反渗透水处理设备在张沟煤矿的应用

文章以郑煤集团张沟煤矿锅炉水处理为背景，简要介绍了反渗透水处理设备的工艺过程，该系统具有结构紧凑、占地面积小、膜分离装置操作简单、便于自动控制、使用范围广、节能效果明显等优点，投用后可产生可观的经济效益和明显的环境效益。
反渗透(RO)水处理技术设备结构紧凑、占地面积小且膜分离装置操作简单，水处理自动化程度高，操作性能优越，经过近30年的发展，在各个行业水处理环节中得到了广泛应用。为提高矿井锅炉水的利用率，降低水处理设备的维修费用，郑煤集团张沟煤矿选购了反渗透水处理装置，用于矿井锅炉的水处理设备，该设备能够分离出水中的溶解盐、细菌、致热质以及有机物等微量元素，并且在通过一、二级反渗透装置处理含盐原水200～3 500mg/L时，单级膜脱盐率达97%以上，大大提高了锅炉原水水质。
1.反渗透水处理设备主要部件及作用
反渗透的原理为在浓溶液一侧加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透的方向，把溶液中的水压到半透膜的一侧，从而使处理水达到作为矿井生产、生活用水的标准，其处理水的工艺流程如下：
原水→原水泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→加阻垢剂装置→精密过滤器→反渗透→增压泵→软化设备→用水点。
1.1预处理部分
①石英砂过滤器。石英砂过滤器的构造为在压力容器中装填石英砂，利用石英砂的阻拦作用、沉淀作用、惯性作用及吸附架桥等作用，以降低水中悬浮物的含量，同时部分细菌、病毒也随着悬浮物一同得以去除。
②活性炭过滤器。活性炭过滤器的构造为在压力容器中装填活性炭滤料，其粒径为0.2～2.0 mm，利用活性炭的物理吸附作用，以去除水中有机物、胶体及部分重金属离子，特别是水中的显色物质。同时活性炭可有效地吸附水中的余氯，以降低自来水中余氯的含量，改善水的口感。
③精密过滤器。精密过滤器的主要部件为微孔膜，其孔径为5μm。精密过滤器在防止石英砂、活性炭进入管道的同时，能进一步去除水中的悬浮物、胶体。降低水的浊度和色度。
④加阻垢剂装置。加阻垢剂装置采用意大利SEKO公司生产的型号为ACS-601的计量泵，阻垢剂溶液按照标准液与稀释液1：9配比稀释配制，并把溶液混合均匀。每吨加入3～5 g阻垢剂溶液。
1.2反渗透部分
反渗透技术是一项膜分离技术，以压力作为推动力，扭转自然渗透的方向，利用反渗透膜的选择透过性(只能透过水而溶质却不能通过)，达到将水和各种有机物、无机物有效分离的目的，从而制备纯水及高纯水。反渗透对水的分离是物理分离，反渗透膜表面微孔尺寸一般在0.5～1Nm左右，其孔径远远小于细菌、病毒的尺寸，因此，在需消耗少量的电能以提供反渗透操作所需的渗透压的条件下即可利用反渗透膜能去除水中98%以上的溶解性固体(TDS)、100%的细菌、病毒，达到分离水和其它微粒的目的。
1.3软化部分
软化床由清水缓存罐、增压泵、离子交换器(树脂罐)以及再生盐罐组成，经过反渗透装置的清水暂存在缓存罐内，经增压泵增压后进入离子交换器后二次去除水中钙(Ca)、镁(Mg)离子，实现高效除硬。并且再生盐和离子交换装置可以实现再生，有效的提高了系统的使用寿命。
2.反渗透水处理设备优点
反渗透水处理设备由于其基本原理的特殊性，与其它水处理设施相比具有以下比较明显的优点：
由于只是用压力作为膜分离的推动力，因此膜分离装置操作简单，便于自控和维修，设备占地面积小；设备配有在线的仪表，可随时监视设备的运行；设备具有过热保护功能，当设备的负载超过设定值时，设备会自动断电以保护整个系统；设备设有高低压保护功能，高压泵入口压力过低则会形成汽蚀，高压泵出口压力过高会对反渗透膜造成机械损坏。本设备设有自动保护装置，当出现以上两种情况时设备会自动停机；设备装有状态指示功能，设备操作面板上装有状态指示灯和各种仪表，。出现异常时可通过对比提醒操作人员调整各项运行参数；处理后的水质好，可以分离出水中的溶解盐、细菌、致热质以及有机物等微量元素，单级膜脱盐率达97%以上；节省电耗，反渗透过程不发生相变，与有相变的分离法(如蒸馏)和其他分离法相比，能耗要低得多。每吨水耗电2～8度。
3.应用效果分析
反渗透取代电渗析和钠离子交换器后，取消了传统的电渗析酸洗过程，避免了环境污染。此外，由于应用反渗透技术处理后的水电导率明显低于电渗析和钠离子交换器处理后的水，供锅炉使用，产生的蒸汽满足催化、常压等装置生产用蒸汽的要求，为锅炉的安全、平稳、长周期运行奠定了坚实的基础。张沟煤矿反渗透处理水设备现场应用表明，采用反渗透水处理设备具有水质好，节能降耗、产品安全性能高等特点，在实际使用中减少锅炉化学清洗次数，提高锅炉运行的安全性，提高了矿井的经济效益，对于水资源的可持续利用具有重要的意义。