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关于膜工艺应用的极致化思考

文章来源:《新常态》03     作者:工程中心 刘纪成

2016-06-14
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目前,全国水环境形式严峻。水资源开发利用率超过国际水资源开发生态警戒线;水体污染严重,重点流域、湖泊劣V类水体占比较高,城市黑臭水体大量存在;“水脏、水少、水不安全”问题日益严重。

环保需要供给侧升级,水污染治理的核心是“提标”。2015年11月,国家环保部公布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(征求意见稿)无疑是推动水处理供给侧创新升级的催化剂。因此,能够生产较高水质的MBR、超滤、DF、反渗透等膜技术将大有可为。以下是本人就完善膜系统设计、优化运营管理上几点浅薄的思考。 

换位思考

膜工艺相对于传统工艺来说运营管理复杂,是很多涉膜水厂用户的一个痛点。这主要是膜系统控制程序设计不够简便、智能,而运行人员又参差不齐,未能完全掌握膜系统的控制程序导致的。因此,这就需要换位思考,设计人员要站在使用者的角度去思考,考虑运行人员的实际情况,设计更加智能、自动化程度更高、运行更稳定、操作更简便、更有利于延长膜使用寿命的膜系统控制程序;运行人员要站在设计者的角度去思考,理解设计意图,优化运行模式,才能更好的维护膜系统,降低成本。

2014年在某反渗透项目调试时就遇到了运行人员不能掌握常规膜控制系统的情况。为了保证膜系统顺利验收和稳定运行,现场调试人员采取增加控制线缆,优化运行参数,设备连锁控制等措施,实现了反渗透产水过程、冲洗过程、化学清洗过程的一键启动;同时设置了电导率、进水压力、pH、液位等参数的报警条件,并为每个参数设置工作区间,保证了运行的安全性,该项目至今仍正常运行。该项目的稳定运行也说明膜系统控制程序存在很大的提升空间,需要设计人员进一步优化。

工匠精神

今年两会上,李克强总理在政府工作报告中提到“培育精益求精的工匠精神”,让人耳目一新。工匠代表着一个时代的气质,坚定、踏实、精益求精。“工匠精神”的核心在于,不仅仅是把工作当作赚钱、养家糊口的工具,而是树立一种对工作执着、对所做的事情和生产的产品精益求精、精雕细琢的精神。

对于膜工程项目的设计和建设同样需要工匠精神。新建项目需要吸取已有项目的经验教训,尽量避免已建项目中出现过的问题,不断的优化完善、精益求精、注重细节、追求完美和极致,建设最优质的工程。

工程中心成立技术质量组就是希望通过定期检查、督导,保证工程质量,力争建设精品工程,为日后膜工程长期稳定运行打下坚实的基础。

协同创新

“协同创新”是指创新资源和要素有效汇聚,通过突破创新主体间的壁垒,充分释放彼此间“人才、资本、信息、技术”等创新要素活力而实现深度合作;是一种取长补短的智慧行为。

在公司内部,协同创新需要多个部门联合开展技术研发或技术攻关,达到“1+1>2”的效果。2016年,工程与运营中心希望能与研发中心、设计研究院等部门联合开展一些研究,如中试、工程试验及实际运行疑难问题诊断等。目前公司的运营项目越来越多,工程与运营中心能够更方便获取项目运行数据,为工程试验研究和工艺技术优化提供必要的“子弹”和平台。

将上游产品生产、中游技术研发与工程设计及下游工程应用串联起来,形成一个完整的闭环,有助于产品升级、技术更新、设计完善及运行优化。

降低成本

2015年以来,PPP模式逐渐成为环保行业的主流,很多项目招标时没有指定工艺,并且出水水质指标执行国标(GB18918-2002)一级A,这就意味着MBR工艺和传统工艺竞争时在运行成本上缺乏优势。因此如何降低MBR工艺的运行成本是需要认真思考的问题。

电耗在运行成本中占比最大,节能降耗是降低运行成本的关键,主要措施有:①在已运营的项目上尝试进行风管改造,将膜风机和生化风机管道串联起来,中间通过节流阀控制,将膜池与生化池风机共享,减少运行风机数量或降低运行频率,降低电耗;②脉冲曝气,通过曝气量高低切换,降低膜吹扫能耗,目前已在MBR项目上大规模应用;③生物池精确曝气,控制好氧池溶解氧在较低而又合理的水平,降低电耗;④优化膜组器结构设计,降低平均曝气强度,在保证膜工艺正常运行的前提下,进一步降低膜吹扫曝气量。

