两级净水装置和方法与流程

1.本发明涉及水处理领域，特别涉及一种两级净水装置和方法。


背景技术：

2.目前，市政自来水基本上仍采用“混凝-沉淀-过滤-消毒”的常规处理工艺。陶瓷膜是无机膜的一种，其具有化学稳定性能高、膜通量大、抗热震性好、亲水性强、机械强度高、孔径分散集中化、孔构造梯度方向比较好等优势，是一种很有希望替代各种有机膜的新型分离膜，可应用于较为恶劣的条件，比如物料浓缩、油水分离、水处理等。陶瓷膜过滤进行饮用水的净化处理在国外已广泛应用。
3.国内陶瓷膜饮用水深度处理应用起步较晚，2019年浙江省农村饮用水提标改造实施，陶瓷膜因其耐受性好，易清洗恢复，无需混凝沉淀等预处理工艺等优点，被广泛应用于提标改造工程上。
4.目前陶瓷膜于国内的应用主要集中在江浙农村生活饮用水处理，所使用的陶瓷膜以日本的metawater以及德国的纳诺斯通生产的氧化铝陶瓷膜为主，采用的是短流程制水技术，即待处理的水源直接进入膜系统处理后即可达到生活饮用水的标准，无需混凝沉淀进行预处理。截止目前，陶瓷膜的短流程制水技术已完成了上百个多个农村饮用水项目，最大水站八达水厂处理量2000m3/d，设备无人值守，可远程控制。因陶瓷膜良好的运行效果，浙江省于2020年5月发布了团体标准《农村饮用水一体化陶瓷膜净水设备应用技术规程》。
5.目前国外的nkg(日本，美得华)、pall(美国)、纳诺斯通(德国)等陶瓷膜厂家，国内的四川凯哥、久吾高科、上海科朗、湖北迪洁、杭州坚膜等陶瓷膜厂家，均在开发氧化铝/碳化硅/氧化锆等陶瓷膜的地表水短流程制水工艺。然而由于国内陶瓷膜产品及应用工艺开发的起步时间都较短，与国外同类型的陶瓷膜各方面的差距都比较明显，且目前陶瓷膜饮用水深度处理都处于零星试验阶段，至今国内还未有陶瓷膜水处理的规模化应用的案例。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种两级净水装置和方法，对微中程度污染地表原水直接处理得到高品质直饮水。
7.本技术第一个方面是提供一种两级净水装置，包括输水管和通过输水管依次连接的第一泵、超滤装置、第二泵和纳滤装置，在超滤装置上游，设有加药点；所述第一泵通过输水管将加药后的水送往超滤装置进行过滤，超滤过滤完毕的水被第二泵送往纳滤装置进行二次过滤；在纳滤装置下游，输水管设有取水管口。
8.本技术第二个方面是采用上述装置进行两级净水的方法，包括：
9.从水源处取水并往水中加药进行预处理；
10.通过第一泵将加药预处理后的水送往超滤装置进行过滤；
11.通过第二泵将过滤后的纯净水送往纳滤装置进行二次过滤。
12.在一种优选实施例中，在第一泵上游，输水管连接有折板管道，所述加药点位于折
板管道或者折板管道上游。
13.在一种优选实施例中，折板管道的管径(dn)≥12mm，折板管道格栅间距为15-30mm。
14.在一种优选实施例中，加药之前的水，或者水源处的水为iii-v类水。
15.在一种优选实施例中，所述加药为投加絮凝剂。
16.在一种优选实施例中，所述絮凝剂投加浓度为2-5ppm。
17.在一种优选实施例中，在纳滤装置下游，输水管还连接消毒装置，用于对纳滤装置流出的水进行消毒；其中，所述消毒优选为紫外消毒，即所述消毒装置优选为紫外消毒装置；其中，所述消毒装置优选为位于第二泵下游、取水管口上游。
18.在一种优选实施例中，所述方法还包括：对二次过滤后的水进行消毒。其中，所述消毒优选为紫外消毒。
19.在一种优选实施例中，紫外消毒时，可测得的紫外线辐照剂量≥9500μw
·
s/cm2。
20.在一种优选实施例中，输水管还连接有第一水箱，所述第一水箱设于超滤装置与高压泵之间，用于接纳超滤装置进行过滤的水。
