基于双极膜电渗析的膜集成技术的高矿化度矿井水资源化处理

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 5; pp. 2462 - 2471
• Main Authors: 刘兆峰, 郭强, 王霄, 唐佳伟, 蒋斌斌, 曹志国, 张锁, 闫祖喻, 王群, 李井峰
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 北京低碳清洁能源研究院,北京 102209%神华新街能源有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯 017200%山东科技大学化学与生物工程学院,山东青岛 266590 01.05.2024; 山东海化集团有限公司,山东潍坊 262737%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; 国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 102209
• Subjects: zero liquid discharge; 零排放; 高矿化度矿井水; 集成膜系统; integrated membrane system; bipolar membrane electro-dialysis; reclamation of mine water; 双极膜电渗析技术; 矿井水资源化; high-salinity mine water
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.0453

TD713; 在当前煤矿矿井水"零排放"及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设.传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收.从经济性方面分析,该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题制约.基于此,以西部某矿井水为原水,以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计,并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件(操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等)对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律,之后以实验数据及经济评估模型,探究其经济可行性,旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术,为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路.通过对电渗析-双极膜电渗析实验过程探究,发现双极膜系统进料液质量浓度应不超过 80 g/L、适宜的操作电压为 18 V、适宜的进料液温度为 25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作.此外,证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理,以电渗析系统进料液总含盐量20 g/L为例,总的净收益为18604299元/a,且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应,二氧化碳减排将超过 3162 t/a,具有良好的经济效益和社会效益.