CN103523980B - 一种高效回收高含盐量矿井水的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效回收高含盐量矿井水的方法，采用高密度澄清池去除水中的钙硬、碳酸氢根和悬浮物，降低反渗透结构倾向；对反渗透浓水进行化学加药软化预处理，去除易结垢成分；采用管式微滤膜进行固液分离，分离后的液体进入浓水反渗透单元。本发明通过对反渗透浓水进行化学加药软化预处理，去除易结垢成分；采用管式微滤膜进行固液分离，分离后的液体直接进入浓水反渗透单元而无需进行其他过滤单元处理，从而简化了运行工艺流程，减小了占地面积，同时该处理工艺的设计通量大，出水效果好；本发明的管式微滤膜不同于其他微滤或超滤膜，采用错流方式运行，水流切向高速流过膜表面，在过滤的同时还有冲刷清洁膜表面的作用，膜面不易污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效回收高含盐量矿井水的方法及***，属于矿井水回收技术领域。
背景技术
矿井排水需要经过处理后才能满足使用和排放要求，目前关于矿井水排放的国家标准有：《煤矿井下消防洒水水质标准》GB50383－2006；《井下进口采煤机组用水标准》DIN24320；《煤炭洗选用水标准》GB50359－2005；《工业用水水质标准》GB/T19923－2005；《生活饮用水卫生标准》GB6749－2006；《饮用净水水质标准》CJ94－2005；《农田灌溉水质标准》GB5094－92。具体要求是：1）矿井水深度处理后满足某煤矿/选煤厂生产、生活用水需要，含盐量小于450mg/L(业主要求)；2）满足农业灌溉标准含盐量小于1000mg/L；3）浓排水排水量尽量减少，1000亩蒸发塘（兼做事故排水池）的最大蒸发量满足浓水需要蒸发量。
申请号为200910252607.8的专利申请公开“一种煤矿井下用矿井水深度处理装置及方法”，申请号为201010186893.5的专利申请公开了一种“酸性矿井水处理***”，申请号为201110436193.1的专利申请公开了一种“高悬浮物高矿化度矿井水资源化综合处理技术”，申请号为201220475686.6的专利申请公开“一种用于煤矿矿井水的双膜处理***”；钟常明、王宗丽等人在网络上出版了一种“反渗透和纳滤分离矿井水中营养组分和重金属离子的研究”，但是上述方案存在以下缺点：
①均有浓水外排，从而造成了环境污染；
②废水的资源化率低，从而后续的排水量大，浓水处理规模大；
③无法同时去除碳酸盐硬度和胶体，且工艺流程较为复杂；
④废水浓缩过程中采用蒸汽（或电压缩）蒸发工艺，能耗较高；
⑤进行固液分离及后续处理的工艺是：首先化学加药使钙镁离子以及部分硅产生沉降；其次，用沉淀池做固液分离，沉淀池上清液用多介质过滤器做预过滤处理；在预过滤处理后的液体中添加中空纤维做进一步除浊处理；最后进入回收反渗透***，其产水回到主***中。上述处理方法不仅工艺流程长，而且投资大，占地面积大，运行成本高，从而限制了反渗透浓水回收市场的发展。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高效回收高含盐量矿井水的方法及***，它可以有效解决现有技术中存在的问题，尤其是进行固液分离及后续处理时工艺流程长，投资大，占地面积大，运行成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：首先，采用高密度澄清池去除水中的钙硬、碳酸氢根和悬浮物，降低反渗透结构倾向；其次，对反渗透浓水进行化学加药软化预处理，去除易结垢成分；采用管式微滤膜进行固液分离，分离后的液体进入浓水反渗透单元。
具体的说，包括以下步骤：
a.采用表面负荷为0.5m/m2·h的调节池对高含盐量矿井水中的悬浮物进行沉淀，去除水中的易沉固体；
b.在高密度澄清池中投加聚合硫酸铁和熟石灰，使去除易沉固体的矿井水进行絮凝反应和化学沉淀，去除水中的钙硬、碳酸氢根和悬浮物，降低反渗透结构倾向；采用变孔隙滤池对矿井水进行过滤，减少悬浮物和胶体；
c.网式自清洗过滤器采用100um不锈钢格网拦截矿井水中的悬浮物，采用浸没式超滤***滤除矿井水中的大分子物质和微生物；
d.反渗透装置进一步进行预脱盐处理，排出反渗透浓水；
e.对反渗透浓水进行化学加药软化预处理，去除易结垢成分；并采用管式微滤膜进行固液分离，分离后的液体再次进入浓水反渗透单元；
