CN111908656A - 一种一体化净水设备及其净水工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种净水设备及其净水工艺，旨在提供一种经济可行、安装方便、自动化程度高的一体化净水设备及其工艺。该设备包括N系列净水设备和U系列净水设备：所述N系列净水设备包括允许原水进水依次通过的管道混合器、网格反应区、斜管沉淀区、过滤区和出水管，所述网格反应区由竖井和网格组成，网格层叠在竖井中，所述斜管沉淀区包括多个具有一定斜度的斜管和布置在所述斜管下方的泥斗；U系列净水设备包括供原水进水依次通过的原水箱、原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器、超滤膜组件、产水箱和反洗泵。本设计中的净水设备，具有占地面积小、施工周期快、综合投资省、出水水质优良、自动化程度高等特点。

Description

一种一体化净水设备及其净水工艺

技术领域

本发明涉及生活饮用水净水工程领域，具体涉及一种一体化净水设备及其净水工艺。

背景技术

随着经济社会的发展，水源污染成为长期困扰人类生活的问题，饮用水安全是人们生命健康和社会发展的重要保证。截至2018年底，共建成1100多万处供水工程，服务9.4亿农村人口，全国农村自来水普及率达81%，但是，目前仍有大部分村镇人口饮用水未达到安全标准。

村镇饮用水安全也受经济、技术和管理落后的影响。相比于村镇，城市在保障安全用水上拥有更多的资金投入，更科学的工艺设计和更严格的管理体系。由于中西部村镇多数经济欠发达，人口数量少且分散广，对于村落建设完善的自来水厂缺乏可行性。因此，大部分村镇将原水仅通过简单的澄清处理便直接使用，这也是造成大量村镇地区水质不达标的重要因素。

传统自来水厂均为钢混结构，安装施工时受地形、地貌、土质等现场条件的限制，施工难度大、周期长、成本高，运行管理难度高。

传统的自来水厂水质变化适应性不强，无法实现针对不同地区不同的进水水质选择不同的工艺，且无法实现自动运行、水质监测、远程监控、无人值守等智能化运维管理要求。

中国专利公开号CN104150627A，公开日2014年11月19日，发明创造的名称为净水设备和净水设备的冲洗方法，该申请案公开了一种净水设备，包括与水源接口连接的前置过滤装置、与纯净水接口连接的后置过滤装置、与该后置过滤装置连接的储水罐，以及连接在前置过滤装置和后置过滤装置之间的反渗透过滤装置，在反渗透过滤装置和储水罐之间还连接有单向阀和第一电磁阀，单向阀和第一电磁阀并联设置。该发明还公开了一种净水设备的冲洗方法。本发明通过设置在反渗透过滤装置和储水罐之间的单向阀和第一电磁阀，实现了对反渗透过滤装置的正向冲洗和反向冲洗，结构安装简单且成本低，并且提升了净水设备的使用寿命。其不足之处是仅仅对于延长反渗透滤芯寿命提出改进意见，但是对于水质变化较大、出水要求严格的地区的净水工程，该方案的技术收效甚微，该技术只能对于小量的水进行净化。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种经济可行、安装方便、自动化程度高的一体化净水设备。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种一体化净水设备，包括N系列净水设备和U系列净水设备：

所述N系列净水设备包括允许原水进水依次通过的管道混合器、网格反应区、斜管沉淀区、过滤区和出水管，所述网格反应区由竖井和网格组成，网格层叠在竖井中，所述斜管沉淀区包括多个具有一定斜度的斜管和布置在所述斜管下方的泥斗；

所述U系列净水设备包括供原水进水依次通过的原水箱、原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器、超滤膜组件、产水箱和反洗泵。

N系列净水设备和U系列净水设备依次串联组成全套净水设备能够保障一些水质特别差的地区的水质安全。

N 系列净水设备与U系列净水设备由于他们涉及的净水原理、净水设备都不同，也可以拆分开应用到不同的水质环境。两种系列净水设备均可以自成一体独立运作进行水处理工作。

N系列净水设备将传统的净水工艺整合成一个个独立模块，分别为管道混合器、网格反应区、斜管沉淀区和过滤区。

对于净水设备中不同的功能区进行模块化设计，然后将模块整合在一个设备（箱体）中，占地面积小，施工工期也短。

在管道混合器中，原水和絮凝剂充分混合，促使水中悬浮物等微粒与絮凝剂充分接触混合。经过管道混合器的水经过网格反应区的网格式结构，水流经过网格时会发生多次转折而形成涡流，极有利于矾花的形成、结团并增大，这就有助于矾花沉淀到处于斜管下方的泥斗中。斜管沉淀区中的斜管，相当于多个沉淀池，斜管可以把体积较小的矾花、絮体缓慢沉降下来，然后这些颗粒沿斜管滑入泥斗中。

