CN102580545B - 带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，主要由超滤系统、鼓风曝气系统、超声清洗系统、加压溶气反冲洗系统和PLC控制系统组成；其中，超滤系统由超滤箱体和超滤膜组件组成，鼓风曝气系统由鼓风机和曝气扩散装置组成，超声清洗系统由超声波发生器和换能器组成，加压溶气反冲洗系统由空气压缩机组成、加压水泵和溶气罐组成，PLC控制系统由PLC控制柜和控制微机组成。本发明采用了组合式的清洗策略，使得超滤过程中膜污染得到较好的控制，特别是使用加压溶气反冲洗可以有效去除污染物质，减少化学清洗的频率；同时由于采用PLC自动控制系统，使得本发明具有运行成本低、膜使用寿命长和操作简便的优点。
Description
技术领域
本发明属于水处理装置领域，涉及适用于源水或自来水的超滤装置，具体涉及一种带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置。
背景技术
水源中的有机污染物，特别是常规处理难以去除的微量有机物，将影响人体健康。为解决饮用水对人体健康的危害，各种水处理装置及技术被广泛用于饮用水深度处理。
超滤（简称：UF），是一种绿色的物理分离技术，是利用孔径范围为0.001~0.02微米的微孔过滤膜达到净化水质的目的。超滤可以阻留细菌，具有极佳的除浊和杀菌功效，已经普遍应用于净水处理中，但是并且随着过滤的进行超滤膜污染程度不断增加，导致操作压力升高，运行成本增加，超滤膜使用寿命减短。
目前超滤膜过滤装置的膜污染清洗装置主要采用的是物理清洗和化学清洗，其中物理清洗通常利用曝气控制膜污染的加剧，同时定期的使用超滤后的水进行反冲洗，当膜污染中不可逆污染积累到一定量时就必须使用化学药剂进行化学清洗，而化学清洗又会带来成本增加、膜使用寿命缩短和清洗废水难以处理的一系列的问题。
超声波膜清洗是利用超声波在媒质中传播时，会产生力学、热学、光学、电学和化学一系列效应，其导致的压力、引力、空化及声压等作用可以有效的清洗被污染的超滤膜表面。
加压溶气反洗中的反冲洗水透过超滤膜膜孔时会伴随着膜两侧压力的变化，通常的超滤膜反冲洗仅仅是使用滤后水，但是当反冲洗水中含有高压溶气后，水中溶解气体会在穿过膜孔时随着压力下降逐渐溶出形成微小的气泡，且气泡不断扩大，在此同时膜孔的污染物质会被气泡挤出，当气泡穿出膜孔时由于超滤膜两侧压力相差较大，气泡瞬间溃灭，释放能量使膜表面的污染物质剥落。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置。本发明在传统的膜污染清洗的基础上又添加了超声清洗系统，在超声波的作用下使得膜污染得到实时的控制；同时采用加压溶气反冲洗系统可以有效防止污染物质在超滤膜膜孔的停留，及时清除累计在膜表面的污染物质，减少了不可逆污染的形成，避免频繁的化学清洗，延长超滤膜的使用寿命；并且采用PLC控制系统实现了完全在线清洗，使得超滤膜运行和膜清洗操作更加简单，运行更为安全。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，主要由超滤系统、鼓风曝气系统、超声清洗系统、加压溶气反冲洗系统和PLC控制系统组成；所述加压溶气反冲洗系统中含溶解有气体的反冲洗液。
所述超滤系统由进水泵1、超滤箱体2和超滤膜组件3组成；所述进水泵1与超滤箱体2通过管道连接，所述超滤膜组件3位于超滤箱体2内，其上部与依次与出水泵13和储水罐14相连，管道上具有阀门4用于调节出水流量和流速。
所述超声清洗系统包括超声波发生器5和换能器6；所述换能器6位于超滤箱体2内壁；所述换能器的个数为6~10个，每两个一组相对排列构成对称型的换能器阵。
所述鼓风曝气系统由鼓风机7、曝气扩散装置8、管道和阀门9组成；所述曝气扩散装置8位于超滤箱体2底部，所述鼓风机7穿过超滤箱体2底部并与曝气扩散装置8通过管道相连接，管道上具有阀门9用于调节空气流量和流速。
