奧艷文

(西山煤電公用事業(yè)分公司，山西 太原 030053)

引 言

污染排放問題一直都是工業(yè)發(fā)展過程中的重點和難點問題，它關乎著人們賴以生存的環(huán)境是否舒適和健康。水污染是影響飲用水和工業(yè)供水的重要環(huán)境污染源。如何進行水資源的回收和利用是現(xiàn)階段我國主要面臨的問題。20世紀70年代，我國開始進行礦井水處理。傳統(tǒng)的礦井水處理工藝對于礦井水僅為處理和排放，不僅對環(huán)境存在污染，同時礦井水凈化處理的成本高，出水水質(zhì)不高。我國主要煤炭礦產(chǎn)區(qū)在華東、華北、東北、西北等北方缺水地區(qū)，其中有40%的礦區(qū)嚴重缺水，極大限制了礦區(qū)的生活用水和工業(yè)用水，制約了礦區(qū)發(fā)展。隨著膜分離技術(shù)的高速發(fā)展，該技術(shù)在礦井水處理中得到廣泛應用。這項技術(shù)在礦井水回收利用并加以資源化起到了技術(shù)奠基作用。膜分離這一水處理技術(shù)因其能耗低、操作簡單、選擇性好、適應性強、無二次污染等特點給礦井水污染環(huán)境與礦區(qū)供水嚴重短缺這對矛盾提供了非常優(yōu)良的解決辦法。給環(huán)境工程的保護和發(fā)展提供了實施前提和技術(shù)基礎。

1 膜分離技術(shù)簡要介紹

1.1 工藝原理

膜分離技術(shù)是指利用混合物中物質(zhì)粒徑不同，在外力作用下通過半透膜，從而實現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)。膜分離技術(shù)在基本工藝原理方面是比較簡單的?；旌衔锸紫冉?jīng)過泵的加壓，以一定流速通過半透膜(濾膜)，大于膜截留分子量的回流形成回流液或濃縮液，小于膜截留分子量的透過半透膜形成透析液。具體工藝如圖1所示。

圖1 礦井水膜分離工藝示意圖

1.2 分類

膜分離技術(shù)可以從以下幾個方面分類。結(jié)構(gòu)類型方面分為液膜和固體膜，過程類型方面可分為微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、電滲析(ED)、氣體滲透分離、滲透蒸發(fā)等等。

1.3 技術(shù)特點及應用

在礦井水回收利用方面，目前廣泛應用的方法有微濾、超濾、納濾和反滲透。以下將對四種常用膜分離進行技術(shù)特點及應用的介紹。

1.3.1 微濾(MF)

微濾是膜分離技術(shù)中最早應用的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，它采用均勻多孔濾膜對溶液或混合液進行過濾，主要應用于對水質(zhì)要求不高的過濾工藝中，或應用于有深度過濾要求的過濾技術(shù)的預處理工藝中。多孔濾膜因孔徑均勻、較大，因此微濾技術(shù)具有過濾精度高，過濾速度快，濾液純度高等特點。目前微濾技術(shù)以廣泛應用于污廢水處理和重金屬廢水的預處理。礦區(qū)中可使用混凝—微濾工藝處理礦井水，出水中懸浮物、細菌及COD去除率分別可以達到86 % ,99.9%及98 %，出水濁度<2 NTU，細菌數(shù)<35 CFU/mL,ρ(CODMn)<1.4 mg/L，可適用于井下降塵用水[1]。為礦井水回收再利用提供了新途徑。

1.3.2 超濾(UF)

超濾是一種介于微濾和納濾之間的二次過濾技術(shù)。超濾使用壓力驅(qū)動在膜表面，膜濾孔進行篩分和吸附，能夠有效篩分截留蛋白質(zhì)、膠體等大分子有機物質(zhì)。超濾技術(shù)具有過濾精度高、過濾產(chǎn)量大、過濾能力穩(wěn)定等特點，同時超濾技術(shù)的截留篩分能力在溶液濃縮和分離方面具有較大優(yōu)勢。目前超濾技術(shù)已廣泛應用于飲用水深度處理工藝中。部分礦區(qū)中已采用混凝—超濾工藝處理礦井水，出水濁度<0.3NTU ,ρ(COD)<11 mg/L，細菌去除率99.9 %，出水可回用于水質(zhì)要求較高的煤礦生活用水和消防灑水等。

1.3.3 納濾(NF)

