CN114763286A - 一种矿井水处理系统和矿井水处理方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井水处理系统和矿井水处理方法及其应用。所述系统中，预处理装置具有原水入口和预处理水出口；膜过滤装置具有预处理水入口、膜过滤清水出口和膜过滤污水出口，预处理水入口与预处理水出口连接；一级反渗透装置具有膜过滤清水入口、一级反渗透清水出口和一级反渗透浓水出口，膜过滤清水入口与膜过滤清水出口连接；二级反渗透装置具有一级反渗透浓水入口、二级反渗透清水出口和二级反渗透浓水出口，一级反渗透浓水入口与一级反渗透浓水出口连接；蒸发浓缩装置具有二级反渗透浓水入口、浓缩后清水出口和浓缩后浓水出口，二级反渗透浓水入口与二级反渗透浓水出口连接。本发明的系统和方法能够实现矿井水的低成本处理和零排放。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，具体涉及一种矿井水处理系统和矿井水处理方法及其应用。
背景技术
矿井水通常是指在煤炭开采过程中产生的渗入井下挖掘空间的水。矿井水的成分主要受地质年代、地质构造、煤系伴生矿物成分和所在地区环境条件等因素的影响。
根据矿井水的特点，其大致可分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和含特殊污染物矿井水五种类型。其中，高矿化度矿井水是指溶解性总固体(即含盐量)大于1000mg/L的矿井水。该高矿化度矿井水主要分布在西北地区、黄淮海平原和东北、华北部分地区，由于其较高的含盐量而不适宜饮用。这类高矿化度的矿井水的盐含量主要来源于Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO4 2-、HClO-、Cl-等阴离子和阳离子，往往具有较高的硬度，有些矿井水中含CaO硬度可达到1000mg/L。这类高矿化度的矿井水，其中还含有较高含量的煤粉、岩粉等悬浮物，浊度较大。
对于高矿化度的矿井水，由于其中的盐含量较高，在处理过程中除了包括混凝、沉淀等预处理工序外，较为关键的处理过程是脱盐。因此，高矿化度矿井水的处理往往包括预处理和深度处理。其中，预处理同常规矿井水处理，采用混凝沉淀过滤工艺。深度处理以除盐为核心，包括超滤-反渗透工艺、活性炭过滤-砂滤-反渗透工艺、电渗析工艺和电吸附除盐工艺。目前应用最广泛的为超滤-反渗透双膜法浓缩工艺。但是，膜浓缩后产生的浓水量仍然很大，在进行蒸发结晶零排放时的能耗和成本依然很高。
综上，如何进一步提高浓水的矿化度，并降低高矿化度矿井水的处理成本，是该领域最为关键且较难解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种矿井水处理系统和矿井水处理方法及其应用，本发明的矿井水处理系统和处理方法不仅可以实现高矿化度矿井水的深度处理，节省处理成本，还能够利用煤矿采空区将得到的浓水储存在地下，实现零排放。
本发明第一方面提供了一种矿井水处理系统，所述系统包括依次连接的预处理装置、膜过滤装置、一级反渗透装置、二级反渗透装置和蒸发浓缩装置；
所述预处理装置具有原水入口和预处理水出口；
所述膜过滤装置具有预处理水入口、膜过滤清水出口和膜过滤污水出口，所述预处理水入口与所述预处理水出口连接；
所述一级反渗透装置具有膜过滤清水入口、一级反渗透清水出口和一级反渗透浓水出口，所述膜过滤清水入口与所述膜过滤清水出口连接；
所述二级反渗透装置具有一级反渗透浓水入口、二级反渗透清水出口和二级反渗透浓水出口，所述一级反渗透浓水入口与所述一级反渗透浓水出口连接；
所述蒸发浓缩装置具有二级反渗透浓水入口、浓缩后清水出口和浓缩后浓水出口，所述二级反渗透浓水入口与所述二级反渗透浓水出口连接。
本发明中的浓水是指在反渗透脱盐处理过程中产生的高含盐废水。
