CN111039470A

CN111039470A - 一种智能纳滤及反渗透水处理系统及处理方法

Info

Publication number: CN111039470A
Application number: CN202010056301.1A
Authority: CN
Inventors: 王强; 段伟
Original assignee: Shenzhen Reamem Membrane Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Reamem Membrane Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-18
Filing date: 2020-01-18
Publication date: 2020-04-21

Abstract

一种智能纳滤及反渗透水处理系统及处理方法，所述的处理系统包括预处理系统，与预处理系统连通的过滤单元组、NF/RO膜系统，该NF/RO膜系统设有产水出水口和浓水出水口；预处理系统、过滤单元组以及NF/RO膜系统的出水口均设有水质传感器；预处理系统进水管上设有原水流量传感器和原水水质传感器；预处理系统与过滤单元组之间设有供水泵；过滤单元组与NF/RO膜系统之间设有高压泵。本发明将可检测温度，浊度，TOC等参数的低成本的光学智能传感器与电导率、OPR、压力、流量等传感器相结合，同时检测原水中的有、无机物及悬浮物，智能调节膜系统的运行通量及回收率，保持稳定长效运行。本发明低成本、易于维护和操作，便于推广应用。

Description

一种智能纳滤及反渗透水处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及基于物联网和人工智能于一体的水处理技术领域，尤其涉及一种用于高级膜处理工艺中的NF（纳滤）及RO（反渗透）膜的水处理系统及处理方法。

背景技术

随着国家对污水排放标准的提高及中水回用力度的加大，高级膜处理技术，如纳滤和反渗透的应用越来越广泛。由于纳滤及反渗透膜材料的特殊性，对于水中的有机物污染物含量有较为严格的要求，如，悬浮物。水中有机物含量高，容易造成膜的污堵，从而降低膜的产水量及产水水质。但是，在高温或者高回收率的情况下，膜很容易造成污堵，需要进行化学清洗。电导率、脱盐率及回收率等往往作为衡量膜系统运行及产水水质是否合格的判断标准。而有机物的含量未能纳入评判依据，虽然膜对有机物有一定的去除率，但是截流下来的有机物会聚集在浓水中，有机物含量的多少又会影响浓水的进一步处理。此外，一般膜的预处理有多介质过滤器，活性炭过滤器和保安过滤器，这几种过滤器的运行状况目前由压差来判断是否良好，一旦前处理发生故障或者处理效果下降，无机物的变化还可以通过电导率来衡量，但是有机物和悬浮物却未能及时反馈，由此短时间内会对膜造成污染或者堵塞。

现有的膜系统最常见的有监测：TDS（总溶解性固体）、 ORP(氧化还原电位)、压力，流量，温度等参数的传感器。来水水质是否适合进膜系统仅靠SDI(淤泥密度指数)值来衡量。一般地SDI≤3,则认为来水可以进入膜系统。由于现有的监测手段有限以及在线有机物含量检测设备，如，TOC（总有机碳）在线监测仪等，其成本较高和操作维护相对复杂，所以一直未被广泛的应用于NF（纳滤）及RO（反渗透）膜系统的数据监测。实际水处理时，水中有机物的含量常常被忽略。

因此，如何克服实际污水处理时，由于现有的监测手段有限以及在线有机物含量检测设备成本高和维护复杂，水中有机物含量的监测常常被忽略的缺陷是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有污水处理时，由于监测手段有限以及在线有机物含量检测设备成本高和操作复杂，水中有机物含量的监测常常被忽略的问题，提出一种低成本、易维护操作的可高效监控进水状况及持续稳定运行的一种NF（纳滤）及RO（反渗透）膜的水处理系统及处理方法。

本发明提出的一种智能纳滤及反渗透水处理系统，包括预处理系统，与所述预处理系统依次连通的过滤单元组、NF/RO膜系统，该NF/RO膜系统设有产水出水口和浓水出水口；所述预处理系统、过滤单元组以及NF/RO膜系统的出水口均设有水质传感器；所述预处理系统进水管上设有原水流量传感器和原水水质传感器；所述预处理系统与过滤单元组之间设有供水泵；所述过滤单元组与NF/RO膜系统之间设有高压泵。

