一种集成了智能控制系统的深度净水设备及其使用方法

技术领域

本发明属于饮用水处理领域，涉及一种集成了智能控制系统的深度净水设备及其使用方法。

背景技术

现有以地表水作为水源水的净水厂普遍采用的常规处理工艺，如混凝、沉淀，对于有机物的去除比较有限，且对于季节性的藻类爆发问题也无法有效解决。虽然气浮工艺可以通过曝气增强对藻类的去除，但依然对水中有机物的去除没有明显改善。臭氧-生物活性炭工艺作为深度处理工艺之一，对水体中不过饱和度较高的溶解性有机物有较好的去除效果，但臭氧活性炭滤池存在污染物泄露和微生物泄露的风险。

超滤作为第三代净水技术，可较为有效地截留水中的颗粒物、藻类、细菌和部分有机物，但与此同时在运行过程中面临着膜污染问题。

发明内容

本发明要解决传统地表水净水厂的混凝沉淀工艺对地表水中的有机污染物去除效果受限，无法解决季节性的藻类爆发，同时解决超滤技术膜污染的问题，进而提供一种集成了智能控制系统的深度净水设备及其使用方法。

一种集成了智能控制系统的深度净水设备，它包括原水箱、混凝沉淀气浮一体化设备、臭氧接触池、活性炭滤池、中间水箱、超滤膜池、超滤膜组件、压力传感器、产水泵、产水箱、鼓风机和自控柜；

原水箱通过进水管路与混凝沉淀气浮一体化设备相连，混凝沉淀气浮一体化设备通过出水管路与臭氧接触池相连，臭氧接触池通过出水管路与活性炭滤池相连，活性炭滤池通过出水管路与中间水箱相连，中间水箱分别通过进水管路和出水管路与超滤膜池相连，超滤膜池内设置超滤膜组件，超滤膜池分别通过进水管路和出水管路与产水泵相连，所述的超滤膜池与产水泵之间的出水管路上设置压力传感器；产水泵分别通过进水管路和产水管路与产水箱相连，鼓风机通过反洗管路与超滤膜池相连，自控柜通过控制线路分别与压力传感器、产水泵及鼓风机相连。

一种集成了智能控制系统的深度净水设备的使用方法，它是按以下步骤进行：

一、原水箱中的原水与药物混合，得到混合后的原水；

所述的原水为待处理地表水源水；所述的混合为管式静态混合器，机械混合30s；

二、混合后的原水先进入到混凝沉淀气浮一体化设备中的折板絮凝池，折板絮凝池出水进入到斜管沉淀池，斜管沉淀池出水最后进入气浮池，得到混凝-沉淀-气浮工艺出水；

所述的折板絮凝池总絮凝时间为18min，三级絮凝速度分别为：第一级0.3m/s，第二级0.2m/s，第三级0.1m/s；

三、混凝-沉淀-气浮工艺出水先进入到臭氧接触池，臭氧接触池出水再进入到活性炭滤池，得到臭氧-活性炭滤池工艺出水；

所述的臭氧接触池中总臭氧投加量为1.0mg/L～2.0mg/L，混凝-沉淀-气浮工艺出水与臭氧的接触时间为10min～15min；

臭氧接触池出水与活性炭滤池中活性炭层的接触时间为12.6min；

四、臭氧-活性炭滤池工艺出水经过中间水箱后，进入超滤膜池，最后存贮于产水箱，即完成一种集成了智能控制系统的深度净水设备的使用方法；

所述的超滤膜池中超滤膜组件的膜通量为10L/(m

本发明的有益效果是：

本发明对传统地表水饮用水厂的常规处理工艺进行了改进，创新性地将混凝-沉淀-气浮工艺、臭氧-活性炭高级氧化工艺和超滤膜工艺结合，发明了一种以超滤膜工艺为核心的组合工艺，能够有效提升对地表水源水的处理效果，有效去除地表水中的浊度、色度、有机物、藻类和细菌，同时有效缓解超滤膜污染，保障了全流程工艺在长期运行过程中的出水水质安全和装置运行稳定性。