根据本发明所述的系统的一些实施方式，所述蒸发浓缩装置为低温多效蒸发器和/或多级闪蒸器，优选为低温多效蒸发器。本发明中并不限制所选用的低温多效蒸发器的类型，例如可以为国家能源集团国华电力研究院设计的四效逆流蒸发器。
在本发明的一些具体实施方式中，通过采用低温多效蒸发器能够将经反渗透过滤处理后的矿井水浓水进一步浓缩3-5倍，大大增加了淡水的产量，且通过采用低温多效蒸发的方式，能够节约大量热能。
根据本发明所述的系统的一些实施方式，所述预处理装置为在采煤过程中由垮落岩体填充形成的具有封闭井下空间的采空区，所述原水入口位于所述采空区的上端，所述预处理水出口位于所述采空区的下端。
本发明中，矿井水原水在井下集水池汇集后，经泵抽送到采空区进行沉降过滤预处理。其中，所述采空区由采煤过程垮落岩体填充形成，并构筑形成封闭的井下空间。采空区内由垮落岩体填充形成，岩体之间存在空隙。矿井水原水自采空区的上端高位注入，在流动过程中，矿井水原水中的悬浮物在自然沉降和岩体空隙阻截的作用下被截留在采空区，并经由下端低位流出，得到预处理水，实现矿井水中悬浮物的净化。本发明中，经采空区预处理后，矿井水中悬浮物含量≤100mg/mL。
根据本发明所述的系统的一些处理方式，所述膜过滤装置包括陶瓷膜过滤器。优选地，所述陶瓷膜过滤器中的陶瓷膜为板式中空膜和/或管式膜。进一步优选地，所述陶瓷膜的膜孔径为0.1-0.3μm。
在本发明的一些具体实施方式中，本发明中的陶瓷膜过滤采用外压内息式的过滤方式，其中陶瓷膜膜片的数量优选为32片，膜面积为3.5m2，过滤过程的运行负压为0-0.5bar，过滤过程的膜通量为单位时间内膜过滤清水产水量与膜面积的比值。
本发明中，并不限制陶瓷膜过滤器的种类。例如，本发明中的陶瓷膜过滤器可选自新加坡世来福(Ceraflo)(GMF 0.1μm孔径)、法国TAMI(0.1μm孔径)和厦门福美(0.1μm孔径)生产的陶瓷膜过滤器中的至少一种。根据不同的生产需要，还可选择其它的陶瓷膜过滤器。
在本发明的一些具体实施方式中，矿井书原水经采空区预处理后，经由提升泵送入陶瓷膜过滤器中。本发明中的陶瓷膜过滤器中陶瓷膜的主要材质为刚玉，并经由高温烧制形成，进而更能耐受在矿井水恶劣的水质条件下长期使用。预处理水经陶瓷膜过滤器处理后，可脱除绝大多数的固体颗粒、悬浮物、胶体和部分COD等，能够使出水浊度降低到1NTU以下。
根据本发明所述的系统的一些实施方式，所述膜过滤装置还包括超滤器，所述超滤器设置在所述陶瓷膜过滤器和所述一级反渗透装置之间，所述超滤器具有进水口、超滤清水出口和超滤污水出口，所述进水口与所述陶瓷膜过滤器的膜过滤清水出口连接，所述超滤清水出口与所述一级反渗透装置的膜过滤清水入口连接。
在本发明的不同实施方式中，经膜过滤处理后的膜过滤清水可先送入超滤器中进行超滤处理，得到的超滤清水再送入一级反渗透装置中。其中，超滤器能够对膜过滤清水中的悬浮物进行进一步的过滤处理，使其中的悬浮物含量降到最低，有利于后续反渗透处理过程的进行，且不易损坏反渗透装置。本发明中选择的超滤器中的滤膜孔径2-50nm，超滤过程的操作压力100-1000kPa。
本发明中并不限制超滤器的类型，例如，本发明中的超滤器可选自美国陶氏、天津膜天膜、海南立升、大连欧科和广州超禹生产的超滤器中的至少一种。优选为美国陶氏公司生产的型号为UF1IB160的中空超滤膜。根据不同的生产需要，还可选择其它的超滤器。
本发明中并不限制一级反渗透装置和二级反渗透装置的类型，例如，本发明中的一级反渗透装置和二级反渗透装置可选自美国陶氏、日本东丽和美国科氏生产的反渗透装置中的至少一种。根据不同的生产需要，还可选择其它装置。
根据本发明所述的系统的一些实施方式，所述系统中还包括污水池，所述污水池具有膜过滤污水入口、超滤污水入口和污水出口，所述膜过滤污水入口与所述膜过滤装置的膜过滤污水出口连接，所述超滤污水入口与所述超滤器的超滤污水出口连接。