进一步的，所述过滤单元组包括依次连接的多介质过滤器、活性炭过滤器和保安过滤器；所述多介质过滤器、活性炭过滤器和后端过滤器的出水口分别均设有水质传感器。

进一步的，所述多介质过滤器的进、出水口分别设有进水、出水压力传感器。

进一步的，所述活性炭过滤器的进、出水口分别设有进水、出水压力传感器。

进一步的，所述保安过滤器的进、出水口分别设有进水、出水压力传感器。

进一步的，所述NF/RO膜系统的进、出水口分别设有进水、产水压力传感器。

进一步的，还包括NB-IoT数据传输模块，将系统收集的数据通过互联网传送于手机或云端服务器。

本发明还提出了一种所述智能纳滤及反渗透处理系统的处理方法，包括如下步骤：

待处理原水输入预处理系统，并检测原水的TOC、COD、浊度及水温参数、原水流量数据，计算预处理所需的工艺、絮凝处理时间及加药量；判断预处理系统的出水是否达标准，若是，所述出水进入多介质过滤器；若不是，出水返回所述预处理系统再处理；

所述出水进入多介质过滤器经过滤后输出，采集出水的浊度参数，若浊度值符合要求，所述出水进入活性炭过滤器；当浊度值升高到一定值，并通过反洗不能降低该浊度值时，更换滤料；

所述出水进入活性炭过滤器经过滤后输出，采集出水的浊度参数，若浊度值符合要求，所述出水进入保安过滤器；当浊度值逐渐升高到一定值，并通过反洗不能降低该浊度值时，更换滤料；

所述出水进入保安过滤器经过滤后输出，采集出水的浊度值、TOC，若浊度值、TOC符合要求时，则所述出水进入NF/RO膜系统；保安过滤器的过滤精度为1-5um，当保安过滤器的进、出口水压压差超过一定值时，更换保安过滤器中的PP棉滤芯；

所述出水进入NF/RO膜系统后，采集产水的TDS、TOC数据并判断，若产水合格排出备用；若不合格，回流到所述预处理系统再处理；当采集的进水中TOC含量大于20ppm但小于25ppm时，降低系统的运行通量和回收率；

所述NF/RO膜系统的浓水出水口排出的浓水一部分排放，一部分回流至NF/RO膜系统的进口;

同时通过数据传输模块将所述原水处理各阶段采集的参数实时传输到运营和维护者的手机上，还上传到云端服务器。

进一步的，当所述多介质过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器或NF/RO膜系统出水水质数据收集达365天，记录各参数的最小值和最大值及不同范围值出现的频率，通过系统分析得出各过滤单元的最佳运行工况及最佳运行工况下的产水水质状况。

进一步的，原水预处理阶段的工艺包括：混凝沉淀，或混凝沉淀和气浮、氧化工艺；所述判断预处理系统的出水的达标准为：浊度小于20NTU，TOC小于25ppm。

进一步的，所述多介质过滤器、活性炭过滤器各自的进、出口水压压差超过20%时，均需要进行清洗；当所述保安过滤器进、出口水压压差超过20%时，更换所述的PP棉滤芯；当NF/RO膜系统的进口水压与浓水出口水压的压差超过20%时，需进行化学清洗。

本发明将可检测温度，浊度，TOC等参数的低成本光学智能传感器与电导率，OPR，压力，流量等传感器相结合，可以同时检测原水中的悬浮物、有机物和无机物，智能调节膜系统的运行通量及回收率，让膜系统在产水水质合格的情况下持续稳定的长效运行。运行的数据可以通过手机APP及云端大数据系统查看并形成数据库。实现物联网、人工智能与膜系统的有机结合。本发明低成本、易于维护和操作，便于推广应用。

附图说明

图1 为本发明实施例的工艺流程示意图。

其中：1-预处理系统；2-多介质过滤器；5-NF/RO膜系统；11-原水流量传感器；12-原水水质传感器；13-预处理出水水质传感器；21-供水泵；22-多介质过滤器进水压力传感器；23-多介质过滤器出水压力传感器；24-多介质过滤器出水水质传感器；31-活性炭过滤器进水压力传感器；32-活性炭过滤器出水压力传感器；33-活性炭过滤器出水水质传感器；41-保安过滤器进水压力传感器；42-保安过滤器出水压力传感器；43-保安过滤器出水水质传感器；

