一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝的製作方法

2023-12-04 16:11:56 3

一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，屬於水處理領域。所述的工藝包括：步驟1：將待處理的礦井水經均質和均量調節處理；步驟2：步驟1所得上清液經加酸後進入陶瓷膜超濾系統超濾，超濾過程中通入氣體進行強化過濾；步驟3：超濾後的陶瓷膜清液達標後可直接回用或深處理；超濾後的陶瓷膜濃液在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液再排入調節池進行沉降分離，沉澱後的汙泥經板框壓濾後排出，壓濾汙泥得到的清液進入調節池循環處理。本發明中的陶瓷膜超濾系統是核心，確保了過程的連續化和產水的達標排放，供氣和加酸系統是本發明不同於所有膜處理礦井水的工藝，它極大地提高了陶瓷膜的滲透通量以及水回收率，提高了陶瓷膜處理礦井水的效率，降低了投資和運行成本，具有顯著的環境效益和經濟效益。
【專利說明】一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，具體地說涉及一種採用加酸調PH值和通氣強化陶瓷膜過濾來提高陶瓷膜通量和效率的工藝，屬於廢水處理領域。
【背景技術】
[0002]煤礦礦井水是重要的水資源，據報導目前我國煤炭生產過程中，每年排出約20~30億m3礦井水，其中北方地區約佔60%，並且隨著煤炭開採深度的增加而逐年增加。但現在我國煤礦礦井水資源的利用率不到20%。另一方面，據統計我國40%的礦區嚴重缺水，而且富煤地區往往也是貧水區。隨著煤炭開採強度的加大和延伸速度的不斷提高，礦區地下水位將大面積下降，使缺水礦區供水更為緊張，從而影響當地居民的正常生產和生活，已制約了煤炭生產的發展。
[0003]由於不同地區地質結構和巖性的差異，使得礦井水水質差別較大，根據礦井水中含有的主要物質可分為:含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水、含放射性元素的礦井水等。除酸洗礦井水和含放射性元素的礦井水外，其他兩類的礦井水中普遍含有以煤巖粉為主的懸浮物以及可溶的無機鹽類，有機物汙染較少且一般不含有毒物質。因此，對礦井水進行淨化處理回用，將產生巨大的經濟效益和社會效益。
[0004]處理以煤巖粉為主的懸浮物固含量高的礦井水，一般採用絮凝沉降工藝，最後再通過雙濾料過濾器加活性炭過濾就能達到中水回用排放的程度。但這種方法雖然投資小、運行成本低，但同時也有佔地面積大、出水水質不穩定等問題，尤其在原水水質出現波動時，如水中巖粉濃度偏高、粒度偏小、鐵含量偏大的紅色礦井水，出現水中懸浮物無法絮凝沉降，導致出水水質渾濁、絮凝劑用量偏大的結果，不但增加了運行成本，而且處理後的出水無法達到排放標準，產生了環保問題。
[0005]以膜分離為主要手段的礦井水處理工藝，在近幾年的膜行業的發展中也頻頻用於礦井水處理工藝中。CN101890258 A、CN2027444`09 U和CN202766374 U等專利都分別採用了膜或膜分離集成工藝處理礦井水來達到處理後回用的目的。但在這些專利技術中都只是提及膜作為一個分離單元使用，而對其中的膜汙染和膜汙染的控制均未涉及，尤其在如何提高膜的處理效率及膜滲透通量上都未提及。事實上，膜分離過程是一個膜汙染不斷增大的過程。因為在對固液、膠體分離的同時，被截留的濃液中固體含量不斷增大，產生了濃差極化和膜面沉積，這就是膜汙染。隨著過程的進行，這個膜汙染負面效應越來越大，膜的滲透通量只會越來越低。到最後會因能耗太高而不得不停止再生膜。因此，如何在過程中控制膜汙染便是膜分離過程中必須考慮的首要因素。
[0006]另一方面，膜分離技術是一個新型的分離技術手段，雖然處理礦井水效果好，不受礦井水質的波動限制。但在使用過程中與傳統工藝相比，其高能耗、投資大等問題也日益凸顯出來，尤其陶瓷膜的一次性投資和相對高的運行成本使得許多礦井水企業望而卻步。因此提高陶瓷膜的處理效率，降低陶瓷膜的運行成本便成為陶瓷膜在礦井水處理領域的一個關鍵。[0007]有鑑於此，特提出本發明。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是利用膜分離技術處理礦井水，並且在現有技術基礎上，增加加酸調PH值和通入氣體強化膜過濾工藝來控制膜過程中的膜汙染，以此提高膜過程中的滲透通量，從而提高膜過濾效率。採用這種工藝，不但提高了出水水質和滲透通量，而且提高了礦井水的濃縮倍數，濃液中的礦井水固體濃度得到提高。從而降低了投資和運行成本，給礦井水的處理帶來了顯著的經濟和環境效益。
