超濾自動(dòng)控制系統(tǒng)在中水回用井下改造工程中的應(yīng)用

孫彩宏　朱家斌

【摘 要】曉明礦按照集團(tuán)公司要求，遵守國(guó)家環(huán)保項(xiàng)目的有關(guān)規(guī)定，為實(shí)現(xiàn)污水綜合利用和零排放目標(biāo)，于2012年底投產(chǎn)建設(shè)了一座綜合污水處理廠，集中處理生活污水與工業(yè)污水。經(jīng)過(guò)一年的調(diào)試與運(yùn)行，中水指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，但無(wú)法達(dá)到井下機(jī)械設(shè)備回用水標(biāo)準(zhǔn)。為解決此問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際情況和治理目標(biāo)，在處理工藝上投入超濾自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中水回用井下，以期取得節(jié)能減排的實(shí)效。

【關(guān)鍵詞】中水；超濾自動(dòng)控制系統(tǒng)；回用井下

0 引言

現(xiàn)在污水處理廠處理后的中水主要是懸浮物超標(biāo)，影響井下設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文對(duì)超濾自動(dòng)控制系統(tǒng)在中水回用井下改造工程進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，論證了對(duì)現(xiàn)有中水進(jìn)行再處理作為井下機(jī)械設(shè)備回用水可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的問(wèn)題，可作為實(shí)際工程的參考。

1 超濾自動(dòng)控制系統(tǒng)原理

超濾處理的目的就是去除水中一些較粗的顆粒和雜質(zhì)、懸浮物和異味、余氯、有機(jī)物、等以及降低水中的硬度。超濾膜最適于處理溶液中溶質(zhì)的分離和增濃，或采用其他分離技術(shù)所難以完成的膠狀懸浮液的分離。[1]每米長(zhǎng)的超濾膜絲管壁上約有60億個(gè)0.01微米的微孔，其孔徑只允許水分子、水中的有益礦物質(zhì)和微量元素通過(guò)，而最小的細(xì)菌的體積都在0.02微米以上，因此，細(xì)菌以及比細(xì)菌體積大得多的膠體、鐵銹、懸浮物、泥沙、大分子有機(jī)物等都能被超濾膜截留下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了凈化過(guò)程。

超濾自動(dòng)控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)PLC自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，集中管理。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.1 中水來(lái)源

中水回用井下改造工程的水源主要是工業(yè)污水和生活污水處理后的中水。

2.2 處理水量

設(shè)計(jì)超濾裝置處理能力為1200m3/d，24小時(shí)連續(xù)、全自動(dòng)運(yùn)行。

2.3 出水水質(zhì)

處理水回用標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)污水處理廠處理的污水除了達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、《城市污水再生利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》的要求（見(jiàn)表1），還要滿足井下機(jī)械設(shè)備使用的要求，即濁度低于0.5度。

3 工藝流程及改造設(shè)備選型

根據(jù)曉明礦現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)在成熟的水處理技術(shù)，在考慮一次性投入、運(yùn)行成本及環(huán)境保護(hù)等綜合因素，特別考慮以超濾為核心的水處理裝置；考慮到生產(chǎn)的可靠性，采用兩套50T/h的超濾水處理裝置，以便一臺(tái)檢修，另一臺(tái)可繼續(xù)產(chǎn)水。全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人員干預(yù)。

3.1 工藝流程

清水池→潛水泵→保安過(guò)濾器→超濾→輸出水泵→400立水倉(cāng) →用戶(hù)；井下生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水收集后也可以進(jìn)入超濾進(jìn)行處理，處理后供給井下使用。

3.2 設(shè)備改造選型（單套50T/h）

3.2.1 潛水泵

從清水池抽水，輸出給保安過(guò)濾器，該泵變頻控制，恒壓供水。深度處理時(shí)主要用于運(yùn)行時(shí)克服超濾裝置的阻力，同時(shí)提供足夠的水流量循環(huán)，即超濾產(chǎn)生的濃水又回流到清水池。通過(guò)進(jìn)水的低壓控制閥可防止其缺水而空轉(zhuǎn)。

為了克服超濾系統(tǒng)的阻力，選用泵揚(yáng)程：35m；流量：100T/h；考慮富裕量需要，則選用泵型號(hào)：100WQ100-35-18.5；數(shù)量：2臺(tái)（一備一用）。

3.2.2 保安過(guò)濾器

在超濾裝置前配置5um保安過(guò)濾器，以防止雜質(zhì)顆粒等進(jìn)入超濾膜，以延長(zhǎng)超濾裝置的使用壽命。本系統(tǒng)采用外松內(nèi)緊式的PP濾芯，水由外向內(nèi)過(guò)濾，可以防止濾芯被堵塞，以延長(zhǎng)其使用壽命。上部具有排氣閥，可以防止空氣進(jìn)入泵而損壞泵，下部具有排污閥，可以隨時(shí)排掉截留的雜質(zhì)。更換周期：0.5～1年。