51-高压泵；52- NF/RO膜进水压力传感器；53- NF/RO膜产水压力传感器；54- NF/RO膜产水水质传感器；55-NF/RO膜产水流量传感器；56- NF/RO膜浓水压力传感器；57- NF/RO膜浓水排放流量传感器；58- NF/RO膜浓水水质传感器；59- NF/RO膜浓水回流流量传感器。

具体实施方式

如图1所示，为本发明实施例的工艺流程示意图。本发明提供的智能纳滤及反渗透水处理系统，其包括：预处理系统1，与预处理系统1依次连通的过滤单元组、NF/RO膜系统5。该NF/RO膜系统5设有浓水出水口以及与产水箱6连通的产水出水口，该浓水出水口与NF/RO膜系统5的进水口连通以及与外部连通。本实施例中，过滤单元组包括：依次连通的多介质过滤器2、活性炭过滤器3和保安过滤器4。对于不同的水处理工艺，可以选用超滤膜代替保安过滤器，其处理及判断原理是相同的。预处理系统1通过供水泵21与多介质过滤器2连通，保安过滤器4通过高压泵51与NF/RO膜系统5连通。预处理系统1、多介质过滤器2、活性炭过滤器3、保安过滤器4以及NF/RO膜系统5的出水口分别设有水质传感器13、24、33、43、54；预处理系统1进水管上设有原水流量传感器11和原水水质传感器12。多介质过滤器2的进水口设有进水压力传感器22，出水口设有出水压力传感器23；同理，活性炭过滤器3的进、出水口分别设有进水、出水压力传感器31、32；保安过滤器4的进、出水口分别设有进水、出水压力传感器41、42；NF/RO膜系统5的进、出水口分别设有进水、产水压力传感器52、53；NF/RO膜系统5的出水口还设有NF/RO膜产水流量传感器55。NF/RO膜系统5的浓水出水口设有NF/RO膜浓水压力传感器56； NF/RO膜浓水排放流量传感器57以及NF/RO膜浓水水质传感器58。浓水出水口与NF/RO膜系统5的进水口连通的管道上还设有NF/RO膜浓水回流流量传感器59。

本发明的水处理系统中还包括NB-IoT数据传输模块，将系统收集的数据通过互联网传送于手机或云端服务器。

本发明还提出了一种使用智能纳滤及反渗透水处理系统的处理方法，处理步骤如下：

将待处理原水通过原水流量传感器11和原水水质传感器12输入预处理系统1，并通过预处理出水水质传感器13检测原水的TOC、COD、浊度及水温参数以及原水流量数据，根据这些数据系统计算出原水预处理所需的工艺、絮凝处理时间及加药量。原水预处理阶段的工艺包括：混凝沉淀，主要是去除进水中的悬浮物和其它SS等。若原水中的有机物含量较高，则需要增加气浮或者高级氧化工艺。判断预处理系统1的出水是否达标准的出水标准可以为：浊度是否小于20NTU，TOC是否小于25ppm。若是，所述出水进入下一个处理单元多介质过滤器2；若不是，出水返回所述预处理系统1再处理，直到出水合格为止。

所述出水进入多介质过滤器2经过滤后输出，通过多介质过滤器出水水质传感器24采集该出水的浊度参数来反应多介质过滤器2的过滤效果。若浊度值符合要求，即出水的浊度小于20NTU时，所述出水进入活性炭过滤器3。否则，回流预处理系统1进水口再处理。多介质过滤器2上的进水、出水压力传感器22、23是用来控制过滤和反洗周期的，当进、出口水压压差超过20%时，即当（进水压力-出水压力）/进水压力的值超过20%时，多介质过滤器2需要进行反冲洗。若出水的浊度值升高到进入多介质过滤器2时的水的浊度值的80%以上，并通过反洗不能降低该浊度值时，则判定该多介质过滤器2中的滤料饱和，需要立即更换该滤料。

