基于双极膜电渗析的膜集成技术的高矿化度矿井水资源化处理

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析,该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题制约。基于此,以西部某矿井水为原水,以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计,并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件(操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等)对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律,之后以实验数据及经济评估模型,探究其经济可行性,旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术,为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析−双极膜电渗析实验过程探究,发现双极膜系统进料液质量浓度应不超过80 g/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外,证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理,以电渗析系统进料液总含盐量20 g/L为例,总的净收益为18604299元/a,且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应,二氧化碳减排将超过3162 t/a,具有良好的经济效益和社会效益。

石灰纯碱法耦合聚合氯化铝预处理高矿化度矿井水的实验研究

高矿化度矿井水回用常采用膜技术进行脱盐,但运行过程中水中硬度和悬浮物会造成膜污染极大影响了膜性能,开展预处理降低矿井水硬度及浊度,对减轻膜污染、提高出水水质、降低运行费用有重要的作用。本文采用石灰纯碱法耦合PAC去除矿井水的硬度及浊度,采用单因素试验考察了药剂投加量、反应时间、沉淀时间对去除效果的影响。试验结果表明,氢氧化钙投加量为100 mg/L、碳酸钠投加量为10 mg/L、PAC投加量为20 mg/L,反应30 min,沉淀15 min,此时水样的总硬度为51.54 mg/L,总硬度去除率为48.11%,浊度去除率为98.13%。吨水药剂费用3.07元。

软化-混凝预处理高矿化度矿井水的试验研究

高矿化度矿井水可回用,常采用膜技术脱盐,但运行过程中Ca^(2+)、Mg^(2+)造成的膜污染极大地影响了膜性能。开展矿井水预处理降低硬度及浊度,对减轻膜污染、提高出水水质、降低运行费用起着重要的作用。采用氧化钙-偏铝酸钠软化法耦合PAC(聚合氯化铝)混凝法降低矿井水的硬度及浊度,采用单因素试验考察了药剂投加量、反应时间、沉淀时间对去除效果的影响。试验结果表明,投加30 mg/L CaO、15 mg/L NaAlO_(2)及20 mg/L PAC,反应60 min,沉淀20 min的条件下,水样的总硬度为56.622 mg/L,总硬度去除率为46.10%,浊度去除率为88.86%,吨水药剂费用为2.4元。

高矿化度矿井水资源化“零排放”技术的应用

针对某煤矿高矿化度矿井水水质特点,采用“深度预处理+膜分盐浓缩+蒸发结晶”组合工艺,实现了矿井水资源化再利用。文章介绍了整体工艺流程、核心处理单元设计参数以及实际运行效果。此外,文章针对应用中出现的问题,提出了解决思路,以期为后续高矿化度矿井水资源化“零排放”项目工艺设计提供参考。

高矿化度矿井水处理技术及资源化利用研究

矿业的快速发展,矿井水成为一个严重的环境问题。特别是高矿化度矿井水,其含有大量的溶解性固体和金属离子,给环境带来了严重的污染。因此,主要探讨高矿化度矿井水处理技术的应用和资源化利用,以期为解决这一问题提供科学依据。

高矿化度矿井水脱盐技术应用现状及研究进展

具有高硬度、高矿化度特征的矿井水脱盐是煤矿废水处置的难点,其过程存在脱盐效率低、成本高昂等问题。介绍了化学法、热力法、膜法、电化学法等脱盐技术的优势及局限性,突出低成本脱盐的必要性,结合海水淡化脱盐机制,归纳和总结了当前高矿化度矿井水脱盐的研究现状及发展趋势。为响应节能减排的号召,将现有脱盐手段与绿色新能源相结合,为高矿化度矿井水脱盐工艺的进一步开发及应用提供参考。

宁东煤田枯竭油层回注存储高矿化度矿井水技术思路

宁东煤田地处我国西北干旱-半干旱区,是我国批准建设的14个亿吨级大型煤炭基地之一,目前存在高矿化度矿井水量大、处理技术成熟但成本高、综合利用率低等问题。为实现宁东煤田高矿化度矿井水的低成本资源化回注存储和水文生态环境保护,结合宁东煤田13座煤矿矿井水矿化度高的典型特征,因地制宜地提出在煤油资源重叠区,利用枯竭油层回注存储高矿化度矿井水这种宝贵的非常规水资源的技术思路,即利用枯竭油层孔-裂隙双重结构中储水空间、油田关停初期地层压力亏空和废弃油井/注水井低成本处置高矿化度矿井水经资源化利用后的余量水;系统阐述枯竭油层选择、回注工艺、储水潜力、预处理水质要求和环境的可行性;凝练出基础理论、法律法规政策和实时监测监管的研究展望。结果表明,提出的枯竭油层回注存储技术具有可行性,可实现宁东煤田高矿化度矿井水的低成本资源化处置,“如何精细刻画注水渗流过程”是回注处置技术瓶颈问题,科学实质是高矿化度矿井水-砂岩耦合化学作用下孔裂隙介尺度的枯竭油层注水渗流演化机理。同时,相关法律法规政策和实时监测监管方面亟需完善,以保障枯竭油层回注存储技术的顺利实施。研究旨在为高矿化度矿井水资源化回注存储提供新思路,为煤油气资源开发中二次水资源保护提供参考。

