CN112010484A - 高矿化度高碱度的矿井水处理系统及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高矿化度高碱度的矿井水处理系统及其处理方法。该高矿化度高碱度的矿井水处理系统包括预处理装置、纳滤装置、第一结晶装置、第二结晶装置、氯化钠结晶装置以及杂盐结晶装置；所述预处理装置、所述纳滤装置、所述第一结晶装置、氯化钠结晶装置依次顺序连接，所述第二结晶装置与所述纳滤装置连接，所述第二结晶装置还与所述杂盐结晶装置连接。该高矿化度高碱度的矿井水处理系统能够实现高矿化度高碱度矿井水达标排放或回用、资源化利用率高。

Description

高矿化度高碱度的矿井水处理系统及其处理方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种高矿化度高碱度的矿井水处理系统及其处理方法。
背景技术
矿井水是在煤炭开采过程中地下水与煤层、岩层接触，加上人类的活动的影响，发生了一系列的物理、化学和生化反应，而被污染的地下水。因而水质具有显著的煤炭行业特征，含有大量的悬浮物感官性状差；在北方地区，矿井水的矿化度较高，而且相当一部分地区的矿井水碱度非常高，pH值偏高，无机盐主要以氯化钠和碳酸氢钠为主，同时含有部分硫酸钠。
目前矿井水处理项目有着巨大的市场空间。随着国家对环保要求的不断提高，矿进水处理要求也越来越高，北方地区矿井水需处理达到地标Ⅲ类水才能排放，处理工艺越来越复杂，需采用零排放技术才能做到达标排放和回用。传统的零排放技术主要以氯化钠和硫酸钠的分盐零排放技术为主，也最为成熟。在传统的氯化钠、硫酸钠零排放系统运行过程中，需要将水中的碱度去除，以保证蒸发稳定性，同时降低杂盐率。而高碱度的矿井水中碱度的含量往往比氯化钠或硫酸钠的含量都要高，如果要去除这部分碱度，需要大量的盐酸和硫酸去置换，在经济上不可行。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够实现高矿化度高碱度矿井水达标排放或回用、可实现产出的氯化钠、硫酸钠和十水碳酸钠资源化利用的矿井水处理系统及其处理方法。
一种高矿化度高碱度的矿井水处理系统，包括预处理装置、纳滤装置、第一结晶装置、第二结晶装置、氯化钠结晶装置以及杂盐结晶装置；所述预处理装置、所述纳滤装置、所述第一结晶装置、氯化钠结晶装置依次顺序连接，所述第二结晶装置与所述纳滤装置连接，所述第二结晶装置与所述杂盐结晶装置连接。
在其中一个实施例中，所述高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括深度浓缩装置，所述预处理装置、所述纳滤装置、所述深度浓缩装置、所述第一结晶装置、氯化钠结晶装置依次顺序连接；所述第二结晶装置与所述深度浓缩装置连接。
在其中一个实施例中，所述预处理装置包括精密预处理装置以及膜浓缩装置；
和/或，所述膜浓缩装置包括第一膜浓缩装置以及第二膜浓缩装置，所述第一膜浓缩装置以及所述第二膜浓缩装置依次串联连接在所述精密预处理装置与所述纳滤装置之间；
和/或，所述纳滤装置包含第一纳滤装置和第二纳滤装置，所述结晶装置包含第一结晶装置和第二结晶装置，所述深度浓缩装置包含第一深度浓缩装置和第二深度浓缩装置；
所述精密预处理装置、所述第一膜浓缩装置、所述第一纳滤装置、所述第一深度浓缩装置、所述第一结晶装置、所述氯化钠结晶装置以及所述杂盐结晶装置依次顺序连通，所述第一纳滤装置、所述第二纳滤装置、所述第二深度浓缩装置以及所述第二结晶装置依次顺序连通；
和/或，所述第一结晶装置、所述第二结晶装置均为蒸发结晶装置或者冷冻结晶装置；所述氯化钠结晶装置、所述杂盐结晶装置分别为蒸发结晶装置。
在其中一个实施例中，所述预处理装置还包括化学软化除硅装置，所述化学软化除硅装置串联连接在所述第一膜浓缩装置和所述第二膜浓缩装置之间。
和/或，所述化学软化除硅装置包含高密池、V型滤池、石英砂过滤器、离子交换系统、超滤、管式微滤膜以及管式超滤膜中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述第二纳滤装置还与所述第一深度浓缩装置连接，所述第二纳滤装置的纳滤产水进入所述第一深度浓缩装置进行深度浓缩。
在其中一个实施例中，所述高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括热气提装置，所述热气提装置串联连接在所述第一深度浓缩装置与所述第一结晶装置之间。
在其中一个实施例中，所述高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括硫酸钠熔融结晶装置，所述硫酸钠熔融结晶装置与所述第二结晶装置连接；
