CN104998549A - 一种平板膜组件膜损检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种平板膜组件膜损检测装置与方法，原液罐经第一增压泵连接平板膜组件入口，平板膜组件出口连接原液罐，平板膜滤液出口经两路分支管道引出，第一路分支管道上装有第一电磁阀且连接细菌浓度检测装置，细菌浓度检测装置下方是储液罐，细菌浓度检测装置底部由集菌瓶出水管道和驻液瓶排液通道引出伸入储液罐中，第二路分支管道上装有第二电磁阀且伸入储液罐中；利用平板膜过滤装置过滤含有细菌的无菌液，通过细菌浓度检测装置收集过滤液中的细菌，利用安装在细菌浓度检测装置中的检测电极检测过滤液的阻抗来确定细菌浓度，根据测得的阻抗值对膜损程度进行等级评判，不需要将膜从膜组件上移除，不会对膜造成破坏，实现连续在线检测。

Description

一种平板膜组件膜损检测装置与方法

技术领域

本发明涉及过滤膜损检测技术领域，特别涉及一种平板膜组件膜损检测装置与方法。

背景技术

膜分离技术的研究与应用已经取得了很大的进展，目前已经广泛应用于海水、苦咸水淡化，纯水、超纯水生产，以及食品工业、医药工业、生物工程等领域。平板膜组件是最常用的膜分离组件之一，平板膜组件由支撑层和和膜层组成，一般情况下，进料原液在进料泵的驱动下穿过支撑层的两侧，透过膜层的渗透液在膜外侧收集。平板膜具有拆卸方便，便于清洗等优点。然而，平板膜组件经长时间运行后，膜表面的磨损程度逐渐增加，导致膜孔径发生变化，进而影响到平板膜的过滤性能，而且这些损伤是无法修复的。为避免以上现象造成的膜损伤从而影响膜分离的效果，需要及时有效地检测膜破损，进而确保膜膜分离的效果。

目前，常用的膜损检测方法主要有以下几种：1、泡点测试法：该方法的原理是检测一个完全润湿膜在缓慢加压条件下，气体冲破润湿膜孔形成大量气泡时能被检测的最小压力，但是其测量时需要将膜从膜组件上移除，无法实现在线检测；2、浊度检测法：该方法基于膜破损前后透过液的浊度不同，通过检测透过液的浊度反映膜是否完整；浊度检测法虽然能够连续在线检测，但是检测不灵敏并且受原液颗粒浓度和工艺条件的限制，应用范围较小。

发明内容

为了克服现有膜损坏检测识别方法的不足，本发明提供一种应用范围广、检测灵敏、能够实现膜损的连续在线检测的平板膜组件膜损检测装置与方法。

本发明一种平板膜组件膜损检测装置采用的技术方案是：包含原液罐，原液罐经第一增压泵 连接平板膜组件入口，平板膜组件出口连接原液罐，平板膜滤液出口经两路分支管道引出，第一路分支管道上装有第一电磁阀 且连接细菌浓度检测装置，细菌浓度检测装置下方是储液罐，细菌浓度检测装置底部由集菌瓶出水管道和驻液瓶排液通道引出伸入储液罐中，第二路分支管道上装有第二电磁阀且伸入储液罐中；所述细菌浓度检测装置包括集菌瓶、驻液瓶和无菌液罐；集菌瓶左侧上端与所述第一路分支管道连接；集菌瓶内腔中有支撑网、浓缩膜，正电极棒、负电极棒、L型的正电极丝与L型的负电极丝；集菌瓶内腔最底部是支撑网，支撑网上层贴附浓缩膜，集菌瓶内部的左右两侧壁分别垂直布置有底部均固定压在浓缩膜上表面的正电极棒与负电极棒，正电极棒与负电极棒分别与位于集菌瓶外部的数控恒流源的正、负极连接，负电极丝底部贴附在浓缩膜上表面，正电极丝的水平部分有间隙地位于负电极丝的水平部分的正上方，正电极丝与负电极丝的直部分均向上伸出至集菌瓶顶部之外且经MCU采样接口连接MCU控制系统；集菌瓶右侧底部且位于浓缩膜处设有集菌瓶排液口，集菌瓶排液口经第六电磁阀连接所述集菌瓶出水管道；集菌瓶底部正中心连接于倒T型集菌瓶底部管道上端，集菌瓶底部管道底部右端经第五电磁阀连接驻液瓶，驻液瓶密封塞内部有液位传感器，驻液瓶右侧上部设有驻液瓶抽气口，驻液瓶抽气口经第七电磁阀与真空泵连接；驻液瓶右侧底部设有所述驻液瓶排液通道，驻液瓶排液通道上设有第八电磁阀；集菌瓶底部管道底部左端依次串联有第四电磁阀、第三增压泵、无菌液罐、第二增压泵、第三电磁阀、集菌瓶；所述MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接液位传感器、数控恒流源、真空泵、三个所述增压泵和八个所述电磁阀。