1本发明结合传统混凝沉淀工艺、气浮工艺、臭氧-活性炭滤池高级氧化工艺与超滤膜工艺，利用气浮工艺、臭氧-活性炭高级氧化工艺与超滤膜等深度处理工艺弥补了常规传统混凝沉淀工艺对地表地表水中的有机物处理能力，同时反过来利用混凝沉淀气浮工艺和臭氧-活性炭高级氧化工艺作为组合预处理工艺，可有效缓解超滤单元的膜污染，保障超滤膜单元稳定运行。各工艺单元互为补充，可实现对地表水源水中的浊度、色度、有机物等污染物和藻类与细菌的稳定去除，提高出水质量，确保饮用水厂生产出安全稳定的高质量饮用水。

2本发明通过全流程混凝沉淀气浮-臭氧活性炭-超滤组合工艺中试规模的实验测试了该组合工艺单元对浊度、色度、高锰酸盐指数等几种常规水质指标的去除效果，验证了组合工艺对南水北调地表原水水质优秀的处理效能。其中，组合工艺对浊度的去除可达到98％左右，对色度的去除率可达到99％左右，对高锰酸盐指数的去除率可达到67％左右。

3本发明方法可通过智能控制系统检测跨膜压差实时监控超滤膜污染状况，及时开展膜清洗，能够显著缓解超滤膜污染，减缓运行过程中膜的污染程度，降低清洗频率，减少能耗，延长使用寿命。在地表地表水处理领域展现了广泛的应用前景。

4本发明采用深度处理与常规处理工艺相结合的方法，可行性更高，易于应用于老旧水厂工艺升级改造，展示了极好的大规模应用前景。

附图说明

图1为一种集成了智能控制系统的深度净水设备的示意图；

图2为一种集成了智能控制系统的深度净水设备的使用方法工艺流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式它包括原水箱1、混凝沉淀气浮一体化设备3、臭氧接触池4、活性炭滤池5、中间水箱6、超滤膜池8、超滤膜组件9、压力传感器10、产水泵11、产水箱12、鼓风机13和自控柜14；

原水箱1通过进水管路与混凝沉淀气浮一体化设备3相连，混凝沉淀气浮一体化设备3通过出水管路与臭氧接触池4相连，臭氧接触池4通过出水管路与活性炭滤池5相连，活性炭滤池5通过出水管路与中间水箱6相连，中间水箱6分别通过进水管路和出水管路与超滤膜池8相连，超滤膜池8内设置超滤膜组件9，超滤膜池8分别通过进水管路和出水管路与产水泵11相连，所述的超滤膜池8与产水泵11之间的出水管路上设置压力传感器10；产水泵11分别通过进水管路和产水管路与产水箱12相连，鼓风机13通过反洗管路与超滤膜池8相连，自控柜14通过控制线路分别与压力传感器10、产水泵11及鼓风机13相连。

本具体实施方式的有益效果是：

本具体实施方式对传统地表水饮用水厂的常规处理工艺进行了改进，创新性地将混凝-沉淀-气浮工艺、臭氧-活性炭高级氧化工艺和超滤膜工艺结合，发明了一种以超滤膜工艺为核心的组合工艺，能够有效提升对地表水源水的处理效果，有效去除地表水中的浊度、色度、有机物、藻类和细菌，同时有效缓解超滤膜污染，保障了全流程工艺在长期运行过程中的出水水质安全和装置运行稳定性。

