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(zé)任公司，山東 招遠(yuǎn)265400）

某地區(qū)金礦地下礦井水色度、礦化度、懸浮物及氯化物含量嚴(yán)重超標(biāo)，為高污染水[1-2]。針對(duì)此水水質(zhì)特點(diǎn)，傳統(tǒng)工藝采用絮凝沉淀+多介質(zhì)過(guò)濾器+活性炭過(guò)濾器+反滲透（RO）工藝，不僅投資費(fèi)用高、操作繁瑣、管理難度大，如果管理維護(hù)不當(dāng)，還容易在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)多介質(zhì)過(guò)濾器濾料板結(jié)，堵塞嚴(yán)重，反洗頻率高的現(xiàn)象，從而影響RO系統(tǒng)的正常運(yùn)行，RO膜易污染，清洗頻繁，產(chǎn)水水量和水質(zhì)不穩(wěn)定，并且需要投加絮凝劑、殺菌劑、還原劑等多種藥劑，運(yùn)行費(fèi)用高[3]。

某礦為了節(jié)能減排，欲將礦區(qū)礦井水處理為生活飲用水，但由于現(xiàn)有能放置水處理設(shè)備的空間較小，因此要求水處理設(shè)備盡量占地小、布局緊湊，且處理效果要達(dá)到GB 5749—2006飲用水標(biāo)準(zhǔn)[4]。

1 工藝流程

原礦井水分析結(jié)果及部分GB 5749—2006指標(biāo)見(jiàn)表1。

原水為礦井水，是高污染水，且礦化度高、硬度超標(biāo)。為達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，需采用預(yù)處理+RO工藝。根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，礦井廢水由提升泵抽至原水池經(jīng)過(guò)沉淀后排放。為了保證飲用水系統(tǒng)正常運(yùn)行并且節(jié)省占地，設(shè)計(jì)采用浸沒(méi)式超濾（UF）作為RO的預(yù)處理，直接將浸沒(méi)式UF膜組件直接放置于原水池中，利用自吸泵將產(chǎn)品水引至清水池，再經(jīng)活性炭過(guò)濾器去除有機(jī)物和異味。

此工藝中浸沒(méi)式UF膜組件充分有效地利用了原水池的空間，若采用傳統(tǒng)工藝做預(yù)處理，則需要2臺(tái)直徑DN3200的多介質(zhì)過(guò)濾器，占地約需40m2；且浸沒(méi)式UF產(chǎn)水比多介質(zhì)過(guò)濾器產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，經(jīng)過(guò)活性炭過(guò)濾器深度過(guò)濾時(shí)，在允許的流速設(shè)計(jì)范圍內(nèi)可選擇較高的流速，活性炭過(guò)濾器型號(hào)選用2臺(tái)直徑DN2800的即可。若采用傳統(tǒng)工藝，則活性炭過(guò)濾器直徑至少要DN3000。不僅節(jié)約了占地，而且節(jié)省了成本。

表1 礦山井地下水水質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)Tab 1 Mine groundwater quality and standards

經(jīng)過(guò)活性碳過(guò)濾的產(chǎn)水再進(jìn)入RO系統(tǒng)深度凈化脫鹽處理，最終達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。工藝流程見(jiàn)圖1。

2 主要設(shè)備與功能

2.1 浸沒(méi)式UF裝置

圖1 浸沒(méi)式UF+RO處理工藝流程Fig 1 Submerged ultrafiltration and reverse osmosis process

采用浸沒(méi)式UF裝置作為預(yù)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(wú)粘性。故考慮選用自行生產(chǎn)的孔徑為0.1μm的聚偏氟乙烯（PVDF）材質(zhì)中空纖維UF膜，該膜抗污染性能更強(qiáng)，對(duì)水中顆粒物、細(xì)菌、膠體等有明顯去除作用，可以進(jìn)一步降低RO進(jìn)水的污染指數(shù)（SDI），保證RO系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。且用浸沒(méi)式UF做前處理，RO清洗頻率和采用傳統(tǒng)預(yù)處理工藝相比能減少為原來(lái)的1/2～1/10，膜通量恢復(fù)好，節(jié)省運(yùn)行成本。PVDF中空纖維UF膜采用優(yōu)質(zhì)原材料經(jīng)干濕法工藝親水改性制備，膜的透水量高、耐氧化、拉伸強(qiáng)度高、耐污染性好。膜的電鏡照片見(jiàn)圖2。

圖2 PVDF中空纖維電鏡照片F(xiàn)ig 2 SEM images of PVDF hollow fiber

PVDF浸沒(méi)式UF膜組件的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2（UF設(shè)計(jì)運(yùn)行通量15 L/(m2·h)）。

表2 PVDF浸沒(méi)式膜組件技術(shù)參數(shù)Tab 2 Technical parameters of submerged PVDFmembrane

2.2 RO裝置

脫鹽裝置利用RO膜的特性來(lái)去除水中絕大部分可溶性鹽類、膠體及有機(jī)物。

RO膜采用海德能PROC10芳香族聚酰胺復(fù)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(yùn)行平均產(chǎn)水量通量22.1 L/(m2·h)，并可有效去除原水中的SiO2及有機(jī)碳，在較低操作壓力下就能獲取更高的水通量。

3 運(yùn)行情況

UF系統(tǒng)和RO系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)，分別見(jiàn)表3。

表3 UF和RO系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)Tab 3 UF and RO system productwater quality

浸沒(méi)式超濾初始運(yùn)行時(shí)跨膜壓差0.02 MPa，運(yùn)行7 d后增大到0.04 MPa，排空原水池后發(fā)現(xiàn)浸沒(méi)式超濾掛泥嚴(yán)重，分析原因是因?yàn)槠貧饬康蛯?dǎo)致，將曝氣量由原來(lái)的30m3/m2（投影面積）增加到40 m3/m2（投影面積），設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，跨膜壓差基本維持在0.03 MPa左右，產(chǎn)水濁度小于1 NTU，SDI小于3，保障了反滲透的正常運(yùn)行。設(shè)備從正式投入運(yùn)行至今，已有3年，系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良且穩(wěn)定，RO膜清洗平均在4個(gè)月1次。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)及條件，創(chuàng)新性的采用PVDF浸沒(méi)式膜組件，既可以得到水質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)水，又不會(huì)因?yàn)樾略鲈O(shè)備而占用空間。所以，用浸沒(méi)式UF做RO預(yù)處理能有效的對(duì)礦渣懸浮物，細(xì)菌及色度進(jìn)行截留，產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)，節(jié)省占地，投資費(fèi)用低，運(yùn)行操作簡(jiǎn)便，有效的保證了RO膜組件的穩(wěn)定優(yōu)良正常運(yùn)行。采用該工藝產(chǎn)水電導(dǎo)率為52μS/cm，濁度、懸浮物等各項(xiàng)指標(biāo)，遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家飲用水指標(biāo)。

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

[2]何緒文,錢(qián)大益,譚遠(yuǎn)斌,等.高濁度礦井水水質(zhì)特性[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(8):844-847.

[3]譚遠(yuǎn)斌,何緒文,李丹.混凝技術(shù)在高濁礦井水處理中的應(yīng)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(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].