CN114702166A - 一种模块化智慧水厂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及净水水厂技术领域，且公开了一种模块化智慧水厂，包括一体化净水设备、模块化调节水箱、模块化设备间、模块化加药间。所述的一体化净水设备包括有絮凝、沉淀、过滤单元；模块化设备间包括反冲洗水泵、反冲洗风机、原水浊度监测仪表、出厂水多参数在线水质监测设备、厂用水泵组、自动化控制系统及大屏显示系统以及集装箱式设备间等；模块化加药间包括有智能絮凝剂投加装置、消毒剂制备及投加单元以及集装箱式设备间；模块化调节水箱包括有反冲洗水箱及清水箱。此模块化智慧水厂可实现真正意义上的厂区模块化、信息化与自动化。

Description

一种模块化智慧水厂

技术领域

本发明涉及净水水厂技术领域，具体地涉及一种模块化智慧水厂。

背景技术

目前，不管农村还是城市自来水已经是基本的生活需求了，自来水厂也越来越广泛的建设在每个乡镇，而大规模的水厂建设不仅建设成本高昂受建设场地限制颇多，而且由于每个水源地环境的不同，每次建设自来水厂都需要经过反复的勘察论证、工程和工艺的设计，耗时很长，极大地限制了偏远落后地区供应自来水的发展速度，并且建成后缺少相关技术人员维护水厂，导致水厂出水水质受到影响，产水不达标等情况。为此出现了一部分模块化净水水厂，但是大多数的模块化净水水厂仅仅是认为的将净水过程分成了若干个独立的单元，实际生产建设过程中人员需要根据水源地和建设场地的不同，重新设计和施工。并没有真正的实现水厂的模块化、信息化与自动化。故而提出一种模块化智慧水厂解决上述问题。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种模块化智慧水厂，具备模块化、信息化、自动化等优点，解决了水厂建设场地受限、设计耗时长、建成缺少技术人员维护导致产水不达标的相关各类问题。

（二）技术方案

为实现上述水厂模块化、信息化、自动化的目标，本发明提供如下技术方案：一种模块化智慧水厂，包括一体化净水设备、模块化设备间、模块化加药间及模块化调节水箱。所述的一体化净水设备包括有絮凝、沉淀、过滤单元；模块化设备间包括反冲洗水泵、反冲洗风机、原水浊度监测仪表、出厂水多参数在线水质监测设备、厂用水泵组、自动化控制系统及大屏显示系统以及集装箱式设备间等；模块化加药间包括有智能絮凝剂投加装置、消毒剂制备及投加单元以及集装箱式设备间；模块化调节水箱包括有反冲洗水箱及清水箱。

优选的，所述进水管内设置有管道混合器、流量计、原水浊度仪取样口及调节阀门，调节阀门根据流量计监测值实时调节阀门开度。

优选的，所述一体化净水设备包括有絮凝、过渡、沉淀、过滤单元模块。

优选的，所述絮凝模块根据规模分成若干个形状相同的正方形竖井，内置不同规格的搅拌桨，通过搅拌桨对投加了絮凝剂的原水进行机械搅拌，每格竖井之间有大小不一及高度不一的孔洞。所述的过渡模块底部设置排泥斗及排泥管，排泥管末端设置有电动排泥阀门，电动排泥阀门定时开启及关闭，完成定期排泥的功能。

优选的，所述沉淀模块由底部排泥区、集水区、中部斜管区及上部清水区组成，中部斜管区布置有斜管，上部清水区布置有若干条集水槽。

优选的，所述过滤单元由底部配水配气区、滤板区，中部滤料区，上部清水区组成，其中底部配水配气区连接有清水管道和反冲洗气管，清水管道接三通分为清水管及反冲洗管，清水管上连接清水电动调节阀门，接至模块化调节水箱，电动调节阀门根据过滤模块上液位计实时调节阀门开度，反冲洗管上设置反冲洗电动开关阀门与反冲洗水泵出口连接，反冲洗气管上设置电动开关阀门与风机口相连接，同时该电动开关阀门下方设置支管接至过滤模块清水区，支管上设置电磁阀门，滤板区布置有不锈钢折板，折板上开设若干孔洞，长柄滤头均匀布置于滤板上，不锈钢折板由固定在池壁的角钢及螺栓固定，上部清水区布置有若干条V型洗砂排水槽与进水区相连，进水区底部连接有排水管，排水管上设置排水电动开关阀门，接管至排水点。

