高濃度礦井水的處理方法

我國是一個缺水國家，水資源總量為28255億m3(水利部2002年中國水資源公報)，人均占有量僅為2170m3，約為世界人均占有量的1個月4，居世界第88位。

1 高礦化礦水的形成及危害

高礦化礦水一般是指含鹽量大于1000納克/升的礦井水。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國煤礦高礦化礦井水鹽含量一般為1000~3000mg/L，少數(shù)礦井水鹽含量在4000mg/L。這類礦泉水的水質(zhì)大部分為中性或堿性，而且有苦味，因此也被稱為咸水。因為這類礦泉水的含鹽量主要來自Ca2加、Mg2加、Na加、K加、SO42-、HCO3-、Cl-等離子體，所以硬度往往更高。

礦井水高鹽度的主要原因是: 由于我國部分地區(qū)降雨量少，蒸發(fā)量大，氣候干旱，蒸發(fā)濃度大，地層含鹽量高，地下水補給、徑流和排泄條件差，當煤系地層中存在大量的碳酸鹽巖和硫酸鹽薄層時，礦井水會廣泛接觸地下水,礦井水中 ca2 + 、 mg2 + 含量增加，ca2 + 、 hco3-、 co32- 含量增加，ca2 + 、 mg2 + 含量增加，部分地區(qū)高硫煤層硫化物氣化產(chǎn)生的游離酸中和作用使礦井水中 ca2 + 、 mg2 + 含量增加，礦井水由于地下鹽水侵入煤田而高度礦化。

高鹽度礦井水如果不經(jīng)處理直接排放，會給生態(tài)環(huán)境帶來一定的危害。主要表現(xiàn)為河水含鹽量增加、淺層地下水位升高、土壤鹽漬化滋生、耐鹽堿樹木物種潛力減弱、作物產(chǎn)量下降。同時也影響了該地區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)，因為很多工業(yè)生產(chǎn)不能使用含鹽量高的水，而且如果使用，必須先降低水中的含鹽量，這樣會增加成本。如果我們不使用地下水，而是使用地下水，就會造成地下水的大量開采，導致地下水資源短缺，嚴重影響該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。

2 高礦化度礦井水的處理信息技術(shù)

2.1 化學方法

離子交換法是化學進行脫鹽的主要研究方法，這是作為一種通過比較可以簡單的方法，就是我們利用中國陰陽離子信息交換劑去除水中的離子，以降低水的含鹽量。此法用在設(shè)計進水含鹽量小于500mg/L時比較分析經(jīng)濟，可用作高礦化度水經(jīng)膜分離法技術(shù)處理的進一步除鹽工序。

2.2 膜分離法

膜分離是一種在膜兩側(cè)使用選擇性分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)存在某種驅(qū)動力（例如壓力差、濃度差、電位差）時，將溶劑（通常是水）與溶解物或顆粒分離的方法。

膜分離的主要特點是: 低消耗、高效率、無相變、室溫、適用范圍廣、裝置簡單、操作和控制方便等。膜水處理具有適應性強、效率高、占地面積小、運行經(jīng)濟等特點。反滲透和電滲析都是膜分離技術(shù)，是我國苦咸水脫鹽的主要方法。但膜分離的主要問題是膜容易被污染。為了防止膜污染，這兩種工藝通常對進水水質(zhì)有嚴格的要求。因此，進水必須經(jīng)過一般的預處理，即沉淀、過濾、吸附和消毒。

2.2.1 反滲透法

反滲透(RO)技術(shù)起源于20世紀50、60年代的國外航天技術(shù)研究，80年代初在我國得到應用。自20世紀90年代以來，隨著反滲透膜性能的提高和膜制造成本的降低，反滲透的應用進一步加快。經(jīng)過近40年的不懈努力，反滲透技術(shù)取得了顯著的進步。反滲透技術(shù)是一種高效、低耗、無污染的新型水處理技術(shù)，它利用各種離子、分子、有機物、膠體、細菌、病毒、熱源等。適用于含鹽量大于4000毫克/升的水的脫鹽。目前，反滲透膜及組件的生產(chǎn)已經(jīng)相當成熟，膜的脫鹽率高于99.3%，滲透通量增加，抗污染和抗氧化能力不斷提高，銷售價格穩(wěn)定下降；經(jīng)過多年探索，反滲透供水預處理工藝基本可以保證膜組件的安全運行；高壓泵和能量回收裝置的效率也在提高。上述措施明顯降低了反滲透淡化的投資成本和淡化水的成本。

與離子交換、加藥、電滲析等常規(guī)水處理技術(shù)相比，反滲透裝置的特點是單位體積內(nèi)膜面積比大，脫鹽率達99%以上；分離過程中沒有相變和相變引起的化學反應，能耗低；膜分離工藝是一種清潔生產(chǎn)工藝，不使用化學試劑，不排放再生廢液，不污染環(huán)境；工藝流程簡單，有利于實現(xiàn)水處理的連續(xù)性和自動化；反滲透裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，適用于大型連續(xù)供水水處理系統(tǒng)；水的回收率高于電滲析，一般為75% ~ 80%。

但是，在反滲透系統(tǒng)運行管理過程中，除了對原水進行比較嚴格要求處理外，還要通過控制設(shè)計進水pH值，以防止膜的水解，同時要定期清洗膜組件，以避免膜表面環(huán)境污染和結(jié)垢阻塞。

高濃度礦井水的處理方法