[0009]傳統的礦井水處理懸浮物的工藝，多採用絮凝沉澱加多介質過濾的方法，這些方法對成熟的水質穩定的煤礦礦井水處理是有效果的，但對於初次開採且水質不穩定的礦井水就顯得難以處理，一方面礦井水中固含物顆粒比較細小，粒徑分布大部分集中在 7 μ m，難於沉澱和過濾，另一方面礦井水中鐵含量高的物質在礦井水中形成膠體，採用常用的絮凝工藝難以沉降，即使沉降也增加了絮凝劑用量，延長了沉降時間，從而使得採用原有工藝除固含物效果不是很理想。而陶瓷超濾膜是屬於高精度級別的過濾，對於懸浮物的去除具有其獨特的去除能力，因而是一個理想的分離手段。但與傳統工藝相比，陶瓷膜由於投資大、運行成本高等因素而遲遲不能用於礦井水的處理。為突破陶瓷膜用於礦井水過濾的經濟瓶頸，本發明通過加酸調PH值和膜過程中通入氣體強化膜過程，控制膜汙染來提高礦井水的處理效率，大大提高了陶瓷膜的滲透通量，由原來的175L/m2.h維持一天，提升到366L/m2.h維持一個星期，降低了陶瓷膜的投資和運行成本，滲透通量增大了 I倍，濃縮倍數也得到了顯著的提高。大大降低了處理工序的佔地面積，而且出水質量非常好，可以深處理或回用。
[0010]本發明突破了陶瓷膜處理礦井水的一個經濟瓶頸，使得陶瓷膜處理礦井水的技術在經濟上成為可能。過程中，首先在調節池進行預沉降，除掉大的顆粒。然後在進陶瓷膜系統的管道中混合加入酸，破壞礦井水中的膠體體系，降低對陶瓷膜的汙染，便於陶瓷膜的超濾。最後在陶瓷膜超濾過程中，在組件的底部加入氣體，對陶瓷膜過程進行強化過濾，這樣不但由於氣液兩相流的作用控制了膜汙染，而且提高了礦井水的可濃縮倍數。大大提高了陶瓷膜過濾的滲透通量，從而提高了陶瓷膜過濾的效率和水平。
[0011]具體而言，為實現本發明目的，本發明採用如下技術方案:
一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，包括:步驟1:將待處理的礦井水經均質和均量調節處理；步驟2:步驟I所得上清液經加酸後進入陶瓷膜超濾系統超濾，超濾過程中通入氣體進行強化過濾；步驟3:超濾後的陶瓷膜清液達標後可直接回用或深處理；超濾後的陶瓷膜濃液在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液再排入調節池進行沉降分離，沉澱後的汙泥經板框壓濾後排出，壓濾汙泥得到的清液進入調節池循環處理。
[0012]上述步驟I中，步驟I中利用調節池進行均量和均質調節，所述調節池一方面具備水質和水量的調節作用，穩定陶瓷膜超濾過程的進水水質，降低陶瓷膜超濾過程的進水固含量，起預處理作用；另一方面，兼有沉澱池的效果，目的是將高固含量的陶瓷膜濃液以及礦井水的原水中粒度較大的固體沉降成汙泥而排出體系，所沉澱的汙泥進板框壓濾，上清液經加酸後進入陶瓷膜超濾系統進行超濾。
[0013]本發明所述高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，步驟2中將步驟I的上清液經管道混合加酸後進陶瓷膜超濾，加酸後控制礦井水的pH值在3飛，優選的pH值範圍在4.5^5.5，該PH值範圍內的水質更有利於後續的處理。所述的酸為鹽酸或硝酸。
[0014]本發明所述的加酸系統可採用現有技術公開的結構來實現，所述結構應具備既能保證加酸後混合均勻，又要確保加酸系統簡單易操作，且體積小，所佔面積小。因此本發明加酸方式優選為管道混合加酸，為了確保混合均勻、加長混合反應時間，加酸點應取在靠近調節池上清液出水管口，且有計量泵調節流量。在陶瓷膜濃液口應設定一 PH值在線監測，通過PH值的實時數據反饋給加酸計量泵，從而控制pH在: 6，優選的pH值範圍在4.5~5.5。
[0015]本發明所述的陶瓷膜超濾系統包括依次連接的陶瓷膜循環罐、陶瓷膜循環泵和陶瓷膜組件。
