自主创新项目2

PVDF 超滤膜材质在处理高碱水 方面的探索与应用 项目负责人 张志刚项目负责人 张志刚 完成单位 水务工段完成单位 水务工段 完成日期 二完成日期 二 一五年二月一五年二月 2 目目 录录 第一章 项目立项的背景及其目的 意义 3 1 1 项目立项背景 3 1 2 项目实施目的和意义 3 第二章 项目基本情况 4 2 1 项目的总体设计 4 2 2 PVDF 膜的应用 4 第三章 技术创新点 技术的新颖性 适用性和成熟度 11 3 1 技术创新点 11 3 2 技术新颖性 12 第四章 成果转化和推广应用的条件及前景 14 4 1 成果和应用的条件 14 4 2 应用前景 14 第五章 存在的主要问题 改进意见及进一步创新改进的设想 15 5 1 存在的主要问题 15 56 2 改进意见和改进思想 15 第六章 项目效益分析报告 16 6 1 经济效益分析 16 6 2 社会效益分析 16 附件 淄矿集团自主创新项目验收申请 17 淄矿集团自主创新技术项目验收 19 项目完成人员名单 21 淄矿集团自主创新技术验收汇总表 22 自主 技术 创新项目奖励申报书 23 项目申报奖励人员名单 25 自主 技术 创新项目奖励汇总表 26 3 第一章 项目立项的背景及其目的 意义第一章 项目立项的背景及其目的 意义 1 11 1 项目立项背景项目立项背景 由于我公司水处理系统在当初设计时 采用地下水作为水源 地下水水质 较好 水中细菌 微生物含量基本没有 脱盐水系统超滤采用美国科氏膜 材 质为聚醚砜完全符合设计要求 2011 年 6 月份水系统投入运行后不久 由于内蒙古地区水资源匮乏 旗政 府不允许化工生产开采地下水使用 公司领导采取相应措施 要求公司生产停 止地下水使用 利用距离公司东北 2km 的白河 季节河 水库作为生产用水水 源 该水库养殖大量的水生动物乌龟及各种鱼类 导致水库水质较差 水中微 生物 细菌含量严重超标 公司一次水处理系统不能完全去除水中的细菌 微 生物 导致脱盐水系统的超滤频繁污堵 运行时间有原来的 40 分钟反洗一次 发展到 20 分钟反一次 且每次反洗需要大量的杀菌剂次氯酸钠及氢氧化钠联合 杀菌 方能保证设备正常运行 由于聚醚砜材质对余氯的耐受能力在 25 万 ppm 长期的高浓度余氯导致聚醚砜材质的超滤膜严重受损 且不能正常运行 严重影响后续工段对脱盐水的使用 可能导致锅炉因脱盐水的供应不足而停车 1 21 2 项目实施目的和意义项目实施目的和意义 国产 PVDF 膜材质在脱盐水系统的应用 就是要将原设计不足及不适用当 前水质的美国科氏生产的聚醚砜超滤进行更换 通过对国产 PVDF 超滤膜在相对 难处理的地表水及污水中的应用 将解决世林化工脱盐水处理系统产水不达标 的处理瓶颈 完全解决由于系统中大量余氯的存在 方能解决聚醚砜材质不能 适应的问题 达到水系统安全稳定运行 4 第二章第二章 项目基本情况项目基本情况 2 12 1 项目的总体设计项目的总体设计 脱盐水超滤分三组设计 前两组为改造项目处理能力为 120m3 h 分别安装 PVDF 超滤膜 66 支 后一组为扩建项目处理能力为 150m3 h 安装 PVDF 超滤膜 150支 公用一套加药系统 加药系统分别为盐酸加药系统 和次氯酸钠加药 系统 氢氧化钠加药系统 设备反冲洗系统为变频启动装置 反洗时流量有小到大 减小对超滤膜的冲击 另 外设计有一套气洗系统 气洗系统的作用为 每 30 分钟进行一次气洗 然后进行气水混合 