和/或，所述高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括第一除碳装置和第二除碳装置，所述第一除碳装置设置在所述第一结晶装置与所述氯化钠结晶装置之间，所述第二除碳装置设置在所述第二纳滤装置与所述第二深度浓缩装置之间。
在其中一个实施例中，所述第一深度浓缩装置选自高压卷式反渗透、高压平板膜、电渗析以及正渗透中的一种或几种；
和/或，所述第二深度浓缩装置高压卷式反渗透、高压平板膜、电渗析、正渗透、MVR、多效蒸发结晶装置以及TVR中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述氯化钠结晶装置和/或所述硫酸钠熔融结晶装置选自MVR、TVR以及多效蒸发结晶装置中的一种或几种。
一种高矿化度高碱度的矿井水处理方法，包括如下步骤：
高矿化度高碱度的矿井水进入精密预处理装置进行预处理；
预处理产水进入第一膜浓缩装置进行膜浓缩处理，所述第一膜浓缩装置进行膜浓缩处理后的膜浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，所述第一膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置进行纳滤分盐处理；
所述第一纳滤装置的纳滤浓水进入第二纳滤装置进行淘洗分盐处理，所述淘洗分盐处理后的以氯化钠和碳酸钠为主的纳滤产水以及所述第一纳滤装置的纳滤产水进入第一深度浓缩装置进行深度浓缩处理，所述第一深度浓缩装置深度浓缩处理后的深度浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，所述第一深度浓缩装置深度浓缩处理后的深度浓缩浓水进入热汽提装置进行热气提处理实现碳酸氢根的去除，热气提产水达标排放或进入回用水系统，热汽提浓水进入第一结晶装置进行结晶处理，所述第一结晶装置结晶处理产出的碳酸钠以十水碳酸钠的形式析出，所述第一结晶装置的结晶母液进入第一除碳装置进行除碳处理实现碳酸根的去除，所述第一除碳装置除碳处理得到的除碳产水进入氯化钠结晶装置进行结晶析出氯化钠结晶盐；
所述淘洗分盐处理后的以硫酸钠为主的纳滤浓水进入第二除碳装置进行除碳处理，所述第二除碳装置除碳处理得到的除碳产水进入第二深度浓缩装置进行深度浓缩处理，所述第二深度浓缩装置深度浓缩处理后的深度浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，所述第一深度浓缩装置深度浓缩处理后的深度浓缩浓水进入第二结晶装置进行结晶处理，所述第二结晶装置结晶处理产出的硫酸钠以芒硝形式析出，进入所述硫酸钠熔融结晶装置重结晶产出硫酸钠，所述第二结晶装置的结晶母液进入杂盐结晶装置进行结晶析出杂盐。
在其中一个实施例中，所述预处理包括混凝处理、沉淀处理、砂滤处理以及超滤处理中的一种或几种；
和/或，所述第一膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置之前还包括如下步骤：
所述第一膜浓缩装置进行膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入化学软化除硅装置进行化学软化除硅处理后，化学软化除硅处理得到的软化产水进入第二膜浓缩装置进行膜浓缩处理，所述第二膜浓缩装置进行膜浓缩处理后的膜浓缩产水进入达标排放或者进入回用水系统，所述第二膜浓缩装置进行膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置进行纳滤分盐处理；
和/或，所述化学软化除硅装置包含高密池、V型滤池、石英砂过滤器、离子交换系统、超滤系统、管式微滤膜以及管式超滤膜中的一种或几种；
和/或，所述第一结晶装置结晶处理的温度控制为-5～+10℃；
和/或，所述第一结晶装置的部分结晶母液回流至热汽提装置进行循环；
和/或，所述第一结晶装置的结晶母液进入所述第一除碳装置进行除碳处理具体包括如下步骤：在所述第一除碳装置中加入盐酸，调节pH值小于4，吹脱脱除碱度后在产水中加入氢氧化钠，调整pH值至中性得到除碳产水；
和/或，所述第二结晶装置结晶处理的温度控制为-5～+2℃；和/或，所述第二结晶装置的部分结晶母液回流至第二深度浓缩装置进行循环；
和/或，所述第一纳滤装置的纳滤浓水以及所述第一膜浓缩装置的膜浓缩产水以流量比为1:1.5～1:5进入第二纳滤装置。
本发明提供了一种经济适用、技术可行的高矿化度高碱度矿井水处理系统及其方法，在达到矿井水达标排放或回用的同时，产出氯化钠、硫酸钠和十水碳酸钠三种盐，三种盐都可实现资源化利用，其中十水碳酸钠用途广泛，市场需求量大，经济效益好。
本发明的高碱度矿井水处理方法将氯化钠、硫酸钠、碳酸钠同步从高碱度矿井水中分离出来，大大减小了高矿化度高碱度矿井水处理过程中的化学药剂使用量，提高了结晶盐氯化钠、硫酸钠和十水碳酸钠的产出率，资源化率高，且副产物转化的经济价值明显提升，提升了矿井水分盐、零排放技术的经济可行性。
