750m³超滤系统设计方案

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一种先进、实用的水处理技术——750m³超滤系统设计方案。
    一、设计产水水量
    超滤系统的产水量为750m³/h（不包含冲洗用水）。
    系统分两期上，每期为375m³/h，分三套每套125m³/h，两期共六套。
    1、产水水质
    超滤系统出水品质：SDI15<3；
    2、运行方式
    24小时连续运行
    3、过滤形式
    全流过滤，超滤自用水率≤8％
    二、超滤系统简述
    超滤系统主要的作用是去除水中的大分子胶体、黏泥、微生物、有机物等杂质。包括杀菌消毒剂投加系统、超滤装置和反洗泵等。
本工程中建议优先选用超滤膜元件采用SFR2860超滤膜元件，它们具有以下特点：
    1、过滤膜采用PVDF材质，化学稳定性高，耐酸碱、抗氧化、易清洗、使用寿命长；最大瞬时耐次氯酸钠可以达到5000mg/L。
    2、膜丝强度超过同类产品数倍，使用更可靠，寿命更长；
    3、过滤精度最高的PVDF膜，公称孔径为0.03微米，产水中颗粒粒径更小；
    4、外压式运行方式，进水条件宽，截留物不易堵塞进水流道；
    5、采用气水混合清洗方式，反洗效果好，性能恢复能力强。且大大减少化学清洗用药剂的消耗，降低用户的运行成本；
    6、耐溶剂性能好。
    三、膜组件的清洗
    超滤膜组件长期使用运行过程中，膜表面会被它截留的各种有害杂质所覆盖而形成滤饼层，甚至膜孔也会被更为细小的杂质堵塞，使水的透膜压力增大。原水预处理质量的好坏，只能解决膜被污染速度的快慢问题。而无法从根本上解决污染问题。即使预处理再彻底，水中极少数的杂质也会因日积月累而使膜的分离性能逐渐受到影响，因此，超滤系统都配备清洗系统。
    本系统的膜清洗方法可分物理方法和化学方法两大类。
    1、物理清洗
    利用机械的力量，来剥离膜面污染物。整个清洗过程不发生任何化学反应。
    A、正压冲洗。用进水泵作为正冲洗动力，开启膜组件浓水口阀，关闭膜组件产水口阀，以低压力、大流量进行冲洗。同时还可以通入无油压缩空气与水形成混合流体冲洗，效果较好。
    B、反冲洗法。 用专用的反洗泵或超滤水外供泵，作为反冲洗动力，将冲洗水从膜组件产水口进入，从浓水口流出。注意！反冲洗时，冲洗水不能再循环使用。
    2、化学清洗

利用某种化学药品与膜面污染物发生化学反应来达到清洗膜的目的，一般可选用化学药品有：
    0.1%NaOH＋0.2% NaClO，适用于有机物及微生物污染；
    1-2%柠檬酸水溶液或0.1N草酸溶液或0.1N盐酸溶液，适用于铁污染及碳酸盐结晶污堵。
    化学清洗周期为1－3个月，每次清洗耗时1－3小时。
    四、设计原则
    组件垂直放置在机架上并与机架适当固定，但组件不得作为支撑件使用。组合架上配备全部管道、阀门及接头，还包括所有的支架、紧固件、夹具等其他附件，配管选用UPVC。
    五、设计选型计算
    1、给水量的计算
    已知最终超滤的出力为325m³/h（以一期为计算实例），设计回收率为93%则系统的进水为：325m³/h÷93%=350m³/h
    2、透水量的计算
    根据工程经验，处理该水源的设计通量为60l/㎡.h（25℃），则每只膜面积为52㎡的SFR2860型超滤膜元件的透水量为： 
52㎡×60（l/㎡.h）=3120 L/h
    取3.12m³/h.支。
    3、超滤膜堆的选择
    设计每期3套装置较为合理
    4、膜元件数量的计算

已知超滤系统的设计进水量为350m³/h，则每套装置的进水量为120m³/h，每套所需超滤膜数量为：
    120m³/h/3.12m³/h.支=38.6支, 取44支。共6套装置。则总元件为264只。

5、超滤进水泵的选择

超滤给水泵与前面的自清洗过滤器一并考虑。

考虑到超滤的垮膜差压（小于2bar）、沿程水头损失、局部的水头损失及超滤产水箱提升的高度，超滤给水的压力宜大于2.5－3bar。

6、超滤反洗泵的计算

超滤膜的反洗透量设计为120L/㎡.h，则一次反冲洗水量为：
44支×120l/㎡.h×52㎡/支=300m³/h

推荐的反洗压力为0.1MPa，但考虑到管道的粗糙系数造成的沿程水头损失及弯头、阀门形成的局部损失，故反冲洗的设计压力0.2MPa，即反洗泵扬程为20m。

7、超滤气洗量的计算

每只超滤膜的气洗设计流量为12N m³/h，气洗1min，则每套膜堆每次气洗耗量为：

12N m³/h.支×44支×1/60=8.8m³。

气压要求1-2bar。

8、超滤化学清洗泵的计算

化学清洗流量为每支膜元件1m³/h，则清洗泵的流量为48m³/h，扬程取30m。

六、系统控制

超滤装置的启动、运行、反洗、空气擦洗、正洗、停机等过程均由DCS或PLC实现自动控制。同时，超滤系统还设置一块就地仪表盘和一块就地操作盘，在就地盘上可读出超滤的有关工艺参数，以及能在就地操作盘上操作相关的水泵和自动阀门。对超滤装置的重要参数如压力、流量等均设有在线检测仪表，并设定有超限报警功能。