此外,通过优化工艺设计与运行,减少碳源和除磷药剂等药剂投加量,控制药剂成本,是降低运行成本的另一个重要措施。

设计研究院、研发中心、工程与运营中心正在联合开发一体化的小型MBR设备,目标是简化设备配置、降低投资成本和运行成本,使MBR工艺在农村污水处理等小型项目上更具竞争优势。

污染控制

膜污染控制的好坏直接影响到膜的产水量和使用寿命,PPP模式下政府按照处理水量支付污水处理服务费,产水量下降意味着收入减少。因此,需要通过多种手段联合调控来减缓膜污染,延长膜使用寿命,保证产水量。

施工安装过程中控制膜污染需要做到不同膜池间、同一膜池不同区域的平整度在±5mm以内,以保证运行后各个膜组器曝气的均匀性,延缓膜污染。

运行过程中,强化膜污染控制应重点关注以下几点:

(1)预处理

防止油类进入系统造成膜孔堵塞;沉砂池应有效去除砂子,防止砂子进入膜池后沉积在膜组器下方,影响曝气均匀性;关注膜格栅的密封性,避免漏渣,漏渣会导致纤维、毛发进入膜池缠绕在膜丝上,减少有效过滤面积,降低产水量。

(2)曝气量

控制不同膜池间、同一膜池不同组器间曝气量相当,曝气均匀,防止污泥在膜表面沉积甚至板结。

(3)化学清洗

通过完善的在线和离线的化学清洗系统,使膜通量能够得到很好的恢复。①在线化学清洗:实现在线化学清洗一键启动,在减少工作量的同时降低清洗过程中的操作失误。多个项目验证,CIP清洗管道可选择U-PVC或碳钢衬塑材质,不宜选择不锈钢材质,因为氯离子会对不锈钢造成电化学腐蚀;②离线化学清洗必须要对离线清洗池做防腐。目前,地上MBR项目都设有离线清洗池,而地下MBR项目,很少设离线清洗池,但也有离线清洗的必要,建议设置离线清洗池。

充分做好膜污染控制,使膜通量衰减控制在设计冗余范围内,膜寿命控制在5年以上,可降低膜更换成本,有利于膜工艺的推广应用。

远程服务

现在“互联网+”遍布各行各业,环保作为一个传统行业,以往污水厂的自动化、信息化程度较低。近年来,随着以MBR为代表的污水处理新工艺的发展,污水厂自动化程度有了很大的提高,大部分设备能够在中控室监控,但信息化程度仍需提高。

数据的收集是提高水厂信息化的前提。目前很多EPC项目验收移交后,业主不愿将运行数据提供给我方,致使不能对膜系统运行情况进行很好的跟踪反馈。针对这种情况,可以跟业主协商只提供膜运行数据,而我方对膜运行数据进行分析并提供运行指导建议,变被动服务为主动服务。PPP项目并不存在膜运行数据收集困难的问题,为水厂的信息化提供了数据保障。 

互联网时代,水厂运营也应有所创新,为项目运行提供远程线上服务,可以分为三级,一是实时监控系统;二是远程专家系统;三是远程诊断系统。

(1)实时数据监控系统

目前水厂的主要运行数据储存在水厂上位机中,仅可通过上位机查询,非常不便。已有环保公司实现将水厂关键数据和关键设备运行状况通过手机APP的方式发送到终端手机中,可随时随地获取水厂运行情况。

对于农村分散型污水处理站,手机APP可把站点运行情况及时传输给管理人员,实现无人值守,为美丽乡村保驾护航。

(2)远程专家系统

建立数据库和数学模型,分析存储于云端的数据,判断膜系统的运行状况,提出建议并形成报告,定期将报告共享给相关人员,为项目运行提供服务。

(3)远程诊断系统

类似于远程医疗、远程视频通讯。技术人员可以通过手机远程视频通信,了解现场情况,指导现场人员进行设备运行维护,实现不去现场也可以提供最专业的“现场”指导和服务,解决现场存在的问题。