反滲透技術(shù)在煤礦水處理中的應用

高延虎 陜西華電榆橫煤電有限責任公司

反滲透技術(shù)在1950年代首次被研究，1960年加州大學加利福尼亞制作了第一張醋酸纖維素膜。1980年代初出現(xiàn)了芳香聚酰胺復合膜。自1990年代以來，反滲透技術(shù)已進入一個更廣泛和更迅速地在全球范圍內(nèi)發(fā)展和應用的時代。反滲透膜具有以下特點：反滲透膜孔徑小于納米，排斥范圍廣，不僅能去除溶解的無機鹽，還能消除各種有機雜質(zhì)；反滲透膜具有生產(chǎn)水和水的優(yōu)勢，防污性能好，無二次污染，經(jīng)濟效益高。酰胺基團（-CO-NH）的存在使聚酰胺反滲透膜表面具有良好的親水性和穩(wěn)定的機械性，并具有良好的熱穩(wěn)定性和水解作用。反滲透技術(shù)最初用于海水淡化，后來擴大到純凈水、工業(yè)廢水處理、食品加工和醫(yī)療衛(wèi)生，從而帶來更高的經(jīng)濟效益。

一、反滲透技術(shù)簡介

防滲技術(shù)在膜分離技術(shù)中的應用最為廣泛和成熟。其原理是對鹽水（如原水）施加比自然浸潤壓力更大，使其向相反方向滲透，并將原水的分子壓到薄膜的另一側(cè)，使其成為清潔水，從而消除水中的雜質(zhì)和鹽防滲透薄膜的分離可以有效地去除溶解鹽、膠水、有機物、細菌和水中的微生物等雜質(zhì)。目前，膜分離的主要技術(shù)是（RO）反滲透、（MF）微孔膜過濾、（UF）超過濾和（EDI）電滲析。其中RO、UF和EDI主要用于工業(yè)領(lǐng)域。這些技術(shù)主要用于純水生產(chǎn)和工業(yè)廢水處理，如電子、化學、食品和制藥廢水。

二、應用反滲透技術(shù)的注意事項

使用防滲透技術(shù)時，請注意以下事項：

1.確定使用反滲透的數(shù)量。在礦井水處理中，飲用水的數(shù)量通常很少，通常使用反滲透裝置。如果處理量很大，而且設計至少需要兩個反滲透裝置，則每個反滲透裝置都配有單獨的進口管道和高壓泵這對運營管理有好處如果一條進水管道發(fā)生故障，而不會影響反滲透設施的正常運行。則可以及時更換閥門，并為另一條進水管道供水。高壓水泵采用相同類型的變頻控制泵，其中一種可在維修時立即使用，簡化水處理系統(tǒng)可用變頻器控制。

2.清潔反滲透設備。常用的反滲透裝置通常配備自動泵或反滲透裝置。反滲透膜表面在反滲透裝置運行一段時間或水質(zhì)發(fā)生變化時可能受到微生物的污染、堵塞。此時，水壓和厚水壓大幅度增加，膜間壓力差增大，產(chǎn)水量相對較低。膠卷需要立即清洗或消毒。否則，必須更換膜，增加生產(chǎn)投入，造成不必要的浪費。

圖1 礦井水處理工藝流程

3.防滲透薄膜的選擇。反滲透的核心是膜。因此，合理選擇膜不僅有助于水處理過程的長期有效運作，而且有助于節(jié)省投資和減少不必要浪費。反滲透預處理方法因膜的選擇而異。同成品水獲得時，投資成本自然不同。常用的反滲透薄膜是TFC復合及醋酸纖維素薄膜。在大多數(shù)地區(qū)的水井水質(zhì)可以用TFC復合薄膜預處理。由于前礦井的水通常先由集成式自動凈水器處理，然后再用氯處理，所以，硫酸鈉或活性炭過濾的添加是在使用防滲透之前進行的。

4.合理維護膜。如上所述，選擇不同的膜決定了不同的預處理方法，主要是為了滿足膜的用水需求。在操作和使用過程中，應嚴格遵循薄膜裝配制造商提供的設計準則，制定適當有效的操作規(guī)則，確保膜的長期運行。此外，設備調(diào)試后，應特別注意過濾器的運行，以確保預處理的正常運行。如果過濾器核心發(fā)生故障，處理或更換應立即進行，以最大限度地延長薄膜壽命。

三、反滲透技術(shù)運用于礦井水處理的可行性分析

由于膜的特殊性，水質(zhì)非常嚴格。水可能含有大量可溶性鹽，但對膠體、余氯、懸浮物、鐵離子和水中微生物的要求不應過高。水質(zhì)濁度一般要求＜1.0NTU，ρ（余氯）＜0.1mg/L，SDI＜5，ρ（Fe）＜0.1mg/L，pH值介于4～11之間。關(guān)于礦井的水，水質(zhì)很好總的來說，一些地區(qū)的水質(zhì)比較硬。如果飲用水要再利用，就必須進行軟化脫鹽。需要預處理原水，反滲透裝置水質(zhì)符合的要求，就可以對生產(chǎn)飲用水應用反滲透技術(shù)。就礦井水而言，詳細介紹了防滲透技術(shù)如何應用于礦井水處理。礦山水處理工藝見圖1。

反滲透裝置預處理后，水質(zhì)檢查如下：pH=6-9、ρ（游離氯）＜0.1mg/L、濁度＜1.0NTU、SDI（15分鐘）＜ 5、ρ（Fe）＜0.1mg/L），反滲透裝置應進行必要的防腐處理和抗焙燒處理，采用多介質(zhì)過濾器和不銹鋼活性炭濾清器對煤礦水進行預處理。

多介質(zhì)過濾器有效地從地下水中去除少量沉積物和銹蝕。活性炭過濾器主要利用大面積表面和活性碳孔隙吸附水中的有機物，同時去除有機物，還可以去除水中的氯、油脂、膠體硅和懸浮物質(zhì)，這是污染設施正常運行的重要保證。

四、反滲透處理的預期效果及其發(fā)展前景

該煤礦采用反滲透裝置處理飲用水礦山。自使用以來一直正常運行。生產(chǎn)的總運行成本約為0.62元/噸，年平均節(jié)水14.4萬噸，取得了令人滿意的效果。隨著經(jīng)濟和社會發(fā)展，人類對水資源的需求增加，特別是近年來，煤炭工業(yè)迅速發(fā)展，大量地下水流入地下，淡水供應減少。有效利用礦井水、減少地表水排放和保護現(xiàn)有淡水已成為煤炭工業(yè)面臨的緊迫問題。已開始嘗試將一部分預處理礦井水用于井下滅火，另一部分用于深度處理，作為礦井的飲用水來源，以節(jié)約用水和減少排放。反滲透技術(shù)的特點是能源消耗低、運營成本低、結(jié)構(gòu)合理、占地面積小、用水效率高和自動化程度高，將越來越多地用于煤炭工業(yè)。

總之，預處理和日常維護對于反滲透至關(guān)重要。只要保證水的預處理，日常維護工作做好，問題及時解決，就能保證反滲透裝置的長期穩(wěn)定運行。此外，對于承包商來說，是否使用反滲透裝置必須根據(jù)其水源的水質(zhì)制定合理的水處理計劃。