所述出水进入活性炭过滤器3经过滤后输出，通过活性炭过滤器出水水质传感器33采集该出水的浊度参数来反应活性炭过滤器3的过滤效果。若浊度值符合要求，即出水的浊度小于5NTU时，所述出水进入保安过滤器4。否则，回流预处理系统1进水口再处理。活性炭过滤器3上的进水、出水压力传感器31、32是用来控制过滤和反洗周期，当进、出口水压压差超过20%时，即当（进水压力-出水压力）/进水压力的值超过20%时，活性炭过滤器3需要进行反冲洗。若出水的浊度值逐渐升高到进入活性炭过滤器3时的水的浊度值的80%以上，并通过反洗不能降低该浊度值时，则判定该活性炭过滤器3的滤料饱和，需要立即更换该滤料。

所述出水进入保安过滤器4经过滤后输出，保安过滤器4的过滤精度为1-5um，可将出水中大部分不溶解的SS及有机物被截留下来。通过保安过滤器出水水质传感器43采集该出水的浊度值、TOC，若浊度小于1NTU、TOC小于25ppm，则保安过滤器4的出水可以进入NF/RO膜系统5。否则，需要回流到前段预处理或者检查保安过滤器是否失效。保安过滤器4上的进水、出水压力传感器41、42是用来控制保安过滤器4中PP棉滤芯的更换周期的。当进、出口水压压差超过20%时，即当保安过滤器4的（进水压力-出水压力）/进水压力的值超过20%时,更换保安过滤器4中的PP棉滤芯。通过采集的数据可以看到，经过保安过滤器4的出水，不管是浊度值还是TOC均是逐渐下降的趋势。

所述出水进入NF/RO膜系统5经反渗透后输出产水，通过NF/RO膜产水水质传感器54采集该产水的TDS、TOC数据并判断，产水合格，排入产水箱6备用。因为进水水质和出水水质要求不同，产水的TDS及TOC值根据实际使用情况而定。通过NF/RO膜产水流量传感器55计量产水的输出量。若产水不合格，回流到所述预处理系统1再处理。一般地，NF/RO膜系统5启动时段内，产水水质TDS、TOC等较高，这部分不合格产水回流到前段预处理系统1再重新处理。

当采集到NF/RO膜系统进水的TOC含量大于20ppm但小于25ppm时，这表明此类水会对膜具有造成污堵的风险，不论进水中电导率值的高低，都要酌情考虑降低系统的运行通量和回收率。这与常规设计方法不同的是，常规的NF/RO膜系统的设计通量及回收率主要考虑进水中的电导率，本发明主要考虑进水中的TOC含量。再结合产水和浓水的TOC值可以让系统在保证产水水质的情况下，以致过滤膜可以长效稳定的运行，从而降低污堵和结垢的风险。

此外，NF/RO膜系统5的进水压力传感器52和产水压力传感器53检测到的数据是直接判断该膜系统运行状况的关键数据。而通过系统中水质传感器采集的数据可以有效的分析是颗粒物造成的污染还是有机物，或者是无机盐结垢，从而做出相应的清洗措施。

当本发明的多介质过滤器2、活性炭过滤器3、保安过滤器4或NF/RO膜系统5出水水质数据收集达到365天，可以认为是一个完整的运行周期，记录各参数的最小值和最大值及不同范围值出现的频率，通过系统分析可以得出上述各过滤单元的最佳运行工况及最佳运行工况下的产水水质状况。

所述NF/RO膜系统5的浓水出水口的浓水排出管上设有NF/RO膜浓水排放流量传感器57，通过该传感器57检测浓水的输出量，用来计算膜系统5的回收率以及控制该膜系统5回收率。通过设于浓水排出管上-NF/RO膜浓水水质传感器58检测TDS和TOC值，两者结合用来衡量系统浓水水质情况，判断排出浓水中的有机和无机污染物对膜污染的风险，并调整膜系统5的通量和系统回收率。浓水回流处理可以增加膜错流速率，降低膜污堵风险；还可以提高膜系统5的回收率，膜系统回流量可以根据设于浓水回流管上NF/RO膜浓水回流流量传感器59测得。通过设于浓水排出管上的NF/RO膜浓水压力传感器56测取浓水排出的压力，其与膜系统5的进水压力传感器52测得压力的差值为跨膜压差，该跨膜压差是衡量膜污堵情况的关键参数之一，当该跨膜压差超过20%的时候，膜系统需要进行化学清洗。

