CN114471164A - 超滤智能水厂 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制方法、装置和系统，所述方法包括：采集设备标识和第一水处理参数，所述第一水处理参数用于表征所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备的当前运行状态；根据所述设备标识，确定第二水处理参数，所述第二水处理参数用于表征所述设备标识对应的区域的水质；根据所述设备标识和所述第二水处理参数，得到目标参数，所述目标参数用于表征水处理后的水中各组分的含量；根据所述第二水处理参数和所述目标参数，进行水处理模拟，确定第三水处理参数，所述第三水处理参数用于控制所述微动力超滤智能水厂进行水处理。本申请提供的水处理方案对于偏远山区有较强的适用性。

Description

超滤智能水厂

技术领域

本申请属于水处理领域，尤其涉及一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制方法、装置和系统。

背景技术

水是人类生存必不可少的资源，如何提供高质量的而生活用水成为人们关注的热点问题。

传统水处理工艺先往待处理水中加入絮凝剂，以降低水中各种有害组分的浓度，并结合砂滤工艺将得到絮凝物除去。

然而，对于偏远地区，絮凝+砂滤工艺，需要占用大量土地资源来修建絮凝沉淀池和砂滤池，存在施工周期长、不易于自动化运行、成本投入较高等问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本申请旨在提出一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制方法、装置和系统，以解决上述技术问题中的一个或多个。

本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本申请提供了一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制方法，包括：

采集设备标识和第一水处理参数，所述第一水处理参数用于表征所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备的当前运行状态；

根据所述设备标识，确定第二水处理参数，所述第二水处理参数用于表征所述设备标识对应的区域的水质；

根据所述设备标识和所述第二水处理参数，得到目标参数，所述目标参数用于表征水处理后的水中各组分的含量；

根据所述第二水处理参数和所述目标参数，进行水处理模拟，确定第三水处理参数，所述第三水处理参数用于控制所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备进行水处理。

进一步地，所述根据所述第二水处理参数和所述目标参数，进行水处理模拟确定第三水处理参数包括：

根据所述第二水处理参数，从预设的水处理模型中，选择目标模型；

以所述第二水处理参数为输入，以所述目标参数为参考，利用所述目标模型进行水处理仿真，得到所述第三水处理参数；

所述第三水处理参数包括：水处理流程数据以及运行参数，所述水处理流程数据用于表征水处理过程，所述运行参数用于在所述水处理过程中控制所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备进行水处理。

进一步地，所述第二水处理参数包括余氯值，所述目标参数包括：目标余氯值；

所述根据所述第二水处理参数和所述目标参数，确定第三水处理参数，包括：

确定所述余氯值和所述目标余氯值之差是否在预设范围内；

在所述余氯值和所述目标余氯值之差不在预设范围内时，从所述第一参数中确定当前产水量、加药箱内药业初始浓度、加药箱单次加药量；

根据下述公式重新确定加药次数：

其中，k为加药系数是常数，A为设定水中余氯目标值；B为产生流量；C为次氯酸钠溶液浓度；D为加药泵一次出药量；

所述第三水处理参数包括所述k和所述公式。

进一步地，所述第一水处理参数，包括：膜池补水量、膜池补水时间、真空度、抽真空时间、过滤时间、曝气时间、汽水联合反洗时间、超滤净水设备各部件的预设参数、滤膜清洗液种类、滤膜清洗液用量和滤膜清洗频次中的一个或多个。

进一步地，根据预设周期，更新并存储第三水处理参数。

第二方面，本申请实施例提供了一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制装置，包括：采集模块和数据处理模块；

所述采集模块用于采集设备标识和第一水处理参数，所述第一水处理参数用于表征所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备的当前运行状态；

所述数据处理模块用于采集根据所述设备标识，确定第二水处理参数，所述第二水处理参数用于表征所述设备标识对应的区域的水质；根据所述设备标识和所述第二水处理参数，得到目标参数，所述目标参数用于表征水处理后的水中各组分的含量；根据所述第二水处理参数和所述目标参数，进行水处理模拟，确定第三水处理参数，所述第三水处理参数用于控制所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备进行水处理。