本发明的高矿化度高碱度的矿井水处理系统具有如下有益效果：
(1)化学软化除硅装置仅去除二氧化硅和镁离子，不去除钙离子和碱度，有效减小了本发明的除硬药剂及酸消耗量，同时也减小了污泥的产量。
(2)软化产水的pH值＞10.5，本方法中不再使用酸将pH值调至中性，而使得后续工段均在高pH值条件下运行，高pH值下运行有利于降低膜系统二氧化硅结垢风险和有机物的污堵风险。
(3)本发明采用第一纳滤装置进行一级分盐，可将混合的浓盐水高效的分为以氯化钠和碳酸钠为主的纳滤产水和以硫酸钠为主的纳滤浓水；并采用第二纳滤装置进行淘洗分盐，可将纳滤浓水中的氯化钠和碳酸钠含量进一步降低，以提升碳酸钠和氯化钠的资源化率。
(4)碳酸钠和硫酸钠分别在不同的结晶装置也即第一结晶装置及第二结晶装置中的冷冻析出，可保证高的结晶盐纯度和结晶盐品质的稳定性。
(5)第一结晶装置中的冷冻母液(碳酸钠冷冻母液)部分回流至前端的热汽提装置进行循环，可大大提高碳酸钠的结晶盐资源化率；第二结晶装置结晶处理得到的冷冻母液(硫酸钠冷冻母液)部分回流至第二深度浓缩装置进行循环，可大大提高硫酸钠的结晶盐资源化率。
(6)氯化钠结晶装置进料前端和硫酸钠熔融结晶装置进料前端分别采用第一除碳装置、第二除碳装置，并在对应的第一除碳装置、第二除碳装置内分别投加盐酸和硫酸将残留的碳酸根去除，如此不仅可以保证氯化钠和硫酸钠的纯度，还可以大大的降低杂盐率。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统示意图。
附图标记说明
10、高矿化度高碱度的矿井水处理系统；100、精密预处理装置；200、第一膜浓缩装置；300、化学软化除硅装置；400、第二膜浓缩装置；500、第一纳滤装置；600、第二纳滤装置；700、第一深度浓缩装置；800、第二深度浓缩装置；900、热气提装置；1000、第一冷冻结晶装置；1100、第二冷冻结晶装置；1200、第一除碳装置；1300、第二除碳装置；1400、氯化钠蒸发结晶装置；1500、杂盐蒸发结晶装置；1600、硫酸钠熔融结晶装置。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“上”、“下”、“底”、“内”、“外”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，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。
应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，也即，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1所示，本发明一实施例提供了一种高矿化度高碱度的矿井水处理系统10。
一种高矿化度高碱度的矿井水处理系统10，包括预处理装置、纳滤装置、第一结晶装置、第二结晶装置、氯化钠结晶装置以及杂盐结晶装置；其中，第一结晶装置、第二结晶装置均为冷冻结晶装置或者蒸发结晶装置，优选地，在本实施例中，第一结晶装置为第一冷冻结晶装置1000，第二结晶装置为第二冷冻结晶装置1100；所述氯化钠结晶装置、所述杂盐结晶装置分别为蒸发结晶装置，在本实施例中，氯化钠结晶装置为氯化钠蒸发结晶装置1400，杂盐结晶装置为杂盐蒸发结晶装置1500。不难理解，在以下实施例中，第一结晶装置还可以替换为第一蒸发结晶装置，第二结晶装置还可以替换为第二蒸发结晶装置。
预处理装置、纳滤装置、第一冷冻结晶装置1000以及氯化钠蒸发结晶装置1400依次顺序连接，第二冷冻结晶装置1100与纳滤装置连接，所述第二冷冻结晶装置1100还与杂盐蒸发结晶装置1500连接，氯化钠蒸发结晶装置1400还与杂盐蒸发结晶装置1500连接。
优选地，高矿化度高碱度的矿井水处理系统10还包括深度浓缩装置，预处理装置、纳滤装置、深度浓缩装置、第一冷冻结晶装置1000、氯化钠蒸发结晶装置1400以及杂盐蒸发结晶装置1500依次顺序连接；第二冷冻结晶装置1100与深度浓缩装置连接。
在一个实施例中，预处理装置包括精密预处理装置100以及膜浓缩装置。和/或，膜浓缩装置包括第一膜浓缩装置200以及第二膜浓缩装置400，第一膜浓缩装置200以及第二膜浓缩装置400依次串联连接在精密预处理装置100与纳滤装置之间；和/或，纳滤装置包含第一纳滤装置500和第二纳滤装置600，深度浓缩装置包含第一深度浓缩装置700和第二深度浓缩装置800。
在一具体示例中，预处理装置还包括化学软化除硅装置300，化学软化除硅装置300串联连接在第一膜浓缩装置200与第二膜浓缩装置400之间。
进一步地，高矿化度高碱度的矿井水处理系统10还包括硫酸钠熔融结晶装置1600，硫酸钠熔融结晶装置1600与第二冷冻结晶装置1100连接。