本发明一种平板膜组件膜损检测方法采用的技术方案是包括以下步骤；

A、向原液罐中注入无菌液，MCU控制系统开启第一增压泵、第五电磁阀、第七电磁阀、第一电磁阀及真空泵，无菌液进入平板膜组件入口并从平板膜滤液出口流出后流向集菌瓶，再通过集菌瓶底部管道流入驻液瓶中；

B、MCU控制系统采集液位传感器的输出信号，判断驻液瓶中的液位是否达到预先设置的液位阈值，如果达到阈值则MCU控制系统关闭第一电磁阀、第五电磁阀、第七电磁阀及真空泵，并打开第二电磁阀，使无菌液流入储液罐中；

C、MCU控制系统开启数控恒流源并使其输出恒定交流电流，采集正电极丝和负电极丝之间无菌液的电压，计算出正电极丝和负电极丝之间无菌液的阻抗值                                               ，然后MCU控制系统关闭数控恒流源，同时打开第八电磁阀与第六电磁阀将驻液瓶与集菌瓶中的液体排出；

D、向原液罐中加入细菌，MCU控制系统开启第五电磁阀、第七电磁阀、第一电磁阀及真空泵，并关闭第二电磁阀，含菌液进入平板膜组件入口，未能透过膜孔的浓缩液从平板膜组件出口流出并返回原液罐进行再次过滤，透过膜孔的滤液从平板膜滤液出口流出后流向集菌瓶中，细菌被浓缩膜截留在集菌瓶内，滤液则通过集菌瓶底部管道流入驻液瓶中；

E、MCU控制系统采集液位传感器的输出信号，判断驻液瓶中的液位是否达到阈值，如果达到阈值则MCU控制系统则关闭第一电磁阀、第五电磁阀、第七电磁阀及真空泵，并打开第二电磁阀，含菌液流入储液罐；

 F、MCU控制系统开启数控恒流源并使其输出恒定交流电流，采集正电极丝和负电极丝之间含菌液的电压，计算出正电极丝和负电极丝之间含菌液的阻抗值，然后关闭数控恒流源，同时打开第八电磁阀将驻液瓶中的液体排出；

G、MCU控制系统关闭第一增压泵及第二电磁阀，停止膜过滤；当时，表示膜完好可继续使用；当时，表示膜轻微破损可以继续使用；当时，表示膜中度破损只能使用一段时间；当时，表示膜已经严重破损，需要立即更换，。

进一步地，在步骤G完成之后，MCU控制系统打开第四电磁阀、第六电磁阀、搅拌风扇以及第三增压泵，无菌液罐中的无菌液经由集菌瓶底部管道注入到集菌瓶中，附着在浓缩膜上表面的细菌从集菌瓶出水管道排出到储液罐中对浓缩膜反冲洗。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明基于液体中细菌浓度与阻抗之间存在的定量关系，利用平板膜过滤装置过滤含有细菌的无菌液，通过设计的细菌浓度检测装置收集过滤液中的细菌，并利用安装在细菌浓度检测装置中的检测电极检测过滤液的阻抗来确定相应的细菌浓度，根据测得的阻抗值对膜损程度进行等级评判，从而实现膜损检测。该方法不需要将膜从膜组件上移除，不会对膜造成破坏，能够实现连续在线检测。

2、由于细菌浓度检测装置中的滤膜收集完细菌后便受到污染，现有的方法都是更换滤膜，但是该方法会增加检测成本。本发明具有反冲洗功能，当检测完成后，利用将无菌液由集菌瓶底部（滤膜下层）注入集菌瓶中，并结合搅拌风扇，使细菌脱离滤膜上层表面，从而使细菌伴随无菌液排出集菌瓶，该方法对滤膜进行清洗以便继续使用，能够有效解决频繁更换滤膜的问题，降低膜损检测的成本。  