进一步地，还包括：存储模块

所述存储模块用于根据预设周期，更新并存储所述第三水处理参数。

第三方面，本申请实施例提供了一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制系统，其特征在于，包括：超滤系统、清水池和智慧水务一体化平台；

所述智慧水务一体化平台包括：权利要求6或7的装置。

进一步地，所述超滤系统包括PLC用于执行权利要求1-5任一项所述的方法产生的第三水处理参数。

进一步地，所述超滤系统，包括：超滤膜系统、进水系统、产水系统、气冲系统、反洗系统、排污系统、化洗系统和仪表控制系统。

所述进水系统用于通过重力虹吸将原水输入到所述超滤膜系统；

所述超滤膜系统用于除去水中杂质；

所述产水系统用于将所述超滤膜系统得到净化水输送至清水池；

所述气冲系统用于利用气流清洗所述超滤膜系统中的膜丝；

所述反洗系统用于利用水流清洗所述超滤膜系统中的膜丝；

所述化洗系统用于利用化学试剂清洗所述超滤膜系统中的膜丝；

所述排污系统用于处理所述气冲系统、所述反洗系统、和所述化洗系统产生的废水。

与现有技术相比，本申请至少能实现以下技术效果之一：

1.山区或偏僻地区水源水质不稳定，传统处理设备净水时需要值班人员看守。本申请通过采集第一水处理参数，实时了解水处理设备的运行状态。同时，通过物联网采集水处理设备所在区域的水质(第二水处理参数)，并根据水质和设备标识，确定目标参数。之后，根据水质和所述目标参数，进行水处理模拟，确定第三水处理参数。最后，利用第三水处理参数控制水处理设备进行水处理，从而实现在无人监管的情况下调整水处理参数，以减少人工成本并保证处理后的水质稳定在0.2NTU以下。

2.进水系统采用重力虹吸作为动力低功耗节能，运行成本低。

3.集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备为集装箱式或不锈钢拼装式设备可以叠加安装方式最大化节省资源。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本申请实施例提供的一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制系统的结构示意图；

图2为为本申请实施例提供的一种超滤系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理，并非用于限定本申请的范围。

对于水处理，偏远地区存在以下特点，

1、天气复杂。

通常城市和偏远地区的生态环境差异较大，因此气候本身就具有一定的差异。此外，城市中各种设施完备，可以有效应对各种突发气象，如通过增加绿化带防止泥石流、修建水库蓄洪排洪。因此，异常天气很难影响到城市的水质。而偏远地区各类设备不完善，其水质很容易受天气的影响，例如洪水、泥石流会水质中固体颗粒的含量，对后续水处理会带来极大的影响。

2、生活方式对水质影响很大

影响水质的生活方式主要至饮食和日常行为。在同一区域，由于人口众多，饮食和日常行为多样化，时节对城市整体的饮食种类和日常行为习惯几乎没有影响，因此城市的水质相对稳定。但对于偏远地区人口稀少，饮食和日常行为单一，因此时节对偏远地区整体的饮食种类和日常行为习惯产生比较大的影响。例如，耕种时节，水中农药组分增加；春节水中油脂类组分会增加。

因此，对于偏远地区需要对水质进行实时监控，并根据水质调整水处理参数。对于现有技术而言，向数量众多，交通不便的派遣人员去调查水质，实时调控参数需要耗费大量成本。

基于上述问题，本申请实施例提供了一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制方法、装置和系统。

其中，控制方法包括以下步骤：

步骤1、采集设备标识和第一水处理参数。

在本申请实施例中，第一水处理参数用于表征集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备的当前运行状态，包括：膜池补水量、膜池补水时间、真空度、抽真空时间、过滤时间、曝气时间、汽水联合反洗时间、超滤净水设备各部件的预设参数、滤膜清洗液种类、滤膜清洗液用量和滤膜清洗频次中的一个或多个。