进一步地，高矿化度高碱度的矿井水处理系统10还包括热气提装置900，热气提装置900串联连接在第一深度浓缩装置700与第一冷冻结晶装置1000之间。
在一个具体实施例中，一种高矿化度高碱度的矿井水处理系统10，包括精密预处理装置100、第一膜浓缩装置200、第二膜浓缩装置400、第一纳滤装置500、第二纳滤装置600、第一深度浓缩装置700、第二深度浓缩装置800、热气提装置900、第一冷冻结晶装置1000、第二冷冻结晶装置1100、第一除碳装置1200、第二除碳装置1300、氯化钠蒸发结晶装置1400、杂盐蒸发结晶装置1500以及硫酸钠熔融结晶装置1600；精密预处理装置100、第一膜浓缩装置200、第二膜浓缩装置400、第一纳滤装置500、第一深度浓缩装置700、热气提装置900、第一冷冻结晶装置1000、第一除碳装置1200以及氯化钠蒸发结晶装置1400依次顺序连通，第一纳滤装置500、第二纳滤装置600、第二除碳装置1300、第二深度浓缩装置800、第二冷冻结晶装置1100以及硫酸钠熔融结晶装置1600依次顺序连接。
优选地，高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括第一除碳装置1200和第二除碳装置1300，第一除碳装置1200设置在第一冷冻结晶装置1000与氯化钠蒸发结晶装置1400之间，第二除碳装置1300设置在第二纳滤装置600与第二深度浓缩装置800之间。
在一具体示例中，化学软化除硅装置300包含高密池、V型滤池、石英砂过滤器、离子交换系统、超滤、管式微滤膜以及管式超滤膜中的一种或几种。
在一具体示例中，氯化钠蒸发结晶装置1400还与杂盐蒸发结晶装置1500连接，以实现氯化钠蒸发结晶装置1400中的氯化钠蒸发结晶母液进入杂盐蒸发结晶装置1500；
和/或，第二冷冻结晶装置1100还与杂盐蒸发结晶装置1500连接，以实现第二冷冻结晶装置1100中的冷冻结晶母液进入杂盐蒸发结晶装置1500。
在一具体示例中，第二纳滤装置600还与第一深度浓缩装置700连接，第二纳滤装置600的纳滤产水进入第一深度浓缩装置700进行深度浓缩。
在一具体示例中，第一深度浓缩装置700选自高压卷式反渗透、高压平板膜、电渗析以及正渗透中的一种或几种；
和/或，第二深度浓缩装置800高压卷式反渗透、高压平板膜、电渗析、正渗透、MVR、多效蒸发结晶装置、TVR中的一种或几种。
在一具体示例中，氯化钠蒸发结晶装置1400和/或，硫酸钠熔融结晶装置1600选自MVR、TVR以及多效蒸发结晶装置中的一种或几种；
本发明提供了一种经济适用、技术可行的高矿化度高碱度矿井水处理系统及其方法，在达到矿井水达标排放或回用的同时，产出氯化钠、硫酸钠和十水碳酸钠三种盐，三种盐都可实现资源化利用，其中十水碳酸钠用途广泛，市场需求量大，经济效益好。
本发明一实施例还提供了一种高矿化度高碱度的矿井水处理方法。
一种高矿化度高碱度的矿井水处理方法，使用上述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统10，包括如下步骤：
高矿化度高碱度的矿井水进入精密预处理装置100进行预处理；
预处理产水进入第一膜浓缩装置200进行膜浓缩处理，第一膜浓缩装置200进行膜浓缩处理后的膜浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，第一膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置500进行纳滤分盐处理；
第一纳滤装置500的纳滤浓水进入第二纳滤装置600进行淘洗分盐处理，淘洗分盐处理后的以氯化钠和碳酸钠为主的纳滤产水以及第一纳滤装置500的纳滤产水进入第一深度浓缩装置700进行深度浓缩处理，第一深度浓缩装置700深度浓缩处理后的深度浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，第一深度浓缩装置700深度浓缩处理后的深度浓缩浓水进入热汽提装置进行热气提处理实现碳酸氢根的去除，热气提产水达标排放或进入回用水系统，热汽提浓水进入第一冷冻结晶装置1000进行冷冻结晶处理，第一冷冻结晶装置1000冷冻结晶处理得到的碳酸钠以十水碳酸钠的形式析出，第一冷冻结晶装置1000的冷冻结晶母液进入第一除碳装置1200进行除碳处理实现碳酸根的去除，第一除碳装置1200除碳处理得到的除碳产水进入氯化钠蒸发结晶装置1400进行蒸发结晶析出氯化钠结晶盐；
淘洗分盐处理后的以硫酸钠为主的纳滤浓水进入第二除碳装置1300进行除碳处理，第二除碳装置1300除碳处理得到的除碳产水进入第二深度浓缩装置800进行深度浓缩处理，第二深度浓缩装置800深度浓缩处理后的深度浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，第一深度浓缩装置700深度浓缩处理后的深度浓缩浓水进入第二冷冻结晶装置1100进行冷冻结晶处理，第二冷冻结晶装置1100冷冻结晶处理得到的硫酸钠以芒硝形式析出，进入硫酸钠熔融结晶装置1600重结晶产出硫酸钠，第二冷冻结晶装置1100的冷冻结晶母液进入杂盐蒸发结晶装置1500进行蒸发结晶析出杂盐。
