CN115838201A - 一种紫外线前处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紫外线前处理方法及系统，其中，紫外线前处理方法包括：获取紫外线前处理系统进水端的进水浊度数据；基于进水浊度数据，确定水质的进水浊度等级；基于进水浊度等级，确定电解水臭氧发生器的运行数量，并控制满足运行数量的电解水臭氧发生器投入运行。通过根据水质的进水浊度，合理控制电解水臭氧发生器的运行数量，并基于确定的运行数量控制电解水臭氧发生器运行，充分氧化进水中的微污染物，显著提高水质的透光率，在紫外灭活消毒之前对水质进行有效处理，大幅改善紫外线前处理出水水质，从而大量降低后续的过滤、紫外消毒过程中的能耗，提高后续紫外线消毒能效，延长紫外线消毒设备寿命。
Description
技术领域
本发明涉及水质处理领域，具体涉及一种紫外线前处理方法及系统。
背景技术
紫外线消毒（UVdisinfection）在水处理领域被广泛应用，该技术通过高强度、高效率的紫外光照射流水，可直接灭活水体中细菌、病毒等病原体，且不会产生消毒副产物。高级氧化技术（AdvancedOxidation Technology）通过反应过程中产生的羟基自由基和一系列链式反应，可有效去除水体中的难降解污染物，亦成为水处理技术热点之一。随着饮用水标准及净水要求的不断提高，自来水厂的建设及升级改造往往将紫外消毒或高级氧化工艺作为水质消毒和提标的重要组成部分。
在水处理消毒工艺中，紫外消毒技术作为物理消毒方式具有杀菌作用强、杀菌广谱性高、杀菌速度快的特点。紫外高级氧化技术则在物理消毒基础上结合化学氧化剂能够进一步去除难降解污染物，与传统加氯消毒相比都具有明显的优势。但在实际运行过程中，两种工艺往往会因为水质的差异，如水质色度和溶解性有机物含量较高，造成紫外线设备无法正常运行的问题，如光源损耗导致灭活效率不佳，设备运行能耗和维护成本高，设备寿命缩减等。因此，如何在现有紫外或紫外高级氧化工艺的基础上进行设计优化和技术集成，在紫外线灭活消毒前对水质进行有效处理，从而提高后续过滤、紫外消毒过程中的效率，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的没有充分考虑水质差异对紫外线消毒设备的影响，导致紫外线反应器设备光源利用率低下，进而导致灭活效率不佳的缺陷，从而提供一种紫外线前处理方法及系统。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种紫外线前处理方法，应用于紫外线前处理系统，所述系统包括：若干电解水臭氧发生器，所述方法包括：
获取所述紫外线前处理系统进水端的进水浊度数据；
基于所述进水浊度数据，确定水质的进水浊度等级；
基于所述进水浊度等级，确定电解水臭氧发生器的运行数量，并控制满足所述运行数量的电解水臭氧发生器投入运行。
可选地，所述控制满足所述运行数量的电解水臭氧发生器投入运行，包括：
获取各电解水臭氧发生器的累计使用时长；
将各所述电解水臭氧发生器的累计使用时长进行升序排序，得到排序结果；
基于所述排序结果和所述运行数量，筛选电解水臭氧发生器投入运行。
可选地，所有投入运行的各电解水臭氧发生器有序间歇式运行。
可选地，所述紫外线前处理系统还包括：与投入运行的电解水臭氧发生器的出水端连接的多级活性炭过滤器，所述方法还包括：
获取多级活性炭过滤器中各活性炭填料层的高度、吸附容量、流经各活性炭填料层的进水流速以及进水总有机碳浓度、出水总有机碳浓度；
基于各活性炭填料层的高度、吸附容量、流经各活性炭填料层的进水流速以及进水总有机碳浓度、出水总有机碳浓度，计算各活性炭填料层的工作时间；
当所述活性炭填料层达到预设工作时间时，进行所述活性炭填料层的反冲洗或换炭报警。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种紫外线前处理系统，所述紫外线前处理系统包括：若干电解水臭氧发生器和控制系统，其中，
所述电解水臭氧发生器的进水端与进水管连接，适于产生臭氧和臭氧水，氧化进水中的微污染物；
所述控制系统与各所述电解水臭氧发生器的控制端连接，所述控制系统包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法。
可选地，所述紫外线前处理系统还包括：与电解水臭氧发生器的出水端连接的多级活性炭过滤器，所述多级活性炭过滤器内设置有若干层活性炭填料层，所述活性炭填料层中由上至下依次铺设低碘值炭、中碘值炭和高碘值炭，适于对进水进行多级吸附过滤。
可选地，所述紫外线前处理系统还包括：浊度检测设备，
所述浊度检测设备设置于所述电解水臭氧发生器的进水端，所述浊度检测设备与所述控制系统连接，适于将检测到的进水浊度数据反馈至所述控制系统。
可选地，所述紫外线前处理系统还包括：总有机碳传感器，
所述总有机碳传感器分别设置于所述多级活性炭过滤器的进水端以及各活性炭填料层的出水端，其控制端与所述控制系统连接，适于监测所述多级活性炭过滤器进水以及各所述活性炭填料层出水端的总有机碳浓度。