根据本发明所述的系统的一些实施方式，所述预处理装置还设置有污水入口，所述污水入口与所述污水池的污水出口连接，进而将膜过滤污水和超滤污水送入预处理装置中进行沉降过滤预处理，循环进行污水处理。
根据本发明所述的系统的一些实施方式，所述系统中还包括清水池，所述清水池用于接收经由所述一级反渗透清水出口、所述二级反渗透清水出口和所述浓缩后清水出口排出的清水。
在本发明的不同实施方式中，清水池中的清水一部分送入井下回用系统中回用，另外一部分输送至地面进行回用。
矿井水原水经本发明的系统处理后，对于最终产生的浓缩后浓水，可利用采空区将浓缩后浓水封存在浓盐水库中，实现零排放。
本发明第二方面提供了一种矿井水处理方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A、对矿井水原水进行沉降过滤预处理，得到预处理水；
步骤B、对所述预处理水进行膜过滤，得到膜过滤清水和膜过滤污水；
步骤C、对所述膜过滤清水进行一级反渗透处理，得到一级反渗透清水和一级反渗透浓水；
步骤D、对所述一级反渗透浓水进行二级反渗透处理，得到二级反渗透清水和二级反渗透浓水；
步骤E、对所述二级反渗透浓水进行蒸发浓缩处理，得到浓缩后清水和浓缩后浓水。
本发明提供的矿井水处理方法，依次经过沉降过滤预处理、膜过滤、一级反渗透处理和二级反渗透处理后，得到的二级反渗透浓水量较小，再进行蒸发浓缩处理时，能够节省大量的热量成本。并且，本发明中的蒸发浓缩过程通过对二级反渗透浓水进行进一步的浓缩处理，进一步减少浓水的水量，提高浓水中的含盐量，能够节省后续处理过程中的运行成本。其中，矿井水原水的矿化度为1000-12000mg/mL，悬浮物含量为100-2000mg/mL。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述蒸发浓缩处理过程在低温多效蒸发器和/或多级闪蒸器中进行，优选为在低温多效蒸发器中进行。进一步优选地，所述蒸发浓缩过程的条件包括：蒸汽温度为250-400℃，浓缩比≧3，造水比≧9，蒸发过程为四效逆流蒸发。其中，蒸发浓缩过程的蒸汽采用电厂乏汽。本发明中并不限制所选用的低温多效蒸发器的类型，只要该低温多效蒸发器能够实现上述的蒸发浓缩条件即可，例如，本发明中可以选用国家能源集团国华电力研究院设计的四效逆流蒸发器。
在本发明的一些具体实施方式中，通过采用低温多效蒸发器能够将经反渗透过滤处理后的矿井水浓水进一步浓缩3-5倍，大大增加了淡水的产量，且通过采用低温多效蒸发的方式，能够节约大量热能。
根据本发明所述的方法一些实施方式，所述预处理过程在采空区中进行，所述采空区为在采煤过程中由垮落岩体填充形成的封闭井下空间，所述矿井水原水由所述采空区的上端流入，所述预处理水由所述采空区的下端流出。经采空区预处理后的预处理水的悬浮物含量为5-100mg/mL。
本发明中，矿井水原水在井下集水池汇集后，经泵抽送到采空区进行沉降过滤预处理。其中，所述采空区由采煤过程垮落岩体填充形成，岩体之间存在空隙，并构筑形成封闭的井下空间。矿井水原水自采空区的上端高位注入，在流动过程中，矿井水原水中的悬浮物在自然沉降和岩体空隙阻截的作用下被截留在采空区，并经由下端低位流出，得到与预处理水，实现矿井水中悬浮物的净化。
根据本发明所述的方法一些实施方式，所述膜过滤过程包括陶瓷膜过滤过程，所述陶瓷膜过滤过程在陶瓷膜过滤器中进行。优选地，所述陶瓷膜过滤器中的陶瓷膜为板式中空膜和/或管式膜，进一步优选地，所述陶瓷膜的膜孔径为0.1-0.3μm，所述陶瓷膜过滤过程的负压为0-0.5bar。
