RO反渗透处理高矿化度矿井水
分割线[摘要] 摘要：本文通过工程实例论述了高矿化度矿井水处理回用的方法、工艺和设计参数，对RO工艺在山西煤炭矿区高矿化度矿井水处理回用上的工程应用进行了总结，提出了建议，可供从事矿井水处理工作的工程技术人员参考。
[关键词] RO反渗透,矿井水
伴随着采矿生产会有大量井下废水产生。据调查，每开采1吨煤炭，可产生1~2.5m3矿井水。另一方面，由于采矿破坏了地下水资源，许多采矿企业用水困难。矿井废水处理后回用，不仅防止了污染，而且节约了宝贵的水资源，还可为企业降低供水成本，因此矿井水的处理利用受到越来越广泛的关注。
根据含盐量大小，可将水分为淡水（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），浓盐水（10~25 g/L），强盐水（（大于50 g/L）。矿井水的水质特征一是浑浊（SS一般在100~500mg/L之间），二是存在有机物污染，三是含盐量变化较大（50~5000mg/L）。我国煤炭矿井水含盐量一般在1000~3000mg/L之间，少数矿井达到4000mg/L以上，属于高矿化度、弱咸水或咸水。这类矿井水的含盐成份主要是源于Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-、HCO-、Cl-等离子，使其硬度往往也较高。常规净化处理不能降低含盐量和硬度，其出水既不适用于生活饮用，更不宜作锅炉用水。矿井水处理回用必须考虑除盐措施。
1、降低矿井水含盐量的方法
高矿化度矿井水的处理工艺除采用传统工艺去除悬浮物、有机物和消毒外，其关键工序是脱盐淡化。降低矿井水含盐量的方法主要有以下几种：
（1）化学法
离子交换法是化学脱盐的主要方法。即利用阴阳离子交换剂去除水中的离子，以降低水的含盐量。其特点是：技术成熟、使用经验多，出水水质好，但工艺系统和运行管理复杂，不能连续出水，再生液会造成二次污染。离子交换软化法可作为RO的前处理，以减小硬度。此种脱盐工艺用于矿井水含盐量小于500mg/L时比较经济。
（2）热力法
使用高温（蒸馏）和低温（冷冻）的处理过程均属于含盐水的热力法淡化。蒸馏法（高效蒸发、多级闪蒸、压汽蒸馏、太阳能蒸馏）是对含盐水进行热力脱盐淡化处理的有效方法。它以消耗热能为代价，适用于各种含盐量，尤其是高浓度的苦咸水淡化。蒸馏法的优点是设备寿命长，预处理要求低，操作方便，水质纯度高。但缺点是能耗高，设备较笨重，防腐要求高，热交换器表面易结垢等。一般当矿井水含盐量超过4000mg/L时才可以考虑采用。
（3）膜滤法
电渗析（ED）和反渗透（RO）同属膜分离技术，是我国目前苦咸水脱盐淡化处理的两种主要方法。
ED法是在外加直流电场力的作用下，利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性，使溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。含盐水经过电渗析后，便可得到淡化水和浓缩液（浓水）。当含盐量小于1000mg/L时，ED法的能耗低于蒸馏法。ED脱盐法的优点是：不需再生，可连续出水，工艺系统简单，设备少。其主要问题是：易发生极化结垢，水回收率低（一般为50%左右），对进水预处理要求高。当矿井水含盐量小于4000mg/L时用此法较为经济。上世纪七十年代初期，电渗析脱盐技术已在我国矿井水处理利用中得到应用。但由于它对SO42－去除率很难超过65%，用以淡化SO4.Na型和SO4.Cl-Na型水很难达到饮用水水质标准。另外它不能去除水中的有机物和细菌，设备运行能耗大。因此近年来在高矿化度矿井水淡化方面，ED法已逐渐被RO反渗透取代。
RO反渗透是借助于半透膜，在压力作用下进行物质分离的方法，它可有效地去除水中的无机盐、低分子有机物、病毒和细菌。对水的含盐量适用范围为3000~35000.mg/L。此法与ED法相比，其优点是产品水的回收率、脱盐率以及水的纯度均较高。缺点是操作压力高，对进水水质要求高，浓水若得不到适当处理将会造成二次污染。上世纪90年代，反渗透水处理技术已在我国得到较多的应用。
2 RO反渗透在山西矿井水处理利用中的应用实例
山西是煤炭大省，同时又是水资源.严重缺乏的省份。近些年来，随着反渗透膜与组件制造技术的相对成熟，销售价格稳中有降，使投资费用不断降低，淡化水的成本也有明显下降。自2002年以来，该省已有十多个煤矿利用反渗透技术,将矿井水处理利用于生活饮用水。现将部分工程的处理规模、原水水质、吨水投资、以及制水成本列于表1。 用作饮用水的RO反渗透处理矿井水工程实例。
表1
| 煤矿名称 | 处理水量 | 原水水质（mg/L） | 吨水投资 | 制水成本 | |
| （m3/d） | 含盐量 | 总硬度 | （元/m3>） | （元/m3>） | |
