CN105879441A - 一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，属于水质净化技术领域，该系统包括输送部件、过滤净水器、在线监测部件和PLC控制部件；其特征在于，过滤净水器、在线监测部件和PLC控制部件通过输送部件连接成正常运行回路和过滤净水模块再生回路；所述过滤净水器中设置有由多种模块化组成的分离组件。该基于模块化分离组件的集成过滤净水系统通过对分离组件的模块化处理，将具有不同过滤净水特性的净水模块组合在一个过滤净水器内，实现了多层过滤净水功能的小型化，解决了单一过滤净水材料性能单一、对水质适应性不足、过滤净水材料更换频繁和更换不方便等问题。

Description

一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统
技术领域
本发明属于水质净化技术领域，主要涉及一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统。
背景技术
过滤是水质净化领域一种普遍应用的技术，相关的设备和技术应用比较多。中国专利102274650报道了一种高效集成中空纤维柱过滤器，实现过滤和反洗再生，延长了过滤器的使用寿命。中国专利104857767进一步实现了过滤和反洗过程中泵的共用与水流方向的一致性。中国专利202666490通过对过滤纤维进行纤维束的捆扎和自由堆积，实现了过滤器结构简化。
然而，过滤净水技术的关键在于实现净水材料的广普性和再生性，过滤净水设备的稳定性和简单化。现有的过滤净水设备主要是砂石过滤器、活性炭过滤器、纤维过滤器等，然而这些过滤器由于过滤材料单一，因而在处理成份复杂的污水时，往往存在过滤器堵塞、寿命不长或者反洗较为频繁等问题。而这些过滤器一旦失效，需要对整个过滤器拆卸，更换过滤材料，工作强度较大。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统,采用不同过滤净水材料组合使用的高效集成过滤净水系统，进而提高过滤净水器对不同水质的适用性，同时实现不同过滤净水材料的隔离，过滤净水材料的拆卸和更换方便的目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，该系统包括输送部件、过滤净水器、在线监测部件和PLC控制部件；其特征在于，过滤净水器、在线监测部件和PLC控制部件通过输送部件连接成正常运行回路和过滤净水模块再生回路；所述过滤净水器中设置有由多种模块化组成的分离组件。
所述过滤净水器为圆筒形状；过滤净水器底部连有进口，顶部设有出口，过滤净水器壁设有多个维修孔及维修孔盖；过滤净水器内设置有多个支撑圈、多个液体分布器、挡板和多种分离组件；其中，支撑圈与过滤净水器内壁固定；液体分布器为多孔隔板，隔板上设有合页，隔板上均匀分布有多个小孔，以方便液体通过；挡板由一支撑圈与一液体分布器组合而成，设置在靠近顶部出口位置。
所述分离组件由多个采用不同过滤材料制备的过滤净水模块组成，过滤净水模块依次组装在过滤净水器内的各层液体分布器上。
所述过滤材料模块中的过滤材料可以是焦炭、活性炭、纤维、砂石、沸石、瓷石、陶粒中的一种或几种组合而成；
所述过滤净水模块包括选用未经包裹的粒径为5-30.0mm的砂石滤料；或选用无纺布包裹的粒径为5-30mm的活性炭滤料；或选用纤维直径为20μm的纤维滤料捆扎在一起，捆扎直径为5-30mm；或在同过滤模块内放置多种滤料形成一个过滤模块。
所述输送部件包括储液箱、管道、出口阀门、进口阀门和泵，外来液体进入储液箱或者直接通过管道、进液阀和泵，从过滤净水器底部进入过滤净水器内，过滤净化后干净水经过滤净水器上部流出进入其它回路或达到排放标准排放。
所述储液箱设有多个隔断，实现外来液体的初步沉淀后再过滤；或设有多个出口与出口阀相连；或设置一个用于储污水的箱体和一个用于接收回流液体的箱体。
在线参数监测部件主要流量监测组件、压力监测组件、液位监测组件、浊度监测组件和pH值监测组件中的一种或多种。