納濾是目前較為熱門的一種膜分離技術(shù)，它是一種低壓反滲透過濾技術(shù)，分離、過濾能力介于超濾和反滲透之間，屬于分子級膜分離技術(shù)。納濾采用壓力驅(qū)動，使用較低的操作壓力，通過濾膜表面負電荷，在篩分效應和道南效應下，能夠?qū)μ囟ǖ娜苜|(zhì)具有高脫除率，從而實現(xiàn)有效去除小分子有機物和無機鹽等有毒有害物質(zhì)。納濾技術(shù)具有成本低、選擇性好、截留率高、軟化水質(zhì)等特點。納濾膜分離技術(shù)主要應用于高礦化廢水處理，飲用水處理和有機物質(zhì)回收等領域。目前，對于較清潔的礦井水，聶錦旭等人已設計出納濾膜組合工藝，實現(xiàn)濾后的出水水質(zhì)符合日常生活飲用水的衛(wèi)生標準(GB 5749-85)[2]。而對于高污染礦井水經(jīng)納濾膜處理，也有工藝能夠?qū)崿F(xiàn)出水水質(zhì)符合再生水標準，這對于礦區(qū)中冷卻用水回用和飲用水軟化等具有較為實際的應用。近幾年來，隨著納濾膜性能的不斷提高，納濾膜組件的價格不斷下降，納濾膜在投資、操作和維護等方面已接近甚至優(yōu)于常規(guī)法。

1.3.4 反滲透(RO)

反滲透又稱逆滲透，是以濾膜兩側(cè)溶劑靜壓力差作為推動力，當一側(cè)溶劑的壓力值超過滲透壓時，膜兩側(cè)溶劑會逆著自然滲透方向進行，使得低壓側(cè)得到透過的溶劑，即為滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液。反滲透膜分離技術(shù)具有能耗低、運行成本低、設計簡單、建設周期短、凈化率高、環(huán)境安全無污染。反滲透膜分離技術(shù)主要應用于高品質(zhì)用水的深度處理，出水水質(zhì)極高，目前已能夠于礦井水處理、回收形成飲用水的工藝。同時，黃陵一號煤礦已采用超濾—反滲透工藝處理礦井水，出水水質(zhì)完全能夠回用作為電廠循環(huán)冷卻水使用[3]。四種常用膜分離技術(shù)示意圖，如圖2所示。

圖2 四種常用膜分離技術(shù)對比示意圖

2 礦井水處理工藝的注意事項

礦井水多為含懸浮物礦井水，其水量約占我國礦井涌水量60%以上。礦井水中主要含有以煤巖粉為主的懸浮物，可溶的無機鹽類，有機污染物較少，一般不含有毒物質(zhì)。在進行膜分離工藝對礦井水進行處理回收過程中，懸浮物和不溶于水的雜質(zhì)嚴重降低了出水率和出水質(zhì)量，同時降低了濾膜的使用壽命。因此在預處理工藝同樣重要。目前，微濾及超濾工藝的主要預處理方法有混凝沉淀，納濾、反滲透工藝的主要預處理方法包括混凝沉淀、微濾和超濾等[4]。同時，在預處理工藝中，還應根據(jù)不同來源的礦井水進行有針對性的預處理，如水中多含有煤屑懸浮物，可以施加化學藥劑形成松散結(jié)合的礬花。同時通過靜置沉積和普通濾網(wǎng)進行預處理，即可有效防止膜污染、膜孔堵塞。

納濾和反滲透工藝屬于壓力驅(qū)動的膜分離技術(shù)，在膜運行過程中，提高壓力可增加溶劑膜通過率、提高分離效率。但高壓會加劇濾膜損傷及膜孔污染速度。因此合理規(guī)定膜運行壓力，定期維護清洗濾膜，能夠有效延長濾膜使用壽命，降低濾膜污染帶來的出水水質(zhì)不良等情況。

3 結(jié)語

礦井水處理，是解決礦區(qū)水污染嚴重和水資源匱乏局面的新出路，是社會、環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展的利益導向。相較于傳統(tǒng)礦井水處理工藝，膜分離技術(shù)具有投資少，運行安全、出水質(zhì)量穩(wěn)定，出水品質(zhì)高等優(yōu)勢。隨著膜分離技術(shù)和材料技術(shù)的不斷發(fā)展，膜分離技術(shù)在工藝實現(xiàn)上具有更高可實施性和效益穩(wěn)定性。同時對于全球面臨的環(huán)境保護難題有著重要意義。膜處理技術(shù)在礦井水資源凈化領域具有良好的發(fā)展前景及不可替代的位置。