超濾-反滲透雙膜法在礦井水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

張永春

(西山煤電集團有限責任公司公用事業(yè)公司，山西 太原 030053)

引 言

煤炭作為我國主要能源之一，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用，且在未來很長一段時間內(nèi)煤炭將仍然在我國的能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導地位。在煤炭生產(chǎn)的過程中伴隨著礦井水的排放，據(jù)統(tǒng)計表明我國煤礦每年實際排水量可達75億m3。礦井水的排放在一定程度上造成了水資源的浪費。因此，為了避免水資源的浪費應(yīng)加強對礦井廢水的利用[1]。近年來，我國在水資源利用方面已經(jīng)取得了突破性進展。根據(jù)煤礦地質(zhì)條件、煤炭等特點所采用的回收利用的措施不同。其中，目前應(yīng)用于礦井水回收的工藝主要包括有：混凝-沉淀-過濾工藝、跌曝調(diào)節(jié)-強化絮凝-強化沉淀工藝、超磁分離、旋流凈化等工藝。

而針對北方地區(qū)的煤礦而言，其礦井水屬于高礦化度的特點，需在常規(guī)回收工藝后對其采用超濾-反滲透工藝進行深度處理。本文將主要研究超濾-反滲透雙膜法在礦井水處理系統(tǒng)的應(yīng)用。具體闡述如下。

1 超濾-反滲透雙膜法的概述

1.1 雙膜法概述

超濾-反滲透雙膜法為礦井水處理的深度處理工藝。目前，大部分國家對污水處理的分為三個級別。我國針對煤礦礦井水的處理僅僅達到二級處理的標準。二級處理的主要目的是去除礦井水中的懸浮物、有機物、氮以及磷等營養(yǎng)[2]。三級處理的目的是在二級處理的結(jié)果上對礦井水做進一步處理，以達到更高的水質(zhì)要求。

雙膜法為超濾技術(shù)和反滲透技術(shù)的聯(lián)合，該工藝能夠充分發(fā)揮各種膜的效果，達到更佳的回收效率。其中，超濾作為反滲透的預處理工藝，具有抗污染能力強、工藝流程簡單等優(yōu)勢。超濾技術(shù)不能夠去除礦井水中的細菌和懸浮物，還能在一定程度上去除礦井水中的COD和BOD；反滲透技術(shù)能夠有效縮短處理工藝周期，可延長膜的使用壽命[3]。

1.2 雙膜法工藝流程及說明

1.2.1 雙膜法工藝流程

雙膜法是對礦井水的深度處理，首先需采用傳統(tǒng)方式對礦井水資源進行處理，在此基礎(chǔ)上采用預處理裝置，最后采用超濾-反滲透雙膜法進行深度處理。經(jīng)相關(guān)理論可知，基于超濾-發(fā)滲透雙膜法處理后的礦井水可達到生活用水的標準。

1.2.2 雙膜法工藝說明

超濾-反滲透雙膜工藝包含超濾、反滲透以及處理三個系統(tǒng)。其中，超濾系統(tǒng)的核心為超濾膜，基于超濾膜和外界推力的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)將水、小的溶質(zhì)可以與膠體、顆粒以及分子量相對高的物質(zhì)分離[4]。基于超濾系統(tǒng)能夠有效去除礦井水中的懸浮物、顆粒物以及分子量相對高的物質(zhì)。超濾原理如第112頁圖1所示。

反滲透系統(tǒng)所采用的是孔徑更小的膜，能夠?qū)⒔?jīng)超濾處理后水中的溶解性鹽和分子量大于100的有機物分離。反滲透原理如第112頁圖2所示。

圖1 超濾原理示意圖

圖2 反滲透原理示意圖

2 超濾-反滲透雙膜工藝方案的設(shè)計

為驗證超濾法滲透工藝對礦井水的回收效率，本文在采集煤礦現(xiàn)場數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上搭建相關(guān)的試驗裝置。該試驗裝置的相關(guān)參數(shù)如下。

