CN107638809A

CN107638809A - 太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统及利用该系统处理污染地表水和地下水的方法

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Publication number: CN107638809A
Application number: CN201711079643.XA
Authority: CN
Inventors: 梁恒; 朱学武; 成小翔; 唐小斌; 甘振东; 李圭白
Original assignee: HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY WATER RESOURCE NATIONALITY ENGINEERING STUDY LOCA Co Ltd
Current assignee: HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY WATER RESOURCE NATIONALITY ENGINEERING STUDY LOCA Co Ltd
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2018-01-30

Abstract

太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统及利用该系统处理污染地表水和地下水的方法，涉及一种膜分离系统及水处理方法。要解决现有应急供水中水质复查多变、常规处理工艺不能有效应对，且传统的膜分离技术能耗较高的问题。系统包括、原水箱、在线水质检测系统、太阳能供电系统、微滤膜装置、第一产水箱、超滤膜装置、PLC自控系统、第二产水箱、水质监测站、纳滤膜装置、第三产水箱、反渗透膜装置、第四产水箱、反冲洗水箱、加药泵和加药箱。方法：原水经过原水箱中水质监测系统的分析，原水进入第一产水箱；微滤产水经超滤膜装置进入第二产水箱；超滤产水经纳滤膜处理进入第三产水箱；本发明用于水处理领域。

Description

太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统及利用该系统处理污染地表水和地下水的方法

技术领域

本发明涉及一种膜分离系统及水处理方法。

背景技术

水是生命之源，它哺育了地球上所有的生命，为人类以及其他生物的生存繁衍默默贡献着它那股无瑕的清澈；水更是工农业的血液、城市的命脉，世界上所有的灿烂文明均构筑在这潺潺流水之上。然而，近年来随着经济的发展、工业化程度的提高、人类改造自然能力的加强，大海、湖泊、河流、水库等污染日趋严重，可饮用水源日益减少，全世界面临的水资源短缺问题更加严峻。地震、海啸、风暴、泥石流等自然灾害等引起突发性水污染事件也越来越频繁，严重损害了环境和人民群众的生命健康，对饮用水安全保障构成极大的威胁。为了应对当前的严峻考验，减少不必要的水资源浪费，充分利用一切可利用的水源，为饮用水源的增加开辟新途径，必须更加谨慎地对待日益频发的水污染事故及自然灾害，更加注重饮用水处理技术及设备的研究与开发。构建快速机动、高效处理水处理技术平台，及时快速的为灾区居民提供安全、可靠的饮用水，减少水危机，增强社会稳定。

常规处理工艺往往不能有效处理水源水中存在的痕量有机污染、重金属污染和无机盐超标问题，未能处理的污染物最终进入终端水体中，威胁人类健康。膜分离技术以其绿色环保的分离特点，已在饮用水处理领域广泛使用。微滤膜可有效降低水中大颗粒和胶体物质，超滤膜能高效致病微生物、细菌和病毒等，大大降低消毒剂消耗量；纳滤可有效降低水中无机盐、有机物和重金属离子，充分保障了饮用水健康；反渗透可截留几乎全部的离子，使得水中的离子含量达到很低的水平，但过于干净的水反而不利于人类健康，一般而言反渗透用于海水淡水处理。在饮用水处理领域，超滤与纳滤膜联用技术应用较为广泛，可用于微污染地表水、地下水和苦咸水的处理。

在突发性水质污染以及发生地质灾害地区，往往发生饮用水源被污染而常规水处理工艺出水不达标的情况，传统的应急工艺往往需要大量实验来确定应急技术和工艺参数，这就造成了供水的不及时。应对这些重污染问题，这就需要构建快速高效的水处理平台，因膜技术处理平台搭建较为迅速、出水水质优异，可用于应急水处理。同时，由于膜组件安装可实现工厂化生产，在发生污染时可快速机动、达到灾区，模块化与高度集成化可实现全范围覆盖的特点。

发明内容

本发明是要解决现有应急供水中水质复查多变、常规处理工艺不能有效应对，且传统的膜分离技术能耗较高的问题，提供一种太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统及利用该系统处理污染地表水和地下水的方法。

本发明太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统包括原水泵、原水箱、在线水质检测系统、太阳能供电系统、一级增压泵、微滤膜装置、第一产水箱、二级增压泵、超滤膜装置、PLC自控系统、第二产水箱、水质监测站、三级增压泵、纳滤膜装置、第三产水箱、四级增压泵、反渗透膜装置、第四产水箱、反冲洗水箱、反冲洗泵、加药泵和加药箱，

