大庆油田超滤膜净水厂工艺设计要点

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技术总结

大庆油田超滤膜净水厂工艺设计要点

王玉国，陆宏宇

(大庆油田水务公司，黑龙江大庆163451)

摘

要：结合大庆油田水务公司实施的深度处理工程，在研究国内外成功案例的基础上，从

超滤膜的过滤方式和材质的选取、膜通量和回收率的确定、原水水质和水温对基本参数的影响、超滤膜系统设计计算等方面总结了净水厂超滤膜系统设计的关键技术。同时还阐述了超滤膜系统设备材料选型以及超滤系统软件功能的实现，可为今后国内超滤膜水厂的设计和应用提供参考。

关键词：净水厂;超滤膜;工艺设计

中图分类号：TU991．24文献标志码：B

文章编号：1673－9353（2014）02－0027－06

doi ：10．3969/j．issn．1673－9353．2014．02．008

Main points of process design in ultrafiltration

membrane waterworks in Daqing Oilfield

Wang Yuguo ，Lu Hongyu

（Daqing Oilfield Water Company ，Daqing 163451，China ）

Abstract ：Combing with the advanced treatment project in Daqing Oilfield Water Company ，on

the basis of research the success cases at home and abroad ，the main techniques of ultrafiltration membrane system design in waterworks were concluded ，which contained filtration way ，material selection ，membrane flux ，recovery rate determination ，influence of raw water quality and temperature on basic parameters and design calculation of ultrafiltration membrane system．Meanwhile ，the material selection of ultrafiltration membrane system equipment and the realization of ultrafiltration system software function were elaborated．It could provide reference for design and application in ultrafiltration membrane waterworks at home in future．

Key words ：

waterworks ；

ultrafiltration membrane ；

process design

1

工程背景

为满足《生活饮用水卫生标准》

（GB 5749—2006）要求，大庆油田水务公司投资11．07亿元实施深度处理工程。分别在中引水厂、西水源、南二水源和东风水厂建设超滤膜及系统配套深度处理工程。水厂净水工艺流程为：原水预处理ң常规工艺强化ң臭氧生物活性炭ң超滤。我国市政净水厂超滤膜技术规模化设计建造的工程经验和技术总结很少，尚无成熟设计规范

［1］

。笔者结合该工程经验，在研究国内外成功案例和技术规范的基础上，初步总结

了净水厂超滤膜系统设计的关键技术，以期为超滤膜水厂的设计和应用提供参考。2超滤膜系统设计的关键技术

2.1

超滤膜过滤方式和材质的选取

超滤膜材质主要有PVDF （聚偏氟乙烯）、

PP （聚丙烯）、

PVC （聚氯乙烯）、PES （聚醚砜）、PS （聚苯乙烯）和CA （醋酸纤维素）等

［2］

。超滤过滤方式分为

连续压力式和浸没式，

大庆油田水质提升工程采用第8卷第2期2014年4月

供水技术

WATEＲTECHNOLOGY Vol．8No．2Apr．2014

的是中空纤维膜压力式超滤膜。

2.2膜通量和回收率的确定

膜通量直接决定了工程所需的膜面积和设备造价，系统回收率决定膜面积、膜前预处理和进水泵的规模等。工程中选择超滤膜时除了考虑膜通量以外，还需要评价膜压力或所需真空度、膜化学清洗周期、膜老化破损情况和临界膜通量等。工程设计要求在任何运行条件下膜通量均应小于该膜的临界膜通量值，否则，机组运行中的频繁冲洗和化学维护势必造成系统出水下降及运行成本增加。当然，选择过小的膜通量也会造成工程造价的大幅度提高，因此，临界通量的确定值必须通过较长阶段的中试才能确定。

该工程中试周期为1年，临界膜通量的确定应遵循以下原则：①保证物理清洗周期大于30min；②CEB周期大于7天；③CIP周期大于30天，CEB过程的CT值小于7000。根据试验结果，最终确定的膜通量（临界膜通量）比各膜制造商提供的通量值下降10% 20%。同时，由于严格控制了物理清洗频次，系统回收率均在95%以上。