1本具体实施方式结合传统混凝沉淀工艺、气浮工艺、臭氧-活性炭滤池高级氧化工艺与超滤膜工艺，利用气浮工艺、臭氧-活性炭高级氧化工艺与超滤膜等深度处理工艺弥补了常规传统混凝沉淀工艺对地表地表水中的有机物处理能力，同时反过来利用混凝沉淀气浮工艺和臭氧-活性炭高级氧化工艺作为组合预处理工艺，可有效缓解超滤单元的膜污染，保障超滤膜单元稳定运行。各工艺单元互为补充，可实现对地表水源水中的浊度、色度、有机物等污染物和藻类与细菌的稳定去除，提高出水质量，确保饮用水厂生产出安全稳定的高质量饮用水。

2本具体实施方式通过全流程混凝沉淀气浮-臭氧活性炭-超滤组合工艺中试规模的实验测试了该组合工艺单元对浊度、色度、高锰酸盐指数等几种常规水质指标的去除效果，验证了组合工艺对地表原水水质优秀的处理效能。其中，组合工艺对浊度的去除可达到98％左右，对色度的去除率可达到99％左右，对高锰酸盐指数的去除率可达到67％左右。

3本具体实施方式方法可通过智能控制系统检测跨膜压差实时监控超滤膜污染状况，及时开展膜清洗，能够显著缓解超滤膜污染，减缓运行过程中膜的污染程度，降低清洗频率，减少能耗，延长使用寿命。在地表地表水处理领域展现了广泛的应用前景。

4本具体实施方式采用深度处理与常规处理工艺相结合的方法，可行性更高，易于应用于老旧水厂工艺升级改造，展示了极好的大规模应用前景。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的原水箱1与混凝沉淀气浮一体化设备3之间的进水管路上设置进水泵2，且进水泵2设置于原水箱1及混凝沉淀气浮一体化设备3外部；所述的混凝沉淀气浮一体化设备3与臭氧接触池4之间的出水管路上设置压力泵，且压力泵设置于混凝沉淀气浮一体化设备3及臭氧接触池4外部；臭氧接触池4与活性炭滤池5之间的出水管路上设置压力泵，且压力泵设置于臭氧接触池4及活性炭滤池5外部；所述的活性炭滤池5与中间水箱6之间的出水管路上设置压力泵，且压力泵设置于活性炭滤池5及中间水箱6外部；所述的中间水箱6与超滤膜池8之间的出水管路上设置潜水泵7，且潜水泵7设置于中间水箱6中。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的混凝沉淀气浮一体化设备3由折板絮凝池、斜管沉淀池及气浮池组成；所述的折板絮凝池为三级絮凝模式，且均采用相对折板，折板夹角为120°；所述的斜管沉淀池中斜管为正六角形斜管，正六角形的外接圆直径为25mm，倾角为60°；所述的气浮池最大溶气压力为0.40MPa，最大回流比为10％。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的活性炭滤池5中活性炭层的厚度为2.5m，活性炭层中活性炭的粒径为20目～50目，活性炭粒径的不均匀系数为1.4，水浸湿颗粒密度≤1.5g/cm

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的超滤膜组件9由4组～8组超滤膜并联组成，所述的超滤膜的材质为聚偏二氟乙烯，超滤膜的形式为浸没式中空纤维膜，膜丝公称孔径为0.03μm，单只超滤膜的有效膜面积为25m