U系列净水设备中所有处理单元均为独立的标准化模块，其中包括多个具有不同过滤作用的设备，主要涉及了砂滤、碳滤、超滤膜的工艺，适用于进水水质较好、出水要求严格、水质变化幅度小、用地面积小的地区。而之前提到的N系列净水设备的过滤设备和过滤手段都较少，主要通过絮凝、沉淀、过滤工艺来完成水质的净化，适用于进水水质一般、水质变化幅度较大的地区。两个不同系列的净水设备配合使用时，可以先采用N系列净水设备进行粗加工，然后通过U系列净水设备进行精加工，最后出水的纯净度会很理想。

作为优选，所述过滤区的中部设有石英砂过滤层，过滤区底部设有多孔板，多孔板中嵌设有多个滤水帽。过滤区采用这样的布置方式，布水均匀，水流进过过滤区时阻力小，过滤效果良好。

作为优选，所述两套净水设备均配置进出水浊度在线分析仪、余氯在线分析仪和pH在线分析仪。两套净水设备均配置这些仪器，就可以实时监测设备进出水水质参数。在此基础上，也可以引入一套控制系统和远程监控平台，能够根据水质参数对设备运行工况进行调整，把数据信息传输到远程监控平台，实现远程监控净水设备，无需人员值守。

作为优选，所述两套净水设备均配置PLC自动控制系统，所述PLC自动控制系统分别与进出水浊度在线分析仪、余氯在线分析仪和pH在线分析仪电连接。采用PLC自动控制系统技术，可以自主调整设备运行状况，有助于保证设备出水水质安全达标。

作为优选，所述净水设备附近设有与余氯在线分析仪电连接的自动加药装置，余氯在线分析仪将余氯值的数据传递给自动加药装置，自动加药装置根据所传数据来确定消毒剂的投加量，制备消毒剂后进行投放。

本发明还提供了一种采用上述净水设备进行水处理的净水工艺，包括N系列净水工艺和U系列净水工艺，

N系列净水工艺流程：

1、原水由泵提升（或重力自流）与在管道混合器投加的絮凝剂充分混合，而后进入一体化净水设备进行深度处理；

2、接着进入网格反应区，水流在网格反应区内经往复多次转折，在缩小部分使水流压能转化成动能，在突然增大部分，水流形成涡流区，如此反复转折，极有利于矾花的接触碰撞，促使矾花结团并增大，利于沉淀；

3、斜管沉淀区中水中较大的矾花迅速沉降于斜管沉淀区的泥斗内，其它较小的矾花、絮体在斜管填料的辅助沉降下也缓慢沉降，并沿斜管滑入泥斗中；

4、斜管沉淀区出水经集水装置进入滤池（即前文所述的过滤区中的核心装置）布水到石英砂过滤层，经过过滤层过滤后出水，滤池底部为多孔板加ABS滤水帽布水装置，结构合理，布水均匀，阻力小，过滤效果良好；

5、滤池反洗采用虹吸式反洗装置或气水反洗装置，自动运行、反冲洗效果好、无需动力设备且无需人工控制；

6、在滤池和清水池之间配备自动加药装置，根据在线监测仪表监测的进出水浊度值，由PLC自动控制系统自动调整药剂投加量，并通过变频控制计量泵调节药剂投加量保证出水优良。

U系列净水工艺流程：

原水首先进入原水箱中储存，经原水泵加压进入后续深度处理单元；

紧接着原水通过多介质过滤器，初步去除水中大部分悬浮物及部分有机物，并保障后续处理单元稳定运行；

活性炭过滤器进一步去除水中的有机物及悬浮杂质，并吸附水中小分子有机物、铁氧化物等胶体物质，保障膜系统的进水水质要求，为后续处理减压；

精密过滤器去除前级过滤泄漏的一些细小颗粒物和破碎的滤料，保护后续设备中的超滤膜组件，防止超滤膜损坏；

超滤膜组件去除水中的病原微生物、有机物及杂质，使出水水质达标，最后经消毒装置投加消毒剂消毒后达标排放。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一体化净水设备配置进出水在线监测仪表，实时监测进出水水质，并与控制系统（PLC）形成负反馈，变频控制药剂投加量及设备运行；