步骤2、根据设备标识，确定第二水处理参数。

在本申请实施例中，第二水处理参数用于表征设备标识对应的区域的水质，通过设备标识确定水处理设备所在的区域，再通过物联网获取第二水处理参数。例如，通过网络获取该区域的天气情况，是否为特殊时节；通过气象站或传感器确定水源区域附近的天气。之后根据天气情况确定该区域的水质，例如，晴天，水质不变；水源区域出现泥石流或山洪，水质中的固体颗粒增加，矿物质增加；春节，水质中脂肪类酸性物质增加；春耕，水质中相应的农药的组分含量增加。

步骤3、根据设备标识和第二水处理参数，得到目标参数。

在本申请实施例中，基于步骤2中出现水质变化的情况，确定目标参数，即水处理后的水中各组分的含量，以使水中各组分的含量符合国家标准。

步骤4、根据第二水处理参数和目标参数，进行水处理模拟，确定第三水处理参数。

在本申请实施例中，预先设置多种水处理模型，之后根据第二水处理参数，从预设的水处理模型中，选择目标模型。以第二水处理参数为输入，以目标参数为参考，利用目标模型进行水处理仿真，得到第三水处理参数。第三水处理参数具体包括：水处理流程数据以及运行参数，水处理流程数据用于表征水处理过程，运行参数用于在水处理过程中控制集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备进行水处理。

在水处理过程中，加药量至关重要，影响水处理得到水质，但又操作频繁，因此通过仿真确定关键参数和公式，其他过程由水处理设备根据关键参数和公式自行完成，以提高数据处理效率。

具体地，第二水处理参数包括余氯值，目标参数包括：目标余氯值；确定所述余氯值和所述目标余氯值之差是否在预设范围内；

仿真时，在余氯值和目标余氯值之差不在预设范围内时，从第一参数中确定当前产水量、加药箱内药业初始浓度、加药箱单次加药量；

根据下述公式重新确定加药次数：

其中，k为加药系数是常数，A为设定水中余氯目标值；B为产生流量；C为次氯酸钠溶液浓度；D为加药泵一次出药量。

显然，上述过程是一个持续循环的过程，如果实时监控占用大量资源，因此对于加药过程，只需要确定计算公式和加药常数，之后由水处理设备根据加药常数和公式重复执行上述过程。

优选地，对于加药之类的操作，为了防止公式的计算精确度下降，根据预设周期，更新并存储第三水处理参数。水处理设备在运行相应环节时，先检测是否存在更新的第三水处理参数，如果有，则根据新的参数运行相应环节。

本申请实施例提供了一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制装置，包括：采集模块、数据处理模块和存储模块；

采集模块用于采集设备标识和第一水处理参数，第一水处理参数用于表征集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备的当前运行状态；

数据处理模块用于采集根据设备标识，确定第二水处理参数，第二水处理参数用于表征设备标识对应的区域的水质；根据设备标识和第二水处理参数，得到目标参数，目标参数用于表征水处理后的水中各组分的含量；根据第二水处理参数和目标参数，进行水处理模拟，确定第三水处理参数，第三水处理参数用于控制集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备进行水处理。

存储模块用于根据预设周期，更新并存储第三水处理参数。

本申请实施例提供了一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制系统，如图1所示，包括：超滤系统、清水池和智慧水务一体化平台。其中，智慧水务一体化平台包括：前述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制装置。超滤系统包括PLC用于执行前述第三水处理参数。

超滤系统采用膜分离技术是以带有极细孔径的膜作为分离介质，在膜的一侧加以压力推动时，原水中各组分选择性的透过膜，从而达到分离或提纯的目的。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内分离，并且该过程是一种纯物理过程，不需发生相的变化或增加添加剂，具有选择稳定性。

