广州番禺水务石碁水厂超滤系统项目技术方案-20240920.md 19 KB
广州番禺水务石碁水厂项目
超滤系统技术方案
金科环境股份有限公司
2024年09月
目 录
1、 工程概述 1
1.1 项目概况 1
1.2 设计依据 1
1.2.1 编制依据 1
1.2.2 采用的规范与标准 1
1.3 工作范围 1
1.4 技术方案亮点说明 2
1.4.1 性能优良的膜产品 2
1.4.2 膜防污染技术 2
1.4.3 BIM设计 3
1.4.4 数字化管理平台 4
1.4.5 公司其他经验和技术优势 6
2、 工艺设计 7
2.1 膜系统工艺流程图 7
2.2 系统设计 7
2.2.1 工艺说明 7
2.2.2 系统组成 8
2.2.3 设计参数 8
3、 主要设备清单 9
4、 运行成本 12
4.1 基础数据 12
4.2 运行费用计算 12
附：计算书 13
工程概述
项目概况
项目名称：广州番禺水务石碁水厂项目
项目背景：广州番禺区石碁水厂深度处理拟采用超滤工艺，以去除细菌及病毒等物质以保证饮用水安全。
建设规模：产水120000m3/d。
设计依据
编制依据
国家和地方相关的法律、法规、规范、标准、定额和指令性规划文件
建设方提供的原水水量、水质指标
建设方提供的产品水水质需求资料
其他相关资料
采用的规范与标准
| 室外给水设计标准 | GB 50013-2018 |
| --- | --- |
| 建筑给水排水设计标准 | GB 50015-2019 |
| 地表水环境质量标准 | GB 3838-2002 |
| 生活饮用水卫生标准 | GB 5749-2022 |
| 水处理设备制造技术条件 | NB/T 10790-2021 |
| 超滤水处理设备 | CJ/T 170-2018 |
| 低压配电设计规范 | GB 50054-2011 |
工作范围
本项目可提供的工作范围为膜处理车间及配套水池外墙内1米范围之内的所有膜处理设备及配套的水泵、阀门、管道、电气、自控仪表系统等完整的处理装置的设计、供货、安装、调试和整体交付，不包含土建、暖通、给排水等其他专业范围。
技术方案亮点说明
性能优良的膜产品
超滤膜选用无机陶瓷膜材质，使用寿命长，能充分降低系统在运营中的耗材成本，确保在膜元件寿命期内，产水量满足设计的要求；陶瓷超滤膜可彻底去除悬浮物、胶体等，出水SDI稳定＜3；
陶瓷超滤膜是以氧化铝、氧化锆和氧化钛等粉体原料经特殊工艺制备而成的具有特殊选择性分离功能的高性能膜材料。由支撑体层、过渡层和膜层组成的非对称结构，该材质的陶瓷超滤膜具有以下优点：
1) 优良的物理化学稳定性，温度适用范围广；
2) 耐污染能力强，陶瓷材料具有较强极性，使油类、蛋白等非极性污染物对膜表面与膜孔内部的粘附功较小；
3) 机械强度高，更适用于高黏度、高固含量、含硬性颗粒的复杂流体物料的分离，对物料的预处理要求相对较低；
4) 分离效率高，透水通量高，孔径分布窄和非对称
5) 膜结构可显著提高对特征污染物或特定分子量范围溶质的去除率；
6) 可与氧化剂联合使用，减轻膜污染，增强对污染物的去除效果；
7) 易于实现膜再生，陶瓷膜元件使用寿命更长。
陶瓷超滤膜主系统是由若干陶瓷超滤膜组件集成于模架内组成膜堆，多个膜堆在自动化系统的统一控制下构成相对独立的陶瓷超滤膜装置；
本系统陶瓷超滤膜的结构设计易于更换、安装和增容，膜支架和膜元件拆装灵活，使膜系统的安装和维护更简便，单支膜组件更换时，不影响其所在膜主机的运行。
膜防污染技术
膜技术在水处理应用中的最大问题是膜污染和破损，其主要原因是在过滤过程中，水中的胶体、有机污染物、生物黏泥等引起膜污染。目前行业中解决污染的措施一般为水洗、气洗、化学清洗等。其中气洗的过程可以改善膜污染情况。化学清洗是通过定期加入一定浓度的酸、碱、氧化剂等进行浸泡，将污染物质去除，从而解决污染的问题。但化学清洗是把双刃剑，频繁的化学清洗会加速膜材质的化学分解导致性能衰减，降低膜的使用寿命。