由NF/RO膜系统浓水出水口排出的浓水一分为二：一部分排放，一部分回流。回流是为了提高系统回收率和降低膜污堵风险。浓水排放和浓水回流是同时进行的，浓水回流管道和排放管道是联通的，通过手动或者自动阀来调整流量。膜系统回收率计算公式：产水/（产水+浓水排放）；浓水回流量与系统总的回收率，水质等有关，一般浓水回流比（公式：浓水回流量/浓水总量）不宜太高，控制在60%以下。若回流比太高，则能耗会提高，膜的污染风险会增加。

同时通过NB-IoT数据传输模块将原水处理各阶段采集到的参数实时传输到运营和维护者的手机上，还可上传到云端服务器，便于控制和管理。

本发明所述的NB-IoT是指窄带物联网(Narrow Band -Internet of Things)技术。NB-IOT适用于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)应用，是一种可在全球范围内广泛应用的物联网新兴技术。专利文件中提到的“NB-IoT”是指的一种数据传输方式，主要是由于有的设备或者区域用无法蓝牙或者WIFI等方式传输数据，所以就采用NB-IoT方式。这是一种国际上很成熟的数据传输模式。

本发明在每个水处理单元上都设置了水质传感器，对每一步单元处理的水质进行实时监测，通过采集的数据智能判断各单元的运行状况并做出相应的反馈。本发明将低成本光学智能传感器与电导率，OPR，压力，流量等传感器相结合，可让膜系统在产水水质合格的情况下持续稳定的长效运行。运行的数据可通过手机APP及云端大数据系统查看并形成数据库。实现物联网、人工智能与膜系统的有机结合。本发明低成本、易于维护操作，便于推广应用。

以上所述实施例主要是为了说明本发明的创作构思，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种智能纳滤及反渗透水处理系统，包括预处理系统，其特征在于，还包括与所述预处理系统依次连通的过滤单元组、NF/RO膜系统，该NF/RO膜系统设有产水出水口和浓水出水口；所述预处理系统、过滤单元组以及NF/RO膜系统的出水口均设有水质传感器；所述预处理系统进水管上设有原水流量传感器和原水水质传感器；所述预处理系统与过滤单元组之间设有供水泵；所述过滤单元组与NF/RO膜系统之间设有高压泵。

2.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述过滤单元组包括依次连接的多介质过滤器、活性炭过滤器和保安过滤器；所述多介质过滤器、活性炭过滤器和保安过滤器的出水口分别均设有水质传感器。

3.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述多介质过滤器的进、出水口分别设有进水、出水压力传感器。

4.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述活性炭过滤器的进、出水口分别设有进水、出水压力传感器。

5.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述保安过滤器的进、出水口分别设有进水、出水压力传感器。

6.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述NF/RO膜系统的进、出水口分别设有进水、产水压力传感器。

7.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，还包括NB-IoT数据传输模块，将系统收集的数据通过互联网传送于手机或云端服务器。

8.一种使用如权利要求1至7中的任一项所述智能纳滤及反渗透处理系统的处理方法，包括如下步骤：

所述出水进入NF/RO膜，采集产水的TDS、TOC数据并判断，当采集到NF/RO膜系统进水的TOC含量大于20ppm同时小于25ppm时，不论进水的电导率多低，都要相应的降低系统的运行通量和回收率；

所述NF/RO膜系统的浓水出水口排出的浓水一部分排放，一部分回流至NF/RO膜系统的进口；

9.如权利要求8所述的处理方法，其特征在于，当所述多介质过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器或NF/RO膜系统出水水质数据收集达365天，记录各参数的最小值和最大值及不同范围值出现的频率，通过系统分析得出各过滤单元的最佳运行工况及最佳运行工况下的产水水质状况。

10.如权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述预处理阶段的工艺包括：混凝沉淀，或混凝沉淀和气浮、氧化工艺；所述判断预处理系统的出水的达标准为：浊度小于20NTU，TOC小于25ppm；所述多介质过滤器、活性炭过滤器各自的进、出口水压压差超过20%时，均需要进行清洗；当所述保安过滤器进、出口水压压差超过20%时，更换所述的PP棉滤芯；当NF/RO膜系统的进口水压与浓水出口水压的压差超过20%时，进行化学清洗。