高压泵和能量回收促进了操作人员的水回收
干旱和偏远地区采矿的挑战
世界上许多可开采矿产资源的重要地区常常也是最缺水的地区。由于没有直接取水的水源，在为采矿过程供水和满足现场非饮用水需求时，运营商往往要耗费更多的资源。
同时，矿工在管理和处理采矿废水（包括酸性矿山排水）方面面临着更为复杂的挑战。这些废水收集并储存在蒸发池或保留池中，通常含有高浓度的盐，重金属和硫酸。将废水处理至可接受的水平以便排放需要精心设计的处理策略。
在干旱地区，将废水现场存储在蒸发池中提供了一种帮助减少废水量的简单方法。但是，这种水易受降雨或延长的干燥期引起的水化学变化的影响。使用常规处理过程，这些波动会淹没或改变预处理方法。降雨稀释后的废水会带来化学物质过量进料的风险，并影响预处理功能。同样，长时间的干燥会导致必须通过预处理除去的悬浮固体浓度更高。
带高压泵和能量回收的反渗透系统
图片1：典型的露天铜矿（图片由苏伊士-水技术与解决方案提供）
为了更好地处理棘手的采矿工艺废水和酸性矿山排水，反渗透（RO）提供了常规处理的替代方法。反渗透膜利用压力迫使水通过不易渗透溶解盐的紧密聚合物结构。被膜去除的盐浓缩成废液。除盐以外，RO还提供处理方法，以去除矿泉水中常见的金属，硫酸盐和悬浮固体，从而产生稳定，高质量的水，可用于多种用途，包括非饮用水应用，从而减轻了负担将水拖到现场。
膜的使用使操作员可以更好地控制处理过程，而不必担心变化的预处理浓度或化学性质。而且，作为一种几乎无化学物质的处理工艺，RO不会产生油泥或化学废品。
使用反渗透来处理采矿废水的运营商将倾向于回收尽可能多的水。但是这样做会遇到一个关键的限制：采矿废水固有的高渗透压（高盐和高金属浓度的结果）。为了克服这一限制，操作人员可以使用高压泵和能量回收系统，这些系统可以提供必要的压力提升，以驱动水通过反渗透膜，最大程度地浓缩盐和金属。
由于反渗透膜系统在高盐度应用中在高压下运行，因此废液流（尽管流量明显降低）在膜阵列之后仍处于高压状态。因此，能量回收系统可用于将来自废料流的泵送能量转移回高压泵，为进水压力提供额外的升压，并允许设计工程师使用更小的高压泵电机。
使用能量回收系统还可以降低使用反渗透膜系统的能量需求（图2）。由于现场经常产生高昂的电费，因此任何能源需求的减少都是有益的。
反渗透膜系统
图2：带能量回收装置的反渗透膜系统的工艺流程图
去除悬浮固体
对于反渗透系统的应用，至关重要的是集中于适当的预处理方法来保护膜。
所有反渗透膜系统都是由膜和装置构成的，这些膜和装置包括小的流动通道，可能会被进料流中的悬浮固体堵塞。高回收率运行会增加固体浓度，并可能堵塞这些流动通道。通过确定进水中悬浮固体的大小，类型和性质，可以选择适当的预处理组分以确保有效处理并降低这种风险。浊度和粉尘密度指数测试套件可用于监测进水水质和预处理操作在降低固体含量方面的有效性。
处理给水中的悬浮固体对于确保高压泵和能量回收装置也得到保护同样重要。这些系统具有严格的公差，通常将使用过程水进行内部水轴承润滑，并设计有较小的流道，以最大程度地减少旁路并实现高效率。
在没有有效的颗粒过滤的情况下，悬浮的固体会起磨料作用，可能会导致旋转零件，密封件和水轴承过早磨损。
悬浮的固体也会堵塞流动通道，从而限制润滑并增加泵或能量回收装置过早失效的机会。易于沉淀并形成悬浮固体的溶解盐也必须通过阻垢剂化学药品和定期冲洗来解决，以降低在膜系统和相关设备中形成其他颗粒的风险。
建立最佳的预处理策略需要设计工程师对给水化学进行准确的描绘，包括盐含量，重金属，pH和温度范围，总悬浮固体和浊度。这种认识对于确定会影响膜系统，膜元件，高压泵和能量回收装置的所有参数至关重要。一旦给水质量得到充分表征，就可以在预处理设计中考虑以下技术。
砂滤器
与氯气，凝结剂和pH调节剂结合使用时，砂滤器具有成本效益高的悬浮固体去除的优点，并具有在各种情况下（例如延长的干燥期至雨季延长）的缓冲能力。基本的砂滤介质可以耐受处理进料流的困难，并且可以更轻松地从工艺异常中恢复。
二氧化锰过滤器
软锰矿，天然存在的二氧化锰的统称，是氧化可溶性铁和锰的天然催化剂。采矿废水中可能包含这些元素，主要需要去除这些元素以保护反渗透膜。繁重的应用将需要每天进行反冲洗和空气冲刷，以使介质流化并去除沉淀的铁和锰。
滤筒过滤
袋式和筒式过滤器（适用于多种材料）设计用于将悬浮颗粒去除至低微米水平。这些过滤器可作为最终保护屏障，以防止残留在介质过滤器下游的任何小颗粒。远程安装非常有用，它具有串联的多个阶段的袋式滤筒和滤筒过滤器，作为对膜，泵和能量回收装置的最终保护。
中空纤维超滤替代品
在某些应用中，有必要添加通常可以反洗的更精细过滤，例如中空纤维膜。超滤中空纤维膜替代品可以用化学药品进行改进，以达到更高的预处理质量。
由不正常工作或寿命缩短导致的意外组件故障（在处理困难的矿泉水时更常见）在偏远地区可能会成问题，导致更长的停机时间，并可能影响盈利能力。
为了减轻难以进入的区域的故障风险，治理系统应设计有多列火车和旁路选项。操作员应备有足够的备件，以及进行现场简单维修和重建的工具和培训。
运营商还可以采用远程监控和诊断工具来改善其水处理系统的资产绩效管理。这些技术使用数据和分析来识别流量变化和其他问题指示器，从而使操作员能够解决关键问题并在问题发生之前进行预防-提高资产可靠性和使用寿命，并避免计划外的停机时间。
除地雷外，地雷通常位于高海拔地区。正如更高的海拔会给人身造成重大损失一样，包括高压泵在内的设备也同样如此。
因此，在高海拔矿井现场使用时，电动泵电机应尺寸过大。该措施将帮助设备适应较少可用的浓空气进行冷却。
采矿操作有许多复杂的因素，成功完成项目执行是有很大的难度的。幸运的是，膜技术的进步和有效的预处理为处理废水的提供了适用的方法。
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