具体实施方式六：结合图2具体说明本实施方式，一种集成了智能控制系统的深度净水设备的使用方法，它是按以下步骤进行的：

一、原水箱1中的原水与药物混合，得到混合后的原水；

所述的原水为待处理地表水源水；所述的混合为管式静态混合器，机械混合30s；

二、混合后的原水先进入到混凝沉淀气浮一体化设备3中的折板絮凝池，折板絮凝池出水进入到斜管沉淀池，斜管沉淀池出水最后进入气浮池，得到混凝-沉淀-气浮工艺出水；

所述的折板絮凝池总絮凝时间为18min，三级絮凝速度分别为：第一级0.3m/s，第二级0.2m/s，第三级0.1m/s；

三、混凝-沉淀-气浮工艺出水先进入到臭氧接触池4，臭氧接触池出水再进入到活性炭滤池5，得到臭氧-活性炭滤池工艺出水；

所述的臭氧接触池4中总臭氧投加量为1.0mg/L～2.0mg/L，混凝-沉淀-气浮工艺出水与臭氧的接触时间为10min～15min；

臭氧接触池出水与活性炭滤池5中活性炭层的接触时间为12.6min；

四、臭氧-活性炭滤池工艺出水经过中间水箱6后，进入超滤膜池8，最后存贮于产水箱12，即完成一种集成了智能控制系统的深度净水设备的使用方法；

所述的超滤膜池8中超滤膜组件9的膜通量为10L/(m

本具体实施方式步骤二中地表水源水经混凝沉淀气浮工艺进行初步处理，部分去除原水中的颗粒物、色度及可能存在的季节性的藻类；

步骤三中混凝沉淀气浮工艺出水经臭氧-活性炭滤池高级氧化工艺进行深度处理，进一步降低浊度色度的同时实现对有机物的部分去除；

步骤四中利用超滤膜工艺单元作为水处理的最后一道屏障，截留绝大多数有机污染物和微生物，保证出水指标的安全。

本具体实施方式过滤过程中超滤膜池8进行间歇曝气，每运行60min～120min进行反冲洗一次，通过反洗管路对超滤膜进行物理反冲洗。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中所述的地表水源水的浊度为3.5NTU～12.8NTU，色度为28度～99度，高锰酸盐指数为4mg/L～6mg/L，藻细胞含量为1132万个/L～6725万个/L；步骤一中所述的药物为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和臭氧，聚合氯化铝投加量为5mg/L～15mg/L，聚丙烯酰胺投加量为0.5mg/L～1mg/L，臭氧投加量为1mg/L～2mg/L。其它与具体实施方式六相同。

步骤一中所述的地表水源水为南水北调东线南四湖地表水，存在有机物超标和季节性藻类超标问题，此外该水源水存在轻度富营养化问题。

当步骤一中所述的地表水源水的浊度低于3NTU时，可将步骤一中混合后的原水直接进入到中间水箱6中进行后续的超滤。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一不同的是：步骤二中所述的折板絮凝池利用聚合氯化铝为混凝剂，投加量为5mg/L～15mg/L；步骤二中所述的斜管沉淀池中沉淀区停留时间为20min，管内流速为3.41mm/s，配水区高度为0.6m，溢流孔过孔流速为0.02m/s，且每天排泥一次，每次排泥10min～20min；步骤二中所述的气浮池中接触室的上升流速为9mm/s～18mm/s，接触室的水力停留时间为1min～2min，分离区的上升流速为1.81mm/s，分离区的水力停留时间为28min。其它与具体实施方式六或七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤三中所述的臭氧接触池4设计为3格，每格为一阶段，即三阶段接触反应，各级接触时间依进水方向依次为5.0min、5.0min及5.0min，三阶段布气量依次为50％～60％、25％～20％和余量布气；步骤三中所述的活性炭滤池5每运行5天～10天进行反冲洗一次，反冲洗为单气反冲方式或气水联合，当为单气反冲方式时，在气冲强度为6L/(m

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤四中所述的超滤膜池(8)每运行60min～120min进行反冲洗一次，或当自控柜(14)监测到超滤膜跨膜压差超过30KPa时，强制开启反冲洗；所述的反冲洗为气水联合反冲洗，在水反冲洗强度为35L/(m

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一，应用于中试规模的水处理生产性实验：

一种集成了智能控制系统的深度净水设备，它包括原水箱1、混凝沉淀气浮一体化设备3、臭氧接触池4、活性炭滤池5、中间水箱6、超滤膜池8、超滤膜组件9、压力传感器10、产水泵11、产水箱12、鼓风机13和自控柜14；