f.浓水反渗透单元及碟片式反渗透***对矿井水进行进一步浓缩后，排入蒸发塘。
前述步骤b中所述的高密度澄清池的额定出力为900m3/h，分离区上升流速为10～20m/h；所述的变孔隙滤池的滤额定出力为280m3/h，过滤速度为14m/h，运行时间为24h，水冲洗强度为15.8L/s·m2，气冲洗强度为15.8L/s·m2。
前述步骤c中所述的网式自清洗过滤器的流量为300m3/h，过滤精度为100um，材质为316L；所述的浸没式超滤***利用错流过滤原理，在过滤原水时清洁滤膜表面。
本发明中所述的浸没式超滤***的膜组件型号为UHS-620A，过滤方向为由外到内，膜材质为PVDF，膜丝孔径为0.1um。
前述步骤d中所述的反渗透装置的排列方式为20：10，膜元件采用七芯装反渗透膜BW30-400/34i。
前述步骤e中所述的管式微滤膜采用错流方式运行，错流流速大于等于3.5m/s；过滤精度为0.1um。
优选的，步骤e中所述的化学加药软化预处理及进行固液分离包括以下步骤：
e1.反渗透浓水进入反应槽1后，在反应槽1中添加氢氧化钠和氢氧化镁，搅拌反应15分钟以上，控制水的pH值为11.8；反应后，反渗透浓水流入反应槽2中；
e2.在反应槽2中添加碳酸钠溶液，搅拌反应15分钟以上，控制水的pH值为10.5；反应后，反渗透浓水溢流到管式微滤膜***的浓缩槽内；
e3.采用循环泵将反渗透浓水输送到管式微滤膜进行固液分离。
实现前述方法的高效回收高含盐量矿井水的***，包括顺次连接的调节池、高密度澄清池、变孔隙滤池、网式自清洗过滤器、浸没式超滤***、反渗透装置、硬度硅去除反应器、管式微滤膜、浓水反渗透单元、碟片式反渗透***和蒸发塘。
所述的反渗透装置包括保安过滤器、高压泵和反渗透***。
优选的，还包括：提升水泵、清水池、超滤进水泵、超滤产水箱、反渗透进水泵和泥渣脱水***，提升水泵分别与调节池和高密度澄清池连接，清水池分别与变孔隙滤池和超滤进水泵连接，超滤进水泵与网式自清洗过滤器连接，超滤产水箱分别与浸没式超滤***和反渗透进水泵连接，反渗透进水泵与反渗透装置连接，泥渣脱水***与管式微滤膜连接。
与现有技术相比，本发明通过对反渗透浓水进行化学加药软化预处理，去除易结垢成分；采用管式微滤膜进行固液分离，分离后的液体直接进入浓水反渗透单元而无需进行其他过滤单元处理，从而简化了运行工艺流程，减小了占地面积，同时该处理工艺的设计通量大，出水效果好；而且本发明的管式微滤膜不同于其他微滤或超滤膜，它采用错流方式运行，水流切向高速流过膜表面，在过滤的同时还有冲刷清洁膜表面的作用，污染物不易累积，膜面不易污染；而且在运行和反冲时并无水的损耗，因此几乎可获得100%的回收率；配套的泥渣脱水***产生的泥饼也仅带走极少量的水分，也就是说几乎所有进水将通过管式微滤膜过滤后，送往反渗透单元。另外，管式微滤膜可以承受很高的污泥浓度（2%～5%）和很高的pH值（在pH为14的条件下也能正常稳定的工作），因此更能保证有效去除钙镁硅沉淀及锶、钡等有结垢倾向的离子成分。另外，本发明所采用的管式微滤膜相较于其他微滤或超滤膜组件，还具有强度好、耐摩擦、耐高浓度药剂清洗、可在极高悬浮固体浓度下稳定运行、可耐受进水水质波动等优良性能；同时，本发明所采用的管式微滤膜适合过滤高浊度（50g/L）和污染物粒径相近的料液；采用坚固的管式结构和烧结法成膜，从原理上杜绝了断丝泄漏现象的发生。其次，本发明的矿井水回收方法没有浓水外排，不会造成二次污染，而且经过蒸发塘最终产生可以资源化利用的硫酸钠；再次，本发明的***对浓水的浓缩程度较高，***回收率高，并且在浓缩过程中不采用蒸汽（或电压缩）蒸发工艺，从而极大的节省了能耗；据大量数据统计表明，采用本发明的回收方法及***后，***回收率高达97.5%。另外，本发明对最终端的浓水采用自然蒸发，利用自然资源无需外加能耗，而且蒸发塘还可以作为事故排水，从而一塘多用。最后，本发明采用高密度澄清池和变孔隙滤池一套工艺解决了同时去除碳酸盐硬度和胶体的问题，一个工艺流程两用，从而整体上简化了矿井水的回收工艺流程。
