混凝-反渗透工艺处理某矿井废水的应用.pdf

混凝 － 反渗透工艺处理某矿井废水的应用 邢奕 1， 2 谯耕 2 张闻涛 2 1. 北京大学地球与空间科学学院，北京 100871;2. 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 摘要 介绍了一套混凝 － 反渗透工艺处理矿井废水的工艺， 并对其原理及特点进行分析。该项目日处理量 3 000t。通 过对系统的调试和运行效果的研究找出了实际运行过程中的要点、 需重点控制的参数和需改进的因素， 并对设备的维 护和使用提出合理的建议。实践证明， 该工艺出水达到生活饮用水卫生标准。 关键词 矿井废水; CODMn; 混凝沉淀; 反渗透处理; 回用水 APPLICATION OF COAGULATION AND REVERSE OSMOSIS IN MINE WASTEWATER TREATMENT Xing Yi1， 2Qiao Geng2Zhang Wentao2 1． School of Earth ＆ Space Science，Peking University，Beijing 100871，China; 2． School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China AbstractIt was introduced a mine wastewater treatment in which coagulation and reverse osmosis were applied to make the water quality meet the standard for drinking water． The designing ability of this project is 3 000 t/d． The key points，most important factors and improvable elements were found by debugging the system and the research on running result． Suggestions on the process were provided． Practice has proved that this process is suitable to achieve the best operating results． Keywordsmine wastewater;CODMn;coagulation;reverse osmosis;water reuse 1工程概况 工程为某矿井水回用处理项目。为响应国家节 约资源的号召， 某矿场对现场矿井废水进行处理并将 其作为生活用水回用， 不但减少了用水量， 更节约了 宝 贵 的 水 资 源。 该 矿 井 废 水 处 理 站 设 计 规 模 3 000 m3/d， 设计进水水量、 水质见表 1。 表 1废水处理站设计进水水量及水质 水量 / m3d － 1 pH 值 水温 / ℃ ρ SS / mg L － 1 ρ TDS / mg L － 1 ρ SO4 2 － / mg L － 1 30008. 37128071252370 采用预处理 反渗透作为处理工艺， 工艺流程见 图 1。该处理工艺基于处理水中的悬浮物、 溶解性总 固体和耗氧量。利用竖流沉淀塔去除水中悬浮的煤 粉等悬浮物 ［1］; 进入连续过滤器， 进一步去除细小悬 浮物， 出水经活性炭过滤罐后， 水中的细小颗粒物及 大分子团污染物得以去除; 最后根据出水水质采用反 渗透膜进行脱盐处理 ［2］， 以确保出水中溶解性总固 体达标， 甚至达到直饮水要求。通过反渗透超滤一部 分水可减少工程投资， 更主要的是保证生活饮用水中 的微量元素存在， 对身体有益 ［3］， 保证矿区人民生活 饮用水安全、 高质。 图 1工艺流程 2主要构筑物和设备参数 1 调节池。调节池建筑面积为 270 m2 9． 0 m 30． 0 m 6． 0 m ， 采用半地上式钢筋混凝土结构， 2 座。 2 中间水池。中间水池建筑面积为 17． 28 m2 4． 8 m 3． 6 m 4． 5 m ， 设备间内采用全地下式钢 筋混凝土结构。 3 净水池。清水池建筑面积 17． 28 m2 4． 8 m 3． 6 m 4． 5 m ， 设备间内采用全地下式钢筋混凝土 结构。 4 储泥池。储泥池建筑面积为 25 m2 5． 0 m 13 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 5． 0 m 4． 0 m ， 采用全地下式钢筋混凝土结构。 5浓 水 池。 浓 水 池 建 筑 面 积 为 17． 28 m2 4． 8 m 3． 6 m 4． 5 m ， 设备间内采用全地下式钢 筋混凝土结构。 6 活性炭过滤器。活性炭处理器采用碳钢罐 体， 尺寸为 2． 5 m 4． 5 m。 7 反渗透装置。