本发明涉及水处理设备技术领域，尤其是涉及一种带有磁化预处理的超滤水处理实验装置。
背景技术：
近年来，我国水污染仍呈发展趋势，据七大水系和内陆河流的110个重点河段统计，80％的水域、45％的地下水受到污染，90％以上的城市水源严重污染。同时随着人民生活条件以及经济水平的提高，人们对于水质的要求却越来越高，城市市政供水的水质已经无法满足人民的需求，特别是在部分自来水水源受到污染、自来水还未能进行深度处理、自来水在输送和贮存过程中存在的二次污染的城市，以及部分自来水有明显异味的地区。在这种情况下，直饮水机应运而生。从而形成了直饮水的供求关系，成为近几年发展起来的新兴产业。
如何优化和完善直饮水处理系统的工艺方案和设计参数尚需研究。目前膜技术是主流的直饮水处理技术，然而膜技术的材料大多依靠进口，价格昂贵，大大提高了制水成本。因此需要减少膜污染、延长膜的使用寿命。一些新技术如磁化处理，可以减少膜表面结垢，降低水通量，然而这种方法仍需深入研究。
另一方面，直饮水处理机是否存在安全隐患也需要试验来证明。诸如砂滤罐、活性炭罐等直饮水机中常用部件的填料中微生物的生长情况、是否存在致病菌都需要进一步的试验研究。
然而，在实际的直饮水机中，各处的水样以及填料上的生物膜都难以取样，水质难以实时监控，另外现存的直饮水机所涵盖的工艺也不够全面。因此，有必要通过实验室中试装置来模拟实际的直饮水机，通过涵盖全面的工艺来随意组合、对比水处理效果，同时便于研究直饮水机内部微生物生长情况。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有磁化预处理的超滤水处理实验装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带有磁化预处理的超滤水处理实验装置，包括水处理总管路和超越管主管路，所述的水处理总管路包括依次连接的原水箱、混合器、沉淀罐、砂滤罐、碳滤罐、磁化处理器、超滤膜组件和净水箱，所述磁化处理器与超滤膜组件之间管路还引出支路连接所述净水箱，所述的超越管主管路的一端接入原水箱和混合器之间管路，另一端接入磁化处理器和超滤膜组件之间管路，在超越主管路上还引出分别接入混合器与沉淀罐、沉淀罐和砂滤罐、砂滤罐和炭滤罐、炭滤罐和磁化处理器之间的超越管支路，所述的水处理总管路中还包括出口接入超越管主管路的絮凝剂箱，所述水处理总管路中，除原水箱和净水箱外，其余各部件的原水出口处均设有取样口。
作为优选的实施方式，所述的实验装置还包括维护超滤膜组件的第一冲洗管路，该第一洗管路包括依次连接的净水箱、第一冲洗泵，第一冲洗泵出水口处分别引出第一正冲洗子管路连接超滤膜组件的原水进口，以及引出第一反冲洗子管路连接超滤膜组件的原水出口，在超滤膜组件的原水进口处的管路上还设有反冲洗取样口。
作为进一步优选的实施方式，所述的第一冲洗管路中还包括清洗剂箱，所述清洗剂箱的加药口汇入所述第一冲洗泵出水口管路。
作为优选的实施方式，所述的实验装置还包括维护炭滤罐的第二冲洗管路，该第二冲洗管路包括依次连接的净水箱、第二冲洗泵，该第二冲洗泵出水口处分别引出第二正冲洗子管路连接炭滤罐的原水进口，以及引出第二反冲洗子管路连接炭滤罐的原水出口。
作为优选的实施方式，所述的实验装置还包括维护砂滤罐的第三冲洗管路，该第三冲洗管路包括依次连接的净水箱、第三冲洗泵，该第三冲洗泵出水口处分别引出第三正冲洗子管路连接砂滤罐的原水进口，以及引出第三反冲洗子管路连接砂滤罐的原水出口。
