煤礦高礦化度礦井水零排放處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望
0 引言
煤炭長期以來為經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和國家能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)提供了有力保障，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展、建設(shè)綠色智能礦井是未來一定時期內(nèi)煤炭工業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)[1]。礦井水是煤炭開采的必然伴生產(chǎn)物[2]，由于受到開采活動及地質(zhì)條件的影響，礦井水中含有懸浮物、油類、重金屬、放射性、氟化物、礦化度等污染物[3]。根據(jù)污染物種類的不同，將礦井水分為含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水及含特殊污染物礦井水[4]。高礦化度礦井水是指水中含鹽量超過1 000 mg/L的礦井水[5]，主要分布在我國內(nèi)蒙、新疆、陜西、山西、寧夏等缺水地區(qū)和山東、兩淮等重要水利工程樞紐地區(qū)，約占礦井水總量的1/3。因其礦化度高，常規(guī)工藝處理后無法滿足生產(chǎn)和生活用水，通常作為灌溉用水或直接外排，導(dǎo)致土壤次生鹽堿化、植物枯萎死亡，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，水體質(zhì)量環(huán)境惡化，影響供水水質(zhì)。同時，我國是全球水資源最為緊缺的國家之一，人均可利用量不足2 000m3，且分布極不均勻，煤礦與水資源呈逆向分布[6]。隨著煤炭經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦區(qū)水資源短缺矛盾日益突出，礦井水資源化利用是解決水資源供需矛盾、改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑[7]。早期，高礦化度礦井水的處理多以利用為目的，處理方法主要以反滲透為主[8-9]，濃水直接外排或利用蒸發(fā)塘自然蒸發(fā)處理，如淮南謝橋煤礦[10]、寧夏清水營煤礦[11]、陜西黃陵煤礦[12]等。騰格里沙漠污染事件后，蒸發(fā)塘處理方式被禁止。干旱地區(qū)及國家重要水利樞紐地區(qū)為確保供水水質(zhì)，限制了外排水的含鹽量，近期出臺的環(huán)環(huán)評[2020]63號文要求外排礦井水含鹽量小于1 000 mg/L。高礦化度礦井水的零排放處理將是未來一定時期內(nèi)煤礦污染物治理的重點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)綠色智能礦井的重要保障。筆者分析了國內(nèi)高礦化度礦井水零排放技術(shù)的現(xiàn)狀，并列舉出幾種典型案例，供高礦化度礦井水處理參考。
1 高礦化度礦井水水質(zhì)特征
高礦化度礦井水的成因與采煤作業(yè)活動、氣候條件、地下水文地質(zhì)條件密切相關(guān)[13]，不同地區(qū)礦井水中的含鹽量及成分差異較大，一般礦井水中含鹽量2 000～10 000 mg/L，寧夏、新疆部分礦區(qū)礦井水含鹽量高達(dá)10 000～20 000 mg/L[14]。同一煤礦不同采區(qū)所處地質(zhì)結(jié)構(gòu)及含水層不同，水質(zhì)差異也較大，因此，確定處理工藝時需以長期水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，且需要考慮水質(zhì)的波動對工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。高礦化度礦井水離子構(gòu)成中陽離子以Na+為主，陰離子以SO42-、Cl-、HCO3-為主，除上述主要離子外，常伴有一定量的Ca2+、Mg2+和少量Ba2+、Sr、F-、Fe及Si O2，通常硬度比較高，易結(jié)垢。受中水回用及雨污分流不徹底的影響，部分礦井水中還含有少量生活污水，水中含有少量CODC r、BOD5等有機(jī)污染物，易引起膜污染[15]。