发明人对管式微滤膜的过滤精度也进行了考察、研究，当过滤精度为0.1～0.5μm时，作为反渗透的前处理，从而可以大大简化工艺流程，减少***占地面积，提高反渗透***的回收率，同时有效延长反渗透***的使用寿命；尤其是当过滤精度为0.1μm时，效果最好，同时产水浊度<1NTU，可以有效的保护反渗透。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明的一种实施例的工作流程图；
图3是碟管式膜组件流道示意图；
图4是DT膜包和导流盘；
图5是DTRO工艺流程图；
图6是蒸发塘平面布置图。
附图标记：1-调节池，2-高密度澄清池，3-变孔隙滤池，4-网式自清洗过滤器，5-浸没式超滤***，6-反渗透装置，7-硬度硅去除反应器，8-管式微滤膜，9-浓水反渗透单元，10-碟片式反渗透***，11-蒸发塘，12-提升水泵，13-清水池，14-超滤进水泵，15-超滤产水箱，16-反渗透进水泵，17-泥渣脱水***，18-保安过滤器，19-高压泵，20-反渗透***，21-干盐池，22-结晶池，23-蒸发池，24-缓存池，25-膜片，26-丝状支架，27-导流盘。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例：一种高效回收高含盐量矿井水的方法，如图2所示，包括以下步骤：
a.采用表面负荷为0.5m/m2·h的调节池对高含盐量矿井水中的悬浮物进行沉淀，去除水中的易沉固体；
b.在高密度澄清池中投加聚合硫酸铁和熟石灰，使去除易沉固体的矿井水进行絮凝反应和化学沉淀，去除水中的钙硬、碳酸氢根和悬浮物，降低反渗透结构倾向；采用变孔隙滤池对矿井水进行过滤，减少悬浮物和胶体；
c.网式自清洗过滤器采用100um不锈钢格网拦截矿井水中的悬浮物，采用浸没式超滤***滤除矿井水中的大分子物质和微生物；
d.反渗透装置进一步进行预脱盐处理，排出反渗透浓水；
e.对反渗透浓水进行化学加药软化预处理，去除易结垢成分；并采用管式微滤膜进行固液分离，分离后的液体再次进入浓水反渗透单元；其中，所述的化学加药软化预处理及进行固液分离包括以下步骤：
e1.反渗透浓水进入反应槽1后，在反应槽1中添加氢氧化钠和氢氧化镁，搅拌反应15分钟以上，控制水的pH值为11.8；反应后，反渗透浓水流入反应槽2中；
e2.在反应槽2中添加碳酸钠溶液，搅拌反应15分钟以上，控制水的pH值为10.5；反应后，反渗透浓水溢流到管式微滤膜***的浓缩槽内；
e3.采用循环泵将反渗透浓水输送到管式微滤膜进行固液分离；
f.浓水反渗透单元及碟片式反渗透***对矿井水进行进一步浓缩后，排入蒸发塘。
步骤b中所述的高密度澄清池的额定出力为900m3/h，分离区上升流速为10～20m/h；所述的变孔隙滤池的滤额定出力为280m3/h，过滤速度为14m/h，运行时间为24h，水冲洗强度为15.8L/s·m2，气冲洗强度为15.8L/s·m2。
步骤c中所述的网式自清洗过滤器的流量为300m3/h，过滤精度为100um，材质为316L；所述的浸没式超滤***利用错流过滤原理，在过滤原水时清洁滤膜表面。
所述的浸没式超滤***的膜组件型号为UHS-620A，过滤方向为由外到内，膜材质为PVDF，膜丝孔径为0.1um。
步骤d中所述的反渗透装置的排列方式为20：10，膜元件采用七芯装反渗透膜BW30-400/34i。
步骤e中所述的管式微滤膜采用错流方式运行，错流流速大于等于3.5m/s；过滤精度为0.1um。
实现上述方法的高效回收高含盐量矿井水的***，如图1所示，包括顺次连接的调节池1、高密度澄清池2、变孔隙滤池3、网式自清洗过滤器4、浸没式超滤***5、反渗透装置6、硬度硅去除反应器7、管式微滤膜8、浓水反渗透单元9、碟片式反渗透***10和蒸发塘11。所述的反渗透装置6包括保安过滤器18、高压泵19和反渗透***20。
还包括：提升水泵12、清水池13、超滤进水泵14、超滤产水箱15、反渗透进水泵16和泥渣脱水***17，提升水泵12分别与调节池1和高密度澄清池2连接，清水池13分别与变孔隙滤池3和超滤进水泵14连接，超滤进水泵14与网式自清洗过滤器4连接，超滤产水箱15分别与浸没式超滤***5和反渗透进水泵16连接，反渗透进水泵16与反渗透装置6连接，泥渣脱水***17与管式微滤膜8连接。
实例说明：某煤矿，年产1000万吨，2010年10月1日开工建设，计划2013年6月底投产。2012年2月，一期立井井筒落底见煤后涌水量大增，远大于井田精查报告预测的正常570m3/h，最大860m3/h。目前已经接近900m3/h，且随着煤层揭露仍有不断增大的趋势，经水质化验已属高矿化度水、硬度大，各项指标远大于环保排放标准。煤矿的正常涌水为2100m3/h，最大涌水量3000m3/h，统筹考虑井上、下排水及水处理工程设计，建设矿井水深度处理厂。
