循环水预处理技术的研究与应用

马慧明 ， 刘亚龙 ， 谷超桢 ， 孙振涛 ， 崔姜姜

(中原油田分公司天然气处理厂 ， 河南 濮阳　457162)



循环水预处理技术的研究与应用

马慧明 ， 刘亚龙 ， 谷超桢 ， 孙振涛 ， 崔姜姜

(中原油田分公司天然气处理厂 ， 河南 濮阳457162)

摘要：为了解决循环水旁滤系统出水水质不达标的问题，分析了循环水旁滤系统的特点和循环水旁滤出水超标的原因，研究了高效纤维球过滤器、双滤料过滤器和流砂过滤器的工作特性，优选出提高循环水旁滤系统出水水质的处理方案和流砂过滤器反洗水的处理方案，并在现场加以实施，实施后循环水旁滤系统出水合格，保证了循环水系统的平稳运行。

关键词：循环水 ； 预处理 ； 旁滤

循环水场的作用是为装置提供达标的循环冷却水。在夏季，悬浮物爆发时，循环水场易出现水质不达标的问题。

循环水的净化主要是通过循环水旁滤水处理系统实现，循环水旁滤水处理系统采用多个高效悬挂挤压纤维过滤器并联处理循环水。该过滤器是属于深层床式纤维过滤器，其进入过滤器的水质要求悬浮物含量<15 mg/L、悬浮物颗粒粒径>1 μm，处理后水质悬浮物含量能低于1.5 mg/L。在循环水悬浮物爆发时，悬浮物含量超过15 mg/L，过滤器无法有效脱除过多的悬浮物，造成过滤后的水不达标的情况。

为了解决这一问题，需要确定一套循环水预过滤处理系统，使进入纤维过滤器的进水悬浮物含量稳定在15 mg/L以下，确保旁滤水水质达标。

1预处理工艺研究

根据循环水场旁滤水水量和水质情况，在原有的纤维过滤器前增设粗滤预处理流程，以适应旁滤水质恶化导致的悬浮物超过15 mg/L的工况。

1.1　采用高效纤维球过滤器作为预处理过滤器(方案一)

1.1.1高效纤维球过滤器原理

高效纤维球过滤器具有滤速高、出水水质稳定的特点。其滤料是直径为2.5 cm左右的长丝涤纶纤维球，该滤料具有质轻、柔软、耐腐蚀的特点。在过滤的时候，污水从过滤器顶部进入，经过布水装置均匀布水进入滤料层，由于水从上部进入，受工作压力、上层截留物和滤料自重的影响，形成上疏下密的理想滤层分布，纤维球以其极大的比表面积和空隙率吸附并截留水中的悬浮物，并使得大的悬浮物在上部截留，细小的悬浮物主要截留在滤料底部，充分发挥了滤料的深层截污能力。高效纤维球过滤器顶部安装有机械式搅拌机，在水反洗时，搅拌机辅助搅拌，这样提高了反洗效果，同时节省反洗用水量。

1.1.2设计参数

选用高效纤维球过滤器，其运行参数如下：处理量，160 m3/h；反洗水量，8.5 L/m2.s；进水水质，悬浮物(SS)≤100 mg/L；出水水质，悬浮物(SS)≤10 mg/L；设计温度≤80 ℃；设计压力，0.6 MPa；过滤速度，30 m/h；反洗时间，15～30 min；反洗周期，(1～7)×24 h可调；压力损失，0.15 MPa。

1.1.3自控系统

本方案为高效纤维球过滤器，共14台，采用一个PLC控制器，互不干扰。整个运行过程中过滤和反洗分为手动和全自动控制两种方式。

手动控制：旋转双向开关至手动位置，可依次开启过滤停、反洗开始、搅拌机动作，时间15~30 min反洗后，依次关闭搅拌机、反洗停、过滤开，恢复正常过滤。

压差控制首选反洗控制方式，每个过滤器上装有差压计，并与PLC控制器相连，当某个过滤器过滤压差值达到0.86 MPa时，程序会自动启动对某个过滤器进行反洗，反洗过程依次是过滤停、反洗开、搅拌机开、反洗停、搅拌机停、过滤开的程序对过滤器进行反洗和过滤操作。