[0016]本發明技術方案中採用氣體強化膜過濾過程，通過氣液兩相流的強化作用，一方面控制膜汙染，保持陶瓷膜過濾時高通量運行，另一方面明顯提高了膜過程的濃縮倍數，提高了濃液的固含量。從而整體上提高了過濾效率。因此，本發明要求在陶瓷膜組件底部通入氣體，通入氣體的流量與液體的流量之比為(0.5^4):1，氣體壓力為0.3^0.6MPa。優選從陶瓷膜組件底部通入氣體的流量與液體的流量之比為(0.55~1):1，氣體壓力為
0.35~0.4MPa。
[0017]本步驟中，通過加入酸和適量的氣體，能夠提高陶瓷膜的滲透通量，由原來的175L/m2h維持一天，提升到366L/m2h維持一個星期，降低了陶瓷膜的投資和運行成本。
[0018]上述步驟中，通氣的同時還需要定期反衝和排汙，以控制濃縮過濾的過程中不斷形成的膜面沉積和膜通道堵塞。相應的工藝是，反衝周期為30 -60 min，反衝時間為5-lOs ;排汙周期3(T60min，排汙時間為3~5s。
[0019]為了維持較高的滲透通量，同時又要降低能耗，陶瓷膜的操作工藝為:溫度為常溫，壓力為0.1~0.4MPa,膜面流速I~3m/s。
[0020]為了降低膜過程的阻力，增加膜材料與水的親和力，對選用的陶瓷超濾膜規定為:材質為氧化鋁、氧化鋯或者氧化鈦，陶瓷超濾膜的平均孔徑範圍為0.02-0.1 μ m。膜結構為外壓式或內壓式管狀多通道結構，膜厚度在f 10 μ m之間。
[0021]此外，本發明工藝中，經陶瓷膜組件超濾後的陶瓷膜濃液在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液再排入調節池進行沉降分離，此處的高固含量通常指3%飛％，具體為本領域技術人員所理解和掌握，本發明對此不作特別限定，濃縮過程中產生的濃縮液可直接進入陶瓷膜循環罐再次超濾。
[0022]本發明工藝中，從控制膜汙染的角度入手，通過加入酸調節pH值以及通入氣體強化膜過濾工藝來達到提高陶瓷膜處理礦井水的過濾效率，具有明顯的先進性，與傳統工藝和現有的膜處理礦井水工藝相比，具有如下的優越性:
1、採用上述技術方案，本發明得到如下有益效果:本發明提供了一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，本發明通過陶瓷超濾膜的過濾和濃縮，不僅能徹底地去除礦井水中的固含物，提高了礦井水的品質，避免了傳統工藝中因礦井水質的變動而導致的產水水質不穩定，而且通過採取加酸調pH值以及過程中通入氣體強化膜過程的工藝，大大提高了膜的滲透通量，提高了生產效率，降低了投資和運行成本。
[0023]2、與傳統的絮凝沉降工藝相比:本發明中的陶瓷膜超濾工藝不僅工藝簡單、設備結構緊湊、佔地面積小，而且能夠處理許多不宜沉降的粒徑在 7 μ m之間的帶膠體懸浮物的礦井水，適宜處理的水質廣泛。
[0024]3、與現有的膜過濾礦井水的工業相比:本發明的陶瓷膜過濾技術單位面積內處理礦井水的滲透通量大，比普通的膜過濾技術的滲透通量大I倍，濃縮倍數也比普通的膜過濾技術大近I倍，提高了單位膜面積的產水量。
[0025]4、更為重要的是，由於本發明所述工藝的產水效率高，設備體積小，佔地面積小，因而更適合於直接放在井下進行礦井水的處理。節省了大量的將礦井水運輸到地面處理的能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發明工藝流程圖；
附圖的主要元件說明:
1-調節池，2-陶瓷膜循環罐，3-陶瓷膜循環泵，4-陶瓷膜組件，5_，7-控制閥，6-板框壓濾機，8-陶瓷膜清液罐。a-礦井水，b-酸，C-調節池上清液，d-氣體，e-陶瓷膜濃液，f-板框壓濾機汙泥，g_板框壓濾機清液，h-高固含量的濃縮液，i_陶瓷膜清液，j_產水，k-調節池沉澱汙泥。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例對本發明做進一步描述。
[0028]對照例
將山東某煤礦的礦井水，泵·入調節池後，經過均質均量調節後的上清液，直接進入陶瓷膜系統，控制陶瓷膜的膜面流速在3m/s，操作壓力為0.3MPa，常溫下過濾，反衝時間為5s，反衝周期為30min，排汙時間為5s，排汙周期為30min，滲透通量只有175L/m2.h，且只能維持一天。濃液的濃縮倍數為45倍。濃液中的固含量為1.3%。
[0029]實施例1