一、进水水质分析（来水水质表）
表1
表2
表3
水质分析：
1）来水水质稳定，含盐量2600～3300mg/L，硬度较高碱度低：（YD=800.7mg/L、JD=117.6mg/L；YD=800.7mg/L、JD=112.6mg/L；YD=1088mg/L、JD=95.1mg/L）；
2）来水含盐量2600～3300mg/L为中等含盐量苦咸水范围，水中的活性硅离子23mg/L左右，硫酸根含量高1700～2100mg/L。
二、采用本发明的高效回收方法及***进行处理，其中，设备的技术参数为：
1、利用高密度澄清池和变孔隙滤池去除水中的部分碱度、碳酸盐硬度及较小的悬浮物和胶体。具体的，利用专利技术(专利号：ZL200710099969.9)进行处理，投加聚合硫酸铁和熟石灰，进行絮凝反应和化学沉淀，降低水中浊度及结垢倾向，减少水中碳酸盐硬度和碱度。经过石灰处理后，水中的锰、铁等重金属离子都以碱性沉淀物沉淀，不会造成后续污染问题，具体的反应原理为：
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2==2CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2==2CaCO3↓+2H2O+Mg(OH)2↓
Fe2(SO4)3+3Ca(OH)2==2Fe(OH)3↓+3CaSO4
1.1、高密度澄清池
数量:1座
额定出力：1200m3/h
最大出力：1600m3/h
最小出力：400m3/h
设备尺寸：12.6mx12.6m
分离区上升流速10～20m/h
1.2变孔隙滤池
数量:5台
滤池尺寸：5.5×3.82×5.25m
单台滤池过滤面积为21m2
额定出力：280m3/h
最大出力：320m3/h
过滤速度14m/h
运行时间：约24小时
水冲洗强度：15.8L/s.m2
气冲洗强度：15.8L/s.m2
2、网式自清洗过滤器和浸没式超滤***
2.1网式自清洗过滤器
数量：3台
Q=300m3/h
过滤精度：100um
材质：316
2.2浸没式超滤***（参数如表4所示），进行超滤，进一步去除水中的浊度，使产水浊度在0.2NTU以下，保证出水SDI小于3。
数量：7套
单套出力：300m3/h
采用压力式超滤膜
设计通量：60LMH
表 4
2.3超滤膜参数如表5所示：
表5
| 序号 | 构造 | 中空纤维膜 |
| 1 | 膜组件型号 | UHS-620A |
| 2 | 过滤方向 | 由外到内 |
| 3 | 膜材质 | PVDF |
| 4 | ***结构 | 浸没式 |
| 5 | 膜丝孔径 | 0.1um |
2.4维护性化学清洗以及恢复性化学清洗参数如表6所示：
表6
3.网式自清洗过滤器
数量：4台；
单台流量：Q=750m3/h;
过滤精度：100um
材质：316L
4.纳滤***
数量：7套
单套出力：产生240m3/h，进水300m3/h；
回收率为：80%
浓水量为420m3/h
采用卷式复合膜
设计通量：不大于25LMH
本工程采用26：14,七芯装NF90-400;单套280支，共用1960支膜。根据出水水质要求，本工程采用纳滤膜***脱盐率为大于90%出水含盐量小于300mg/L满足工程要求，并且采用纳滤***的压力为0.73MPa,采用反渗透膜压力1.38MPa，纳滤***能耗0.37kwh/m3，反渗透***能耗0.65kwh/m3，因此本工程采用纳滤除盐***。
5.硬度硅去除反应器与管式微滤膜（如表7所示）
表7
水量设计为：420m3/hr
化学加药反应单元：5×84m3/hr；
管式微滤单元：5×84m3/hr；
污泥处理单元：基于420m3/hr的废水总量和进水水质考虑。
原水水中的硫酸根、钙离子、硅离子很高，当浓缩5倍以后硫酸钙的浓度为6倍的溶度积，纳滤浓水硅离子为100mg/L。如果后续***要继续浓缩需要去除水中的硫酸钙和硅离子进入后续***。
水中加入氢氧化钠、纯碱、氢氧化镁反应如下：
Ca(HCO3)2+2NaOH==CaCO3↓+2H2O+Na2CO3