本系统设 2 套反渗透装置， 反渗 透膜共 144 支， 出力为 125 m3/h。 3工艺特点 3． 1竖流式沉淀塔 竖流式沉淀塔是污水处理中固液分离的主要设 备， 它主要通过控制污水上升流速使之小于污泥自然 沉降速度来实现固液分离， 原水从导流管直下， 水中 絮体颗粒沉降至池底， 清水上升经顶部出水槽引出， 沉积物由池底排出。竖流沉淀塔较其他沉淀方式具 有效率高、 占地面积小、 出水效果稳定的特点， 而且适 应范围广， 操作简单， 维护方便 ［4］。 3． 2活性炭过滤器 活性炭过滤器是通过碳床来完成的。组成碳床 的活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大的比表面积， 具 有很强的物理吸附能力。此外， 活性炭表面非结晶部 分有一些含氧能团， 使通过碳床的水中有机污染物被 活性炭有效地吸附 ［5- 6］。本过滤器是一种较为常用的 水处理设备， 它作为水处理脱盐系统中的前处理设 备， 可有效保证后级设备的使用寿命， 提升出水水质， 防止污染， 特别是防止后级反渗透膜、 离子交换树脂 等的游离态余氧的中毒污染。活性炭过滤器对水中 有机物、 胶体及色素等有比较明显的去除能力。活性 炭过滤器主要用于去除水中的有机物、 嗅味、 色度、 重 金属离子、 余氯 Cl2 等。作为反渗透、 电渗析、 离子 交换器的预处理， 活性炭器对于这些设备能起到很好 的保护作用 ［7］。 3． 3反渗透装置 反渗透装置为最终处理设备， 其产水脱盐率 3 年 在 97 以上， 5 年内 95 以上， 水利用率为 75 。 反渗透进水设置电动阀， 在浓水排放处设浓水排 放电动阀， 在淡水出口设淡水排放电动阀， 在冲洗水 入口设冲洗水电动阀， 反渗透运行时开启浓水排放电 动阀进行低压冲洗， 将设备内空气排尽防止高压泵起 动后产生水锤现象。在设备停止后开启冲洗阀， 用反 渗透产水对反渗透装置进行冲洗， 挤排膜和不锈钢管 道中的高 TDS 残水， 使停运后的膜完全浸泡在淡水 中， 可以防止膜的自然渗透造成的膜损伤， 去污除垢， 使装置和反渗透膜得到有效保养。 反渗透装置配备就地操作箱， 内设流量计、 电导 率仪、 压力表等， 操作人员根据浓水流量计和淡水流 量计的指示调整浓水排放量和进水量， 使反渗透在工 艺要求的范围内运行。在反渗透进水口、 一段出水 口、 二段浓水及产水出水口设压力表， 操作人员根据 压力和流量指示对该装置进行调节， 并可根据压力和 流量的变化分析装置的运行情况 ［1］。 4运行效果 4． 1预处理部分 反渗透装置是一种较为精密的处理设备。对预 处理的出水水质要求较高。对预处理出水的水质进 行监测， 监测时段为 2010 年 5 月2011 年 5 月。每 30 d 监测 1 次， 取日平均值， 如图 2 所示。 图 2预处理系统出水浊度、 COD Mn及 SDI 从图 2 可以看出 活性炭过滤器出水浊度平均值 为 0． 0523NTU， ρ CODMn 平均值为 2． 76 mg/L， SDI 平均值为 3． 53。水 质较为稳定， 适合作为反渗透 进水。 4． 2反渗透系统 在工艺运行中对设备进行调试 。经过 1 年的调 试和使用， 反渗透运行工况如表 2 所示。 表 2反渗透系统运行工况 日期 运行压差 / MPa 回收率 / 产水量 / m3 h －1 脱盐率 / 产水电导 / μS cm － 1 2010 － 050． 150． 17512498. 037． 2 2010 － 060． 180． 127412096． 536． 4 2010 － 070． 170． 117212097． 739． 5 2010 － 080． 160． 147312498. 038． 1 2010 － 090． 180． 127311595． 437． 6 2010 － 100． 170． 117111296． 238． 5 2010 － 110． 20． 136912092． 939． 0 2010 － 120． 190． 137112094． 638． 6 2011 － 010． 170． 127211096． 437． 9 2011 － 020． 180． 146811795． 538． 9 2011 － 030． 160． 146911497． 238． 5 2011 － 040． 180． 147011293． 238． 4 2010 － 050． 150． 17111995． 438． 9 23 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 从表 2 可以看出 反渗透系统的运行工况良好， 对水质提升效果很好。对出水水质进行监测， 结果如 图 3 所示。由图 3 可以看到 经 1 年的监测， 水体中 色度为 5． 5 ～ 9． 5， 菌落总数最高达 58 CFU/mL， pH 值基本稳定在 7 左右， ρ CODMn 最高达 1. 25 mg/L。 并且出水无臭味， 没有肉眼可见物。出水指标均达到 国家生活饮用水卫生标准。 图 3反渗透出水水质监测结果 5建议 5． 