优选的，所述模块化设备间将智慧水厂运行所需的反冲洗水泵、反冲洗风机、原水浊度监测仪表、出厂水多参数水质在线监测仪表、厂用水泵组、自动化控制系统及智慧水厂运营管理平台大屏系统高度集成在集装箱式设备间内。

优选的，所述模块化设备间内，反冲洗水泵一侧通过管道连接至一体化净水模块，另外一侧通过管道连接至调节水箱内反冲洗水池模块，配合反冲洗风机模块，根据滤池内超声波液位计提供反冲洗指令，依次按照设定时间对模块化净水设备进行气洗、气水联合洗、单水反冲洗等清洗步骤，保证净水模块的出水水质。

优选的，所述模块化设备间，配备原水浊度监测仪表，会实时监测原水进水浊度，并将浊度反馈至一体化净水设备中的絮凝单元模块（机械絮凝）及智能絮凝剂投加装置，并通过自动控制系统调节，以实现最佳的絮凝效果。

优选的，所述模块化设备间，配备出厂水多参数水质在线监测设备，能实时监测智慧水厂的出厂水温度、PH、浊度、余氯、电导率常规五参数，一方面确保出水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022），另一方面将反馈数据给自动控制系统，动态调整絮凝、消毒设备运行，借助自动化控制系统，实现最佳的消毒效果。

优选的，所述模块化设备间，配备厂用水泵组，通过恒压变频手段，为厂区内所有用水点（包括加药、消毒、管理人员自用水）提供足量、恒压的自来水。

优选的，所述模块化设备间，设有自动化控制系统，系统高度集成，将絮凝系统、排泥系统、加药系统、消毒系统、过滤、反冲洗系统及送水系统集成于一个控制柜内，根据预设参数及配套仪表设备，实现厂区絮凝、排泥、过滤、加药、消毒、反冲洗及送水等流程全自动化运行，实现水厂“少人值守、无人值守”的目的，系统能通过原水浊度监测模块实时调整絮凝模块中伺服电机速率及智能絮凝剂投加装置中计量泵频率，以实现最佳的絮凝效果；还能根据预设排泥间隔，定时启动排泥系统中排泥阀，保证排泥时间，确保絮凝沉淀池正常运行；其次系统能根据一体化净水模块中过滤模块中超声波液位计数据，实时调节过滤出水阀门开启度，确保过滤模块中液位处于恒定状态，保证恒液位过滤，提升过滤效果，当过滤出水阀门开启度达到最大值后，系统会给反冲洗系统中风机和水泵提供信号，反冲洗系统根据预设参数陆续完成气洗、气水同时反冲洗、单水洗、余气排放等步骤；最后，系统能根据出厂水余氯参数及管网末梢余氯参数，实时调节消毒投加装置中计量泵频率，以实现最佳的消毒效果。

优选的，所述模块化设备间，设有智慧水厂运营管理平台，平台利用压力、流量、液位、水质等在线监测设备实时数据的感知和采集，经过云计算和大数据的挖掘、分析及提炼技术，最大限度地实现数据共享，为水务系统提供更加科学的数据支撑，以更加精细和动态的方式管理水务系统的生产、运营、服务和管理，为水务企业的辅助决策提供全面、即时、准确的数据信息，保障农村及城市供水安全，系统能根据压力、流量、液位、水质等数据进行分析判断，当出现异常时，出现警告并将报警信息推送至管理员手机；比如通过比对出厂水及原水水质，判断净水构筑物处理效果，当判断净水构筑物出现异常时，出现警告并将报警信息推送至管理员手机等。