2 高礦化度礦井水零排放處理技術(shù)現(xiàn)狀
高礦化度礦井水零排放過程是利用物理化學(xué)方法將水中含鹽量降低到滿足使用或外排要求，最終得到合格產(chǎn)品水、結(jié)晶鹽及少部分化學(xué)污泥。通常經(jīng)過預(yù)處理、濃縮、結(jié)晶分鹽三個階段實(shí)現(xiàn)。
2.1 預(yù)處理技術(shù)
預(yù)處理是濃縮和結(jié)晶分鹽的基礎(chǔ)，為確保濃縮和結(jié)晶系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行，減少結(jié)垢、污堵及頻繁清洗，需對濃縮前的高礦化度礦井水進(jìn)行預(yù)處理，以去除水中懸浮物(SS)、Fe、Mn、油類、有機(jī)物、Ca2+、Mg2+等結(jié)垢因子，通常采用混凝澄清、砂濾、超濾、微濾、化學(xué)沉淀及氧化技術(shù)。
2.1.1 除懸浮物技術(shù)
由于受到開采活動的影響，礦井水中普遍含有懸浮物，一般含量為200～500 mg/L，個別煤礦高達(dá)1 000 mg/L以上。在混凝劑和助凝劑作用下[16]，分子間靜電斥力平衡遭到破壞，懸浮物相互碰撞形成絮體沉淀下來。常用的混凝劑以鋁鹽和鐵鹽為主，助凝劑以高分子聚合物聚丙烯酰胺為主。沉淀形式有平流式斜管沉淀池、水力循環(huán)澄清池、機(jī)械攪拌澄清池、高密度澄清池及磁絮凝技術(shù)[17]。平流式斜管沉淀池占地面積大、排泥系統(tǒng)復(fù)雜、常出現(xiàn)斜管坍塌現(xiàn)象，目前已逐步被淘汰。磁絮凝技術(shù)是在混凝階段投加磁粉[18]，使絮體帶有磁性，可利用磁盤機(jī)將絮體快速分離，再利用磁種回收系統(tǒng)將磁粉回收，占地面積省、實(shí)施快，目前常用于井下水處理，實(shí)際運(yùn)行中，因聚丙烯酰胺投加量較大，水中殘留的部分藥劑造成后續(xù)過濾系統(tǒng)濾料、膜表面堵塞，且出水SS較高，需要二次混凝沉淀。水力循環(huán)澄清池、機(jī)械攪拌澄清池、高密度澄清池集混凝沉淀于一體，泥渣循環(huán)，藥劑投加量省，處理負(fù)荷高、運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水SS可小于10 mg/L，是目前高礦化度礦井水預(yù)處理除懸浮物常用的工藝技術(shù)。
2.1.2 除鐵、錳技術(shù)
受地下水水質(zhì)影響，部分礦區(qū)礦井水中鐵、錳含量較高，通常地下水中鐵和錳以二價離子形式存在，在接觸到空氣或者加氯處理后，會轉(zhuǎn)化成三價難溶性膠體顆粒沉積在膜表面或因鐵細(xì)菌滋生加劇膜生物污染[19]。傳統(tǒng)的除鐵錳方法先利用空氣或化學(xué)藥劑(Na Cl O、KMn O4)氧化處理，再通過介質(zhì)過濾去除，或直接采用錳砂濾料過濾除鐵[20-21]。為節(jié)省占地，出現(xiàn)了氧化—微濾/超濾新技術(shù)。此外，當(dāng)鐵離子含量≤0.05 mg/L時，可用離子交換方式，采用投加阻垢劑的方式也能有效抑制鐵錳污染。實(shí)際工程中，為節(jié)省投資和運(yùn)行成本，通常將鐵錳與懸浮物或硬度一起去除。
2.1.3 除有機(jī)物技術(shù)
礦井水中少量有機(jī)污染主要來源于井下生產(chǎn)活動和地面中水利用系統(tǒng)，有機(jī)物會造成膜的生物污染或堵塞，導(dǎo)致膜性能衰減。隨著膜在高礦化度礦井水中的普遍應(yīng)用，礦井水中的有機(jī)污染也逐漸被重視。目前采用的處理技術(shù)主要有化學(xué)氧化、活性炭吸附、膜分離技術(shù)�；瘜W(xué)氧化有加氯、臭氧、芬頓等技術(shù)，加氯主要是抑制微生物生長，一般作為常規(guī)手段，臭氧、芬頓能夠有效降低水中的COD�；钚蕴课郊夹g(shù)通常與臭氧聯(lián)合使用，因設(shè)計參數(shù)選取、運(yùn)行不當(dāng)?shù)脑�，活性炭吸附存在生物污染風(fēng)險，一般采用增加濾床深度、降低濾速來降低微生物污染。在RO前采用微濾或超濾預(yù)處理也是降低有機(jī)物濃度的有效手段，實(shí)際應(yīng)用中，常采用加氯、臭氧、活性炭吸附、微濾或超濾幾種方式組合協(xié)同去除有機(jī)物。
2.1.4 除硬除硅技術(shù)