將山東某煤礦的礦井水a採用本發明工藝處理，進入如圖1所示的礦井水處理工藝系統中。在礦井水a經均質和均量調節後，調節池上清液c經管道混合加酸b調節pH=4.5，進入陶瓷膜超濾系統，具體依次經過陶瓷膜循環罐2、陶瓷膜循環泵3進入陶瓷膜組件4進行超濾，超濾過程中從陶瓷膜組件4底部通入氣體d進行強化過濾，控制氣體流量與液體流量比例為0.55:1，氣體壓力為0.35MPa。陶瓷膜清液i達標後可直接回用或深處理。陶瓷膜濃液e在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液h進調節池1，調節池I兼有沉澱池作用，沉澱後的調節池沉澱汙泥k進板框壓濾機6進行壓濾，壓濾後所得板框壓濾機汙泥f可直接排出，板框壓濾機清液g則可排入調節池I循環處理。
[0030]本實施例中，控制陶瓷膜的膜面流速在lm/s，操作壓力為0.25MPa，常溫下過濾，反衝時間為5s，反衝周期為30min，排汙時間為5s，排汙周期為30min。所述的陶瓷超濾膜材質為氧化鋁，陶瓷超濾膜的平均孔徑範圍為0.1 μ m。膜結構為外壓式管狀多通道結構，膜厚度為10 μ mo
[0031]採用本實施例所述工藝，處理前礦井水a的pH=7.5，處理後的礦井水pH=5，陶瓷膜的滲透通量達到了 350L/m2.h，且維持了一周時間，濃縮倍數為75倍，濃液中的固含量為
2.8%，處理效果顯著優於如對照例所述的現有工藝。[0032]實施例2
將山東某煤礦的礦井水採用本發明工藝處理，進入如圖1所示的礦井水處理工藝系統中。在礦井水經均質和均量調節後，調節池上清液經管道混合加酸調節pH=5，進入陶瓷膜超濾，超濾過程中從陶瓷膜組件底部通入氣體進行強化過濾，控制氣體流量與液體流量比例為0.64:1，氣體壓力為0.35MPa。陶瓷膜清液達標後可直接回用或深處理，陶瓷膜濃液在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液進調節池，調節池兼有沉澱池作用，沉澱後的汙泥進板框壓濾。壓濾後所得板框壓濾機汙泥可直接排出，板框壓濾機清液g則可排入調節池循環處理。(其他操作同實施例1)
本實施例中，控制陶瓷膜的膜面流速在1.5m/s，操作壓力為0.2MPa，常溫下過濾，反衝時間為6s，反衝周期為40min，排汙時間為3s，排汙周期為40min。所述的陶瓷超濾膜材質為氧化鋁，陶瓷超濾膜的平均孔徑範圍為0.08 μ m。膜結構為外壓式管狀多通道結構，膜厚度為8 μ m。[0033]採用本實施例所述工藝，處理前礦井水的pH=7.5，處理後的礦井水pH=5.5，陶瓷膜的滲透通量達到了 367L/m2.h，且維持了 6天時間，濃縮倍數為75倍，濃液中的固含量為3.5%，處理效果顯著優於如對照例所述的現有工藝。
[0034]實施例3
將山東某煤礦的礦井水採用本發明工藝處理，進入如圖1所示的礦井水處理工藝系統中。在礦井水經均質和均量調節後，調節池上清液經管道混合加酸調節pH=5.5，進入陶瓷膜超濾，超濾過程中從陶瓷膜組件底部通入氣體進行強化過濾，控制氣體流量與液體流量比例為1:1，氣體壓力為0.4MPa。陶瓷膜清液達.標後可直接回用或深處理，陶瓷膜濃液在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液進調節池，調節池兼有沉澱池作用，沉澱後的汙泥進板框壓濾。
[0035]本實施例中，控制陶瓷膜的膜面流速在2m/s，操作壓力為0.15MPa，常溫下過濾，反衝時間為8s，反衝周期為50min，排汙時間為4s，排汙周期為50min。所述的陶瓷超濾膜材質為氧化鋁，陶瓷超濾膜的平均孔徑範圍為0.05 μ m。膜結構為外壓式管狀多通道結構，膜厚度為5 μ m。
[0036]採用本實施例所述工藝，處理前礦井水的pH=7.5，處理後的礦井水pH=6，陶瓷膜的滲透通量達到了 377L/m2.h，且維持了一周時間，濃縮倍數為75倍，濃液中的固含量為
3.3%，處理效果顯著優於如對照例所述的現有工藝。
[0037]實施例4
將山東某煤礦的礦井水採用本發明工藝處理，進入如圖1所示的礦井水處理工藝系統中。在礦井水經均質和均量調節後，調節池上清液經管道混合加酸調節pH=5，進入陶瓷膜超濾，超濾過程中從陶瓷膜組件底部通入氣體進行強化過濾，控制氣體流量與液體流量比例為0.7:1，氣體壓力為0.35MPa。陶瓷膜清液達標後可直接回用或深處理，陶瓷膜濃液在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液進調節池，調節池兼有沉澱池作用，沉澱後的汙泥進板框壓濾。
