高矿化度矿井水的膜蒸馏处理
郭强1
李井峰2
刘兆峰1
曹志国1
何瑞敏3
卞伟2
刘淑琴4
1.国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 102209;北京低碳清洁能源研究院,北京 1022092.国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 1022093.国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 102209;国家能源神东煤炭集团有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯7193154.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083
摘要：我国西部煤炭主产区气候干旱水资源短缺,煤炭开采产生的矿井水普遍具有高矿化度高硬度等特点.目前高矿化度矿井水的零排放处理普遍存在工艺流程长、系统复杂和运行成本高等问题.为了缩短处理流程提高处理效率,针对高矿化度矿井水浓缩脱盐处理过程,采用真空式膜蒸馏技术替代现有多级反渗透膜浓缩技术,对经过石灰-纯碱软化处理后的西部矿区典型煤矿高矿化度矿井水进行不同浓缩倍率处理,并针对浓缩过程中的膜污染机理和膜清洗方法进行研究.结果显示随着浓缩倍率的升高,聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的膜通量和脱盐率逐渐降低,而产水电导率缓慢升高,当浓缩倍率达到27倍时,膜通量为8.87L/(m2·h),脱盐率为99.7％,产水电导为26.6μS/cm.膜蒸馏过程受矿井水中钙镁离子结垢导致的膜污染抑制,反冲洗和超声清洗等物理方式无法去除无机盐沉淀,连续运行96 h后PVDF膜的膜通量由12.85 L/(m2·h)下降到5.21 L/(m2·h).预处理除硬工序对膜蒸馏过程钙镁结垢影响明显,当除硬率超过95％时,PVDF膜的脱盐率和膜通量衰减明显减弱.采用柠檬酸清洗剂可以有效去除钙镁沉淀引起的膜污染,在酸浓度0.87 mol/L、清洗温度38 ℃和清洗时间40 min的优化条件下,膜清洗效率可达到99.5％.采用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对原始膜、污染膜和化学清洗后膜的微观形态和结构进行表征,结果显示清洗后膜表面沉积的污染物明显减少,但表面形态和微观结构都发生不可逆变化.
关键词：煤矿矿井水水处理膜蒸馏膜污染膜清洗
分类号：TD745(矿山安全与劳动保护)P641.3(水文地质学与工程地质学)
资助基金：国家能源集团重大项目(GJNY2030XDXM-19-04.1)
论文发表日期：2023-09-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 3494-3502 )
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