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(tuán)有限責(zé)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(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用，且在未來很長一段時(shí)間內(nèi)煤炭將仍然在我國的能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)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(jì)表明我國煤礦每年實(shí)際排水量可達(dá)75億m3。礦井水的排放在一定程度上造成了水資源的浪費(fèi)。因此，為了避免水資源的浪費(fèi)應(yīng)加強(qiáng)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(jìn)展。根據(jù)煤礦地質(zhì)條件、煤炭等特點(diǎn)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(qiáng)化絮凝-強(qiáng)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(diǎn)，需在常規(guī)回收工藝后對其采用超濾-反滲透工藝進(jìn)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(gè)級別。我國針對煤礦礦井水的處理僅僅達(dá)到二級處理的標(biāo)準(zhǔn)。二級處理的主要目的是去除礦井水中的懸浮物、有機(jī)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(jìn)一步處理，以達(dá)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(dá)到更佳的回收效率。其中，超濾作為反滲透的預(yù)處理工藝，具有抗污染能力強(qiáng)、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(xì)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(jìn)行處理，在此基礎(chǔ)上采用預(yù)處理裝置，最后采用超濾-反滲透雙膜法進(jìn)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(dá)到生活用水的標(biāo)準(zhǔn)。

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(gè)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(jī)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(jì)

為驗(yàn)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(yàn)裝置。該試驗(yàn)裝置的相關(guān)參數(shù)如下。

本次試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的礦井水的進(jìn)水流量為200 L/h，出水流量為20 L/h。為驗(yàn)證采用不同膜對礦井水的回收效率。本文將采用進(jìn)口膜和國產(chǎn)膜分貝應(yīng)用于所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置中。國產(chǎn)膜和進(jìn)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(yàn)裝置對礦井水進(jìn)行深度處理的工藝流程如圖3所示。礦井水由進(jìn)水口進(jìn)入砂濾罐中經(jīng)過預(yù)過濾后，進(jìn)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(jìn)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(jìn)行凈化處理，并將反滲透淡水和反滲透濃縮水進(jìn)行分離排

圖3 深度處理工藝流程圖

放[5]。試驗(yàn)裝置的每個(gè)系統(tǒng)的出口和進(jìn)口設(shè)有一定數(shù)量的流量計(jì)和壓力表，對試驗(yàn)過程各個(gè)管路的流量和壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

本次試驗(yàn)分別對礦井污水的濁度、電導(dǎo)率、COD以及重金屬離子的去除效果進(jìn)行驗(yàn)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(jìn)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(biāo)。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(jìn)行處理。

3.2 超濾-反滲透法對電導(dǎo)率的處理效果

超濾-反滲透雙膜法對礦井水電導(dǎo)率的處理效果如圖5所示。

圖5 電導(dǎo)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(dǎo)率下降1.46%；而采用反滲透技術(shù)能夠?qū)⒌V井水的電導(dǎo)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(dǎo)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(dá)到63%，并未達(dá)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(fèi)和流失。因此，在新形勢下應(yīng)加強(qiáng)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(jìn)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(jìn)口膜的使用壽命長于國產(chǎn)膜。為降低成本，應(yīng)加強(qiáng)對超濾膜和反滲透膜的研究。