可选地，所述紫外线前处理系统还包括：流量计，所述流量计设置于所述电解水臭氧发生器的进水端，与所述控制系统连接，适于将检测到的进水流量反馈至所述控制系统。
可选地，所述浊度检测设备为在线浊度仪。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的紫外线前处理方法，通过获取所述紫外线前处理系统进水端的进水浊度数据；基于所述进水浊度数据，确定水质的进水浊度等级；基于所述进水浊度等级，确定电解水臭氧发生器的运行数量，并控制满足所述运行数量的电解水臭氧发生器投入运行。通过根据水质的进水浊度，合理控制电解水臭氧发生器的运行数量，并基于确定的运行数量控制电解水臭氧发生器运行，充分氧化进水中的微污染物，显著提高水质的透光率，在紫外灭活消毒之前对水质进行有效处理，大幅改善紫外线前处理出水水质，从而大量降低后续的过滤、紫外消毒过程中的能耗，提高后续紫外线消毒能效，延长紫外线消毒设备寿命。
2.本发明提供的紫外线前处理系统，通过设置若干电解水臭氧发生器用于产生臭氧和臭氧水，可对进水中的微污染物进行氧化分解，从而实现快速高效净化水质的目标，通过设置控制系统与各电解水臭氧发生器的控制端连接，可实时获取各电解水臭氧发生器的运行情况，从而指导各电解水臭氧发生器进行有序间歇式运行，在保证净化水质质量、大幅改善紫外线前处理出水水质的同时，还延长电解水臭氧发生器的整体寿命，达到节能降耗的效果。
3.本发明提供的紫外线前处理系统，通过在电解水臭氧发生器的出水端设置多级活性炭过滤器，在多级活性炭过滤器中设置若干层活性炭填料层，通过对活性炭填料层进行分层设置，所述活性炭填料层中由上至下依次铺设低碘值炭、中碘值炭和高碘值炭，在实现对进水进行多级吸附过滤的目标的同时，还可依次降低每层炭滤料负荷，尽可能延长高品质炭的使用寿命，进一步地，多级活性炭过滤器中的活性炭还可与进水中残余臭氧发生共生作用，从而催化氧化降解活性炭上吸附的有机物，并释放吸附位点，持续发挥吸附-降解循环作用，大幅降低运行成本。
4.本发明提供的紫外线前处理系统，通过在电解水臭氧发生器的进水端设置浊度检测设备，所述浊度检测设备与控制系统连接，对进水浊度进行检测，为后续控制系统根据进水浊度对电解水臭氧发生器的运行数量进行针对性设置奠定前期数据基础，从而实现整体紫外线前处理效率最优化。
5.本发明提供的紫外线前处理系统，通过在多级活性炭过滤器的进水端以及各活性炭填料层的出水端设置总有机碳传感器，所述总有机碳传感器的控制端与控制系统连接，实现对多级活性炭过滤器进、出水水质总有机碳浓度的检测，从而为计算活性炭填料层换炭与反冲洗时间提供数据支持，进而保证各活性炭填料层的过滤效果。
6.本发明提供的紫外线前处理系统，通过在电解水臭氧发生器的进水端设置流量计，将检测到的进水流量变化情况反馈至控制系统，与有机碳传感器相配合进行活性炭填料层换炭与反冲洗时间计算，保证各活性炭填料层的过滤效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的紫外线前处理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的控制系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的多级活性炭过滤器的结构示意图；
图4为本发明实施例的紫外线前处理方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
臭氧-活性炭组合净水技术，通过臭氧氧化和活性炭吸附作用于水体，可有效去除水体中微量有机污染物、微污染物、色度等，或能与紫外以及高级氧化水处理技术进行耦合设计，发挥全流程净水工艺效益最大化。但现有臭氧-活性炭组合工艺主要利用高压放电式臭氧发生器制备臭氧，需要旁路安装臭氧发生器，外购纯氧气源，铺设管路将臭氧气体导入水体中完成，还需要设置单独的臭氧溶解池、尾气吸收池等，占地面积大，配套设备多，且臭氧产生量需人工调节。现有活性炭过滤器填料层多为整体单层铺设，在罐体容积较大的情况下不利于填料的更换和清洗，填料单一吸附效率较低。
基于现有紫外或高级氧化工艺和臭氧-活性炭组合净水技术的不足，本发明实施例提供了一种紫外线前处理系统，基于序批式电解臭氧-多级活性炭过滤的紫外线前处理技术，主要采用了序批式电解臭氧水技术和多级活性炭过滤技术，依据进水水质智能调节电解水臭氧发生器3序批式运行而调控臭氧水产量，活性炭填料多级分层分质滤池优化换炭流程而提升过滤效果，为紫外消毒或高级氧化工艺进水前处理提供优化解决方案，大幅度改善前处理出水水质，提升后续紫外线系统的能效。
如图1所示，本发明实施例提供了一种紫外线前处理系统，包括：三台电解水臭氧发生器3和控制系统4，其中，
所述电解水臭氧发生器3的进水端与进水管（图中未示出）连接，适于产生臭氧和臭氧水，氧化进水中的微污染物。示例性地，本发明实施例以三台电解水臭氧发生器3为例进行说明，但实际情况不限于此，电解水臭氧发生器3的数量和连接关系的改变，也在本发明实施例提供的紫外线前处理系统的保护范围之内。
