孫彩宏　朱家斌

【摘 要】曉明礦按照集團公司要求，遵守國家環(huán)保項目的有關(guān)規(guī)定，為實現(xiàn)污水綜合利用和零排放目標，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)過一年的調(diào)試與運行，中水指標符合設(shè)計要求，但無法達到井下機械設(shè)備回用水標準。為解決此問題，根據(jù)現(xiàn)有的實際情況和治理目標，在處理工藝上投入超濾自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)中水回用井下，以期取得節(jié)能減排的實效。

【關(guān)鍵詞】中水；超濾自動控制系統(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，影響井下設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。本文對超濾自動控制系統(tǒng)在中水回用井下改造工程進行了分析和設(shè)計，論證了對現(xiàn)有中水進行再處理作為井下機械設(shè)備回用水可以實現(xiàn)節(jié)能減排的問題，可作為實際工程的參考。

1 超濾自動控制系統(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]每米長的超濾膜絲管壁上約有60億個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，而最小的細菌的體積都在0.02微米以上，因此，細菌以及比細菌體積大得多的膠體、鐵銹、懸浮物、泥沙、大分子有機物等都能被超濾膜截留下來，從而實現(xiàn)了凈化過程。

超濾自動控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場PLC自動控制和遠程計算機控制相結(jié)合，實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守，集中管理。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.1 中水來源

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)計超濾裝置處理能力為1200m3/d，24小時連續(xù)、全自動運行。

2.3 出水水質(zhì)

處理水回用標準：經(jīng)污水處理廠處理的污水除了達到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標準》、《城市污水再生利用國家標準》的要求（見表1），還要滿足井下機械設(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)場的實際情況，結(jié)合現(xiàn)在成熟的水處理技術(shù)，在考慮一次性投入、運行成本及環(huán)境保護等綜合因素，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，以便一臺檢修，另一臺可繼續(xù)產(chǎn)水。全自動運行，無需人員干預(yù)。

3.1 工藝流程

清水池→潛水泵→保安過濾器→超濾→輸出水泵→400立水倉 →用戶；井下生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水收集后也可以進入超濾進行處理，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，輸出給保安過濾器，該泵變頻控制，恒壓供水。深度處理時主要用于運行時克服超濾裝置的阻力，同時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。通過進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，選用泵揚程：35m；流量：100T/h；考慮富裕量需要，則選用泵型號：100WQ100-35-18.5；數(shù)量：2臺（一備一用）。

3.2.2 保安過濾器

在超濾裝置前配置5um保安過濾器，以防止雜質(zhì)顆粒等進入超濾膜，以延長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)過濾，可以防止濾芯被堵塞，以延長其使用壽命。上部具有排氣閥，可以防止空氣進入泵而損壞泵，下部具有排污閥，可以隨時排掉截留的雜質(zhì)。更換周期：0.5～1年。

設(shè)計計算：

3.2.3 超濾膜組件

設(shè)計兩套50T/h的超濾裝置獨立或并聯(lián)運行，同時當(dāng)兩套裝置的不同部件出現(xiàn)故障時，通過控制切換可立即組合一套裝置運行，保證生產(chǎn)用水。配置在線清洗裝置，不用拆開，可方便地進行清洗。

超濾中空纖維柱式膜過濾是一個壓力驅(qū)動的膜分離過程，它能夠?qū)㈩w粒物質(zhì)從流體及溶解組份中分離出來。對于膠體、淤泥、藻類、隱孢子蟲、賈地鞭毛蟲、大腸桿菌、細菌和大多數(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的微孔過濾膜，中水初始流量2-7t/h，考慮不利情況和進水溫度影響，選柱式膜組件30只（單套），錯流過濾，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)配置型號為CDL65-20-1的水泵2臺（一備一用），正常出力為50m3/h，揚程為30米，功率11kW。

