钻井废水淡化方案.docx
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钻井废水淡化方案
钻井废水深度系统
（技术方案）
贵阳鑫泓环境科技有限公司
GUIYANGXINGONGINDUSTRAILCO,.LTD
Date
Rev.
Description
Prepared
Checked
Approved
2015-03-11
O
IssueforTender
Tom
Jack-zhang
zdr
专注于为市政及工业用户提供清洁生产、资源综合利用、水循环利用的系统解决方案以及先进的水处理技术设备和系统管理服务
公司简介
贵阳鑫泓环境科技有限公司是一家专业从事流体过滤分离的水处理科技实业公司，专注于为市政及工业用户提供清洁生产、资源综合利用系统解决方案、膜分离技术工艺开发和设备生产制造、安装调试、运行管理服务。
鑫泓拥有七大项水处理主流技术，同时生成21个单项或系列产品，并能够将这些技术非常成熟的运用到工程实践案例中去，为清洁生产和资源综合利用提供足够的保证。
⑴微滤（MMF）
⑵超滤（UF）
⑶纳滤（NF）
⑷反渗透除盐系统（RO）
⑸连续电除盐（EDI/CEDI）
⑹离子交换设备（MB）
⑺膜生物反应器（MBR）
鑫泓公司现有3500平米设备加工厂房,员工180人，专业工程师6人，专注于水处理及工业自动化设备事业发展，产品应用已遍及太阳能光伏、电子、光电、半导体、集成电路、IC芯片封装、精细化工、工程玻璃、LCD液显、己内酰胺水溶液浓缩、化妆品、医疗、制药、食品、饮料、生物工程等行业和领域。
丰富的工程经验和不断的创新服务，在新的应用案例中不断吸收先进的工艺技术和管理经验，加快产品的技术升级，久通公司在工业用水处理、饮用纯净水、超纯水制备、废水资源化、海水/苦咸水淡化，化工、生物医药分离浓缩等高端技术方面的掌握和运用都取得了显著的成绩。
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专案工程服务方式
◎市政及工业用户水资源综合利用解决方案技术咨询
◎水处理工艺设计、系统规划、项目可行性计划报告
◎水处理装置设计、设备成套、安装调试及运行维护
◎水处理设备运行耗材供应、设备改造
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贵阳鑫泓公司一角
部分工程案例
▶海水/苦咸水淡化案例
【海水淡化】中海石油渤海9号钻台[2008年完成]
水源：
深海海水产水量：
400t/d钻台生活淡水水质：
100us/cmPH6.5–7.8
【海水淡化】出口印尼巴东、阿联酋海水淡化设备[2009年完成]
水源：
近海海水
产水量：
70t/d生活饮用水
水质：
100us/cmPH6.5–7.8
【甘肃省肃北县霍洛扎德盖北东矿业有限公司矿部苦咸水净化机30t/d】
2007年完成
水源：
深井水
水质：
100us/cmPH6.5–7.8
产水量：
30t/d生活饮用水
【深联电子电路板制程清洗废水回用系统】2012年完成
【芜湖鑫机械工业园污水处理中心】
1上安电厂冷却排污水回用810t/d
2亚源饮料厂420t/d
3贵洲天福煤化工污水回用1400t/d
4雅若兰日用品有限公司2000t/d
5东莞市龙商皮具厂280t/d
6上海瑞尔实业有限公司320t/d
7南京金城集团800t/d
8宗宗珠宝集团600t/d
▶工业纯水、生物制剂、饮料酒类、民生用水
1佛山市绿源植物纤维模塑料科技有限公司10t/h
2云浮市新兴三川山泉有限公司30t/h
3新兴黑森林酒业有限公司5t/h
4海南椰鹿保健酒有限公司10t/h
5广州众缘生物制药有限公司15t/h
