RO法在高矿化度矿井水处理回用中的应用

净水技术巧法在高矿化度矿井水处理回用中的应用崔玉川’潘耀祖刘婷”刘振江太原理工大学山西纺织工业设计院,山西太原太原市自来水公司,山西太原山西太原山西省城乡规划设计研究院,山西太原摘要通过工程实例阐述了高矿化度矿井水处理回用的方法、工艺和设计参数,对工艺在山西煤炭矿区高矿化度矿井水处理回用于生活饮用水的工程应用进行了总结,提出了建议。关键词反渗透高矿化度矿井水处理利用,扩可扩几妙“动呢拼饭了毋口口,叫人口谈内卿俪,爪或笋幽,叫饭”姗王肘“以平。、。口勺毋田口畔娜晓叨,刁!,之喝饭刃口口口了,呵,群!训而司巧!∀而newatertreatmentandutillzation伴随着采矿生产会有大量井下废水产生。据调查,每开采l吨煤炭,可产生1一3m,矿井水。另方面,由于采矿破坏了地下水资源,许多采矿企业用水困难。矿井废水处理后回用,不仅防止了污染,而且节约了宝贵的水资源,还可以为企业降低水成本,因此矿井水的处理利用受到越来越广泛的关注。矿井水的水质特征一是浑浊(sS一般在100~50Om叭之间),二是存在有机物污染,三是含盐水量变化较大(50一5000mg/L)。我国煤炭矿井水含盐量一般在1000一3000m泌之间,少数矿井达到4000m叭以上,属于高矿化度、弱咸水或咸水。这类矿井水的含盐成份主要是源于Ca,‘、M扩‘、Na+、K+、50;,一、HCO一、CI一等离子,硬度往往也较高。常规净化处理不能降低含盐量和硬度,其出水既不适用于生活饮用,更不宜作锅炉用水。矿井水处理回用必须考虑采取除盐措施。,降低矿井水含盐量的方法高矿化度矿井水的处理工艺除采用传统工艺去一4一除悬浮物、有机物和消毒外,其关键工序是脱盐淡化。降低矿井水含盐量的方法主要有以下几种。1.1化学法离子交换法是化学脱盐的主要方法。即利用阴阳离子交换剂去除水中的离子,以降低水的含盐量。其特点是:技术成熟、使用经验多、出水水质好,但工艺系统和运行管理复杂,不能连续出水,再生废液会造成二次污染。离子交换软化法可作为RO的前处理,以减小硬度。此种脱盐工艺用于矿井水含盐量小于5(X)mg/L时比较经济。1.2热力法使用高温(蒸馏)和低温(冷冻)的处理过程均属于含盐水的热力法淡化。蒸馏法(高效蒸发、多级闪蒸、压汽蒸馏、太阳能蒸馏等)是对含盐水进行热力脱盐淡化处理有效方法。蒸馏法的优点是设备寿命长,预处理要求低,操作方便,水质纯度高。但缺点是能耗高,设备较笨重,防腐要求高,热交换器表面易结垢等。一般当矿井水含盐量超过4000m泌时才可净水技术Vol.25No.52(兀巧以考虑采用。1.3膜分离法电渗析(EleetrodialysisED)和反渗透(ReverseosmosisRo)是我国目前苦咸水脱盐淡化处理的两种主要方法。ED法是在外加直流电场力的作用下,利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性,使溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。含盐水经过电渗析后。便可得到淡化水和浓缩液(浓水)。ED脱盐法的优点是:不需要再生。可连续出水,工艺系统简单,设备少。其主要问题是:易发生极化结垢,水回收率低(一般为50%左右),对进水预处理要求较高。当矿井水含盐量小于400om妙时用此法较为经济。上世纪70年代初期,电渗析脱盐技术已在我国矿井水处理利用中得到应用。但由于它对50产一去除率较低,用以淡化50;·Na型和504·CI一Na型水很难达到饮用水水质标准。另处它不能去除水中的有机物和细菌,设备运行能耗大。因此近年来在高矿化度矿井水淡化方面,ED法已逐渐被RO法取代。RO法是借助于半透膜,在压力作用下进行物质分离的方法,它可有效地去除水中的无机盐、低分子有机物、病毒和细菌。此法与ED法相比,其优点是产品水的回收率、脱盐率以及水的纯度均较高。缺点是操作压力高,对进水水质要求高,浓水若得不到适当处理将会造成二次污染。上世纪90年代,反渗透水处理技术已在我国得到较多的应用。