在本发明的一些具体实施方式中，本发明中的陶瓷膜过滤采用外压内息式的过滤方式，其中陶瓷膜膜片的数量优选为32片，膜面积为3.5m2，过滤过程的运行负压为0-0.5bar，过滤过程的膜通量为单位时间内膜过滤清水产水量与膜面积的比值。本发明制备的陶瓷膜用于矿井水过滤时能够有效脱除矿井水中的固体颗粒、悬浮物、胶体和部分COD等，并能够使得膜过滤清水的出水浊度≤1NTU。并且，本发明的陶瓷膜在矿井水恶劣的水质条件下具有很好的耐受度，能够长期使用。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述一级反渗透清水的矿化度≤100mg/mL，所述一级反渗透浓水的矿化度为12000-16000mg/mL。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述二级反渗透清水的矿化度≤200mg/mL，所述二级反渗透浓水的矿化度为20000-30000mg/mL。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述浓缩后清水的矿化度≤50mg/mL，所述浓缩后浓水的矿化度≥100000mg/mL。
本发明提供的矿井水处理方法，能够将1000-12000mg/mL的高矿化度矿井水进行深度处理至清水矿化度≤50mg/mL、浓水矿化度≥100000mg/mL，清水矿化度的脱除效率为95％-99.5％，浓水矿化度浓缩倍率为9-15倍。悬浮物含量能够由100-2000mg/mL降低至5-100mg/mL，悬浮物脱除效率为95％-97.5％。通过本发明的方法得到的清水能够直接供至地面回用，清水的总回收率高于90％。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述步骤B中还包括：对所述膜过滤清水进行超滤处理，得到超滤清水和超滤污水，然后对所述超滤清水进行所述一级反渗透处理。优选地，所述超滤处理过程的操作压力为100-1000kPa，超滤器中的滤膜孔径为2-50nm。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，将所述膜过滤污水和所述超滤污水送入污水池中，并对所述膜过滤污水和所述超滤污水进行所述沉降过滤预处理，并根据本发明的矿井水处理方法实现循环处理。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，将所述一级反渗透清水、所述二级反渗透清水和所述浓缩后清水送入清水池中，所得到的清水一部分送入井下回用系统回用，一部分供至地面回用。
本发明第三方面提供了一种上述的矿井水处理系统和上述的矿井水处理方法在矿井水处理过程中的应用。但并不限于此。
本发明的有益效果：
本发明的矿井水处理系统和矿井水处理方法能够对高矿化度矿井水进行预处理和深度处理，能够使得处理后的清水矿化度的脱除率达到95％-99.5％，浓水矿化度的浓缩倍率为9-15倍，悬浮物脱除效率为95％-97.5％，清水总回收率高于90％。
并且，本发明通过采用低温多效蒸发的方式，能够显著降低蒸发过程的处理成本，具有很好的应用前景和价值。
本发明的矿井水处理系统和矿井水处理方法能够实现高矿化度矿井水的资源化低成本处理，且通过将最终得到的高含盐量的浓缩后浓水送入采空区下的浓盐水库封存，能够实现零排放。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的矿井水处理系统和流程示意图。
图2为本发明实施例2提供的矿井水处理系统和流程示意图。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
本发明的测试方法以及测试中所用设备如下：
(1)采用SL 79-1994中的重量法测定矿化度。
(2)采用GB 11901-89中的重量法测定悬浮物含量。
(3)采用浊度计测定浊度。
(4)陶瓷膜过滤器为新加坡世来福(Ceraflo)公司生产的GMF型号，其中陶瓷膜孔径为0.1μm。
