一种管道直饮水膜过滤的自动控制方法及系统与流程

本发明涉及水处理自动化控制，具体涉及一种管道直饮水膜过滤的自动控制方法及系统。

背景技术：

1、随着居民生活水平的提高，管道直饮水系统（通常采用超滤或纳滤/反渗透膜技术）已广泛应用于高档小区、学校、医院及办公楼宇。该类系统通过膜组件的物理截留作用去除水中的细菌、病毒及胶体杂质，并通过输送管网将净化水直接输送至用户终端。在膜过滤系统的运行过程中，膜污染是不可避免的现象，随着过滤时间的增加，污染物会在膜表面沉积形成滤饼层或进入膜孔内部形成堵塞，导致跨膜压差升高和产水通量下降。

2、目前，现有的直饮水膜处理控制系统主要采用以下两种控制逻辑：

3、定时清洗模式：无论膜是否脏堵，系统按照固定的时间间隔（如每运行1小时）强制进行一次水力反冲洗。

4、阈值触发模式：设定一个固定的跨膜压差上限值（如0.15mpa），当监测到的压差超过该阈值时触发清洗。

5、现有技术存在的缺陷然而，上述传统的控制方式在实际应用中存在以下显著的技术缺陷：

6、第一，缺乏对污染类型的识别能力，导致清洗效率低下或膜损伤。现有的控制逻辑将所有的“压差升高”一律视为同一种污染，采用单一的水力反冲洗手段。

7、实际上，膜污染分为“沉积型”（滤饼层疏松附着）和“堵塞型”（孔隙吸附/胶体堵塞）。对于前者，简单的水冲即可去除；但对于后者，单纯的水力反冲洗不仅无法彻底清除污垢，反而可能在反向压力的作用下将污染物压入膜孔深处，造成不可逆的通量衰减。

8、反之，如果系统为了应对堵塞风险，长期配置高强度的气水擦洗，当仅发生轻微沉积污染时也执行气洗，会导致膜丝频繁承受剧烈的机械抖动，极大缩短膜组件的使用寿命并造成能耗浪费。

9、第二，环境因素导致的误判频发。水的粘度受温度影响显著（温度越低粘度越高）。在冬季低温工况下，即使膜组件是干净的，跨膜压差也会自然升高。现有系统往往缺乏基于流体粘度的温度校正机制，容易将低温引起的高压差误判为严重堵塞，导致系统频繁进行不必要的反冲洗，造成水资源的严重浪费和产水率下降。

10、第三，缺乏针对“膜完整性”的在线安全监测机制。这是直饮水系统最大的安全隐患。膜组件在长期运行中可能因水锤冲击或老化导致膜丝断裂。一旦膜丝破损，细菌和病毒将直接穿透膜壁进入产水侧。目前的系统主要依赖产水端的tds（电导率）传感器监测水质。然而，对于超滤（uf）系统，其主要截留对象是悬浮物和微生物，对溶解性离子的去除率极低。因此，当膜丝断裂导致细菌超标时，tds数值往往没有明显变化，控制系统无法察觉。这导致在膜破损的情况下，系统依然向用户输送“看起来合格但生物指标不安全”的饮用水，存在极大的公共卫生风险。

11、综上所述，研发一种能够精准识别污染类型、消除环境干扰并具备膜完整性自检功能的自动控制方法及系统，是当前管道直饮水领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

2、本发明提供了一种管道直饮水膜过滤的自动控制方法，包括以下步骤：s100：实时采集膜过滤系统的运行参数，所述运行参数至少包括膜组件的进水压力、产水压力以及产水流量，并根据所述运行参数实时计算膜组件当前的跨膜压差值；s200：监测所述跨膜压差值随时间的变化趋势，计算单位时间内的跨膜压差变化率，并将所述跨膜压差变化率与预设的污染判定阈值进行比对，以识别膜组件当前的污染类型为沉积型污染或堵塞型污染；s300：根据步骤s200识别的污染类型，自适应匹配并执行清洗控制策略：当识别为沉积型污染时，控制系统执行水力反冲洗程序；当识别为堵塞型污染时，控制系统执行气水混合擦洗程序；s400：监测系统的制水运行状态，当判定系统处于非制水待机状态且时长满足预设条件时，触发膜完整性自检程序：控制阀门组使膜组件形成密闭腔体，向所述密闭腔体内充入气体至测试压力并保持，实时监测保压期间的压力衰减速率，若所述压力衰减速率超过预设的安全容限，则生成锁定指令强制停止系统产水并输出报警信号。

3、进一步地，控制系统按照预设的采样频率同步采集膜组件的进水压力、浓水压力、产水压力和原水温度，并采用滑动平均滤波算法对采集到的压力数据进行去噪处理以获得稳定压力值；计算实时跨膜压差:

4、，并利用温度校正系数将所述实时跨膜压差换算为标准温度下的标准跨膜压差值，其中，将该标准跨膜压差值作为所述步骤s200中用于监测和比对的跨膜压差值。

5、进一步地，所述步骤s200具体包括：预先设定一个滑动时间窗口和一个污染变化率阈值，控制系统在运行过程中每隔预设周期计算一次当前滑动时间窗口内跨膜压差的平均变化率，其中，，式中，为该窗口结束时刻的跨膜压差值，为该窗口开始时刻的跨膜压差值；若变化率满足，判定膜组件处于滤饼层缓慢增厚的沉积型污染状态；若变化率满足，判定膜组件处于膜孔隙快速吸附或堵塞的堵塞型污染状态。

6、进一步地，所述步骤s300具体包括：所述水力反冲洗程序被配置为：停止高压泵运行并开启浓水排放阀，控制反洗泵将产水侧的净水以1.5至2.0倍于正常制水通量的流速反向注入膜组件，持续冲洗第一预设时长，利用反向液流剪切力剥离膜表面的疏松沉积层。

7、进一步地，所述步骤s300具体包括：所述气水混合擦洗程序被配置为：在开启反洗泵的同时开启气源入口阀，以脉冲进气的方式向膜组件内注入洁净压缩空气，使气液混合流在膜组件内形成紊流并带动膜丝产生高频抖动，持续擦洗第二预设时长后，停止进气并控制高压泵执行大流量正向冲洗，将剥离的堵塞物排出系统。

8、进一步地，所述步骤s400具体包括：

9、控制系统依次关闭膜组件的进水电动阀、浓水排放阀及产水电动阀，形成完全封闭的压力测试腔体；开启气源阀门向所述压力测试腔体注入洁净空气直至腔内压力达到预设测试压力，随后关闭气源阀门并进入稳压阶段。

10、进一步地，所述步骤s400具体包括：在稳压阶段结束后，记录测试起始时刻的压力值，经过预设的保压时长后，记录测试结束时刻的压力值，计算压力衰减速率，若大于所述安全容限，系统判定膜丝存在物理破损，执行所述锁定指令并发出维护警报；若小于或等于所述安全容限，系统判定膜完整性合格，自动开启浓水排放阀与进水电动阀进行低压水置换排气，将腔体内气体排出后恢复至待机状态。

11、一种管道直饮水膜过滤的自动控制系统，包括：

12、数据采集与处理模块，配置为与膜过滤管路中的进水压力传感器、产水压力传感器及流量计通信连接，用于实时采集系统的运行参数，并根据所述运行参数实时计算膜组件当前的跨膜压差值；污染特征识别模块，与所述数据采集与处理模块连接，配置为接收所述跨膜压差值，监测其随时间的变化趋势并计算单位时间内的跨膜压差变化率；该模块内部存储有预设的污染判定阈值，用于将计算出的跨膜压差变化率与所述污染判定阈值进行比对，以输出膜组件当前为沉积型污染状态或堵塞型污染状态的识别信号；自适应清洗执行模块，分别与所述污染特征识别模块和系统中的高压泵、反洗泵、气源阀门及管路阀门组连接，配置为根据接收到的所述识别信号执行对应的清洗策略：当接收到沉积型污染状态信号时，控制管路阀门组及反洗泵执行水力反冲洗程序；当接收到堵塞型污染状态信号时，控制管路阀门组、反洗泵和气源阀门执行气水混合擦洗程序；完整性自检与安全锁定模块，配置为监测系统的制水运行状态，当判定系统处于非制水待机状态且时长满足预设条件时，自动控制阀门组使膜组件形成密闭腔体，并控制气源向所述密闭腔体充气保压；该模块实时监测保压期间的压力衰减速率，并在所述压力衰减速率超过预设的安全容限时，生成锁定指令强制停止系统的产水功能并输出报警信号。

13、有益效果

14、采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

15、本发明与现有技术相比，通过引入基于流体粘度特性的温度校正与信号滤波算法，有效剔除了环境温度变化及管路噪声对系统感知的干扰，显著提升了跨膜压差监测的真实性与精准度；通过监测跨膜压差的变化率特征，实现了对沉积型污染与堵塞型污染的机理识别，并据此自适应匹配低损耗的水力反冲洗或高强度的气水脉冲擦洗，在大幅延长膜组件使用寿命的同时降低了运行能耗；更重要的是，构建了基于压力衰减原理的膜完整性自检机制，能够在非制水时段自动检测现有传感器无法识别的微小膜丝断裂风险，并及时熔断锁定，填补了直饮水行业在微生物泄漏监测方面的安全盲区，确保了终端用户的饮水安全。