[0038]本實施例中，控制陶瓷膜的膜面流速在3m/s，操作壓力為0.1MPa，常溫下過濾，反衝時間為10s，反衝周期為60min，排汙時間為3s，排汙周期為60min。所述的陶瓷超濾膜材質為氧化鋁，陶瓷超濾膜的平均孔徑範圍為0.02 μ m。膜結構為外壓式管狀多通道結構，膜厚度為5μηι。
[0039]採用本實施例所述工藝，處理前礦井水的ρΗ=7.5，處理後的礦井水ρΗ=5.5，陶瓷膜的滲透通量達到了 367L/m2.h，且維持了 6天時間，濃縮倍數為75倍，濃液中的固含量為3%，處理效果顯 著優於如對照例所述的現有工藝。
【權利要求】
1.一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，其特徵在於:包括:步驟1:將待處理的礦井水經均質和均量調節處理；步驟2:步驟I所得上清液經加酸後進入陶瓷膜超濾系統超濾，超濾過程中通入氣體進行強化過濾；步驟3:超濾後的陶瓷膜清液達標後可直接回用或深處理；超濾後的陶瓷膜濃液在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液再排入調節池進行沉降分離，沉澱後的汙泥經板框壓濾後排出，壓濾汙泥得到的清液進入調節池循環處理。
2.根據權利要求1所述的一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，其特徵在於，步驟I中利用調節池進行均量和均質調節，調節池兼具沉澱池的作用，所沉澱的汙泥進板框壓濾。
3.根據權利要求1或2所述的一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，其特徵在於，步驟2中將步驟I的上清液經管道混合加酸後進陶瓷膜超濾系統超濾，加酸後控制礦井水的pH值在3飛，優選的pH值範圍在4.5^5.5。
4.根據權利要求3所述的一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，其特徵在於，所述的酸為鹽酸或硝酸。
5.根據權利要求1所述的一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，其特徵在於，所述的陶瓷膜超濾系統包括依次連接的陶瓷膜循環罐、陶瓷膜循環泵和陶瓷膜組件。
6.根據權利要求1或5所述的一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，其特徵在於，步驟2超濾過程中從陶瓷膜組件底部通入氣體的流量與液體的流量之比為(0.5^4):1，氣體壓力為0.3^0.6MPa ;優選的氣體流量與液體流量之比為(0.55^1):1，優選的氣體壓力為0.35~0.4MPa。
7.根據權利要求1或5所述的一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，其特徵在於，所述陶瓷膜超濾為連續錯流過濾，操作條件為:溫度為常溫，壓力為0.1~0.4MPa，膜面流速I ~3m/ s。
8.根據權利要求1或5所述的一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，其特徵在於，陶瓷膜超濾過程中帶有自動定時反衝和排汙工藝，採用陶瓷膜產水進行反衝，反衝周期為30min-60 min,反衝時間為5_10s ;排汙周期30~60min,排汙時間為3~5s。
9.根據權利要求1或5所述的一種高效的陶瓷膜處理礦井水的工藝，所述的陶瓷膜超濾膜材質為氧化鋁、氧化鋯或者氧化鈦，陶瓷超濾膜的平均孔徑範圍為0.02-0.1 μ m ;膜結構為外壓式或內壓式管狀多通道結構，膜厚度在f 10 μ m之間。
10.根據權利要求1或5所述的陶瓷膜超濾工序，所述的步驟3中，超濾後的陶瓷膜濃液在濃縮到一定濃度後成為高固含量濃液再排入調節池進行沉降分離，濃縮過程中產生的清液進入陶瓷膜超濾系統。
【文檔編號】C02F1/44GK103708581SQ201310674371
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】王志高, 王金榮, 周倜, 彭文博, 張宏, 範克銀 申請人:江蘇久吾高科技股份有限公司