在一具体示例中，预处理包括混凝处理、沉淀处理、砂滤处理以及超滤处理中的一种或几种；通过向混凝池中投加混凝剂和絮凝剂，矿井水中大部分颗粒、悬浮物、胶体和部分有机物得到有效去除，再通过石英砂过滤处理和超滤处理的精密过滤，预处理后的矿井水浊度小于0.5NTU，SDI＜3。
在一具体示例中，第一膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置500之前还包括如下步骤：
第一膜浓缩装置200进行膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入化学软化除硅装置300进行化学除软除硅处理后，化学除软除硅处理得到的软化产水进入第二膜浓缩装置400进行膜浓缩处理，第二膜浓缩装置400进行膜浓缩处理后的膜浓缩产水进入达标排放或者进入回用水系统，第二膜浓缩装置400进行膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置500进行纳滤分盐处理。
在一具体示例中，化学软化除硅装置300包含高密池、V型滤池、石英砂过滤器、离子交换系统、超滤系统、管式微滤膜以及管式超滤膜中的一种或几种，通过投加除硅剂、氢氧化钠、混凝剂、絮凝剂中的一种或几种，控制反应pH＞10.5，去除膜浓缩浓水中的钙、镁以及二氧化硅，经化学除软除硅处理后的软化产水中总硬度以碳酸钙计＜5mg/L，浊度小于0.5NTU，二氧化硅＜10mg/L。
在一具体示例中，第一纳滤装置500对硫酸根的截留率＞98％，对碳酸根、碳酸氢根的截留率均≥25％，第一纳滤装置500的纳滤浓水以硫酸钠为主，含有部分碳酸钠和氯化钠，第一纳滤装置500的纳滤浓水中硫酸根＞45000mg/L；第一纳滤装置500的纳滤产水以氯化钠和碳酸钠为主，经第二纳滤装置600淘洗分盐后，第一纳滤装置500的纳滤浓水中的氯化钠和碳酸钠大量淘洗至第二纳滤装置600的纳滤产水中，第二纳滤装置600的纳滤浓水以硫酸钠为主，含少量的氯化钠和碳酸钠，经第一纳滤装置500的纳滤分盐处理与第二纳滤装置600的淘洗分盐处理，形成以氯化钠和碳酸钠为主的纳滤产水和以硫酸钠为主的纳滤浓水。
在一具体示例中，第一深度浓缩装置700选自高压卷式反渗透、高压平板膜、电渗析以及正渗透中的一种或几种，第一深度浓缩装置700深度浓缩处理后的深度浓缩浓水的TDS＞90000mg/L；
和/或，第二深度浓缩装置800高压卷式反渗透、高压平板膜、电渗析、正渗透、MVR、多效蒸发、TVR中的一种或几种，第二深度浓缩装置800深度浓缩处理后的深度浓缩浓水的TDS＞140000mg/L。
在一具体示例中，热气提处理选自MVR、多效蒸发或TVR中的一种或几种；和/或，汽提温度85～95℃，经热气提处理后，热气提浓水TDS＞180000mg/L，HCO3 -＜50mg/L。
在一具体示例中，第一冷冻结晶装置1000冷冻结晶处理的温度控制为-5～+10℃；和/或，第一冷冻结晶装置1000的部分冷冻结晶母液回流至热汽提装置进行循环。
在一具体示例中，第一冷冻结晶装置1000的冷冻结晶母液进入第一除碳装置1200进行除碳处理具体包括如下步骤：在该第一除碳装置1200中加入盐酸，调节pH值小于4，吹脱脱出碱度后在产水中加入氢氧化钠，调整pH值至中性得到除碳产水；
在一具体示例中，第二冷冻结晶装置1100冷冻结晶处理的温度控制为-5～+2℃；和/或，第二冷冻结晶装置1100的部分冷冻结晶母液回流至第二深度浓缩装置800进行循环。
在一具体示例中，第二冷冻结晶装置1100冷冻结晶处理得到的硫酸钠以芒硝形式析出后进入硫酸钠熔融结晶装置1600进行融解与再结晶产出硫酸钠结晶盐。
在一具体示例中，还包括如下步骤：
向第二膜浓缩装置400的膜浓缩产水、第一膜浓缩装置200的膜浓缩产水、第一深度浓缩装置700的深度浓缩产水、第二深度浓缩装置800的深度浓缩产水和/或热汽提装置的热气提产水中分别投加酸，调节pH值至中性后达标排放或进入回用水系统。
在一具体示例中，第一纳滤装置500的纳滤浓水以及第一膜浓缩装置200的膜浓缩产水以流量比为1:1.5～1:5进入第二纳滤装置600。
本发明的高矿化度高碱度矿井水处理方法将氯化钠、硫酸钠、碳酸钠同步从高碱度矿井水中分离出来，大大减小了高碱度矿井水处理过程中的化学药剂使用量，提高了结晶盐氯化钠、硫酸钠和十水碳酸钠的产出率，资源化率高，且副产物转化的经济价值明显提升，提升了矿井水分盐、零排放技术的经济可行性。
实施例1
