RO反滲透膜降低礦井水含鹽量的方法
煤礦礦井水是指在采煤過程中,所有滲入井下采掘空間的水,有時也含有少量滲入的地表水。煤礦礦井水處理技術主要有: 中和酸性水、絮凝處理去除懸浮顆粒物、反滲透去除可溶性鹽類等技術以及組合。采取各種方法去除或減少礦井水中的有害物質,使之達到排放標準并滿足受納水體環境質量標準的要求,或者處理到各種需求的目標水質。
伴隨著采礦生產會有大量井下廢水產生。據調查,每開采1噸煤炭,可產生1~2.5m3礦井水。另一方面,由于采礦破壞了地下水資源,許多采礦企業用水困難。礦井廢水處理后回用,不僅防止了污染,而且節約了寶貴的水資源,還可為企業降低供水成本,因此礦井水的處理利用受到越來越廣泛的關注。
根據含鹽量大小,可將水分為淡水(小于1 g/L),弱咸水(1~3 g/L),咸水(3~5 g/L),苦咸水(5~10 g/L),濃鹽水(10~25 g/L),強鹽水((大于50 g/L)。礦井水的水質特征一是渾濁(SS一般在100~500mg/L之間),二是存在有機物污染,三是含鹽量變化較大(50~5000mg/L)。我國煤炭礦井水含鹽量一般在1000~3000mg/L之間,少數礦井達到4000mg/L以上,屬于高礦化度、弱咸水或咸水。這類礦井水的含鹽成份主要是源于Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-、HCO-、Cl-等離子,使其硬度往往也較高。常規凈化處理不能降低含鹽量和硬度,其出水既不適用于生活飲用,更不宜作鍋爐用水。礦井水處理回用必須考慮除鹽措施。
降低礦井水含鹽量的方法
高礦化度礦井水的處理工藝除采用傳統工藝去除懸浮物、有機物和消毒外,其關鍵工序是脫鹽淡化。降低礦井水含鹽量的方法主要有以下幾種:
(1)化學法
離子交換法是化學脫鹽的主要方法。即利用陰陽離子交換劑去除水中的離子,以降低水的含鹽量。其特點是:技術成熟、使用經驗多,出水水質好,但工藝系統和運行管理復雜,不能連續出水,再生液會造成二次污染。離子交換軟化法可作為RO的前處理,以減小硬度。此種脫鹽工藝用于礦井水含鹽量小于500mg/L時比較經濟。
(2)熱力法
使用高溫(蒸餾)和低溫(冷凍)的處理過程均屬于含鹽水的熱力法淡化。蒸餾法(高效蒸發、多級閃蒸、壓汽蒸餾、太陽能蒸餾)是對含鹽水進行熱力脫鹽淡化處理的有效方法。它以消耗熱能為代價,適用于各種含鹽量,尤其是高濃度的苦咸水淡化。蒸餾法的優點是設備壽命長,預處理要求低,操作方便,水質純度高。但缺點是能耗高,設備較笨重,防腐要求高,熱交換器表面易結垢等。一般當礦井水含鹽量超過4000mg/L時才可以考慮采用。
(3)膜濾法
電滲析(EDI)和反滲透(RO)同屬膜分離技術,是我國目前苦咸水脫鹽淡化處理的兩種主要方法。
EDI法是在外加直流電場力的作用下,利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性,使溶質和溶劑分離的一種物理化學過程。含鹽水經過電滲析后,便可得到淡化水和濃縮液(濃水)。當含鹽量小于1000mg/L時,EDI法的能耗低于蒸餾法。EDI脫鹽法的優點是:不需再生,可連續出水,工藝系統簡單,設備少。其主要問題是:易發生極化結垢,水回收率低(一般為50%左右),對進水預處理要求高。當礦井水含鹽量小于4000mg/L時用此法較為經濟。上世紀七十年代初期,電滲析脫鹽技術已在我國礦井水處理利用中得到應用。但由于它對SO42-去除率很難超過65%,用以淡化SO4.Na型和SO4.Cl-Na型水很難達到飲用水水質標準。另外它不能去除水中的有機物和細菌,設備運行能耗大。因此近年來在高礦化度礦井水淡化方面,EDI法已逐漸被RO反滲透取代。
RO反滲透是借助于半透膜,在壓力作用下進行物質分離的方法,它可有效地去除水中的無機鹽、低分子有機物、病毒和細菌。對水的含鹽量適用范圍為3000~35000.mg/L。此法與EDI法相比,其優點是產品水的回收率、脫鹽率以及水的純度均較高。缺點是操作壓力高,對進水水質要求高,濃水若得不到適當處理將會造成二次污染。上世紀90年代,反滲透水處理技術已在我國得到較多的應用。
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