一体化净水设备采用PLC自动控制技术，自主调整设备运行状况，保证设备出水水质安全达标，自动化程度高，可实现自动运行。

附图说明

图1是本发明中N系列净水设备结构示意图；

图2是本发明中U系列净水设备结构示意图；

图3是本发明中N系列净水设备的工艺流程图；

图4是本发明中U系列净水设备的工艺流程图。

图中：管道混合器1、网格反应区2、斜管沉淀区3、过滤区4、N系列净水设备5、出水管6、原水箱7、原水泵8、多介质过滤器9、活性炭过滤器10、精密过滤器11、超滤膜组件12、产水箱13、反洗泵14、U系列净水设备15。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1至图4所示，一种一体化净水设备，包括N系列净水设备5和U系列净水设备15：

所述N系列净水设备包括允许原水进水依次通过的管道混合器1、网格反应区2、斜管沉淀区3、过滤区4和出水管6，所述网格反应区由竖井和网格组成，网格层叠在竖井中，所述斜管沉淀区包括多个具有一定斜度的斜管和布置在所述斜管下方的泥斗；

所述U系列净水设备包括供原水进水依次通过的原水箱7、原水泵8、多介质过滤器9、活性炭过滤器10、精密过滤器11、超滤膜组件12、产水箱13和反洗泵14。

所述过滤区4的中部设有石英砂过滤层，过滤区4底部设有多孔板，多孔板中嵌设有多个滤水帽。所述两套净水设备均配置进出水浊度在线分析仪、余氯在线分析仪和pH在线分析仪。所述两套净水设备均配置PLC自动控制系统，所述PLC自动控制系统分别与进出水浊度在线分析仪、余氯在线分析仪和pH在线分析仪电连接。所述U系列净水设备采用撬装式、一体化结构，U系列净水设备中的管道采用卡箍式连接。所述多介质过滤器和活性炭过滤器上均设有自动控制阀，当自动控制阀打开时，所述反洗泵将产水箱的水反向送到多介质过滤器和活性炭过滤器中实现反洗。所述净水设备附近设有与余氯在线分析仪电连接的自动加药装置，余氯在线分析仪将余氯值的数据传递给自动加药装置，自动加药装置根据所传数据来确定消毒剂的投加量，制备消毒剂后进行投放。N系列净水设备可以大幅改善水质（进水水源的水质比较差），U系列净水设备可以在N系列净水设备处理后的基础上进一步改善水质。而对于一些水质本身就比较好的水源地，U系列净水设备可以独立进行水处理。

N系列净水设备工作流程为：

1、原水进水依次通过1管道混合器、2网格反应区、3斜管沉淀区、4过滤区、6出水口出水；

2、原水通过管道混合器1时与投加的絮凝剂进行充分混合，促使水中悬浮物等与絮凝剂充分接触混合；

3、网格反应区2采用网格式结构，水流经过往复多次转折，使水流形成涡流区，如此反复转折，极有利于矾花的接触碰撞，促使矾花结团并增大，利于沉淀；

4、斜管沉淀区3使水中较大的矾花迅速沉降于泥斗内，其它较小的矾花、絮体在斜管填料的辅助沉降下缓慢沉降，并沿斜管滑入泥斗中；

5、过滤区4中布置石英砂均质滤料，采用小阻力配水进行深层慢滤，确保滤后出水浊度满足要求可截留水中的剩余悬浮杂质及部分有机物，滤室底部为多孔板加ABS滤水帽保证布水均匀，出水经出水口6出水，经消毒后进入清水池；

6、过滤区4可通过虹吸装置实现无动力自主反洗，也可利用气水反洗方式进行定期高效反洗；

7、将传统净水工艺集成于设备箱体中，采用标准化、集成化、模块化设计，占地面积小、施工工期短、操作管理简单、运输安装方便；

8、一体化净水设备配置PLC自动控制系统、水质在线监测仪表、远程监控平台，实现自动化运行、远程监控、无人值守。

U系列净水设备工作流程为：

1、原水进水依次通过原水箱7、原水泵8、多介质过滤器9、活性炭过滤器10、精密过滤器11、超滤膜组件12、产水箱13；

2、原水首先进入原水箱中储存，保障设备稳定运行，经原水泵加压进入后续深度处理单元；

3、原水泵6为整个一体化净水设备15的运行提供压力，保证设备稳定运行；

4、首先经多介质过滤器9过滤去除水中大部分悬浮物及部分有机物；

5、活性炭过滤器10对多介质过滤器9出水进一步净化，吸附截留水中的悬浮杂质、小分子有机物、铁氧化物等胶体物质，进一步保障设备产水水质，并为超滤膜组件12削减负荷，提高使用寿命；