所述原水泵通过管道与原水箱相连，原水箱的出口依次通过一级增压泵和微滤进水阀与微滤膜装置相连，微滤膜装置的产水出口与第一产水箱相连，第一产水箱的出口依次通过二级增压泵和超滤进水阀与超滤膜装置相连，所述超滤膜装置的产水出口与第二产水箱相连，

第二产水箱的出口依次通过三级增压泵和纳滤进水阀与纳滤膜装置相连，纳滤膜装置的产水端与第三产水箱相连，第三产水箱的出口依次通过四级增压泵和反渗透进水阀与反渗透膜装置相连，反渗透装置的产水端与第四产水箱相连，

所述加药箱通过一号管道与反冲洗水箱相连，微滤膜装置的进水口通过二号管道与一号管道连通，超滤膜装置的进水口通过三号管道与一号管道连通，纳滤膜装置的进水口通过四号管道与一号管道连通，反渗透膜装置的进水口通过五号管道与一号管道连通，一号管道上靠近加药箱一端设有加药泵，一号管道上靠近反冲洗水箱一端设有反冲洗泵，一号管道上位于反冲洗泵与三号管道之间设有反洗阀，二号管道上设有微滤冲洗加药阀，三号管道上设有超滤冲洗加药阀，四号管道上设有纳滤冲洗加药阀，五号管道上设有反渗透冲洗加药阀，

微滤膜装置、超滤膜装置、纳滤膜装置和反渗透膜装置均设有排放阀。

原水箱、第一产水箱、第二产水箱、第三产水箱和第四产水箱内均设有在线水质检测系统，所有在线水质检测系统均与水质监测站相连，

太阳能供电系统为整个膜分离装置的运行提供用电，微滤进水阀、超滤进水阀、纳滤进水阀、反渗透进水阀、超滤冲洗加药阀、纳滤冲洗加药阀、微滤冲洗加药阀和反渗透冲洗加药阀均与PLC自控系统相连，PLC自控系统控制所有阀门的开启和关闭。

进一步的，所述太阳能供电系统由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池和逆变器组成，其中，太阳能控制器控制蓄电池的充电与放电过程，蓄电池分别设有太阳能充电接口和市电或发电机充电接口，可保证膜分离系统在特殊条件下(断电、雨雪天气)的连续运行；同时，蓄电池可提供低压直流电源输出，用于临时设备的供电。

进一步的，太阳能供电系统的太阳能电池板高度和方向能够调节，整个膜分离装置集成在一辆车内，太阳能电池板安装在车顶上方，便于快速机动和转移。

进一步的，所述的在线水质监测系统由在线pH计、水位监测仪、在线温度计、在线浊度仪、在线TOC检测仪、在线电导率仪、在线氨氮监测仪、金属离子监测仪和在线溶解氧监测仪等集成。本发明鉴于不同水质需要，提高系统智能化特点，针对原水水质特性进行水质检测仪器的集成。

进一步的，所述原水箱、第一产水箱、第二产水箱、第三产水箱和第四产水箱内均设置高、中、低三个水位监测仪，相应的水箱水位达到最高水位时，前面的泵停止工作；相应的，当达到中间水位时，泵开始工作产水；达到最低水位时，泵停止运转，开启停机保护模式。这样设置水位监测仪可避免泵一直工作导致原水箱、第一产水箱、第二产水箱、第三产水箱中满水溢流，造成浪费，同时可节省部分电能。

进一步的，所述的一级增压泵、二级增压泵、三级增压泵和四级增压泵均为变频泵，泵进出口处均设置压力传感器与PLC自控系统相连，根据设定的压力参数值在线随时调整泵的转速，保证系统恒压运行。

所述的第一产水箱、第二产水箱、第三产水箱和第四产水箱均为密闭式，由抗菌材料制成，可减少太阳直射引起的细菌和藻类繁殖，可保证膜产水在较长时间内保持无菌状态，减少甚至不添加消毒剂。

所述的微滤膜装置、超滤膜装置、纳滤膜装置和反渗透膜装置的产水口均设置流量传感器，与PLC自控系统相连，用以在线记录各组膜组件的通量变化，在每个膜组件通量变化超过设定值时，PLC自控系统开始反洗模式，恢复初始通量。

