CN103449571A

CN103449571A - 矿井水处理方法及装置

Info

Publication number: CN103449571A
Application number: CN2013103699808A
Authority: CN
Inventors: 周如禄; 毛维东; 郭中权
Original assignee: HANGZHOU ENVIRONMENTAL PROTECTION RESEARCH INSTITUTE COAL SCIENCE RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: Hangzhou Research Institute Co.,Ltd.
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: CN103449571B

Abstract

本发明公开了一种矿井水处理方法及装置。该装置包括：进水流量调节阀、反渗透膜组件、纳滤膜组件和浓水流量调节阀；其中，进水流量调节阀用于将高压矿井水注入反渗透膜组件；反渗透膜组件用于将高压矿井水进行过滤，形成第一产品水和第一浓水，且用于将第一浓水注入纳滤膜组件的进口；纳滤膜组件用于将第一浓水进行过滤形成第二产品水和第二浓水，且纳滤膜组件的产品水出口与反渗透膜组件的产品水出口通过管路汇聚至第三产品水出口。该装置易于实现，能够有效地去除原水中的硬度、大部分一价离子；同时解决了单独使用反渗透膜组件处理时，出水pH降幅较大的技术难题。

Description

矿井水处理方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及水处理技术，尤其涉及一种矿井水处理方法及装置。

背景技术

我国煤炭矿区主要分布在华东、华北、东北、西北等缺水地区，矿井水处理后回用到生产生活已成为解决矿区水资源短缺的主要途径之一，也是国家节能减排政策及《矿井水利用专项规划》、《矿井水利用发展规划》的具体要求。

通常，大多数天然水的pH值受碳酸平衡的影响，平衡关系为

其中未离解的碳酸浓度只有水中溶解CO₂浓度的千分之一左右。pH值与水中碳酸物质化学平衡的浓度比例相对应，自来水、地表水的pH值一般在6-8之间。随着越来越多的反渗透、纳滤处理系统应用到煤矿矿井水的深度处理中，煤矿矿井水的特殊性已经成为制约反渗透或纳滤处理系统应用的关键因素。

在进行反渗透处理的过程中，进水的HCO₃ ^-大部分被去除，而CO₂保留下来，溶解平衡向右移动，导致产水的pH值也相应降低。在海水或地表水处理过程中pH值通常会降低0.1-2.0；而在矿井水反渗透过程中，由于水中溶解性盐类组份的特殊性，原有的碳酸平衡被打破，尤其是在处理某些矿井水时，pH值会降低2.0以上，这就需要投入大量的碱液将pH值调节至可以接受的范围，而在某些应用场合投加碱液是不可接受的。

纳滤处理对一价离子去除率较低，在某些对水质要求较高的方面应用受到限制；相应的由于对HCO₃ ^-的去除率较低，溶解平衡移动较少，产水的pH值降低很少，在某些应用方面有独特的优势。

鉴于此，如何在保证产水质量的情况下，不需要投加碱液即可满足对pH值的要求成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种矿井水处理方法及装置，其能够在保证产水质量的情况下，不需要投加碱液即可满足对pH值的要求。

本发明提供了一种矿井水处理方法，包括：

将经过预处理的高压矿井水水通过进水流量调节阀注入反渗透膜组件进行过滤，产生第一产品水和第一浓水；

将所述第一浓水注入纳滤膜组件进行过滤，产生第二产品水和第二浓水；

将所述第一产品水和所述第二产品水作为第三产品水输出。

本发明还提供了一种矿井水处理装置，包括：进水流量调节阀、反渗透膜组件、纳滤膜组件和浓水流量调节阀；其中，

所述进水流量调节阀的入口与经过预处理的高压矿井水相连，所述进水流量调节阀的出口与反渗透膜组件的进口相连，用于将高压水注入所述反渗透膜组件；

所述反渗透膜组件，用于将所述高压水进行过滤，形成第一产品水和第一浓水，且所述反渗透膜组件的浓水出口与所述纳滤膜组件的进口相连，用于将所述第一浓水注入所述纳滤膜组件的进口；

所述纳滤膜组件，用于将所述第一浓水进行过滤，形成第二产品水和第二浓水，且所述纳滤膜组件的浓水出口连接至浓水流量调节阀，所述纳滤膜组件的产品水出口与所述反渗透膜组件的产品水出口通过管路汇聚至第三产品水出口。