本实施例提供了一种使用上述的高矿化度高碱度矿井水处理方法来处理某煤矿矿井水。
某煤矿矿井水，流量Q＝833m3/h，TDS＝2044mg/L，HCO3 -＝551.7mg/L，
CO3 2-＝551.7，Cl-＝386.4mg/L，SO4 2-＝380mg/L,Ca2+＝20.8mg/L，Mg2+＝4.1mg/
L，SiO2＝11.7mg/L，SS＝5mg/L，F-＝7.7mg/L，pH＝9。
高矿化度高碱度矿井水处理方法，包括如下步骤：
煤矿矿井水首先进入精密预处理装置100进行预处理，精密预处理装置100包括混凝沉淀池、V型滤池和超滤系统，在精密预处理装置100中分别投加聚合氯化铁、PAM，通过混凝、沉淀、过滤的方式去除煤矿矿井水中的悬浮物、胶体等。经预处理后，煤矿矿井水中的悬浮物＜0.5mg/L，SDI＜3。
预处理产水进入第一膜浓缩装置200，第一膜浓缩装置200采用普通苦咸水反渗透膜，回收率70％，脱盐率＞95％。第一膜浓缩装置200进行膜浓缩处理后的膜浓缩产水达标排放，第一膜浓缩装置200处理效果见表1。
表1
Figure BDA0002626820310000131
第一膜浓缩装置200的膜浓缩浓水排至化学软化除硅装置进行处理。化学软化除硅装置包含高密池、石英砂过滤器、离子交换树脂系统以及超滤系统，通过投加除硅剂氢氧化钠、聚合氯化铁、PAM及进行离子交换除硬度，最终处理效果如表2。
表2
水质指标 SiO<sub>2</sub>(mg/L) Ca<sup>2+</sup>(mg/L) Mg<sup>2+</sup>(mg/L) 浊度(NTU)
软化产水 5 1.0 0.5 0.5
软化产水进入第二膜浓缩装置400，第二膜浓缩装置400采用普通苦咸水反渗透膜，回收率80％，脱盐率＞95％。第二膜浓缩装置400的膜浓缩产水作为最终产水达标排放，第二膜浓缩装置400的膜浓缩浓水进入后端进行进一步处理。第二膜浓缩装置400处理效果见表3。
表3
Figure BDA0002626820310000141
第二膜浓缩装置400的膜浓缩浓水进入到第一纳滤装置500进行一次分盐，第一纳滤装置500的回收率85％，SO4 2-截留率98％，CO3 2-、HCO3 -截流率25％，具体效果如表4。
表4
Figure BDA0002626820310000142
第一纳滤装置500的纳滤浓水进入到第二纳滤装置600进行淘洗分盐，淘洗水来自第一膜浓缩装置200的膜浓缩产水，淘洗水量按1:2倍浓水量。第二纳滤装置600回收率75％，SO4 2-截留率98％，CO3 2-、HCO3 -截流率25％，具体效果如表5。
表5
Figure BDA0002626820310000143
Figure BDA0002626820310000151
第二纳滤装置600的纳滤浓水进入到第二除碳装置1300，通过向第二除碳装置1300投加硫酸，进行碱度的去除，具体效果如表6。
表6
Figure BDA0002626820310000152
第一纳滤装置500的纳滤产水、第二纳滤装置600的纳滤产水进入到第一深度浓缩装置700进行进一步的浓缩，第二除碳装置1300的除碳产水进入到第二深度浓缩装置800进行进一步的浓缩。第一深度浓缩装置700采用高压反渗透膜，第二深度浓缩装置800采用MVR系统蒸发浓缩，第一深度浓缩装置700、第二深度浓缩装置800浓缩效果如表7。
表7
Figure BDA0002626820310000153
Figure BDA0002626820310000161
第一深度浓缩装置700的深度浓缩产水进入到热气提装置900，热气提装置900采用MVR形式，控制温度85～95摄氏度，进行HCO3 -的去除，具体效果如下表8。
表8
Figure BDA0002626820310000162
热气提浓水进入第一冷冻结晶装置1000进行冷冻结晶，第二深度浓缩装置800的深度浓缩产水进入到第二冷冻结晶装置1100进行冷冻结晶，第一冷冻结晶装置1000、第二冷冻结晶装置1100均控制冷冻温度-2℃，第一冷冻结晶装置1000产出十水碳酸钠0.96t/h，第二冷冻结晶装置1100产出芒硝1.21t/h，芒硝进入硫酸钠熔融结晶装置1600，产出硫酸钠0.53t/h；第一冷冻结晶装置1000的部分冷冻结晶母液回流至热汽提装置进行循环，第二冷冻结晶装置1100的部分冷冻结晶母液回流至第二深度浓缩装置800进行循环。
第一冷冻结晶装置1000的冷冻结晶母液进入第一除碳装置1200，向第一除碳装置1200内投加盐酸和氢氧化钠去除碳酸根，第一除碳装置1200的除碳产水进入到氯化钠蒸发结晶装置1400，第一除碳装置1200的具体效果如表9。
表9
Figure BDA0002626820310000163
Figure BDA0002626820310000171