(5)超滤器为美国陶氏公司生产的中空超滤膜，该中空超滤膜的型号为UF1IB160。
(6)一级反渗透装置为美国陶氏公司生产的陶氏苦咸水抗污染反渗透膜。
(7)二级反渗透装置为美国陶氏公司生产的凸头海水淡化膜。
(8)低温多效蒸发器为国家能源集团国华电力研究院设计的四效逆流蒸发器。
【实施例1】
如图1所示，本实施例的矿井水处理系统包括采空区、陶瓷膜过滤器、一级反渗透装置、二级反渗透装置和低温多效蒸发器。
采空区具有原水入口和预处理水出口。陶瓷膜过滤器具有预处理水入口、膜过滤清水出口和膜过滤污水出口，预处理水入口与预处理水出口连接。一级反渗透装置具有膜过滤清水入口、一级反渗透清水出口和一级反渗透浓水出口，膜过滤清水入口与膜过滤清水出口连接。二级反渗透装置具有一级反渗透浓水入口、二级反渗透清水出口和二级反渗透浓水出口，一级反渗透浓水入口与一级反渗透浓水出口连接。低温多效蒸发器具有二级反渗透浓水入口、浓缩后清水出口和浓缩后浓水出口，二级反渗透浓水入口与二级反渗透浓水出口连接。
【实施例2】
(1)预处理：如图2所示，本实施例的矿井水处理系统中，矿井水原水在井下集水池汇集后，经泵抽送到采空区高位注水口进水，并经自然沉降和垮落岩体的空隙截留，实现悬浮物的初步净化，得到预处理水。其中矿井水原水的矿化度为5000mg/mL，包括煤粉、岩粉等悬浮物在内的悬浮物含量为400mg/mL，预处理水的悬浮物含量为10mg/mL。
(2)陶瓷膜过滤：预处理水经由提升泵送入陶瓷膜过滤器中，陶瓷膜片数量为32片，膜面积为3.5m2，运行过程的负压为0.5bar，陶瓷膜处理量(单位时间进入陶瓷膜系统的水量)为6m3/h，产水量为4m3/h，反冲洗排泥量为1.5m3/h。陶瓷膜对预处理水过滤后得到的膜过滤清水的浊度能够降到0.7NTU以下，得到的膜过滤污水送入污水池中，并进一步送入采空区再次进行沉降过滤。
(3)超滤：膜过滤清水继续送入超滤器中进行超滤处理，得到的超滤清水的浊度为0.5NTU以下，超滤污水送入污水池中，并进一步送入采空区再次进行沉降过滤。
(4)一级反渗透处理：超滤清水送入一级反渗透装置中进行一级反渗透处理，其中，一级反渗透装置的进口压力2MPa，超滤清水进水流量为1m3/h，得到矿化度为96mg/mL的一级反渗透清水和矿化度为12900mg/mL的一级反渗透浓水，一级反渗透浓水产量为0.32m3/h。得到的一级反渗透清水送入清水池中进行回用。
(5)二级反渗透处理：一级反渗透浓水送入二级反渗透装置中进行二级反渗透处理，其中，二级反渗透装置的进口压力为3MPa，一级反渗透浓水进水流量为0.5m3/h，得到矿化度为156mg/mL的二级反渗透清水和矿化度为29000mg/mL的二级反渗透浓水，二级反渗透浓水产量为0.22m3/h。得到的二级反渗透清水送入清水池中进行回用。
(6)蒸发浓缩处理：二级反渗透浓水送入四效逆流蒸发器中进行蒸发浓缩，造水比为10，电厂乏汽温度为290℃，浓缩比为4倍。蒸发凝缩后得到矿化度为32mg/mL的浓缩后清水和矿化度为116000mg/mL的浓缩后浓水。得到的浓缩后清水送入清水池中进行回用。得到的浓缩后浓水送入浓盐水库封存。
【实施例3】
(1)预处理：矿井水原水在井下集水池汇集后，经泵抽送到采空区高位注水口进水，并经自然沉降和垮落岩体的空隙截留，实现悬浮物的初步净化，得到预处理水。其中矿井水原水的矿化度为8000mg/mL，包括煤粉、岩粉等悬浮物在内的悬浮物含量为600mg/mL，预处理水的悬浮物含量为20mg/mL。
(2)陶瓷膜过滤：预处理水经由提升泵送入陶瓷膜过滤器中，陶瓷膜片数量为32片，膜面积为3.5m2，运行过程的负压为0.45bar，陶瓷膜处理量为6m3/h，产水量为4.5m3/h，反冲洗排泥量为3m3/h。陶瓷膜对预处理水过滤后得到的膜过滤清水的浊度能够降到0.65NTU以下，得到的膜过滤污水送入污水池中，并进一步送入采空区再次进行沉降过滤。