6温氏牛奶肇庆生产基地10t/h
7上海晶丰申电子科技有限公司30t/h
8爱恩邦德（苏州）有限公司25t/h
第一章
设计总则
一、本技术方案书适用于钻井废水10m3/hr淡化设备车载装置项目，它提出设备的工艺结构→材料选型→设备性能→制造工艺→安装调试→操作维护→售后服务等方面的技术规范和要求，淡水设备主要包括：
⊙MMF+CMF（盘式过滤+超滤）预处理系统
⊙反渗透（RO）系统
⊙化学清洗装置
⊙加药（阻垢、PH调节）系统
⊙控制系统等。
二、我公司负责提供一套满足使用要求的高质量产品及相应服务。
三、我公司在设备设计和制造中所涉及的各项规程，规范和标准均遵循现行最新版本的中国国家标准或行业标准或国际标准，满足国家有关安全、环保等强制性标准。
四、本项目为水处理工艺系统总承包项目，我公司负责设计、设备制造、系统安装、系统调试和相关技术服务。
五、设备可能采用的专利技术涉及到的全部费用均被认为已包含在设备报价中，我公司保证业主不承担有关专利的一切责任。
六、我公司根据业主方提供的设计参考资料，筛选最佳工艺配置，确保设备性能最佳，设计符合下列准则：
§设备工艺设计采用技术是先进的、可靠的、安全的；
§设备配置、材料规格是符合工艺要求的；
§设备操作系统最安全、最简便；
§设备的运行管理成本经济合理；
§设备结构外观紧凑有序，整机模块化结构，操作维护方便；
§工艺设计满足核心技术的设计要求和相关的规范及标准；
§方便快捷的服务配套措施。
第二章
工艺设计细则
一、设计基础
水处理设备系统规划设计是针对用户现有水质水量、目标水质水量要求、工艺设计规范及要求、用户要求的操作系统、运行管理成本、安装使用条件等方面的问题来提出系统的解决方案和服务计划。
1.1设计原则
1.1.1根据该项目原水特征，结合已有的工程实例，在确保出水达标的前提下，采用成熟、可靠、先进的处理工艺。
1.1.2要求能耗低，运行费用低。
1.1.3设备选型做到合理、可靠、先进、高效节能，最大可能地减少维修费用。
1.1.4工艺技术先进，主要仪器、仪表选用国内外先进产品。
1.1.5系统具备连续24小时运转能力。
1.2设计依据
1.2.1原水水质
序号
分析项目
结果
单位
1
Na+
622
mg/L
2
Ca2+
570
mg/L
3
Mg2+
147
mg/L
4
Cl-
533
mg/L
5
SO42
1337
mg/L
6
HCO3-
184.7
mg/L
7
F-
1.1
mg/L
8
总硬度
646
mg/L
9
TDS
1580
mg/L
10
COD
1200
mg/L
11
BOD
600
mg/L
◆以上数据（仅供参考）
1.2.2系统产能和产水水质
根据用户要求，总水量15m3/H
流程
处理量
产水水质
超滤系统
15.0m3/hr
SDI值＜3
RO反渗透系統
10.0m3/hr
COD＜50
TDS＜100
BOD＜10
1.2.3设备安装结构
a）根据用户使用环境条件，我公司推荐采用车载式安装结构，设备结构说明参考附录（平面布置图示）；
b）设备载体结构为箱式钢结构，四门—--六门开放，附设散热通风装置，如需要应配置空调设施；
c）照明设施、消防措施。
1.2.4设备材质要求
根据原水水质分析和目标水质要求，原水属于高硬度含盐废水，工艺设计的主要目标是对原水软化除盐淡化，设备接液部分材质也必须符合这一条件。
d）水对设备材质有一定的腐蚀性，原水未经软化脱盐之前接触到的设备管阀须要一定的耐腐蚀性能、耐用周期；
e）深度脱盐净化后，达标水接触到的设备管阀材质采用UPVC材质；
1.2.5运行方式：
手动/自动
根据我们多年的工程经验，设备运行状态的自动化控制和故障报警、产品质量的在线监测是保证用户利益的根本措施。
