ZJ系列智能凈水設(shè)備在農(nóng)村飲用水處理中的應(yīng)用

章貌 張雷 吳武通 方正 方策

摘 要：ZJ系列智能凈水設(shè)備以超濾膜為過濾介質(zhì)，配合加藥消毒系統(tǒng)，對原水按國家標準進行加藥消毒，使出水符合飲用水相關(guān)標準，水質(zhì)更有安全保障。設(shè)備以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為支撐，可通過云平臺采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，整套設(shè)備自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)高度集成化和一體化，無人值守，是解決農(nóng)村和偏遠山區(qū)飲用水水源凈化處理的重要產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：智能凈水設(shè)備;超濾膜;物聯(lián)網(wǎng);人工智能;飲用水水源凈化

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）08-108-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.054

1 設(shè)備研發(fā)背景

“民以食為天，食以水為先”，農(nóng)村供水始終是事關(guān)民生的大事，關(guān)系著萬千家庭的福祉?！熬G水青山就是金山銀山”，近年來，美化環(huán)境、優(yōu)化水質(zhì)逐漸成為社會共識，水環(huán)境面貌得到了顯著改善，農(nóng)村飲用水也朝著更優(yōu)的品質(zhì)持續(xù)邁進。筆者愿意盡自己所能，積極響應(yīng)國家號召，把以人為本落到實處，加強農(nóng)村飲用水水源保護，做好農(nóng)村飲用水處理，助力健康中國建設(shè)，讓農(nóng)村實現(xiàn)從“喝上水”到“喝好水”的轉(zhuǎn)變。ZJ系列智能凈水設(shè)備是迦南科技利用多年為制藥廠提供純水設(shè)備的技術(shù)經(jīng)驗優(yōu)勢，結(jié)合超濾膜過濾水處理系統(tǒng)工藝，研發(fā)的新型智能凈水設(shè)備[1]。

2 設(shè)備系統(tǒng)描述

ZJ系列智能凈水設(shè)備（以下簡稱設(shè)備），是以符合GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的Ⅰ類和Ⅱ類地表水為原水，通過智能控制單元對原水箱、泵站、加藥、凈水箱等進行整體控制，使原水經(jīng)過膜組件超濾及加藥消毒后，出水水質(zhì)符合GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》的要求。

設(shè)備是以超濾膜為核心膜塊，采用組合成集成裝置，膜池自帶安全樓梯、基座和操作平臺，底部設(shè)置排泥底閥，可定期自動清淤排污。成套設(shè)備可根據(jù)安裝廠房的大小合理設(shè)計與布局，可留存足夠的空間，充分考慮保障設(shè)備安裝、維護和保養(yǎng)工作。設(shè)備具有反沖洗及定期化學反沖洗等功能，自動化程度高，具有低耗凈化、高強凈化、自動凈化三大特點。

設(shè)備設(shè)計日產(chǎn)水量可根據(jù)不同客戶的需求設(shè)計，使用有機膜或陶瓷超濾膜進行超過濾。根據(jù)水質(zhì)的具體情況，超濾膜設(shè)計通量按照客戶水質(zhì)情況設(shè)計調(diào)整，適當增加減少膜組的使用面積，具有較高的性價比。超濾膜水處理系統(tǒng)的規(guī)格可以分為小中型智能凈水設(shè)備和大型智能凈水設(shè)備。中小型智能凈水設(shè)備的組合方式，適合于相對人口較少的鄉(xiāng)村飲用水過濾處理。大型智能凈水設(shè)備的組合方式，適合于相對人口較多的城鎮(zhèn)飲用水過濾處理。

智能凈水設(shè)備由原水箱系統(tǒng)、泵站系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、加藥消毒系統(tǒng)、凈水箱系統(tǒng)、樓梯平臺等組成。

原水箱系統(tǒng)由原水箱部件、超濾膜過濾組件等組成。原水通過超濾膜過濾組件凈化，屬于節(jié)能環(huán)保的物理分離技術(shù)，過濾安全有保障。