PLC控制单元主要包括监测组件传输信号处理组件、控制信号输入组件、PLC信号加工组件、控制信号执行组件、电气指示组件、开关仪表组件，PLC信号加工组件接收在线监测单元传递过来的水质监测参数，由控制信号输入组件，将需要控制的工艺参数输入PLC信号加工组件，信号经过加工后控制进液泵、进液阀、出液阀、回流阀、进气阀、排气阀控制信号执行组件，执行相应的开关或调节等动作，同时根据电气指示组件和开关仪表组件显示相应设备或者部件的工作状态，达到自动控制，达到无人值守的目的。
本发明的特点及有益效果：本发明的基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，通过对系统单元的功能化设计和组合，该系统可以根据工艺要求，灵活选用不同的功能单元，实现工艺目的，系统适应性较强。同时，通过对分离组件的模块化处理，将具有不同过滤净水特性的过滤材料模块组合在一个过滤净水器内，实现了多种过滤净水功能的小型化，解决了单一过滤净水材料性能单一、对水质适应性不足、过滤净水材料更换频繁和更换不方便等问题。
附图说明
图1为本发明的一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统组成及工艺流程示意图。
图2为本发明的过滤净水器内部结构示意图。
图3为本发明的过滤净水器所用液体分布器结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施例对本发明一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统作进一步详细说明。
本发明提出的一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统实施例组成如图1所示，具体包括储液箱1、过滤净水器2、空压机3、进液泵4、PLC控制器5、参数监测器6，以及多个通过PLC控制器控制的阀门7及管路；该阀门7包括连通阀71、进液阀72、出液阀73、回流阀74、进气阀75、排气阀76、放空阀77；其中，储液箱1的出液口通过连通阀71与进液泵4的进液口相连，进液泵4的出液口通过进液阀72与过滤净水器2底部的进液口相连，过滤净水器2的进液口同时还分别通过进气阀75与空压机3相连，通过放空阀77与外界连通；过滤净水器2的顶部出液口通过参数监测器6与PLC控制器5相连，过滤净水器2的顶部出液口还通过参数监测器6分别与出液阀73、排气阀76、回流阀74相连，回流阀74另一端与储液槽的回液口相连，PLC控制器5与各连接阀通过控制线相连。
本实施例的各组成部件具体实现方式说明如下：
过滤净水器2实施例结构如图2所示，采用玻璃钢或不锈钢材质的直径为200-1500mm，高度为600-1800mm的圆筒形过滤净水器2；过滤净水器底部连有一直径为20-300mm的进口21，顶部连有一直径为20-250mm的出口22，过滤净水器壁有若干直径为80-500mm的维修孔23和维修孔盖24；过滤净水器内设置有多个支撑圈25、多个液体分布器26、挡板27和多种分离组件28；其中，支撑圈25通过焊接或粘合的方式与过滤净水器内壁固定，支撑圈圈内径为5-20mm，支撑圈外径与过滤净水器内径相当。
液体分布器26为金属或塑料多孔隔板，如图3所示，可以通过合页261折叠，折叠后宽度小于维修孔直径，且液体分布器直径小于过滤净水器内径，但是大于支撑圈内径，金属支撑圈和液体分布器通过活动的搭扣连接，以防止在水压较大时，液体分布器被冲开，以确保不会掉落，并可用活动的卡扣与支撑圈固定，隔板上均匀分布有直径为1-20mm的孔262，方便液体通过；液体分布器还可采用金属网状隔板实现。
挡板27一支撑圈与液体分布器组合而成，设置在靠近顶部出口位置，如图2所示，以防止顶部过滤材料被冲洗进出口管道；
分离组件28由若干采用不同材料制备的过滤净水模块组成，过滤净水模块根据顺序依次组装在过滤净水器内的液体分布器上，其数量与液体分布器数量一致，过滤净水模块的高度一般为400-1200mm，过滤净水模块的数量和过滤净水材料的选择依据工艺而定；过滤材料模块中的过滤材料可以是焦炭、活性炭、纤维、砂石、沸石、瓷石、陶粒中的一种或几种组合而成；过滤材料模块中的过滤材料需要保持一定的独立性，同时又要方便取用而不脱落，可以采用玻璃纤维、棉布、尼龙布和无纺布等将松散的过滤净水材料包裹成小包，方便过滤净水材料的更换和填充，部分颗粒较大的过滤净水材料也可以直接填充，不需包裹；过滤材料一般填充自由空间体积，即两液体分布器之间的空间体积的60-90％。