2RO法在山西矿井水处理利用中的应用实例山西是煤炭大省,同时又是水资源严重缺乏的省份。近些年来,随着反渗透膜与组件制造技术的相对成熟,销售价格稳中有降,使其设备投资费用不断降低,淡化水的成本也有明显下降,自2002年以来,该省已有十多个煤矿利用反渗透技术,将矿井水处理用作生活饮用水。现将部分工程的处理规模、原水水质、吨水投资、以及制水成本列于表1。3对RO法处理矿井水用于饮用水的几点认识用RO法把高矿化度矿井水处理成生活饮用水时,根据山西省的设计应用情况,提出以下几点认识和建议,供使用参考。l)关于脱盐工艺的处理水量,不应与要求的供水量混为一谈。应根据原水和供水水质情况,经计算把供水量分为两部分,一部分预处理后进行RO脱盐处理,另一部分预处理净化后不进行RO脱盐处表,用作饮用水的RO法处理矿井水工程实例煤煤矿矿处理水量///原水水质2(mg·功功吨水投资///制水成本///名名称称(m’·的的的的的的的的的的的的(元·m勺勺(元·m--s)))含含含含盐量量总硬度度度度大大同达子沟矿矿72(X)))5463332761.55517(X)))2.666111111111111111113500025(X)~~~12(X),,3450002.999大大同霄徽扮切切3(X洲)))27《叉〕〕16(X)))1575.7771.3444大大同白洞矿矿4《X洲)))986.444691.4441545551.1888太太原东山矿矿250(刃刃23488814144418(X}}}}}阳阳泉荫营矿矿3oooo269000394.55517677777灵灵石县红杏矿矿96000617.55572111973.22222邓邓家庄煤矿矿矿87555555555理,采用两者按比例进行混合勾兑的方法,使混合后水质达到要求的供水水质即可。这样可以减少投资和运行费用。2)RO装置的预处理和进水水质指标为使RO装置高效、可靠、经济运行,应重视水的预处理。反渗透预处理的一般原则和方法为:¹当原水中SS小于som妙时,可采用微絮凝直接过滤法;当55大于som泌时可采用混凝、沉淀、过滤工艺。º当原水含铁量小于0.3m妙、SS小于20m叭时,可采用直接过滤法;当原水含铁量小于0.3m岁L、sS大于20m叭时,可采用微絮凝直接过滤法;当原水含铁量大于0.3m叭时,应考虑除铁措施(如锰砂过滤)。»当原水有机物含量较高时,可采用加氯、棍凝、沉淀、过滤处理;若仍不能满足要求时,可同时采用生物活性炭过滤法去除有机物。¼当原水的碳酸盐硬度较高,经加药处理仍会造成CaC03在RO膜上沉淀时,可采用离子交换法进行预处理。当其它难溶盐在RO系统中结垢析出时,应加阻垢剂处理。½当原水硅酸盐含量较高时,可投加石灰、氧化镁(或白云粉)进行处理RO装置的允许进水水质指标,见表2。3)矿井水的RO法脱盐工艺流程应根据水质确定,不宜太长。除了澄清预处理外,还应有前处理、主处理、和后处理三部分。一般工艺流程见图1。哟RO的几个设计参数建议值:系统水回收率72%一78%;系统出水的脱盐率%%一99%;膜元件的使用寿命3一5年;质保期不低于2年。5)利用RO法处理矿井水用作生活饮用水时,目前处理厂站的吨水投资在1500~3500元.制水成法在高矿化度矿井水处理回用中的应用Vol.25No.520(拓表2反渗透装里允许进水水质指标项项目目卷式醋酸酸中空纤维维常规卷式式超低压卷卷纤纤纤维素膜膜聚酞胺膜膜复合膜膜式复合膜膜建建建议议最最建议议最最建议议最最建议议最最值值值值大大值值大大值值大大值值大大值值值值值值值值值值值值值值污污染指数lsDIII444444333333444555444555浊浊度了NfUUU0.222lll0.2220.5550.222lll0.222lll含含铁量/(mg’L-协协0.1110.1110.1110.1110.1110lll0.111lll游游离氛/(mg·L--今今02~lll1110000.1110000.1110000.111水水温/℃℃25554000255540002555455525554555水水压爪Paaa2.5~3一0004.1112.4~2.8882.8881.0一1.6664.1111.05554.111pppH值值5~6666.5554~11111lll2~1111l1113~1000l000养鱼等)。