泵站系統(tǒng)由鼓風機、壓力傳感、水泵、閥門等組成。通過鼓風機對超濾膜外表面的水進行曝氣，實現(xiàn)對膜的清洗;壓力傳感可以設(shè)置超濾膜組正常運行的壓力和運行極限壓力，同時根據(jù)設(shè)定值對超濾膜進行反洗工藝，可確保膜過濾系統(tǒng)正常運行;水泵采用變頻控制，和流量計聯(lián)機控制，可以準確控制流量，使膜設(shè)計通量和膜過濾總面積符合產(chǎn)水流量要求，確保膜組的穩(wěn)定運行，延長超濾膜的使用壽命，減少運維成本。

智能控制系統(tǒng)包括可編程控制器、觸摸屏、其他電氣控制元件等?？删幊炭刂破鳎≒LC）及其軟件作為控制系統(tǒng)的主體，是整個智能控制系統(tǒng)的核心，主要完成設(shè)備的機械動作、參數(shù)控制及故障檢測等，對設(shè)備的生產(chǎn)過程、質(zhì)量控制及用戶操作界面過程等進行實時控制和管理;觸摸屏安裝在操作箱上，按鍵采用觸摸圖標，可直觀提示操作過程及顯示設(shè)備運行狀態(tài)，控制系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求設(shè)計多級權(quán)限，登入界面后可以進行不同參數(shù)的設(shè)計及修改：產(chǎn)水時間、反洗時間自動控制、系統(tǒng)中閥門、電機等各故障自動報警、用戶數(shù)據(jù)自動采集、客戶端遠程監(jiān)控等。

加藥消毒系統(tǒng)主要由計量泵、藥桶等組成，通過藥桶里的藥劑對水進行殺菌消毒，并通過計量泵來計量藥劑的輸出用量，加藥準確可靠，保障飲用水安全。

凈水箱系統(tǒng)主要由凈水箱、排污閥等組成，凈水箱用于儲存反洗使用的凈水，使用凈水反洗可以有效清除超濾膜孔及周圍的附著物，保障膜組的過濾效率，延長膜組使用壽命。

樓梯、平臺等主要用于運維使用，操作安全、方便、可靠。

3 設(shè)備工藝流程

凈水工藝流程圖如圖1所示。

4 設(shè)備清洗方式

為了解決超濾膜在水質(zhì)凈化過程中有雜質(zhì)堵塞膜孔徑的問題，設(shè)備采用了空氣清洗、清水反沖洗及藥液在線清洗（加藥反洗周期較長）的方式來處理，如圖2所示。

5 設(shè)備材料、工藝、技術(shù)特點

ZJ系列智能凈水設(shè)備浸沒式超濾膜采用的有機膜（PVDF）[2]或陶瓷膜，具有良好的機械強度、壽命長、抗污染等特點，凈水工藝采用浸沒式超濾膜分離（非內(nèi)壓式超濾膜分離）和成品次氯酸鈉消毒凈水工藝，無需在超濾前端增設(shè)多介質(zhì)過濾或其他保安過濾設(shè)備[3]。設(shè)備以超濾膜為過濾介質(zhì)，與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程，分離范圍為0.03μm或0.1μm以上的溶質(zhì)和微粒的過程，超濾膜表面的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過而成為透過液。而體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的外部，從而實現(xiàn)對原液的凈化、分離和濃縮的目的，超濾是一種物理分離過程，不發(fā)生任何相變。超濾可以將原液中的膠體物質(zhì)、大分子物質(zhì)、顆粒、細菌、病毒和原生動物等進行截留，通過濃縮液排放、反沖洗和化學清洗去除，徹底解決農(nóng)村環(huán)境雨季供水渾濁及病毒細菌超標問題。設(shè)備在原水箱底部設(shè)有排污口處理原水濃縮液[4]。

凈水工藝采用自吸泵吸的方式進行產(chǎn)水，正常運行壓力不大于負0.03MPa;在自吸泵前端配置壓力傳感對管路壓力進行檢測保護，保證膜過濾系統(tǒng)正常運行，極限工作壓力不大于負0.06MPa;當壓力傳感壓力大于負0.06MPa（根據(jù)水質(zhì)情況和需方要求可以設(shè)定）時，系統(tǒng)馬上啟用凈水反洗程序?qū)δみM行反洗，設(shè)備設(shè)計滿足膜安全運行的要求。