所述加压溶气反冲洗系统由空气压缩机10、溶气罐11、反冲洗加压水泵12、出水泵13、储水罐14、管道、阀门15、阀门16和阀门17组成；所述空气压缩机10、溶气罐11、反冲洗加压水泵12和储水罐14依次通过管道相连接，管道上具有阀门15和阀门16用于调节空气流量和流速；所述溶气罐11的上部通过管道与超滤膜组件3并联，并依次与出水泵13和储水罐14相连，管道上具有阀门17用于调节出水流量和流速。
所述PLC控制系统由PLC控制柜18和控制微机19组成；所述PLC控制系统用于控制超滤过滤-自清洗系统过程和加压溶气反冲洗过程。
所述超滤膜组件3采用环氧树脂密封，超滤膜组件中的超滤膜面积为20m2；所述超滤膜为中空纤维超滤膜，直径为0.01μm，截留分子量为5万道尔顿，材质为PVC合金。
所述超声波发生器5为他激式震荡线路超声波发生器，频率可调；所述超声波发生器的超声频率为16~1000KHz，输出功率为6~10kw。
所述曝气扩散装置8为固定式平板型微孔空气扩散器。
所述溶气罐11为填充式溶气罐，使用梯形填料，溶气效率为90%，表面负荷为1000~2000m3/(m2d)；所述反冲洗加压水泵12的压力为0.25~0.35MPa，流量为10~200m3/h。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
（1）本发明在传统的膜污染清洗的基础上结合了超声清洗系统，在超声波的作用下使得膜污染得到实时的控制；
（2）本发明采用的加压溶气反冲洗系统可以有效防止污染物质在超滤膜膜孔的停留，及时清除累计在膜表面的污染物质，减少不可逆污染的形成，避免频繁的化学清洗，延长了超滤膜的使用寿命；
（3）本发明采用了PLC控制系统实现了完全在线清洗，使得了超滤膜运行和膜清洗操作更加简单，运行更为安全。
附图说明
图1为本发明的带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的解释说明，但是本发明要求保护的范围并不仅限于此。
如图1所示，本发明的带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置主要由超滤系统、鼓风曝气系统、超声清洗系统、加压溶气反冲洗系统和PLC控制系统组成。
超滤系统由进水泵1、超滤箱体2和超滤膜组件3组成；进水泵1与超滤箱体2通过管道连接，超滤膜组件3位于超滤箱体2内，其上部与依次与出水泵12和储水罐13相连，管道上具有阀门4用于调节出水流量和流速。
超声清洗系统包括超声波发生器5和换能器6；6个换能器位于超滤箱体2的内壁，每两个一组相对排列构成对称型的换能器阵。
鼓风曝气系统由鼓风机7、曝气扩散装置8、管道和阀门9组成；曝气扩散装置8位于超滤箱体2的底部，鼓风机7穿过超滤箱体2的底部并与曝气扩散装置8通过管道相连接，管道上具有阀门9用于调节空气流量和流速。
加压溶气反冲洗系统由空气压缩机10、溶气罐11、反冲洗加压水泵12、出水泵13、储水罐14、管道、阀门15、阀门16和阀门17组成；空气压缩机10、溶气罐11、反冲洗加压水泵12和储水罐14依次通过管道相连接，管道上具有阀门15和阀门16用于调节空气流量和流速；溶气罐11的上部通过管道与超滤膜组件3并联，并依次与出水泵13和储水罐14相连，管道上具有阀门17用于调节出水流量和流速。
PLC控制系统由PLC控制柜18和控制微机19组成。
本发明的工作过程包括既可以同时运行又可以独立运行的超滤过滤-自清洗过程与加压溶气反冲洗两个过程，分别如下：
（1）超滤过滤-自清洗过程：
处理原水由进水泵送至超滤箱体中，超滤组件浸没在原水中；之后出水泵启动，对管道中水进行抽吸，进而使得超滤组件内形成负压，为原水透过超滤膜提供动力；原水透过超滤膜在出水泵的作用下到达储水箱；
与此同时，超声波清洗系统一直以较低的频率进行实时的清洗，防止污染物质在膜表面沉积；首先由超声波发生器将220V或380V，50或60Hz的市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，通过传送线路输送至超声波换能器，由6个换能器形成的环绕超声波场全面覆盖超滤膜组件；
通过PLC控制系统，可以设定在一定的时间间隔内启动鼓风机对超滤箱体进行曝气，曝气时间可以根据需要自行设定，由鼓风机产生的气体经过曝气扩散装置后形成微小气泡，这些小气泡在超滤箱体不断上升的过程中对超滤组件中的超滤膜表面进行摩擦，将沉积在膜表面的污染物质从膜表面剥落下来；