3、本发明采用浓缩法，通过运行一定时间后，在保持含菌液中细菌数量不变的前提下滤除掉大部分液体，则细菌浓度明显提高，有效解决电化学法不易检测低细菌浓度的问题。

4、本发明通过电化学法检测细菌浓度，结合细菌浓度对数与阻抗之间的线性关系，检测过滤液的阻抗值，并根据过滤液阻抗表征出膜损坏的程度，操作简单，测量准确。

5、本发明在膜损检测时，细菌浓度检测过程及反冲洗过程都是由MCU控制系统控制，利用MCU控制系统开启数控恒流源输出恒定电流，采集检测电极两端输出电压，从而计算出相应的阻抗值，实现对细菌浓度的检测，在一定程度上提高了膜损检测的智能化水平，并减轻检测人员的工作强度及检测成本，且能够实现膜损的连续在线检测；检测完成后，通过MCU控制系统控制各模块的交替工作，实现对滤膜的清洗。

6、本发明能够在线评估膜的损坏等级，能够及时有效的检测出膜损程度，对膜分离工艺具有一定的指导作用。

附图说明

图1是本发明平板膜组件膜损检测装置的整体结构示意图；

图2是图1中细菌浓度检测装置18的结构示意图

图3是图1的控制电路框图；

图4是细菌浓度检测装置18中的过滤液阻抗与细菌浓度对数关系曲线图。

附图中各部件的序号和名称：1、原液罐，2、原液罐出口，3、第一增压泵，4、MCU控制盒，5、原液进料管道，6、平板膜组件入口，7、上夹板，8、下夹板，9、平板膜，10、平板膜滤液出口，11、平板膜组件出口，12、过滤液出口管道，13、第一电磁阀，14、第二电磁阀，15、滤液出口分支管道，16、储液罐，17、集菌瓶出水管道，18、细菌浓度检测装置，19、细菌浓度检测装置入口管道，20、浓缩液出口管道，21、原液罐入口，22、手动阀门，23、原液罐排液口，24、无菌液罐左出口，25、数控恒流源，26、正极输电线，27、负极输电线，28、MCU采样接口，29、集菌瓶密封塞拉手，30、集菌瓶密封塞，31、正电极棒，32、正电极丝，33、浓缩膜，34、支撑网，35、无菌液入口管道，36、第三电磁阀，37、第二增压泵，38、无菌液罐，39、第四电磁阀，40、第五电磁阀，41、集菌瓶底部管道，42、负电极丝，43、第六电磁阀，44、负电极棒，45、搅拌风扇，46、搅拌风扇连接杆，47、真空泵入口，48、第七电磁阀，49、第三增压泵，50、驻液瓶抽气口，51、第八电磁阀，52、驻液瓶，53、真空泵，54、驻液瓶密封塞，55、驻液瓶密封塞拉手，56、液位传感器，57、无菌液罐右出口，58、驻液瓶进液口，59、集菌瓶排液口，60、驻液瓶排液通道，61、正电极丝引线，62、负电极丝引线，63、集菌瓶，64、细菌。

具体实施方式

参见图1，为本发明平板膜组件膜损检测装置整体结构示意图，平板膜组件具有平板膜9、上夹板7和下夹板8，平板膜9位于上夹板7和下夹板8之间，实现对原液的过滤，上夹板7的左侧设有平板膜组件入口6、右侧设有平板膜组件出口11，平板膜9的右侧设有平板膜滤液出口10。

本发明平板膜组件膜损检测装置包含有原液罐1、第一增压泵3、MCU控制盒4、储液罐16、细菌浓度检测装置18以及电磁阀等。MCU控制盒4中放置在上夹板7上表面上，MCU控制盒4内含有MCU控制系统及相关电路的集成电路板，用来控制整个膜损检测装置各路通道的运行。

待处理料液装在原液罐1中，原液罐1经原液进料管道5连接平板膜组件入口6，在原液进料管道5上安装第一增压泵 3。具体是在原液罐1左侧底部设有原液罐出口2，原液罐出口2与第一增压泵3一端连接，第一增压泵 3的另一端与原液进料管道5的一端连接，原液进料管道5的另一端则与平板膜组件上夹板7左侧的平板膜组件入口6连接，从而使原液罐1的料液经由原液进料管道5进入平板膜组件。

