CN109336323A - 高矿化度矿井水处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿井水处理领域，具体而言，涉及一种高矿化度矿井水处理方法及系统。该方法包括矿井水膜浓缩工艺和蒸发结晶分盐工艺。其中，矿井水膜浓缩工艺在两级浓缩后，再经过碟管式反渗透，使浓水含盐量达到5％‑8％，减少后续浓盐水蒸发结晶的建设规模以及投资和运行成本。蒸发结晶分盐工艺采用顺流式三效蒸发+冷冻结晶的工艺，操作弹性大，不仅能够保证最终产出品质较高的工业用硫酸钠、氯化钠以及少部分的杂盐，而且能够适用于更大范围变化水质的处理。

Description

高矿化度矿井水处理方法及系统

技术领域

本发明涉及矿井水处理领域，具体而言，涉及一种高矿化度矿井水处理方法及系统。

背景技术

现有矿井水近“零排放”技术采用深度处理系统、浓盐水处理系统和蒸发结晶分盐系统，经过脱盐后的产水进入反渗透产水池回收利用，浓盐水经过去硬度脱气系统、脱盐再浓缩系统，再将二次浓缩产生的超浓盐水通过热交换系统、除氧系统、蒸发结晶分离系统，实现整个矿井水资源近零排放。

现有矿井水深度处理实现零排放，通常采用直接对浓水进行蒸发，规模大，投资高，运行费用高，非常不经济。而且进水水质变化时，蒸发结晶系统产品品质不稳定，产生杂盐量多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高矿化度矿井水处理方法，规模小，运行成本低，蒸发结晶产品品质稳定。

本发明的另一目的在于提供一种高矿化度矿井水处理系统，该矿井水处理系统适用的水质范围广。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一种矿井水处理方法，包括以下步骤：将超滤产水引入浓水RO反渗透装置过滤，产生第一产水和一级浓水；将一级浓水引入一级浓水再浓缩BWRO反渗透装置加压，产生第二产水和二级浓水；将二级浓水引入二级浓水再浓缩碟管式反渗透装置加压，产生第三产水和三级浓水；控制蒸发温度在硫酸钠的析出条件下，将三级浓水进行三效蒸发浓缩达到过饱和状态，在三效盐腿处结晶出硫酸钠晶浆，对晶浆进行旋流分离，得到硫酸钠晶体和旋流母液；对旋流母液进行降温结晶析出十水硫酸钠固体后，采用单效蒸发结晶出氯化钠晶体。

在本发明较佳的实施例中，第一产水排出至成品水池；一级浓水经过浓水精密过滤器和保安过滤器过滤后引入一级浓水再浓缩BWRO反渗透装置。

在本发明较佳的实施例中，第二产水排出至成品水池；二级浓水经过弱酸阳床除硬、过滤后再引入二级浓水再浓缩碟管式反渗透装置。

在本发明较佳的实施例中，第三产水排出至成品水池；三级浓水经过调节pH、加入阻垢剂、并过滤得到浓盐水后再进行蒸发结晶。

在本发明较佳的实施例中，三效蒸发包括一效蒸发、二效蒸发以及三效蒸发；浓盐水经过一效蒸发浓缩得第一浓缩液，第一浓缩液进入二效蒸发，经过二效蒸发浓缩得第二浓缩液，第二浓缩液进入三效蒸发浓缩至饱和状态后结晶析出硫酸钠晶浆。

