高污染采金礦井廢水超濾反滲透法制備飲用水

任克剛 梁 紅 李慶君 寇廣云

（山東招金膜天有限責任公司，山東 招遠265400）

某地區金礦地下礦井水色度、礦化度、懸浮物及氯化物含量嚴重超標，為高污染水[1-2]。針對此水水質特點，傳統工藝采用絮凝沉淀+多介質過濾器+活性炭過濾器+反滲透（RO）工藝，不僅投資費用高、操作繁瑣、管理難度大，如果管理維護不當，還容易在運行過程中出現多介質過濾器濾料板結，堵塞嚴重，反洗頻率高的現象，從而影響RO系統的正常運行，RO膜易污染，清洗頻繁，產水水量和水質不穩定，并且需要投加絮凝劑、殺菌劑、還原劑等多種藥劑，運行費用高[3]。

某礦為了節能減排，欲將礦區礦井水處理為生活飲用水，但由于現有能放置水處理設備的空間較小，因此要求水處理設備盡量占地小、布局緊湊，且處理效果要達到GB 5749—2006飲用水標準[4]。

1 工藝流程

原礦井水分析結果及部分GB 5749—2006指標見表1。

原水為礦井水，是高污染水，且礦化度高、硬度超標。為達到生活飲用水標準，需采用預處理+RO工藝。根據水質特點和現場勘察情況，礦井廢水由提升泵抽至原水池經過沉淀后排放。為了保證飲用水系統正常運行并且節省占地，設計采用浸沒式超濾（UF）作為RO的預處理，直接將浸沒式UF膜組件直接放置于原水池中，利用自吸泵將產品水引至清水池，再經活性炭過濾器去除有機物和異味。

此工藝中浸沒式UF膜組件充分有效地利用了原水池的空間，若采用傳統工藝做預處理，則需要2臺直徑DN3200的多介質過濾器，占地約需40m2；且浸沒式UF產水比多介質過濾器產水水質優良，經過活性炭過濾器深度過濾時，在允許的流速設計范圍內可選擇較高的流速，活性炭過濾器型號選用2臺直徑DN2800的即可。若采用傳統工藝，則活性炭過濾器直徑至少要DN3000。不僅節約了占地，而且節省了成本。

表1 礦山井地下水水質及標準Tab 1 Mine groundwater quality and standards

經過活性碳過濾的產水再進入RO系統深度凈化脫鹽處理，最終達到飲用水水質標準。工藝流程見圖1。

2 主要設備與功能

2.1 浸沒式UF裝置

圖1 浸沒式UF+RO處理工藝流程Fig 1 Submerged ultrafiltration and reverse osmosis process

采用浸沒式UF裝置作為預處理工藝。原水中懸浮物主要為礦石粉末，粒徑在0.3μm左右，并且無粘性。故考慮選用自行生產的孔徑為0.1μm的聚偏氟乙烯（PVDF）材質中空纖維UF膜，該膜抗污染性能更強，對水中顆粒物、細菌、膠體等有明顯去除作用，可以進一步降低RO進水的污染指數（SDI），保證RO系統安全高效運行。且用浸沒式UF做前處理，RO清洗頻率和采用傳統預處理工藝相比能減少為原來的1/2～1/10，膜通量恢復好，節省運行成本。PVDF中空纖維UF膜采用優質原材料經干濕法工藝親水改性制備，膜的透水量高、耐氧化、拉伸強度高、耐污染性好。膜的電鏡照片見圖2。

圖2 PVDF中空纖維電鏡照片Fig 2 SEM images of PVDF hollow fiber

PVDF浸沒式UF膜組件的技術參數見表2（UF設計運行通量15 L/(m2·h)）。

表2 PVDF浸沒式膜組件技術參數Tab 2 Technical parameters of submerged PVDFmembrane

2.2 RO裝置

脫鹽裝置利用RO膜的特性來去除水中絕大部分可溶性鹽類、膠體及有機物。

RO膜采用海德能PROC10芳香族聚酰胺復合膜，該膜抗污染性好、適用范圍廣泛；脫鹽率高，單支膜脫鹽率≥99.4%，運行平均產水量通量22.1 L/(m2·h)，并可有效去除原水中的SiO2及有機碳，在較低操作壓力下就能獲取更高的水通量。

3 運行情況

UF系統和RO系統產水水質，分別見表3。

表3 UF和RO系統產水水質Tab 3 UF and RO system productwater quality

浸沒式超濾初始運行時跨膜壓差0.02 MPa，運行7 d后增大到0.04 MPa，排空原水池后發現浸沒式超濾掛泥嚴重，分析原因是因為曝氣量低導致，將曝氣量由原來的30m3/m2（投影面積）增加到40 m3/m2（投影面積），設備運行穩定，跨膜壓差基本維持在0.03 MPa左右，產水濁度小于1 NTU，SDI小于3，保障了反滲透的正常運行。設備從正式投入運行至今，已有3年，系統產水水質優良且穩定，RO膜清洗平均在4個月1次。

4 結束語

針對現場水質及條件，創新性的采用PVDF浸沒式膜組件，既可以得到水質優良的產水，又不會因為新增設備而占用空間。所以，用浸沒式UF做RO預處理能有效的對礦渣懸浮物，細菌及色度進行截留，產水水質優，節省占地，投資費用低，運行操作簡便，有效的保證了RO膜組件的穩定優良正常運行。采用該工藝產水電導率為52μS/cm，濁度、懸浮物等各項指標，遠優于國家飲用水指標。

[1]何緒文.廢水處理與礦井水資源化[M].北京:煤炭工業出版社,2002.

[2]何緒文,錢大益,譚遠斌,等.高濁度礦井水水質特性[J].北京科技大學學報,2008,30(8):844-847.

[3]譚遠斌,何緒文,李丹.混凝技術在高濁礦井水處理中的應用[OL/EB].(2007-10-09)[2013-10-09].http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/200710-88.

[4]GB 5749—2006生活飲用水衛生標準[S].