原水箱1通过进水管路与混凝沉淀气浮一体化设备3相连，混凝沉淀气浮一体化设备3通过出水管路与臭氧接触池4相连，臭氧接触池4通过出水管路与活性炭滤池5相连，活性炭滤池5通过出水管路与中间水箱6相连，中间水箱6分别通过进水管路和出水管路与超滤膜池8相连，超滤膜池8内设置超滤膜组件9，超滤膜池8分别通过进水管路和出水管路与产水泵11相连，所述的超滤膜池8与产水泵11之间的出水管路上设置压力传感器10；产水泵11分别通过进水管路和产水管路与产水箱12相连，鼓风机13通过反洗管路与超滤膜池8相连，自控柜14通过控制线路分别与压力传感器10、产水泵11及鼓风机13相连。

所述的原水箱1与混凝沉淀气浮一体化设备3之间的进水管路上设置进水泵2，且进水泵2设置于原水箱1及混凝沉淀气浮一体化设备3外部；所述的混凝沉淀气浮一体化设备3与臭氧接触池4之间的出水管路上设置压力泵，且压力泵设置于混凝沉淀气浮一体化设备3及臭氧接触池4外部；臭氧接触池4与活性炭滤池5之间的出水管路上设置压力泵，且压力泵设置于臭氧接触池4及活性炭滤池5外部；所述的活性炭滤池5与中间水箱6之间的出水管路上设置压力泵，且压力泵设置于活性炭滤池5及中间水箱6外部；所述的中间水箱6与超滤膜池8之间的出水管路上设置潜水泵7，且潜水泵7设置于中间水箱6中。

所述的混凝沉淀气浮一体化设备3尺寸为4.5×1.5×2.5m；所述的混凝沉淀气浮一体化设备3由折板絮凝池、斜管沉淀池及气浮池组成；所述的折板絮凝池为三级絮凝模式，且均采用相对折板，折板夹角为120°；所述的斜管沉淀池中斜管为正六角形斜管，正六角形的外接圆直径为25mm，倾角为60°；所述的气浮池最大溶气压力为0.40MPa，最大回流比为10％；所述的折板絮凝池有效容积为1.5m

所述的活性炭滤池5中活性炭层的厚度为2.5m，活性炭层中活性炭的粒径为20目～50目，活性炭粒径的不均匀系数为1.4，水浸湿颗粒密度≤1.5g/cm

所述的超滤膜组件9由8组超滤膜并联组成，所述的超滤膜的材质为聚偏二氟乙烯，超滤膜的形式为浸没式中空纤维膜，膜丝公称孔径为0.03μm，单只超滤膜的有效膜面积为25m

所述的臭氧接触池4有效容积约为1.5m

所述的超滤膜池8尺寸为1.1×1×1.5m；

所述的产水箱12的有效容积2.5m

一种集成了智能控制系统的深度净水设备的使用方法，它是按以下步骤进行：

一、原水箱1中的原水与药物混合，得到混合后的原水；

所述的原水为待处理地表水源水；所述的混合为管式静态混合器，机械混合30s；

二、混合后的原水先进入到混凝沉淀气浮一体化设备3中的折板絮凝池，折板絮凝池出水进入到斜管沉淀池，斜管沉淀池出水最后进入气浮池，得到混凝-沉淀-气浮工艺出水；

所述的折板絮凝池总絮凝时间为18min，三级絮凝速度分别为：第一级0.3m/s，第二级0.2m/s，第三级0.1m/s；

三、混凝-沉淀-气浮工艺出水先进入到臭氧接触池4，臭氧接触池出水再进入到活性炭滤池5，得到臭氧-活性炭滤池工艺出水；

所述的臭氧接触池4中总臭氧投加量为1.5mg/L，混凝-沉淀-气浮工艺出水与臭氧的接触时间为15min；

臭氧接触池出水与活性炭滤池5中活性炭层的接触时间为12.6min；

四、臭氧-活性炭滤池工艺出水经过中间水箱6后，进入超滤膜池8，最后存贮于产水箱12，即完成一种集成了智能控制系统的深度净水设备的使用方法；

所述的超滤膜池8中超滤膜组件9的膜通量为25L/(m

步骤一中所述的药物为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和臭氧，聚合氯化铝投加量为10mg/L，聚丙烯酰胺投加量为0.5mg/L，臭氧投加量为1.5mg/L。