(3)超滤：膜过滤清水继续送入超滤器中进行超滤处理，得到的超滤清水的浊度为0.55NTU以下，超滤污水送入污水池中，并进一步送入采空区再次进行沉降过滤。
(4)一级反渗透处理：超滤清水送入一级反渗透装置中进行一级反渗透处理，其中，一级反渗透装置的进口压力2.5MPa，超滤清水进水流量为1m3/h，得到矿化度为93mg/mL的一级反渗透清水和矿化度为15200mg/mL的一级反渗透浓水，一级反渗透浓水产量为0.36m3/h。得到的一级反渗透清水送入清水池中进行回用。
(5)二级反渗透处理：一级反渗透浓水送入二级反渗透装置中进行二级反渗透处理，其中，二级反渗透装置的进口压力为4MPa，一级反渗透浓水进水流量为0.5m3/h，得到矿化度为148mg/mL的二级反渗透清水和矿化度为30000mg/mL的二级反渗透浓水，二级反渗透浓水产量为0.26m3/h。得到的二级反渗透清水送入清水池中进行回用。
(6)蒸发浓缩处理：二级反渗透浓水送入四效逆流蒸发器中进行蒸发浓缩，造水比为10，电厂乏汽温度为300℃，浓缩比为4倍。蒸发凝缩后得到矿化度为40mg/mL的浓缩后清水和矿化度为108000mg/mL的浓缩后浓水。得到的浓缩后清水送入清水池中进行回用。得到的浓缩后浓水送入浓盐水库封存。
【实施例4】
(1)预处理：矿井水原水在井下集水池汇集后，经泵抽送到采空区高位注水口进水，并经自然沉降和垮落岩体的空隙截留，实现悬浮物的初步净化，得到预处理水。其中矿井水原水的矿化度为10000mg/mL，包括煤粉、岩粉等悬浮物在内的悬浮物含量为1500mg/mL，预处理水的悬浮物含量为70mg/mL。
(2)陶瓷膜过滤：预处理水经由提升泵送入陶瓷膜过滤器中，陶瓷膜片数量为32片，膜面积为3.5m2，运行过程的负压为0.5bar，陶瓷膜处理量为6m3/h，产水量为5m3/h，反冲洗排泥量为4.5m3/h。陶瓷膜对预处理水过滤后得到的膜过滤清水的浊度能够降到0.8NTU以下，得到的膜过滤污水送入污水池中，并进一步送入采空区再次进行沉降过滤。
(3)超滤：膜过滤清水继续送入超滤器中进行超滤处理，得到的超滤清水的浊度为0.6NTU以下，超滤污水送入污水池中，并进一步送入采空区再次进行沉降过滤。
(4)一级反渗透处理：超滤清水送入一级反渗透装置中进行一级反渗透处理，其中，一级反渗透装置的进口压力3MPa，超滤清水进水流量为1m3/h，得到矿化度为98mg/mL的一级反渗透清水和矿化度为15000mg/mL的一级反渗透浓水，一级反渗透浓水产量为0.28m3/h。得到的一级反渗透清水送入清水池中进行回用。
(5)二级反渗透处理：一级反渗透浓水送入二级反渗透装置中进行二级反渗透处理，其中，二级反渗透装置的进口压力为5MPa，一级反渗透浓水进水流量为0.5m3/h，得到矿化度为178mg/mL的二级反渗透清水和矿化度为28500mg/mL的二级反渗透浓水，二级反渗透浓水产量为0.18m3/h。得到的二级反渗透清水送入清水池中进行回用。
(6)蒸发浓缩处理：二级反渗透浓水送入四效逆流蒸发器中进行蒸发浓缩，造水比为10，电厂乏汽温度为320℃，浓缩比为4倍。蒸发凝缩后得到矿化度为42mg/mL的浓缩后清水和矿化度为105000mg/mL的浓缩后浓水。得到的浓缩后清水送入清水池中进行回用。得到的浓缩后浓水送入浓盐水库封存。
【实施例5】
(1)预处理：矿井水原水在井下集水池汇集后，经泵抽送到采空区高位注水口进水，并经自然沉降和垮落岩体的空隙截留，实现悬浮物的初步净化，得到预处理水。其中矿井水原水的矿化度为12000mg/mL，包括煤粉、岩粉等悬浮物在内的悬浮物含量为2000mg/mL，预处理水的悬浮物含量为90mg/mL。