作为优选的实施方式，所述的沉淀罐为竖流式沉淀池。
作为优选的实施方式，所述的砂滤罐的底层铺有鹅卵石作为承托层，在承托层上方铺有双层滤料，分别为上层的无烟煤和下层的石英砂。
作为优选的实施方式，所述的炭滤罐中的过滤层采用果壳活性炭，其层厚为500～650mm，在炭滤罐的底层铺有鹅卵石作为承托层。
作为优选的实施方式，所述的磁化处理器为正交式磁化处理器，其水流动方向与磁力线方向垂直正交。
作为优选的实施方式，所述的超滤膜组件包括超滤膜单元，在超滤膜单元的前后端均设有实时监测超滤膜单元使用状态的压力表。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的带有磁化预处理的超滤水处理实验装置可以高效地强化给水处理工艺，拓宽现行给水处理工艺的净水效能，具有去除污染作用。
(2)磁化处理器的使用可以减轻超滤膜负荷，延长超滤膜使用寿命，降低净水成本，保障了良好的饮用水水质。
(3)超越管主管路和超越管支路的设置，再配合水处理总管路、超越管主管路和超越管支路上设置的实现互不干扰的阀门，通过不同阀门的开闭，可以实现不同的过滤管路组成，实现不同的过滤工艺组合。
(4)各部件的原水出口均设有取样口，便于配合超越管等的设置，反馈调整优化针对不同水样的水处理工艺，适于实验研究。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图中，1-原水箱，2-絮凝剂箱，3-混合器，4-沉淀罐，5-砂滤罐，6-炭滤罐，7-磁化处理器，8-超滤膜组件，9-净水箱，10-给水泵，11-膜冲洗泵，12-预处理冲洗泵，13-第一取样口，14-第二取样口，15-第三取样口，16-第四取样口，17-第五取样口，18-第六取样口，19-第七取样口，HV1～24-手动阀，PLC1～PLC23-电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种带有磁化预处理的超滤水处理实验装置，其结构如图1所示，包括水处理总管路和超越管主管路，水处理总管路包括依次连接的原水箱1、混合器3、沉淀罐4、砂滤罐5、碳滤罐、磁化处理器7、超滤膜组件8和净水箱9，磁化处理器7与超滤膜组件8之间管路还引出支路连接净水箱9。水处理总管路中还包括出口接入超越管主管路的絮凝剂箱2。絮凝剂箱2出口通过管路分别连接管式混合器3入口和超越管主管路，两条管路上分别设置手动阀HV6和HV7。
沿水处理主管路方向，原水箱1进水口处设置手动阀HV1和电磁阀PLC23，原水箱1与管式混合器3之间设置手动阀HV4、5，管式混合器3和沉淀罐4之间设置手动阀HV9，其后再设置第一取样口13，沉淀罐4水出口与砂滤罐5之间设置电磁阀PLC22、第二取样口14、手动阀HV13、HV14，砂滤罐5与炭滤罐6之间依次设置电磁阀PLC20、第三取样口15、手动阀HV16、HV17，炭滤罐6和磁化处理器7之间设置电磁阀PLC17、第四取样口16、手动阀HV19、HV20，磁化处理器7与超滤膜组件8之间还依次设置第五取样口17、手动阀HV22、电磁阀PLC11、给水泵10、手动阀HV23、电磁阀PLC12，超滤膜组件8与净水箱9之间设置电磁阀PLC6。电磁阀PLC14后的管路还引出支路直接连接净水箱9，此支路上设置电磁阀PLC13。