設(shè)計(jì)計(jì)算：

3.2.3 超濾膜組件

設(shè)計(jì)兩套50T/h的超濾裝置獨(dú)立或并聯(lián)運(yùn)行，同時(shí)當(dāng)兩套裝置的不同部件出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)控制切換可立即組合一套裝置運(yùn)行，保證生產(chǎn)用水。配置在線清洗裝置，不用拆開(kāi)，可方便地進(jìn)行清洗。

超濾中空纖維柱式膜過(guò)濾是一個(gè)壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離過(guò)程，它能夠?qū)㈩w粒物質(zhì)從流體及溶解組份中分離出來(lái)。對(duì)于膠體、淤泥、藻類(lèi)、隱孢子蟲(chóng)、賈地鞭毛蟲(chóng)、大腸桿菌、細(xì)菌和大多數(shù)病毒等具有很高的去除率。[2]選用中空纖維柱式膜組件，外壓式，膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯PVDF，選用的膜孔徑為0.45μm的微孔過(guò)濾膜，中水初始流量2-7t/h，考慮不利情況和進(jìn)水溫度影響，選柱式膜組件30只（單套），錯(cuò)流過(guò)濾，濃水回流。

3.2.4 輸出水泵

輸出水泵的作用是為中水回用于井下提供穩(wěn)定的壓力和水量。本系統(tǒng)配置型號(hào)為CDL65-20-1的水泵2臺(tái)（一備一用），正常出力為50m3/h，揚(yáng)程為30米，功率11kW。

3.2.5 超濾清洗裝置

膜運(yùn)行一段時(shí)間后，可能有滋長(zhǎng)細(xì)菌、結(jié)垢等現(xiàn)象，這會(huì)造成膜孔堵塞，使產(chǎn)水水量、產(chǎn)水水質(zhì)下降。清洗超濾裝置包括水反洗、氣洗和藥洗。在超濾裝置正常運(yùn)行的過(guò)程中就需對(duì)膜進(jìn)行水洗和氣洗來(lái)恢復(fù)其產(chǎn)水能力；而當(dāng)產(chǎn)水水量或產(chǎn)水水質(zhì)下降10～15%時(shí)，就需對(duì)膜進(jìn)行藥洗來(lái)恢復(fù)其產(chǎn)水能力。

3.2.6 水反洗系統(tǒng)

1）反沖洗水泵一臺(tái)，型號(hào)為CDL120-20-1，流量100T/h，揚(yáng)程30m，功率18.5 kW。

2）不銹鋼中間水箱一個(gè)（25立），水源來(lái)自于超濾裝置凈化后的清水。

3）全自動(dòng)控制，水反洗時(shí)間25秒。

3.2.7 氣洗系統(tǒng)

1）利用壓縮空氣氣洗膜。

2）空氣壓縮機(jī)型號(hào)為W-0.6/12.5，排氣量0.6m3/min，功率5.5kW。

3）空氣壓縮機(jī)配備儲(chǔ)氣罐，容積170L，壓力1MPa。

4）全自動(dòng)控制，氣洗時(shí)間30秒。

3.2.8 藥洗系統(tǒng)

本系統(tǒng)只需將一定量的清洗藥劑加入貯藥箱，啟動(dòng)藥洗開(kāi)關(guān)即可，這樣方便快捷，省時(shí)省事，同時(shí)藥洗效果好。根據(jù)污染的程度不同，可適當(dāng)延長(zhǎng)藥洗的時(shí)間與次數(shù)。為了達(dá)到最佳的藥洗效果，每套系統(tǒng)的每段超濾膜獨(dú)立藥洗，以防止前段的污水污染后一段膜。

藥洗周期：半年左右；每次藥洗時(shí)間：4小時(shí)左右。

清洗藥劑：檸檬酸或其它藥劑。

稀釋藥劑水源：來(lái)自于超濾裝置凈化后的清水。

單支膜需藥洗液體積：輕度污染34L；重度污染：55L。

每次藥洗膜的支數(shù)：30支（第一段膜），則藥洗液量：1650L，管路需溶液量按20%計(jì)算則總的藥洗溶液量：1980L。

選用貯藥箱規(guī)格：2400L；數(shù)量：1個(gè)。

單支藥洗壓力要求：小于0.4MPa。

單支膜殼的進(jìn)口流量：6～9.1T/h。

藥洗的最大流量：30～45T/h。

則選用不銹鋼化學(xué)藥洗泵的流量：45T/h、泵的揚(yáng)程：15m、功率：4kW、選用泵型號(hào)：CDL16-4、數(shù)量：1臺(tái)。

