矿井水零排放处理系统及其方法与流程

本发明涉及废水净化处理，具体涉及一种矿井水零排放处理系统及其方法。

背景技术：

1、膜法水处理技术作为新型的分离净化和浓缩方法，相较于传统污水处理技术具有能耗低、分离效果好、工艺简单等诸多优势。2017年，膜法水处理技术在水处理领域的新建水处理设施、水厂提标改造、以及再生水利用设施三方面的市场规模已经达到了约160亿元。根据gep research 2020年发布的最新预测，膜法水处理市场将在未来5年内快速增长、年均复合增速稳定在36.3％，并于2021年达到400亿元每年的规模。从具体的膜技术类别出发，低压膜也就是微滤和超滤膜(mf/uf)因其操作压力低、能耗低、通量大、分离效率高的特点，使得mf/uf成为污水处理工程采用的主要技术。除了广为熟知的膜生物反应器(mbr)以外，mf/uf在近年的水厂提标改造过程中也被广泛应用于污水深度处理，以期达到更好的固液分离效果。反渗透膜(ro)作为膜分离技术中分离精度最高的技术，可截留几乎所有的离子、有机物。然而，由于新材料或新配方大多存在工艺放大和制造成本的瓶颈，膜污染的问题并没有得到真正的解决。目前，矿井水零排放处理仍具有流程长、规模大、能耗大、投资成本高，运行稳定性差等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的矿井水零排放处理仍具有流程长、规模大、能耗大、投资成本高，运行稳定性差的问题，提供一种矿井水零排放处理系统及其方法，该技术方案实现了绿色低成本短流程矿井水资源高效集约利用和末端浓水的零排放。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种矿井水零排放处理系统，该系统包括：动态纳米精滤单元、预浓缩单元、离子定向透析浓缩单元和梯级结晶单元，其中，所述动态纳米精滤单元用于过滤矿井水中的颗粒物；所述预浓缩单元包括反渗透装置和除盐装置，将经过所述动态纳米精滤单元处理后得到的矿井水依次通入所述反渗透装置和所述除盐装置进行处理，当经过所述除盐装置处理后得到的浓水的浓度低于预定值时，将所述除盐装置处理后得到的浓水返回所述反渗透装置，并循环进入所述反渗透装置和所述除盐装置进行处理；当经过所述除盐装置处理后得到的浓水的浓度高于预定值时，经过所述除盐装置处理后得到的浓水进入所述离子定向透析浓缩单元；所述离子定向透析浓缩单元用于将经过所述预浓缩单元处理后得到的矿井水中的阴阳离子进行分离，得到硫酸钠和氯化钠的混合溶液；所述梯级结晶单元包括纳滤装置、蒸发结晶装置和冷冻结晶装置，所述纳滤装置用于将所述硫酸钠和氯化钠的混合溶液中的氯化钠和硫酸钠进行分离，得到氯化钠溶液和硫酸钠溶液；所述蒸发结晶装置用于将所述氯化钠溶液进行蒸发结晶；所述冷冻结晶装置用于将所述硫酸钠溶液进行冷冻结晶。

3、优选地，所述动态纳米精滤单元的过滤精度为0.1-1ntu。

4、优选地，所述预浓缩单元还包括第一水箱和第二水箱，当经过所述除盐装置处理后得到的浓水的钙离子去除率达到70％以上时，经过所述除盐装置处理后得到的浓水进入所述第二水箱，将所述第二水箱内的浓水与经过所述动态纳米精滤单元处理的矿井水在所述第一水箱内混合，使混合后得到的物流的钙离子的浓度为10-100mg/l，将混合后得到的物流返回所述反渗透装置，并循环进入所述反渗透装置和所述除盐装置进行处理；当所述预浓缩单元的产水率达到90％以上时，经过所述除盐装置处理后得到的浓水进入所述离子定向透析浓缩单元。

5、优选地，所述除盐装置为脱盐流化床、沉砂池或沉淀池。

6、优选地，所述系统还包括混凝沉淀单元，所述混凝沉淀单元用于去除所述矿井水中的悬浮物，经过所述混凝沉淀单元处理的矿井水进入所述动态纳米精滤单元。

7、本发明第二方面提供了一种矿井水零排放处理的方法，该方法包括以下步骤：

8、(1)将矿井水进入动态纳米精滤单元进行过滤，去除矿井水中的颗粒物；

9、(2)将经过所述动态纳米精滤单元处理的矿井水依次通入反渗透装置和除盐装置进行处理，当经过所述除盐装置处理后得到的浓水的浓度低于预定值时，将所述除盐装置处理后得到的浓水返回所述反渗透装置，并循环进入所述反渗透装置和所述除盐装置进行处理；当经过所述除盐装置处理后得到的浓水的浓度高于预定值时，经过所述除盐装置处理后得到的浓水进入离子定向透析浓缩单元进行阴阳离子分离，得到硫酸钠和氯化钠的混合溶液；回收经过所述反渗透装置处理后得到的产水；

10、(3)所述硫酸钠和氯化钠的混合溶液进入纳滤装置进行氯化钠和硫酸钠的分离，得到的氯化钠溶液进入蒸发结晶装置进行蒸发结晶，得到的硫酸钠溶液进入冷冻结晶装置进行冷冻结晶；

