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2009年10月第三届膜分离技术在冶金工业中应用研讨会论文集V型孔中空纤维超滤膜在矿井水处理及回用中的应用王娟`,张保成`,张湃2,王小宁“(1.北京特里高膜技术有限公司,北京100085;2.太原绿威环境能源科技工程有限公司)摘要:通过工程实例论述了某矿井水处理回用的方法、工艺和设计参数,重.毅对超滤工艺矿井水深度处理并实现回用上的工程应用进行了总结,提出T相关运行条件.关键词:矿井水;V型孔中空纤维超滤膜;回用中图分类号:Tg旧28.8文献标识码:B矿井水是指采煤过程中所有渗人井下采掘空间的水,水质主要受当地地质年代、地质构造、各种煤系伴生矿物成分、所在地区的环境条件等因素的影响.我国煤矿每年外排矿井水约为25亿时,资源化利用率却不到30%,而矿区用水越来越紧张,已严重制约了矿山生产和影响职工的日常生活.如何将矿井水有效资源化利用,防止地表水污染,是矿区巫待解决的水环境问题.1常用处理工艺我国矿井水净化处理技术起始于上世纪70年代末,目前已投人使用的净化处理技术主要有:混凝沉淀、膜过滤等.处理后直接排放的矿井水,通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术;处理后作为生产用水或其它用水的,通常采用混凝沉淀后加膜过滤的深度处理处理技术.有些含悬浮物的矿井水含盐量较高,处理后作为生活饮用水还必须在超滤膜过滤后再经过反渗透等淡化处理.现阶段采用比较多的深度处理工艺为混凝沉淀+超滤十RO.矿井水中主要含有以煤屑为主的悬浮物,具有色黑、加药后形成的矾花结构松散、沉降速度慢等特点.许多含悬浮物矿井水深度处理工程,投人运行后,由于预处理部分反应不充分、沉淀池表面负荷过大等原因,使得设计水量和水质达不到设计要求,较差的出水水质对一般的超滤膜系统影响很大,很容易造成膜管堵塞,通量下降等.因此如何选择合适的超滤预处理系统是解决矿井水深度处理并实现回用的关键.2项目分析山西神角煤矿矿井水处理项目采用超滤+R〔)深度处理工艺,日处理能力为1《XX〕t.要求矿井水经过深度处理后,满足矿区部分生产、生活用水需求.2.1原水水质神角煤矿矿井水的来水指标,见表1.表1神角煤矿矿井水的来水指标项目数值55/(伽·L一1)300一2000COI〕/(n瑶·L一工)200一360仪…肠(/grn·L一1)60一200氨氮(/mg·L一’)26一47PH10一13经过深度处理后出水指标应符合《生活饮用水标准》(GB5749一2006),列于表2、表2《生活饮用水标准》(GB5749一2006)主要指标指标限值总大肠菌群(M田N1/00n1L或CFUl/001nL)铬等重金属(/grn·L一’)硝酸盐(以N计)(/呢·u`)色度(铂钻色度单位)NTU州溶解性总固体汉grn·L一’)J愉硬度(以Qo飞们/(吨·u`)(I】渐1(以q计)/(呢·L一l)不得检出0.0510(地下水源限制时为20)1516.5一8.510()04503(水源限制,原水耗氧量6gm几时为5)收稿日期:2009一09一09膜科学与技术2009年2.2工艺流程介绍深度处理由前期预处理单元、超滤单元和后期反渗透膜处理单元三部分组成.其中,超滤部分运行情况好坏,直接影响着反渗透的出水效果.经过反渗透处理单元后,其出水可达到饮用水标准.深度处理工艺流程框图如图1所示.图1深度处理工艺流程图经混凝沉淀等预处理后的来水首先通过盘式过puer工业污水超滤膜(如图2),该超滤膜采用独特滤器,将粒径大于100脚的悬浮物、胶体等大颗粒的长链亲水性改性Ps材料制的,独特的v型孔结杂质去除,之后,出水进人超滤膜进行超滤处理.构使得膜丝抗污染性能大大增强,膜内部不会累积超滤系统进一步将大于10lnn的水中较大分污染物质,膜阻非常小,因此在低压力条件下,膜的子物质和一些细小的悬浮物去除.超滤部分采用北纯水通量即可达到300LMH以上,在保证处理能京特里高膜技术有限公司独特V型孔结构的itr一力的同时最大程度上减少能耗及投资成本.