本次試驗所設(shè)計的礦井水的進水流量為200 L/h，出水流量為20 L/h。為驗證采用不同膜對礦井水的回收效率。本文將采用進口膜和國產(chǎn)膜分貝應(yīng)用于所設(shè)計的試驗裝置中。國產(chǎn)膜和進口膜的相關(guān)參數(shù)對比如表1、表2所示。

表1 超濾膜參數(shù)對比

表2 反滲透膜參數(shù)對比

該試驗裝置對礦井水進行深度處理的工藝流程如圖3所示。礦井水由進水口進入砂濾罐中經(jīng)過預過濾后，進入超濾裝置中，經(jīng)超濾裝置處理后的濃縮水直接排放后進入緩沖水箱。反滲透裝置中的水泵將緩沖水箱中的污水抽入反滲透裝置對其進行凈化處理，并將反滲透淡水和反滲透濃縮水進行分離排

圖3 深度處理工藝流程圖

放[5]。試驗裝置的每個系統(tǒng)的出口和進口設(shè)有一定數(shù)量的流量計和壓力表，對試驗過程各個管路的流量和壓力進行實時監(jiān)測。

3 試驗結(jié)果分析

本次試驗分別對礦井污水的濁度、電導率、COD以及重金屬離子的去除效果進行驗證。

3.1 超濾-反滲透雙膜法對濁度的處理效果

超濾-反滲透雙膜法對礦井水濁度的處理效果如圖4所示。

圖4 濁度處理效果

分析圖4可知，隨著超濾-反滲透雙膜處理的工藝的進行能夠?qū)⒌V井水的濁度降低50%，且經(jīng)超濾膜處理后濃縮水的濁度穩(wěn)定，適合反滲透系統(tǒng)所要求的濁度指標。此外，若經(jīng)超濾膜處理后礦井污水的濁度不滿足反滲透的要求，應(yīng)加入適量的絮凝劑進行處理。

3.2 超濾-反滲透法對電導率的處理效果

超濾-反滲透雙膜法對礦井水電導率的處理效果如圖5所示。

圖5 電導率處理效果

如圖5所示，采用超濾技術(shù)僅能夠?qū)⒌V井水的電導率下降1.46%；而采用反滲透技術(shù)能夠?qū)⒌V井水的電導率下降97.35%。綜上所述，采用超濾-反滲透雙膜法能夠?qū)⒌V井水的電導率降低97.44%。

3.3 超濾-反滲透雙膜法對氨氮的處理效果

超濾-反滲透雙膜法對氨氮的處理效果如圖6所示。

圖6 氨氮處理效果

如圖6所示，超濾膜能夠?qū)⒌V井水中氨氮含量(質(zhì)量濃度)由最初的0.032 5 mg/L將低為0.01 mg/L，處理效果為20%；反滲透膜能夠?qū)⒌V井水中的氨氮含量去除53%。經(jīng)現(xiàn)場核算，采用超濾-雙膜法能夠?qū)ΦV井水中氨氮的處理效果達到63%，并未達到最佳的處理效果。

4 結(jié)語

煤炭的生產(chǎn)過程中伴隨著礦井水的產(chǎn)生，礦井

水的排放在一定程度上造成了水資源的浪費和流失。因此，在新形勢下應(yīng)加強對煤礦生產(chǎn)過程中礦井水的回收。超濾-發(fā)滲透雙膜法作為對礦井水深度處理的關(guān)鍵技術(shù)，不同的超濾膜和發(fā)滲透膜對礦井水最終的處理效果不同。經(jīng)本文研究分析，進口膜不論在參數(shù)對比還是在最終的處理效果上均優(yōu)于國產(chǎn)膜，且進口膜的使用壽命長于國產(chǎn)膜。為降低成本，應(yīng)加強對超濾膜和反滲透膜的研究。