所述的微滤膜装置中的微滤膜为耐酸碱的径迹刻蚀膜，材质为PET，过滤精度为0.2～5μm。

所述的超滤膜装置的超滤膜为耐污染的无机陶瓷膜，采用压力式错流过滤方式，超滤膜的截留分子量为10-300kDa。

所述的纳滤膜装置的纳滤膜材质为聚酰胺，纳滤膜的形式为平板式、管式或中空纤维式，使用恒压错流过滤模式，纳滤膜的截留分子量为90-200Da。

所述的反渗透膜装置采用的反渗透膜为薄层复合膜，反渗透膜的形式为卷式或中空纤维式，使用恒压错流过滤模式，截留分子量为40-90Da。

微滤膜采用耐酸碱的PET径迹刻蚀膜，不仅适用于各种污染的原水，耐酸碱腐蚀性强，产水通量大，便于反洗；超滤膜采用无机陶瓷膜主要是利用其耐氧化和腐蚀性特点，使用寿命较长，化学清洗对膜通量影响很小；纳滤采用聚酰胺材质，鉴于膜制备工艺比较成熟，且与其他材质相比，抗污染性强，耐腐蚀，膜通量高；反渗透膜采用薄层复合膜的特点是该膜产水量大，运行压力低，节省能耗。

所述的加药泵在水质监测站监测到第二产水箱和第三产水箱中特定离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、SO² ₄ ^-、CO² ₃ ^-、SiO² ₃ ^-等)超过设定标准时由PLC自控系统控制自动开启。

所述的水质监测站内设有智能化分析程序，可以根据进水水质大致判断不同组合工艺的出水水质，与事先设定的饮用水标准进行比较，与PLC自控系统协同控制一级增压泵、二级增压泵、三级增压泵和四级增压泵的运行。

所述的膜分离装置的运行方式有4种：微滤+超滤；微滤+超滤+纳滤；微滤+超滤+反渗透；微滤+超滤+纳滤+反渗透，具体采用何种运行方式可根据原水水质由PLC自控系统进行选择。

利用上述系统处理污染地表水和地下水的方法，包括以下步骤：

一、启动原水泵，将原水打入原水箱中，经过原水箱中水质监测系统的分析，通过PLC自控系统控制一级增压泵和微滤进水阀的开启，原水经微滤膜装置处理后进入第一产水箱；待第一产水箱中水位达到设定值时，通过PLC自控系统控制二级增压泵与超滤进水阀的开启，微滤产水经超滤膜装置处理后，出水进入第二产水箱；待第二产水箱中水位达到设定值时，通过PLC自控系统控制三级增压泵与纳滤进水阀的开启，超滤产水经纳滤膜装置处理后，出水进入第三产水箱；

二、在PLC自控系统中设置纳滤运行压力值，通过控制三级增压泵的转速可保持纳滤膜装置的运行压力维持在设定值；

三、调节纳滤膜装置的排放阀，使得纳滤膜错流速度在15～20s内达到设定值，防止给水过流或水力冲击对膜元件的破坏，且前1h内的产水全部放掉不用。

进一步的，步骤一中微滤膜装置的通量60～120L/m²·h；

进一步的，步骤一中超滤膜装置的通量为30～60L/m²·h；

进一步的，步骤二中纳滤膜运行压力为0.4～0.8MPa；

进一步的，步骤二中纳滤膜错流流速为0.1～0.4m/s。

本发明的原理：

原水通过原水泵打入原水箱中，在一级增压泵作用下进入微滤膜处理装置，微滤产水进入第一产水箱，在微滤膜的机械筛分作用下原水中的大颗粒胶体、悬浮物被截留，当通量下降至设定值时，开启反清洗模式，以恢复微滤膜的过滤性能。

第一产水箱中的微滤出水经二级增压泵的加压作用进入超滤膜装置，超滤产水进入第二产水箱中，通过孔径筛分作用和微弱的膜面吸附效应，超滤膜能够进一步截留水体中的颗粒物、胶体、细菌和病毒等微生物。

第二产水箱中的超滤出水经三级增压泵的加压作用进入纳滤膜装置，纳滤产水进入第三产水箱中，通过静电排斥和膜孔筛分作用，大于膜孔的有机物、无机盐和重金属离子等得到有效截留。

