结合一体化净水设备的净水状况提出优化方案

结合一体化净水设备的净水状况提出优化方案

朱文轩赵倩沈彦胡姝

连云港市质量技术综合检验检测中心222000

摘要：本文结合一体化净水设备的净水状况提出了优化方案，这一设备把传统处理工艺的相关处理单元融合到一套设备中，净水操作流程包含集水、配水、反应、混凝、沉淀等。论述了一体化净水设备的运行原理、净水状况，提出了优化方案，对比几种不同净水设备的净水工艺技术、经济指标等，希望给相关人员提供参考意见。

关键词：一体化净水设备；净水；原理；技术；对比；优化方案

1引言

   当前国内外对于水处理的研究较为全面和深入，净水工艺也越来越完善，不同种类的一体化净水设备得到了人们的广泛认可和肯定。一体化净水设备的成本和运行都比传统净水工艺更好，一体化净水设备的内部结构较为复杂，不同处理工艺结融合为一体，在实践运行中也存在一些问题需要解决。

2一体化净水设备的净水流程及运行原理分析

2．1一体化净水设备的操作流程分析

     一体化净水设备的操作流程如下图1所示。

图1净化工艺流程

2．2一体化净水设备的运行原理分析

一体化净水设备的运行原理如图2所示。

图2一体化净水设备运行原理示意图

水在一体化净水设备底部的进水口进入设备中，底部是配水区域，水流过配水区域底部的布水管完成均匀的布水操作，同时水流速度出现下降，水流向上进入道混凝区域，和混凝剂实现全面的混合及反应。随后水流到两级斜管的沉淀区域，沿着协管向上流，污泥等物质在重力作用下从斜管落下，进入到设备的底层。完成过滤后的清水进入到设备顶部的稳流区域，然后水流自上而下通过滤层进行过滤，过滤后通过连通管进入清水层，最后流入清水池，并在清水池中使用次氯酸钠（NaClo）消毒。

净水过程中的排泥处理：一体化设备运行一段时间之后，排泥管上的电动阀经过控制柜发出的信号完成一次自动排泥，同时打开压力水电磁阀，为排污操作提供帮助。反冲洗排污处理：水流经过过滤区域，经过过滤之后，过滤水头阻力逐渐变大，水位逐渐上升，达到设定的标准高度之后，系统会进行自动反冲洗。水流路线与正常过滤时的路线正好相反，反冲洗时间为3～5min，当清水层水位降低到一定水位时，反冲洗自动结束，反冲洗污水经过污水管排出。

3一体化净水设备和传统净水处理工艺的比较

3．1一体化净水设备的自身优势分析

一体化净水设备是在传统净水工艺基础上进行了改良，对不同处理单元进行了融合，增进不同处理单元之间的关联，有效减少了净水设备的占地面积，从侧面节省了投资成本。一体化净水设备具有以下优势：第一，集水、配水、混凝、过滤等操作流程都融合在一套净水设备中，可以完成自动化反冲洗，不需要单独进行反冲洗水泵、空压机等，推动了净水设备的自动化运行。第二，水流到混凝区域和混凝剂全面混合接触，发生反应后生成矾花，从而形成较大的颗粒向下沉，能有效去除悬浮物。第三，可调的自动排泥系统，可以保证稳定的去除效果。第四，占地面积与传统构筑物相比节省约50％；自耗水率约为3％。第五，建设工期短，节省投资及后续维修保养费用。

3．2一体化净水设备的缺点分析

第一，一体化净水设备的备用性较差。一体化净水设备的结构较为简单，且能够进行自动化处理，能在很大程度上缓解传统处理工艺过于繁琐、体积太大的问题，但是也不可避免地存在一些问题，比如任何一个环节出现问题或需要进行维修，整个设备就无法正常运行。传统处理工艺中的水处理结构可以分成两格或四格，即使其中一个构筑物的一格需要维修，对整个工艺的运行负荷也不致产生太大影响。