第一除碳装置1200的除碳产水进入到氯化钠蒸发结晶装置1400，氯化钠蒸发结晶装置1400产出合格的氯化钠结晶盐0.51t/h，氯化钠蒸发结晶装置1400的蒸发结晶母液以及第二冷冻结晶装置1100的冷冻结晶母液进入杂盐蒸发结晶装置1500，产出杂盐0.19t/h。
使用上述的高矿化度高碱度矿井水处理方法处理后得到的产品水TDS＜1000mg/L，达到地标Ⅲ类水排放要求。
本发明的高矿化度高碱度的矿井水处理系统10具有如下有益效果：
(1)化学软化除硅装置仅去除二氧化硅和镁离子，不去除钙离子和碱度，有效减小了本发明的除硬药剂及酸消耗量，同时也减小了污泥的产量。
(2)软化产水的pH值＞10.5，本方法中不再使用酸将pH值调至中性，而使得后续工段均在高pH值条件下运行，高pH值下运行有利于降低膜系统二氧化硅结垢风险和有机物的污堵风险。
(3)本发明采用第一纳滤装置500进行一级分盐，可将混合的浓盐水高效的分为以氯化钠和碳酸钠为主的纳滤产水和以硫酸钠为主的纳滤浓水；并采用第二纳滤装置600进行淘洗分盐，可将纳滤浓水中的氯化钠和碳酸钠含量进一步降低，以提升碳酸钠和氯化钠的资源化率。
(4)碳酸钠和硫酸钠分别在不同的冷冻结晶装置也即第一冷冻结晶装置1000及第二冷冻结晶装置1100中的冷冻析出，可保证高的结晶盐纯度和结晶盐品质的稳定性。
(5)第一冷冻结晶装置1000中的冷冻结晶母液(碳酸钠冷冻结晶母液)部分回流至前端的热汽提装置进行循环，可大大提高碳酸钠的结晶盐资源化率；第二冷冻结晶装置1100冷冻结晶处理得到的冷冻结晶母液(硫酸钠冷冻结晶母液)部分回流至第二深度浓缩装置800进行循环，可大大提高硫酸钠的结晶盐资源化率。
(6)氯化钠蒸发结晶装置1400进料前端和硫酸钠熔融结晶装置1600进料前端分别采用第一除碳装置1200、第二除碳装置1300，并在对应的第一除碳装置1200、第二除碳装置1300内分别投加盐酸和硫酸将残留的碳酸根去除，如此不仅可以保证氯化钠和硫酸钠的纯度，还可以大大的降低杂盐率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高矿化度高碱度的矿井水处理系统，其特征在于，包括预处理装置、纳滤装置、第一结晶装置、第二结晶装置、氯化钠结晶装置以及杂盐结晶装置；所述预处理装置、所述纳滤装置、所述第一结晶装置、氯化钠结晶装置依次顺序连接，所述第二结晶装置与所述纳滤装置连接，所述第二结晶装置还与所述杂盐结晶装置连接。
2.根据权利要求1所述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统，其特征在于，所述高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括深度浓缩装置，所述预处理装置、所述纳滤装置、所述深度浓缩装置、所述第一结晶装置、氯化钠结晶装置依次顺序连接；所述第二结晶装置与所述深度浓缩装置连接。
3.根据权利要求2所述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统，其特征在于，所述预处理装置包括精密预处理装置以及膜浓缩装置；
和/或，所述膜浓缩装置包括第一膜浓缩装置以及第二膜浓缩装置，所述第一膜浓缩装置以及所述第二膜浓缩装置依次串联连接在所述精密预处理装置与所述纳滤装置之间；
和/或，所述纳滤装置包含第一纳滤装置和第二纳滤装置，所述深度浓缩装置包含第一深度浓缩装置和第二深度浓缩装置；
所述精密预处理装置、所述第一膜浓缩装置、所述第一纳滤装置、所述第一深度浓缩装置、所述第一结晶装置、所述氯化钠结晶装置以及所述杂盐结晶装置依次顺序连通，所述第一纳滤装置、所述第二纳滤装置、所述第二深度浓缩装置以及所述第二结晶装置依次顺序连通；
和/或，所述第一结晶装置、所述第二结晶装置均为蒸发结晶装置或者冷冻结晶装置；所述氯化钠结晶装置、所述杂盐结晶装置分别为蒸发结晶装置。
4.根据权利要求3所述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统，其特征在于，所述预处理装置还包括化学软化除硅装置，所述化学软化除硅装置串联连接在所述第一膜浓缩装置和所述第二膜浓缩装置之间；
和/或，所述化学软化除硅装置包含高密池、V型滤池、石英砂过滤器、离子交换系统、超滤、管式微滤膜以及管式超滤膜中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统，其特征在于，所述第二纳滤装置还与所述第一深度浓缩装置连接，所述第二纳滤装置的纳滤产水进入所述第一深度浓缩装置进行深度浓缩。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统，其特征在于，所述高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括热气提装置，所述热气提装置串联连接在所述第一深度浓缩装置与所述第一结晶装置之间。