七、系统仪表的设置

1、流量表
  （1）每套超滤产品水设流量表。
  （2）反洗水、清洗水（在清洗过滤器后）装设流量表。

2、 压力表
  （1）超滤进口、产品水装设压力表。
  （2）超滤产品水装设压力开关。
  （3）水泵出口装设压力表。

3、液位计
    各类药液箱设置液位开关，低液位报警和相应的泵联锁。

4、化学分析仪表
    超滤进水母管设浊度仪。
    八、主体工艺技术说明

1、自清洗过滤器

自清洗过滤的作用就是对原水进一步的过滤，截留前端水处理单元可能流失的细小砂砾和大颗粒悬浮物，保护超滤装置的安全运行，避免超滤膜元件被大颗粒物质堵塞或者被划伤损坏，从而提高超滤膜的使用寿命。

滤前水从过滤器的进口管进入，然后通过细滤网，再经由出口管向外流出，此过程将水中的杂质拦截并积累在滤网的内表面形成“滤饼”，随着过滤的进行，过滤器进出口之间将逐渐产生压差。

当过滤器进出口之间的压差达到预设值（0.05MPa）时，将进行一次自清洗过程，在清洗过程中，系统并不断流，仍在供水，过滤器的排污阀打开，马达启动，驱动过滤器内部的刷式清洗装置转动，将滤网拦截的杂质刷下并通过排污阀排出。

过滤器本体上装设有压力开关，当压差达到设定值（通常是0.05MPa）时，便传递电信号给配套的控制箱，控制箱发出执行指令；启动马达，驱动内部的刷式清洗机构进行循环清洗，同时打开排污阀，杂质通过排污阀排出本体外，整个清洗过程仅需十几秒钟，清洗时系统不断流。

全自动自清洗过滤器过滤精度200?m，滤网采用316L不锈钢材质。

2、超滤装置

超滤装置是本系统预处理部分的关键设备，而超滤设备的中心部分为超滤膜元件。超滤的作用是截留微小的颗粒，降低悬浮物、细菌和浊度，部分去除有机污染物质，达到改善和稳定水质的目的。超滤膜允许小分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留水中存在的悬浮物、大分子有机物、胶体、细菌等物质。超滤膜的运行压力一般约为0.2MPa。其分离机理是：膜表面孔径机械筛分作用，膜孔阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸附作用。
     超滤能够截留0.02-0.1μm之间的大分子物质和杂质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等的通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物。用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-5000000之间，超滤的出水水质达到浊度≤0.2NTU、SDI15≤3，完全满足反渗透的进水要求。
     超滤膜一般为高分子分离膜，用作超滤膜的高分子材料主要有PS、PES、PVDF等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式，目前工业水处理上大量采用的是中空纤维结构的膜元件。
    每套超滤装置由超滤膜组件、气动阀门、压力表、流量表、管汇、滑架等构成。本系统采用中空纤维超滤膜，以确保系统能够长期安全稳定的运行，避免膜组件承受较高的运行负荷，使膜组件具有良好的抗污染能力和反洗、清洗恢复能力。
    本系统采用错流过滤、自动反洗的自动连续过滤方式，也可以在调试时确定采用全量过滤的运行方式。每30~60分钟反洗、快冲一次进行设计，实际运行调试时需要根据具体水质情况确定系统的运行周期，并相应调整超滤装置的实际出力。
    超滤每组膜设置断丝检测装置，以保证超滤的完好率。超滤装置上各工作阀门为气动阀门，其动作由PLC控制。机架的设计满足工程所在地的抗震烈度要求和组件的膨胀要求。
    为确保系统的稳定运行，达到良好去除污物的能力，需定期对超滤装置进行反冲洗。为了防止细菌等微生物在超滤膜表面繁殖影响膜的通量，在超滤膜反洗时不定期向反洗水中投加NaClO进行杀菌。超滤反洗水采用中间水罐的产水。
    超滤经过长期运行后，会积累某些难以水冲洗的污垢，如有机物、细菌等微生物的繁殖、无机盐结垢等，造成超滤膜通量下降；在超滤膜反洗时向反洗水中投加NaClO进行杀菌。当这类污垢在正常反冲洗时难以去除，必须使用化学药品进行清洗才能去除，以恢复超滤膜的性能。化学清洗装置包括一台清洗液箱、清洗保安过滤器、清洗泵以及配套管道、阀门和仪表等。

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