优选的，所述模块化加药间，配备有次氯酸钠发生器。所述次氯酸钠发生器使用经过软化的净水，配置成稀盐水输送至电解槽，通过电解，制备成浓度低于1.0％的次氯酸钠溶液，有效氯含量达6-9g/L，制备好的次氯酸钠溶液作用于原水及滤后水，起到消毒杀菌等作用，其制备过程仅需使用水、盐和电，安全省心。

优选的，所述模块化加药间，配备智能消毒剂投加装置，所述智能消毒剂投加装置由计量泵、阻尼器、阀门等组成，能够定时、定量、连续用于消毒剂的投加，同时装置配有PLC编程控制器，可按需求设定控制模式，实现闭环、可靠、稳定、安全的动态投加、监测及控制。

优选的，所述模块化加药间，配备智能絮凝剂投加装置，所述智能絮凝剂投加装置由溶液箱、搅拌箱（带搅拌器）、计量泵、液位计、电控柜、管路、阀门、安全阀、止回阀、压力表、过滤器、底座等组成（可根据用户实际要求配置），设备结构经过精心设计，高度集成、结构紧凑、使用方便、节约用地。配合专用智能控制系统，实现闭环、可靠、稳定、安全的动态投加、监测及控制，同时将投加装置与电动闸阀、水位液位器等联动控制，自动化程度高，药剂投加精确，操作简单，稳定可靠。

优选的，所述模块化调节水箱，由反冲洗水箱与清水箱组合而成。反冲洗水箱与清水箱之间有连接有溢流挡板，反冲洗水箱内水量充足时向清水箱溢流，能保证反冲洗时有充足水量，调节水箱材质采用不锈钢板，具有强度高，耐腐蚀，水质清洁，无二次污染，安装方便等特点。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种模块化智慧水厂，具备以下有益效果：

1.该模块化智慧水厂，通过设置模块化设备间，设有自动化控制系统，系统高度集成，将絮凝系统、排泥系统、加药系统、消毒系统、过滤、反冲洗系统及送水系统集成于一个控制柜内，根据预设参数及配套仪表设备，实现厂区絮凝、排泥、过滤、加药、消毒、反冲洗及送水等流程全自动化运行，实现水厂“少人值守、无人值守”的目的。

2.该模块化智慧水厂，通过设置模块化加药间，配备有智能絮凝剂投加装置，系统能通过原水浊度监测模块实时调整絮凝模块中伺服电机速率及智能絮凝剂投加装置中计量泵频率，以实现最佳的絮凝效果；配备有智能消毒剂投加装置，系统能根据出厂水余氯参数及管网末梢余氯参数，实时调节消毒投加装置中计量泵频率，以实现最佳的消毒效果。

3.该模块化智慧水厂，设有智慧水厂运营管理平台，平台利用压力、流量、液位、水质等在线监测设备实时数据的感知和采集，经过云计算和大数据的挖掘、分析及提炼技术，最大限度地实现数据共享，为水务系统提供更加科学的数据支撑，以更加精细和动态的方式管理水务系统的生产、运营、服务和管理，为水务企业的辅助决策提供全面、即时、准确的数据信息，保障农村及城市供水安全。

附图说明

图1为本发明模块化净水设备结构示意图；

图2为本发明模块化设备间示意图。

图中：1絮凝单元、2过渡单元、3-6过滤单元（3清水区、4斜管区、5集水区、6排泥区）、7反冲洗水泵、8自动化控制系统、9智慧水厂运营管理大屏、10厂用水泵组、11反冲洗风机、12原水浊度仪、13出厂水质多参数在线监测仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，一种模块化智慧水厂，包括一体化净水设备、模块化设备间、模块化加药间及模块化调节水箱。所述的一体化净水设备包括有1、2、过滤单元，其中过滤单元包括3、4、5、6；模块化设备间包括7、8、9、10、11、12、13以及集装箱式设备间等；模块化加药间包括有智能絮凝剂投加装置、消毒剂制备及投加单元以及集装箱式设备间；模块化调节水箱包括有反冲洗水箱及清水箱。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (17)