21.在一种优选实施例中，在纳滤装置下游、取水管口上游，输水管还依次连接第二水箱和循环泵，所述第二水箱位于循环泵与纳滤装置之间，用于接纳纳滤装置流出的纯净水；所述循环泵下游的输水管返回至第一水箱，所述循环泵用于抽取第二水箱中的水送往第一水箱，所述取水管口位于循环泵与第一水箱之间。
22.在一种优选实施例中，所述超滤装置运行通量为150-200lmh，超滤膜的孔径为50-100nm；进水流量≥1.0m3/h；支撑层材质为氧化铝和/或碳化硅、分离层有效成分为氧化锆和/或碳化硅。
23.在一种优选实施例中，所述纳滤装置运行通量为30-50lmh，超滤膜的孔径为1-10nm nm；进水流量≥1.0m3/h；分离层有效成分为氧化锆和/或碳化硅。
24.在一种优选实施例中，所述超滤：每运行8-12小时，用1000ppm次氯酸钠、2-5％碱性清洗剂、0.5-5％酸性清洗剂浸泡清洗，浸泡清洗时间为2-48小时。
25.在一种优选实施例中，所述纳滤：每运行8-12小时，用1000ppm次氯酸钠、2-5％碱性清洗剂、0.5-5％酸性清洗剂浸泡清洗。
26.在一种优选实施例中，超滤进水与浓水比例≥2:1，出水sdi
15
≤3，浊度＜ 2ntu，耗氧量＜2mg/l。
27.在一种优选实施例中，纳滤进水与浓水的比例≥2.5:1，出水耗氧量＜1mg/l，总硬度＜110mg/l，浊度＜1ntu，toc＜0.8mg/l。
28.本技术的技术方案具有以下有益效果：本技术可在超越进水加药的情况下，对微中程度污染地表原水直接处理得到高品质直饮水，全工艺段、所有关键设备快接连接、更换，滤芯纳污能力高，扛污染负荷冲击强，物理清洗后通量可以恢复原来的75％以上，反扩散化学清洗后通量可恢复85％，连续运行，期间无物理、化学清洗；化学清洗后通量可恢复90％以上，连续工作寿命＞12个月，能够实现双极选择性出水、产水不间断循环及实时消毒，有效确保高品质直饮水的水质质量及陶瓷超滤膜、陶瓷纳滤膜的使用寿命及更换周期。双陶瓷净水装置全部位为卫生级不锈钢、玻璃，有效杜绝产水的微塑料等水质风险。
附图说明
29.构成本技术的一部分附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
30.图1是本技术一种实施例中两级净水装置集成示意图。
31.图2是本技术另一种实施例中两级净水装置集成示意图。
32.图1中的附图标记说明如下：1、水源；2、加药点；3、第一泵；4、输水管；5、超滤装置；6、进水口一；7、出水口二；8、出水口一；9、第一水箱； 10、三通阀；11、第二泵；12、进水口二；13、纳滤装置；14、出水口三；15、出水口四；16、第二水箱；17、循环泵；18、消毒装置；19、取水装置。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
34.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和 b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
37.实施例一：
38.本实施例提出了一种两级净水装置，该两级净水装置采用超滤 纳滤的两级净水深度处理工艺，能够对微中程度污染的地表原水直接处理得到高品质直饮水，所得水质相比常规饮用水处理工艺显著提升，有效满足了人们对高品质饮用水的需求。
39.如图1所示，所述两级净水装置包括输水管4和沿输水管水流方向依次通过输水管4连接的加药点2、第一泵3、超滤装置5、第二泵(高压泵)11和纳滤装置13，所述第一泵3通过输水管4从水源1处(如地表原水)取水，所述加药点2往水泵3取得的水中加药对水进行预处理，然后送往超滤装置5进行过滤，超滤装置5过滤完毕的水被第二泵11送往纳滤装置13进行二次过滤，纳滤装置13二次过滤后的水即可被下游取水点处的取水装置19取出供人们使