CaSO4+Na2CO3==CaCO3↓+Na2SO4
SiO2+3Mg(OH)2==3错误！未找到引用源。·2SiO2·2H2O↓+H2O
5.1技术参数
5.1.1管式膜组件
特性参数
总截留面积：408m2
运行方式：错流
设计通量：500～1500L/m2h（净产水）
膜材质：PVDF、PTFE、碳化硅
设备出力：220m3/hr（进水180m3/hr，另外脱离水大约40m3/hr，这些水回流）
最大运行透膜压差：0.2MPa
最大进水压力：0.4MPa
最高进水温度：40摄氏度
pH范围：2～10
工作形式：压力式
过滤周期：5～30分钟
反洗总历时：5～30秒
5.1.2维护性化学清洗装置(NaClO)
数量：1套
1）化学清洗药箱
数量：3台
容积：每台2.5m3
材质：聚丙烯
尺寸：1.6m长×1.6m宽×1.2m高
设计压力：常压
试验压力：满水漏泄试验
2）化学清洗水泵
型式：气动隔膜泵
数量：2台（1用1备）
流量：20m3/h
扬程：20m
材质：PP塑料泵壳
6.反渗透装置
6.1反渗透装置主要承担预脱盐任务，反渗透装置包括保安过滤器、高压泵、反渗透***、加阻垢剂装置、加酸装置、加NaHSO3装置、高压泵、反渗透膜组件、冲洗水泵、化学清洗装置等。
（1）保安过滤器：每台过滤器设计容量为225t/h
RO供水中加入酸、还原剂NaHSO3和阻垢剂并充分混合，并经ph表、ORP表检测以及手动SDI检测水质合格后进入保安过滤器。保安过滤器的外壳碳钢衬胶，内装5μm滤芯。保安过滤器的进出口设压力指示表，当压差达到0.15MPa时更换滤芯。为防止细菌在滤芯上过度滋生，即使使用三个月后，压差未达到0.15MPa也要更换滤芯。每台保安过滤器出口分别装SDI手动测试装置。保安过滤器运行滤元的表面滤速应不大于10m3/m2h；所有内部结构件应以不锈钢制作；进入保安过滤器的水管上应设排放阀；保安过滤器滤元为可更换卡式滤元，当过滤器进出口压差大于设定值时将更换滤棒，滤棒的过滤精度为5μm。滤元采用3M、PALL或GE产品。
（2）高压泵
反渗透高压泵采用卧式离心泵。保证水泵出水流量恒定，并提供出水流量测量装置。高压泵的出口压力为0.8～1.50MPa。
高压泵出口装电动慢开门、止回阀、手动截止阀及压力表，以防膜组件受到高压泵启停时的水冲击。高压泵出口至反渗透进口之间的阀门、法兰等所有材料及附件压力等级不低于PN2.50MPa，采用不锈钢材质。
密封方式为耐腐蚀机械密封。
反渗透高压泵进口母管装压力开关变送器，压力低时报警及停泵，在每套反渗透装置进口管上安装压力变送器，压力高时报警及停泵。
（3）RO装置
反渗透装置共分4套，每套出力180m3/h，RO回收率=80%。
RO装置各段给水及浓水、产品水进出水总管上设有足够的接口及阀门，与清洗装置相连；反渗透进水管上有反渗透装置停运冲洗水接口及阀门。
RO装置产品水管上装设防爆膜、逆止阀及关断阀。
RO浓水出口安装气动阀和手动调节阀，以调整反渗透的回收率。
RO装置停用后能延时自动冲洗，进水总管上设置自动冲洗水阀门。
RO装置产品水管和浓水管设取样点，接在线分析仪表，每只压力容器取样点的数量及位置能有效地诊断并确定***的运行状况。
RO膜组件安装在组合架上，组合架上配备全部管道及接头，还包括所有的支架、紧固件、夹具及其它附件。组合架的设计应满足厂址抗震烈度7度的要求和组件膨胀要求。RO化学清洗***和自动冲洗***：当反渗透装置停运后即按程序进行自动冲洗将浓水置换出来。冲洗流量为225m3/h。RO装置流量减少10%或压降升高15%时即需对RO膜进行化学清洗，以便恢复RO膜元件的性能、延长RO膜的使用寿命，为此设有化学清洗***。化学清洗***由1个清洗水箱、1台清洗泵和1台保安过滤器组成。当反渗透膜发生污堵后，对其清洗。清洗***管路采用衬塑管连接。化学清洗采用的药剂根据膜的污堵情况参照膜的使用手册或会同供应商共同研究确定。最大清洗流量为225m3/h。
反渗透的运行工况：
a)设计温度： 20～30℃（根据来水水质确定）。
b)pH值： 3～10
c)设计产水量： 4×180t/h
d)***回收率： ≤80%(大于75%)
e)***脱盐率： ≥97%（三年）
反渗透出水加碱调整PH防止管道腐蚀。
(4)加阻垢剂装置
阻止CO3 2-、SO4 2-的结垢，相对增加水中结垢物质的溶解度，以抑制碳酸钙、硫酸钙等物质的析出，同时也可以降低铁离子堵塞膜的微孔。