1.一种模块化智慧水厂，包括一体化净水设备、模块化设备间、模块化加药间及模块化调节水箱；所述的一体化净水设备包括有絮凝、沉淀、过滤单元；模块化设备间包括反冲洗水泵、反冲洗风机、原水浊度监测仪表、出厂水多参数在线水质监测设备、厂用水泵组、自动化控制系统及大屏显示系统以及集装箱式设备间等；模块化加药间包括有智能絮凝剂投加装置、消毒剂制备及投加单元以及集装箱式设备间；模块化调节水箱包括有反冲洗水箱及清水箱。

2.根据权利要求1所述的一体化净水设备，其特征在于：所述的进水管内设置有管道混合器、流量计、原水浊度仪取样口及调节阀门，调节阀门根据流量计监测值实时调节阀门开度。

3.根据权利要求1所述的一体化净水设备，其特征在于：其具体包括有絮凝、过渡、沉淀、过滤单元模块。

4.根据权利要求1所述的一体化净水设备，其特征在于：所述的絮凝模块根据规模分成若干个形状相同的正方形竖井，内置不同规格的搅拌桨，通过搅拌桨对投加了絮凝剂的原水进行机械搅拌，每格竖井之间有大小不一及高度不一的孔洞；所述的过渡模块底部设置排泥斗及排泥管，排泥管末端设置有电动排泥阀门，电动排泥阀门定时开启及关闭，完成定期排泥的功能。

5.根据权利要求1所述的一体化净水模块，其特征在于：所述的沉淀模块由底部排泥区、集水区、中部斜管区及上部清水区组成，中部斜管区布置有斜管，上部清水区布置有若干条集水槽。

6.根据权利要求1所述的一体化净水设备，其特征在于：所述过滤单元由底部配水配气区、滤板区，中部滤料区，上部清水区组成，其中底部配水配气区连接有清水管道和反冲洗气管，清水管道接三通分为清水管及反冲洗管，清水管上连接清水电动调节阀门，接至模块化调节水箱，电动调节阀门根据过滤模块上液位计实时调节阀门开度，反冲洗管上设置反冲洗电动开关阀门与反冲洗水泵出口连接，反冲洗气管上设置电动开关阀门与风机口相连接，同时该电动开关阀门下方设置支管接至过滤模块清水区，支管上设置电磁阀门，滤板区布置有不锈钢折板，折板上开设若干孔洞，长柄滤头均匀布置于滤板上，不锈钢折板由固定在池壁的角钢及螺栓固定，上部清水区布置有若干条V型洗砂排水槽与进水区相连，进水区底部连接有排水管，排水管上设置排水电动开关阀门，接管至排水点。

7.根据权利要求1所述的模块化设备间，其特征在于：将智慧水厂运行所需的反冲洗水泵、反冲洗风机、原水浊度监测仪表、出厂水多参数水质在线监测仪表、厂用水泵组、自动化控制系统及智慧水厂运营管理平台大屏系统高度集成在集装箱式设备间内。

8.根据权利要求1所述的模块化设备间，其特征在于：反冲洗水泵一侧通过管道连接至一体化净水模块，另外一侧通过管道连接至调节水箱内反冲洗水池模块，配合反冲洗风机模块，根据滤池内超声波液位计提供反冲洗指令，依次按照设定时间对模块化净水设备进行气洗、气水联合洗、单水反冲洗等清洗步骤，保证净水模块的出水水质。

9.根据权利要求1所述的模块化设备间，其特征在于：其中原水浊度监测仪表，会实时监测原水进水浊度，并将浊度反馈至一体化净水设备中的絮凝单元模块（机械絮凝）及智能絮凝剂投加装置，并通过自动控制系统调节，以实现最佳的絮凝效果。

10.根据权利要求1所述的模块化设备间，其特征在于：出厂水多参数水质在线监测设备，能实时监测智慧水厂的出厂水温度、PH、浊度、余氯、电导率常规五参数，一方面确保出水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022），另一方面将反馈数据给自动控制系统，动态调整絮凝、消毒设备运行，借助自动化控制系统，实现最佳的消毒效果。