平板膜组件出口11经浓缩液出口管道2连接原液罐1。将平板膜组件出口11与浓缩液出口管道20一端连接，浓缩液出口管道20的另一端则与原液罐1右侧的原液罐入口21相连接，这样便可将经过滤后的浓缩液收集到原液罐后便于继续循环处理。

平板膜滤液出口10经两路分支管道引出，在第一路分支管道上安装第一电磁阀 13后连接细菌浓度检测装置18，细菌浓度检测装置18的下方是储液罐16，细菌浓度检测装置18底部由集菌瓶出水管道17和驻液瓶排液通道60引出从储液罐16顶部伸入储液罐16中，第二路分支管道上安装第二电磁阀14后从储液罐16顶部伸入储液罐16中。具体是：将平板膜滤液出口10与过滤液出口管道12的左端相连接，过滤液出口管道12设计成Y型管道形成上下两路分支管道。过滤液出口管道12上侧的第一分支管道与第一电磁阀13的左端连接，第一电磁阀 13的右端则与细菌浓度检测装置18左侧设计的细菌浓度检测装置入口管道19连接，因此，膜损检测时通过MCU控制系统打开第一电磁阀13导通过滤液出口管道12上侧的第一支路，使过滤液进入细菌浓度检测装置18，由细菌浓度检测装置18收集滤液细菌。细菌浓度检测装置18底部引出集菌瓶出水管道17以及驻液瓶排液通道60，并都通向储液罐16，则可将膜损检测时产生的废液排出到储液罐16中。过滤液出口管道12下侧的第二分支管道与第二电磁阀14的左端连接，第二电磁阀14的右端则与滤液出口分支管道15一端连接，滤液出口分支管道15另一端则通向储液罐16，因此，当膜组件正常工作无需膜损检测时，MCU控制系统开启第二电磁阀14以导通过滤液出口管道12的该侧支路。

在原液罐1的右侧底部设有原液罐排液口23，且原液罐排液口23左侧设有手动阀门22，每当膜组件需要切换运行状态时（正常工作、膜损检测），都需要通过打开手动阀门22将原液罐1中的残留的液体经过原液罐排液口23排放出去，以便装入需要处理的料液后，再关闭手动阀门22。

正常工作时，先向原液罐1中注入需要过滤提纯的原液，由MCU控制系统4开启第一增压泵3及第二电磁阀14，在压力作用下，原液经过原液进料管道5进入平板膜组件入口6，未能透过膜孔的浓缩液从平板膜组件出口11流出并经由浓缩液出口管道20返回原液罐1进行再次过滤，透过膜孔的滤液从平板膜滤液出口10流出，并经由滤液出口管道12、滤液出口分支管道15流向储液罐16。膜损检测时，向原液罐1中注入含有细菌的无菌液，在同等单位下，选取的细菌外径要比膜孔径大。由MCU控制系统4开启第一增压泵3及第一电磁阀13，在压力作用下，液体经过原液进料管道5进入平板膜组件入口6，未能透过膜孔的浓缩液从平板膜组件出口11流出并经由浓缩液出口管道20返回原液罐1进行再次过滤，透过膜孔的滤液从平板膜滤液出口10流出，并经由滤液出口管道12、细菌浓度检测装置入口管道19流向细菌浓度检测装置18，由细菌浓度检测装置18收集滤液中的细菌。