高矿化度矿井水制备尾砂胶结充填体的强度性能

为探究含氯盐高矿化度(总溶解固体含量>1 g/L)矿井水对尾砂胶结充填体强度的影响,以我国胶东半岛渤海湾某金矿尾砂为骨料,使用矿渣基胶凝材料(以脱硫石膏和熟石灰为激发剂)与井下含氯盐矿井水混合制成尾砂充填体,对充填体抗压强度进行检测,借助XRD、SEM和MIP表征水化产物和微观结构,并分析了不同脱硫石膏/熟石灰比和矿渣掺量时充填体强度随时间的增长规律。结果表明:①该含氯盐高矿化度矿井水可通过促进水化产物形成和优化充填体结构使充填体强度增强,水化产物仍以钙矾石和C—S—H为主,并未因Cl^(-)、Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)等离子的掺入形成新的水化产物,但对C—S—H分子结构的影响需进一步研究;②充填体强度随脱硫石膏/熟石灰比和矿渣掺量的增加先增长后降低,峰值强度出现时的脱硫石膏/熟石灰比随养护时间是变化的,而矿渣掺量固定在67.8%,在具体工程实践中可调整脱硫石膏与熟石灰的比例,以满足充填体强度的时间需求。研究结果有助于实现矿井水液废和尾砂、脱硫石膏等固废在矿山充填中的协同利用。

高矿化度矿井水井下利用处理实验与工艺研究

基于九龙矿井田水文地质条件,提出将高矿化度矿井水经处理后井下利用,以解决高矿化度矿井水外排问题。根据拟定的矿井水回用水质指标,采用“混凝+沉淀+超滤”工艺对矿井水进行处理实验,结果表明,超滤出水水质指标满足矿井水回用主要水质指标要求。结合该矿现有矿井水处理工艺,提出矿井水井下回用深度处理采用“超滤+消毒”工艺,以满足矿井水井下利用水质指标要求。该深度处理工艺投资省、效果好,可为相关高矿化度矿井水煤矿提供借鉴。

双碱法耦合聚合氯化铝预处理高矿化度矿井水实验研究

膜技术脱盐常用于高矿化度矿井水回用处理,但在运行过程中钙、镁离子会影响膜性能,开展预处理降低硬度及浊度,对减轻膜污染、降低运行费用起着重要的作用。采用双碱法耦合聚合氯化铝去除矿井水的硬度及浊度,通过单因素试验考察了药剂投加量、反应时间、沉淀时间对去除效果的影响。结果表明:投加800 mg/L氢氧化钠、80 mg/L碳酸钠及20 mg/L聚合氯化铝,反应20 min,沉淀15 min,此时水样的总硬度含量为8.09 mg/L,总硬度去除率为92.30%,浊度去除率为99.75%。

干旱地区煤矿高矿化度矿井水资源化利用

为了缓解重庆西部严重缺水的现状和减轻矿井水污染程度,利用反渗透法将该区域煤矿高矿化度矿井水进行资源化利用。该地区矿井水矿化度普遍较高,其中Cl-、F-、Na+、Ba、Ni等离子相比于国家生活饮用水标准严重超标。根据YC煤矿矿井水水量和水质设计了反渗透处理工艺,该系统产水水量为50m3/h,运行费用约为2.24元/t,出水水质达到国家饮用水标准。

煤矿高矿化度矿井水处理方法探讨

论文结合国内的相关资料,针对我国煤矿高矿化度矿井水的特点,简要介绍了高矿化度矿井水脱盐处理的三种方法:蒸馏法、电渗析法和反渗透法;并对三种方法的原理和工艺进行了分析,讨论了各种方法的利弊及可行性。

PLC自控系统在高矿化度矿井水处理工程中的应用

介绍了PLC自控系统在电渗析工艺处理高矿化度矿井水工程中的应用,对PLC自控系统的工作原理、硬件结构和软件设计进行了分析。经实际的应用表明该系统运行稳定、可靠、安全,完全实现了水处理系统的自动控制。

煤矿高矿化度矿井水处理技术

通过对煤矿高矿化度矿井水的几种处理技术的介绍与比较,指出电渗析技术是处理煤矿高矿化度矿井水的首选工艺,而蒸馏法是煤矿合理利用资源的一种有效方法。

高矿化度矿井水中螺纹钢锚杆点蚀机制研究

受地下水侵蚀及开采环境影响,锚杆易发生腐蚀甚至断裂,点蚀等局部腐蚀形式通常是锚杆失效的主要源头。为研究螺纹钢锚杆在腐蚀性矿井水中的点蚀行为,采用金相、电化学及显微视频等手段,观测了4种锚杆点蚀发展过程并初步揭示其形成机制。结果表明,锚杆的点蚀易发生在夹杂物处,夹杂物及界面处基体优先溶解形成界面沟槽并出现局部酸化,从而进一步加速基体和夹杂物的溶解、脱落而形成点蚀坑;采用大小电极极化试验对比验证了界面沟槽对腐蚀的加速作用。