(2)陶瓷膜过滤：预处理水经由提升泵送入陶瓷膜过滤器中，陶瓷膜片数量为32片，膜面积为3.5m2，运行过程的负压为0.5bar，陶瓷膜处理量为6m3/h，产水量为5m3/h，反冲洗排泥量为4.5m3/h。陶瓷膜对预处理水过滤后得到的膜过滤清水的浊度能够降到0.9NTU以下，得到的膜过滤污水送入污水池中，并进一步送入采空区再次进行沉降过滤。
(3)超滤：膜过滤清水继续送入超滤器中进行超滤处理，得到的超滤清水的浊度为0.7NTU以下，超滤污水送入污水池中，并进一步送入采空区再次进行沉降过滤。
(4)一级反渗透处理：超滤清水送入一级反渗透装置中进行一级反渗透处理，其中，一级反渗透装置的进口压力3MPa，超滤清水进水流量为1m3/h，得到矿化度为95mg/mL的一级反渗透清水和矿化度为15500mg/mL的一级反渗透浓水，一级反渗透浓水产量为0.30m3/h。得到的一级反渗透清水送入清水池中进行回用。
(5)二级反渗透处理：一级反渗透浓水送入二级反渗透装置中进行二级反渗透处理，其中，二级反渗透装置的进口压力为5MPa，一级反渗透浓水进水流量为0.5m3/h，得到矿化度为182mg/mL的二级反渗透清水和矿化度为29500mg/mL的二级反渗透浓水，二级反渗透浓水产量为0.20m3/h。得到的二级反渗透清水送入清水池中进行回用。
(6)蒸发浓缩处理：二级反渗透浓水送入四效逆流蒸发器中进行蒸发浓缩，造水比为10，电厂乏汽温度为400℃，浓缩比为4倍。蒸发凝缩后得到矿化度为45mg/mL的浓缩后清水和矿化度为112000mg/mL的浓缩后浓水。得到的浓缩后清水送入清水池中进行回用。得到的浓缩后浓水送入浓盐水库封存。
【实施例6】
按照实施例2的方法，不同之处在于：步骤(6)中采用直接加热蒸发浓缩的方法，得到与实施例2矿化度相同的浓缩后浓水，能耗比实施例2增加4倍。
根据实施例可以看出，本发明提供的矿井水处理系统和矿井水处理方法可以实现高矿化度矿井水的深度处理，尤其是通过对比实施例2-5和实施例6，相对于实施例6中采用直接加热蒸发浓缩的方法，实施例2-5采取了四效逆流蒸发器进行低温多效蒸发浓缩处理，能够节约大量的热量成本，在工业应用过程中具有极大的推广价值。同时，本发明还能够利用煤矿采空区将得到的浓水储存在地下，实现零排放。
以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种矿井水处理系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的预处理装置、膜过滤装置、一级反渗透装置、二级反渗透装置和蒸发浓缩装置；
所述预处理装置具有原水入口和预处理水出口；
所述膜过滤装置具有预处理水入口、膜过滤清水出口和膜过滤污水出口，所述预处理水入口与所述预处理水出口连接；
所述一级反渗透装置具有膜过滤清水入口、一级反渗透清水出口和一级反渗透浓水出口，所述膜过滤清水入口与所述膜过滤清水出口连接；
所述二级反渗透装置具有一级反渗透浓水入口、二级反渗透清水出口和二级反渗透浓水出口，所述一级反渗透浓水入口与所述一级反渗透浓水出口连接；
所述蒸发浓缩装置具有二级反渗透浓水入口、浓缩后清水出口和浓缩后浓水出口，所述二级反渗透浓水入口与所述二级反渗透浓水出口连接。
2.根据权利要求1所述的矿井水处理系统，其特征在于，所述蒸发浓缩装置为低温多效蒸发器和/或多级闪蒸器，优选为低温多效蒸发器。
3.根据权利要求1或2所述的矿井水处理系统，其特征在于，所述预处理装置为在采煤过程中由垮落岩体填充形成的具有封闭井下空间的采空区，所述原水入口位于所述采空区的上端，所述预处理水出口位于所述采空区的下端。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的矿井水处理系统，其特征在于，所述膜过滤装置为陶瓷膜过滤器，优选地，所述陶瓷膜过滤器中的陶瓷膜为板式中空膜和/或管式膜，进一步优选地，所述陶瓷膜的膜孔径为0.1-0.3μm。