洗 以减少对药剂的使用量 起到节能降耗的作用 减少冲洗药液的排放 降低 环保压力 2 2 超滤系统工艺描述超滤系统工艺描述 1 自清洗过滤器自清洗过滤器 为了防止大颗粒物质堵塞超滤膜组件 在超滤膜设备前设置自清洗过滤器 过滤元件精度为 100 m 过滤元件为不锈钢材质 2 超滤装置 超滤装置 超滤装置每个系列都能单独运行 膜选用外压式中空纤维微滤或超滤膜 材质为聚偏氟乙烯 PVDF 超滤设备配有在线化学清洗系统 每列超滤装置反洗或清洗时 不影响其他列超滤装置的正常运行制水 超滤装置运行为程序控制 运行 20 30 分钟进行在线自动气水双洗 反洗 时间 60 120 秒 并根据水质情况和系统运行情况定期进行化学清洗 在进水水 质稳定的情况下 系统的正常清洗周期为 30 50 天 超滤装置设有程序启停装置 超滤装置产品水管设取样点 取样点的数量及位置选择能有效地诊断并确 定系统的缺陷 超滤膜组件安装在组合架上 组合架上配备全部管道及接头 还包括所有 的支架 紧固件 夹具等其它附件 超滤组合架的设计满足装置工作荷重及结构稳定性要求 5 3 药品注入系统 药品注入系统 药品注入系统包含储药罐 加药泵 管路等部分 其中 各类药品溶液箱的容积满足两星期的药品用量 加药计量泵进口设滤网 计量泵泵头材质为 PVC 材质 可以耐受药液腐蚀 4 在线反洗系统 在线反洗系统 在线反洗系统由反洗水泵和管路阀门组成 其中 1 反洗泵采用变频控制 提供在不同工艺段 气洗 反冲 CEB 的流 量 2 保证反洗压力不大于 0 1Mpa 3 每运行 N 个正常周期后 进行一次 CEB 清洗 加强反洗效果 延长 化学清洗的周期 5 清洗系统 清洗系统 清洗系统包括清洗罐 清洗泵以及和超滤装置连接的固定管道 接头等 1 清洗系统的材质适用于所用的清洗液 2 清洗系统采用硬管连接 6 空气系统 空气系统 压缩空气系统 用于超滤反洗用气和气动阀门控制用气 为避免工艺用气 干扰阀门用气 系统设置独立的工艺用气罐和阀门用气罐 7 系统管道 系统管道 1 整个系统的管道设计无死角 可防止细菌的生长 2 法兰采用相应压力等级标准的平焊法兰 3 超滤膜组件给水系统布水考虑供水均匀性 4 空气管道采用不锈钢 其余采用 UPVC 管道 超滤系统主要设备超滤系统主要设备 本设备技术参数是针对本套系统的一些基本配置 并非系统全部设备的列 表 我方将根据系统说明的功能和描述以及自身丰富的工程经验设计实施整个 系统 保证系统各项功能完美实现 1 UF 64 主机主机 6 数量 3 套 系统净产水 270m3 h 设计水温 20 运行压力 0 15MPa 产水率 90 膜组件型号 UOF4 外压中空纤维超滤膜 膜组件材质 聚偏氟乙烯 PVDF 膜组件数量 282 支 66 支 套 2 套和 150 支 套 主机支架 碳钢防腐 2 自清洗过滤器自清洗过滤器 数量 3 台 能力 115 m3 h 过滤精度 0 5mm 材质 SS304 品牌 以色列 ELI 或同等 3 反洗泵反洗泵 数量 2 台 1 用 1 备 变频 设计流量 150 m3 h 设计扬程 24m 类型 卧式离心泵 功率 15 KW 4 清洗罐 和反渗透共用 清洗罐 和反渗透共用 数量 1 台 容积 5m3 尺寸 1600X2650mm 材质 玻璃钢 5 清洗泵 和反渗透共用 清洗泵 和反渗透共用 数量 1 台 设计流量 120 m3 h 7 设计扬程 25m 过滤部件材质 SS316L 类型 卧式离心泵 功率 15 