a）简单方便的一键式操作方式可以省去由于用户对设备理解不充分带来的人为故障；
b）单元设备的就地控制可以方便设备维护，手动和自动的相互装换在设备性能的测试过程中是必不可少的；
c）在线监测系统可以有利于提前对设备运行隐患识别排除；
d）控制元器件的质量标准和耐用寿命是设备安全运行的可靠保证；
e）系统设计保留适当的冗余是设备故障状态下应急的必要措施。
1.2.6减震装置
除了化学加药泵和化学清洗泵以外，其它泵待澄清后决定是否需要安装橡胶减震垫。
1.2.7公用设施需求
水温15~30℃10m3/h
电源380V-3ph-50Hz20kw
环境（室温）15~30℃
二、执行标准及规范
A.国产设备标准和规范：
▼JB/T2932-99《水处理设备技术条件》
▼HG/T2698-95《化工设备衬里用未硫化橡胶板》
▼HGJ32-90《橡胶衬里化工设备》
▼DC130A16《橡胶衬里设备技术条件》
▼DL543-94《工业用水处理设备质量验收》
▼JB4730-94《压力容器无损检测》
▼JB2532-80《压力容器油漆、包装、运输》
▼水泵ISO、GB或JB标准
▼《反渗透水处理设备》GB/T19249-2003
B.外接管口标准和规范
1法兰接口符合《接口标准与阀门的法兰标准配套》
2接口管件符合下列标准的规定要求：
3HG21501-92《衬胶钢管和管件》
4《化工管路设计手册》HG20593-97
5JB/T74-94《管路法兰技术条件》
6JB/T74-94《管路法兰类型》
7HG20538-92《衬塑（PP.PE.PVC）钢管和管件》
8法兰标准：
HG20593-1999
C.进口组件/设备标准和规范：
◎进口设备的制造工艺和材料符合美国机械工程师协会（ASME）和美国材料试验学会（ASTM）的工业法规或IEC、NEMA、IEEE、ASTM、ASME、ANSI等中涉及的标准或相关标准。
◎美国石油协会标准（API76）及GB7783《计量泵试验方法》
◎超滤、反渗透设备遵循进口厂商提供的设计导则。
D.设计标准和规范：
§HGJ34-90《化工设备、管道外防腐设计条件》
§SHG34-91《石油化工企业给水排水管道设计规范》
§GB50050-2003《工业循环冷却水处理设计规范》
§CJ19-87《工业用水分类及定义》
§GB21-2002《工业企业设计卫生标准》
§《给水排水设计手册》
§GBJ-57-58《工业企业噪声控制设计规范》
控制设备测量仪表和电气的设计、制造符合GB50055-93《通用用电设备配电设计规范》、HG/T20573-95《分散型控制系统工程设计规定》，以及有关规定和标准。
E.某些专用材料与上述规范或标准不适应时，遵循最新发布的标准。
1我方所提供的材料及外购设备应符合所应用的标准。
2规范使用的标准如有新版本，以最新版本为准。
3当上述规范和标准对某些设备和专用材料不适用时，经买方及设计院确认后，可采用有关的标准和生产厂的标准。
第三章
工艺流程结构
一、系统设计参数
2.1系统工艺配置结构：
a）预处理采用MMF盘式过滤+（M）UF超滤；
b）软化除盐淡化采用反渗透（RO）装置；
c）系统的附属配置包括：
加药装置、化学清洗装置、动力泵浦、储水箱、5u精密过滤装置、在线监测系统、PLC编程控制系统、就地操作盘、警报装置、应急备品备件等主要设施。
2.2系统运行方式：
24小时连续运行
2.3系统控制方式：
全自动（PLC编程控制）---人机界面操作系统、手动操作及就地控制阀。
2.4系统设计参数
2.4.1单元设计参数
1）总给水量：
15m3/hr；
2）盘式过滤器处理量：
15m3/hr，反冲洗耗水量0.5-1%；
3）超滤产水量：
15m3/hr，回收率90%；
4）反渗透产水量：