参见图2，为本发明细菌浓度检测装置18结构示意图。细菌浓度检测装置18主要包括：数控恒流源25、集菌瓶63、驻液瓶52、真空泵53、无菌液罐38、第二增压泵37及第三增压泵49等。数控恒流源25位于集菌瓶63外部。集菌瓶63的左侧上端连接第一路分支管道，具体是与细菌浓度检测装置入口管道19相连接，使得含菌过滤液流入集菌瓶63中。集菌瓶63内腔中安装有支撑网34、浓缩膜33，正电极棒31、负电极棒44、正电极丝32与负电极丝42等。集菌瓶63内腔的最底部设有一定厚度的支撑网34，支撑网34的上层贴附着浓缩膜33，支撑网34起到支撑浓缩膜33的作用。当含菌过滤液进入到集菌瓶63中，浓缩膜33可以将含菌过滤液中的细菌64拦截在集菌瓶63内，细菌64会停留在浓缩膜33表面或者集菌瓶63的底部。为了实现细菌浓度的检测，在集菌瓶63内部的左右两侧壁分别垂直布置正电极棒31与负电极棒44，且正电极棒31与负电极棒44的底部均固定压在浓缩膜33的上表面，正电极棒31与负电极棒44分别通过正极输电线26、负电输电线27与数控恒流源25的正、负极连接，用来给集菌瓶63内的液体通交流电流。由于细菌64多数集中在集菌瓶63底部，所以集菌瓶63底部的细菌浓度比较高，为了提高检测准确性，将正电极丝32与负电极丝42以叠加方式安置在集菌瓶63底部并靠近集菌瓶63中心轴线，即负电极丝42底部贴附在浓缩膜33的上表面，正电极丝32放置在负电极丝42上方，且两者之间需保留一定的间隙，一般细菌64多数会集中在该间隙中。正电极丝32与负电极丝42设计成L型电极丝，并确保其不因外界受力而变形。L型的负电极丝42的水平部分在浓缩膜33的正上方，L型的正电极丝32的水平部分在负电极丝42的水平部分的上方，两者的水平部分之间保留一定的上下间隙，如此以叠加方式安置在集菌瓶63中心轴线的左右两侧。L型的正电极丝32和负电极丝42的垂直部分均向上伸出至集菌瓶63的顶部之外，正电极丝32与负电极丝42的垂直部分顶端分别通过正电极丝引出线61、负电极丝引出线62连接到MCU采样接口28上，用来采集正电极丝32与负电极丝42之间的电压。MCU采样接口28连接MCU控制盒4，采集的正电极丝32与负电极丝42之间的电压输入至MCU控制系统中。为了避免外界细菌进入集菌瓶63以提高检测准确度，集菌瓶63的上端利用集菌瓶密封塞30封住开口，集菌瓶密封塞30采用橡胶材料制成且弹性足以确保上述的正极输出线26、负极输出线27、正电极丝引出线61、负电极丝引出线62能够伸出集菌瓶密封塞30且不会漏气。同时，为了确保正电极丝32与负电极丝42在集菌瓶63中的位置能够保持不变，在设计时，正电极丝引出线61与负电极丝引出线62的直径较大，从而可以利用集菌瓶密封塞30将其夹住以保证正电极丝引出线61与负电极丝引出线62不会上下移动。为了方便拔出更换内部器件，在集菌瓶密封塞30上表面中心处设有集菌瓶密封塞拉手29。在集菌瓶63的中心轴处安装搅拌风扇连接杆46，搅拌风扇连接杆46的上端插入集菌瓶密封塞30下侧正中心处，搅拌风扇连接杆46的下端连接搅拌风扇45。当搅拌风扇45运行时，能够搅动集菌瓶63中的液体，有助于沉积在浓缩膜33上表面的细菌64迅速脱落。同时，在集菌瓶63的右侧底部且位于浓缩膜33处设有集菌瓶排液口59，集菌瓶排液口59连接第六电磁阀43的一端，第六电磁阀43的另一端则与集菌瓶出水管道17的一端连接，集菌瓶出水管道17另一端则通向图1中的储液罐16，从而可以将集菌瓶63中的液体排出。集菌瓶63的底部正中心连接于倒T型集菌瓶底部管道41的上端，集菌瓶底部管道41的底部右端与第五电磁阀40的一端相连，第五电磁阀40的另一端与设置在驻液瓶52的左侧中间处的驻液瓶进液口58相连接。驻液瓶52的开口处也设有驻液瓶密封塞54及驻液瓶密封塞拉手55，从而确保驻液瓶52的密封性。驻液瓶密封塞54内部插有液位传感器56，用来检测驻液瓶52中的液位信号，以便确保每次检测的含菌过滤液的相等。驻液瓶52的右侧上部设有驻液瓶抽气口50，驻液瓶抽气口50与第七电磁阀48一端连接，第七电磁阀48的另一端经真空泵入口47与真空泵53连接。驻液瓶52右侧底部设有驻液瓶排液通道60，且在驻液瓶排液通道60上设有第八电磁阀51来控制驻液瓶52的排液。集菌瓶底部管道41的底部左端与第四电磁阀39的一端相连，第四电磁阀39的另一端与第三增压泵49的一端连接，第三增压泵49另一端与设置在无菌液罐38的右侧底部的无菌液罐右出口57相连接。以便在清洗浓缩膜33时，第三增压泵49将无菌液罐38中的无菌液通过集菌瓶底部管道41注入到集菌瓶52中。无菌液罐38的左侧底部设有无菌液罐左出口24并与第二增压泵37的一端连接，第二增压泵37的另一端则与第三电磁阀36连接，第三电磁阀36另一端连接到设置在集菌瓶63左侧上部且位于细菌浓度检测装置入口管道19下方的无菌液入口管道35。当需要检测集菌瓶63是否清洗干净时，利用第二增压泵37将无菌液罐38中的无菌液且经过无菌液入口管道35注入到集菌瓶63中。