KW 6 盐酸溶药箱 和反渗透共用 盐酸溶药箱 和反渗透共用 数量 1 台 容积 1m3 材质 PE 7 次氯酸钠溶药箱次氯酸钠溶药箱 数量 1 台 容积 1m3 材质 PE 8 加酸泵加酸泵 数量 2 台 设计流量 500 L h 设计扬程 0 5MPa 材质 PVC 类型 隔膜泵 9 加次氯酸钠泵加次氯酸钠泵 数量 2 台 设计流量 1000 L h 设计扬程 0 35MPa 材质 PVC 类型 隔膜泵 10 贮气罐 超滤工艺用 贮气罐 超滤工艺用 数量 1 台 容积 2m3 尺寸 1000X2844 工作压力 1 0 Mpa 8 材质 碳钢 11 贮气罐 阀门用 贮气罐 阀门用 数量 1 台 容积 0 5m3 尺寸 800X2000 工作压力 1 0Mpa 材质 碳钢 12 气动阀门气动阀门 数量 1 批 规格 与管路配套 材质 组合件 13 就地控制盘就地控制盘 数量 一批 材质 A3 喷塑 电器元件 继电器 带灯按钮 选择开关 空气开关 接线端子排等 14 配套管路 阀门电缆及桥盒配套管路 阀门电缆及桥盒 数量 一批 阀门材质 与各管路匹配 超滤超滤系统主要参数系统主要参数 我方提供的超滤系统在正常的运行情况下 依照以下程序自动运行 制 水气水反洗气 洗排 放CEB 增强反洗 循环 N次正常周期 1次CEB程序 补 水 制 水气水反洗气 洗排 放CEB 增强反洗 循环 N次正常周期 1次CEB程序 水 图 6 1 超滤系统 N 1 运行工艺流程图 超滤系统主要参数如表 6 2 运行工艺步序如表 6 3 表 6 2 超滤系统参数 参数项目单位数值备注 膜 膜型号 UOF4 9 膜型式 外压中空纤维 膜材质 PVDF 单支膜面积m240 膜元件数量支282 组件 参数 膜截留孔径 m0 03 系统总进水流量m3 h290 系统错流流量m3 h48 可根据进水 水质调整 系统总产水流量m3 h290 系统自用水流量m3 h20 系统净产水流量m3 h270 组件气洗空气流量m3 h 支5 气水反洗水流量m3 h 支0 8 水反洗流量m3 h 支2 5 CEB 清洗频率次 天1 CEB 加药反冲流量m3 h 支2 5 CEB 正冲流量m3 h 支1 5 化学清洗周期天 次30 90 膜运行参数 设计温度 20 表 6 3 超滤系统运行工艺步序 工艺名称序号步序持续时间 s 1汽水反洗60 2加药反冲80 3浸泡1080 4气水洗40 5反冲50 CEB 增强反洗 6正冲30 10 制水7制水1800 8气水洗40 9反冲50正常反洗 10排放30 停机11停运 运行步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 8 9 10 7 连续 N 次循环 11 11 第三章第三章 技术创新点 技术的新颖性 适用性和成熟度技术创新点 技术的新颖性 适用性和成熟度 3 13 1 技术创新点技术创新点 PVDF 膜材质及特点 膜材质及特点 中空纤维超滤膜材质通常为高分子有机材料 比如聚丙烯 PP 聚丙烯 腈 PAN 聚偏氟乙烯 PVDF 聚氯乙烯 PVC 聚乙烯 PE 聚砜 PS 等材质 不同材质的超滤膜 具有各自不同的物理和化学特性 在水处理 应用中体现出不同的特点 有着各自的适用范围 CMF 系统中超滤膜所使用的材质是聚偏氟乙烯 PVDF 这种材质的膜是 当今世界上公认的优秀膜材质 也是被西门子 Memco 通用电气 Zenon Asahikasy 