高礦化度礦井水中普遍存在一定量的Ca2+、Mg2+和HCO3-，以暫時硬度或永久硬度的方式存在，零排放過程會引起膜、蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備的結(jié)垢[22]。除硬技術(shù)有化學(xué)藥劑法、離子交換法、晶種法及阻垢劑技術(shù)[23-24]。藥劑軟化有石灰軟化和雙堿法[25]，石灰法藥劑成本較低，但產(chǎn)泥量大，污泥處置費(fèi)用高;雙堿法產(chǎn)泥量小，但藥劑成本較高。實(shí)際工程中要根據(jù)硬度的組成成分、高低、污泥處置途徑核算成本，選取經(jīng)濟(jì)、適宜的方法。藥劑法除硬過程產(chǎn)生的沉淀物通常采用混凝、沉淀、過濾的方式去除，常用的構(gòu)筑物形式有機(jī)械加速澄清池、高密沉淀池、V型濾池。當(dāng)規(guī)模較小或用地較為緊張時，管式超濾是一種高效的替代方式，硬度可降低至20 mg/L以下，硅可降低至10 mg/L以下[26]。晶種法主要針對高硫酸鹽高硬度礦井水，通過投加晶種誘導(dǎo)Ca SO4結(jié)晶[27]，同步去除水中的SO42-和Ca2+，但因局限性故應(yīng)用較少。離子交換法是除硬較為徹底的一種方法，目前對Ca2+、Ba2+、Sr2+的去除率大于99.5%，因再生液需要無害化處理，故運(yùn)行成本高，一般與藥劑軟化協(xié)同分步使用。投加阻垢劑是通過阻垢劑分散作用抑制膜結(jié)垢。除硬技術(shù)的選擇應(yīng)兼顧效率和運(yùn)行成本，目前較為經(jīng)濟(jì)有效的方式是投加阻垢劑、化學(xué)藥劑軟化及離子交換分步協(xié)同技術(shù)[28]。
2.2 濃縮技術(shù)
高礦化度礦井水濃縮是實(shí)現(xiàn)零排放的關(guān)鍵步驟，其目的是提高礦井水中的鹽濃度，達(dá)到蒸發(fā)結(jié)晶分鹽技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性要求。目前，高礦化度礦井水零排放已有的濃縮技術(shù)包括膜濃縮工藝和蒸發(fā)濃縮工藝，膜濃縮工藝包含兩級BWRO+SWRO濃縮、BWRO+SWRO+DTRO濃縮、BWRO+SWRO+ED濃縮、高效反滲透(HERO)技術(shù)，蒸發(fā)濃縮包括MVR降膜濃縮和MED多效蒸發(fā)，也有采用膜濃縮與蒸發(fā)濃縮協(xié)同技術(shù)，具體工藝的選擇需要依據(jù)水質(zhì)、水量及熱源進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析而定。
2.2.1 膜濃縮技術(shù)
膜濃縮技術(shù)是利用膜對水中各組分具有選擇性透過，實(shí)現(xiàn)水中鹽的提濃。隨著膜在水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，膜成本逐步降低，技術(shù)不斷完善成熟。膜技術(shù)具有自動化程度高、占地面積省、產(chǎn)水穩(wěn)定、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。目前，在高礦化度礦井水濃縮處理中采用的膜技術(shù)主要包括納濾(NF)、反滲透(RO)和電滲析(ED)技術(shù)[29]。
納濾膜技術(shù)是利用膜自身的帶電性和篩分性特點(diǎn)，對Ca2+、Mg2+、SO42-等二價離子截留，具有操作壓力低、通量高、投資低的特點(diǎn)，對二價鹽的截留率可以達(dá)到92%以上，一價鹽截留率較低。目前，常用納濾膜將二價鹽和一價鹽分離，提高鹽品質(zhì)，如中天合創(chuàng)礦井水零排放項目[30]。
反滲透技術(shù)起初主要用于海水淡化、地下苦咸水利用，隨著各行業(yè)水處理零排放技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種形式的抗污染膜、高壓膜，如DTRO、HERO、STRO等，DTRO和STRO是從垃圾滲濾液濃縮分離發(fā)展起來的，脫鹽率一般可達(dá)85%以上，較常規(guī)反滲透膜脫鹽率低，對預(yù)處理要求不高，因流道寬、抗污染性強(qiáng)、操作壓力高，目前在煤化工廢水零排放中應(yīng)用較多[31]。HERO技術(shù)是常規(guī)反滲透技術(shù)的一種改進(jìn)，在反滲透前利用離子交換去除水中全部硬度，反滲透在高p H條件下運(yùn)行，降低了膜的污染或結(jié)垢，回收率可達(dá)80%，較常規(guī)反滲透稍高，但大規(guī)模的集中除硬導(dǎo)致預(yù)處理投資和運(yùn)行成本均較高，目前在高礦化度礦井水零排放中應(yīng)用較少[32]。
