ZJ系列智能凈水設備在農村飲用水處理中的應用

章貌 張雷 吳武通 方正 方策

摘 要：ZJ系列智能凈水設備以超濾膜為過濾介質，配合加藥消毒系統，對原水按國家標準進行加藥消毒，使出水符合飲用水相關標準，水質更有安全保障。設備以物聯網、人工智能為支撐，可通過云平臺采集設備運行數據，實時監控設備運行狀態，整套設備自動控制系統實現高度集成化和一體化，無人值守，是解決農村和偏遠山區飲用水水源凈化處理的重要產品。

關鍵詞：智能凈水設備;超濾膜;物聯網;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 設備研發背景

“民以食為天，食以水為先”，農村供水始終是事關民生的大事，關系著萬千家庭的福祉。“綠水青山就是金山銀山”，近年來，美化環境、優化水質逐漸成為社會共識，水環境面貌得到了顯著改善，農村飲用水也朝著更優的品質持續邁進。筆者愿意盡自己所能，積極響應國家號召，把以人為本落到實處，加強農村飲用水水源保護，做好農村飲用水處理，助力健康中國建設，讓農村實現從“喝上水”到“喝好水”的轉變。ZJ系列智能凈水設備是迦南科技利用多年為制藥廠提供純水設備的技術經驗優勢，結合超濾膜過濾水處理系統工藝，研發的新型智能凈水設備[1]。

2 設備系統描述

ZJ系列智能凈水設備（以下簡稱設備），是以符合GB 3838-2002《地表水環境質量標準》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，使原水經過膜組件超濾及加藥消毒后，出水水質符合GB 5749-2006《生活飲用水衛生標準》的要求。

設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，底部設置排泥底閥，可定期自動清淤排污。成套設備可根據安裝廠房的大小合理設計與布局，可留存足夠的空間，充分考慮保障設備安裝、維護和保養工作。設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。

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

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

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

泵站系統由鼓風機、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，實現對膜的清洗;壓力傳感可以設置超濾膜組正常運行的壓力和運行極限壓力，同時根據設定值對超濾膜進行反洗工藝，可確保膜過濾系統正常運行;水泵采用變頻控制，和流量計聯機控制，可以準確控制流量，使膜設計通量和膜過濾總面積符合產水流量要求，確保膜組的穩定運行，延長超濾膜的使用壽命，減少運維成本。

智能控制系統包括可編程控制器、觸摸屏、其他電氣控制元件等。可編程控制器（PLC）及其軟件作為控制系統的主體，是整個智能控制系統的核心，主要完成設備的機械動作、參數控制及故障檢測等，對設備的生產過程、質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備運行狀態，控制系統可根據用戶需求設計多級權限，登入界面后可以進行不同參數的設計及修改：產水時間、反洗時間自動控制、系統中閥門、電機等各故障自動報警、用戶數據自動采集、客戶端遠程監控等。

加藥消毒系統主要由計量泵、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 設備工藝流程

凈水工藝流程圖如圖1所示。

4 設備清洗方式

為了解決超濾膜在水質凈化過程中有雜質堵塞膜孔徑的問題，設備采用了空氣清洗、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 設備材料、工藝、技術特點

ZJ系列智能凈水設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多介質過濾或其他保安過濾設備[3]。設備以超濾膜為過濾介質，與膜孔徑大小相關的篩分過程，分離范圍為0.03μm或0.1μm以上的溶質和微粒的過程，超濾膜表面的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液。而體積大于膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的外部，從而實現對原液的凈化、分離和濃縮的目的，超濾是一種物理分離過程，不發生任何相變。超濾可以將原液中的膠體物質、大分子物質、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，徹底解決農村環境雨季供水渾濁及病毒細菌超標問題。設備在原水箱底部設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（根據水質情況和需方要求可以設定）時，系統馬上啟用凈水反洗程序對膜進行反洗，設備設計滿足膜安全運行的要求。

設備整體具備定期膜表面強制清洗及膜內清水反洗（物理清洗）、化學清洗工藝，并配備相應的工藝管道和機電設備：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;設備配置反清洗功能，利用凈水箱內的凈水使用泵加壓進行反清洗，也可以在一定周期時間內使用次氯酸鈉或檸檬酸進行化學清洗工藝反清洗。

整套自動控制系統可實現高度集成化和一體化，可實現智能化控制，用戶也可在手機上通過云平臺實時監控設備運行狀態，查看設備報警信息，實現遠程啟停控制及關鍵工藝參數設置。另外，出水流量、操作壓力、運行故障報警等能通過PLC、觸摸屏、遠程網關等現代化技術，實現現場可視化監控，實現無人值守及遠程監控。

設備配套防雷系統要求，配套防護雷電對電子設備的各種侵害，工程現場接地電阻根據GB 50343-2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》執行設計接地。

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

整機采用模塊化設計，方便運輸，解決交通不便及運輸安裝困難問題。

6 設備在農村飲用水中的應用

迦南科技ZJ系列智能凈水設備，已經在某項目2020年農村飲用水達標提標工程投入使用，原水水源為符合GB 3838-2002《地表水環境質量標準》的Ⅰ、Ⅱ類的地表水，設計日產水標準為：50t/d（即按照2.5t/h）、100t/d（即按照5t/h）、200t/d（即按照10t/h），設計滿足當地用水要求。此項目使用過濾精度等級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）來設計使用。設備整體性能運行穩定可靠，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，水質安全穩定，水質好，優于GB 5749-2006《生活飲用水衛生標準》規定的106項水質指標，其控制管理達到無人值守標準。設備整體耗電低，產水泵采用變頻控制，其產水量運行電耗不超過0.2kWh/m3，每噸產水耗電性能情況如表1所示。

該農村飲用水超濾處理項目開創了超濾凈水設備的智能控制先例，不僅讓當地老百姓喝上了符合國家GB 5749-2006《生活飲用水衛生標準》的自來水，而且整體設備具有配套的智能控制系統，使用現代化的科技技術，實現了無人值守，運維方便，取得了良好的社會效益，為大規模的推廣和運用提供了真實可靠的依據。

7 結語

迦南科技ZJ系列智能凈水設備在農村飲用水上的應用，從總體方案、超濾膜性能、整體工藝設計、使用性能上都體現了超濾膜凈水設備的合規性、可靠性、節能環保、智能等特點，是適合廣大農村環境條件下飲用水處理的優質選擇。

參考文獻

[1] 李攀岳.超濾膜在農村飲水安全工程中的應用[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為核心的組合工藝在水處理中的應用[J].化工新型材料，2012，40（6）：154-157.

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

[4] 秦鈺慧.飲用水衛生與處理技術[M].北京：化學工業出版社，2002.