超越管主管路的一端接入原水箱1和混合器3之间管路，另一端接入磁化处理器7和超滤膜组件8之间管路，在超越主管路上还引出分别接入混合器3与沉淀罐4、沉淀罐4和砂滤罐5、砂滤罐5和炭滤罐6、炭滤罐6和磁化处理器7之间的超越管支路，水处理总管路中，除原水箱1和净水箱9外，其余各部件的原水出口处均设有取样口(分别为第一取样口13、第二取样口14、第三取样口15、第四取样口16、第五取样口17和第七取样口19)。超越管主管路上，依次设置手动阀HV3、HV12、HV15、HV18、HV21，HV3和HV12之间管路引出支路接入第一取样口13后的水处理主管路上，HV12和HV15之间的管路引出支路接入水处理主管路的HV13和HV14之间，HV15和HV18之间的管路引出支路接入手动阀HV16和HV17之间的水处理主管路中，HV18和HV21之间的超越管主管路引出支路接入手动阀HV19和HV20之间的水处理主管路中，最后，超越主管路的端部接入水处理主管路的手动阀HV22和电磁阀PLC11之间。
实验装置还包括维护超滤膜组件8的第一冲洗管路，该第一洗管路包括依次连接的净水箱9、电磁阀PLC4、第一冲洗泵(即膜冲洗泵11)，第一冲洗泵出水口处分别引出第一正冲洗子管路连接超滤膜组件8的原水进口，以及引出第一反冲洗子管路连接超滤膜组件8的原水出口。第一冲洗泵出水口与第一正冲洗子管路和第一反冲洗子管路之间还设有手动阀HV24和电磁阀PLC8，第一正冲洗子管路上设有电磁阀PLC10和PLC11，并接入手动阀HV23和电磁阀PLC12之间。第一反冲洗子管路上设有电磁阀PLC9，其中反冲洗取样口(即第六取样口18)设置在电磁阀PLC11和PLC12之间。第一冲洗管路中还包括三个清洗剂箱，三个清洗剂箱的加药口分别通过一个计量泵(后面分别接有电磁阀PLC1、PLC2和PLC3)汇合后通过电磁阀PLC7接入电磁阀PLC8后。
实验装置还包括维护炭滤罐6的第二冲洗管路，该第二冲洗管路包括依次连接的净水箱9、第二冲洗泵，该第二冲洗泵出水口处分别引出第二正冲洗子管路连接炭滤罐6的原水进口，以及引出第二反冲洗子管路连接炭滤罐6的原水出口。第二正冲洗子管路上设有电磁阀PLC15和PLC16，第二反冲洗子管路上设有电磁阀PLC18。
实验装置还包括维护砂滤罐5的第三冲洗管路，该第三冲洗管路包括依次连接的净水箱9、第三冲洗泵，该第三冲洗泵出水口处分别引出第三正冲洗子管路连接砂滤罐5的原水进口，以及引出第三反冲洗子管路连接砂滤罐5的原水出口。第三正冲洗子管路上设有电磁阀PLC15和PLC19，第三反冲洗子管路上设有电磁阀PLC21。上述中第二冲洗泵和第三冲洗泵可以合并为一个预处理冲洗泵12。
作为优选的实施方式，沉淀罐4为竖流式沉淀池。
作为优选的实施方式，砂滤罐5的底层铺有鹅卵石作为承托层，在承托层上方铺有双层滤料，分别为上层的无烟煤和下层的石英砂。
作为优选的实施方式，炭滤罐6中的过滤层采用果壳活性炭，其层厚为500～650mm，在炭滤罐6的底层铺有鹅卵石作为承托层。
作为优选的实施方式，磁化处理器7为正交式磁化处理器7，其水流动方向与磁力线方向垂直正交。
作为优选的实施方式，超滤膜组件8包括超滤膜单元，在超滤膜单元的前后端均设有实时监测超滤膜单元使用状态的压力表。
采用上述的水处理装置，其基本的运行方式包括：常规处理工艺、超滤膜作为深度处理与常规处理结合工艺。
采用上述的水处理装置进行处理时，基本的运行方式包括：常规处理工艺、超滤膜作为深度处理与常规处理结合工艺。