3.3 系統(tǒng)儀表設(shè)置

超濾裝置產(chǎn)水、超濾后的濃水和水反洗超濾裝置用水裝設(shè)電磁流量計(jì)；氣洗超濾裝置裝設(shè)氣體流量計(jì)；保安過(guò)濾器進(jìn)口、超濾后的濃水及水反洗超濾裝置裝設(shè)壓力變送器及就地壓力表；中間水箱和貯藥箱裝設(shè)液位變送器。

4 控制監(jiān)測(cè)

4.1 儀表

1）按工藝要求，儀表檢測(cè)和控制范圍主要是超濾系統(tǒng)的正常運(yùn)行和清洗，由單獨(dú)一套PLC設(shè)備完成。

2）加藥量的控制應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)添加，同時(shí)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)操作的目的。

3）整套超濾系統(tǒng)的具有有關(guān)壓力、流量、液位、溫度、分析儀表等測(cè)量參數(shù)的顯示和報(bào)警。

4.2 自控系

1）簡(jiǎn)化回流工藝流程如下：

（1）正常運(yùn)行：V1、V2、V3、源水泵開(kāi)，其余關(guān)。（30分鐘）

（2）氣擦洗水反洗：V4、V6、V7、反洗泵開(kāi)，其余關(guān)。（30秒）

（3）水反洗：V4、V5、V7、反洗泵開(kāi)，其余關(guān)。（25秒）

（4）大流量排污：V1、V7開(kāi)，其余關(guān)。（12-15秒）

2）本系統(tǒng)的控制范圍是超濾系統(tǒng)的自動(dòng)控制，具體控制項(xiàng)目如下：

（1）超濾進(jìn)水壓力要求限制低于0.35MPa。

（2）當(dāng)超濾膜壓差>0.2MPa時(shí)，延時(shí)5秒，激活報(bào)警并超濾裝置停機(jī)。

（3）正常運(yùn)行時(shí)，按“正常運(yùn)行→氣擦洗水反洗→水反洗→大流量排污→正常運(yùn)行”循環(huán)進(jìn)行，根據(jù)超濾膜的污染程度，反洗程序可以重復(fù)數(shù)次。

（4）程序轉(zhuǎn)換時(shí)需考慮緩沖時(shí)間應(yīng)在實(shí)際編寫(xiě)程序時(shí)考慮。

3）設(shè)備控制功能：超濾裝置閥門(mén)、水泵的控制狀態(tài)指示、自動(dòng)、就地操作指示及連鎖選擇。

4）超濾系統(tǒng)投運(yùn)、停運(yùn)、清洗過(guò)程狀態(tài)顯示。

5）超濾產(chǎn)水、濃水瞬時(shí)及累積流量指示。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

中水： 1.15元/t。

工業(yè)用電：0.78元/度。

工人工資： 2200 元/月。

管理費(fèi)：2000*5%=100元/月。

藥劑：60元/kg。

1）電費(fèi)：57.5 kW×0.78元/度×24h=1076.4元/天

2）藥劑費(fèi)：72g/天÷1000×60元/kg=4

3）人工費(fèi)：需增加運(yùn)行人員3人。（2200+100）元/月×3人÷30天=230元/天

4）折舊費(fèi)：年折舊費(fèi)69000元，189.04元/天。

5）運(yùn)行費(fèi)用：運(yùn)行費(fèi)用為電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)、折舊費(fèi)的總和。運(yùn)行費(fèi)用為1499.76元/天，折合噸水成本為1.25元/m3。

6）總成本：1.15元/t+1.25元/t=2.4元/t

原井下用水量每天約為600m3，自來(lái)水費(fèi)為10元/噸，改造后每年可節(jié)約水費(fèi)：

600m3/天*365天*（10-2.4）元/m3=166.44萬(wàn)元

超濾處理技術(shù)投資約合85萬(wàn)元，年節(jié)約費(fèi)用166.44萬(wàn)元，一年即可收回全部投資。

6 結(jié)語(yǔ)

為了提高綜合污水處理廠污水回用率、保障井下機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行，采用超濾自動(dòng)控制系統(tǒng)，可有效地去除現(xiàn)有中水中一些較粗的顆粒和雜質(zhì)、懸浮物和異味、余氯、有機(jī)物、等以及降低水中的硬度，使中水達(dá)到井下機(jī)械設(shè)備回用標(biāo)準(zhǔn)，減少清水的使用量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馮敏.工業(yè)水處理技術(shù)[M].北京：海洋出版社，1992.

[2]任建新.膜分離技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[責(zé)任編輯：田吉捷]