(5)反渗透膜组件
反渗透膜主要用来去除水中溶解性盐类、有机大分子、胶体、微生物、前一级未去除的小颗粒等。设置反渗透装置4x180m3/h,反渗透膜采用螺旋卷式结构，材质为聚酰胺复合材料（电中性），最低脱盐率99.5%，单膜水回收率15%，进水自由氯最高浓度<0.1ppm。
反渗透停运时，自动冲洗3～5分钟，自动冲洗水源为反渗透产品水，以去除沉积在膜表面的污垢，使反渗透膜得到有效保养。
（6）反渗透***性能：
RO***脱盐率： ≥98%（运行一年内）
≥96%（运行三年后）
纳滤***脱盐率： ≥90%（运行一年内）
≥85%（运行三年后）
RO***产水量： 180m3/h（套）(20℃)
水的回收率： ≤80%(大于75%)
RO***出水TDS： 小于100mg/L
采用纳滤***的出水TDS 小于300mg/L
本工程采用反渗透***分别为20：10,七芯装反渗透膜BW30-400/34i;单套210支，共用840支膜。根据出水水质要求，本工程采用纳滤膜***脱盐率为大于90%出水含盐量小于300mg/L.满足工程要求，反渗透***出水的满足《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006规定含盐量小于1000mg/L的要求。
6.2反渗透***工艺参数
1)装置套数:4套
2)出力:180m3/h·套
3)排列（级段）方式：20:10
4)膜元件
型式：卷式膜
型号：BW30-400/34i
设计通量：23.07L/m2h
过滤面积：37m2/支
单支膜产水量：0.857m3/h
脱盐率：98%
材料：聚酰胺复合膜
5)膜元件总数量：210支（单套）
6)使用年限：3年
7)年更换率：33.3%
8)配套压力容器
型号：R80B300S-7
数量：30（单套）
材料：壳体：FRP（头部范围材料为316LSS）
工作压力：2.0MPa
直径：
长度：7630mm
9)反渗透装置运行工况
出力：180m3/h·套
回收率：80％
总脱盐率：95％（三年后）
7.DTRO***
按照DTRO进水126m3/h,前端反渗透浓缩倍数16.6倍计算，按照原水TDS=3000-3500mg/L计算，DTRO进水TDS约为50000～58100mg/L，设计DTRO回收率为60%，***总的浓水还剩下50.4t/h,浓水含盐量125～146g/L。
***按照4套设备并联运行，单套31.5t/h，***单套设计脱盐率大于90%。单套***采用120bar膜柱165个，采取95:70配比。
本发明所采用的DTRO***采用新型的反渗透膜技术，该组件构造与传统的卷式膜着截然不同，原液流道：碟管式膜组件具有专有的流道设计形式，采用开放式流道，料液通过入口进入压力容器中，从导流盘27与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘27中（如图3所示），被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180°逆转到另一膜面，再从导流盘27中心的槽口流入到下一个导流盘27（如图4所示），从而在膜表面形成由导流盘27圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。DTRO组件两导流盘27之间的距离为3mm，导流盘27表面有一定方式排列的凸点。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象，成功地延长了膜包的使用寿命；清洗时也容易将膜包上的积垢洗净，保证碟管式膜组适用于恶劣的进水条件。
透过液流道：过滤膜片25包由两张同心环状反渗透膜组成，膜中间夹着一层丝状支架26（如图4），使通过膜包的净水可以快速流向出口。这三层环状材料的外环用超声波技术焊接，中心开孔，为净水出口。渗透液在膜片25包中间沿丝状支架26流到中心拉杆***的透过液通道，导流盘27上的O型密封圈防止原水进入透过液通道(如图3)。透过液从膜包到中心的距离非常短，且对于组件内所的过滤膜片25包均相等。
采用碟管式反渗透膜处理污水具体如下技术优点：出水稳定达标，不受水质可生化性的影响；预处理要求低；膜使用寿命长；膜组件易于维护；过滤膜包更换费用低。