本实施例中采用三层过滤净水模块，每层装填高度均为600mm，第一层过滤净水模块28-1选用未经包裹的粒径为5-30.0mm的砂石滤料，填充高度为450mm；第二层过滤净水模块28-2选用无纺布包裹的粒径为5-30mm的活性炭滤料，填充高度为500mm；第三层过滤净水模块28-3选用未经包裹的纤维直径为20μm的纤维滤料，若干纤维捆扎在一起，捆扎直径为5-30mm，纤维长100-500mm，填充高度为550mm；本发明也可以在同一层过滤模块内放置多种滤料，形成一个过滤模块。根据过滤材料模块的数量，维修孔和维修孔盖设置在对应过滤净水器器壁相应位置，以方便更换模块内失效的过滤材料，孔盖可以直接安装在器壁上；净水器正常操作时维修孔盖盖好，并密封维修孔；需要更换过滤材料时，将器内水放尽，再打开维修孔盖。
在线参数监测部件主要采用常规的流量监测组件、压力监测组件、液位监测组件、浊度监测组件和pH值监测组件中的一种或多种；根据工艺要求提供过滤净化前和过滤净化后的水质监测参数，该参数传递给PLC控制单元；一般根据对水质的要求，选用一种参数作为监测参数，以减少成本。
PLC控制部件主要包括传输信号处理组件、控制信号输入组件、PLC信号加工组件、控制信号执行组件、电气指示组件、开关仪表组件，这些组件均为常规成熟产品。PLC信号加工组件接收在线监测单元传递过来的水质监测参数，根据工艺设计要求，由控制信号输入组件，将需要控制的工艺参数输入PLC信号加工组件，信号经过加工后可以控制进液泵、进液阀、出液阀、回流阀、进气阀、排气阀等控制信号执行组件，执行相应的开关或调节等动作，同时根据电气指示组件和开关仪表组件显示相应设备或者部件的工作状态，达到自动控制，达到无人值守的目的。
本净化系统的储液箱1、空压机3、进液泵4、PLC控制器5、参数监测器6，以及连接阀及管路均可根据实际应用选择相应的常规产品采用常规技术组装而成。PLC控制器5控制各阀门的开关，采用常规控制技术。
本过滤净水系统的工作过程包括运行前安装过滤净水模块、正常运行过程、过滤净水模块再生过程及模块过滤净水材料更换，分别说明如下：
在运行前先在过滤净水器中安装过滤净水模块：具体包括：
步骤一，选择过滤净水材料，如本实施例中第一层过滤净水材料选用砂石滤料，第二层过滤净水材料选用活性炭滤料，第三层过滤净水材料选用纤维滤料，也可以在同一层过滤模块内放置不同的滤料；
步骤二，各过滤净水材料包裹成小包，防止过滤净水材料漏料进入水体，部分过滤净水材料也可不包裹直接放置在过滤净水模块的隔板上；
步骤三，过滤净水材料填充过滤模块空间体积一般为70-90％,预留部分体积以便再生时滤料松散膨胀；步骤四，打开过滤净水器顶盖，依次装入过滤净水模块，然后盖上一层隔板，将过滤净水器顶部封盖。
本过滤净水系统，正常运行过程如下：
步骤一，通过PLC控制器控制，保持连通阀、进液阀、出液阀打开，其他阀门关闭，开启进液泵，将储液箱中的处理污水输入过滤器；
步骤二，由底部进入过滤净水器的原污水经过若干过滤净水模块后，各模块发挥各自的过滤净水性能使污水净化，水质经过水质参数监测器检测，当达到排放标准时，对外排放；
步骤三，如果经监测，水质不合格，PLC控制器关闭出液阀，打开回流阀，进行第二次过滤，以实现水质工艺要求；如果经监测，水质合格，也可经过PLC控制关闭回流阀，打开出液阀排出。
本发明基于模块化分离组件的集成过滤净水系统的过滤净水模块再生过程步骤如下：
步骤一，出液经过水质参数监测器得到的水质参数，若判断过滤净水器堵塞严重，则经PLC控制开启再生过程；
步骤二，先经PLC控制器关闭出液阀、打开回流阀，将过滤后的干净水回流至储液箱；
步骤三，干净水经连通阀、进液泵、进液阀进入过滤净水器，同时关闭回流阀，打开出液阀；
步骤四，开启空压机、进气阀、排气阀，高压空气与干净水混合进入过滤净水器，并将过滤净水器内部过滤净水模块上的过滤净水材料冲散，并将过滤净水材料表面污物冲入水相，随水流经出液阀排走，气体经排气阀排走；
步骤五，水质参数监测器监测水质合格则再生过程完成。
本发明的基于模块化分离组件的集成过滤净水系统中的模块过滤净水材料更换过程步骤如下：