10m3/hr，回收率65%，系统脱盐率≥95%，产水水质TDS≤100；COD≤50
5）原水设计温度：
22±2℃（膜元件性能测试实验室温度：
25℃）；
2.4.2反渗透膜系统进水指标
悬浮物①浊度＜1NTU
②SDI＜3.0
③微生物＜1个/ml
金属氧化物＜50ug/ml
有机物①TOC（以C计）＜5mg/ml
②COD（以O2计）＜15mg/ml
③BOD（以O2计）＜10mg/ml
PH值2-10
温度5-45℃
氧化剂余氯＜0.1mg/ml
臭氧（不允许存在）
有机溶剂不允许存在（如二甲基甲酰胺、柴油、汽油等）
2.5系统对外界的要求及设计界限
供水方式：
连续供水
电源：
3￠380/220V*50HZ
车载箱体尺寸：
L-7000*W-2500*H-2500
设备的设计以车厢为界限。
2.6设备设计使用年限
1）盘式过滤器…15年
2）UF/RO膜元件…4-5年
3）各类仪表…8年
4）PLC控制…8年
5）SUS管道…10年
二、工艺流程说明
2.8工艺流程图示
参阅附录：
工艺流程图示
2.9系统工艺流程描述
本废水淡化系统主要由三个子系统组成。
这些子系统是预处理盘滤系统、超滤（UF）、反渗透（RO）系统（参阅附录1流程示意图）。
2.91预处理部份
预处理系统由原水箱、原水泵、盘式过滤器、超滤装置、超滤产水箱及加药单元组成。
为了保证反渗透膜系统可以稳定运行，给水的严格处理就必不可少。
预处理的目的在于去除给水中容易对反渗透膜产生污染、堵塞或导致材质性能劣化的物质。
一旦预处理系统不能发挥作用，有污染物进入反渗透系统，这些物质可能在膜表面堆积，若给水中含有微生物，它的繁殖会导致更严重的后果。
预处理目标
1保证SDI＜5.0（越小越好）
2悬浮物浊度＜1NTU
3去除氧化物（余氯、金属氧化物、臭氧等）
4防止膜面结垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁铝氧化物等）
5去除可能对膜材质造成不可恢复的化学物质
a）原水箱
原水箱的作用在于为系统提供一个稳定的给水量，防止系统由于缺水频繁启动开车。
原水箱配置有液位开关，当液位处于满水状态时停止补水、处于缺水状态时开始补水。
原水箱需要定期清洗，水箱设有排污阀
原水箱材质采用不锈钢内涂防腐层，以满足耐腐蚀性能的需要。
b）原水泵
原水泵为原水提供合适的流速，确保过滤效果和产水量，泵浦材质为SUS316，满足耐腐蚀性能需要。
c）盘式过滤器
盘式过滤器的过滤头和外壳是由增强聚酰胺塑料成形制造，防腐耐磨，可承受工作压力1Mpa。
过滤叠片材质为聚丙烯塑料，密封为EPDM，进出水及排水管路为碳钢喷涂环氧树脂，不锈钢材质等，这一切使得整套过滤器系统能抵挡恶劣的工作环境。
过滤器共有两种运行状态：
过滤状态和反洗状态。
在过滤状态下，原水从外面通过叠片，过滤叠片在弹簧力和水力的作用下被紧紧地压在一起，杂质颗粒被截留在叠片交叉点，产水从过滤器中流出。
当到达一定压差时，系统自动进入反洗状态，控制器控制阀门改变水流方向，反冲水压使叠片被松开，位于叠中央的喷嘴沿切线喷射，使叠片旋转，将截留在叠片上的杂质冲洗甩出。
当反冲结束时，水流方向再次改变，叠片再次被压紧，系统重新进入过滤状态。
盘式过滤系统特点：
1占地小，灵活：
各单元可以灵活组合，使水处理整体系统紧凑美观。
集中控制：
将过滤控制系统并到整体水处理系统中，实现集中完全控制。
水体适应性广：
全塑料过滤单元可以适合地下水，地表水，污水，海水等
2耐结垢：
即使最严重结垢倾向的水也能过滤，叠片结垢后，可轻松再生。
3稳定过滤效率：
独特设计精确制造的叠片，拥有，、100μ、130μ、200μ、400μ等多种规格，不同的过滤精度精度，自锁性过滤确保稳定的过滤效率。
