任克剛 梁 紅 李慶君 寇廣云
(山東招金膜天有限責任公司,山東 招遠265400)
某地區(qū)金礦地下礦井水色度、礦化度、懸浮物及氯化物含量嚴重超標,為高污染水[1-2]。針對此水水質特點,傳統(tǒng)工藝采用絮凝沉淀+多介質過濾器+活性炭過濾器+反滲透(RO)工藝,不僅投資費用高、操作繁瑣、管理難度大,如果管理維護不當,還容易在運行過程中出現(xiàn)多介質過濾器濾料板結,堵塞嚴重,反洗頻率高的現(xiàn)象,從而影響RO系統(tǒng)的正常運行,RO膜易污染,清洗頻繁,產水水量和水質不穩(wěn)定,并且需要投加絮凝劑、殺菌劑、還原劑等多種藥劑,運行費用高[3]。
某礦為了節(jié)能減排,欲將礦區(qū)礦井水處理為生活飲用水,但由于現(xiàn)有能放置水處理設備的空間較小,因此要求水處理設備盡量占地小、布局緊湊,且處理效果要達到GB 5749—2006飲用水標準[4]。
原礦井水分析結果及部分GB 5749—2006指標見表1。
原水為礦井水,是高污染水,且礦化度高、硬度超標。為達到生活飲用水標準,需采用預處理+RO工藝。根據(jù)水質特點和現(xiàn)場勘察情況,礦井廢水由提升泵抽至原水池經過沉淀后排放。為了保證飲用水系統(tǒng)正常運行并且節(jié)省占地,設計采用浸沒式超濾(UF)作為RO的預處理,直接將浸沒式UF膜組件直接放置于原水池中,利用自吸泵將產品水引至清水池,再經活性炭過濾器去除有機物和異味。
此工藝中浸沒式UF膜組件充分有效地利用了原水池的空間,若采用傳統(tǒng)工藝做預處理,則需要2臺直徑DN3200的多介質過濾器,占地約需40m2;且浸沒式UF產水比多介質過濾器產水水質優(yōu)良,經過活性炭過濾器深度過濾時,在允許的流速設計范圍內可選擇較高的流速,活性炭過濾器型號選用2臺直徑DN2800的即可。若采用傳統(tǒng)工藝,則活性炭過濾器直徑至少要DN3000。不僅節(jié)約了占地,而且節(jié)省了成本。
表1 礦山井地下水水質及標準Tab 1 Mine groundwater quality and standards
經過活性碳過濾的產水再進入RO系統(tǒng)深度凈化脫鹽處理,最終達到飲用水水質標準。工藝流程見圖1。
圖1 浸沒式UF+RO處理工藝流程Fig 1 Submerged ultrafiltration and reverse osmosis process
采用浸沒式UF裝置作為預處理工藝。原水中懸浮物主要為礦石粉末,粒徑在0.3μm左右,并且無粘性。故考慮選用自行生產的孔徑為0.1μm的聚偏氟乙烯(PVDF)材質中空纖維UF膜,該膜抗污染性能更強,對水中顆粒物、細菌、膠體等有明顯去除作用,可以進一步降低RO進水的污染指數(shù)(SDI),保證RO系統(tǒng)安全高效運行。且用浸沒式UF做前處理,RO清洗頻率和采用傳統(tǒng)預處理工藝相比能減少為原來的1/2~1/10,膜通量恢復好,節(jié)省運行成本。PVDF中空纖維UF膜采用優(yōu)質原材料經干濕法工藝親水改性制備,膜的透水量高、耐氧化、拉伸強度高、耐污染性好。膜的電鏡照片見圖2。
圖2 PVDF中空纖維電鏡照片F(xiàn)ig 2 SEM images of PVDF hollow fiber
PVDF浸沒式UF膜組件的技術參數(shù)見表2(UF設計運行通量15 L/(m2·h))。
表2 PVDF浸沒式膜組件技術參數(shù)Tab 2 Technical parameters of submerged PVDFmembrane
脫鹽裝置利用RO膜的特性來去除水中絕大部分可溶性鹽類、膠體及有機物。
RO膜采用海德能PROC10芳香族聚酰胺復合膜,該膜抗污染性好、適用范圍廣泛;脫鹽率高,單支膜脫鹽率≥99.4%,運行平均產水量通量22.1 L/(m2·h),并可有效去除原水中的SiO2及有機碳,在較低操作壓力下就能獲取更高的水通量。
UF系統(tǒng)和RO系統(tǒng)產水水質,分別見表3。
表3 UF和RO系統(tǒng)產水水質Tab 3 UF and RO system productwater quality
浸沒式超濾初始運行時跨膜壓差0.02 MPa,運行7 d后增大到0.04 MPa,排空原水池后發(fā)現(xiàn)浸沒式超濾掛泥嚴重,分析原因是因為曝氣量低導致,將曝氣量由原來的30m3/m2(投影面積)增加到40 m3/m2(投影面積),設備運行穩(wěn)定,跨膜壓差基本維持在0.03 MPa左右,產水濁度小于1 NTU,SDI小于3,保障了反滲透的正常運行。設備從正式投入運行至今,已有3年,系統(tǒng)產水水質優(yōu)良且穩(wěn)定,RO膜清洗平均在4個月1次。
針對現(xiàn)場水質及條件,創(chuàng)新性的采用PVDF浸沒式膜組件,既可以得到水質優(yōu)良的產水,又不會因為新增設備而占用空間。所以,用浸沒式UF做RO預處理能有效的對礦渣懸浮物,細菌及色度進行截留,產水水質優(yōu),節(jié)省占地,投資費用低,運行操作簡便,有效的保證了RO膜組件的穩(wěn)定優(yōu)良正常運行。采用該工藝產水電導率為52μS/cm,濁度、懸浮物等各項指標,遠優(yōu)于國家飲用水指標。
[1]何緒文.廢水處理與礦井水資源化[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2002.
[2]何緒文,錢大益,譚遠斌,等.高濁度礦井水水質特性[J].北京科技大學學報,2008,30(8):844-847.
[3]譚遠斌,何緒文,李丹.混凝技術在高濁礦井水處理中的應用[OL/EB].(2007-10-09)[2013-10-09].http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/200710-88.
[4]GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標準[S].