具体地，在实际应用中，本发明实施例通过电解水臭氧发生器3与控制系统4发挥联合作用，采用低压电解普通水（例如溶解性固体总量TDS>100）为原料，短时间内产生较高浓度（0.3~4mg/L）臭氧和臭氧水，充分氧化进水中的微污染物，显著提高水质的透过率，通过采用本发明实施例提供的紫外线前处理系统在线式制备臭氧和臭氧水，不仅具有成本低、臭氧产生量可控、运行方便的特点，而且旁路配套元件少，无臭氧等气体泄漏风险，在臭氧氧化杀菌除污、净化水质的同时无消毒副产物产生，更具环保优势。
所述控制系统4与各所述电解水臭氧发生器3的控制端连接，如图2所示，该控制系统4包括处理器901和存储器902，所述存储器902和所述处理器901之间互相通信连接，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。
处理器901可以为中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU）。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（DigitalSignal Processor，DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-ProgrammableGate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器901的各种功能应用以及数据处理，即实现下述方法实施例中的方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行下述方法实施例中的方法。
具体地，在实际应用中，控制系统4中内置有“电解水臭氧发生器序批式运行控制程序”，用于控制电解水臭氧发生器运行数量和运行顺序等，从而保证每一台电解水臭氧发生器可有序间歇式运行（即序批式运行），进而延长电解水臭氧发生器整体寿命，节能降耗。
上述控制系统4具体细节可以对应参阅下述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本发明实施例提供的紫外线前处理系统，通过设置若干电解水臭氧发生器3用于产生臭氧和臭氧水，可对进水中的微污染物进行氧化分解，从而实现快速高效净化水质的目标，通过设置控制系统4与各电解水臭氧发生器3的控制端连接，可实时获取各电解水臭氧发生器3的运行情况，从而指导各电解水臭氧发生器3进行有序间歇式运行，在保证净化水质质量、大幅改善紫外线前处理出水水质的同时，还延长电解水臭氧发生器3的整体寿命，达到节能降耗的效果。
具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的紫外线前处理系统还包括：与电解水臭氧发生器3的出水端连接的多级活性炭过滤器7，所述多级活性炭过滤器7内设置有若干层活性炭填料层71，所述活性炭填料层71中由上至下依次铺设低碘值炭、中碘值炭和高碘值炭，适于对进水进行多级吸附过滤。
具体地，在实际应用中，本发明实施例的多级活性炭过滤器7的活性炭填料层71可根据实际需要对活性炭料的类型和数量进行变化，以三层活性炭填料层71（即过滤层）为例，本发明实施例由上至下依次铺设低碘值炭、中碘值炭和高碘值炭，铺设容量可占每层容积的80%，从而在保证过滤效率的同时，最大程度减低活性炭填料层71对水流速的影响。具体地，活性炭包括但不限于压块破碎活性炭、颗粒状，既便于后期炭料更换又能尽可能延长高品质炭的使用寿命。通过多级活性炭过滤技术，采用不同碘值活性炭对进水进行分区式过滤，延长高品质炭使用寿命，充分发挥多级过滤作用并提高反冲洗效率。
具体地，在实际应用中，设置不同碘值活性炭的主要作用在于吸附容量和价格，碘值越高，吸附容量越大，使用寿命越长但价格更高，通过设置不同碘值的活性炭，对进水进行分层过滤，起到筛分作用，依次降低每层负荷，从而让高碘值的吸附寿命更长，运行成本更低。
具体地，在实际应用中，各碘值活性炭的对应数值可为低碘值（700-900mg/g）、中碘值（900-1100mg/g）和高碘值（1100-1300mg/g）。
具体地，多级活性炭过滤器7的主体结构如图3所示，除上述活性炭填料层71外，主要还包括滤板72和进炭口73、出炭口（图中未示出），其中，滤板72可采用不锈钢材质冲孔板，滤板72目数根据过滤需求设计，示例性地，滤板72目数可为200目。通过将不同碘值炭分层铺设，不仅便于换炭，而且又能依次降低每层炭滤料负荷，尽可能延长高品质炭的使用寿命。
具体地，在实际应用中，为便于进行炭滤料的更换，本发明实施例提供的多级活性炭过滤器7在每层的活性炭填料层71均设置有进炭口73和出炭口（图中未示出），其中，进炭口73采用内扣式接口设计，内扣式接口由本体、密封圈座、橡胶密封圈等组成，密封圈座上有沟槽，用于连接和固定水带。出炭口的结构与进炭口73类似，在此不再进行赘述。