等国际著名膜生产厂商主要使用的膜材质 相比较其它材质的膜 PVDF 膜有其独特优异的特点 抗氧化性强 可在膜系统中长期保持 2 3ppm 的游离氯 抑制系统中的 细菌生长并杀灭系统中存活的细菌 能确保系统稳定运行 这是其它材质 的膜所不能比拟的 耐污染 以聚偏氟乙烯 PVDF 为材料制成的过滤膜的耐污染性能明显 高于其它材料的过滤膜的耐污染性能 使以聚偏氟乙烯 PVDF 为材料 制成的过滤膜可以以较大的过滤通量运行 而性能衰减较小 从而延长了 运行时间 减少了清洗次数 减少了清洗费用 延长了膜的使用寿命 易清洗 由于以聚偏氟乙烯 PVDF 为材料制成的过滤膜有良好的耐污 染性能 使之清洗变得容易 在通常情况下 可用透过水对其进行反冲洗 即可 化学稳定性好 由于聚偏氟乙烯 PVDF 有着良好的化学稳定性 有耐 受较强酸 碱的能力 因此 在必要时可对过滤膜进行大强度的化学清洗 同时 良好的化学稳定性使得膜在使用中不会产生化学溶出物 保障饮水 安全 透水量大 在过滤膜的制造中采用了对膜材料的改性技术 使之具有较好 12 的亲水性能 因此 过滤膜具有较大的过滤通量 对于 6 英寸膜元件 在 测试条件下 水通量可达到 6 8m3 h 膜纤维柔韧性好 通过提高膜纤维的柔韧性 降低其刚性 使得膜纤维在 使用中 可以承受较大的水 气冲击而不会损坏 增强了膜纤维使用的安 全性 3 中空纤维外压式超滤膜特点 中空纤维外压式超滤膜特点 相比较内压式膜 外压式膜具有以下突出的优势 1 更高的产水量 在相同的运行条件下 单位体积内外压式膜的比表面积比内压式大 所以 产水量更高 2 更容易清洗 由于外压式膜在运行时附着在膜表面的污物在膜的外壁 在反向清洗时脱 落在膜的外面 所以很容易排出去 因而反洗效果更好 但内压式恰好相反 反洗脱落的污物在纤维内腔 流道狭窄 不容易排出去 所以不容易清洗干 净 3 抗冲击性更好 当原水水质突变 如高浊高藻 时 通常会投加粉末活性炭进行处理 高 浊的水进入膜系统 由于外压式膜的原水在膜纤维的外侧 流道宽阔通畅 因而抗冲击性更好 耐高浊性更强 而内压式由于其原水一侧流道狭窄 极 容易堵塞而无法正常运行 4 自耗水量更少 内压式膜在进行反洗时 只能采用水反洗 耗水量大 外压式膜在清洗时 采用气水双洗技术 用水量远小于内压膜 所以系统的自耗水量更少 原水 利用率更高 4 CMF 系统所使用的中空纤维外压式超滤膜技术参数 系统所使用的中空纤维外压式超滤膜技术参数 1膜材质PVDF 2膜型号 UOF 1616 3膜孔径 m 0 01 0 03 4中空纤维膜丝外径 mm 1 1 13 5中空纤维膜丝内径 mm 0 7 6单支膜元件面积 m2 36 7常用膜通量范围 L m2 h 40 125 8单支膜元件常用产水量范围 m3 h 1 4 4 5 9膜元件产水出水方式单端出水 10膜元件外侧结构UPVC 管 11出水最高膜通量 L m2 h 170 12预期膜寿命 年 5 8 13跨膜压力范围 kPa 0 85 14过滤时最高跨膜压力 kPa 85 15PH 适用范围2 10 16余氯耐受浓度 ppm hours 720000 17进水温度范围 0 T 45 14 第四章第四章 成果转化和推广应用的条件及前景成果转化和推广应用的条件及前景 4 14 1 成果和应用的条件成果和应用的条件 1 需要预处理系统产水达标 利用 PVDF 超滤膜组建超滤装置 3 套 总产水 390 吨 减少脱盐水系统的运 行压力 保证后续 RO 系统供水的连续性 