步骤一，排出液体经过水参数监测器检测，判断过滤净水器堵塞严重，经过再生程序仍然无法恢复，则判断过滤净水材料失效，则对滤净水材料更换；
步骤二，关闭进液泵，开启出液阀和底部放空阀，关闭其它阀门，过滤净水器内部液体经放空阀排走；
步骤三，打开过滤净水器维修孔，取出过滤净水材料，将污染严重的过滤净水材料取出更换，放入新过滤净水材料后，密封维修孔；
步骤四，关闭放空阀，正常开启过滤净水过程，若检测水质和压力正常，过滤净水材料更换完成。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，该系统包括输送部件、过滤净水器、在线监测部件和PLC控制部件；其特征在于，过滤净水器、在线监测部件和PLC控制部件通过输送部件连接成正常运行回路和过滤净水模块再生回路；所述过滤净水器中设置有由多种模块化组成的分离组件。
2.如权利要求1所述基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，其特征在于，所述过滤净水器为圆筒形状；过滤净水器底部连有进口，顶部设有出口，过滤净水器壁设有多个维修孔及维修孔盖；过滤净水器内设置有多个支撑圈、多个液体分布器、挡板和多种分离组件；其中，支撑圈与过滤净水器内壁固定；液体分布器为多孔隔板，隔板上设有合页，隔板上均匀分布有多个小孔，以方便液体通过；挡板由一支撑圈与一液体分布器组合而成，设置在靠近顶部出口位置。
3.如权利要求1所述基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，其特征在于，所述分离组件由多个采用不同材料制备的过滤净水模块组成，过滤净水模块依次组装在过滤净水器内的各层液体分布器上。
4.如权利要求3所述基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，其特征在于，所述过滤材料模块中的过滤材料是焦炭、活性炭、纤维、砂石、沸石、瓷石、陶粒中的一种或几种组合而成。
5.如权利要求4所述基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，其特征在于，所述过滤净水模块包括选用未经包裹的粒径为5-30.0mm的砂石滤料；或选用无纺布包裹的粒径为5-30mm的活性炭滤料；或选用纤维直径为20μm的纤维滤料捆扎在一起，捆扎直径为5-30mm；或在同过滤模块内放置多种滤料形成一个过滤模块。
6.如权利要求1所述基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，其特征在于，所述输送部件包括储液箱、管道、出口阀门、进口阀门和泵，外来液体进入储液箱或者直接通过管道、进液阀和泵，从过滤净水器底部进入过滤净水器内，过滤净化后干净水经过滤净水器上部流出进入其它回路或达到排放标准排放。
7.如权利要求6所述基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，其特征在于，所述储液箱设有多个隔断，实现外来液体的初步沉淀后再过滤；或设有多个出口与出口阀相连；或设置一个用于储污水的箱体和一个用于接收回流液体的箱体。
8.如权利要求1所述基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，其特征在于，所述在线参数监测部件主要流量监测组件、压力监测组件、液位监测组件、浊度监测组件和pH值监测组件中的一种或多种。
9.如权利要求1所述基于模块化分离组件的集成过滤净水系统，其特征在于，所述PLC控制部件主要包括监测组件传输信号处理组件、控制信号输入组件、PLC信号加工组件、控制信号执行组件、电气指示组件、开关仪表组件，PLC信号加工组件接收在线监测单元传递过来的水质监测参数，由控制信号输入组件，将需要控制的工艺参数输入PLC信号加工组件，信号经过加工后控制进液泵、进液阀、出液阀、回流阀、进气阀、排气阀控制信号执行组件，执行相应的开关或调节等动作，同时根据电气指示组件和开关仪表组件显示相应设备或者部件的工作状态，达到自动控制，达到无人值守的目的。
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