进一步地，本发明实施例的控制系统4还内置有“反冲洗报警程序”，控制系统4通过采集水质及活性炭的相关参数，根据理论计算得到智能控制换炭和反冲洗时间，从而保证多级活性炭过滤器7的过滤效率。
结合图1所示，通过外接水管（图中未示出）将水从反冲洗进水口8经反冲洗提升泵9送入多级活性炭过滤器7中的反冲水布水器10，从而对多级活性炭过滤器7中的炭滤料进行反冲洗，冲洗后的水将通过反冲洗出水口11被送出多级活性炭过滤器7。
具体地，在实际应用中，反冲洗进水口8位于多级活性炭过滤器7罐体底端，反冲洗管道（图中未示出）和反冲水布水器10铺设于活性炭填料层71底部一定距离处，反冲洗出水口11设在多级活性炭过滤器7罐体顶部，充分利用各层空间间隙提高反冲洗效率。
当进行更换活性炭操作时，本发明实施例将在进炭口73外接高压水带，并在出炭口同时外接一水带进行导流，关闭多级活性炭过滤器7罐顶部进水口（图中未示出）和底部出水口（图中未示出），利用高压水体流动冲刷作用完成旧炭更换；装填新炭时关闭出炭口和顶部进水口，开启底部出水口，在进炭口73连接水带利用转子泵（图中未示出）输送活性炭流体，完成新炭更换过程。
本发明实施例的多级活性炭过滤器7可与控制系统4联合作用，通过程序理论计算实现换炭和反冲洗流程智能化提醒，有效降低处理成本和维护成本；通过应用内扣式进炭口73、出炭口设计，以及进炭口73和出炭口可直接外接水带，在流水和反冲洗提升泵9（可为转子泵）将流体状活性炭进行冲刷带走，完成活性炭的更换和装填过程，省时省力。
本发明实施例提供的紫外线前处理系统，通过在电解水臭氧发生器3的出水端设置多级活性炭过滤器7，在多级活性炭过滤器7中设置若干层活性炭填料层71，通过对活性炭填料层71进行分层设置，所述活性炭填料层71中由上至下依次铺设低碘值炭、中碘值炭和高碘值炭，在实现对进水进行多级吸附过滤的目标的同时，还可依次降低每层炭滤料负荷，尽可能延长高品质炭的使用寿命，进一步地，多级活性炭过滤器7中的活性炭还可与进水中残余臭氧发生共生作用，从而催化氧化降解活性炭上吸附的有机物，并释放吸附位点，持续发挥吸附-降解循环作用，大幅降低运行成本。
具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的紫外线前处理系统还包括：浊度检测设备2，
所述浊度检测设备2设置于所述电解水臭氧发生器3的进水端，所述浊度检测设备2与所述控制系统4连接，适于将检测到的进水浊度数据反馈至所述控制系统4。
具体地，在实际应用中，浊度检测设备2可在线检测进水浊度变化，并将其反馈至控制系统4。控制系统4可根据进水浊度等级对电解水臭氧发生器3的运行情况进行针对性调节。
具体地，在一实施例中，浊度检测设备2为在线浊度仪。
具体地，以进水浊度等级为三级、电解水臭氧发生器3设置三台为例，当进水浊度≤1NTU时，可控制一台电解水臭氧发生器3运行；当1NTU＜进水浊度≤3NTU时，可控制两台电解水臭氧发生器3运行；当进水浊度>3NTU时，可控制三台电解水臭氧发生器3运行，其中NTU为散射浊度单位。通过根据进水浊度等级对电解水臭氧发生器3的运行数量进行调节，不仅保证了水质处理的效果，而且还在最大程度上减少了不必要的能耗，节约了运行成本。
在实际应用中，电解水臭氧发生器3的数量和连接方式可根据实际需求进行更改，为保证进水水质达到使用需求而进行相关电解水臭氧发生器3的数量和连接方式的更改，也在本发明实施例提供的紫外线前处理系统的保护范围之内。
进一步地，本发明实施例在根据进水浊度确定电解水臭氧发生器3数量之后，充分考虑各电解水臭氧发生器3累计工作时间不同这一情况，将对各电解水臭氧发生器3进行累计使用时长排序，按照累积使用时长由短到长控制各电解水臭氧发生器3依次运行。
示例性地，当确定电解水臭氧发生器3的运行数量为一台时，本发明实施例将对三台电解水臭氧发生器3的累计使用时长进行排序，将累计使用时长最短的电解水臭氧发生器3作为首先启动的电解水臭氧发生器3，待其运行预设时长后，换累计使用时长第二短的电解水臭氧发生器3运行，待其达到预设时长后，再换累计时长第三短的电解水臭氧发生器3运行，从而令每台电解水臭氧发生器3有序间歇式运行，从而延长电解水臭氧发生器3的使用寿命，降低不必要能耗。
具体地，在实际应用中，预设时长可根据水质情况以及实际需求进行设定，预设时长可包括以下两种方式：
（1）固定时长。
示例性地，如运行1分钟后停止当前电解水臭氧发生器3运行，换另一电解水臭氧发生器3运行1分钟，以此类推，控制所有电解水臭氧发生器3以固定时长进行运行。固定时长的数值可根据实际情况进行修改，本发明实施例并不对此进行限定。
（2）阶段时长。
示例性地，预设时长还可根据各电解水臭氧发生器3的累计使用时长进行数值阶段设定，如累计使用时长最短（即最早启动）的电解水臭氧发生器3运行3分钟，然后停止其运行，改为累计使用时长第二短的电解水臭氧发生器3运行2分钟，最终控制累计使用时长最长的电解水臭氧发生器3运行1分钟。阶段时长的数值和数量可根据实际需要进行调整。
