超滤-反渗透双膜法在矿井水处理系统中的应用

张永春

(西山煤电集团有限责任公司公用事业公司，山西 太原 030053)

引 言

煤炭作为我国主要能源之一，对我国国民经济的发展起着举足轻重的作用，且在未来很长一段时间内煤炭将仍然在我国的能源结构中占据主导地位。在煤炭生产的过程中伴随着矿井水的排放，据统计表明我国煤矿每年实际排水量可达75亿m3。矿井水的排放在一定程度上造成了水资源的浪费。因此，为了避免水资源的浪费应加强对矿井废水的利用[1]。近年来，我国在水资源利用方面已经取得了突破性进展。根据煤矿地质条件、煤炭等特点所采用的回收利用的措施不同。其中，目前应用于矿井水回收的工艺主要包括有：混凝-沉淀-过滤工艺、跌曝调节-强化絮凝-强化沉淀工艺、超磁分离、旋流净化等工艺。

而针对北方地区的煤矿而言，其矿井水属于高矿化度的特点，需在常规回收工艺后对其采用超滤-反渗透工艺进行深度处理。本文将主要研究超滤-反渗透双膜法在矿井水处理系统的应用。具体阐述如下。

1 超滤-反渗透双膜法的概述

1.1 双膜法概述

超滤-反渗透双膜法为矿井水处理的深度处理工艺。目前，大部分国家对污水处理的分为三个级别。我国针对煤矿矿井水的处理仅仅达到二级处理的标准。二级处理的主要目的是去除矿井水中的悬浮物、有机物、氮以及磷等营养[2]。三级处理的目的是在二级处理的结果上对矿井水做进一步处理，以达到更高的水质要求。

双膜法为超滤技术和反渗透技术的联合，该工艺能够充分发挥各种膜的效果，达到更佳的回收效率。其中，超滤作为反渗透的预处理工艺，具有抗污染能力强、工艺流程简单等优势。超滤技术不能够去除矿井水中的细菌和悬浮物，还能在一定程度上去除矿井水中的COD和BOD；反渗透技术能够有效缩短处理工艺周期，可延长膜的使用寿命[3]。

1.2 双膜法工艺流程及说明

1.2.1 双膜法工艺流程

双膜法是对矿井水的深度处理，首先需采用传统方式对矿井水资源进行处理，在此基础上采用预处理装置，最后采用超滤-反渗透双膜法进行深度处理。经相关理论可知，基于超滤-发渗透双膜法处理后的矿井水可达到生活用水的标准。

1.2.2 双膜法工艺说明

超滤-反渗透双膜工艺包含超滤、反渗透以及处理三个系统。其中，超滤系统的核心为超滤膜，基于超滤膜和外界推力的作用下能够实现将水、小的溶质可以与胶体、颗粒以及分子量相对高的物质分离[4]。基于超滤系统能够有效去除矿井水中的悬浮物、颗粒物以及分子量相对高的物质。超滤原理如第112页图1所示。

反渗透系统所采用的是孔径更小的膜，能够将经超滤处理后水中的溶解性盐和分子量大于100的有机物分离。反渗透原理如第112页图2所示。

图1 超滤原理示意图

图2 反渗透原理示意图

2 超滤-反渗透双膜工艺方案的设计

为验证超滤法渗透工艺对矿井水的回收效率，本文在采集煤矿现场数据的基础上搭建相关的试验装置。该试验装置的相关参数如下。

本次试验所设计的矿井水的进水流量为200 L/h，出水流量为20 L/h。为验证采用不同膜对矿井水的回收效率。本文将采用进口膜和国产膜分贝应用于所设计的试验装置中。国产膜和进口膜的相关参数对比如表1、表2所示。

表1 超滤膜参数对比

表2 反渗透膜参数对比

该试验装置对矿井水进行深度处理的工艺流程如图3所示。矿井水由进水口进入砂滤罐中经过预过滤后，进入超滤装置中，经超滤装置处理后的浓缩水直接排放后进入缓冲水箱。反渗透装置中的水泵将缓冲水箱中的污水抽入反渗透装置对其进行净化处理，并将反渗透淡水和反渗透浓缩水进行分离排

图3 深度处理工艺流程图

放[5]。试验装置的每个系统的出口和进口设有一定数量的流量计和压力表，对试验过程各个管路的流量和压力进行实时监测。

3 试验结果分析

本次试验分别对矿井污水的浊度、电导率、COD以及重金属离子的去除效果进行验证。

3.1 超滤-反渗透双膜法对浊度的处理效果

超滤-反渗透双膜法对矿井水浊度的处理效果如图4所示。

图4 浊度处理效果

分析图4可知，随着超滤-反渗透双膜处理的工艺的进行能够将矿井水的浊度降低50%，且经超滤膜处理后浓缩水的浊度稳定，适合反渗透系统所要求的浊度指标。此外，若经超滤膜处理后矿井污水的浊度不满足反渗透的要求，应加入适量的絮凝剂进行处理。

3.2 超滤-反渗透法对电导率的处理效果

超滤-反渗透双膜法对矿井水电导率的处理效果如图5所示。

图5 电导率处理效果

如图5所示，采用超滤技术仅能够将矿井水的电导率下降1.46%；而采用反渗透技术能够将矿井水的电导率下降97.35%。综上所述，采用超滤-反渗透双膜法能够将矿井水的电导率降低97.44%。

3.3 超滤-反渗透双膜法对氨氮的处理效果

超滤-反渗透双膜法对氨氮的处理效果如图6所示。

图6 氨氮处理效果

如图6所示，超滤膜能够将矿井水中氨氮含量(质量浓度)由最初的0.032 5 mg/L将低为0.01 mg/L，处理效果为20%；反渗透膜能够将矿井水中的氨氮含量去除53%。经现场核算，采用超滤-双膜法能够对矿井水中氨氮的处理效果达到63%，并未达到最佳的处理效果。

4 结语

煤炭的生产过程中伴随着矿井水的产生，矿井

水的排放在一定程度上造成了水资源的浪费和流失。因此，在新形势下应加强对煤矿生产过程中矿井水的回收。超滤-发渗透双膜法作为对矿井水深度处理的关键技术，不同的超滤膜和发渗透膜对矿井水最终的处理效果不同。经本文研究分析，进口膜不论在参数对比还是在最终的处理效果上均优于国产膜，且进口膜的使用寿命长于国产膜。为降低成本，应加强对超滤膜和反渗透膜的研究。