…独特的V型结构图Zitr一p切er工业污水超滤膜膜丝电镜截面图神角煤矿日处理量为1O00t,超滤部分共选用产水通过F()深度除盐处理后,可满足标准要求.14支WWR~XL系列水回用膜,单支膜面积为40——一衬,单支膜产水量可达80一90td/.14支膜共分成两排排列(如图3),两排膜组件共同连接一台供水泵,一台反冲洗泵.设计超滤操作形式采用错流过滤,间歇排放浓水运行方式.运行压力0.1Nlpa,水回收率大于95%.每运行30min反冲洗505,然后正冲洗20,,冲洗完毕后重新开始正常工作.itr一puer污水回用膜通量比普通膜高20%,特别适合于污水回用领域,完全不对称V型膜孔结构可避免悬浮物等杂质对膜孔的堵塞,实现最低的膜表面污染和最好的清洗恢复效果,孔径均匀,产水水质稳定,能最大程度保证后续R()工艺的正常使用.超滤图3超滤工艺现场图片(下转第117页)论文集乔宝文:铜箔废水零排放处理2:8,控制液体的pH为3,温度在20一30℃之间,循环量为2一5耐小,经10min的时间可以铜萃取.把含铜的萃取液放到反萃槽中(即二萃),一萃下端的废液经沉淀槽排放到工厂污水处理系统中再处理.二萃,即反萃槽,是将含铜的萃取液进行分离,萃取液反到一萃再回用,铜液到电解槽中进行电解制铜.二萃槽中加人硫酸,使槽中液体的含酸在120一2009几,经搅拌,巧ilnn达到铜液和萃取液的分离.铜液在下,排到电解槽中,萃取液在上,排到一萃回用.把二萃排来的含铜液在该槽的电解板上进行电解,制取电解铜.该槽供电为12V,电流为4500一5000A,同时末端低浓度含铜废液再排到二萃人口参与循环.(2)加碱系统:消耗碱(以NaOH计)约500kg,即350元/年(3)反渗透清洗化学药品消耗:约30以X)元啤(4)水回用:40000Ot啤总运行成本:205350元啤,即0.513元t/水(5)含铜浓度按最大计算,则每小时废水中含铜5.6吨,回收率按90%计算,则每小时可回收铜5.04掩,则每年可回收铜约40t(按330天计算).每提取一吨电解铜成本约为1万元.如按每吨电解铜现市场价2.06万元计,则每年收益为40x2.06一40Xl=42,4万元.4社会与经济效益1)在社会日益重视环保的今天,铜箔废水处理达到零排放,企业自身取得可观经济效益的同时,社会效益也非常巨大.2)经济分析(按70衬小处理量,年8o00h计)(1)电力消耗:约35万度口啤(电费:0.5元/度)电力运行费用:175000元/年5结束语我国有铜箔生产厂家几百家,每年排放大量的重金属废水,不仅严重污染了周围环境,也极大的浪费了资源.鉴于铜箔生产废水中杂质较少,可溶解性总固体含量较低,废水量较大的特点,如采用单一的物化法处理工艺,处理投资大,工艺复杂,运行成本高,且处理后的水不能回用,有用重金属无法回收,存在水资源浪费,环境与经济效益低等弊端.辽宁本溪铜箔厂的含铜废水处理回用,使废水处理达到零排放,既取得了很好的社会效益,又给公司带来了可观的经济效益,具有很好的推广价值.(上接第114页)2.3超滤运行效果经过反渗透膜处理后的出水即达到了《生活饮用水卫生标准》,进人清水水池,以备用.该矿井水处理工艺既满足了环境要求,提高了污水处理能力,又进一步提升了污水的处理效果,从而满足生活用水及其它用途的需要.该工程经过验收及调试运行,出水完全达到设计要求.出水水质见表3.表3出水水质mg几项目CODal毛SS浊度刀NTUNH纽一N数值簇3一镇1簇1一3结论矿井水深度处理后实现回用,不但可以减少废水排放量,而且可节省大量自来水,节约水资源和电费,解决矿区严重缺水的现状`实践证明,采用超滤+RO的深度处理方法实现矿井水回用,是现阶段非常有效可行的一种方法.运用这些新技术能大幅度提高污水处理水平和处理能力,在满足回用需要和环保要求的同时能节省投资和占地面积.本方案结合现场实际,提供一套新的矿井污水处理方法、处理理念、处理设备、处理工艺和技术,以便在业主规划的场地上建设一座布置紧凑、处理高效、出水稳定、操控可靠的水处理系统.本工艺超滤部分运行稳定,通量比常规膜高出20%,这是其一大优势;运行能耗仅为0.2一0.5kwhn/1早水,出水经过RO深度除盐处理后达到生活饮用水标准,实现了水资源节约型的循环经济模式.