本发明提供的矿井水处理方法及装置将反渗透和纳滤组合应用，将经过预处理，滤除了颗粒物的高压矿井水，先经过反渗透处理得到离子含量极少的第一产品水，保证了产品水的质量；之后第一浓水再经过纳滤处理，得到PH值变化不大的第二产品水，第一产品水与第二产品水混合作为最终的产品水，这样在保证了产品水质量的前提下，不需要加碱液也能使处理后产品水的pH下降不大，在可接受的范围内。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的矿水处理方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的矿水处理装置的结构示意图；

图3A为本发明实施例二提供的矿水处理装置的反渗透膜组件的结构示意图；

图3B为本发明实施例二提供的矿水处理装置的纳滤膜组件的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的矿水处理装置的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的矿水处理装置的结构示意图。

附图标记：

21、41、51：进水流量调节阀；

22：反渗透膜组件；

23：纳滤膜组件；

24、44、54：浓水流量调节阀；

321、421、521a、521b：第一压力容器；

322、422a、422b、522a、522b：反渗透膜元件；

331、431、531a、531b、531c：第二压力容器；

332、432a、432b、532a、532b、532c：纳滤膜元件；

具体实施方式

图1为本发明实施例一提供的矿水处理方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤101、将经过预处理的高压矿井水通过进水流量调节阀注入反渗透膜组件进行过滤，产生第一产品水和第一浓水。

其中，预处理的高压矿井水是指对需要处理的矿井水进行颗粒物的滤除，并根据矿井水处理装置的结构，合理的选择加压或减压的大小，保证只经过这一次加压能够满足整个处理流程中所需的压力，并且使各膜元件都有较高的回收率；进水流量调节阀主要用来调节进水量的大小；反渗透膜组件可以是至少一个串联连接或至少两个以上并联连接，反渗透膜组件中包括对各价离子均有较高去除能力的反渗透膜，且反渗透膜组件有两个出口，一个浓水出口和一个产品水出口，高压水通过反渗透膜的过滤，产生的产品水从反渗透膜组件的产品水出口流出，称之为第一产品水，产生的浓水从反渗透膜组件的浓水出口流出，称之为第一浓水。

步骤102、将所述第一浓水注入纳滤膜组件进行过滤，产生第二产品水和第二浓水。

其中，纳滤膜组件可以是至少一个串联的连接或者是两个以上并联的连接；纳滤膜组件中包括对二价及以上离子具有较高去除能力的纳滤膜，且纳滤膜组件有两个出口，一个浓水出口和一个产品水出口，通过步骤102中反渗透膜的过滤产生的第二浓水再经过纳滤膜的过滤，产生的产品水从纳滤膜组件的产品水出口流出，称之为第二产品水，产生的浓水从纳滤膜组件的浓水出口流出，称之为第二浓水。

步骤103、将所述第一产品水和所述第二产品水作为第三产品水输出。

其中，将由反渗透膜过滤后产生的第一产品水和由纳滤膜组件过滤反渗透膜产生的第一浓水后产生的第二产品水可以通过管路汇聚，产生的产品水称之为第三产品水。

反渗透膜和纳滤膜都是压力驱动的膜元件，且膜的回收率与驱动压力成正比，反渗透膜的驱动压力一般为1.0MPa以上，纳滤膜的驱动压力一般为1.0MPa以下，可见，纳滤膜的驱动压力小于反渗透膜的驱动压力，因此，在矿水处理流程的前端设置反渗透膜，后段设置纳滤膜，合理选择进水压力的大小可以保证只经过这一次加压能够使反渗透膜和纳滤膜均有较高的回收率。

步骤101中通过反渗透膜过滤后产生的第一产品水中包含水分子和极少的溶解性盐类，其中，极少的溶解性盐类主要是一价离子和二价以上的高价离子，HCO₃ ^-的含量也极少，步骤103中通过纳滤膜过滤后产生的第二产品水中包含大部分水分子和极少的溶解性盐类，其中，极少的溶解性盐类中包含较多的包括HCO₃ ^-在内的一价离子和相对较少的二价以上的高价离子。第一产品水和第二产品水混合后可以有效提高第三产品水中HCO₃ ^-离子的含量，有利于碳酸平衡向产CO₂的方向发展，从而降低H⁺含量，从而减少pH值降低的幅度。