PVDF 超滤膜的优点 1 抗氧化性强 2 耐污染 3 易清洗 4 化学稳定性好 5 透水量大 6 膜纤维柔韧性好 7 抗冲击性强 8 更容易清洗 充分利用 PVDF 超滤膜的 8 大优点 降低了各种消耗 提高了产水量 减少了污 水外排 减小了环保压力 4 2 应用前景 本成果可在各大中小企业污水及脱盐水处理系统广泛应用 尤其是污为水 处理行业应用效果最为明显 15 第五章第五章 存在的主要问题 改进意见及进一步创新改进的设想存在的主要问题 改进意见及进一步创新改进的设想 5 15 1 存在的主要问题存在的主要问题 1 该系统属于当前比较前沿的膜处理技术 操作需要有一定计算机基 础的人员来操作 2 由于该装置使用酸碱等危险化学品频繁较多 存在一定的危险性 5 25 2 改进意见和改进思想改进意见和改进思想 1 加大操作人员的培训力度 根据设备运行工况进行统一的培训操作 2 制定关于危险化学品的使用及管理办法 确保操作人员安全 16 第七章第七章 项目效益分析报告项目效益分析报告 7 17 1 经济效益分析经济效益分析 1 人力资源 减少投入 4 人 每人按 2015 年 8 万元计算 年节约人力 资源投入 8 4 32 万元 2 减少酸碱使用年每月 5000 元 每年节约 5 万元 3 每小时多产水 30 吨每吨 10 元 30 10 300 每年 200 万左右 4 减少污水外排每小时 20 吨 共计年创效益 32 5 200 237 万元 7 27 2 社会效益分析社会效益分析 1 减少污水外排 减小环境污染 降低环保压力 2 减少地下水的应用 节约保护水资源 3 保证化工装置连续稳定运行 17 自主创新项目验收申报材料自主创新项目验收申报材料 附件 1 淄矿集团自主创新技术项目验收申请表 项目名称PVDF 超滤膜材质在处理高碱水方面的探索与应用 承担单位水务工段完成时间 2014 12 项目投资 万元 200已产生效益 万元 100 验收组织部门非煤产业部项目下达计划 文号 淄矿集团公司技字 2015 8 号 项目完成的基本情况 本项目指定专人担任项目实施负责人 为了确保建设工期 质量和资金的合理使 用 实行主要负责人全面负责实施和管理的项目法人责任制 成立项目领导小组 下设 办公 财务 工程技术等部门 负责项目建设的日常具体工作 领导小组负责联络协调 项目的有关工作以便项目建设的顺利进行 项目实施过程中的决策 指挥 执行 招投 标以及谈判与联络等均由项目实施负责人全盘负责 项目的设备 供货 施工安装等履行单位应与项目建设单位履行必要的法律手续 项目建设单位应与项目履行单位协商制定项目实施计划表 该项目目前已投入运行 项目效益分析 本项目实施完毕 主要经济效益为节省支出 各项效益计算依据如下 1 人力资源 减少投入 4 人 每人按 2015 年 8 万元计算 年节约人力资源投入 8 4 32 万元 2 减少酸碱使用年每月 5000 元 每年节约 5 万元 3 每小时多产水 30 吨每吨 10 元 30 10 300 每年 200 万左右 4 减少污水外排每小时 20 吨 共计年创效益 32 5 400 237 万元 单位财务审核 盖章 年 月 日 18 申请验收单位意见 盖章 年 月 日 受理部室意见 盖章 年 月 日 19 附件 2 淄矿集团自主创新技术项目验收证书 验收证书编号 XX 部门 验字 2015 顺序号 项目名称PVDF 超滤膜材质在处理高碱水方面的探索与应用 承担单位世林化工验收组织部门非煤产业部 