4全自动控制，连续过滤：
在过滤器模块组套内，反洗过程轮流交替进行，各单元工作、反洗状态之间自动切换，可确保连续出水，系统压损小。
5适合高腐蚀流体和环境：
系统材料选择广，其中全塑系统拥有优秀的抗化学腐蚀性，耐酸，耐碱，耐盐，耐溶剂。
6系统操作成本低，运行可靠，寿命长：
系统出厂前经100%整体测试运转。
几乎不需日常维护，安装操作方便。
专利设计的过滤单元几乎不损伤，所需备品备件很少。
经20多年工业实用验证，过滤和反洗效果不会随使用时间而变差。
d）UF--超滤（CMF连续膜过滤）
1）
超滤采用膜过滤的方式能有效地去除大于0.2μm的胶体和颗粒物，降低浊度，提高原水的透明度。
这样可以有效的防止RO膜表面的结垢。
相较于传统的预处理工艺，超滤具有占地面积小，操作维护方便，控制简单等优点。
超滤系统在很多的应用场合取代了传统的预处理工艺。
★超滤（UF）是目前最为先进的微滤技术，其利用聚偏氟乙烯（PVDF）材料制成的中空纤维式超滤膜的细微孔径来过滤、去除和分离水中的有效直径0.001-0.1微米的颗粒和分子量在5000---500000道尔顿范围内的水质，广泛应用于地表水、海水及废水中大颗粒有机物、胶体、细菌及其它悬浮物微细颗粒杂质的去除。
★超滤装置系统简单且出水水质稳定，运行工况几乎不受原水水质变化造成的影响。
大量的工程实践证明：
UF超滤对水中的悬浮物、胶体、大分子有机物、细菌类都有极佳的去除效果。
UF过滤优点如下：
a、物理过滤的极限，同时可以滤除大分子有机物，这是微滤及普通过滤无法比拟的;
b、稳定的出水水质，即使原水水质发生变化；
c、操作简单，可以实现全自动运行；
超滤产水水质指标：
浊度≤0.2NTU，SDI≤2，微生物去除率≥99.9%，完全满足反渗透系统的进水要求
预处理工艺设计依据-----预处理五个基本目标
防止结垢、防止胶体污染、防止微生物污染、防止有机物污染、防止膜材质性能劣化。
⑴防止结垢：
结垢是难溶性的盐类在膜表面析出的固体沉淀物，防止结垢的方法是保证难溶性盐类不超过饱和界限。
结垢不仅发生在膜表面，有时在系统管路内部也会发生。
在反渗透系统中析出的垢主要以是无机盐，以CaCO3为主，在PH偏碱性状态下包括Mg（OH）2等在内的各种难溶性氢氧化物。
在防止结垢方面的措施主要从四个方面（或同时）考虑：
1回收率：
当回收率偏高的情况下，在膜元件浓水侧盐分浓度高，容易超过饱和界限而析出垢导致结垢风险。
2PH：
在不同的PH值水质条件下无机盐的溶解指数也会不同，所以通常通过加酸加减来调节PH值（一定要考虑是否会有新的沉淀物形成）。
3阻垢分散剂：
加入阻垢分散剂也是为了增大盐分的溶解度，使之不易析出。
过量投加会形成新的污染风险。
4离子交换软化:
离子交换软化是一种有效防结垢措施，但必须考虑实施条件和运行成本。
结合以上几点，在对原水水质充分掌握的情况下，结合现场使用环境条件，本系统采用超滤作为预处理并投加阻垢分散剂的措施可以保证结垢风险最低，运行成本最低、操作最方便。
⑵防止胶体污染
胶体是具有1纳米（nm）到1微米（µm）粒径，向粘土一样很难自然沉降的粒子，在水中通常带负电，因此胶体粒子之间由于静电斥力作用不会发生聚合，这些带电粒子进入到反渗透系统后被拦截而停留在膜表面形成胶体污染。
⑶防止微生物污染
反渗透给水中的微生物会在膜表面沉降、凝结形成一层生物膜。
一般来说生物膜超过一定的厚度界限就会形成污染，使得原水侧的通道阻力增大，原水和浓水之间的压差增大。
同时由于生物膜的阻挡，系统运行的有效压力也会减少，从而导致系统脱盐率下降。