本实施例的技术方案，通过将预处理的矿井水先经过反渗透膜过滤产生第一产品水和第一浓水，第一浓水再经过纳滤膜的过滤产生第二产品水，最后将第一产品水和第二产品水混合形成第三产品水，工艺流程简短，易于实现，在有效地去除原水中的硬度和大部分离子的情况下，不需要投加碱液就可以满足产水质量对pH值的要求。

图2为本发明实施例二提供的矿水处理装置的结构示意图，矿水处理装置具体包括：进水流量调节阀21、反渗透膜组件21、纳滤膜组件23和浓水流量调节阀24；其中，

进水流量调节阀21的入口与经过预处理的高压矿井水相连，进水流量调节阀21的出口与反渗透膜组件22的进口相连，用于将高压水注入反渗透膜组件22，进水流量调节阀21的主要作用就是调节进水量的大小。

反渗透膜组件22用于将高压水进行过滤，形成第一产品水和第一浓水，反渗透膜组件22的浓水出口与纳滤膜组件24的进口相连，用于将第一浓水注入纳滤膜组件23的进口。反渗透膜组件23具有两个出口，一个产品水出口和一个浓水出口，反渗透膜组件22对高压水过滤后，产生的产品水从反渗透膜组件22的产品水出口流出，称之为第一产品水，产生的浓水从反渗透膜组件22的浓水出口流出，称之为第一浓水。

纳滤膜组件23用于将第一浓水进行过滤，形成第二产品水和第二浓水，且纳滤膜组件的浓水出口连接至浓水流量调节阀24，纳滤膜组件23的产品水出口与反渗透膜组件22的产品水出口通过管路汇聚至第三产品水出口。纳滤膜组件23具有两个出口，一个产品水出口和一个浓水出口，纳滤膜组件23对由反渗透膜组件23过滤后产生的第一浓水过滤，产生的产品水从纳滤膜组件23的产品水出口流出，称之为第二产品水，产生的浓水从纳滤膜组件23的浓水出口流出，称之为第二浓水，第二浓水通过浓水流量调节阀24排出，浓水流量调节阀24用来调节第二浓水的水流量。

进一步的，反渗透膜组件包括第一压力容器和设置在第一压力容器中的反渗透膜元件，纳滤膜组件包括第二压力容器和设置在第二压力容器中的纳滤膜元件。图3A为本发明提供的矿水处理装置的反渗透膜组件的结构示意图，如图3A所示，反渗透膜组件包括第一压力容器321和设置在第一压力容器中的反渗透膜元件322。图3B为本发明提供的矿水处理装置的纳滤膜组件的结构示意图，如图3B所示，纳滤膜组件包括第二压力容器331和设置在第二压力容器中的纳滤膜元件332。

更进一步的，反渗透膜元件322指对各种离子及分子都有较高去除能力的膜元件，去除率在95%以上，截留分子量小于等于100道尔顿；纳滤膜元件332是指对二价及以上离子具有较高去除能力的膜元件，对二价及以上离子的去除率在95%以上，对一价离子及低分子量分子的去除率小于等于80%，截留分子量为100-1000道尔顿。

反渗透膜元件322和纳滤膜元件332都是压力驱动的膜元件，且膜的回收率与驱动压力成正比，反渗透膜元件322的驱动压力一般为1.0MPa以上，纳滤膜元件332的驱动压力一般为1.0MPa以下，可见，纳滤膜元件342的驱动压力小于反渗透膜元件322的驱动压力，因此，在矿水处理装置的前端设置反渗透膜组件22，后段设置纳滤膜组件23，合理选择进水压力的大小可以保证只经过这一次加压能够使反渗透膜元件332和纳滤膜元件332均有较高的回收率。

通过反渗透膜组件22过滤后产生的第一产品水中包含水分子和极少的溶解性盐类，其中，极少的溶解性盐类主要是一价离子和二价以上的高价离子，HCO₃ ^-的含量也极少，通过纳滤膜组件23过滤后产生的第二产品水中包含大部分水分子和极少的溶解性盐类，其中，极少的溶解性盐类中包含较多的包括HCO₃ ^-在内的一价离子和相对较少的二价以上的高价离子。第一产品水和第二产品水混合后可以有效提高第三产品水中HCO₃ ^-离子的含量，有利于碳酸平衡向产CO₂的方向发展，从而降低H+含量，从而减少pH值降低的程度。