用。
40.工作原理如下：水源1处的水，经由第一泵3，经过或者超越加药点2，进入超滤装置5的过滤系统，其中，经由超滤装置5过滤后产生的浓水通过超滤装置排浓口(顶部的出水口二7)直接排出，超滤装置5产生的水通过顶部出水口一8进入第一水箱9(第一水箱9不是必须的)：a)超滤装置5产生的水可超越纳滤装置13，直接进入高品质直饮水取水点的取水装置19；b)超滤装置5 产生的水也可经由第二泵11送入纳滤装置13系统，纳滤装置13过滤后的浓水经顶部的出水口四15直接排出，纳滤装置13产水可经由第二水箱16进入紫外消毒装置18消毒、或者直接经紫外消毒装置18进行消毒，进入高品质直饮水取水点的取水装置19。超滤装置的5的进水口一6、以及纳滤装置13的进水口二12均位于底部。紫外消毒时，可测得的紫外线辐照剂量≥9500μw
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s/cm2。
41.地表原水加药预处理时，根据地表原水的浊度、耗氧量、总硬度、钙、镁等关键水质指标的至少一项，确定加药泵投加药剂的类型、浓度、折板管道的管径、长度、加药反应时间等参数，通过加药泵，直接让第一泵3上游所连接的折板管道通过加药点2进行加药；如地表原水类别为iii-v，加药泵可投加的药剂之一为高效管道絮凝剂，投加浓度为2-5ppm，折板管道的管径(dn)≥12，折板管道配置的钢制格栅为15-30mm。
42.超滤装置5采用陶瓷超滤系统，运行通量为150-200lmh，超滤膜的孔径为 50-100nm；进水流量≥1.0m3/h；支撑层材质为氧化铝和/或碳化硅、分离层有效成分为氧化锆和/或碳化硅。8-12小时连续运行，用1000ppm次氯酸钠、2-5％碱性清洗剂、0.5-5％酸性清洗剂浸泡清洗，浸泡清洗时间为2-48小时；超滤进水与浓水比例≥2:1，出水sdi
15
≤3，浊度＜2ntu，耗氧量＜2mg/l。
43.纳滤装置13采用陶瓷超滤系统，运行通量为30-50lmh，超滤膜的孔径为 1-10nm nm；进水流量≥1.0m3/h；分离层有效成分为氧化锆和/或碳化硅；8-12 小时连续运行，用1000ppm次氯酸钠、2-5％碱性清洗剂、0.5-5％酸性清洗剂浸泡清洗；纳滤进水与浓水的比例≥2.5:1，出水耗氧量＜1mg/l，总硬度＜ 110mg/l，浊度＜1ntu，toc＜0.8mg/l。
44.本实施例中所述两级净水设备，可以在超越进水加药的情况下，对微中程度污染地表原水直接处理得到高品质直饮水，全工艺段、所有关键设备快接连接、更换，滤芯纳污能力高，扛污染负荷冲击强。而且，物理清洗后通量可以恢复原来的75％以上，反扩散化学清洗后通量可恢复85％；化学清洗后通量可恢复90％以上，连续工作寿命＞12个月。
45.实施例二：
46.本实施例提出了一种两级净水装置，该两级净水装置采用超滤 纳滤的两级净水深度处理工艺，能够对微中程度污染的地表原水直接处理得到高品质直饮水，所得水质相比常规饮用水处理工艺显著提升，有效满足了人们对高品质饮用水的需求。
47.在发明一实施例中，如图2所示，所述两级净水装置包括输水管4和沿水流方向依次通过输水管4连通的加药点2、第一泵3、超滤装置5、第二泵11和纳滤装置13，所述第一泵3通过输水管4从水源1取水，所述加药点2往水泵3 取得的水中加药对水进行预处理，然后送往超滤装置5进行过滤，过滤完毕的纯净水被第二泵11送往纳滤装置13进行二次过滤，二次过滤后的纯净水即可被取水装置19取出供人们使用。
48.在本实施例中，如图1所示，所述加药点2可以设有加药泵，通过加药泵将药物注入输水管4内，所述药物的选取类型、浓度、加药反应时间等参数是根据第一泵3抽取的水的浊