5.根据权利要求4所述的矿井水处理系统，其特征在于，所述膜过滤装置还包括超滤器，所述超滤器设置在所述陶瓷膜过滤器和所述一级反渗透装置之间，所述超滤器具有进水口、超滤清水出口和超滤污水出口，所述进水口与所述陶瓷膜过滤器的膜过滤清水出口连接，所述超滤清水出口与所述一级反渗透装置的膜过滤清水入口连接；和/或，
所述系统中还包括污水池，所述污水池具有膜过滤污水入口、超滤污水入口和污水出口，所述膜过滤污水入口与所述膜过滤装置的膜过滤污水出口连接，所述超滤污水入口与所述超滤器的超滤污水出口连接；和/或，
所述预处理装置还设置有污水入口，所述污水入口与所述污水池的污水出口连接；和/或，
所述系统中还包括清水池，所述清水池用于接收经由所述一级反渗透清水出口、所述二级反渗透清水出口和所述浓缩后清水出口排出的清水。
6.一种矿井水处理方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A、对矿井水原水进行沉降过滤预处理，得到预处理水；
步骤B、对所述预处理水进行膜过滤，得到膜过滤清水和膜过滤污水；
步骤C、对所述膜过滤清水进行一级反渗透处理，得到一级反渗透清水和一级反渗透浓水；
步骤D、对所述一级反渗透浓水进行二级反渗透处理，得到二级反渗透清水和二级反渗透浓水；
步骤E、对所述二级反渗透浓水进行蒸发浓缩处理，得到浓缩后清水和浓缩后浓水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述蒸发浓缩处理过程在低温多效蒸发器和/或多级闪蒸器中进行，优选为在低温多效蒸发器中进行，进一步优选地，所述蒸发浓缩过程的条件包括：蒸汽温度为250-400℃，浓缩比≧3，造水比≧9，蒸发过程为四效逆流蒸发；和/或，
所述预处理过程在采空区中进行，所述采空区为在采煤过程中由垮落岩体填充形成的封闭井下空间，所述矿井水原水由所述采空区的上端流入，所述预处理水由所述采空区的下端流出；和/或，
所述膜过滤过程包括陶瓷膜过滤过程，所述陶瓷膜过滤过程在陶瓷膜过滤器中进行，优选地，所述陶瓷膜过滤器中的陶瓷膜为板式中空膜和/或管式膜，进一步优选地，所述陶瓷膜的膜孔径为0.1-0.3μm，所述陶瓷膜过滤过程的负压为0-0.5bar。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述矿井水原水的矿化度为1000-12000mg/mL，悬浮物含量为100-2000mg/mL；和/或，
所述预处理水的悬浮物含量为5-100mg/mL；和/或，
所述膜过滤清水的浊度≤1NTU；和/或，
所述一级反渗透清水的矿化度≤100mg/mL，所述一级反渗透浓水的矿化度为12000-16000mg/mL；和/或，
所述二级反渗透清水的矿化度≤200mg/mL，所述二级反渗透浓水的矿化度为20000-30000mg/mL；和/或，
所述浓缩后清水的矿化度≤50mg/mL，所述浓缩后浓水的矿化度≥100000mg/mL。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤B中还包括：对所述膜过滤清水进行超滤处理，得到超滤清水和超滤污水，然后对所述超滤清水进行所述一级反渗透处理；和/或，
将所述膜过滤污水和所述超滤污水送入污水池中，并对所述膜过滤污水和所述超滤污水进行所述沉降过滤预处理；和/或，
将所述一级反渗透清水、所述二级反渗透清水和所述浓缩后清水送入清水池中。
10.一种权利要求1-5中任意一项所述的矿井水处理系统和权利要求6-9中任意一项所述的矿井水处理方法在矿井水处理过程中的应用。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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