反渗透技术在煤矿水处理中的应用

高延虎 陕西华电榆横煤电有限责任公司

反渗透技术在1950年代首次被研究，1960年加州大学加利福尼亚制作了第一张醋酸纤维素膜。1980年代初出现了芳香聚酰胺复合膜。自1990年代以来，反渗透技术已进入一个更广泛和更迅速地在全球范围内发展和应用的时代。反渗透膜具有以下特点：反渗透膜孔径小于纳米，排斥范围广，不仅能去除溶解的无机盐，还能消除各种有机杂质；反渗透膜具有生产水和水的优势，防污性能好，无二次污染，经济效益高。酰胺基团（-CO-NH）的存在使聚酰胺反渗透膜表面具有良好的亲水性和稳定的机械性，并具有良好的热稳定性和水解作用。反渗透技术最初用于海水淡化，后来扩大到纯净水、工业废水处理、食品加工和医疗卫生，从而带来更高的经济效益。

一、反渗透技术简介

防渗技术在膜分离技术中的应用最为广泛和成熟。其原理是对盐水（如原水）施加比自然浸润压力更大，使其向相反方向渗透，并将原水的分子压到薄膜的另一侧，使其成为清洁水，从而消除水中的杂质和盐防渗透薄膜的分离可以有效地去除溶解盐、胶水、有机物、细菌和水中的微生物等杂质。目前，膜分离的主要技术是（RO）反渗透、（MF）微孔膜过滤、（UF）超过滤和（EDI）电渗析。其中RO、UF和EDI主要用于工业领域。这些技术主要用于纯水生产和工业废水处理，如电子、化学、食品和制药废水。

二、应用反渗透技术的注意事项

使用防渗透技术时，请注意以下事项：

1.确定使用反渗透的数量。在矿井水处理中，饮用水的数量通常很少，通常使用反渗透装置。如果处理量很大，而且设计至少需要两个反渗透装置，则每个反渗透装置都配有单独的进口管道和高压泵这对运营管理有好处如果一条进水管道发生故障，而不会影响反渗透设施的正常运行。则可以及时更换阀门，并为另一条进水管道供水。高压水泵采用相同类型的变频控制泵，其中一种可在维修时立即使用，简化水处理系统可用变频器控制。

2.清洁反渗透设备。常用的反渗透装置通常配备自动泵或反渗透装置。反渗透膜表面在反渗透装置运行一段时间或水质发生变化时可能受到微生物的污染、堵塞。此时，水压和厚水压大幅度增加，膜间压力差增大，产水量相对较低。胶卷需要立即清洗或消毒。否则，必须更换膜，增加生产投入，造成不必要的浪费。

图1 矿井水处理工艺流程

3.防渗透薄膜的选择。反渗透的核心是膜。因此，合理选择膜不仅有助于水处理过程的长期有效运作，而且有助于节省投资和减少不必要浪费。反渗透预处理方法因膜的选择而异。同成品水获得时，投资成本自然不同。常用的反渗透薄膜是TFC复合及醋酸纤维素薄膜。在大多数地区的水井水质可以用TFC复合薄膜预处理。由于前矿井的水通常先由集成式自动净水器处理，然后再用氯处理，所以，硫酸钠或活性炭过滤的添加是在使用防渗透之前进行的。

4.合理维护膜。如上所述，选择不同的膜决定了不同的预处理方法，主要是为了满足膜的用水需求。在操作和使用过程中，应严格遵循薄膜装配制造商提供的设计准则，制定适当有效的操作规则，确保膜的长期运行。此外，设备调试后，应特别注意过滤器的运行，以确保预处理的正常运行。如果过滤器核心发生故障，处理或更换应立即进行，以最大限度地延长薄膜寿命。

三、反渗透技术运用于矿井水处理的可行性分析

由于膜的特殊性，水质非常严格。水可能含有大量可溶性盐，但对胶体、余氯、悬浮物、铁离子和水中微生物的要求不应过高。水质浊度一般要求＜1.0NTU，ρ（余氯）＜0.1mg/L，SDI＜5，ρ（Fe）＜0.1mg/L，pH值介于4～11之间。关于矿井的水，水质很好总的来说，一些地区的水质比较硬。如果饮用水要再利用，就必须进行软化脱盐。需要预处理原水，反渗透装置水质符合的要求，就可以对生产饮用水应用反渗透技术。就矿井水而言，详细介绍了防渗透技术如何应用于矿井水处理。矿山水处理工艺见图1。

反渗透装置预处理后，水质检查如下：pH=6-9、ρ（游离氯）＜0.1mg/L、浊度＜1.0NTU、SDI（15分钟）＜ 5、ρ（Fe）＜0.1mg/L），反渗透装置应进行必要的防腐处理和抗焙烧处理，采用多介质过滤器和不锈钢活性炭滤清器对煤矿水进行预处理。

多介质过滤器有效地从地下水中去除少量沉积物和锈蚀。活性炭过滤器主要利用大面积表面和活性碳孔隙吸附水中的有机物，同时去除有机物，还可以去除水中的氯、油脂、胶体硅和悬浮物质，这是污染设施正常运行的重要保证。

四、反渗透处理的预期效果及其发展前景

该煤矿采用反渗透装置处理饮用水矿山。自使用以来一直正常运行。生产的总运行成本约为0.62元/吨，年平均节水14.4万吨，取得了令人满意的效果。随着经济和社会发展，人类对水资源的需求增加，特别是近年来，煤炭工业迅速发展，大量地下水流入地下，淡水供应减少。有效利用矿井水、减少地表水排放和保护现有淡水已成为煤炭工业面临的紧迫问题。已开始尝试将一部分预处理矿井水用于井下灭火，另一部分用于深度处理，作为矿井的饮用水来源，以节约用水和减少排放。反渗透技术的特点是能源消耗低、运营成本低、结构合理、占地面积小、用水效率高和自动化程度高，将越来越多地用于煤炭工业。

总之，预处理和日常维护对于反渗透至关重要。只要保证水的预处理，日常维护工作做好，问题及时解决，就能保证反渗透装置的长期稳定运行。此外，对于承包商来说，是否使用反渗透装置必须根据其水源的水质制定合理的水处理计划。