度、耗氧量、总硬度、钙、镁等水质指标中的任意一项或多项进行选择的，比如第一泵3抽取的水的类别为iii-v级，加药泵可投加的药剂之一为高效管道絮凝剂，投加浓度为2-5ppm。
49.在本实施例中，所述两级净水装置还包括折板管道，所述折板管道用于对第一泵3抽取的水进行折板絮凝沉淀，继而增强对水的预处理效果，所述折板管道的管径、长度根据第一泵3抽取的水的浊度、耗氧量、总硬度、钙、镁等水质指标中的任意一项或多项进行选择。
50.在本实施例中，如图2所示，所述两级净水装置还包括设于输水管4上的消毒装置18，用于对纳滤装置13流出的纯净水进行消毒，确保被取水装置19取出供人们使用的水干净纯洁，优选的，所述消毒装置18采用紫外线消毒，紫外消毒时，可测得的紫外线辐照剂量≥9500μw
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s/cm2。
51.在本实施例中，所述取水装置19可以是水龙头或者其它出水开关，如图1 所示，所述输水管4上可以设置多个取水装置19，以方便多人同时取水。
52.进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述两级净水装置还包括第一水箱 9，所述第一水箱9设于输水管4上超滤装置5、第二泵11之间，用于临时积存超滤装置5过滤后流出的纯净水，同时也便于后续第二泵11能够持续正常抽水。
53.进一步的，在本实施例中，如图2所示，所述两级净水装置还包括设于输水管4上的第二水箱16和循环泵17，所述第二水箱16用于积存纳滤装置13流出的纯净水，以方便后续循环泵17能够持续正常抽水，所述循环泵17用于抽取第二水箱16中的纯净水送往第一水箱9，实现对水的循环过滤，确保流出取水装置19的纯净水新鲜，当然，当所述取水装置19打开取水时，所述循环泵 17抽取第二水箱16中的纯净水一部分送往第一水箱9，另一部分送往取水装置 19，当所述取水装置19关闭时，所述循环泵17抽取第二水箱16中的纯净水全部送往第一水箱9，使纳滤装置13流出的纯净水时刻保持新鲜，有益于提高水质。
54.在本实施例中，所述超滤装置5包括陶瓷超滤膜，优选的，陶瓷超滤膜的运行通量为150-200lmh，陶瓷超滤膜的孔径为50-100nm，进水流量≥1.0m3/h，所述陶瓷超滤膜由支撑层和分离层两层粘接构成，所述支撑层材质为氧化铝或者碳化硅，所述分离层材质为氧化锆或者碳化硅。
55.在本实施例中，所述纳滤装置13包括陶瓷纳滤膜，所述陶瓷纳滤膜的运行通量为30-50lmh，孔径为1-10nm，所述陶瓷纳滤膜的材质和所述陶瓷超滤膜相同。
56.在本实施例中，所述两级净水装置还包括清洗装置，用于对陶瓷超滤膜和陶瓷纳滤膜工作一段时间后进行清洗，以便其重复使用，所述清洗装置具有物理清洗和化学清洗两种方式，采用清水直接冲洗的物理清洗方法可以使陶瓷超滤膜和陶瓷纳滤膜的通量恢复至原来的75％以上，采用1000ppm次氯酸钠、2～5％碱性清洗剂、0.5～5％酸性清洗剂浸泡清洗的化学清洗方法，可以使陶瓷超滤膜和陶瓷纳滤膜的通量恢复至原来的90％以上。
57.在本实施例中，如图1所示，所述超滤装置5的进水口一6通过输水管4 与第一泵3连通，所述超滤装置5的出水口一8通过输水管4与第一水箱9连通，所述超滤装置5对水进行过滤后产生的污水从出水口二7排出，所述超滤装置5的进水与污水的出水比例≥2:1，出水sdi15≤3，浊度＜2ntu，耗氧量＜ 2mg/l，。
58.在本实施例中，如图1所示，所述纳滤装置13的进水口二12通过输水管4 与第二泵11连通，所述纳滤装置13的出水口三14通过输水管4第二水箱16 连通，所述纳滤装置13对