时间控制为第二反洗控制方式，它是差压控制方式的补充，反洗周期在PLC上(1~7)×24 h可调，反洗时间10~30 min内可调，准确的反洗周期和反洗时间的确定与介质和运行工况有关系。反洗过程与差压控制方式相同。

重复反洗：当反洗结束后，某个过滤器压差仍大于0.86 MPa时，程序会自动启动重复反洗程序对该过滤器进行反洗，反洗过程与时间控制方式相同。

1.2　用双滤料过滤器作预处理过滤器(方案二)

1.2.1双滤料过滤器原理

双滤料过滤采用深层床过滤方式，污水由上向下流经滤床时，由于石英砂粒径较大，悬浮物可以较深地穿透滤床，中部磁铁矿滤床粒径较小，滤料颗粒间空隙较小，吸附面积大，吸附和截留悬浮物微细颗粒能力进一步加强，这样就形成一个理想的由上到下、颗粒由大到小逐级被吸附和截留的深层床过滤模式。反洗时石英砂和磁铁矿的密度差达1 900～2 100 kg/m3，所以冲洗后的滤床仍能保持原始分层状态，产生的混杂层较薄(<0.05 m)。滤速最大可到15 m/h。充分考虑旁滤水中悬浮物含量因素，采用了磁铁矿滤料和石英砂双层滤料，并对滤料粒径和级配进行调整，完全可以保证其预过滤效果。

1.2.2设计参数

选用3 000双滤料过滤器，设计运行参数如下：处理量，100 m3/h；反洗水量，15 L/m2.s；进水水质，SS≤50 mg/L；出水水质，SS≤10 mg/L；设计温度，≤80 ℃；设计压力，0.6 MPa；过滤速度，15 m/h；反洗时间，5~10 min；反洗周期，(1~7)×24 h可调；压力损失，≤0.10 MPa。

1.2.3自控系统

方案为双滤料过滤器21台，采用一个PLC控制器，互不干扰。整个运行过程即过滤和反洗分为手动和全自动控制两种方式。手动控制：旋转双向开关至手动位置，可依次开启过滤停、反洗开始、历时5~10 min后反洗后，依次关闭反洗、过滤开，恢复正常过滤状态。自动控制：自动控制由工业PLC来完成，旋转双向开关到自动状态即开始自动过滤和反冲洗过程。自动控制有三种参数控制方式：一是压差控制；二是时间控制；三是重复反洗。这三种控制方式在PLC上依次优先顺序为：压差、时间、重复。

压差控制为首选反洗的控制方式，每个过滤器上装有差压计，并与PLC控制器相连，当某个过滤器过滤压差值达到1.0 MPa时，程序会自动启动对某个过滤器的反洗，反洗步骤依次是过滤停、反洗开、反洗、反洗停、过滤开始，依这个过程对过滤器进行反洗和过滤操作。

时间控制为第二反洗控制方式，反洗周期在PLC上(1~7)×24 h可调，反洗时间在5~10 min内可调，准确的反洗周期和反洗时间的确定与介质和运行工况有关系，反洗程序与压差控制相同。

重复反洗：当反洗结束后，某个过滤器的压差仍大于1.0 MPa时，程序会自动启动重复反洗的程序并对该过滤器进行反洗，反洗过程与时间控制方式相同。

1.3　采用流砂过滤器作为预处理过滤器(方案三)

1.3.1流砂过滤器原理

高效流砂过滤器的运行可分为污水过滤和滤料清洗再生两个相对独立又同时进行的过程。二者在同一过滤器的不同位置完成，前者动力依靠高位差或泵的提升，而后者则通过压缩空气完成的。

污水过滤：如图1所示，当污水由高位槽自流或提升泵泵入过滤器底部的配水环，经导流槽和锥形分配器均匀向上逐渐逆流经过滤床，污水中的杂质被不断截留、吸附，最终滤液从过滤器顶部的溢堰流排放，完成过滤过程。

滤料清洗和再生：当过滤不断进行时，原水中的杂质也不断地被累积和截留在滤料表面，底部的滤料截留杂质量最多。设在过滤器底部的压缩空气提砂装置，将此部分滤料通过特殊材质的洗砂管提送至过滤器顶部的三相(水、气和砂)分离器中，空气排放、水和砂再进入相连的洗砂器中清洗，反洗水通过设备排污管排出，汇总后排入反洗水处理系统。洗干净的砂又重新散落到整个滤床表面，实现了滤料的清洗和循环流动的过程。