3.2.5 超濾清洗裝置

膜運行一段時間后，可能有滋長細菌、結(jié)垢等現(xiàn)象，這會造成膜孔堵塞，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。在超濾裝置正常運行的過程中就需對膜進行水洗和氣洗來恢復(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，就需對膜進行藥洗來恢復(fù)其產(chǎn)水能力。

3.2.6 水反洗系統(tǒng)

1）反沖洗水泵一臺，型號為CDL120-20-1，流量100T/h，揚程30m，功率18.5 kW。

2）不銹鋼中間水箱一個（25立），水源來自于超濾裝置凈化后的清水。

3）全自動控制，水反洗時間25秒。

3.2.7 氣洗系統(tǒng)

1）利用壓縮空氣氣洗膜。

2）空氣壓縮機型號為W-0.6/12.5，排氣量0.6m3/min，功率5.5kW。

3）空氣壓縮機配備儲氣罐，容積170L，壓力1MPa。

4）全自動控制，氣洗時間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，啟動藥洗開關(guān)即可，這樣方便快捷，省時省事，同時藥洗效果好。根據(jù)污染的程度不同，可適當(dāng)延長藥洗的時間與次數(shù)。為了達到最佳的藥洗效果，每套系統(tǒng)的每段超濾膜獨立藥洗，以防止前段的污水污染后一段膜。

藥洗周期：半年左右；每次藥洗時間：4小時左右。

清洗藥劑：檸檬酸或其它藥劑。

稀釋藥劑水源：來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%計算則總的藥洗溶液量：1980L。

選用貯藥箱規(guī)格：2400L；數(shù)量：1個。

單支藥洗壓力要求：小于0.4MPa。

單支膜殼的進口流量：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、泵的揚程：15m、功率：4kW、選用泵型號：CDL16-4、數(shù)量：1臺。

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；氣洗超濾裝置裝設(shè)氣體流量計；保安過濾器進口、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

4.1 儀表

1）按工藝要求，儀表檢測和控制范圍主要是超濾系統(tǒng)的正常運行和清洗，由單獨一套PLC設(shè)備完成。

2）加藥量的控制應(yīng)實現(xiàn)實時自動添加，同時實現(xiàn)手動調(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、分析儀表等測量參數(shù)的顯示和報警。

4.2 自控系

1）簡化回流工藝流程如下：

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

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

（3）水反洗：V4、V5、V7、反洗泵開，其余關(guān)。（25秒）

（4）大流量排污：V1、V7開，其余關(guān)。（12-15秒）

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

（1）超濾進水壓力要求限制低于0.35MPa。

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

（3）正常運行時，按“正常運行→氣擦洗水反洗→水反洗→大流量排污→正常運行”循環(huán)進行，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)換時需考慮緩沖時間應(yīng)在實際編寫程序時考慮。

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

4）超濾系統(tǒng)投運、停運、清洗過程狀態(tài)顯示。

5）超濾產(chǎn)水、濃水瞬時及累積流量指示。

5 經(jīng)濟效益分析

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：2000*5%=100元/月。

藥劑：60元/kg。

1）電費：57.5 kW×0.78元/度×24h=1076.4元/天

2）藥劑費：72g/天÷1000×60元/kg=4

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

4）折舊費：年折舊費69000元，189.04元/天。

5）運行費用：運行費用為電費、藥劑費、人工費、折舊費的總和。運行費用為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，自來水費為10元/噸，改造后每年可節(jié)約水費：

600m3/天*365天*（10-2.4）元/m3=166.44萬元

超濾處理技術(shù)投資約合85萬元，年節(jié)約費用166.44萬元，一年即可收回全部投資。

6 結(jié)語

為了提高綜合污水處理廠污水回用率、保障井下機械設(shè)備的安全運行，采用超濾自動控制系統(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、有機物、等以及降低水中的硬度，使中水達到井下機械設(shè)備回用標準，減少清水的使用量，具有顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

【參考文獻】

[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]