電滲析(ED)技術(shù)是一種電驅(qū)動膜分離技術(shù)，陰陽離子在電流作用下不斷透過陽膜和陰膜進(jìn)入濃水室，使鹽濃度不斷提高。隨著膜材料的發(fā)展，電滲析膜耐污染性、抗腐蝕性、抗氧化能力顯著增強(qiáng)，濃差極化現(xiàn)象得到解決。電滲析的回收率可達(dá)70%～85%，濃水鹽濃度可達(dá)200 g/L，較反滲透技術(shù)水量減少1/3～1/2，對應(yīng)可減小蒸發(fā)結(jié)晶規(guī)模，節(jié)省了蒸發(fā)結(jié)晶的投資和運(yùn)行成本。因此，近幾年電滲析應(yīng)用范圍由苦咸水淡化、鍋爐水軟化等給水領(lǐng)域擴(kuò)展到廢水零排放領(lǐng)域[33]。
實(shí)際工程中，膜濃縮階段含鹽量從0.3%～0.5%濃縮到6%～10%。從技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度，都需要多種膜技術(shù)的組合，常見的組合方式有兩級BWRO+SWRO濃縮、BWRO+BWRO/SWRO+DTRO濃縮、BWRO+SWRO+ED濃縮。兩級BWRO+SWRO濃縮技術(shù)成熟可靠、投資最省、運(yùn)行成本低，適用于膜驅(qū)動壓力小于80 bar的場合，BWRO+BWRO/SWRO+DTRO濃縮投資較高、運(yùn)行成本較高，適用于驅(qū)動壓力小于120 g/L的場合。BWRO+SWRO+ED濃縮投資高、運(yùn)行成本高、產(chǎn)水一般，適用范圍比較廣，一般為提高產(chǎn)水水質(zhì)，將ED產(chǎn)水返回到前段膜系統(tǒng)循環(huán)處理，或在ED膜后增加一級RO。各種組合方式均有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，一般兩級BWRO+SWRO濃縮為首選工藝，當(dāng)無法滿足使用要求時，考慮采用BWRO+BWRO/SWRO+DTRO濃縮或BWRO+SWRO+ED濃縮。具體比較見表1。
表1 幾種常見膜濃縮方式比較 Table 1 Comparison of several common membrane concentration methods
表1 幾種常見膜濃縮方式比較
2.2.2 蒸發(fā)濃縮技術(shù)
蒸發(fā)濃縮是采用加熱濃縮的方式，主要包括多效蒸發(fā)(MED)和機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)濃縮[34]。MED是后一效利用前一效的二次蒸汽為熱源、多效串聯(lián)的蒸發(fā)方式，一般單效蒸發(fā)噸水蒸汽耗量為1.0 t，二效為0.57 t，三效為0.4 t，效數(shù)越多，蒸汽耗量就越省，同時基建投資也越大。綜合運(yùn)行成本與投資，一般采用二效或三效蒸發(fā)較多。MED蒸發(fā)濃縮應(yīng)用靈活，對來料濃度適應(yīng)范圍廣，有電廠余熱可利用或自建鍋爐的煤礦常采用MED蒸發(fā)濃縮。MVR蒸發(fā)濃縮是利用蒸汽壓縮機(jī)將物料蒸發(fā)的二次蒸汽升壓升溫，作為熱源對來料進(jìn)行加熱[35]。相對于MED工藝來說，最大程度回收了蒸汽的熱能，因此更節(jié)能，較MED工藝節(jié)省能耗20%～30%，運(yùn)行成本低，占地面積也較小，設(shè)備相對簡單，受溫升限制，MVR的操作性不如MED靈活，適用范圍不如MED廣，一般用于蒸汽成本高或沒有蒸汽源的場合。目前，廢熱資源相對較多的化工廠常采用蒸發(fā)濃縮，煤礦礦井水零排放采用蒸發(fā)濃縮的案例極少見，有采用膜濃縮與蒸發(fā)濃縮耦合，可以提高整個系統(tǒng)的抗結(jié)垢、抗腐蝕能力，降低項目整體投資。
2.3 結(jié)晶分鹽技術(shù)