图1　流砂过滤器示意图

设备特点：①连续运行，无需停机反冲洗；②系统结构简单、安装方便；③可实现无人操作；④使用寿命长；⑤无反冲洗设备，能耗低；⑥均质滤料，过滤效果稳定。

1.3.2设备工艺参数

选用3.0 m流砂过滤器，其运行参数如下：流量

70 m3/h；流速10 m/h；滤料粒径选用：0.8～1.2 mm海砂；进水悬浮物(SS)≤30 mg/L；出水悬浮物(SS)≤5 mg/L。压缩空气运行参数：Q=140 L/min，p=0.5 MPa；反冲洗水量为过滤水量的2%～5%，即每台罐运行时1.4～3.5 m3/h。

1.3.3自控系统

方案只有控制按钮面板、气源分配箱和压力报警开关，没有其它自动控制装置。

1.4　过滤方案优选

三种过滤器都能基本满足旁滤水预处理工艺需要，但各有优缺点。根据循环水场旁滤水水质的实际情况，悬浮物爆发时，黏泥较多，因为方案一的纤维球过滤器反洗黏泥分离困难，排除了方案一；同时，因为方案二的双滤料过滤器不能连续运行，反冲洗时有乱层的问题发生，也被排除，综合考虑最终选择方案三采用流砂过滤器作为预处理过滤器。

2工艺流程确定

反洗水处理工艺流程如图2所示，流砂过滤器反洗水回收进入污泥浓缩池，经过初级沉降后，上清液进入上清池后，用反洗水回收水泵提升进入混合罐，在混合罐中进行加药反应后，出水进入压力沉降罐，沉降罐出水进入流砂过滤器进水总管后进行再次过滤，然后回收进入循环水系统。

图2反冲洗水处理流程示意图

3现场应用

如图3所示，新建的循环水旁滤水预处理系统包括两部分，一部分是由流砂过滤器、缓冲罐和提升泵组成流砂过滤系统，主要作用是使旁滤水经过预处理后能满足原有纤维过滤器进水水质要求；另一部分是由污泥浓缩池、污泥池、污泥泵、上清液池、上清液泵、加药装置、混合罐和压力沉降罐组成的反洗水处理系统，主要作用是进一步处理反洗水中杂质，防止污水对环境造成二次污染。

图3旁滤水预处理工艺流程示意图

3.1　工艺参数选取

反洗回水的悬浮物含量一般来说比较高，在没有化验数据的情况下，在考虑该方案时只能依据经验值选取。

反洗回水设计参数：总悬浮物(TSS)，500 mg/L；反洗上清液，总悬浮物(TSS)，80 mg/L；PAC 投药浓度，10～15 mg/L；PAM投药浓度，1～1.5 mg/L；混合罐反应时间，10 min；沉降罐设计参数：进水悬浮物的含量，≤100 mg/L；出水悬浮物的含量，≤20 mg/L。

3.2　反洗水处理系统控制

压力式沉降罐排污为自动排污，PLC控制，以时间作为控制参数，并可调。流量、压差、压力报警等信号均传入值班室，工业计算机显示和打印。其生产数据汇总进入中控室。

4结论

流砂过滤配套技术在循环水场旁滤系统的应用，解决了循环水场旁滤系统在悬浮物爆发时出水不达标的问题，保证了循环水场旁滤的正常运行。减缓了换热设备的脏堵、结垢和腐蚀的问题。流砂过滤配套技术具有可连续运行，无需停机清洗，处理效率高，操作简单，易维护管理，运行费用低和占地面积小等优点。

作者简介：马慧明(1972-)，男，工程师，从事天然气处理与净化工作，电话：18282232397。自动控制：旋转双向开关到自动状态即开始自动过滤和反冲洗过程。自动控制由工业PLC来控制完成。自动控制有三种参数控制方式：一是压差控制；二是时间控制；三是重复反洗。这三种控制方式在PLC上依次优先顺序为：压差、时间、重复。

收稿日期：2015-03-01

中图分类号：TQ085

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2015)05-0036-04