防止微生物污染一般是采用杀菌方式进行，通常投加杀菌剂（药品杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌等），为了防止杀菌后带来的二次风险，本系统利用超滤的精密过滤功效来控制微生物指数，同时设计中考虑定时对超滤膜系统进行反冲洗和化学清洗来保证超滤膜的运行安全。
⑷有机物污染的防止
反渗透膜元件材质是带有苯环的芳香族聚酰胺有机物，通常显示负电性。
带正电的有机物即使在很低的浓度下也会在膜表面吸附造成水通量的急剧下降，有机物的污染一般很难用肉眼看到。
有机物一般属于大分子物质，分子量和粒径均在超滤膜过滤拦截的范围内，本系统采用超滤作为预处理，在不投加其他药品的情况下可以有效去除有机物，保证反渗透系统运行安全。
⑸防止膜元件性能劣化
膜元件劣化主要有物理劣化和化学劣化两个方面，在系统工艺设计方面主要考虑的是化学劣化。
化学劣化就是指膜元件材质受到水体中氧化剂的影响，芳香族聚酰胺的聚合链被切断，或者由于过量的酸碱等药剂清洗，导致膜分离性能衰减。
所以严格控制氧化剂进入反渗透膜系统是非常必要的。
本系统设计还原剂投加装置，在线ORP氧化性电位监测、PH监测，根据实际需要适时投加还原剂以中和氧化剂的氧化性。
2.92反渗透除盐淡化系统
在本方案中采用了反渗透系统。
它包反渗透高压泵、反渗透单元、反渗透水产水箱、反渗透水输送泵。
渗透作用是一种自然作用，它是指流体通过半透膜而进入另一侧。
这个渗透现象是，低盐含量溶液中的清水会透过膜自动进入高盐含量的溶液中。
这种过程在对高盐含量的溶液进行加压时，是可以逆转的，使得清水从高盐溶液中流入低盐溶液中。
反渗透分离技术是通过膜组件的半渗透性去除水中的溶解性杂质。
半渗透膜允许水通过，但是会阻止溶解盐类、无机分子及分子量大于100的有机分子通过。
在设计方面，为了保护泵不会被损坏，反渗透高压泵吸入口均装有低压开关，同时在泵的输出口均设有高压开关。
当进水流量过小，造成的低压状况时，流量开关将发出电信号来关闭泵而保护防止空转。
相同地，当泵出口的压力大于预设值时，高压开关也会停止反渗透高压泵，以免反渗透膜超负荷而被破坏。
级反渗透的产品水电导率值将会通过变送器被送到电导显示器并在控制面板上连续显示。
反渗透系统的设计必须要考虑的问题是系统回收率、回收率偏高带来的结垢风险、膜元件选型、膜元件水通量、膜元件数量、压力容器选型、膜元件排列方式、泵浦选型（能耗）、PH值和水温变化造成的不稳定因素、产水水质下降应对措施、压力损耗、设备附属配置（开机冲洗、停机冲洗、化学清洗）等。
e）保安过滤器
通过预处理后的水在进入反渗透之前通常会设置过滤精度为5µm的保安过滤器，这是为了防止管路和中间水箱带入污染物，或者前端机械过滤可能存在的泄露，这些污染物或机械颗粒杂质在高压泵浦加压后会对膜元件造成污染或物理性伤害。
保安过滤是反渗透进水前的最后一道屏障，是必不可少的保安措施。
保安过滤器设有进出口压力监测，当压差达到规定值时表明滤芯需要更换或清洗，通常保安过滤器的滤芯需要定期更换，更换周期视设备具体工作情况而定，一般15—30个工作日更换一次。
f）高压泵浦
反渗透膜分离过程是依靠压力驱动克服渗透压的反向过程，所以需要施加外部压力才能使给水通过反渗透膜分离层，达到分离净化的目的。
系统配置高压泵的目的在于给反渗透系统进水提供足够的压力，高压泵是反渗透系统构成的必要要素。
为了维持产水量、控制操作压力不超过允许的极限值，就必须控制高压泵的出口压力。
本系统属于苦咸水淡化工艺，选用美国海德能公司的苦咸水淡化膜（CPA3-LD），该系列的膜元件允许的最高操作压力为4.14MPa,以膜元件性能指数和我公司工程实践经验为参考，系统的正常运行压力一般在1.55MPa左右。
依据高压泵浦的应用条件和选型参考，离心
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