結(jié)晶分鹽是高礦化度礦井水零排放的最后一道工序，雜鹽一般作危廢填埋處置，處置成本高，結(jié)晶分鹽則將濃鹽水中鹽以單質(zhì)鹽的形式分離出來，可作為資源利用。目前主要有膜法分鹽和熱法分鹽兩種。膜法分鹽是在膜濃縮階段利用納濾將水中一價鹽和二價鹽分離[36]，再分別進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，得到高品質(zhì)單質(zhì)鹽，工藝較復(fù)雜，投資較高，運(yùn)行成本較高，納濾膜耐污染性能差，一般1年就要更換，使用壽命短。一般用在以下場合:來水水質(zhì)波動較大;兩種結(jié)晶鹽處于共飽和，熱法結(jié)晶無法分鹽;水中主要以二價鹽為主，將二價鹽分離出后產(chǎn)水便可滿足要求。熱法分鹽是利用不同單質(zhì)鹽在一定飽和蒸汽壓下溶解度不同，達(dá)過飽和結(jié)晶析出[37]，礦井水中鹽以Na2SO4和Na Cl為主，與水組成三元體系，三元體系中Na2SO4溶解度隨溫度升高變化較大，Na Cl較為平緩。因此，為提高結(jié)晶鹽純度、減少雜鹽產(chǎn)量，常采用熱法+冷凍結(jié)晶結(jié)合技術(shù)，即先高溫蒸發(fā)結(jié)晶得到Na2SO4結(jié)晶鹽，再對其母液進(jìn)行冷凍結(jié)晶，得到Na2SO4·10H2O，通�？梢钥刂齐s鹽率小于8%,Na2SO4結(jié)晶鹽可達(dá)《工業(yè)無水硫酸鈉》(GB/T 6009—2014)Ⅰ類一等品，Na Cl結(jié)晶鹽達(dá)《工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T5462—2016)精制工業(yè)鹽一級品。
3 高礦化度礦井水零排放處理典型工藝
3.1 典型工藝一
某礦應(yīng)地方環(huán)保部門要求，礦井水要實(shí)現(xiàn)零排放，處理后的產(chǎn)品水滿足飲用水要求。原水中TDS含量為2 505 mg/L，總體處理規(guī)模為600 m3/h，一期300 m3/h，預(yù)處理段工藝采用過濾除鐵、超濾及離子交換軟化工藝，濃縮段工藝采用BWRO+SWRO+DTRO工藝，蒸發(fā)結(jié)晶分鹽段采用三效蒸發(fā)工藝，工藝流程見圖1。最終產(chǎn)品水滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006),TDS≤300mg/L，硫酸鈉符合GB/T 6009—2014工業(yè)硫酸鈉Ⅲ類合格品，氯化鈉符合GB/T 5462—2016日曬工業(yè)鹽二級指標(biāo)，項目總投資1.35億元，日噸水投資1.02萬元，水處理直接運(yùn)行成本5.12元/噸水，綜合運(yùn)行成本7.89元/噸水，系統(tǒng)綜合水回收率96.5%。
圖1 高礦化度礦井水零排放處理典型工藝一 Fig.1 Typical zero discharge treatment process of high salinity mine waterⅠ
圖1 高礦化度礦井水零排放處理典型工藝一
3.2 典型工藝二
某礦應(yīng)地方環(huán)保部門要求，外排水含鹽量不超過1 600 mg/L，硫酸鹽不超過650 mg/L，實(shí)際水中含鹽量4 500 mg/L，硫酸鹽2 500 mg/L，設(shè)計規(guī)模590 m3/h。預(yù)處理段采用超濾、兩級藥劑軟化及管式微濾分步協(xié)同預(yù)處理工藝，膜濃縮段采用BWRO+SWRO+ED工藝，蒸發(fā)結(jié)晶段采用MVR熱法結(jié)晶分鹽工藝，工藝流程見圖2。最終產(chǎn)品水滿足中水再生利用標(biāo)準(zhǔn)，TDS≤1 000 mg/L,SO42-≤250 mg/L,Cl-≤250 mg/L，硫酸鈉符合GB/T6009—2014工業(yè)硫酸鈉Ⅱ類一等品，氯化鈉符合GB/T 5462—2016精制工業(yè)鹽二級指標(biāo)，項目投資1.4億，日噸水投資1.08萬元，水處理直接運(yùn)行成本6.4元/噸水，綜合運(yùn)行成本8.14元/噸水，系統(tǒng)綜合水回收率97%。
圖2 高礦化度礦井水零排放處理典型工藝二 Fig.2 Typical zero discharge treatment process of high salinity mine waterⅡ
圖2 高礦化度礦井水零排放處理典型工藝二
3.3 典型工藝三