2.3原水水质和水温对基本参数的影响

2.3.1水质

该工程超滤系统的设计进水条件为：常规处理砂滤池出水经臭氧－活性炭滤池处理后的水质。同时也必须考虑如下水质条件：①进水温度为2 27ħ；②低水温期（进水温度为2 10ħ）为150 180天；③pH值为7 9；④进水浊度正常情况下≤1 NTU，特殊情况下≤3NTU；⑤进水COD

Mn

正常情况下≤3mg/L，特殊情况下≤5mg/L；⑥原水余氯：≤0．5mg/L；⑦锰含量：≤0．1mg/L；⑧铁含量：≤0．3 mg/L；⑨当原水超越臭氧活性炭滤池时，进水则来自常规处理砂滤池出水或者活性炭滤池出水，水中含有的细小炭粒携带微生物，会对膜丝造成影响。

2.3.2水温

水温对膜通量的影响很大。温度降低，水的粘度增大，膜通量迅速降低。高、低温时膜通量相差较大，在不满足中试的条件时，可以采用温度补偿通量辅助计算、复核膜系统设计规模，但这种方法无法模拟极低水温条件下原水物理特性的复杂变化，模拟数据不具备参考意义。该工程位于中国高纬度高寒地区，低温期长达5个月，极低水温期（水温低于4ħ）达2个月。通过5个月的低温期运行试验，获得了膜通量随时间变化的曲线。在此基础上，充分调研预测水厂全年供水需求规律，通过多次复核计算确保满足全年的供水需求。

2.4系统设计计算

超滤膜系统设计计算通常采用以下公式计算［1］。

①产水流量：Q c=Q j+Q fw；

②所需膜面积：A=Q c/（Jˑη）；

③在线因子：η=T j/T zˑ100%；

④膜组件数：m=A/A m；

⑤系统膜组或膜池总数：n=m/m n；

⑥系统进水规模：Q t=Q c+Q zw=Q j+Q fw+Q zw；

⑦系统总回收率：Ｒ=Q j/Q tˑ100%。

式中Q c为产水流量，m3/h；Q j为系统净产水流量，m3/h；Q fw为反冲洗流量，m3/h；Q zw为正冲洗流量，m3/h；Q t为膜系统原水进水流量，m3/h；A为设计膜面积，m2；J为设计膜通量，m3/（m2·h）；η为在线因子；T j为膜净运行产水时间，等于总运行时间减去正反冲洗和其他的停运时间，min；T z为总运行时间，min；m为膜组件数，支；A m为单位膜组件的膜面积，m2；n为系统膜组或膜池总数；m n为单位膜组或膜池内膜组件数；Ｒ为系统总回收率，%。

2．5总体工艺布局

超滤膜净水厂总体工艺布局应遵循管路合理、配水均匀、流程短、能耗低，同时兼顾整洁美观［1］。膜组的布置力求管路最省，方便检修和拆运膜柱。布置重点除了膜组布局外，就是管道敷设，建议设置管沟或专门管道层，以方便施工和维护。辅助设施应靠近主生产线，同时采取隔离措施，以减小噪音并兼顾美观。

该项目的超滤车间均采取上下两层的工艺和土建布局。二层是超滤膜的膜堆组件，一层是管道阀组间、电缆及桥架、提升泵和水池、加药系统、化洗系统、中和系统、废水池、化学药剂池、空气动力等公用配套系统。该超滤车间具有功能分区和布局合理，管理便利，美观大方的特点。

2.6总体控制要求

超滤车间中控室设上位操作员站1台，工程师站1台，数据服务器1台（含22英寸显示器），开发相应的超滤装置运行智能分析软件系统，超滤车间中控室还需配备网络打印机、UPS电源等附属设备。

超滤车间设PLC1套，采用热冗余配置，组成双机热备系统，下设若干远程I/O站，其中：每个辅助

第8卷第2期供水技术2014年4月