11.根据权利要求1所述的模块化设备间，其特征在于：厂用水泵组，通过恒压变频手段，为厂区内所有用水点（包括加药、消毒、管理人员自用水）提供足量、恒压的自来水。

12.根据权利要求1所述的模块化设备间，其特征在于：自动化控制系统，系统高度集成，将絮凝系统、排泥系统、加药系统、消毒系统、过滤、反冲洗系统及送水系统集成于一个控制柜内，根据预设参数及配套仪表设备，实现厂区絮凝、排泥、过滤、加药、消毒、反冲洗及送水等流程全自动化运行，实现水厂“少人值守、无人值守”的目的，系统能通过原水浊度监测模块实时调整絮凝模块中伺服电机速率及智能絮凝剂投加装置中计量泵频率，以实现最佳的絮凝效果；还能根据预设排泥间隔，定时启动排泥系统中排泥阀，保证排泥时间，确保絮凝沉淀池正常运行；其次系统能根据一体化净水模块中过滤模块中超声波液位计数据，实时调节过滤出水阀门开启度，确保过滤模块中液位处于恒定状态，保证恒液位过滤，提升过滤效果，当过滤出水阀门开启度达到最大值后，系统会给反冲洗系统中风机和水泵提供信号，反冲洗系统根据预设参数陆续完成气洗、气水同时反冲洗、单水洗、余气排放等步骤；最后，系统能根据出厂水余氯参数及管网末梢余氯参数，实时调节消毒投加装置中计量泵频率，以实现最佳的消毒效果。

13.根据权利要求1所述的模块化设备间，其特征在于：智慧水厂运营管理平台，平台利用压力、流量、液位、水质等在线监测设备实时数据的感知和采集，经过云计算和大数据的挖掘、分析及提炼技术，最大限度地实现数据共享，为水务系统提供更加科学的数据支撑，以更加精细和动态的方式管理水务系统的生产、运营、服务和管理，为水务企业的辅助决策提供全面、即时、准确的数据信息，保障农村及城市供水安全，系统能根据压力、流量、液位、水质等数据进行分析判断，当出现异常时，出现警告并将报警信息推送至管理员手机；比如通过比对出厂水及原水水质，判断净水构筑物处理效果，当判断净水构筑物出现异常时，出现警告并将报警信息推送至管理员手机等。

14.根据权利要求1所述的模块化加药间，其特征在于：所述配备有次氯酸钠发生器；所述次氯酸钠发生器使用经过软化的净水，配置成稀盐水输送至电解槽，通过电解，制备成浓度低于1.0％的次氯酸钠溶液，有效氯含量达6-9g/L，制备好的次氯酸钠溶液作用于原水及滤后水，起到消毒杀菌等作用，其制备过程仅需使用水、盐和电，安全省心。

15.根据权利要求1所述的模块化加药间，其特征在于：所述智能消毒剂投加装置，所述智能消毒剂投加装置由计量泵、阻尼器、阀门等组成，能够定时、定量、连续用于消毒剂的投加，同时装置配有PLC编程控制器，可按需求设定控制模式，实现闭环、可靠、稳定、安全的动态投加、监测及控制。

16.根据权利要求1所述的模块化加药间，其特征在于：所述智能絮凝剂投加装置，所述智能絮凝剂投加装置由溶液箱、搅拌箱（带搅拌器）、计量泵、液位计、电控柜、管路、阀门、安全阀、止回阀、压力表、过滤器、底座等组成（可根据用户实际要求配置），设备结构经过精心设计，高度集成、结构紧凑、使用方便、节约用地；配合专用智能控制系统，实现闭环、可靠、稳定、安全的动态投加、监测及控制，同时将投加装置与电动闸阀、水位液位器等联动控制，自动化程度高，药剂投加精确，操作简单，稳定可靠。

17.所述权利要求1所述的模块化调节水箱，其特征在于：由反冲洗水箱与清水箱组合而成，反冲洗水箱与清水箱之间有连接有溢流挡板，反冲洗水箱内水量充足时向清水箱溢流，能保证反冲洗时有充足水量，调节水箱材质采用不锈钢板，具有强度高，耐腐蚀，水质清洁，无二次污染，安装方便等特点。

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