第三产水箱中的纳滤出水经四级增压泵的加压作用进入反渗透装置，反渗透产水进入第四产水箱中，通过静电排斥和膜孔筛分作用，水中大部分离子均得到截留。

加药泵的作用在于当水质中特定离子含量超过设定标准时，用来向纳滤膜和反渗透膜进水中投加阻垢剂，能够有效的延长膜的使用寿命。

反冲洗泵的作用在于膜通量下降时，采用简单的水力冲洗来恢复膜通量，提高系统回收率。

本发明的有益效果：

本发明采用微滤、超滤、纳滤和反渗透膜组合运行的方式，能够充分发挥各自膜工艺的优势，可作为一种快速启动和高效除污染作用的水处理技术平台；同时利用太阳能作为系统的动力来源，大大降低电能的消耗，同时充分保障了供水安全。

1、本发明装置的流程简单，采用全膜法工艺处理，安装速度快，所有装置集成于流动车辆内，机动性强，采用智能化管理，操作和维护方便。

2、本发明采取微滤和超滤作为纳滤和反渗透的预处理技术，预处理过程中无需投加药剂或投加剂量很低，大大降低了药剂费用。

3、本发明采用太阳能作为膜分离装置的动力来源，同时设有市电和发电机充电接口，可在恶劣环境下连续运行，既节省了电能消耗，同时绿色环保。除雨雪等特殊天气外，该装置全部使用太阳能供电，夜间使用时也是使用白天太阳能发电储存的电能，与全部使用市电相比，可节约90％以上的电能。

4、本发明用途广泛，不仅可以用于灾区饮用水和受不同程度污染的地表水应急处理，同时也可以用于野外作业、大型船舶海上航行、地表水缺乏但地下水丰富且矿化度较高地区以及农村偏远地区的供水短缺问题。

5、本发明可以根据原水水质及处理水量等状况对工艺进行智能调整，仅当水源水质污染特别严重或处理海水时，需要添加少量的阻垢剂，一般情况下整个工艺不需要添加任何药剂，处理突发污染能力强。

6、本发明中装置采用绿色能源，且无药剂添加，产水箱采用抗菌材料制备，且密闭式环境可在较长时间内防止细菌繁殖，出水可直接饮用。

污染地表水和地下水经本发明装置处理后的出水水质特征为：pH：6.40-7.18，COD_Mn：0.63-0.99mg/L，UV₂₅₄：0.003-0.008cm^-1，浊度：0.05-0.09NTU，颗粒数和微生物未检出，氯离子：0.4-0.78mg/L，硫酸根：0.52-0.63mg/L，碱度：2-6mg/L，硬度：1-5CaCO₃mg/L，电导率3.28-24.95μs/cm。

附图说明

图1为本发明膜分离系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统包括原水泵1、原水箱2、在线水质检测系统3、太阳能供电系统4、一级增压泵5、微滤膜装置7、第一产水箱9、二级增压泵10、超滤膜装置12、PLC自控系统14、第二产水箱15、水质监测站16、三级增压泵17、纳滤膜装置19、第三产水箱21、四级增压泵22、反渗透膜装置24、第四产水箱26、反冲洗水箱27、反冲洗泵28、加药泵34和加药箱35，

所述原水泵1通过管道与原水箱2相连，原水箱2的出口依次通过一级增压泵5和微滤进水阀6与微滤膜装置7相连，微滤膜装置7的产水出口与第一产水箱9相连，第一产水箱9的出口依次通过二级增压泵10和超滤进水阀11与超滤膜装置12相连，所述超滤膜装置12的产水出口与第二产水箱15相连，

第二产水箱15的出口依次通过三级增压泵17和纳滤进水阀18与纳滤膜装置19相连，纳滤膜装置19的产水端与第三产水箱21相连，第三产水箱21的出口依次通过四级增压泵22和反渗透进水阀23与反渗透膜装置24相连，反渗透装置24的产水端与第四产水箱26相连，

所述加药箱35通过一号管道1-1与反冲洗水箱27相连，微滤膜装置7的进水口通过二号管道1-2与一号管道1-1连通，超滤膜装置12的进水口通过三号管道1-3与一号管道1-1连通，纳滤膜装置19的进水口通过四号管道1-4与一号管道1-1连通，反渗透膜装置24的进水口通过五号管道1-5与一号管道1-1连通，一号管道1-1上靠近加药箱35一端设有加药泵34，一号管道1-1上靠近反冲洗水箱27一端设有反冲洗泵28，一号管道1-1上位于反冲洗泵28与三号管道1-3之间设有反洗阀29，二号管道1-2上设有微滤冲洗加药阀32，三号管道1-3上设有超滤冲洗加药阀30，四号管道1-2上设有纳滤冲洗加药阀31，五号管道1-5上设有反渗透冲洗加药阀33，