本实施例的技术方案，将预处理的高压矿井水通过进水流量调节阀21注入反渗透膜组件22进行过滤产生第一产品水和第一浓水，第一浓水再经过纳滤膜组件23的过滤产生第二产品水，最后将第一产品水和第二产品通过管路汇聚形成第三产品水，第二浓水通过浓水流量调节阀24排出，在保证产品水质量的前提下，不需要投加碱液也可满足对pH值的要求。

图4为本发明实施例三提供的矿水处理装置的结构示意图，本实施例是在实施例二的基础上提供了一种优选实例。

可选的，所述第一压力容器和第二压力容器是同一个压力容器，所述同一个压力容器中反渗透膜元件和纳滤膜元件的总和小于等于8，且反渗透膜元件的个数至少为1个，纳滤膜元件的个数至少为1个。

具体的，在本实施例中，如图4所示，反渗透膜元件422和纳滤膜元件432设置在同一个压力容器内，即反渗透膜组件的第一压力容器421和纳滤膜组件的第二压力容器431是同一个压力容器；

在本实施例中，如图4所示，所述同一个压力容器中有4个所述膜元件，其中，包括两个反渗透膜元件422a和422b，以及两个纳滤膜元件432a和432b。不难理解，在本实施例提供的矿井水处理装置中有两个反渗透膜组件和两个纳滤膜组件，两个反渗透膜组件串联连接，两个纳滤膜组件也串联连接。

本实施例的技术方案，将经过预处理的高压矿井水通过进水流量调节阀41注入反渗透膜组件进行过滤，图4中有两个串联的反渗透膜组件，分别是由反渗透膜422a和第一压力容器421组成的反渗透膜组件和由反渗透膜422b和第一压力容器421组成的反渗透膜组件，从进水流量调节阀来的高压水先由反渗透膜422a过滤，产生产品水和浓水，浓水再经过反渗透膜422b过滤，产生产品水和浓水，由反渗透膜422a和反渗透膜422b产生的产品水通过管路汇聚产生第一产品水，由反渗透膜422b过滤所产生的浓水被称为第一浓水，第一浓水；第一浓水再经过纳滤膜组件的过滤，图4中有两个串联的纳滤膜组件，分别是由纳滤膜432a和第二压力容器431组成的纳滤膜组件和由纳滤膜432b和第二压力容器组成的纳滤膜组件，第一浓水先通过纳滤膜442a的过滤，产生产品水和浓水，浓水再经过纳滤膜432b的过滤，产生产品水和浓水，由纳滤膜432a和纳滤膜432b产生的产品水通过管路汇聚产生第二产品水，由纳滤膜432b过滤产生的浓水被称为第二浓水，第二浓水通过浓水流量调节阀44排出，在保证产品水质量的前提下，不需要投加碱液也可满足对pH值的要求。

图5是本发明实施例四提供的矿水处理装置的结构示意图，本实施例是在实施例二的基础上提供了另一优选实例。

可选的，所述第一压力容器和第二压力容器是不同的独立压力容器；所述第一压力容器中设置反渗透膜元件，且反渗透膜元件的个数为1至8个，所述第二压力容器中设置纳滤膜元件，且纳滤膜元件的个数为1至8个；所述第一压力容器为至少一个串联连接或至少两个并联连接，所述第二压力容器为至少一个串联连接或至少两个并联连接。

具体的，在本实施例中，如图5所示，压力容器521a、521b为第一压力容器，压力容器532a、532b、532c为第二压力容器，第一压力容器和第二容器是不同的压力容器。

在本实施例中，如图5所示，第一压力容器521a中包含一个反渗透膜元件522a，第一压力容器521b中包含一个反渗透膜元件522b，第二压力容器531a中包含一个压力容器532a，第二压力容器531b中包含一个压力容器532b，第二压力容器531c中包含一个压力容器532c,即每个压力容器中包含一个膜元件。