高矿化度矿井水处理及分质资源化综合利用途径的探讨

针对部分煤矿高矿化度矿井水产生量大,处理难度高,直接排放造成环境影响大的问题,结合高矿化度矿井水的特点,总结了目前主要的处理工艺并进行了技术比较,同时结合煤矿自身、周边企业及矿区生态用水特点提出了分质资源化综合利用途径,为同类煤矿项目开发做好高矿化度矿井水的处理和综合利用提供了思路和参考。

宁东基地高矿化度矿井水处理工程实践与发展方向

为了实现宁东基地矿井水的大规模低成本处理,缓解基地水资源短缺的问题,详细分析了宁东基地矿井水处理的工程实践,并围绕低成本热源利用、缩短工艺流程、井下处理等探讨了高矿化度矿井水处理的发展方向。宁东基地矿井水均为高矿化度矿井水,现有矿井水处理工程实践包括常规处理、预处理+反渗透深度处理和零排放处理,所用单元技术较为成熟,但深度处理浓水排放难,零排放处理工艺复杂、成本高等问题依然存在。利用电厂余热的低温多效蒸发可取代反渗透进行高矿化度矿井水地面脱盐,成本低且产水品质好;膜蒸馏结合新能源可在地面或井下对高矿化度矿井水进行浓缩处理,但应充分考虑“能源互补”。井下处理与浓盐水封存能很好地缓解深度处理浓水排放难的现状,克服常规零排放成本高的不足,但需要突破合理选址、设备集成、安全保障等技术难点。

西部地区高矿化度矿井水处理技术及资源化利用

总结了高矿化度矿井水常用处理技术,分析了各处理技术的优缺点与适用条件。针对西部某煤矿高矿化度矿井水,提出“混凝+纳米纤维膜过滤+反渗透+膜蒸馏”多种膜组合工艺,对高矿化度矿井水进行深度处理,最终实现矿井水的近零排放。

真空膜蒸馏处理高矿化度矿井水试验研究

基于高矿化度矿井水在我国西部煤矿区普遍存在的现状,为实现矿井水的高效利用,提出了采用膜蒸馏处理高矿化度矿井水的技术思路,膜蒸馏技术可充分利用西部矿区丰富的低品位热源,实现矿井水的大规模低成本处理。采用疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜,在石灰-纯碱法软化处理的基础上,对真空膜蒸馏(VMD)处理高矿化度矿井水技术进行了试验研究,着重探讨了热料液温度、热侧流量和冷侧真空度等操作条件对VMD过程的影响;分析了VMD浓缩过程中膜通量、脱盐率等膜性能的变化;考察了长期运行过程PVDF膜性能的稳定性。试验结果表明,对于硬度高而碱度低的矿井水,石灰-纯碱法可有效去除其硬度成分,投加质量浓度为600 mg/L CaO和500 mg/L Na_(2)CO_(3)可使矿井水中硬度的去除率达到77%以上;对VMD膜通量影响的重要性由强到弱依次为冷侧真空度、热料液温度、热侧流量,本试验的最优操作条件为温度75℃、流量1 L/min、真空度90 kPa;维持最优操作条件,VMD浓缩过程的初始膜通量约13.4 kg/(m^(2)·h),分别浓缩5、14.5倍时,膜通量降至初始值的81.22%和34.51%,脱盐率则始终在99.5%以上;随着VMD长期运行,膜通量逐渐下降,元素分析结果证实了膜污染和膜润湿现象,膜丝内表面的结晶主要是钙、镁硬度,Na、Cl元素的渗漏是膜润湿的重要原因;采用物理清洗干燥初期效果较好,清洗干燥后膜通量恢复至初始值的93.77%,但持续使用恢复作用逐渐降低。

高矿化度矿井水零排放工艺研究

针对高矿化度矿井水零排放处理工艺存在问题,从预处理、深度处理、浓缩处理和蒸发结晶等分段工艺着手,对高矿化度矿井水零排放处理工艺进行分析研究。研究结果表明:关于高矿化度矿井水预处理和深度处理的工程应用广泛,技术成熟,而浓缩处理和蒸发结晶工艺工程应用较少,关键技术仍需完善;通过比选,结合典型案例分析,提出"石灰+碳酸钠药剂软化与澄清(或混凝沉淀)相结合+过滤+超滤+离子交换树脂软化+高效反渗透+脱碳+纳滤分盐+电溶析(ED)浓缩+多效蒸发(MED)结晶"的优化工艺,其中纳滤分盐的产水经电溶析ED浓缩后部分回用于软化树脂的再生,实现以废治废。