超滤在矿深井废水预处理中的应用

  矿井深井废水中煤粉含量高，应用常规的石英砂过滤+单级活性炭过滤器+5微米保安过滤系统，对深井废水进行预处理。保安过滤器易堵塞，且反渗透膜易污染、损伤。应用中空超滤膜可以除去细小的煤粉颗粒，使预处理效果良好,达到反渗透膜进水的标准。

1 某煤矿原深井废水预处理系统情况

  某企业发电锅炉采用两套15t/h反渗透系统制备纯水作为补给水，原水为煤矿深井废水，目视浑浊发黑，有大量煤粉。此水经过聚合氯化铝混凝、斜板沉淀池沉淀、多介质过滤池过滤后，出水水质：

  硬度（mmol/l） 18.6

  碱度（mmol/l）6.2

  电导率（μS/cm）1400

  浊度（NTU）55

  水样目视澄清，以多介质过滤池出水为反渗透预处理的进水，设计系统为：

  单级石英砂过滤器+单级活性炭过滤器+5微米保安过滤器+阻垢剂系统+反渗透(RO)。

1.1 运行情况

  新设备投产一个月内运行正常，一个月以后保安过滤器滤芯频繁被污染堵塞，保安过滤器进出口压差增大；反渗透进水压力降低；抽出反渗透膜检查，反渗透膜内部有黑色机械杂质，设备不能正常运行。使用后的保安过滤器滤芯外表面呈现黑色，粘附1mm厚细小黑色微粉，有较高的粘性。

1.2 原因分析

  厂方起初怀疑是活性炭强度不足，运行条件下破碎。被水带往保安过滤器，经过认真观察和水样化验判断，确认是煤矿深井废水中细小的煤粉,经混凝澄清过滤不能彻底去除，非常细小的煤粉经过过滤器（多介质过滤器+活性炭过滤器）不能有效去除，造成保安过滤器滤芯在短时间内堵塞失效，反渗透膜被污染。

2 预处理系统的改进

  悬浮物的主要成分是粒径极为细小的煤粉和岩尘,悬浮物和浊度这两项指标,通过多介质过滤器、单级石英砂过滤器可以去除80%以上。煤粉粒径为1-100μm，其中≤25μm的颗粒占了76%以上。对这些细微粒子和离子的去除,采用混凝方法,使细微的颗粒和离子聚集成为较大的颗粒,在进入保安过滤器时被截留下来，但由于煤矿深井废水煤粉量大，砂滤出水仍残存大量极细小煤粉和吸附剂颗粒，就使保安过滤器滤芯很快堵塞，少量细小煤粉进入反渗透系统致使反渗透膜受到污染。必须注意消除细小的煤粉对膜的影响，细小的煤粉在膜棉形成的污染都是深层堵塞污染，而这种污染多是不可逆的。

  经过试验决定反渗透预处理采用先进、实用、可靠的超滤膜理技术。为了避免30微米以上大颗粒煤粉对中空超滤膜的机械划伤，石英砂过滤器后加装一台直径400mm、高度1350mm不锈钢保安过滤器。内部装有20支孔径为30微米的，可以反洗、重复使用的线绕滤芯，以去除颗粒较大的煤粉。保安过滤器出水进入中空超滤装置，中空超滤过滤系统由10支型号为AQU-200-H-100K（直径200mm，长度1350mm）超滤膜并联组成，单只额定出水3t/h，系统额定出水30t/h。考虑到深井煤矿废水含菌量和藻类非常少，不需要活性炭过滤器，将活性炭过滤器取消。

  改造后系统为：

  单级石英砂过滤器30微米保安过滤器中空超滤

  5微米保安过滤器阻垢剂系统反渗透(RO)

  改造后中空超滤系统一个月碱洗或酸洗一次，PP棉喷熔滤芯40天更换一次，反渗透装置运行良好。

  超滤的工艺特点：

  超滤膜具有0.1-0.001μm的过滤孔径，可以去除原水中几乎所有的细菌、微生物、病毒、大肠杆菌以及一些大分子的有机物和水中所有不溶解性的胶体等，使处理出水浊度≤0.2NTU、SDI≤3。保证了反渗透膜稳定的产水量和脱盐率。

3 超滤系统

  超滤系统由超滤装置，超滤给水泵（与保安过滤器共用）、反洗装置、水箱组成。主要处理单元为超滤装置，超滤装置的运行实际是“过滤―反洗―过滤―反洗…”的循环往复。

3.1 出水水质

  微生物细菌去除率：99.99%，

  悬浮物去除率：100%，

  产水水质：微生物、细菌、大肠杆菌、病原体（祛除率）>99.99%，

  操作温度：5-45℃，

  设计压力：≤0.2MPa。

3.2 主要特点

  中空纤维表面活化层孔隙率高，故纤维单位面积产水量大；中空纤维强度高，采用自动频繁反向冲洗工艺，使组件可在错流过滤状态下工作，化学清洗周期大大延长。

4 结论

  实验效果显示：加装了中空超滤的预处理系统，处理煤矿深井水后达到了反渗透装置的进水标准,从而保证了后续处理装置的反渗透膜不易污染和损伤,减轻了反渗透膜对盐类物质的处理压力，延长了反渗透膜的使用寿命。

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