超滤系统以超滤膜技术为核心，超滤膜(UF)孔径范围0.01-0.1μm，介于微滤和纳滤之间，主要应用于固液两相分离，能有效去除溶液中的悬浮颗粒物、胶体蛋白、细菌和病毒等。相较于微滤，超滤膜具有更高的截留分子量，提高对细菌和病毒的去除率。其中，我司生产的超滤膜对细菌的去除率达到6个log，对病毒的去除率达到4个log。与纳滤和反渗透相比，超滤膜不能直接对离子进行截留去除，需要与前端处理工艺配合，或与后续纳滤和反渗透结合去除离子，这一点能够保留原水中对人体有益的微量元素和矿物质。

净水过程中，超滤膜以膜两侧的压力差驱动力。虹吸泵作用下在中空纤维管内腔形成负压，原水流经膜表面时，超滤膜表面密布的纳米孔只允许水及部分小分子物质通过，原水中尺寸大于膜孔径的物质则被截留，从而依靠单纯的绿色物理分离技术实现对原水的净化处理，获得高品质饮用水。

如图2所示，超滤系统，包括：超滤膜系统、进水系统、产水系统、气冲系统、反洗系统、排污系统、化洗系统和仪表控制系统。

进水系统用于通过重力虹吸将原水输入到超滤膜系统；

超滤膜系统用于除去水中杂质，其中，超滤膜系统包括：膜池和膜箱；

产水系统用于将超滤膜系统得到净化水输送至清水池；

气冲系统用于利用气流清洗超滤膜系统中的膜丝；

反洗系统用于利用水流清洗超滤膜系统中的膜丝；

化洗系统用于利用化学试剂清洗超滤膜系统中的膜丝；

排污系统用于处理气冲系统、反洗系统、和化洗系统产生的废水。

具体地，原水通过进水系统的进水管和进水控制阀进入超滤膜池，产水管路集成在膜池下方，抬高膜池，待滤水通过虹吸作用从中空纤维膜外侧透过膜壁，收集于集水管。每个膜池中的所有产水汇集到产水母管中，进入下一个处理工艺或清水池，过滤时间一般为2-3h。

产水系统包括产水阀、产水管道，将超滤产水输送至反洗水箱和清水池。当水箱液位达到高液位时，水箱补水阀关闭，产水全部进入清水池。

运行过程中，进水中的颗粒物会逐渐累积在膜的外表面，使超滤膜系统的跨膜压差增加，此处超滤膜系统要停止过滤，并进行周期性的反洗。反洗过程一方面反洗系统将超滤产水反向透过中空纤维膜，同时，气冲系统在膜堆底部通过气冲擦洗中空纤维膜丝表面，增强沉积物的去除效果。反洗结束后，将膜池中的液体排到废液池或污水管，反洗过程约2-5min。

管道清洗废水、膜组件首次冲洗废水、气水反洗废水、化学清洗废水等都需要通过排污系统排出超滤系统，排污单元主要由阀门和管道组成。

化洗系统(化学清洗系统)的化学清洗可分为维护性化学清洗和恢复性化学清洗两种，小规模设备采用维护性化学清洗的方式增强膜通量的恢复效果，中型及大规模的超滤设备增加恢复性化学清洗单元。

维护性化学清洗通常在物理反洗过程中增加低浓度NaClO溶液(200-500mg/L)，浸泡超滤膜组件约30min，清洗周期为2-7d，自动运行。

恢复性化学清洗利用化洗泵将化洗箱内的化学清洗液送入超滤膜组件，进行循环清洗和浸泡，依靠药剂的化学作用去除膜表面的污垢，从而恢复膜通量。清洗单元包括化洗箱、化洗泵、化洗阀、回流阀、管道等。

恢复性化学清洗过程分一步或多步(碱洗，碱+氯洗，酸洗)完成，碱洗液为0.5-1.0％的NaOH溶液，碱+氯洗液为0.02-0.1％NaOH溶液+500-1500mg/L的NaClO溶液，酸洗液为0.05-0.2％的HCl溶液或1％-2％的草酸/柠檬酸溶液，根据主要污染物的化学性质选择适合的清洗液。恢复性化学清洗后，在设计的跨膜压差范围内，系统产水量应达到或接近原设计要求，否则需再次进行化学清洗或缩短物理清洗和化学清洗的间隔时间。