具体地，各电解水臭氧发生器3的预设时长可根据实际情况进行设定，示例性地，预设时长可为200h，即在当前电解水臭氧发生器3累计运行200h后控制其停止，转换为另一电解水臭氧发生器3工作。在电解水臭氧发生器3累计工作时长达到200h时，控制系统4将控制其停止运行，并在所有电解水臭氧发生器3累计工作时长均达到预设时长后，控制系统4将对所有电解水臭氧发生器3的累计工作时长进行归零，并重新计时。
本发明实施例提供的紫外线前处理系统，通过在电解水臭氧发生器3的进水端设置浊度检测设备2，所述浊度检测设备2与控制系统4连接，对进水浊度进行检测，为后续控制系统4根据进水浊度对电解水臭氧发生器3的运行数量进行针对性设置奠定前期数据基础，从而实现整体紫外线前处理效率最优化。
具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的紫外线前处理系统还包括：总有机碳传感器（图中未示出），
所述总有机碳传感器分别设置于所述多级活性炭过滤器7的进水端以及各活性炭填料层71的出水端，其控制端与所述控制系统4连接，适于监测所述多级活性炭过滤器7进水以及各所述活性炭填料层71出水端的总有机碳浓度。
具体地，在实际应用中，如图1所示，为便于获取紫外线前处理系统中总有机碳浓度（即TOC浓度），为后续进行换炭时间计算提供相关数据，本发明实施例在多级活性炭过滤器7的进水端设置有进水TOC传感器5，在各活性炭填料层71出水端设置有出水TOC传感器12，分别用于检测多级活性炭过滤器7进/出水水质的TOC浓度和温度等水质参数并反馈至控制系统4。从而对多级活性炭过滤器7进水以及各活性炭填料层71出水端的总有机碳浓度进行检测。
具体地，在实际应用中，进水TOC浓度的正常范围为0.5~60mg/L，经多级活性炭过滤器7过滤后的出水TOC浓度可小于1mg/L，再经过后续的紫外或高级氧化工艺进一步去除。
具体地，在实际应用中，水温一般无剧烈波动，但在一定范围内水温变化对活性炭吸附能力有一定影响，一般水温越高，吸附能力越强，当水温超过30℃时吸附能力达到极限。
本发明实施例提供的紫外线前处理系统，通过在多级活性炭过滤器7的进水端以及各活性炭填料层71的出水端设置总有机碳传感器，所述总有机碳传感器的控制端与控制系统4连接，实现对多级活性炭过滤器7进、出水水质总有机碳浓度的检测，从而为计算活性炭填料层71换炭与反冲洗时间提供数据支持，进而保证各活性炭填料层71的过滤效果。
具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的紫外线前处理系统还包括：流量计1，如图1所示，所述流量计1设置于所述电解水臭氧发生器3的进水端，与所述控制系统4连接，适于将检测到的进水流量反馈至所述控制系统4。
本发明实施例提供的紫外线前处理系统，通过在电解水臭氧发生器3的进水端设置流量计1，将检测到的进水流量变化情况反馈至控制系统4，与有机碳传感器相配合进行活性炭填料层71换炭与反冲洗时间计算，保证各活性炭填料层71的过滤效果。
具体地，如图1所示，本发明实施例还在进水TOC传感器5和多级活性炭过滤器7进水端之间设置有提升泵6，用于将进水进行加压输送至多级活性炭过滤器7的罐体中，从而保证进水依次经过低碘值炭、中碘值炭和高碘值炭，实现进水的多级过滤。
本发明实施例通过采用智能控制技术、序批式电解水臭氧氧化技术、多级活性炭过滤技术及紫外或高级氧化技术以及其协同作用，主要通过控制系统4、TOC传感器、在线浊度仪、序批式运行的电解水臭氧发生器3和多级活性炭过滤器7发挥联合作用。控制系统4中内置两套程序软件，分别为控制电解水臭氧发生器3序批式运行程序和控制多级活性炭过滤器7智能换炭及反冲洗报警程序。程序一控制在线监测进水浊度变化，根据进水浊度等级，如进水浊度≤1NTU、1NTU＜进水浊度≤3NTU、进水浊度>3NTU，分别控制电解水臭氧反应器的运行个数为1台、2台、3台，并使其按照累积使用时长由短到长依次优先运行，即每一台电解水臭氧发生器3有序间歇式运行（简称序批式运行），以延长电解水臭氧发生器3的整体寿命，节能降耗。程序二控制检测进水流量、温度、以及多级活性炭过滤器7的进、出水TOC浓度，再根据博哈特（Bokart）-亚当斯（Adams）吸附关系式和每层活性炭容量、吸附碘值计算各层不同碘值活性炭吸附饱和时间并设置过饱和报警功能，以实现智能分层换炭提醒和反冲洗提醒，节约炭滤料成本。通过在线监测进水浊度，根据进水水质反馈控制电解水臭氧发生器3序批式运行，在线制备臭氧水，有效节能、节耗、节地，在此基础上结合多级活性炭过滤技术，通过不同碘值活性炭进行分区式过滤，延长高品质炭使用寿命，充分发挥多级过滤作用并提高反冲洗效率。通过应用智能分层换炭及反冲洗报警程序，在线监测活性炭填料层71（即炭滤池）前后的TOC浓度，并经程序理论计算实现换炭和反冲洗流程智能化提醒，有效降低处理成本和维护成本。具体理论计算过程参见下述方法实施例中的相关描述。
进一步地，本发明实施例通过紫外线前处理系统对进水水质进行高效过滤，将经过预处理过后的进水输送至紫外线反应器13中，再进行后续紫外线灭活消毒处理，大幅提升紫外线消毒效率。
