高污染采金矿井废水超滤反渗透法制备饮用水

任克刚 梁 红 李庆君 寇广云

（山东招金膜天有限责任公司，山东 招远265400）

某地区金矿地下矿井水色度、矿化度、悬浮物及氯化物含量严重超标，为高污染水[1-2]。针对此水水质特点，传统工艺采用絮凝沉淀+多介质过滤器+活性炭过滤器+反渗透（RO）工艺，不仅投资费用高、操作繁琐、管理难度大，如果管理维护不当，还容易在运行过程中出现多介质过滤器滤料板结，堵塞严重，反洗频率高的现象，从而影响RO系统的正常运行，RO膜易污染，清洗频繁，产水水量和水质不稳定，并且需要投加絮凝剂、杀菌剂、还原剂等多种药剂，运行费用高[3]。

某矿为了节能减排，欲将矿区矿井水处理为生活饮用水，但由于现有能放置水处理设备的空间较小，因此要求水处理设备尽量占地小、布局紧凑，且处理效果要达到GB 5749—2006饮用水标准[4]。

1 工艺流程

原矿井水分析结果及部分GB 5749—2006指标见表1。

原水为矿井水，是高污染水，且矿化度高、硬度超标。为达到生活饮用水标准，需采用预处理+RO工艺。根据水质特点和现场勘察情况，矿井废水由提升泵抽至原水池经过沉淀后排放。为了保证饮用水系统正常运行并且节省占地，设计采用浸没式超滤（UF）作为RO的预处理，直接将浸没式UF膜组件直接放置于原水池中，利用自吸泵将产品水引至清水池，再经活性炭过滤器去除有机物和异味。

此工艺中浸没式UF膜组件充分有效地利用了原水池的空间，若采用传统工艺做预处理，则需要2台直径DN3200的多介质过滤器，占地约需40m2；且浸没式UF产水比多介质过滤器产水水质优良，经过活性炭过滤器深度过滤时，在允许的流速设计范围内可选择较高的流速，活性炭过滤器型号选用2台直径DN2800的即可。若采用传统工艺，则活性炭过滤器直径至少要DN3000。不仅节约了占地，而且节省了成本。

表1 矿山井地下水水质及标准Tab 1 Mine groundwater quality and standards

经过活性碳过滤的产水再进入RO系统深度净化脱盐处理，最终达到饮用水水质标准。工艺流程见图1。

2 主要设备与功能

2.1 浸没式UF装置

图1 浸没式UF+RO处理工艺流程Fig 1 Submerged ultrafiltration and reverse osmosis process

采用浸没式UF装置作为预处理工艺。原水中悬浮物主要为矿石粉末，粒径在0.3μm左右，并且无粘性。故考虑选用自行生产的孔径为0.1μm的聚偏氟乙烯（PVDF）材质中空纤维UF膜，该膜抗污染性能更强，对水中颗粒物、细菌、胶体等有明显去除作用，可以进一步降低RO进水的污染指数（SDI），保证RO系统安全高效运行。且用浸没式UF做前处理，RO清洗频率和采用传统预处理工艺相比能减少为原来的1/2～1/10，膜通量恢复好，节省运行成本。PVDF中空纤维UF膜采用优质原材料经干湿法工艺亲水改性制备，膜的透水量高、耐氧化、拉伸强度高、耐污染性好。膜的电镜照片见图2。

图2 PVDF中空纤维电镜照片Fig 2 SEM images of PVDF hollow fiber

PVDF浸没式UF膜组件的技术参数见表2（UF设计运行通量15 L/(m2·h)）。

表2 PVDF浸没式膜组件技术参数Tab 2 Technical parameters of submerged PVDFmembrane

2.2 RO装置

脱盐装置利用RO膜的特性来去除水中绝大部分可溶性盐类、胶体及有机物。

RO膜采用海德能PROC10芳香族聚酰胺复合膜，该膜抗污染性好、适用范围广泛；脱盐率高，单支膜脱盐率≥99.4%，运行平均产水量通量22.1 L/(m2·h)，并可有效去除原水中的SiO2及有机碳，在较低操作压力下就能获取更高的水通量。

3 运行情况

UF系统和RO系统产水水质，分别见表3。

表3 UF和RO系统产水水质Tab 3 UF and RO system productwater quality

浸没式超滤初始运行时跨膜压差0.02 MPa，运行7 d后增大到0.04 MPa，排空原水池后发现浸没式超滤挂泥严重，分析原因是因为曝气量低导致，将曝气量由原来的30m3/m2（投影面积）增加到40 m3/m2（投影面积），设备运行稳定，跨膜压差基本维持在0.03 MPa左右，产水浊度小于1 NTU，SDI小于3，保障了反渗透的正常运行。设备从正式投入运行至今，已有3年，系统产水水质优良且稳定，RO膜清洗平均在4个月1次。

4 结束语

针对现场水质及条件，创新性的采用PVDF浸没式膜组件，既可以得到水质优良的产水，又不会因为新增设备而占用空间。所以，用浸没式UF做RO预处理能有效的对矿渣悬浮物，细菌及色度进行截留，产水水质优，节省占地，投资费用低，运行操作简便，有效的保证了RO膜组件的稳定优良正常运行。采用该工艺产水电导率为52μS/cm，浊度、悬浮物等各项指标，远优于国家饮用水指标。

[1]何绪文.废水处理与矿井水资源化[M].北京:煤炭工业出版社,2002.

[2]何绪文,钱大益,谭远斌,等.高浊度矿井水水质特性[J].北京科技大学学报,2008,30(8):844-847.

[3]谭远斌,何绪文,李丹.混凝技术在高浊矿井水处理中的应用[OL/EB].(2007-10-09)[2013-10-09].http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/200710-88.

[4]GB 5749—2006生活饮用水卫生标准[S].