绿色矿山智能化矿井水深度处理及资源化综合利用关键技术及装备-重点项目-豫科物理

绿色矿山智能化矿井水深度处理及资源化综合利用关键技术及装备

该技术成果是在深入研究矿井水处理特点及目前传统工艺的基础上研发的，且在山西焦煤集团完成了工程化试验，完成了平煤神马控股集团矿井水集中管理的可行性研究和初步方案的编制，实用性强，符合我国矿井水处理的现状，具有较强的实用性。

        本成果科学原理及主要参数：
        （1）建设基于边缘计算技术的智能矿井水处理装备控制系统
        搭建传感节点架构，包含各类传感器、通信模块，包括：pH、溶解氧、浊度、氨氮、COD、水位等传感器；
        搭建边缘网关和边缘服务器架构，包括设备访问组件、数据诊断组件、边云交互组件等，可进行云边交互并且拥有 AI引擎模型训练；
        搭建云平台架构，负责管理和调度边缘网关上运行的应用程序以及收集边缘网关上报的数据进行显示、参与模型训练等。

（2）完成适合矿井水特点的纳米陶瓷膜，确定最佳运行工况
在矿井水预处理中，纳米陶瓷膜可以作为一种高效的过滤材料，用于去除矿井水中的杂质、细菌和有机物等，以提高后续矿物开采过程中的水质。同时，纳米陶瓷膜具有优异的抗污染性，能够有效避免过滤膜表面的堵塞和污染。在矿井水预处理中，纳米陶瓷膜通常采用交替反冲洗和零液排放的处理方式，保证过滤膜的长期稳定运行。纳米陶瓷膜还能对矿井水中的有机物进行去除，减少有机物的空气化，可以有效提高矿井环境的治理效果，减少环境污染。

综合考虑通量和截留率两个指标，选取孔径为200nm的纳米陶瓷膜用于矿井水处理；膜材料选择亲水性的，有利于提高处理效果；操作压力控制在0.1MPa左右；提高温度可以提高膜通量；综合考虑能量消耗与通量的因素，膜面流速在5-7m·s-1膜通量最稳定。

（3）完成高通量抗污染反渗透膜在矿井水处理中的实验室研究
反渗透原理：用一张半透膜将稀溶液(如纯水)与浓溶液(如盐水)隔开,稀溶液会向浓溶液渗透并保持相应的渗透压,此现象称为渗透。如果在浓溶液处施加大于渗透压的压力,则浓溶液会向稀溶液一侧渗透,此现象称为反渗透。一般反渗透膜操作压力为1.0-10.0MPa,切割分子量小于500,能截留盐或小分子量有机物,可使水中离子的含量降低96%-99%。

高通量抗污染反渗透膜具有很高的水通量和优良的抗污染性能，用于去除矿井水中的溶解固体、重金属离子和放射性物质等，以除去矿物开采过程中产生的各类污染物。在矿井水深度处理中，高通量抗污染反渗透膜与其他过滤材料一起使用，以进一步提高过滤效率和纯度，在深度处理过程中可以将处理后的水回用到生产过程中，有效减少矿业行业对水资源的消耗和对环境的污染。
同一压力下，矿井水浓度越高，反渗透效率越高；同一压力下，进水流速越高，膜组反渗透效率越低；膜滤饼层越厚，膜组反渗透效率越低。反渗透膜操作压力为1.0-10.0MPa，切割分子量小于500，能截留盐或小分子量有机物，可使水中离子的含量降低96%-99%。反渗透污染以后，可以采取物理清洗、机械清洗、化学清洗、生物酶清洗等方式恢复其通量。

反渗透膜选用高通量抗污染膜，操作压力为1.0-10.0MPa，pH控制在6左右，温度控制在25+5℃，除盐率大于95%，回收率大于75%。

（4）本成果的工艺流程