第二，一体化净水设备的混凝效果不是特别理想。结合传统处理工艺中的混凝原理，经过投入混凝剂能让水中的悬浮物或一些蓉街物质凝结成胶粒，经过结合之后形成更大的胶体颗粒，通过不停碰撞改变胶体的性质，让其脱稳后凝聚起来，脱稳后的颗粒在外界水力的影响下相互碰撞形成絮凝。混凝是水处理的重要阶段，水处理状况直接关系到出水水质。絮凝区域是第一个工艺单元，是絮凝操作的重要区域，还能更好地完成布水、排泥、压力水冲洗等操作。底部选择平流均匀布水方式，布水方向朝向底部，通过不断冲击底部减少污泥的沉积。在空间受限的状况下，无法确保絮凝区域的平均速度梯度G在30～60s－1之间，GT值在104～105之间，也很难保证太大的水流冲击不致使絮粒遭到破坏。应用于本项目的原水水质浊度值较小，本身絮凝效果较差，应该采用较长的停留时间，10min显然时间太短，因此絮凝区域的效果难以得到有效的把控。

第三，一体化净水设备的斜管沉淀维修需要较高的成本。一体化净水设备的两级斜管沉淀能发挥出良好的沉淀作用，但是设备经过长时间的运行会在管壁、管口等位置积攒下污泥，污泥太多时会影响净水效果，严重的甚至会给水质造成二次污染。且时间久了材料容易老化，维修和更换的成本较高。

第四，一体化净水设备的自动反冲洗不够灵活多变。重力式无阀滤池是自动反冲洗的主要运行原理，借助过滤区域的阻力造成静压，然而在实践运行过程中，阻力无法达到最大值，就要通过反冲洗来净化水质。因此应该设有强制冲洗器，强制冲洗器是利用压力水造成辅助管内产生负压，通过抽气管的作用形成虹吸。

4一体化净水设备的优化方案

上文分析了一体化净水设备的优点和缺点，可以按照以下方案进行优化：首先，从斜管沉淀角度进行分析，非常有必要优化絮凝、布水、出水等操作。要想提升反应区域的絮凝效果，可以适当增加格网或穿孔墙，这样可以增加不同絮粒之间的碰撞概率，从而提升絮凝效果，反应区域是斜管沉淀的进口位置，通过上述操作还能让布水、整流更加均匀。其次，可以适当增加自动反冲洗操作中的强制冲洗器，这样能较好地缓解滤池水头损失不达标需要再次冲洗的问题。最后，原水的水温、pH、碱度及悬浮物的浓度都对一体化设备的出水水质产生重要影响，因此需要对进出水水质指标进行监测，通过观察水质的变化及时对一体化设备的运行进行调整以使出水达标。

5几种不同一体化净水设备的净水工艺技术及经济指标

5.1一体化净水设备的多介质过滤净水工艺

这种净水设备的处理工艺主要是按照混凝、沉淀、过滤、消毒的流程完成的，主要是去除水中的悬浮物、胶体杂质、细菌、浊度等。经过添加混凝剂，实现水中胶体和细小悬浮物的聚合，从而形成较大颗粒絮体，再通过沉淀进行分离。过滤则进一步截留沉淀后水中残留的杂质，降低水的浊度。

多介质过滤器主要是借助一种或几种不同的过滤介质，通过一定的压力让浊度较高的水透过有一定厚度的过滤材料，从而有效地除去悬浮杂质使水澄清的过程，常用的滤料有石英砂，无烟煤，锰砂等。把多介质过滤器运用到饮用水净化操作中，活性炭-石英砂-磁铁矿过滤器的使用频率较高，上层过滤材料的粒径较大，是由一些密度较小的轻质滤料构成的，比如活性炭；中层的过滤材料粒径适中，密度也适中，通常是由石英砂构成的；下层的过滤材料粒径较小，密度最大，常见的是磁铁矿。由于密度差的限制，三层介质过滤器的滤料选择基本上是固定的。上层滤料起粗滤作用，下层滤料起精滤作用。

运用多介质过滤器之前，需要加入絮凝剂，加快水中的胶体悬浮物与之形成微絮凝体，让其经过多介质填料完成过滤操作。但是在实践操作中，絮凝剂的加入量无法得到高效的控制，加入量太小会影响过滤效果，量太大就会造成净水设备的堵塞。此外，多介质过滤器反洗过程需要消耗大量的水资源，清洗频率太高，操作难度较大。