膜防污染技术是一种通过智能加药降低陶瓷超滤膜污染的技术。可以预防膜污染，延长膜元件的使用寿命。该技术是公司从水处理系统整体着手，开发的针对控制膜污染的工艺技术。该技术根据项目水质的变化波动等情况，针对性选择微絮凝，预防膜污染，降低膜系统的化学清洗频率，使膜系统通过反洗和气洗即可恢复性能，从而实现延长膜元件的寿命，提高膜系统运行效率。
BIM设计
本项目将采用BIM设计，即建筑信息模型，以三维数字技术为基础，将水厂本身及水厂建造过程三维模型化和数据信息化。
通过BIM技术的采用，可实现设计阶段的协同设计、可视化设计、管线综合设计，并进行工程量的统计以及成本控制。同时，在施工阶段可进行施工场地分析、可视化交底、施工模拟及施工安全管理，将设计与施工的衔接可视化、智能化，减少人为的失误，保证施工质量与工期。
此外以BIM的设计模型为基础，可完善水厂的数字双胞胎（即实体水厂和数字水厂），实时显示超滤和反渗透系统运行数据，并对系统运行状态进行评估，根据目前检测数据预测系统可能出现的故障和建议预防措施，从而简便运营维护。BIM效果图如下：
数字化管理平台
数字化管理平台是由公司开发的管理平台，可以在向客户交付实体水厂的同时，提供数字水厂。数字化管理平台融合了工程项目的设计数据、实施过程数据和运行数据，记录了实体水厂从无到有的发展历程，以及实时运行状态，实现了实体水厂的数字化模拟，为实体水厂的资产管理、远程监测、运行智慧化提供了数字化工具。
数字化管理平台是一种Online to Offline（线上线下）的三级智能系统，可以从三个不同的层次为用户提供服务：
1) 在移动端实时在线地监控水厂运行状况；
2) 定期采用智能软件对储存在云端的数据进行分析，提供运行建议，优化运行参数；
3) 随时采用视频通讯，由金科的技术专家指导系统的运行维护；
我公司可提供GTOIS金科膜管家系统，该系统将与我公司的运行中心相连接，为项目提供实时的运行支持，确保项目投运后的长期、稳定运行。
工作流程示意图
公司其他经验和技术优势
工程项目管理
我公司是具有多年工程经验的企业，拥有能力不凡的工程师队伍和国外的先进工程技术、理念。在本工程建设周期中的各阶段实施期间将积极筹措资金，统筹安排，合理交叉作业，认真组织好设计、采购、施工和安装，做出一个行业的样板工程。
大规模水厂设计及运行经验
公司二十年来一直专注于水深度处理及污废水资源化，目前处于国内行业领先地位。公司作为国内膜系统技术工程应用的主要推动者之一，承接了大量国家重要项目，包括北京冬奥会崇礼和延庆主会场饮用水厂，雄安新区第一自来水厂，北京南水北调石景山水厂，国内首座30万吨级纳滤深度处理项目-张家港第四水厂等，其中张家港第四水厂获得GWI“2022全球水奖-年度最佳市政供水项目”金奖，雄安新区第一自来水厂获得2022-2023年度国家优质工程奖。
“与客户共创价值，以科技赋能发展”，金科环境将继续开发满足客户和环境需求的产品与技术，在实现业务发展的同时助力行业实现高质量发展目标。
工艺设计
膜系统工艺流程图
工艺流程详见下图：
系统设计
工艺说明
陶瓷膜超滤供水泵将预处理出水提升加压，经加压后水直接送至陶瓷膜超滤系统，经过保安过滤器或自清洗过滤器，由于陶瓷超滤膜本身的特性，大部分的细菌、藻类、胶体物质和微小的颗粒物质被截留在膜的表面，水及水溶性的物质透过膜孔，水质在膜系统得到净化。通过陶瓷超滤膜的过滤作用，SS及胶体物质基本得以去除。
常规超滤过滤系统过滤一定时间后，在膜的表面会沉积一层污染层，需要对膜元件进行反洗，陶瓷超滤膜过滤系统具有独一无二的新型污染控制工艺，整个陶瓷超滤膜过滤系统在不影响日产水量的情况下，通过新型的运行工艺使膜表面的被污染时间增长，使CEB的清洗周期增长。
其运行工艺为：整个系统正产运行，通过时间控制技术定时对膜表面的污染进行控制，不会等到膜通量有所下降后才开始对其反洗，此工艺系统为间歇性脉冲高压反洗，反洗时间＜3s并且不会影响产水率，到达设定的反洗时间，系统会瞬间打入压缩空气，使膜孔内的体积水高压射出从而带出膜表面污染物以控制膜表面污染，此工艺比常规反洗泵用水反洗效率高，不浪费水，不影响产水率，回收率高。
随着长时间的运行，由于水中含有各种细菌、有机物、无机物等，仅用脉冲式进行膜表面污染控制并不能完全保证膜通量不变，所以，在膜元件长时间过滤后，脉冲式膜污染控制无法达到原有产水量时，需要对膜进行CEB清洗，通过化学药剂彻底去除膜表面的污染物。脉冲反洗后的部分废水可直接送至厂区回水管网，返回至前端处理单元。