本发明实施例利用序批式电解臭氧-多级活性炭过滤组合净水技术，通过构建高效净化的紫外线前处理系统，改善后续紫外消毒或高级氧化工艺所用的进水水质，进而提高紫外线系统能效。
上述的紫外线前处理系统的更进一步描述参见下述紫外线前处理方法实施例的相关描述，在此不再进行赘述。
本发明实施例提供了一种紫外线前处理方法，应用于紫外线前处理系统，如图4所示，该紫外线前处理方法具体包括如下步骤：
步骤S101：获取所述紫外线前处理系统进水端的进水浊度数据。
步骤S102：基于所述进水浊度数据，确定水质的进水浊度等级。
具体地，在实际应用中，进水浊度数据可通过在线浊度仪进行监测和获取。
步骤S103：基于所述进水浊度等级，确定电解水臭氧发生器的运行数量，并控制满足所述运行数量的电解水臭氧发生器投入运行。
具体地，在实际应用中，所有投入运行的各电解水臭氧发生器有序间歇式运行。各电解水臭氧发生器的运行策略的详细内容参见上述紫外线前处理系统实施例中的相关描述，在此不再进行赘述。
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的紫外线前处理方法，通过获取所述紫外线前处理系统进水端的进水浊度数据；基于所述进水浊度数据，确定水质的进水浊度等级；基于所述进水浊度等级，确定电解水臭氧发生器的运行数量，并控制满足所述运行数量的电解水臭氧发生器投入运行。通过根据水质的进水浊度，合理控制电解水臭氧发生器的运行数量，并基于确定的运行数量控制电解水臭氧发生器运行，充分氧化进水中的微污染物，显著提高水质的透光率，在紫外灭活消毒之前对水质进行有效处理，大幅改善紫外线前处理出水水质，从而大量降低后续的过滤、紫外消毒过程中的能耗，提高后续紫外线消毒能效，延长紫外线消毒设备寿命。
具体地，在一实施例中，上述步骤S103控制满足所述运行数量的电解水臭氧发生器投入运行，具体包括如下步骤：
步骤S201：获取各电解水臭氧发生器的累计使用时长。
步骤S202：将各所述电解水臭氧发生器的累计使用时长进行升序排序，得到排序结果。
步骤S203：基于所述排序结果和所述运行数量，筛选电解水臭氧发生器投入运行。
通过将各电解水臭氧发生器根据累计使用时长进行排序，将累计使用时长最短的电解水臭氧发生器确定为首先启动的电解水臭氧发生器投入运行，不仅保证了电解水的效率，而且还可进一步地均衡各电解水臭氧发生器的整体使用时长，大幅降低后期维修成本。
具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的紫外线前处理方法，具体还包括如下步骤：
步骤S301：获取多级活性炭过滤器中各活性炭填料层的高度、吸附容量、流经各活性炭填料层的进水流速以及进水总有机碳浓度、出水总有机碳浓度。
步骤S302：基于各活性炭填料层的高度、吸附容量、流经各活性炭填料层的进水流速以及进水总有机碳浓度、出水总有机碳浓度，计算各活性炭填料层的工作时间。
步骤S303：当所述活性炭填料层达到预设工作时间时，进行所述活性炭填料层的反冲洗或换炭报警。
具体地，在实际应用中，实现过程如下：
1、连续流活性炭吸附时应用到的博哈特（Bokart）-亚当斯（Adams）关系式具体如下：
其中，t为当前活性炭填料层的工作时间；C0为进水TOC浓度，单位为
；V为进水水流通过活性炭过滤层的速度，单位为m/h；H为当前活性炭填料层高度；K为速度常数，单位为/>
或/>
；N0为吸附容量，即活性炭达到饱和时被吸附物质的吸附量，单位为/>
；CB为出水TOC浓度，单位为/>
。
具体地，在实际应用中，进水水流通过活性炭过滤层的速度V可为10m/h~20m/h，由流量计测定后回传至控制系统中；H为当前活性炭填料层高度，经实际测量后输入控制程序二中；速度常数K和吸附容量N0可通过前期活性炭过滤实验数据实际测量确定。
具体地，C0为各活性炭过滤层的进水TOC浓度，根据活性炭过滤层可依次设置为C01、C02、C03；CB为各活性炭过滤层的出水TOC浓度，根据活性炭过滤层可依次设置为CB1、CB2、CB3。由于各活性炭过滤层达到吸附半饱和/饱和的时间不一样，本发明实施例通过对每一活性炭过滤层的进水、出水TOC浓度进行检测，即可得到每一活性炭过滤层对应的半饱和/饱和的时间，从而在活性炭过滤层达到半饱和/饱和的第一时间进行反冲洗或换炭报警，最大程度避免因活性炭达到吸附饱和而造成水质处理效果不佳情况发生。
具体地，工作时间t是指启动该层活性炭过滤至下一次更换的时间，具体时间数值可在控制程序中设定，在更换后将在控制程序二上将该层活性炭过滤层的工作时间t复位。
具体地，在当前活性炭填料层工作时间t为0时，保证出水TOC浓度CB的炭层理论高度称为活性炭层临界高度H0，其值可根据公式（1）当t=0时进行计算，即
在实际应用中，如果取工作时间为t，多级活性炭过滤器的进水水质TOC浓度为C01，三层不同碘值活性炭串联，第一层活性炭过滤层出水为CB1，即为第二层活性炭填料层的进水的C02；第二层出水为CB2，即为第三层活性炭填料层的进水的C03；第三层活性炭填料层的出水为CB3。根据各层不同的进出水TOC浓度可求出流速常数K和各活性炭填料层各自的吸附容量N01、N02、N03。