在本发明较佳的实施例中，对旋流母液进行降温结晶过程中，去除结晶析出的十水硫酸钠固体，对剩余的母液进行单效蒸发浓缩至过饱和状态，结晶出氯化钠晶体。

在本发明较佳的实施例中，对单效蒸发浓缩得到的浓缩液进行离心沉降，得到的氯化钠母液返回单效蒸发，得到的氯化钠晶体进行硫化干燥处理。

在本发明较佳的实施例中，对单效蒸发浓缩得到的浓缩液进行离心沉降时，还去除不合格母液，将不合格母液脱水得杂盐。

在本发明较佳的实施例中，超滤产水是通过将预处理的矿井水引入超滤装置截留水中小颗粒悬浮物或胶体后得到。

一种矿井水处理系统，该矿井水处理系统包括矿井水膜浓缩系统和蒸发结晶分盐系统；矿井水膜浓缩系统包括依次连接的超滤系统、反渗透RO系统、浓水反渗透系统以及碟管式反渗透系统；蒸发结晶分盐系统包括三效蒸发系统和冷冻结晶系统。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种矿井水处理方法，包括以下步骤：将超滤产水引入浓水RO反渗透装置过滤，产生第一产水和一级浓水；将一级浓水引入一级浓水再浓缩BWRO反渗透装置加压，产生第二产水和二级浓水；将二级浓水引入二级浓水再浓缩碟管式反渗透装置加压，产生第三产水和三级浓水；控制蒸发温度在硫酸钠的析出条件下，将三级浓水进行三效蒸发浓缩达到过饱和状态，在三效盐腿处结晶出硫酸钠晶浆，对晶浆进行旋流分离，得到硫酸钠晶体和旋流母液；对旋流母液进行降温结晶析出十水硫酸钠固体后，采用单效蒸发结晶出氯化钠晶体。该方法，在两级浓缩后，再经过碟管式反渗透，使浓水含盐量达到5％-8％，减少后续浓盐水蒸发结晶的建设规模以及投资和运行成本。蒸发结晶采用顺流式三效蒸发+冷冻结晶的工艺，操作弹性大，不仅能够保证最终产出品质较高的工业用硫酸钠、氯化钠以及少部分的杂盐，而且能够适用于更大范围变化水质的处理。

本发明提供的一种矿井水处理系统，矿井水处理系统包括矿井水膜浓缩系统和蒸发结晶分盐系统。矿井水膜浓缩系统包括依次连接的超滤系统、反渗透RO系统、浓水反渗透系统以及碟管式反渗透系统。蒸发结晶分盐系统包括三效蒸发系统和冷冻结晶系统。该矿井水处理系统规模较小，成本较低，适用的水质范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的矿井水膜浓缩工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的蒸发结晶分盐工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明实施例的矿井水处理方法及系统进行具体说明。

本实施例提供一种矿井水处理方法，包括以下步骤：

S1、对矿井水进行膜浓缩处理。

参照图1，将预处理的矿井水引入超滤装置截留水中小颗粒悬浮物或胶体后得到超滤产水。

进一步地，将超滤产水引入浓水RO反渗透装置过滤，产生第一产水和一级浓水。将一级浓水引入一级浓水再浓缩BWRO反渗透装置加压，产生第二产水和二级浓水。将二级浓水引入二级浓水再浓缩碟管式反渗透装置加压，产生第三产水和三级浓水。

通过将上述经过预处理的矿井水经过三级浓缩处理，提高了浓水的浓缩度，降低了后续蒸发结晶处理的规模投资以及运行成本。

进一步地，第一产水排出至成品水池。

具体地，在本实施例中，将经过预处理的矿井水引入超滤装置进行过滤前还进入除铁过滤器、自清洗过滤器以及超滤装置过滤后出水进入超滤水池，由增压泵打入保安过滤器，再由高压泵打入反渗透装置，得第一产水。采用本实施例方法得到的第一产水矿化度小于200mg/L。

具体地，在本实施例中，第一产水进入成品水池，能够作为煤矿生产生活使用水，节约资源。

进一步地，一级浓水经过浓水精密过滤器和保安过滤器过滤后引入浓水反渗透装置。

具体地，在本实施例中，一级浓水由浓水提升泵提升至浓水精密过滤器和保安过滤器，过滤后由高压泵打至浓水反渗透装置。

进一步地，在浓水反渗透装置处理后，产出第二产水。

进一步地，第二产水排出至成品水池。

具体地，采用本实施例方法得到的第二产水的矿化度小于400mg/L。第二产水进入成品水池后，可以根据实际需要进行处理。

进一步地，二级浓水经过弱酸阳床除硬、过滤后再引入碟管式反渗透装置。

具体地，在本实施例中，二级浓水储存在二级浓水池内，由提升泵提升至软化器，通过弱酸阳床除硬后进一步过滤、升温后由高压泵打至碟管式反渗透装置进行过滤。

进一步地，在碟管式反渗透装置处理后，产出第三产水。

具体地，采用本实施例方法得到的第三产水的矿化度小于1000mg/L。第三产水排出至成品水池。

在本实施例中，第一产水、第二产水、第三产水可以混合在一起，均可以作为生活、生产用水。

第三产水进入成品水池后，可以根据实际需要进行处理。

进一步地，三级浓水经过调节pH、加入阻垢剂、并过滤得到浓盐水后再进行蒸发结晶。

现有技术中采用的二级浓缩，浓水量大，要实现零排放，直接对浓水进行蒸发，规模大，投资高，运行费用高，非常不经济。该方法，在两级浓缩后，再经过碟管式反渗透，使浓水含盐量达到5％-8％，减少后续浓盐水蒸发结晶的建设规模以及投资和运行成本，解决了现有技术中存在的缺陷。