11、其中，所述预定值为所述浓水的溶解性固体总量为50000-150000mg/l。

12、优选地，所述方法还包括：在将所述矿井水通入所述动态纳米精滤单元之前，先将矿井水通入混凝沉淀单元进行处理，去除矿井水中的悬浮物。

13、优选地，所述矿井水的悬浮物浓度为10-200mg/l。

14、优选地，所述方法还包括：当经过所述除盐装置处理后得到的浓水的钙离子去除率达到70％以上时，经过所述除盐装置处理后得到的浓水进入所述第二水箱，将所述第二水箱内的浓水与经过所述动态纳米精滤单元处理的矿井水在所述第一水箱内混合，使混合后得到的物流的钙离子的浓度为10-100mg/l，将混合后得到的物流返回所述反渗透装置，并循环进入所述反渗透装置和所述除盐装置进行处理；当所述预浓缩单元的产水率达到90％以上时，经过所述除盐装置处理后得到的浓水进入所述离子定向透析浓缩单元。

15、优选地，所述方法还包括：在所述除盐装置内加入阻垢剂和失活剂。

16、优选地，所述阻垢剂为有机磷阻垢剂和/或无机磷阻垢剂，所述失活剂为硫酸铁、氯化铁、氯化亚铁、聚合硫酸铁、臭氧或双氧水中的至少一种。

17、优选地，所述方法还包括：将所述除盐装置内的浓水的ph值调节为8-11。

18、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

19、(1)本发明所述的系统将动态纳米精滤单元、预浓缩单元、离子定向透析浓缩单元和梯级结晶单元相结合，从而进行煤矿矿井水除盐和末端浓水零排放，解决矿井水零排放处理流程长、规模大、能耗大、投资成本高，运行稳定性差的问题，实现了煤矿矿井水绿色低成本短流程矿井水资源高效集约利用和末端浓水零排放；

20、(2)本发明所述的系统基于纳米氧化物动态精滤的预处理技术，探索了新型涂覆工艺、致垢因子消减和吸附过滤的机理机制，达成矿井水浊度小于0.1ntu的精细过滤；

21、(3)本发明所述的系统通过反渗透装置和除盐装置相结合，利用晶种实现低溶解度盐区域诱导结晶，避免反渗透膜表面结构被污染，能够在低成本低压条件下实现极限产水预浓缩；

22、(4)本发明所述的系统通过离子定向透析浓缩和梯级结晶技术，多级筛分离子精准分离和盐硝比精准控制相结合，实现废水中氯离子的精准分离、高倍率浓缩和盐份梯级结晶分离。

技术特征：

1.一种矿井水零排放处理系统，其特征在于，该系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态纳米精滤单元(1)的过滤精度为0.1-1ntu。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述预浓缩单元(2)还包括第一水箱(23)和第二水箱(24)，当经过所述除盐装置(22)处理后得到的浓水的钙离子去除率达到70％以上时，经过所述除盐装置(22)处理后得到的浓水进入所述第二水箱(24)，将所述第二水箱(24)内的浓水与经过所述动态纳米精滤单元(1)处理的矿井水在所述第一水箱(23)内混合，使混合后得到的物流的钙离子的浓度为10-100mg/l，将混合后得到的物流返回所述反渗透装置(21)，并循环进入所述反渗透装置(21)和所述除盐装置(22)进行处理；当所述预浓缩单元(2)的产水率达到90％以上时，经过所述除盐装置(22)处理后得到的浓水进入所述离子定向透析浓缩单元(3)。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述除盐装置(22)为脱盐流化床、沉砂池或沉淀池。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括混凝沉淀单元(5)，所述混凝沉淀单元(5)用于去除所述矿井水中的悬浮物，经过所述混凝沉淀单元(5)处理的矿井水进入所述动态纳米精滤单元(1)。

6.一种矿井水零排放处理的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在将所述矿井水通入所述动态纳米精滤单元(1)之前，先将矿井水通入混凝沉淀单元(5)进行处理，去除矿井水中的悬浮物。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述矿井水的悬浮物浓度为10-200mg/l。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当经过所述除盐装置(22)处理后得到的浓水的钙离子去除率达到70％以上时，经过所述除盐装置(22)处理后得到的浓水进入第二水箱(24)，将所述第二水箱(24)内的浓水与经过所述动态纳米精滤单元(1)处理的矿井水在第一水箱(23)内混合，使混合后得到的物流的钙离子的浓度为10-100mg/l，将混合后得到的物流返回所述反渗透装置(21)，并循环进入所述反渗透装置(21)和所述除盐装置(22)进行处理；当所述预浓缩单元(2)的产水率达到90％以上时，经过所述除盐装置(22)处理后得到的浓水进入所述离子定向透析浓缩单元(3)。

10.根据权利要求6-9中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述除盐装置(22)内加入阻垢剂和失活剂；

11.根据权利要求6-10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述除盐装置(22)内的浓水的ph值调节为8-11。

技术总结本发明涉及废水净化处理技术领域，公开了一种矿井水零排放处理系统及其方法。该系统包括：动态纳米精滤单元(1)、预浓缩单元(2)、离子定向透析浓缩单元(3)和梯级结晶单元(4)，其中，所述动态纳米精滤单元(1)用于过滤矿井水中的颗粒物；所述预浓缩单元(2)用于将经过所述动态纳米精滤单元(1)处理的矿井水进行预浓缩处理；所述离子定向透析浓缩单元(3)用于将经过所述预浓缩单元的矿井水中的阴阳离子进行分离，得到硫酸钠和氯化钠的混合溶液；所述梯级结晶单元(4)用于结晶得到氯化钠和硫酸钠。该技术方案实现了绿色低成本短流程矿井水资源高效集约利用和末端浓水的零排放。技术研发人员：王延忠,陆梦楠,赵军,刘斌,韩毅,付静,张鹏毅,李松瑶,周润霖,蔡立媛,咸晓龙受保护的技术使用者：国能水务环保有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2