5.2一体化净水设备的中空纤维膜超滤净水工艺

超滤净水技术具有较为显著的优势，可以快速高效地去除水中的颗粒物、致病微生物、大分子有机物等污染物，还能保证膜出水水质稳定，受原水水质波动影响小，可自动化等优点。

实际上，中空纤维膜是纤维壁存在微小孔隙的选择透过性中空纤维分离膜，运用这种纤维膜可以留下一些高分子有机物、细菌、胶体形式的杂质颗粒等。当然，这种技术的管理水平较低、存在膜堵塞问题等，都会在某种程度上约束超滤技术在饮用水净化中的推广及运用。当前市场上常见的膜净水设备主要是用来进行集中供水，选择高强度曝气的方式缓解膜堵塞，但是会降低净水效率，增加能耗，通过科学高效的监管才能确保水质达标，满足净水需求。目前国内外普遍采用中空纤维膜作为膜材料，由于需承受频繁高压反冲洗，存在易断裂造成使用寿命偏低的问题，所以不适用在偏远的设备环境中进行，对于分散式供水的偏远农村地区域缺少设备支持。

对于浊度较大的水源净化来说，中空纤维膜过滤前端应进行预过滤处理，中空纤维膜的膜丝细长，容易出现粘连问题，从而造成出水不均匀，不耐污染，复杂的反冲洗操作也使其维护操作繁复。膜体一旦损坏，整只膜报废，因此换膜频率较高。

5.3一体化净水设备的旋转式平板膜超滤工艺

膜技术是先进的净水技术之一，是饮用水的主要处理技术，关系到人们的健康饮水。中空纤维超滤膜技术被运用到饮用水净化操作中，且取得了较好的效果，受到其工作原理和工艺水平的约束，对于浊度较高的水源净化，难免存在膜丝易污堵影响通量及膜寿命较短的问题，影响了中空纤维超滤膜净水工艺的广泛推广应用。

鉴于此，为了弥补中空纤维超滤膜净水工艺的缺陷，让先进的超滤膜净水工艺得到更加广泛地认可及运用，我国一些企业自主研发了更加先进地旋转式平板超滤膜净水工艺，能在很大程度上缓解中空纤维超滤膜净水工艺地缺陷：膜材料选用平板膜以延长使用寿命，采用旋转方式让静态的膜动起来形成错流过滤以减少膜污堵。该项创新技术突破了膜技术领域的瓶颈。

通过调查分析近几年的旋转式超滤平板膜净水设备运用现状不难看出，对于浊度较高的水源，可以省略预过滤操作，能扩大其使用范围，减少反冲洗操作，定期用柠檬酸清洗膜片的表面即可，从而减少反冲洗造成的能耗，让净水设备的实际运行更稳定，大大延长了核心膜组件使用寿命，代表了未来饮水深度处理方向。

5.4 不同净水工艺技术的经济指标比较

多介质过滤方式是比较传统的技术，中空纤维膜超滤工艺和旋转式平板膜超滤工艺是更加先进的技术，其净水效果明显比多介质过滤方式更好，当然，后两种净水技术的使用范围不如多介质过滤方式更广，早期的投资成本也较高。旋转式平板膜超滤工艺和中空纤维膜超滤工艺的净水效果几乎没有差别，可以去除大多数有害物质，保留人体所需的微量元素，对水源要求低，抗污堵能力强，膜使用寿命长，综合技术经济指标优势明显。

6 结语

    随着人们生活质量的不断提升，人们的健康意识也得到了进一步加强，对水质提出了更高的要求，净水工艺也逐渐完善，一体化净水设备得到了越来越多人的认可。和传统的净水工艺相比较而言，一体化净水设备具有较为显著的优势，当然，也存在一些问题需要解决。在集中供水饮用水的净化中选择一体化净水设备净水工艺，能取得较为理想的净水效果，我国研发的旋转式平板膜超滤工艺具有显著的技术优势，膜材料选择平板膜能增加膜的使用寿命，通过旋转方式可以让静态膜动起来，通过错流过滤减少膜的污堵问题，让膜技术的发展迈上了一个新的台阶。这种过滤工艺能去除大多数对人体有害的物质，还能保留人体所需的微量元素，更好地满足人们的饮水需要，经济指标也较好，能更好保障人们的饮水安全，值得大力推广使用。

参考文献：

[1]邱昕恺,卢成,周殷盈.南方地区单村供水工程净化设备应用效果比较研究[J].浙江水利科技,2022,50(03):70-73.

[2]刘步强,净水设备运行一体化监测平台.陕西省,西安沁睿环保科技有限公司,2021-10-18.

基金项目：江苏省市场监管技术创新中心（净水设备）