微滤膜装置7、超滤膜装置12、纳滤膜装置19和反渗透膜装置24均设有排放阀。

原水箱2、第一产水箱9、第二产水箱15、第三产水箱21和第四产水箱26内均设有在线水质检测系统3，所有在线水质检测系统3均与水质监测站16相连，

太阳能供电系统4为整个膜分离系统的运行提供用电，微滤进水阀6、超滤进水阀11、纳滤进水阀18、反渗透进水阀23、超滤冲洗加药阀30、纳滤冲洗加药阀31、微滤冲洗加药阀32和反渗透冲洗加药阀33均与PLC自控系统14相连，PLC自控系统14控制所有阀门的开启和关闭。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述太阳能供电系统4由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池和逆变器组成，其中太阳能控制器控制蓄电池的充电与放电过程，蓄电池分别设有太阳能充电接口、市电或发电机充电接口。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：太阳能供电系统4的太阳能电池板高度和方向能够调节，整个膜分离系统集成在一辆车内，太阳能电池板安装在车顶上方。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述在线水质监测系统3由在线pH计、水位监测仪、在线温度计、在线浊度仪、在线TOC检测仪、在线电导率仪、在线氨氮监测仪、金属离子监测仪和在线溶解氧监测仪集成。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述原水箱2、第一产水箱9、第二产水箱15、第三产水箱21和第四产水箱26内均设置高、中和低三个水位监测仪，相应的水箱水位达到最高水位时，前面的泵停止工作；当水箱水位达到中间水位时，泵开始工作产水；当水箱水位达到最低水位时，泵停止运转，开启停机保护模式。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的一级增压泵5、二级增压泵10、三级增压泵17和四级增压泵22均为变频泵，泵进出口处均设置压力传感器与PLC自控系统14相连，根据设定的压力参数值在线随时调整泵的转速，保证系统恒压运行。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述第一产水箱9、第二产水箱15、第三产水箱21和第四产水箱26均为密闭式，由抗菌材料制成。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述微滤膜装置7、超滤膜装置12、纳滤膜装置19和反渗透膜装置24的产水口均设置流量传感器，与PLC自控系统14相连。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述微滤膜装置7中的微滤膜为耐酸碱的径迹刻蚀膜，材质为PET，过滤精度为0.2～5μm。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述超滤膜装置12的超滤膜为无机陶瓷膜，采用压力式错流过滤方式，超滤膜的截留分子量为10-300kDa。其它与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：所述纳滤膜装置19的纳滤膜材质为聚酰胺，纳滤膜的形式为平板式、管式或中空纤维式，使用恒压错流过滤模式，纳滤膜的截留分子量为90-200Da。其它与具体实施方式一至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：所述反渗透膜装置24采用的反渗透膜为薄层复合膜，反渗透膜的形式为卷式或中空纤维式，使用恒压错流过滤模式，截留分子量为40-90Da。其它与具体实施方式一至十一之一相同。

具体实施方式十三：本实施方式利用太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统处理污染地表水和地下水的方法，包括以下步骤：

一、启动原水泵1，将原水打入原水箱2中，经过原水箱2中水质监测系统3的分析，通过PLC自控系统14控制一级增压泵5和微滤进水阀6的开启，原水经微滤膜装置7处理后进入第一产水箱9；待第一产水箱9中水位达到设定值时，通过PLC自控系统14控制二级增压泵10与超滤进水阀11的开启，微滤产水经超滤膜装置12处理后，出水进入第二产水箱15；待第二产水箱15中水位达到设定值时，通过PLC自控系统14控制三级增压泵17与纳滤进水阀18的开启，超滤产水经纳滤膜装置19处理后，出水进入第三产水箱21；