設(shè)備整體具備定期膜表面強制清洗及膜內(nèi)清水反洗（物理清洗）、化學清洗工藝，并配備相應(yīng)的工藝管道和機電設(shè)備：采用風機曝氣使水翻滾對膜外表面進行擦洗，且不易讓有機物和泥土粘在超濾膜表面;設(shè)備配置反清洗功能，利用凈水箱內(nèi)的凈水使用泵加壓進行反清洗，也可以在一定周期時間內(nèi)使用次氯酸鈉或檸檬酸進行化學清洗工藝反清洗。

整套自動控制系統(tǒng)可實現(xiàn)高度集成化和一體化，可實現(xiàn)智能化控制，用戶也可在手機上通過云平臺實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，查看設(shè)備報警信息，實現(xiàn)遠程啟?？刂萍瓣P(guān)鍵工藝參數(shù)設(shè)置。另外，出水流量、操作壓力、運行故障報警等能通過PLC、觸摸屏、遠程網(wǎng)關(guān)等現(xiàn)代化技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場可視化監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守及遠程監(jiān)控。

設(shè)備配套防雷系統(tǒng)要求，配套防護雷電對電子設(shè)備的各種侵害，工程現(xiàn)場接地電阻根據(jù)GB 50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行設(shè)計接地。

日產(chǎn)水量小于等于15m3/h的，采用一組產(chǎn)水工藝流水作業(yè)線;日產(chǎn)水量大于15m3/h的，采用2組同（不同）規(guī)格、獨立控制的產(chǎn)水工藝流水線，以在運維時能保證一組設(shè)備能夠正常運行，滿足短時間的供水需求。

整機采用模塊化設(shè)計，方便運輸，解決交通不便及運輸安裝困難問題。

6 設(shè)備在農(nóng)村飲用水中的應(yīng)用

迦南科技ZJ系列智能凈水設(shè)備，已經(jīng)在某項目2020年農(nóng)村飲用水達標提標工程投入使用，原水水源為符合GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的Ⅰ、Ⅱ類的地表水，設(shè)計日產(chǎn)水標準為：50t/d（即按照2.5t/h）、100t/d（即按照5t/h）、200t/d（即按照10t/h），設(shè)計滿足當?shù)赜盟蟆４隧椖渴褂眠^濾精度等級0.03μm的PVDF浸沒式超濾膜進行超過濾，膜通量按照小于等于20L/（m2×h）來設(shè)計使用。設(shè)備整體性能運行穩(wěn)定可靠，能有效除掉水中的藻類、泥砂、致病菌類，膠體、有機物、細菌、病毒等污染物，水質(zhì)安全穩(wěn)定，水質(zhì)好，優(yōu)于GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》規(guī)定的106項水質(zhì)指標，其控制管理達到無人值守標準。設(shè)備整體耗電低，產(chǎn)水泵采用變頻控制，其產(chǎn)水量運行電耗不超過0.2kWh/m3，每噸產(chǎn)水耗電性能情況如表1所示。

該農(nóng)村飲用水超濾處理項目開創(chuàng)了超濾凈水設(shè)備的智能控制先例，不僅讓當?shù)乩习傩蘸壬狭朔蠂褿B 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》的自來水，而且整體設(shè)備具有配套的智能控制系統(tǒng)，使用現(xiàn)代化的科技技術(shù)，實現(xiàn)了無人值守，運維方便，取得了良好的社會效益，為大規(guī)模的推廣和運用提供了真實可靠的依據(jù)。

7 結(jié)語

迦南科技ZJ系列智能凈水設(shè)備在農(nóng)村飲用水上的應(yīng)用，從總體方案、超濾膜性能、整體工藝設(shè)計、使用性能上都體現(xiàn)了超濾膜凈水設(shè)備的合規(guī)性、可靠性、節(jié)能環(huán)保、智能等特點，是適合廣大農(nóng)村環(huán)境條件下飲用水處理的優(yōu)質(zhì)選擇。

參考文獻

[1] 李攀岳.超濾膜在農(nóng)村飲水安全工程中的應(yīng)用[J].中國水利，2009（5）：60.

[2] 汪巡，朱友利，王琳，等.以中空纖維超濾膜技術(shù)為核心的組合工藝在水處理中的應(yīng)用[J].化工新型材料，2012，40（6）：154-157.

[3] 邱立偉，王春根，邵永康.超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導報，2017，14（32）：101，103.

[4] 秦鈺慧.飲用水衛(wèi)生與處理技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.