高矿化度废水的处理方法

技术领域

本发明涉及盐卤水处理技术领域，具体而言，涉及一种高矿化度废水的处理方法。

背景技术

煤炭作为世界三大化石能源之一，被称为“工业的粮食”，煤炭资源的开采利用为社会发展和经济增长作出了巨大的贡献，但煤炭资源开采过程消耗了大量的水资源，同时也产生了大量的矿井水，矿区的生态环境也受了到不同程度的破坏。

目前，煤矿矿井水排放量非常巨大，矿区水资源紧缺问题已经严重阻碍了煤炭工业的可持续发展。一边是矿区水资源的紧缺，一边是大量的矿井水直接排放，直接排放的矿井水既浪费了本就缺乏的水资源，还给矿区周边的土地和地表水系带来危害。

矿井水的水质状况与矿区的地理位置、气候条件等有很大的关联，我国西部地区的宁夏、新疆、内蒙古等省份的煤矿矿井水类型主要是高矿化度矿井水，这类矿井水中盐含量较高，超过1000mg/L，一般在1000mg/L～3000mg/L之间，如果不经处理将高矿化度矿井水直接排放的话，会造成土壤盐碱化、水体污染等问题。因此，高矿化度矿井水低成本处理的需求越来越迫切，实现煤炭开发与矿井水循环利用相协调成为煤矿区水处理和应用的核心内容，为响应国家的绿色环保号召，寻找合适的低成本方法处理矿区矿井水，增大矿井水的回收利用率，对缓解矿区水资源短缺问题和减轻矿区生态环境破坏问题具有重大意义。

高矿化度矿井水水质的特征是有机物含量一般较低，离子成分较复杂，其中主要的阳离子有K

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高矿化度废水的处理方法，以解决现有技术中高矿化度矿水的处理耗能、处理成本高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高矿化度废水的处理方法，该处理方法包括：对高矿化度废水进行预处理，得到预处理后废水；对预处理后废水进行膜蒸馏处理，得到净化水；其中，高矿化度废水的矿化度为3000～6000mg/L。

进一步地，上述预处理的过程包括：将上述高矿化度废水与沉淀剂进行沉淀反应后过滤，得到上清液，即为预处理后废水，优选对预处理的过程进行优化：优化的过程包括：调整沉淀剂的总量至上清液中[Ca

进一步地，上述优化的过程包括：将高矿化度废水与CaO进行第一沉淀反应后过滤，得到第一上清液；将第一上清液与Na

进一步地，上述高矿化度废水包括：10～20mg/L的K

进一步地，对上述膜蒸馏处理的温度进行优化，优化的过程包括：步骤a1，将预处理后废水加热到温度t1，按流量L将预处理后废水注入到膜蒸馏组件内，运行时间为T后，得到总产水量记为V

进一步地，对上述膜蒸馏处理的流量进行优化，优化的过程包括：步骤b1，将预处理后废水加热到温度t0，按流量L1将预处理后废水注入膜蒸馏组件内，运行时间为T后，得到总产水量记为V

进一步地，对上述膜蒸馏处理的气压进行优化，优化的过程包括：步骤c1，将预处理后废水加热到温度t0，按流量L0将预处理后废水注入膜蒸馏组件内，运行时间为T后，得到总产水量记为V

进一步地，在上述优化温度t0、优化流量L0、优化气压P0的运行参数条件下进行膜蒸馏处理。

进一步地，上述膜蒸馏处理的方法选自直接接触式膜蒸馏法、气隙式膜蒸馏法、真空式膜蒸馏法和气扫式膜蒸馏法中的任意一种或多种。

进一步地，上述膜蒸馏处理的热源选自厂区50～80℃的蒸汽和/或热水。

应用本申请的技术方案，采用膜蒸馏工艺处理高矿化度矿水，处理过程可以在较低的温度下进行，不需要把高盐水加热到很高的温度，一是可以利用西部矿区拥有大量的廉价热源，降低水处理成本，二是处理后的水质可以达到或基本达到蒸馏水回用的标准，大大提高了产水水质；三是高盐水可浓缩到很高的倍数，甚至能够使高盐水中的盐分结晶析出，实现废水零排放处理技术。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

如本申请背景技术所分析的，现有技术中存在高矿化度矿水的处理耗能、处理成本高的问题，为了解决该问题，本申请提供了一种高矿化度废水的处理方法。

在本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种高矿化度废水的处理方法，该处理方法包括：对高矿化度废水进行预处理，得到预处理后废水；对预处理后废水进行膜蒸馏处理，得到净化水；其中，高矿化度废水的矿化度为3000～6000mg/L。

采用膜蒸馏工艺处理高矿化度矿水，处理过程可以在较低的温度下进行，不需要把高盐水加热到很高的温度，一是可以利用西部矿区拥有大量的廉价热源，降低水处理成本，二是处理后的水质可以达到或基本达到蒸馏水回用的标准，大大提高了产水水质；三是高盐水可浓缩到很高的倍数，甚至能够使高盐水中的盐分结晶析出，实现废水零排放处理技术。

在本申请的一种实施例中，上述预处理的过程包括：将高矿化度废水与沉淀剂进行沉淀反应后过滤，得到上清液，即为预处理后废水，优选对预处理的过程进行优化：优化的过程包括：调整沉淀剂的总量至上清液中[Ca