S2、蒸发结晶分盐。

参照图2，控制蒸发温度在硫酸钠的析出条件下，将三级浓水进行三效蒸发结晶，得到母液和晶浆；对晶浆进行离心脱水析出硫酸钠晶体；对母液进行降温结晶析出十水硫酸钠固体后，采用单效蒸发结晶出氯化钠晶体。

该方法，适用水质变化范围大，操作弹性大，从而使得产品品质更容易保证。

进一步地，三效蒸发结晶包括一效蒸发、二效蒸发以及三效蒸发；浓盐水经过一效蒸发浓缩得第一浓缩液，第一浓缩液进入二效蒸发，经过二效蒸发浓缩得第二浓缩液，第二浓缩液进入三效蒸发浓缩至饱和状态后结晶析出硫酸钠。

具体地，在本实施例中，该三效蒸发系统为顺流式运行，即生蒸汽首先进入一效蒸发器加热室加热，产生的二次蒸汽进入二效蒸发器加热室，作为二效蒸发器的加热热源，二效蒸发器产生的二次蒸汽作为三效蒸发器的加热热源；同时三效蒸发器产生的一、二次汽冷凝水分别加热三级板式换热器。一次蒸发结晶得到硫酸钠，利用三效蒸发器中的一、二、三效来实现，其中一效、二效蒸发器为盐水的初步浓缩，三效蒸发器为最终浓缩。浓盐水首先注入到一效蒸发器的分离室中，经一效蒸发器循环泵在一效加热室和分离室中循环浓缩，一效分离室部分浓缩液排入二效蒸发器分离室中，经二效蒸发器循环泵在二效加热室和分离室中循环，二效分离室液体进一步浓缩，部分浓缩液排入三效蒸发器分离室中，经三效蒸发器循环泵在三效加热室和分离室中循环，液体最终浓缩达到过饱和状态，在三效盐腿处结晶出硫酸钠。在蒸发段控制蒸发温度为110～120℃，蒸发过程中溶液处于硫酸钠析出区，析出纯度较高的硫酸钠，氯化钠不析出。

应理解，上述控制蒸发过程中溶液处于硫酸钠析出区的具体原理，是本领域技术人员所熟知的，此处不再赘述。

进一步地，对三效蒸发浓缩得到的第三浓缩液进行离心沉降，得到母液和晶浆。

具体地，在本实施例中，三效蒸发的部分浓缩液进入硝浆槽，经硝浆泵打入1#旋流器，使三效蒸发器固、液处于平衡状态。1#旋流器产生的1#旋流母液进入1#稠厚器，底部晶浆进入1#双推料离心机中脱水，得到的固体硫酸钠和1#离心母液；1#离心母液返回原料罐，硫酸钠经硫化干燥床干燥后包装(纯度≥92％，含水率≤4％)，可作为天然碱或元明粉行业的原料出售。

进一步地，对母液进行降温结晶过程中，去除结晶析出的十水硫酸钠固体，对剩余的母液进行单效蒸发浓缩至过饱和状态，结晶出氯化钠晶体。

具体地，在本实施例中，为了得到纯度合格的氯化钠，并提高硫酸钠的回收率，分离硫酸钠后的1#旋流母液需要再进一步降温结晶(-2～-5℃)，1#旋流母液首先经1#、2#稠厚器，自然缓慢降温析出部分十水硫酸钠固体，进入融硝罐；上清液经预冷器降温后，送入冷冻换热器，由冷冻循环泵在冷冻结晶器和冷冻换热器间循环，在结晶器中进一步结晶析出十水硫酸钠。

进一步地，对单效蒸发浓缩得到的浓缩液进行离心沉降，得到的氯化钠母液返回单效蒸发，得到的氯化钠晶体进行硫化干燥处理。

具体地，在本实施例中，结晶器底部晶浆进入刮刀式离心机分离得到十水硫酸钠固体，进入融硝罐加热溶解后通过硝浆泵返回三效蒸发器。冷冻母液(主要成分为氯化钠)进入母液罐，通过预热器进入单效蒸发器。冷冻母液(主要成分为氯化钠)通过预热器进入单效蒸发器，经单效蒸发器循环泵在单效加热室和分离室中循环，进一步浓缩达到过饱和状态，盐腿处结晶出氯化钠固体。单效蒸发的部分浓缩液进入盐浆槽，经盐浆泵打入2#旋流器，使单效蒸发器固、液处于平衡状态。