二、在PLC自控系统14中设置纳滤运行压力值，通过控制三级增压泵17的转速保持纳滤膜装置的运行压力维持在设定值；

三、调节纳滤膜装置19的排放阀，使得纳滤膜错流速度在15～20s内达到设定值，防止给水过流或水力冲击对膜元件的破坏，且前1h内的产水全部放掉不用。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十三不同的是：步骤一中微滤膜装置19的通量为60～120L/m²·h。其它与具体实施方式十三相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式十三或十四不同的是：步骤一中超滤膜装置12的通量为30～60L/m²·h。其它与具体实施方式十三或十四相同。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十三至十五之一不同的是：步骤二中纳滤运行压力为0.4～0.8MPa。其它与具体实施方式十三至十五之一相同。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十三至十六之一不同的是：步骤二中纳滤膜错流流速为0.1～0.4m/s。其它与具体实施方式十三至十六之一相同。

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

结合图1说明本实施例，本实施例太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统包括原水泵1、原水箱2、在线水质检测系统3、太阳能供电系统4、一级增压泵5、微滤膜装置7、第一产水箱9、二级增压泵10、超滤膜装置12、PLC自控系统14、第二产水箱15、水质监测站16、三级增压泵17、纳滤膜装置19、第三产水箱21、四级增压泵22、反渗透膜装置24、第四产水箱26、反冲洗水箱27、反冲洗泵28、加药泵34和加药箱35，

太阳能供电系统4为整个膜分离装置的运行提供用电，微滤进水阀6、超滤进水阀11、纳滤进水阀18、反渗透进水阀23、超滤冲洗加药阀30、纳滤冲洗加药阀31、微滤冲洗加药阀32和反渗透冲洗加药阀33均与PLC自控系统14相连，PLC自控系统14控制所有阀门的开启和关闭。

所述太阳能供电系统4由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池和逆变器组成，其中，太阳能控制器控制蓄电池的充电与放电过程，蓄电池分别设有太阳能充电接口和市电或发电机充电接口，可保证膜分离系统在特殊条件下(断电、雨雪天气)的连续运行；同时，蓄电池可提供低压直流电源输出，用于临时设备的供电。

太阳能供电系统4的太阳能电池板高度和方向能够调节，整个膜分离装置集成在一辆车内，太阳能电池板安装在车顶上方，便于快速机动和转移。

所述的在线水质监测系统由在线pH计、水位监测仪、在线温度计、在线浊度仪、在线TOC检测仪、在线电导率仪、在线氨氮监测仪、金属离子监测仪和在线溶解氧监测仪等集成。本发明鉴于不同水质需要，提高系统智能化特点，针对原水水质特性进行水质检测仪器的集成。

所述原水箱2、第一产水箱9、第二产水箱15、第三产水箱21和第四产水箱26内均设置高、中、低三个水位监测仪，相应的水箱水位达到最高水位时，前面的泵停止工作；相应的，当达到中间水位时，泵开始工作产水；达到最低水位时，泵停止运转，开启停机保护模式。这样设置水位监测仪可避免泵一直工作导致原水箱、第一产水箱、第二产水箱、第三产水箱中满水溢流，造成浪费，同时可节省部分电能。

所述的一级增压泵5、二级增压泵10、三级增压泵17和四级增压泵22均为变频泵，泵进出口处均设置压力传感器与PLC自控系统14相连，根据设定的压力参数值在线随时调整泵的转速，保证系统恒压运行。

所述的第一产水箱9、第二产水箱15、第三产水箱21和第四产水箱26均为密闭式，由抗菌材料制成，可减少太阳直射引起的细菌和藻类繁殖，可保证膜产水在较长时间内保持无菌状态，减少甚至不添加消毒剂。

所述的微滤膜装置7、超滤膜装置12、纳滤膜装置19和反渗透膜装置24的产水口均设置流量传感器，与PLC自控系统14相连，用以在线记录各组膜组件的通量变化，在每个膜组件通量变化超过设定值时，PLC自控系统开始反洗模式，恢复初始通量。

所述的微滤膜装置7中的微滤膜为耐酸碱的径迹刻蚀膜，材质为PET，过滤精度为0.2μm。

所述的超滤膜装置12的超滤膜为耐污染的无机陶瓷膜，采用压力式错流过滤方式，超滤膜的截留分子量为200kDa。

所述的纳滤膜装置19的纳滤膜材质为聚酰胺，纳滤膜的形式为平板式、管式或中空纤维式，使用恒压错流过滤模式，纳滤膜的截留分子量为100Da。

所述的反渗透膜装置24采用的反渗透膜为薄层复合膜，反渗透膜的形式为卷式或中空纤维式，使用恒压错流过滤模式，截留分子量为90Da。

所述的加药泵34在水质监测站16监测到第二产水箱15和第三产水箱21中特定离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、等)超过设定标准时由PLC自控系统14控制自动开启。