（1）、根据连续流吸附实验结果填写表1：
表1连续流实验结果表
需要说明的是，其中，进水TOC浓度为多级活性炭过滤器进水端处的TOC浓度；出水TOC浓度为多级活性炭过滤器出水端处的TOC浓度。
（2）、根据试验结果的t-c关系确定当最后出水水质TOC指标满足＜1mg/L时，各层活性炭的工作时间，并输入程序二。
（3）、根据公式（1）以时间ti为纵坐标，以当前活性炭填料层高度（即炭层厚度）H为横坐标画拟合直线，直线截距为
，斜率为/>
。
（4）、将已知C0、CB、V值代入公式（1），求出速度常数K和吸附容量N0。
（5）、根据公式（2）可求出不同进水流量下的活性炭层的临界高度H0。
（6）、得出各层活性炭在不同流速下的相关吸附参数K、N0、H0值，并输入程序二。
2、通过多级活性炭的运行时间对需要进行反冲洗或换炭预警的各活性炭填料层进行判断。
3、活性炭吸附饱和状态在工程应用中可以碘值来判定，当碘值降至500以下时为吸附饱和。本发明实施例以连续流吸附试验测定得到的吸附容量来判定。示例性地，如通过连续流吸附试验测定的碘值为1000mg/g的活性炭对TOC的饱和吸附容量为N0=80mg/g，即半饱和吸附容量N0为40mg/g，将数值分别代入程序二中，系统根据进出水TOC浓度、流量、炭层高度，计算该层活性炭预计达到半饱和和饱和的时间并进行报预警。进一步地，最后出水水质将同步反馈至系统，若因未及时换炭导致最终出水水质不满足＜1mg/L的标准，则系统持续报警。
示例性地，以针对自来水厂或二次供水直饮水系统为例，对于自来水厂的传统紫外消毒工艺，通常由单独的紫外线反应器设备组成，通过控制进水流量、照射时间和照射剂量来实现水质净化，但在现实运行过程中紫外线设备往往无法正常运行发挥最大效益。这是由于原水在经过混凝、沉淀和过滤后仍具有水质色度过高、细菌菌群总数过高等问题，导致紫外辐射穿透率不佳，消毒效果大打折扣。对于大型商超、办公楼等的二次供水直饮水系统，通常由储水水箱和直饮水净化系统组成，储水水箱的水由市政自来水厂通过市政管道供水，受管道运输和水厂消毒影响其水体中往往含少量消毒副产物、微污染物、嗅味色度累积等，无法达到直接饮用标准，需进行深度净化。通过本发明实施例的紫外线前处理方法可以满足上述需求。
具体实施过程如下：
结合图1-图4所示，来水通过管道依次进入3台电解水臭氧发生器，在电解水臭氧发生器腔体内，低压电解常规水臭氧电极通电后将在短时间内电解进水形成臭氧浓度为0.3~4mg/L的臭氧水，实现第一阶段消毒、微量有机污染物降解；臭氧水流经提升泵提升进入多级活性炭过滤器，经过吸附碘值依次增大的压块破碎活性炭填料层，分层承担进水负荷，水体中悬浮颗粒有机物、嗅味、色度等将被充分吸附拦截，同时臭氧水与活性炭发生共生作用，臭氧发挥催化臭氧氧化作用降解活性炭吸附的污染物，释放吸附位点，延长活性炭使用寿命，提高吸附效率，多级活性炭过滤器出水通过重力作用由输水管道进入紫外线反应器进行紫外照射，完成净水过程。
在运行过程中，多级活性炭过滤器进水水质TOC浓度为C01，三层不同碘值活性炭串联，第一层出水为CB1，即为第二层活性炭填料层的进水的C02；第二层出水为CB2，即为第三层活性炭填料层的进水的C03；第三层活性炭填料层的出水CB3。根据各填料层不同进出水浓度、进水流量、炭填料层高度、吸附容量（吸附碘值）等参数以及博哈特（Bokart）-亚当斯（Adams）关系式计算当前活性炭填料层吸附半饱和或饱和所运行的时间，从而在其达到预设工作时间时，对其进行反冲洗或换炭报警。
具体地，当控制系统发出反冲洗信号时，反冲洗水通过反冲洗进水口进水，经反冲洗提升泵再经反冲洗布水器充分布水进入多级活性炭过滤器罐体，冲洗水通过反冲洗出水口流出。
具体地，当控制系统发出换炭报警时，开始如下换炭流程：
打开指定层如第3层活性炭填料层的进炭口、出炭口，在进炭口处接一段进水水带，接高压水，在出炭口处接出水带导流，通过高压水冲淋作用可迅速完成指定层旧炭更换。装填新炭时，打开指定层进炭口并连接进水水带，关闭出炭口，进水水带连接转子泵抽吸流体状态的活性炭至指定层即可完成新炭装填。
需要说明的是：
（1）本发明实施例提供的紫外线前处理方法可用于二次供水系统中的直饮水系统净化但不限于二次供水水源；
（2）直饮水水质标准主要有《饮用净水水质标准》（CJ94-2005）、《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）、《优质饮用净水水质标准》（T/WPIA001-2017）和《T/SZAS32-2021》，本发明实施例提到的浊度在四个标准中的限值分别为0.5NTU、1NTU、0.3NTU、0.3NTU；TOC限值为未标明、5mg/L、未标明和1mg/L；臭氧限值为0.01mg/L（管网末梢水）、0.02mg/L（管网末梢水）。如加氯，总氯≥0.05mg/L、未标明、未标明。