某地區(qū)外排礦井水要求滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》表1Ⅲ類和表2指標(biāo)要求，外排水含鹽量3 000 mg/L，其中SO42-860 mg/L、Cl-380 mg/L，設(shè)計規(guī)模30 000 m3/d。預(yù)處理段采用三級超濾、兩級高密藥劑軟化、兩級離子交換及臭氧分步協(xié)同預(yù)處理工藝，膜濃縮段采用BWRO+BWRO/SWRO+HPNF/HPRO工藝，蒸發(fā)結(jié)晶段采用膜法分鹽結(jié)晶工藝，工藝流程見圖3。最終產(chǎn)品水滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類，TDS≤1 000 mg/L,SO42-≤250 mg/L,Cl-≤250 mg/L，硫酸鈉符合GB/T6009—2014工業(yè)硫酸鈉Ⅱ類一等品，氯化鈉符合GB/T 5462—2016精制工業(yè)鹽二級指標(biāo)，項目投資3.8億，日噸水投資1.26萬元，水處理直接運(yùn)行成本8.2元/噸水，綜合運(yùn)行成本10.3元/噸水，系統(tǒng)綜合水回收率97%。
圖3 高礦化度礦井水零排放處理典型工藝三 Fig.3 Typical zero discharge treatment process of high salinity mine waterⅢ
圖3 高礦化度礦井水零排放處理典型工藝三
三種典型工藝涵蓋了目前國內(nèi)高礦化度礦井水零排放主要技術(shù)，從工藝流程復(fù)雜程度、噸水投資和運(yùn)行成本角度來看，工藝三采用膜法分鹽，流程較復(fù)雜，噸水投資高出16%～23%，運(yùn)行成本高出20%以上。
4 高礦化度礦井水處理技術(shù)展望
(1)不同煤礦高礦化度礦井水離子構(gòu)成存在較大差異，可分為Na2SO4為主型、Na Cl為主型、Na2CO3為主型、混合型四種，不同類型的高礦化度礦井水零排放處理都有其最經(jīng)濟(jì)工藝技術(shù)路線。目前，高礦化度礦井水技術(shù)還處于快速發(fā)展階段，技術(shù)主導(dǎo)單位有科研院所、設(shè)計院、環(huán)保公司及設(shè)備廠家，各家主導(dǎo)技術(shù)均存在一定差異，尚缺少成熟的高礦化度礦井水處理技術(shù)體系或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，建議從行業(yè)發(fā)展角度出發(fā)，由行業(yè)環(huán)保專業(yè)委員會組織科研院所、設(shè)計院與重點(diǎn)環(huán)保企業(yè)制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成高礦化度礦井水零排放技術(shù)體系，指導(dǎo)國內(nèi)礦區(qū)礦井水零排放項目設(shè)計、建設(shè)及運(yùn)營。
(2)高礦化度礦井水零排放處理中除硬系統(tǒng)、高壓膜及蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的投資較高，運(yùn)行能耗、藥劑消耗比較大，且除硬效果的好壞直接影響膜系統(tǒng)和蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，嚴(yán)重時甚至?xí)䦟δぴ斐刹豢赡孓D(zhuǎn)的破壞。通常，除硬藥劑成本約占總成本的1/5～2/5，膜系統(tǒng)和蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)能耗占總成本的3/8～1/2。因此，研發(fā)高效預(yù)處理除硬技術(shù)、開發(fā)抗污堵膜材料、提高膜濃縮倍率、降低投資與運(yùn)行成本是高礦化度礦井水零排放的發(fā)展趨勢。
(3)目前，高礦化度礦井水要求零排放的礦區(qū)主要集中在山東濟(jì)寧、菏澤地區(qū)、內(nèi)蒙地區(qū)以及陜西榆林地區(qū)，煤礦相對比較集中，但治理相對分散。當(dāng)距離相對較近時，探討開展同類型高礦化度礦井水區(qū)域集中治理的可能性;當(dāng)距離相對較遠(yuǎn)時，管網(wǎng)造價相對較高，探討濃縮后將高鹽水集中處理的可能性，以提高單個項目處理規(guī)模，從而降低工程投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。此外，雜鹽目前是按危廢處置，建議按區(qū)域?qū)㈦s鹽集中處理，進(jìn)一步資源化，降低環(huán)境污染風(fēng)險，減少運(yùn)輸成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