所述的水质监测站16内设有智能化分析程序，可以根据进水水质大致判断不同组合工艺的出水水质，与事先设定的饮用水标准进行比较，与PLC自控系统14协同控制一级增压泵5、二级增压泵10、三级增压泵17和四级增压泵22的运行。

本实施例待处理的原水水质特征为：pH：7.24-7.75、COD_Mn：4.85-9.37mg/L、UV₂₅₄：0.09-0.187cm^-1、浊度：34.9-75.7NTU、氯离子：124-225mg/L、硫酸根：37.9-85.6mg/L、碱度：25.2-42.8mg/L、硬度：375-682CaCO₃mg/L、电导率247.4-625.7μs/cm。

经水质分析可知，原水呈现微污染的特点，且无机盐离子含量较高，根据现行饮用水水质标准GB5749-2006的要求，结合膜工艺对不同有机物和无机离子的去除特性，结合水质分析和出水要求，PLC系统将启动微滤+超滤+纳滤的运行模式。

二、在PLC自控系统14中设置纳滤运行压力值，通过控制三级增压泵17的转速可保持纳滤膜装置的运行压力维持在设定值；

三、调节纳滤膜装置19的排放阀，使得纳滤膜错流速度在15～20s内达到设定值，防止给水过流或水力冲击对膜元件的破坏，且前1h内的产水排空；

进一步的，步骤一中微滤膜装置的通量65L/m²·h；

进一步的，步骤一中超滤膜装置的通量为45L/m²·h；

进一步的，步骤二中纳滤膜运行压力为0.6MPa；

进一步的，步骤二中纳滤膜错流流速为0.2m/s。

经处理后出水水质特征为：

pH：6.72-7.10，COD_Mn：0.78-0.95mg/L，UV₂₅₄：0.004-0.007cm^-1，浊度：0.05-0.08NTU，颗粒数和微生物未检出，氯离子：0.45-0.72mg/L，硫酸根：0.55-0.61mg/L，碱度：3.3-5.7mg/L，硬度：2.3-4.8CaCO₃mg/L，电导率8.53-12.74μs/cm。

Claims

1.太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统，其特征在于该系统包括原水泵(1)、原水箱(2)、在线水质检测系统(3)、太阳能供电系统(4)、一级增压泵(5)、微滤膜装置(7)、第一产水箱(9)、二级增压泵(10)、超滤膜装置(12)、PLC自控系统(14)、第二产水箱(15)、水质监测站(16)、三级增压泵(17)、纳滤膜装置(19)、第三产水箱(21)、四级增压泵(22)、反渗透膜装置(24)、第四产水箱(26)、反冲洗水箱(27)、反冲洗泵(28)、加药泵(34)和加药箱(35)，

所述原水泵(1)通过管道与原水箱(2)相连，原水箱(2)的出口依次通过一级增压泵(5)和微滤进水阀(6)与微滤膜装置(7)相连，微滤膜装置(7)的产水出口与第一产水箱(9)相连，第一产水箱(9)的出口依次通过二级增压泵(10)和超滤进水阀(11)与超滤膜装置(12)相连，所述超滤膜装置(12)的产水出口与第二产水箱(15)相连，

第二产水箱(15)的出口依次通过三级增压泵(17)和纳滤进水阀(18)与纳滤膜装置(19)相连，纳滤膜装置(19)的产水端与第三产水箱(21)相连，第三产水箱(21)的出口依次通过四级增压泵(22)和反渗透进水阀(23)与反渗透膜装置(24)相连，反渗透装置(24)的产水端与第四产水箱(26)相连，

所述加药箱(35)通过一号管道(1-1)与反冲洗水箱(27)相连，微滤膜装置(7)的进水口通过二号管道(1-2)与一号管道(1-1)连通，超滤膜装置(12)的进水口通过三号管道(1-3)与一号管道(1-1)连通，纳滤膜装置(19)的进水口通过四号管道(1-4)与一号管道(1-1)连通，反渗透膜装置(24)的进水口通过五号管道(1-5)与一号管道(1-1)连通，一号管道(1-1)上靠近加药箱(35)一端设有加药泵(34)，一号管道(1-1)上靠近反冲洗水箱(27)一端设有反冲洗泵(28)，一号管道(1-1)上位于反冲洗泵(28)与三号管道(1-3)之间设有反洗阀(29)，二号管道(1-2)上设有微滤冲洗加药阀(32)，三号管道(1-3)上设有超滤冲洗加药阀(30)，四号管道(1-2)上设有纳滤冲洗加药阀(31)，五号管道(1-5)上设有反渗透冲洗加药阀(33)，