本发明实施例在结合上述直饮水系统相关标准的基础上，对臭氧浓度进行了充分考虑，处理过程中所产生的臭氧，一方面用于溶解性有机物降解，一部分用于被活性炭吸附催化共生，残余部分与紫外形成高级氧化同时在供水管道内形成持续杀菌作用，最终过滤水中的臭氧浓度低于0.01mg/L，完全符合相关直饮水标准。
下面将结合具体应用示例，对本发明实施例提供的紫外线前处理方法进行详细的说明。
结合图1-图4，本发明实施例针对水源水水质波动较大情况下的消毒工艺进行说明，具体过程如下：
对于源水因季节性变化或其他原因导致水质浊度和色度波动较大时，本发明实施例可根据进水浊度变化进行反馈，并控制电解水臭氧发生器进行序批式运行。比如，当在线浊度仪测定进水浊度≤1NTU时，控制系统启动1台电解水臭氧发生器，其余两台关闭作为进水管道；当1NTU＜进水浊度≤3NTU时，控制系统启动2台电解水臭氧发生器，剩余一台关闭作为进水通道；当进水浊度＞3NTU时，开启3台电解水臭氧发生器。控制系统将记录每台电解水臭氧发生器的运行时间，让每台电解水臭氧发生器有序间歇式运行（序批式运行），以此节省系统能耗、延长系统寿命、达到前处理效益最大化。随后臭氧和臭氧水通过提升泵进水至多级活性炭过滤器完成吸附过滤和催化臭氧氧化过程，再进入紫外线反应器完成紫外消毒和紫外高级氧化消毒过程。即全过程根据进水水质变化调节电解水臭氧发生器运行个数，在满足紫外线设备正常高效运行需求的同时，大幅降低整体能耗。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存储记忆体（RandomAccess Memory，RAM）、快闪存储器（FlashMemory）、硬盘（HardDisk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种紫外线前处理方法，其特征在于，应用于紫外线前处理系统，所述系统包括：若干电解水臭氧发生器，所述方法包括：
获取所述紫外线前处理系统进水端的进水浊度数据；
基于所述进水浊度数据，确定水质的进水浊度等级；
基于所述进水浊度等级，确定电解水臭氧发生器的运行数量，并控制满足所述运行数量的电解水臭氧发生器投入运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制满足所述运行数量的电解水臭氧发生器投入运行，包括：
获取各电解水臭氧发生器的累计使用时长；
将各所述电解水臭氧发生器的累计使用时长进行升序排序，得到排序结果；
基于所述排序结果和所述运行数量，筛选电解水臭氧发生器投入运行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所有投入运行的各电解水臭氧发生器有序间歇式运行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外线前处理系统还包括：与投入运行的电解水臭氧发生器的出水端连接的多级活性炭过滤器，所述方法还包括：
获取多级活性炭过滤器中各活性炭填料层的高度、吸附容量、流经各活性炭填料层的进水流速以及进水总有机碳浓度、出水总有机碳浓度；
基于各活性炭填料层的高度、吸附容量、流经各活性炭填料层的进水流速以及进水总有机碳浓度、出水总有机碳浓度，计算各活性炭填料层的工作时间；
当所述活性炭填料层达到预设工作时间时，进行所述活性炭填料层的反冲洗或换炭报警。
5.一种紫外线前处理系统，其特征在于，包括：若干电解水臭氧发生器和控制系统，其中，
所述电解水臭氧发生器的进水端与进水管连接，适于产生臭氧和臭氧水，氧化进水中的微污染物；
所述控制系统与各所述电解水臭氧发生器的控制端连接，所述控制系统包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-4任一项所述的方法。
6.根据权利要求5所述的紫外线前处理系统，其特征在于，还包括：与电解水臭氧发生器的出水端连接的多级活性炭过滤器，所述多级活性炭过滤器内设置有若干层活性炭填料层，所述活性炭填料层中由上至下依次铺设低碘值炭、中碘值炭和高碘值炭，适于对进水进行多级吸附过滤。
7.根据权利要求6所述的紫外线前处理系统，其特征在于，还包括：浊度检测设备，
所述浊度检测设备设置于所述电解水臭氧发生器的进水端，所述浊度检测设备与所述控制系统连接，适于将检测到的进水浊度数据反馈至所述控制系统。
8.根据权利要求7所述的紫外线前处理系统，其特征在于，还包括：总有机碳传感器，
所述总有机碳传感器分别设置于所述多级活性炭过滤器的进水端以及各活性炭填料层的出水端，其控制端与所述控制系统连接，适于监测所述多级活性炭过滤器进水以及各所述活性炭填料层出水端的总有机碳浓度。
9.根据权利要求8所述的紫外线前处理系统，其特征在于，还包括：流量计，所述流量计设置于所述电解水臭氧发生器的进水端，与所述控制系统连接，适于将检测到的进水流量反馈至所述控制系统。
10.根据权利要求7所述的紫外线前处理系统，其特征在于，所述浊度检测设备为在线浊度仪。
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