步骤二中所述的折板絮凝池利用聚合氯化铝为混凝剂，投加量为10mg/L；步骤二中所述的斜管沉淀池中沉淀区停留时间为20min，管内流速为3.41mm/s，配水区高度为0.6m，溢流孔过孔流速为0.02m/s，且每天排泥一次，每次排泥15min；步骤二中所述的气浮池中接触室的上升流速为18mm/s，接触室的水力停留时间为1min，分离区的上升流速为1.81mm/s，分离区的水力停留时间为28min。

步骤三中所述的臭氧接触池4设计为3格，每格为一阶段，即三阶段接触反应，各级接触时间依进水方向依次为5.0min、5.0min及5.0min，三阶段布气量依次为50％、25％和25％布气；步骤三中所述的活性炭滤池5每运行5天进行反冲洗一次，反冲洗为单气反冲方式，在气冲强度为15L/(m

步骤四中所述的超滤膜池11每运行60min进行反冲洗一次，所述的反冲洗为气水联合反冲洗，在水反冲洗强度为70L/(m

本实施例中自控柜(14)监测到超滤膜跨膜压差超过30KPa时，未强制开启反冲洗，以证明混凝沉淀气浮+臭氧活性炭的工艺对膜污染有出色的缓解效果。

表1实施例一集成了智能控制系统的深度净水设备在运行30d进出水水质范围

表1展示了实施例中的混凝沉淀气浮-臭氧活性炭-超滤组合工艺对浊度、色度、高锰酸盐指数、藻细胞以及细菌总数几种常规水质指标的去除效能。进水浊度范围为3.5～12.8NTU，平均值为9.1NTU；色度范围为28～99度，平均值为73度；高锰酸盐指数范围为4～6mg/L，平均值为4.9mg/L。经过混凝沉淀气浮+臭氧活性炭+超滤的组合工艺处理，出水浊度范围降低至0.1～0.24NTU，平均值为0.16NTU；色度范围降低至0.2～0.9度，平均值为0.5度；高锰酸盐指数范围为1.4～1.8mg/L，平均值为1.6mg/L。经组合工艺处理后的出水浊度、色度和高锰酸盐指数均有了明显下降，且未检出藻细胞与细菌，这表明混凝沉淀气浮+臭氧活性炭+超滤的组合工艺对于原水中的颗粒物质、有机物、藻类以及细菌的去除具有非常好的效果。作为组合工艺的最后一道屏障，超滤也更加有效地保证了出水水质的安全。综合来看，混凝沉淀气浮+臭氧活性炭+超滤的组合工艺对浊度的去除率可达到约98％，对色度的去除率可达到约99％，对高锰酸盐指数的去除率可达到约67％，出水稳定未检出藻类和细菌，可实现完全去除，展现出非常出色和稳定的处理效果，有效保障了组合工艺出水水质安全，出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749)要求。

表2实施例一集成了智能控制系统的深度净水设备不同运行工况下的膜污染(跨膜压差)

表2展示了不同组合工艺运行条件下过滤周期结束时的超滤膜的跨膜压差。在连续运行72h后，直接超滤运行模式下的超滤膜跨膜压差达到约50KPa，而采用混凝沉淀气浮+臭氧活性炭+超滤的组合工艺后，超滤膜跨膜压差显著下降，仅为9KPa。这表明该组合工艺方法显著缓解了超滤膜单元的污染负荷，有效缓解了膜污染，可有效保障组合工艺装置的长期稳定运行。