（2）加压反冲洗过程：
当超滤膜组件内部的出水压力传感器检测到跨膜压差增大到设定数值，即不可逆膜污染较为严重时，PLC控制系统会关闭超滤系统的运行，启动加压溶气反冲洗系统，反冲洗加压泵启动，将超滤后的出水由储水箱加压后送至溶气罐；同时空气压缩机将空气压缩后送至溶气罐；压缩空气在溶气罐中溶解后通过管道进入超滤出水中，形成了含有大量溶解气体的反冲洗水，反冲洗水通过管道输送到超滤组件内进行反冲洗。
Claims (7)
1.带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，主要由超滤系统、耦合膜污染控制清洗系统和PLC控制系统组成，其特征在于，所述耦合膜污染控制清洗系统由加压溶气反冲洗系统、超声清洗系统、鼓风曝气系统三种清洗系统耦合而成；
所述超滤系统由进水泵（1）、超滤箱体（2）和超滤膜组件（3）组成；所述进水泵（1）与超滤箱体（2）通过管道连接，所述超滤膜组件（3）位于超滤箱体（2）内，其上部依次与出水泵（13）和储水罐（14）相连，管道上具有第一阀门（4）用于调节出水流量和流速；
所述超滤膜组件（3）采用环氧树脂密封，超滤膜组件中的超滤膜面积为20m2；所述超滤膜为中空纤维超滤膜，直径为0.01μm，截留分子量为5万道尔顿，材质为PVC合金；
所述加压溶气反冲洗系统由空气压缩机（10）、溶气罐（11）、反冲洗加压水泵（12）、出水泵（13）、储水罐（14）、管道、第三阀门（15）、第四阀门（16）和第五阀门（17）组成；所述空气压缩机（10）、溶气罐（11）、反冲洗加压水泵（12）和储水罐（14）依次通过管道相连接，管道上具有第三阀门（15）和第四阀门（16）用于调节空气流量和流速；所述溶气罐（11）的上部通过管道与超滤膜组件（3）并联，并依次与出水泵（13）和储水罐（14）相连，管道上具有第五阀门（17）用于调节出水流量和流速。
2.根据权利要求1所述的带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，其特征在于，所述溶气罐（11）为填充式溶气罐，使用梯形填料，溶气效率为90%，表面负荷为1000~2000m3/(m2d)；所述反冲洗加压水泵（12）的压力为0.25~0.35MPa，流量为10~200m3/h。
3.根据权利要求1所述的带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，其特征在于，所述超声清洗系统包括超声波发生器（5）和换能器（6）；所述换能器（6）位于超滤箱体（2）内壁；所述换能器的个数为6~10个，每两个一组相对排列构成对称型的换能器阵。
4.根据权利要求3所述的带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，其特征在于，所述超声波发生器（5）为他激式震荡线路超声波发生器，频率可调；所述超声波发生器的超声频率为16~1000kHz，输出功率为6~10kW。
5.根据权利要求1所述的带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，其特征在于，所述鼓风曝气系统由鼓风机（7）、曝气扩散装置（8）、管道和第二阀门（9）组成；所述曝气扩散装置（8）位于超滤箱体（2）底部，所述鼓风机（7）穿过超滤箱体（2）底部并与曝气扩散装置（8）通过管道相连接，管道上具有第二阀门（9）用于调节空气流量和流速。
6.根据权利要求5所述的带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，其特征在于，所述曝气扩散装置（8）为固定式平板型微孔空气扩散器。
7.根据权利要求1所述的带有膜污染控制与超声清洗的组合式超滤装置，其特征在于，所述PLC控制系统由PLC控制柜（18）和控制微机（19）组成；所述PLC控制系统用于控制超滤过滤-自清洗系统过程和加压溶气反冲洗过程。
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