采用以上沉淀反应对高矿化度废水进行预处理，有助于得到[Ca

在本申请的一种实施例中，上述优化的过程包括：将高矿化度废水与CaO进行第一沉淀反应后过滤，得到第一上清液；将第一上清液与Na

通过以上制备方法可以尽可能地探究得到去除高矿化度废水中的[Ca

上述高矿化度废水包括：10～20mg/L的的K

本申请的处理方法尤其适合于对以上高矿化度废水的处理。

在本申请的一种实施例中，对膜蒸馏处理的温度进行优化，优化的过程包括：步骤a1，将预处理后废水加热到温度t1，按流量L将预处理后废水注入到膜蒸馏组件内，运行时间为T后，得到总产水量记为V

以上优化的方法能够简单快捷的得到有利于尽可能降低能耗的膜蒸馏处理的温度t0，其中L/kwh表示产1L水消耗的电量。

在本申请的一种实施例中，对膜蒸馏处理的流量进行优化，优化的过程包括：步骤b1，将预处理后废水加热到温度t0，按流量L1将预处理后废水注入膜蒸馏组件内，运行时间为T后，得到总产水量记为V

通过以上流量的优化得到的优化流量L0，有助于尽可能降低膜蒸馏处理的能耗。

在本申请的一种实施例中，对上述膜蒸馏处理的气压进行优化，优化的过程包括：步骤c1，将预处理后废水加热到温度t0，按流量L0将预处理后废水注入膜蒸馏组件内，运行时间为T后，得到总产水量记为V

通过以上气压的优化得到的优化气压P0，有助于尽可能降低膜蒸馏处理的能耗。

优选在上述优化温度t0、优化流量L0、优化气压P0的运行参数条件下进行膜蒸馏处理，有助于大大降低该膜蒸馏处理工艺运行过程中的温差极化、浓差极化现象，提高了膜蒸馏处理的膜组件的使用寿命。

在本申请的一些实施例中，上述膜蒸馏处理的方法选自直接接触式膜蒸馏法、气隙式膜蒸馏法、真空式膜蒸馏法和气扫式膜蒸馏法中的任意一种或多种。

优选的以上膜蒸馏处理方法更便于对本申请的高矿化度废水进行处理，且以上膜蒸馏处理方法为常规的处理方法，在此不再赘述。

优选上述膜蒸馏处理的热源选自厂区50～80℃的蒸汽和/或热水，利用大量的廉价热源，有助于降低水处理成本。以下将结合实施例，进一步说明本申请的有益效果。

实施例1

采自某矿区的高矿化度废水水样，水质指标见表1。

表1高矿化度废水水样初始指标

(备注：表中硬度以CaCO

1、水样的预处理

1.1水质分析

由表中1的数据可知，[Ca

1.2CaO最优投加量测试

实验室内，取8只500mL烧杯，贴上标签，分别加入待处理的矿井水水样300mL于烧杯中，在恒温磁力搅拌器搅拌下分别加入设定质量的CaO粉末，各烧杯内CaO浓度梯度为：0mg/L、90mg/L、180mg/L、270mg/L、360mg/L、450mg/L、540mg/L、630mg/L，加完后每组样品搅拌30min，再静置5小时。5小时后，取上清液通过EDTA滴定法测定其中的Ca

1.3Na

实验室内，另取8只500mL烧杯，分别加入待处理的矿井水水样300mL，在每组样品在CaO投加质量浓度为540mg/L基础上，再向其中加入不同质量的Na

高矿化度废水经最优CaO投加量和最优Na

表2预处理后废水的水质指标

(备注：表中硬度以CaCO

2、参数优化

2.1温度优化测试

膜蒸馏类型选择真空膜蒸馏，疏水膜选择PVDF中空纤维膜，膜丝根数100根，膜丝长度0.25m，冷凝水温度为273.15K，水箱中初始加入8升预处理后废水。

在进料液流量90L/h、冷侧真空度90KPa工况下，设置五组进料液温度：324.15K、330.15K、336.15K、342.15K、348.15K，实验过程中每组运行8h后，停止实验；计算各温度下的总产水量V

2.2流量优化测试

膜蒸馏类型选择真空膜蒸馏，疏水膜选择PVDF中空纤维膜，膜丝根数100根，膜丝长度0.25m，冷凝水温度273.15K，水箱中初始加入8升预处理后废水。

在进料液温度342.15K、冷侧真空度90KPa工况下，设置五组进料液流量：30L/h、60L/h、90L/h、120L/h、150L/h，实验过程中每组运行8h后，停止实验；计算各温度下的总产水量V

2.3气压优化测试

膜蒸馏类型选择真空膜蒸馏，疏水膜选择PVDF中空纤维膜，膜丝根数100根，膜丝长度0.25m，冷凝水温度273.15K，水箱中初始加入8升预处理后废水。

在进料液温度342.15K，进料液流量120L/h工况下，设置五组真空侧气压：50KPa、60KPa、70KPa、80KPa、90KPa，实验过程中每组运行8h后，停止实验；计算各真空侧气压下的总产水量V

3、膜蒸馏工艺

根据步骤2中所获得的最优参数，选择最优温度342.15K，最优流量120L/h，最优流量90KPa，开展膜蒸馏废水处理工艺；膜蒸馏工艺选择真空式膜蒸馏，膜蒸馏进料废水加热热源采用厂区外部热源。

4、产水收集4

对膜蒸馏工艺产出来的净化水进行水质测试，具体指标见表3所示，满足设计要求可外排或资源利用。

表3矿井水处理后水质指标

(备注：表中硬度以CaCO

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

采用膜蒸馏工艺处理高矿化度矿水，处理过程可以在较低的温度下进行，不需要把高盐水加热到很高的温度，一是可以利用西部矿区拥有大量的廉价热源，降低水处理成本，二是处理后的水质可以达到或基本达到蒸馏水回用的标准，大大提高了产水水质；三是高盐水可浓缩到很高的倍数，甚至能够使高盐水中的盐分结晶析出，实现废水零排放处理技术。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。