微滤膜装置(7)、超滤膜装置(12)、纳滤膜装置(19)和反渗透膜装置(24)均设有排放阀。

原水箱(2)、第一产水箱(9)、第二产水箱(15)、第三产水箱(21)和第四产水箱(26)内均设有在线水质检测系统(3)，所有在线水质检测系统(3)均与水质监测站(16)相连，

太阳能供电系统(4)为整个膜分离系统的运行提供用电，微滤进水阀(6)、超滤进水阀(11)、纳滤进水阀(18)、反渗透进水阀(23)、超滤冲洗加药阀(30)、纳滤冲洗加药阀(31)、微滤冲洗加药阀(32)和反渗透冲洗加药阀(33)均与PLC自控系统(14)相连，PLC自控系统(14)控制所有阀门的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统，其特征在于所述原水箱(2)、第一产水箱(9)、第二产水箱(15)、第三产水箱(21)和第四产水箱(26)内均设置高、中和低三个水位监测仪，相应的水箱水位达到最高水位时，前面的泵停止工作；当水箱水位达到中间水位时，泵开始工作产水；当水箱水位达到最低水位时，泵停止运转，开启停机保护模式。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统，其特征在于所述的一级增压泵(5)、二级增压泵(10)、三级增压泵(17)和四级增压泵(22)均为变频泵，泵进出口处均设置压力传感器与PLC自控系统(14)相连，根据设定的压力参数值在线随时调整泵的转速，保证系统恒压运行。

4.根据权利要求3所述的太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统，其特征在于所述微滤膜装置(7)中的微滤膜为耐酸碱的径迹刻蚀膜，材质为PET，过滤精度为0.2～5μm。

5.根据权利要求1、2或4所述的太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统，其特征在于所述超滤膜装置(12)的超滤膜为无机陶瓷膜，采用压力式错流过滤方式，超滤膜的截留分子量为10-300kDa。

6.根据权利要求5所述的太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统，其特征在于所述纳滤膜装置(19)的纳滤膜材质为聚酰胺，纳滤膜的形式为平板式、管式或中空纤维式，使用恒压错流过滤模式，纳滤膜的截留分子量为90-200Da。

7.根据权利要求6所述的太阳能驱动的多用途饮用水膜分离系统，其特征在于所述反渗透膜装置(24)采用的反渗透膜为薄层复合膜，反渗透膜的形式为卷式或中空纤维式，使用恒压错流过滤模式，截留分子量为40-90Da。

8.利用权利要求1所述系统处理污染地表水和地下水的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

一、启动原水泵(1)，将原水打入原水箱(2)中，经过原水箱(2)中水质监测系统(3)的分析，通过PLC自控系统(14)控制一级增压泵(5)和微滤进水阀(6)的开启，原水经微滤膜装置(7)处理后进入第一产水箱(9)；待第一产水箱(9)中水位达到设定值时，通过PLC自控系统(14)控制二级增压泵(10)与超滤进水阀(11)的开启，微滤产水经超滤膜装置(12)处理后，出水进入第二产水箱(15)；待第二产水箱(15)中水位达到设定值时，通过PLC自控系统(14)控制三级增压泵(17)与纳滤进水阀(18)的开启，超滤产水经纳滤膜装置(19)处理后，出水进入第三产水箱(21)；

二、在PLC自控系统(14)中设置纳滤运行压力值，通过控制三级增压泵(17)的转速保持纳滤膜装置的运行压力维持在设定值；

三、调节纳滤膜装置(19)的排放阀，使得纳滤膜错流速度在15～20s内达到设定值，防止给水过流或水力冲击对膜元件的破坏，且前1h内的产水全部放掉不用。

9.根据权利要求8所述的处理污染地表水和地下水的方法，其特征在于步骤一中微滤膜装置(19)的通量为60～120L/m²·h，超滤膜装置(12)的通量为30～60L/m²·h。

10.根据权利要求8或9所述的处理污染地表水和地下水的方法，其特征在于步骤二中纳滤运行压力为0.4～0.8MPa，纳滤膜错流流速为0.1～0.4m/s。