1活性炭过滤器 在活性炭过滤器的反洗过程中引入气体冲洗， 加 强对污染物的清除。建议每 5 d 进行 1 次反洗， 在保 证水质的同时减少反洗水的用量。其中的石英砂等 滤材务必每 2 年更换 1 次， 砾石每 2 ～ 3 年全部更换 更换时同时检测桶内上层集散水器有无破损 。余 氯测定器测定， 如有余氯含量， 测试液则呈黄色或微 黄色， 表示已失去除氯效果， 因水中若 0． 1 mg/L 之残 余氯时， RO 膜即有水解的可能， 为保护反渗透装置， 必须即时更换活性炭滤材。 5． 2反渗透设备 5． 2． 1长时间停机后的操作 1 当反渗透系统拟暂停使用达 1 周以上时， 则系统 应以 1的亚硫酸氢钠浸泡， 防止细菌在膜表面繁殖。 2 将亚硫酸氢钠投入清洗桶内注入适量清水使 稀释混合至 1 。 3 开药液进入阀并开 阀， 及药液回水阀 将水导回药桶， 依清洗步骤开机循环操作约 30 min。 4 关闭电源及所有阀门。 5 浸泡后， 欲再使用本系统时， 务必将药水冲洗 完全， 始可采水。 5． 2． 2定期清洗操作的时机 1 同样压力下当发现水量锐减达 15 以上时。 2 当发现出口水质恶化时 发臭或导电度升高 时， 细菌数增加 ， 去除率比正常下降 10 。 3 当 发 现 反 渗 透 设 备 外 管 各 段 之 压 差 大 于 193 kPa时。 每支膜压差 48 kPa 。 5． 2． 3日常维护注意事项 1 前置马达运转状况须先启动， 待反渗透入口 之低压开关解除低压保护时， 才启动反渗透高压泵并 采水。 2 每 2 ～ 3 d 分别以余氯测试液测试活性炭处理 效果。预过滤器最少 3 个月更换 1 次或出入口压差 达 1． 0 kg/cm2时亦须更换。 3 纯水流量需要维持在设计量内， 不能调高出 水压力以增加流量。 4 预过滤器若使用过久， 阻塞严重会造成反渗 透泵启动不良， 需要及时更换。 5 为了维持反渗透系统的出口水质， 须约每 3 ～ 4 个月施以消毒 1 次， 消毒杀菌方法如下 以 1 福尔 马林稀释投入清洗桶， 其清洗程序同上述说明。 6总结 混凝 － 反渗透工艺可以有效的对矿井废水进行 处理， 使其达到生活饮用水标准。投产运行以来整套 工艺运行稳定。该项目设计污水日处理量 3 000 t， 对 大规模的矿井水回用工程的实施具有借鉴意义。在 实际运行中需要在保证产水水质的基础上， 做好反渗 透进水的预处理， 并在实践中逐渐摸索出最佳工艺及 操作条件， 以保证再生水回用工程的稳定运行。 参考文献 ［1］李长东，张兴文，王栋， 等． 热电厂再生水回用工艺分析［J］． 环境工程， 2009， 27 5 68- 70． ［2］Liu L，Xu Z，Song C， et al． Adsorption-filtration characteristics of melt-blown polypropylene fiber in purification of reclaimed water ［J］． Desalination，2006，201 1 － 3 198- 206． ［3］杨群，章北平，杨高华， 等． 离散型住宅小区污水深度处理与 中水回用系统的优化设计［J］． 环境工程， 2007， 25 3 24- 26． ［4］Sastry C A，Sundaramoorthy S． Industrial use of fresh water vis-a- vis reclaimedmunicipalwastewaterinMadras， India ［J］． Desalination， 1996，106 1 － 3 443- 448． ［5］Bandosz T J，Buczek B，Grzybek T， et al． The determination of surface changes in active carbons by potentiometric titration and water vapour adsorption［J］． Fuel， 76 14 － 15 1409- 1416． ［6］David R S． Biofilm processes in biologically active carbon water purification［J］． Water Research， 2008，42 12 2839- 2848． ［7］Kirisits M J，Snoeyink V L，Inan H， et al． Water quality factors affecting bromate reduction in biologically active carbon filters［J］． Water Research， 2001， 35 4 891- 900． 作者通信处邢奕100083北京科技大学土木与环境工程学院 E- mailxingyi ustb． edu． cn 2011 － 11 － 21 收稿 33 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期