进一步地，对单效蒸发浓缩得到的浓缩液进行离心沉降时，还去除不合格母液，将不合格母液脱水得杂盐。

具体地，在本实施例中，2#旋流器不合格母液进入3#稠厚器，底部晶浆进入2#双推料离心机中脱水，得到的固体氯化钠和2#离心母液；2#离心母液返回单效蒸发器，氯化钠经硫化干燥床干燥后包装(纯度≥92％，含水率≤4％)，可作为煤矿井下防火灌浆的阻化剂或融雪剂原料。不合格母液经3#稠厚器底部沉淀料液进入杂盐干燥系统，通过滚筒式干燥机干燥后出杂盐做固废处理，杂盐带出系统内的杂质离子。3#稠厚器上清液返回单效蒸发器内继续浓缩。

现有技术中常规的蒸发结晶工艺规模较大，运行复杂，并且可操作弹性较差，不能保证产品品质。本实施例提供的方法，降低了整个蒸发结晶工艺规模，提高了可操作弹性，不仅能够保证最终产出品质较高的工业用硫酸钠、氯化钠以及少部分的杂盐，而且能够适用于更大范围水质变化的矿井水。

本发明的一些实施方式还提供一种矿井水处理系统。

具体地，该矿井水处理系统包括矿井水膜浓缩系统和蒸发结晶分盐系统；矿井水膜浓缩系统包括依次连接的超滤系统、反渗透RO系统、浓水反渗透系统以及碟管式反渗透系统；蒸发结晶分盐系统包括三效蒸发系统和冷冻结晶系统。

采用该矿井水处理系统能够有效地实施前述提高的矿井水处理方法。该矿井水处理系统规模较小，成本较低，适用的水质范围广。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种矿井水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将超滤产水引入浓水RO反渗透装置过滤，产生第一产水和一级浓水；

将所述一级浓水引入一级浓水再浓缩BWRO反渗透装置加压，产生第二产水和二级浓水；

将所述二级浓水引入二级浓水再浓缩碟管式反渗透装置加压，产生第三产水和三级浓水；

将所述三级浓水进行三效蒸发浓缩达到过饱和状态，在三效盐腿处结晶出硫酸钠晶浆，对所述晶浆进行旋流分离，得到硫酸钠晶体和旋流母液；对所述旋流母液进行降温结晶析出十水硫酸钠固体后，采用单效蒸发结晶出氯化钠晶体。

2.如权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，

所述第一产水排出至成品水池；所述一级浓水经过浓水精密过滤器和保安过滤器过滤后引入所述一级浓水再浓缩BWRO反渗透装置。

3.如权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，

所述第二产水排出至成品水池；所述二级浓水经过弱酸阳床除硬、过滤后再引入所述二级浓水再浓缩碟管式反渗透装置。

4.如权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，

所述第三产水排出至成品水池；所述三级浓水经过调节pH、加入阻垢剂、并过滤得到浓盐水后再进行蒸发结晶。

5.如权利要求4所述的矿井水处理方法，其特征在于，

所述三效蒸发包括一效蒸发、二效蒸发以及三效蒸发；所述浓盐水经过所述一效蒸发浓缩得第一浓缩液，所述第一浓缩液进入所述二效蒸发，经过所述二效蒸发浓缩得第二浓缩液，所述第二浓缩液进入所述三效蒸发浓缩至过饱和状态后结晶析出所述硫酸钠晶浆。

6.如权利要求5所述的矿井水处理方法，其特征在于，

对所述旋流母液进行降温结晶过程中，去除结晶析出的十水硫酸钠固体，对剩余的母液进行单效蒸发浓缩至过饱和状态，结晶出氯化钠晶体。

7.如权利要求6所述的矿井水处理方法，其特征在于，

对单效蒸发浓缩得到的浓缩液进行离心沉降，得到的氯化钠母液返回所述单效蒸发，得到的氯化钠晶体进行硫化干燥处理。

8.如权利要求7所述的矿井水处理方法，其特征在于，

对单效蒸发浓缩得到的浓缩液进行离心沉降时，还去除不合格母液，将所述不合格母液脱水得杂盐。

9.如权利要求1-8任一项所述的矿井水处理方法，其特征在于，

所述超滤产水是通过将预处理的矿井水引入超滤装置截留水中小颗粒悬浮物或胶体后得到。

10.一种矿井水处理系统，其特征在于，所述矿井水处理系统包括矿井水膜浓缩系统和蒸发结晶分盐系统；所述矿井水膜浓缩系统包括依次连接的超滤系统、反渗透RO系统、浓水反渗透系统以及碟管式反渗透系统；所述蒸发结晶分盐系统包括三效蒸发系统和冷冻结晶系统。