在本实施例中，如图5所示的矿水处理装置的结构示意图，两个第一压力容器并联连接，三个第二压力容器串联连接，即有两个反渗透膜组件和三个纳滤膜组件，两个反渗透膜组件并联连接，两个纳滤膜组件串联连接，其中，

两个反渗透膜组件分别是：由反渗透膜元件522a和第一压力容器521a组成的反渗透膜组件和由反渗透膜元件522b和第一压力容器521a组成的反渗透膜组件，三个纳滤膜组件分别是：由纳滤膜元件532a和第二压力容器531a组成的纳滤膜组件、由纳滤膜元件532b和第二压力容器531b组成的纳滤膜组件和由纳滤膜元件532c和第二压力容器531c组成的纳滤膜组件。

本实施例的技术方案，将经过预处理的高压矿井水通过进水流量调节阀51注入反渗透膜组件进行过滤：从进水流量调节阀来的高压水由反渗透膜522a过滤和反渗透膜522b同时过滤，产生产品水和浓水，由各个反渗透膜过滤后产生的产品水通过管路汇聚产生第一产品水，由各个反渗透膜元件过滤后产生的浓水通过管路汇聚产生第一浓水，第一浓水再经过纳滤膜组件的过滤：第一浓水先经过纳滤膜元件532a的过滤，产生产品水和浓水，浓水在经过纳滤膜元件532b的过滤，产生产品水和浓水，浓水在经过纳滤膜元件532c的过滤，产生产品水和浓水，由各个纳滤膜元件产生的产品水通过管路汇聚产生第二产品水，由纳滤膜元件532c产生的浓水被称为第二浓水，第一产品水和第二产品水通过管路汇聚产生第三产品水，第二浓水通过浓水流量调节阀54排出，在保证产品水质量的前提下，不需要投加碱液也可满足对pH值的要求。

本领域技术人员可以理解，可以根据实际的应用场景选择压力容器的个数及压力容器的串并连连接方式。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种矿井水处理方法，其特征在于，包括：

将经过预处理的高压矿井水通过进水流量调节阀注入反渗透膜组件进行过滤，产生第一产品水和第一浓水；

将所述第一产品水和所述第二产品水作为第三产品水输出。

2.根据权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，将所述高压水通过进水流量调节阀注入反渗透膜组件进行过滤，产生第一产品水和第一浓水包括：

将所述高压水通过进水流量调节阀分别注入至少一个串联或至少两个并联的反渗透膜组件进行过滤，各反渗透膜组件分别产生第一产品水和第一浓水。

3.根据权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，将所述第一浓水注入纳滤膜组件进行过滤，产生第二产品水和第二浓水包括：

将所述第一浓水分别注入至少一个串联或至少两个并联的纳滤膜组件进行过滤，分别产生第二产品水和第二浓水。

4.根据权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，将所述第一产品水和所述第二产品水作为第三产品水输出包括：

将所述第一产品水和所述第二产品水通过管路汇聚至输出管路中，作为第三产品水输出。

5.一种矿井水处理装置，其特征在于，包括：进水流量调节阀、反渗透膜组件、纳滤膜组件和浓水流量调节阀；其中，

所述进水流量调节阀的入口与经过预处理的高压矿井水相连，所述进水流量调节阀的出口与反渗透膜组件的进口相连，用于将高压矿井水注入所述反渗透膜组件；

所述反渗透膜组件，用于将所述高压矿井水进行过滤，形成第一产品水和第一浓水，且所述反渗透膜组件的浓水出口与所述纳滤膜组件的进口相连，用于将所述第一浓水注入所述纳滤膜组件的进口；

6.根据权利要求5所述的矿井水处理装置，其特征在于：

所述反渗透膜组件包括第一压力容器及设置在第一压力容器中不少于一个的反渗透膜元件；

所述纳滤膜组件包括第二压力容器及设置在第二压力容器中不少于一个的纳滤膜元件。

7.根据权利要求5或6所述的矿井水处理装置，其特征在于：

所述第一压力容器和第二压力容器是同一个压力容器；或者，

所述第一压力容器和第二压力容器是不同的独立压力容器。

8.根据权利要求7所述的矿井水处理装置，其特征在于：

所述第一压力容器为至少一个串联连接或至少两个并联连接；

所述第二压力容器为至少一个串联连接或至少两个并联连接。