DTRO膜***作为一种膜分离工艺相对传统的生化工艺具有如下优势：运行灵活；建设周期短，调试、启动迅速；自动化程度高，操作运行简便；DTRO膜***为集成式安装占地面积小。DTRO工艺流程如图5所示。
***配置如表8所示：
表8
DTRO膜组件：
膜片材质：聚酰胺工业抗污染RO膜
截留率：氯化钠的截留率平均值≥98%（33600ppm）。
膜组件面积：9.405m2/支。
进料流量：每支膜0.6-1.2m3/h。
进水SDI：最大6
pH范围：3-10，清洗时可在2-12
温度范围：最大50℃
重量：75KG
数量：230支
8.蒸发塘
本工程蒸发塘进水浓度120000mg/L，以5级蒸发塘，每级蒸发池通过蒸发应达到的浓度如下：
表9
| 分级 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 浓度mg/l | 150000 | 200000 | 250000 | 300000 | 结晶 |
防渗体系：
本发明采用单层复合防渗衬层，能保障防渗体系的运营安全，同时满足相关规范要求；
防渗层整体为柔性结构，能良好的适应沙地地基沉降；防渗材料本身可以伸缩，少量的沉降对防渗层不构成影响；
防渗层顶部设置覆盖层，可以隔离紫外线，以及表面物理损伤。
防渗层
上层人工防渗衬层采用2.0mm HDPE防渗膜，其功能相当于主防渗层，下层辅助防渗层可以较薄，一般采用1.0mm HDPE防渗膜。
导流层
导流层是为了配合检查井工作，实时监测确保蒸发塘运营安全。两层HDPE防渗膜之间设导流层（设0.5%的导水坡度），采用三维复合土工排水网，三维网芯厚6mm，两侧复合土工布采用丙纶短纤无纺土工布，单位面积质量为200g/m2，即常用的200g+6.0mm+200g复合土工排水网结构。
基础层
由于规范对基础层渗透系数有强制要求，因此可以考虑在防渗层以下加一层防水毯，作为基础渗透性改良措施，弥补地基防渗能力的不足。本工程采用天然钠基膨润土防水毯（4800g/m2GCL）代替粘土层，其渗透系数可以达到5.0*10-11cm/s。
覆盖层
本蒸发塘工程使用年限较长，由于HDPE防渗膜在露天暴露情况下会逐渐老化，原有的物理强度降低，在后期运营过程中破损的概率逐渐增加，因此有必要将防渗层整体掩埋，以增加防渗体系的使用寿命。
图6为蒸发塘平面布置。
9.泥渣脱水***
数量：2台（预留2台）；
设计规模：28吨（干泥）/天；
进料含固量：3～5%；
单台处理能力：20～30m3/h;
形式：离心式脱水机；
材质：316L、碳化钨；
三、出水水质分析如表10所示：
表10
| 项目 | 单位 | 出水水质 |
| 悬浮物 | mg/L | <1.0 |
| 钙离子 | mg/L | <100 |
| 镁离子 | mg/L | <80 |
| 溶解态二氧化硅 | mg/L | <20 |
由以上分析可知：纳滤***回收率为80%，浓水反渗透回收率为70%，DTRO***回收率为60%，***总回收率=1-0.2X0.30X0.40=0.972=97.6%。
实施例2：进水水质表
表11
从上表得出原水的特点：
1.总硬度大于总碱度，存在永硬，如果采用石灰软化法则需配合添加碳酸钠。
2.钙硬度大于碱度，因此使用氢氧化钠+碳酸钠进行软化，去除水中钙度。
3.二氧化硅的浓度偏高，相对镁离子浓度则浓度较低，为了除硅需适量添加镁盐，形成氢氧化镁和二氧化硅的络合物，以便镁离子携带硅一起沉淀。
4.原水水中的硫酸根、钙离子、硅离子很高，当浓缩5倍以后硫酸钙的浓度为6倍的溶度积，纳滤浓水硅离子为100mg/L。如果后续***要继续浓缩需要去除水中的硫酸钙和硅离子进入后续***。
5.水中加入氢氧化钠、纯碱、氢氧化镁反应如下：
Ca(HCO3)2+2NaOH==CaCO3↓+2H2O+Na2CO3
CaSO4+Na2CO3==CaCO3↓+Na2SO4
SiO2+3Mg(OH)2==3错误！未找到引用源。·2SiO2·2H2O↓+H2O
进行化学加药软化预处理及进行固液分离：
e1.反渗透浓水进入反应槽1后，在反应槽1中添加氢氧化钠和氢氧化镁，搅拌反应15分钟以上，控制水的pH值为11.8；反应后，反渗透浓水流入反应槽2中；
e2.在反应槽2中添加碳酸钠溶液，搅拌反应15分钟以上，控制水的pH值为10.5；反应后，反渗透浓水溢流到管式微滤膜***的浓缩槽内；