本系统在设计时充分考虑水质水量的影响，系统在设计温度、进水水质满足设计进水水质的要求的条件下运行。当季节性温度变化或其他因素引起水温变化时，由于膜本身的热胀冷缩和水黏度的变化，对膜通量有一定的影响，一般来说，温度升高膜通量增加，温度降低膜通量减少。在本项目中，采取一定措施（超滤供水泵设置变频器，同时在每组超滤装置前设置气动调节阀），使温度变化在一定范围时，可通过超滤供水泵变频或气动调节阀门，增加透膜压差保持恒定的膜通量（即恒流变压运行）。
系统组成
超滤膜系统主要包含：
超滤膜装置主系统；
原水提升系统；
预处理系统；
物理清洗系统；
化学清洗系统；
中和系统（废水无害化处置系统）；
空气动力系统（气源系统）；
电气、自控及监控系统
设计参数
| 设计参数 | 单位 | 数值 |
| --- | --- | --- |
| 设计进水规模 | m3/d | 122605 |
| 操作周期 | min | 60 |
| 脉冲反洗时间 | s | ≤10 |
| 化学加强反洗 （CEB）周期 | h | ~80 |
| 系统回收率 | \ | 98% |
| 出水SDI | h | ≤3.0 |
| 出水浊度 | NTU | 0.1 |
| 设备数量 | 套 | 10 |
主要设备清单
| 序号 | 名称 | 规格型号 | 单位 | 数量 | 备注 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 一 | 超滤系统 | | | | |
| 1 | 超滤供水泵 | 离心泵，Q=1750m3/h，H=25m，N=185kW，过流材质：不锈钢，变频控制 | 台 | 4 | 3用1备 |
| 2 | 自清洗过滤器 | 转刷式自清洗过滤器，1750m3/h，300um，含控制器，排污阀等，壳体：碳钢防腐，滤网：不锈钢 | 台 | 4 | 3用1备 |
| 3 | 超滤系统 | | | | |
| 3.1 | 超滤主机 | 成套撬装，单套净产水量≥12000m3/d，压力式超滤，膜材质AL2O3，配套膜壳，回收率≥95%，配套阀门、仪表等。设计压力PN1.0Mpa，工艺介质管材CSP/HDPE。 | 套 | 10 | |
| 3.2 | 超滤膜组件 | 净产水量为≥12000m3/d，压力式超滤，膜材质AL2O3，配套膜壳 | 套 | 10 | |
| 3.3 | 配套气动阀组 | 完整包括进水气动调节蝶阀，产水/反洗进水/反洗上排水/反洗下排水/进水侧排空/自动排气气动蝶阀，PN1.0Mpa，中线式，阀体：球墨铸铁，阀座：EPDM，阀杆：不锈钢，阀板：球墨铸铁衬尼龙；带电磁阀，限位开关 | 套 | 10 | |
| 3.4 | 配套过程/分析仪表 | 完整包括进水电磁流量计，进水/产水压力变送器，进水/产水压力表、产水浊度计等 | 套 | 10 | |
| 3.5 | 膜设备机架 | 碳钢防腐，运行承压PN1.0Mpa | 套 | 10 | |
| 3.6 | 膜架、阀架、管道、管件及连接件 | 工艺介质管材CSP/HDPE，系统连接管材CSP/HDPE，PN1.0Mpa | 套 | 10 | |
| 4 | 超滤反洗系统 | | | | |
| 4.1 | 气压水罐 | 规格：5m³，1.0MPa，碳钢，配自动排气阀、液位计、压力传感器 | 台 | 1 | |
| 4.2 | CEB化学清洗水泵 | 单级卧式离心泵，Q=400m3/h，H=30m，P=55KW，汽蚀余量＜5m，叶轮材质：不锈钢，壳体材质：铸铁 | 台 | 2 | 1用1备 |
| 4.3 | 配套过程/分析仪表 | 完整包括反洗水电磁流量计，压力表、液位计等 | 套 | 1 | |
| 5 | 加药系统 | | | | |
| 5.1 | 柠檬酸加药装置 | 整体撬装，1箱2泵，带液位计 | 套 | 1 | |
| 5.2 | NaClO加药装置 | 整体撬装，1箱2泵，带液位计 | 套 | 1 | |