7.根据权利要求3-5任意一项所述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统，其特征在于，所述高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括硫酸钠熔融结晶装置，所述硫酸钠熔融结晶装置与所述第二结晶装置连接；
和/或，所述高矿化度高碱度的矿井水处理系统还包括第一除碳装置和第二除碳装置，所述第一除碳装置设置在所述第一结晶装置与所述氯化钠结晶装置之间，所述第二除碳装置设置在所述第二纳滤装置与所述第二深度浓缩装置之间。
8.根据权利要求7所述的高矿化度高碱度的矿井水处理系统，其特征在于，所述第一深度浓缩装置选自高压卷式反渗透、高压平板膜、电渗析以及正渗透中的一种或几种；
和/或，所述第二深度浓缩装置高压卷式反渗透、高压平板膜、电渗析、正渗透、MVR、多效蒸发结晶装置以及TVR中的一种或几种；
和/或，所述氯化钠结晶装置和/或所述硫酸钠熔融结晶装置选自MVR、TVR以及多效结晶装置中的一种或几种。
9.一种高矿化度高碱度的矿井水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
高矿化度高碱度的矿井水进入精密预处理装置进行预处理；
预处理产水进入第一膜浓缩装置进行膜浓缩处理，所述第一膜浓缩装置进行膜浓缩处理后的膜浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，所述第一膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置进行纳滤分盐处理；
所述第一纳滤装置的纳滤浓水进入第二纳滤装置进行淘洗分盐处理，所述淘洗分盐处理后的以氯化钠和碳酸钠为主的纳滤产水以及所述第一纳滤装置的纳滤产水进入第一深度浓缩装置进行深度浓缩处理，所述第一深度浓缩装置深度浓缩处理后的深度浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，所述第一深度浓缩装置深度浓缩处理后的深度浓缩浓水进入热汽提装置进行热气提处理实现碳酸氢根的去除，热气提产水达标排放或进入回用水系统，热汽提浓水进入第一结晶装置进行结晶处理，所述第一结晶装置结晶处理产出的碳酸钠以十水碳酸钠的形式析出，所述第一结晶装置的结晶母液进入第一除碳装置进行除碳处理实现碳酸根的去除，所述第一除碳装置除碳处理得到的除碳产水进入氯化钠结晶装置进行结晶析出氯化钠结晶盐；
所述淘洗分盐处理后的以硫酸钠为主的纳滤浓水进入第二除碳装置进行除碳处理，所述第二除碳装置除碳处理得到的除碳产水进入第二深度浓缩装置进行深度浓缩处理，所述第二深度浓缩装置深度浓缩处理后的深度浓缩产水达标排放或者进入回用水系统，所述第一深度浓缩装置深度浓缩处理后的深度浓缩浓水进入第二结晶装置进行结晶处理，所述第二结晶装置结晶处理产出的硫酸钠以芒硝形式析出，进入所述硫酸钠熔融结晶装置重结晶产出硫酸钠，所述第二结晶装置的结晶母液进入杂盐结晶装置进行结晶析出杂盐。
10.根据权利要求9所述的高矿化度高碱度的矿井水处理方法，其特征在于，所述预处理包括混凝处理、沉淀处理、砂滤处理以及超滤处理中的一种或几种；
和/或，所述第一膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置之前还包括如下步骤：
所述第一膜浓缩装置进行膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入化学软化除硅装置进行化学软化除硅处理后，化学软化除硅处理得到的软化产水进入第二膜浓缩装置进行膜浓缩处理，所述第二膜浓缩装置进行膜浓缩处理后的膜浓缩产水进入达标排放或者进入回用水系统，所述第二膜浓缩装置进行膜浓缩处理后的膜浓缩浓水进入第一纳滤装置进行纳滤分盐处理；
和/或，所述化学软化除硅装置包含高密池、V型滤池、石英砂过滤器、离子交换系统、超滤系统、管式微滤膜以及管式超滤膜中的一种或几种；
和/或，所述第一结晶装置结晶处理的温度控制为-5～+10℃；
和/或，所述第一结晶装置的部分结晶母液回流至热汽提装置进行循环；
和/或，所述第一结晶装置的结晶母液进入所述第一除碳装置进行除碳处理具体包括如下步骤：在所述第一除碳装置中加入盐酸，调节pH值小于4，吹脱脱除碱度后在产水中加入氢氧化钠，调整pH值至中性得到除碳产水；
和/或，所述第二结晶装置结晶处理的温度控制为-5～+2℃；和/或，所述第二结晶装置的部分结晶母液回流至第二深度浓缩装置进行循环；
和/或，所述第一纳滤装置的纳滤浓水以及所述第一膜浓缩装置的膜浓缩产水以流量比为1:1.5～1:5进入第二纳滤装置。
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