水进行过滤后产生的污水从出水口四15排出，所述纳滤装置13的进水与污水的出水比例≥2.5:1，出水耗氧量＜1mg/l，总硬度＜ 110mg/l，浊度＜1ntu，toc＜0.8mg/l。
59.在本实施例中，如图1所示，所述两级净水装置还包括三通阀10，所述三通阀10连接于输水管4上第一水箱9和第二泵11之间，所述三通阀10余下一个出口与第二水箱16的出水端连通，这样设计，当超滤装置5过滤后的纯净水足以满足使用需求时，可控制三通阀10换向直接将超滤装置5过滤后的纯净水送往取水装置19排出，或者在循环泵17的带动下经输水管4在第一水箱9和第二水箱16之间循环流动保持新鲜，当需要高品质纯净水时，比如直饮水，此时可控制三通阀10换向使第一水箱9流出的纯净水被高压泵11送入纳滤装置 13进行二次过滤。
60.在本实施例中，为方便对两级净水装置进行维修，所述加药点2、第一泵3、超滤装置5、第一水箱9、第二水箱16、三通阀10、第二泵11、循环泵17、消毒装置18、取水装置19和纳滤装置13均通过快拆接口与输水管4连通。
61.此外，为解决上述问题，本发明还提出了一种两级净水方法，包括：
62.s1、从水源1处取水并往水中加药对水进行预处理，所加药物的选取类型、浓度、加药反应时间等参数是根据第一泵3抽取的水的浊度、耗氧量、总硬度、钙、镁等水质指标中的任意一项或多项进行选择的，比如水泵3抽取的水的类别为iii-v级，加药泵可投加的药剂之一为高效管道絮凝剂，投加浓度为2-5ppm；
63.s2、将预处理后的水送往超滤装置5进行过滤，如图1所示，过滤后的纯净水从出水口一8流出，污水则从出水口二7流出；
64.s3、将过滤后的纯净水送往纳滤装置13进行二次过滤，通常的，纳滤装置 13的前端设有高压泵11，借助第二泵11将水送入纳滤装置13内，纳滤装置13 过滤后的纯净水从出水口三14流出，污水从出水口四15流出。
65.本实施例的两级净水方法采用超滤 纳滤的两级净水深度处理工艺，能够对微中程度污染的地表原水直接处理得到高品质直饮水，所得水质相比常规饮用水处理工艺显著提升，有效满足人们对高品质饮用水的需求。
66.在本实施例中，步骤s2和s3中超滤装置5和纳滤装置13流出的纯净水宜通过水箱进行临时存储，以方便后续高压泵11和循环泵17能够正常抽水。
67.在本实施例中，进一步的，所述两级净水方法还包括：
68.s4、对二次过滤后的纯净水进行消毒，以进一步提升水质，优选的，消毒方法为紫外线消毒；
69.s5、将二次过滤后的纯净水送往纳滤装置13再次进行过滤，以保持水质新鲜，通常的，如图1所示，在第二水箱16的出水端设置循环泵17，当取水装置 19关闭使，循环泵17将第二水箱16中的水源1源不断的送入第一水箱9进行重复过滤，以保持水质新鲜，当取水装置19打开取水时，循环泵17抽取第二水箱16中的水一部分送入取水装置19，另一部分送往第一水箱9；
70.s6、每隔一段时间对超滤装置5和纳滤装置13进行清洗，清洗方法包括物理清洗和化学清洗，优选的，相邻两次清洗的时间间隔为8-12小时。
71.在本实施例中，步骤s6中的物理清洗方法为用清水直接对超滤装置5和纳滤装置13的陶瓷超滤膜、陶瓷纳滤膜进行冲洗，清洗完毕后，陶瓷超滤膜、陶瓷纳滤膜的通量可恢
复75％以上。
72.在本实施例中，步骤s6中的化学清洗方法为：
73.s61、采用1000ppm次氯酸钠、2-5％碱性清洗剂、0.5-5％酸性清洗剂浸泡超滤装置5和纳滤装置13的陶瓷超滤膜、陶瓷纳滤膜，浸泡清洗时间为2-48 小时；
74.s62、将浸泡完毕的陶瓷超滤膜、陶瓷纳滤膜用清水冲洗干净，化学清洗后，陶瓷超滤膜、陶瓷纳滤膜的通量可恢复90％以上。
75.以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。