(1)常规处理工艺：手动阀HV1、HV4、HV5、HV6、HV9、HV13、HV14、HV16、HV17、HV19、HV21全开，电磁阀PLC4、PLC13、PLC14、PLC17、PLC20、PLC22、PLC23全开，其余阀门全闭，随后开启加压泵。此时，水处理总管路中的原水处理路径为原水箱1、管式混合器3、沉淀罐4、砂滤罐5、炭滤罐6和净水箱9。
(2)常规处理工艺+超滤深度处理：手动阀HV1、HV4、HV5、HV6、HV9、HV13、HV14、HV16、HV17、HV19、HV21、HV23全开，电磁阀PLC6、PLC12、PLC14、PLC17、PLC20、PLC22、PLC23全开，其余阀门全闭，随后开启加压泵。此过程中，还可以通过开启手动阀HV20、HV22，关闭手动阀HV21来引入磁化处理器7到水处理过程中来。
(3)此外，本装置可以水源变化随意组合工艺，只需在以上两种基本运行方式的基础上开启对应超越管主路和超越管支路上的阀门，关闭水处理总管路上的对应的不再需要通过的阀门即可。例如常用于低温低浊原水水处理的微絮凝工艺，操作方法如下。微絮凝工艺：在以上两种运行方式的基础上，开启手动阀HV3、HV7、HV12，关闭手动阀HV5、HV6、HV9、HV13及电磁阀PLC22，即原水处理路径直接由原水箱1进入砂滤罐5，不经过沉淀罐4和混合器3。
本装置的维护包括沉淀罐4的排气、排泥；砂滤罐5与炭滤罐6的水力正冲洗、水力反冲洗；超滤膜的水力正冲洗、水力反冲洗以及药洗(碱洗、酸洗)，操作方法如下：
1)沉淀罐4的排气：开启手动阀HV10；沉淀罐4的排泥：开启手动阀HV11。
2)砂滤罐5的水力正冲洗：停止运行装置，开启电磁阀PLC5、PLC15、PLC19、PLC20以及第三取样口15，其余阀门全闭，随后开启预处理冲洗泵12；炭滤罐6的水力正冲洗：停止运行装置，开启电磁阀PLC5、PLC15、PLC16、PLC17以及第四取样口16，其余阀门全闭，随后开启预处理冲洗泵12。
砂滤罐5的水力反冲洗：停止运行装置，开启电磁阀PLC5、PLC21、手动阀HV13、HV14以及第二取样口14，其余阀门全闭，随后开启预处理冲洗泵12；炭滤罐6的水力反冲洗：停止运行装置，开启电磁阀PLC5、PLC18、手动阀HV16、HV17以及第三取样口15，其余阀门全闭，随后开启预处理冲洗泵12。
3)超滤膜的水力正冲洗：停止运行装置，开启电磁阀PLC4、PLC8、PLC10、PLC11、PLC12，手动阀HV24以及第七取样口19，其余阀门全闭，随后开启膜冲洗泵11；超滤膜的水力反冲洗：停止运行装置，开启电磁阀PLC4、PLC8、PLC9、PLC12，手动阀HV24以及第六取样口18，其余阀门全闭，随后开启膜冲洗泵11；超滤膜的药洗：在反洗的基础上开启电磁阀PLC1(或PLC2，或PLC3)、PLC7控制加药。
本装置可研究不同组合工艺对自来水的处理效果，可研究不同冲洗条件下直饮水机的维护效果，可模拟实际直饮水机中填料罐中填料上微生物的生长情况。
将该装置运行一段时间，以实验室自来水为原水，每天以絮凝－沉淀－砂滤－炭滤运行8小时，絮凝－沉淀－砂滤－炭滤－磁化处理－超滤运行4小时，在原水浊度由0.49NTU降为0.28NTU，电导由34.6μS/cm降为11.92μS/cm，TDS由17.25mg/L降为5.95mg/L，UV254由0.041降为0.004。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。