1 项目主要内容及技术经济指标 完成情况及取得的主要成果 脱盐水 PVDF 膜材质超滤分三组设计 前两组为改造项目处理能力为 120m3 h 分别安装 PVDF 超滤膜 66 支 后一组为扩建项目处理能力为 150m3 h 安装 PVDF 超滤膜 150 支 公用一 套加药系统 加药系统分别为盐酸加药系统 和次氯酸钠加药系统 氢氧化钠加药系统 设备反冲洗系统为变频启动装置 反洗时流量有小到大 减小对超滤膜的冲击 另外设计 有一套气洗系统 气洗系统的作用为 每 30 分钟进行一次气洗 然后进行气水混合洗 以减 少对药剂的使用量 起到节能降耗的作用 减少冲洗药液的排放 降低环保压力 共计年创效益 237 余万元 2 推广应用前景与措施 3 验收意见 1 将 PVDF 膜材质成功用于脱盐水超滤系统 处理高碱度地表水发挥较好作用 2 减少了超滤系统的化学清洗次数 减少了清洗废液的产生 减少污水外排 3 系统自动化程度高 减少了操作人员 降低了生产成本 4 设备运行参数可调整的空间较大 设备布局紧凑合理 5 充分利用自然的反洗能力 降低各种药剂的使用 6 提高了设备的工作效率 使 PVDF 膜产水水平得到显著提高 20 本成果可在各大中小企业污水及脱盐水处理系统广泛应用 尤其是在污水处理 行业应用效果最为明显 对项目经济效益的评价 成果的应用实现了节能降耗 成功利用 PVDF 超滤膜的 8 大优点 降低了各种消耗 提高了产水量 减少了污水外排 减小了环保压力 共计年创效益 32 5 200 237 万元 验收组长 年 月 日 项目单位意见 负责人 签字 公 章 年 月 日 专业部门意见 部门负责人 签字 年 月 日 验收组成员签字 序 号 验收组姓 名工作单位 部门 从事专业签 名 1组长 2成员 3成员 4成员 5成员 21 项目完成人员名单 完成单位盖章 序号姓名 工作单位 部门 年龄文化程度职务对项目的主要贡献 1 张志刚世林化工 39研究生 总经理 项目总体规划 2 王秋峰世林化工 45大专 副总工程师 技术路线总体设计 3 李顺利世林化工 43大专 科长 工程师 项目方案 系统设计与 实施 4 王儒世林化工 52大专 副段长 工程师 系统设计与上司 5 郭晓辉世林化工 40大专 科长 工程师 设计与实施 6 左建富世林化工 27大专 水务技术主管 内部市场化系统设计实 施 按对项目贡献顺序填报 22 附件 3 淄矿集团自主创新技术项目验收汇总表 专业 序 号 项目名称 项目下达计 划 文号 项目承担 单位 项目立项 部门 起止 时间 验收 时间 项目投 入经费 万元 项目已取 得经济效 益 万元 项目预测 年创效益 万元 备注 1 PVDF 超滤膜材质在处 理高碱水方面的探索 与应用 淄矿集团公 司技字 2015 8 号 世林化工非煤产业部 2014 02 2014 12 自主创 新 100237 23 附件 4 淄矿集团自主淄矿集团自主 技术技术 创新项目奖励申报书创新项目奖励申报书 项目专业 项目名称 PVDF 超滤膜材质在处理高碱水方面的探索与应用 承担单位 内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责公司世林化工分公司公用工程中心水 务工段 验收部门 验收 时间 项目 类型 自主创新 项目起 止时间 2014 8 25 2014 12 30 成果用于 生产时间 2015 1 现在 项目的创新 创效情况 脱盐水 PVDF 膜材质超滤分三组