6、精密过滤11去除前级过滤泄漏的一些细小颗粒物和破碎的滤料，保证超滤膜组件12安全高效运行；

7、超滤膜组件9去除水中的病原微生物、小分子有机物、小颗粒杂质及微污染物等，保障出水水质达标稳定；

8、产水箱13对一体化净水设备15出水进行暂时储存，用于保证后设备稳定产水，并为反洗泵14提供反洗水源；

9、反洗泵14对超滤膜进行定期反洗，保证膜通量及出水水质；

10、多介质过滤器9及活性炭过滤器10通过自动控制阀实现定期自动反洗，无需动力设备，运行稳定高效；

11、所有处理单元均为独立的标准化模块，所有模块集成配套于设备箱体中；

12、U系列一体化净水设备15为撬装式、一体化结构，管道采用卡箍式连接，占地面积小、运输便利、检修运维方便快捷；

13、整套设备控制系统配置PLC自动控制系统、水质在线监测仪表、远程监控平台，实现自动化运行、远程监控、无人值守。

Claims (7)

1.一种一体化净水设备，其特征在于，包括N系列净水设备和U系列净水设备：

所述N系列净水设备包括允许原水进水依次通过的管道混合器、网格反应区、斜管沉淀区、过滤区和出水管，所述网格反应区由竖井和网格组成，网格层叠在竖井中，所述斜管沉淀区包括多个具有一定斜度的斜管和布置在所述斜管下方的泥斗；

所述U系列净水设备包括供原水进水依次通过的原水箱、原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器、超滤膜组件和产水箱和反洗泵。

2.根据权利要求1所述的一种一体化净水设备，其中，所述过滤区的中部设有石英砂过滤层，过滤区底部设有多孔板，多孔板中嵌设有多个滤水帽。

3.根据权利要求1所述的一种一体化净水设备，其中，所述两套净水设备均配置进出水浊度在线分析仪、余氯在线分析仪、pH在线分析仪。

4.根据权利要求3所述的一种一体化净水设备，其中，所述两套净水设备均配置PLC自动控制系统，所述PLC自动控制系统分别与进出水浊度在线分析仪、余氯在线分析仪和pH在线分析仪电连接。

5.根据权利要求3所述的一种一体化净水设备，其中，所述净水设备附近设有与余氯在线分析仪电连接的自动加药装置，余氯在线分析仪将余氯值的数据传递给自动加药装置，自动加药装置根据所传数据来确定消毒剂的投加量，制备消毒剂后进行投放。

6.一种采用权1至5所述的N系列净水设备的净水工艺流程，具体如下：

原水由泵提升（或重力自流）与在管道混合器投加的絮凝剂充分混合，而后进入一体化净水设备进行深度处理；

接着进入网格反应区，水流在网格反应区内经往复多次转折，在缩小部分使水流压能转化成动能，在突然增大部分，水流形成涡流区，如此反复转折，极有利于矾花的接触碰撞，促使矾花结团并增大，利于沉淀；

斜管沉淀区中水中较大的矾花迅速沉降于斜管沉淀区的泥斗内，其它较小的矾花、絮体在斜管填料的辅助沉降下也缓慢沉降，并沿斜管滑入泥斗中；

斜管沉淀区出水经集水装置进入滤池（即前文所述的过滤区中的核心装置）布水到石英砂过滤层，经过过滤层过滤后出水，滤池底部为多孔板加ABS滤水帽布水装置，结构合理，布水均匀，阻力小，过滤效果良好；

滤池反洗采用虹吸式反洗装置或气水反洗装置，自动运行、反冲洗效果好、无需动力设备且无需人工控制；

在滤池和清水池之间配备自动加药装置，根据在线监测仪表监测的进出水浊度值，由PLC自动控制系统自动调整药剂投加量，并通过变频控制计量泵调节药剂投加量保证出水优良。

7.一种采用权1至5所述的U系列净水设备的净水工艺流程，具体包括：

原水首先进入原水箱中储存，经原水泵加压进入后续深度处理单元；

紧接着原水通过多介质过滤器，初步去除水中大部分悬浮物及部分有机物，并保障后续处理单元稳定运行；

活性炭过滤器进一步去除水中的有机物及悬浮杂质，并吸附水中小分子有机物、铁氧化物等胶体物质，保障膜系统的进水水质要求，为后续处理减压；

精密过滤器去除前级过滤泄漏的一些细小颗粒物和破碎的滤料，保护后续设备中的超滤膜组件，防止超滤膜损坏；

超滤膜组件去除水中的病原微生物、有机物及杂质，使出水水质达标，最后经消毒装置投加消毒剂消毒后达标排放。

Images