e3.采用循环泵将反渗透浓水输送到管式微滤膜进行固液分离。
产水水质
表12 管式膜产水水质表
| 项目 | 单位 | 出水水质 |
| 悬浮物 | mg/L | <1.0 |
| 钙离子 | mg/L | <40 |
| 镁离子 | mg/L | <40 |
| 溶解态二氧化硅 | mg/L | <10 |
经过加药软化和管式微滤膜分离后，***内的二价硬度离子基本除去，二氧化硅也降低到显著水平，因此在这种情况下，反渗透无需考虑结垢因素。
Claims (7)
1. 一种高效回收高含盐量矿井水的方法，其特征在于，首先，采用高密度澄清池去除水中的钙硬、碳酸氢根和悬浮物，降低反渗透结垢倾向；其次，对反渗透浓水进行化学加药软化预处理，去除易结垢成分；采用管式微滤膜进行固液分离，分离后的液体进入浓水反渗透单元；具体的，包括以下步骤：
a.采用表面负荷为0.5 m3/(m2*h)的调节池对高含盐量矿井水中的悬浮物进行沉淀，去除水中的易沉固体；
b.在高密度澄清池中投加聚合硫酸铁和熟石灰，使去除易沉固体的矿井水进行絮凝反应和化学沉淀，去除水中的钙硬、碳酸氢根和悬浮物，降低反渗透结垢倾向；采用变孔隙滤池对矿井水进行过滤，减少悬浮物和胶体；
c.网式自清洗过滤器采用100μm不锈钢格网拦截矿井水中的悬浮物，采用浸没式超滤***滤除矿井水中的大分子物质和微生物；
d.反渗透装置进一步进行预脱盐处理，排出反渗透浓水；
e.对反渗透浓水进行化学加药软化预处理，去除易结垢成分；并采用管式微滤膜进行固液分离，分离后的液体再次进入浓水反渗透单元；
f.浓水反渗透单元及碟片式反渗透***对矿井水进行进一步浓缩后，排入蒸发塘；
其中，步骤e中所述的化学加药软化预处理及进行固液分离包括以下步骤：
e1.反渗透浓水进入反应槽1后，在反应槽1中添加氢氧化钠和氢氧化镁，搅拌反应15分钟以上，控制水的pH值为11.8；反应后，反渗透浓水流入反应槽2中；
e2.在反应槽2中添加碳酸钠溶液，搅拌反应15分钟以上，控制水的pH值为10.5；反应后，反渗透浓水溢流到管式微滤膜***的浓缩槽内；
e3.采用循环泵将反渗透浓水输送到管式微滤膜进行固液分离。
2. 根据权利要求1所述的高效回收高含盐量矿井水的方法，其特征在于，步骤b中所述的高密度澄清池的额定出力为900 ，分离区上升流速为10～20m/h；所述的变孔隙滤池的滤额定出力为280，过滤速度为14m/h，运行时间为24h，水冲洗强度为15.8，气冲洗强度为15.8。
3. 根据权利要求1所述的高效回收高含盐量矿井水的方法，其特征在于，步骤c中所述的网式自清洗过滤器的流量为300，过滤精度为100μm，材质为316L；所述的浸没式超滤***利用错流过滤原理，在过滤原水时清洁滤膜表面。
4. 根据权利要求3所述的高效回收高含盐量矿井水的方法，其特征在于，所述的浸没式超滤***的膜组件型号为UHS-620A，过滤方向为由外到内，膜材质为PVDF，膜丝孔径为0.1μm。
5. 根据权利要求1所述的高效回收高含盐量矿井水的方法，其特征在于，步骤d中所述的反渗透装置的排列方式为20：10，膜元件采用七芯装反渗透膜BW30-400/34i。
6. 根据权利要求1所述的高效回收高含盐量矿井水的方法，其特征在于，步骤e中所述的管式微滤膜采用错流方式运行，错流流速大于等于3.5m/s；过滤精度为0.1μm。
7. 实现权利要求1～6任一所述方法的高效回收高含盐量矿井水的***，其特征在于，包括顺次连接的调节池（1）、高密度澄清池（2）、变孔隙滤池（3）、网式自清洗过滤器（4）、浸没式超滤***（5）、反渗透装置（6）、硬度硅去除反应器（7）、管式微滤膜（8）、浓水反渗透单元（9）、碟片式反渗透***（10）和蒸发塘（11）；还包括：提升水泵（12）、清水池（13）、超滤进水泵（14）、超滤产水箱（15）、反渗透进水泵（16）和泥渣脱水***（17），提升水泵（12）分别与调节池（1）和高密度澄清池（2）连接，清水池（13）分别与变孔隙滤池（3）和超滤进水泵（14）连接，超滤进水泵（14）与网式自清洗过滤器（4）连接，超滤产水箱（15）分别与浸没式超滤***（5）和反渗透进水泵（16）连接，反渗透进水泵（16）与反渗透装置（6）连接，泥渣脱水***（17）与管式微滤膜（8）连接。
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