| 5.3 | NaOH加药装置 | 整体撬装，1箱2泵，带液位计 | 套 | 1 | |
| 5.4 | 还原剂加药装置 | 整体撬装，1箱2泵，带液位计 | 套 | 1 | |
| 6 | 气源系统 | | | | |
| 6.1 | 空压机 | 微油螺杆式，入口流量：4.0Nm3/min；出口压力：0.85MPa，电机功率：30kW | 台 | 2 | 1用1备 |
| 6.2 | 储气罐 | 1.0MPa，1.0m3，碳钢，配安全阀，自动排污阀，截止阀 | 座 | 1 | |
| 6.3 | 储气罐 | 1.0MPa，4.0m3，碳钢，配安全阀，自动排污阀，截止阀 | 座 | 1 | |
| 6.4 | 冷冻式干燥机 | 入口流量：4.0Nm3/min; | 台 | 2 | 1用1备 |
| 7 | 化学清洗系统 | | | | |
| 7.1 | CIP清洗水箱 | 材质：PE，容积：12m³，含加热器 | 座 | 1 | |
| 7.2 | CIP化学清洗泵 | 离心泵，Q=70m3/h，H=30m，P=11KW，叶轮材质：SS316，壳体材质：SS316 | 台 | 2 | 1用1备 |
| 7.3 | CIP清洗篮式过滤器 | 流量70m3/h，壳体：碳钢内衬塑，滤网：SS316，300um，设计压力1.0Mpa | 台 | 1 | |
| 7.4 | 中和废水泵 | 潜水泵，Q=100m3/h,H=15m,P=11KW,材质：铸铁，配套耦合装置 | 台 | 2 | |
| 二 | 系统连接管道、管件、安装辅材、配件 | 系统连接管道、管件、管道连接器、法兰、管配件等，满足安装与使用要求的螺栓等组件，主工艺管道：碳钢衬塑；化学清洗管道：碳钢衬塑/HDPE/UPVC ；加药管道： UPVC；压缩空气管道SS304 | 套 | 1 | |
| 三 | 阀门仪表 | 工艺配套 | 项 | 1 | |
| 四 | 电气系统 | 工艺配套 | 项 | 1 | |
| 五 | 自控系统 | 工艺配套 | 项 | 1 | |
运行成本
基础数据
本装置的年运行时间按365天计；
药剂按市场价格计算；
动力消耗按0.6元/kwh考虑；
超滤膜的更换按照10年计算，平均分摊到每吨水中。
运行费用计算
| 序号 | 项 目 | 单位 | 单价 | 年总消耗 | 总金额（万元） |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| I | 超滤系统 | | | | |
| | 产水规模 | m3/d | | | 120000 |
| 一 | 药剂费 | | | | |
| 1 | 次氯酸钠（10%液体） | t | 1300 | 21.10 | 2.74 |
| 2 | 氢氧化钠（30%液体） | t | 1500 | 12.89 | 1.93 |
| 3 | 柠檬酸（98%固体） | t | 9500 | 14.35 | 13.63 |
| 4 | 还原剂（98%固体） | t | 4000 | 3.20 | 1.28 |
| 二 | 耗材费 | | | | |
| 1 | 超滤膜更换费用 | | | | 151.55 |
| 三 | 动力消耗 | | | | |
| 1 | 电 | 104kw/h | 0.6 | 287.69 | 172.613 |
| | 合计 | | | | 343.76 |
| | 吨产品水成本 | 元/吨水 | 0.0785 | 0.0785 | 0.0785 |
本系统直接运行包含吨水电耗、吨水药耗及膜折旧费，不考虑外输水及外排废水处置费用；
2．以上直接运行成本根据目前项目情况计算，如有更新要求将根据最新情况进行相应调整。
附：计算书
系统主要计算如下：
| 序号 | 名称 | 数值 |
| --- | --- | --- |
| 1 | 膜形式 | 压力式 |
| 2 | 设计进水量 (m3/d) | 122,605 |
| 3 | 设计产水量 (m3/d) | 120,000 |
| 4 | 水回收率 (%) | 97.88 |
| 5 | 净产水通量 | 189.39 |