对矿井水处理后使用的原则是:先井下后井上,井上应先工业(生产和生活),后农业。参考文献臭臭氧或或紫紫外线消毒毒图1RO法一般下艺流程本在1.5一3.5元/m3。6)由于RO法的产水量在工作压力恒定时与水温成正比(一般设计的环境温度为5一30℃),故应把RO工艺装置设在室内,并注意冬季保暖。7)在绘制矿区水平衡图时,应本着优质优用的原则注意矿井水的分质处理,分质使用。矿井水处理利用的途径有三,即煤碳开采生产过程用水、矿区生活用水和其它用水(灌溉、研石山灭火,建筑、水库崔玉川等,煤炭矿井水处理回用技术进展田,T业用水与废水,2仪X),31(2)何绪文等.煤矿高矿化度矿井水处理技术研究IJ],煤炭科学技术,2(X)2一8尚夭笼,膜分离技术在中国西部省区苦碱水淡化过程中的应用田,净水技术,2创刃,19(2)姚志春,煤矿矿井废水处理技术比较研究「M]冯免逸等,反渗透处理工程【Mj,中国电力出版社,2000.8邵刚,膜法水处理技术【M],冶金T业出版社.2以X),1许保玖,给水处理理论IM],中国建筑T业出版社.2000.10高以炬等,膜分离技术基础[Ml,科学出版社,1989,3崔玉川等,煤矿矿井水处理下艺技术田,太原下业大学学报,1992,3高新建等,大同矿务局矿井水回用的研究【MI,1991,12崔玉川等,纯净水及矿泉水处理工艺及设施设计计算IM],化学工业出版社,2003,5张蕾,优化膜法脱盐系统性能的探讨团,净水技术.2以X〕.19(4)0l一.二‘1.收稿日期:2005一12一l第一作者简介:崔玉川,(1934一),男,太原理工大学环境科学与下程学院教授,研究方向:水处理理论与技术、城市与下业节约用水理论与技术电话:[phone]厂.汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁曰汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁洲什洲.洲.汁汁汁汁洲朴针洲什气·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·工·欢迎订阅全国中文核心期刊2007年《中国给水排水》(半月刊)中国科技论文统计源期刊中国期刊方阵双教期刊《中国给水排水》杂志1985年创刊,由中华人民共和国建设部主管、中国市政工程华北设计研究院和国家城市给水排水工程技术研究中心主办,编样部设在天津。《中国给水排水》是面向全国给水排水和环境工业界的专业性科技期刊.具有较高的理论导向性和较强的工程实践性,在国内享有盛誉,被称为中国水行业的“首席杂志”。近年国内权威机构的评价结果显示,《中国给水排水》杂志的总被引频和影响因子均居同行业期刊的前列。《中国给水排水》创刊20年来,发表了许多质童高,有影响的丈章,并被国内外多家信息检索中心收录,已成为专业工作者交流科研成采和实践经验、了解国内外技术动向和热,氛信息、展示先进生产设备的重要窗口。读者汁像主要是自来水、市政排水、建筑给排水、监测人员和大中专院校师生等。《中国给水排水》杂志从2006年起改为半月刊发行,上半月版发表技术研究类论文,下半月版发表技术应用类稿件,以最快的速度报道水行业最新理论研究成果以及丰富的工程实践经脸,为您提供最全面的技术资讯服务。从2001年起,本刊已成为水行业期刊中广告黄最大的杂志,热忱欢迎广大商家在我刊继续刊登广告。欢迎踊跃投稿,欢迎到各地邮局订阅《中国给水排水》杂志(可破季仃阅),全年24期,大16开本,每期112页(不计广告页),定价:10元/册,全年240元。邮发代号:6一86。如错过郊局订期,也可向编样部直接订阅。杂志社地址:天津市和平区新兴路52号都市花因大厦21层(300070);网址:~watergasheat.com;163COm从编辑部:022一27536225