| 大同达子沟煤矿 | 7200 | 5463 | 2761.5 | 1700 | 2.6 |
| 大同青磁窑煤矿 | 1350 | 2500~2700 | 1200~1600 | 3450 | 2.9 |
| 大同白洞煤矿 | 3000 | 986.4 | 691.4 | 1575.7 | |
| 太原东山煤矿 | 4000 | 2348 | 1414 | 1545 | 1.34 |
| 阳泉荫营煤矿 | 2500 | 2690 | 1800 | ||
| 灵石县红杏煤矿 | 300 | 617.5 | 394.5 | 1767 | 1.18 |
| 美盛公司邓家庄煤矿 | 960 | 875 | 721 | 973.2 |
3 对RO反渗透处理矿井水用于饮用水的几点认识
用RO反渗透把高矿化度矿井水处理成生活饮用水时，根据山西省的设计应用情况，提出以下几点认识和建议，供使用参考。
（1）关于脱盐工艺的处理水量，不应与要求的供水量混为一谈。应根据原水和供水水质情况，经计算把供水量分为两部分（一部分预处理后进行RO脱盐处理，另一部分预处理净化后不进行RO脱盐处理），采用二者按比例进行混合勾兑的方法，使混合后水质达到要求的供水水质即可。这样可以减少投资和运行费用。
（2）RO装置的预处理和允许进水水质指标。为使RO装置高效、可靠、经济运行，应重视水的预处理。反渗透预处理的一般原则和方法为：
a. 当原水中SS小于50mg/L时，可采用微絮凝直接过滤法；当SS大于50mg/L时可采用混凝、沉淀、过滤工艺。
b. 当原水含铁量小于0.3mg/L、SS小于20mg/L时，可采用直接过滤法；当原水含铁量小于0.3mg/L、SS大于20mg/L时，可采用微絮凝直接过滤法；当原水含铁量大于0.3mg/L时，应考虑除铁措施（如锰砂过滤）。
c. 当原水有机物含量较高时，可采用加氯、混凝、沉淀、过滤处理；若仍不能满足要求时，可同时采用生物活性炭过滤法去除有机物。
d. 当原水的碳酸盐硬度较高，经加药处理仍会造成CaCO3在RO膜上沉淀时，可采用离子交换法进行预处理。当其它难溶盐在RO系统中结垢析出时，应作加阻垢剂处理。
e. 当原水硅酸盐含量较高时，可投加石灰、氧化镁（或白云粉）进行处理。
RO装置的允许进水水质指标，见表2。
表2 反渗透装置允许进水水质指标
| 项目 | 卷式醋酸纤维素膜 | 中空纤维聚酰胺膜 | 常规卷式复合膜 | 超低压卷式复合膜 | ||||
| 建议值 | 最大值 | 建议值 | 最大值 | 建议值 | 最大值 | 建议值 | 最大值 | |
| 污染指数（SDI） | <4 | 4 | 3 | 3 | <4 | 5 | <4 | 5 |
| 浊度（NTU） | <0.2 | 1 | 0.2 | 0.5 | <0.2 | 1 | <0.2 | 1 |
| 含铁量（mg/L） | <0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | <0.1 | 0.1 | <0.1 | 1 |
| 游离氯（mg/L） | 0.2~1 | 1 | 0 | 0.1 | 0 | 0.1 | 0 | 0.1 |
| 水温（℃） | 25 | 40 | 25 | 40 | 25 | 45 | 25 | 45 |
| 水压（MPa） | 2.5~3.0 | 4.1 | 2.4~2.8 | 2.8 | 1.0~1.6 | 4.1 | 1.05 | 4.1 |
| PH值 | 5~6 | 6.5 | 4~11 | 11 | 2~11 | 11 | 3~10 | 10 |
（3）矿井水的RO反渗透脱盐工艺流程应根据水质确定，不宜太长。除了澄清预处理外，还应有前处理、主处理、和后处理三部分。一般工艺流程为：→活性炭过滤→微滤或超滤→RO→臭氧或紫外线消毒→
（4）RO的几个设计参数建议值：系统水的回收率72~78%；系统出水的脱盐率96~99%；膜元件的使用寿命3~5年；质保期不低于2年。
（5）利用RO反渗透处理矿井水用于生活饮用水时，目前处理厂站的吨水投资在1500~3500元/m3较为合理，制水成本在1.5~3.5元/m3为合理。
（6）由于RO反渗透的产水量在工作压力恒定时与水温成正比（一般设计的环境温度为5~30℃），故应把RO工艺装置设在室内，并注意冬季保暖。
（7）在绘制矿区水平衡图时，应本着优质优用的原则注意矿井水的分质处理，分质使用。矿井水处理利用的途径有三，即煤炭开采生产过程用水、矿区生活用水和其它用水（灌溉、矸石山灭火，建筑、水库养鱼等）。对矿井水处理后使用的原则是：先井下后井上，井上应先工业（生产和生活），后农业。
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