此外，本申请提供的超滤系统可以集成在一个集装箱内，如图3所示，如此可以极大地压缩占地面积，且便于安装。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制方法，其特征在于，包括：

采集设备标识和第一水处理参数，所述第一水处理参数用于表征所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备的当前运行状态；

根据所述设备标识，确定第二水处理参数，所述第二水处理参数用于表征所述设备标识对应的区域的水质；

根据所述设备标识和所述第二水处理参数，得到目标参数，所述目标参数用于表征水处理后的水中各组分的含量；

根据所述第二水处理参数和所述目标参数，进行水处理模拟，确定第三水处理参数，所述第三水处理参数用于控制所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备进行水处理。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，

所述根据所述第二水处理参数和所述目标参数，进行水处理模拟确定第三水处理参数包括：

根据所述第二水处理参数，从预设的水处理模型中，选择目标模型；

以所述第二水处理参数为输入，以所述目标参数为参考，利用所述目标模型进行水处理仿真，得到所述第三水处理参数；

所述第三水处理参数包括：水处理流程数据以及运行参数，所述水处理流程数据用于表征水处理过程，所述运行参数用于在所述水处理过程中控制所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备进行水处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第二水处理参数包括余氯值，所述目标参数包括：目标余氯值；

所述根据所述第二水处理参数和所述目标参数，确定第三水处理参数，包括：

确定所述余氯值和所述目标余氯值之差是否在预设范围内；

在所述余氯值和所述目标余氯值之差不在预设范围内时，从所述第一参数中确定当前产水量、加药箱内药业初始浓度、加药箱单次加药量；

根据下述公式重新确定加药次数：

其中，k为加药系数是常数，A为设定水中余氯目标值；B为产生流量；C为次氯酸钠溶液浓度；D为加药泵一次出药量；

所述第三水处理参数包括所述k和所述公式。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一水处理参数，包括：膜池补水量、膜池补水时间、真空度、抽真空时间、过滤时间、曝气时间、汽水联合反洗时间、超滤净水设备各部件的预设参数、滤膜清洗液种类、滤膜清洗液用量和滤膜清洗频次中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据预设周期，更新并存储第三水处理参数。

6.一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制装置，其特征在于，包括：采集模块和数据处理模块；

所述采集模块用于采集设备标识和第一水处理参数，所述第一水处理参数用于表征所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备的当前运行状态；

所述数据处理模块用于采集根据所述设备标识，确定第二水处理参数，所述第二水处理参数用于表征所述设备标识对应的区域的水质；根据所述设备标识和所述第二水处理参数，得到目标参数，所述目标参数用于表征水处理后的水中各组分的含量；根据所述第二水处理参数和所述目标参数，进行水处理模拟，确定第三水处理参数，所述第三水处理参数用于控制所述集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备进行水处理。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：存储模块

所述存储模块用于根据预设周期，更新并存储所述第三水处理参数。

8.一种集装箱式或不锈钢拼装式微动力超滤净水设备控制系统，其特征在于，包括：超滤系统、清水池和智慧水务一体化平台；

所述智慧水务一体化平台包括：权利要求6或7的装置。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述超滤系统包括PLC用于执行权利要求1-5任一项所述的方法产生的第三水处理参数。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述超滤系统，包括：超滤膜系统、进水系统、产水系统、气冲系统、反洗系统、排污系统、化洗系统和仪表控制系统。

所述进水系统用于通过重力虹吸将原水输入到所述超滤膜系统；

所述超滤膜系统用于除去水中杂质；

所述产水系统用于将所述超滤膜系统得到净化水输送至清水池；

所述气冲系统用于利用气流清洗所述超滤膜系统中的膜丝；

所述反洗系统用于利用水流清洗所述超滤膜系统中的膜丝；

所述化洗系统用于利用化学试剂清洗所述超滤膜系统中的膜丝；

所述排污系统用于处理所述气冲系统、所述反洗系统、和所述化洗系统产生的废水。

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