| 6 | 设计流量时的瞬时膜通量 (L/m2.h） | 198.85 |
| 7 | 膜装置数量 | 10 |
| 8 | 单套装置瞬时进水量 (m3/h) | 525 |
| 9 | 单套装置平均产水量 (m3/h) | 500 |
| 10 | 每套装置膜组件数量 | 66 |
| 11 | 每个膜组件（膜壳）中膜元件数量 | 1 |
| 12 | 膜元件总数 | 660 |
| 13 | 单支膜元件面积 (m2) | 40 |
| 14 | 总膜效膜面积(m2) | 26,400 |
| 15 | 膜材料 | 氧化铝 |
| 16 | 设计ph操作范围 | 2~12 |
| 17 | 系统排水量 (m3/d) | 2,605 |
| 18 | 过滤持续时间(min) | 60 |
| 19 | 反洗方式 | 水洗+气洗 |
| 20 | 反洗流量 (m3/h) | 950 |
| 21 | 每个膜装置反洗次数 (次/天) | 23.35 |
| 22 | 每个膜装置反洗总时数 (min/天) | 31.14 |
| 23 | 反洗耗水量 (m3/次) | 10.56 |
| 24 | 反洗日耗水量 (m3/d) | 2,466 |
| 25 | CEB间隔 (h) | 82.21 |
| 26 | CEB总耗时 (min/次) | 26 |
| 27 | CEB耗水量 (m3/次) | 47.52 |
| 28 | CEB日耗水量 (m3/d) | 138.73 |
| 29 | 维护性清洗方法 | 化学强化反洗 |
| 30 | CEB清洗药剂名称及浓度 | NaoH 550ppm |
| 30 | CEB清洗药剂名称及浓度 | NaClO 300ppm |
| 30 | CEB清洗药剂名称及浓度 | 柠檬酸 2000ppm |
| 31 | CEB化学药品需用量(kg/每次) | NaoH 12.1 |
| 31 | CEB化学药品需用量(kg/每次) | NaClO 19.8 |
| 31 | CEB化学药品需用量(kg/每次) | 柠檬酸 13.5 |
| 32 | 每月CEB总次数 | 87.58 |
| 33 | 年维护性化学药品需用量(t/年) | NaoH 12.9 |
| 33 | 年维护性化学药品需用量(t/年) | NaClO 21.1 |
| 33 | 年维护性化学药品需用量(t/年) | 柠檬酸 14.4 |
| 34 | 恢复性清洗方法 | CIP清洗 |
| 35 | 恢复性清洗药剂名称及浓度 | NaoH 550ppm |
| 35 | 恢复性清洗药剂名称及浓度 | NaClO 500ppm |
| 35 | 恢复性清洗药剂名称及浓度 | 柠檬酸 2000ppm |
| 36 | 最低恢复性清洗时间间隔（天） | 180 |
| 37 | 恢复性清洗持续时间（min） | 480 |
| 38 | 恢复性废水量 (m3/次) | 12 |
| 39 | 恢复性废水量 (m3/年) | 240 |
| 40 | 每年恢复性化学清洗次数 | 2 |
| 41 | 年恢复性化学药品需用量(t/年) | NaoH 0.4 |
| 41 | 年恢复性化学药品需用量(t/年) | NaClO 1.2 |
| 41 | 年恢复性化学药品需用量(t/年) | 柠檬酸 0.5 |
| 42 | 超滤供水泵数量（台） | 4 |
| 43 | 超滤供水泵运行数量（台） | 3 |
| 44 | 超滤供水泵流量 (m3/h) | 1750 |
| 45 | 超滤供水泵扬程 (m) | 25 |
| 46 | 超滤CEB泵数量（台） | 2 |
| 47 | 超滤CEB泵运行数量（台） | 1 |
| 48 | 超滤CEB泵流量 (m3/h) | 400 |
| 49 | 超滤CEB泵扬程 (m) | 30 |
| 50 | 超滤中和泵数量（台） | 2 |
| 51 | 超滤中和泵运行数量（台） | 1 |
| 52 | 超滤中和泵流量 (m3/h) | 100 |
| 53 | 超滤中和泵扬程 (m) | 15 |