓盐水处理终端，为结晶工艺，通过该工艺实现浓盐水的零排放。浓盐水结晶工艺主要有传统多效蒸发器及机械蒸汽再压缩循环蒸发器。

4.1 传统多效蒸发器

多效蒸发器是将多个蒸发器串联运行的工艺，多次利用蒸汽热量，从而提高能量的利用率。

技术局限性是在蒸发浓缩的热交换器的管束结垢严重，操作不方便、且热能损失大，运行费用高。目前，主要通过废水软化、甲酸调节PH等方法控制结垢。该工艺运行成本约85～130元/t，投资成本约 120～160 万元/t，均较高[3]。

4.2 机械蒸汽再压缩循环蒸发器（MVR蒸发器）

该设备采用低温与低压汽蒸技术和清洁能源为能源产生蒸汽，将媒介中的水分离出来，是目前国际先进的蒸发技术，缺点不适用于较大规模水量。该工艺投资成本约220万元/t，运行成本35～65元/t，投资成本约220万元/t，较传统蒸发器高[4]。

结语

随着环保标准的严格，废水零排放已成为解决煤矿水资源短缺与废水外排污染环境两难局面的利剑。高矿化度废水由于其产量大，水质差，处理成本高等问题，成为煤矿水处理行业的难题。根据一些学者的研究，类比神东矿区地下水库工程，将高盐废水存储于密闭采空区的可行性，成为煤矿水处理领域关注的焦点及热点。