膜损检测时，由于第一增压泵3的功率恒定，则含菌过滤液经由细菌浓度检测装置入口管道19流入集菌瓶63的流速也保持稳定为，MCU控制系统开启第五电磁阀40、第七电磁阀48及真空泵53后，可以利用真空泵53对驻液瓶52抽气，使得驻液瓶52内形成负压，则集菌瓶63中的含菌过滤液中的细菌64会被浓缩膜33截留在集菌瓶63中，而滤液则会通过集菌瓶底部管道41流入驻液瓶52中。由于真空泵53的功率恒定，导致液体流入驻液瓶52的流速也恒定为。本发明规定：在所有的管道的管径都相等前提下，为了确保驻液瓶52中的过滤液达到规定的量后，集菌瓶63中仍存有部分液体便于实现细菌浓度检测，需要保证。由于在同等量的液体中，当细菌数量较低时，采用电化学法并不易检测出来。为了解决此问题，本发明采用浓缩法，即通过运行一定的时间后滤除掉大部分液体，则细菌浓度会相对提高很多，从而便于检测。为便于理解，设：由细菌浓度检测装置入口管道19流入集菌瓶63的液体总量为，所含细菌总数为，则细菌浓度为；所以当驻液瓶52中的过滤液到规定的量为时，则集菌瓶63中剩余的过滤液总量为，且需保证，同时细菌总数仍然为，此时的细菌浓度为，所以，则细菌浓度明显提高至少1000倍，所以更便于检测。由MCU控制系统采集液位传感器56的输出信号，判断驻液瓶52中的过滤液液位是否达到阈值。当达到阈值时，也就是驻液瓶52中的过滤液到规定的量为时，MCU控制系统则关闭第五电磁阀40、第七电磁阀48及真空泵53。其次，MCU控制系统开启数控恒流源25并输出恒定电流为，正极输电线26与负电输电线27之间存在电势差，正电极棒31与负电极棒44通电后，集菌瓶63内的液体便有电流通过。如果平板膜完好，细菌就不会透过平板膜，所以集菌瓶63内的液体便不存在细菌，此时MCU采样接口28采集的是正电极丝32和负电极丝42之间无菌液的电压，通过欧姆定律可以通过MCU控制系统计算出正电极丝32和负电极丝42之间无菌液的阻抗值为。如果平板膜有破损，细菌就会透过平板膜流入集菌瓶63中，从而使得集菌瓶63中的液体电阻率降低，细菌浓度越大则电阻率降低的程度也越大，此时MCU采样接口28采集的是正电极丝32和负电极丝42之间含菌液的电压，通过MCU控制系统计算出正电极丝32和负电极丝42之间含菌液的阻抗值为。检测完成后，MCU控制系统关闭数控恒流源25，同时打开第八电磁阀51将驻液瓶52中的液体排出后关闭。然后，为便于后续检测，需要对浓缩膜33进行清洗。此时，MCU控制系统打开第四电磁阀39、第六电磁阀43、搅拌风扇45以及第三增压泵49，通过第三增压泵49将无菌液罐38中的无菌液经由集菌瓶底部管道41从底部向上注入到集菌瓶63中，实现对滤膜的反冲洗，利用搅拌风扇45搅动液体，使附着在浓缩膜33上表面的细菌64迅速脱离后从集菌瓶出水管道17排出到储液罐16中。清洗结束时，MCU控制系统关闭第四电磁阀39、第六电磁阀43、搅拌风扇45以及第三增压泵49，同时打开第三电磁阀36、第二增压泵37、第五电磁阀40、第七电磁阀48及真空泵53，将无菌液注入到集菌瓶63中，来检测集菌瓶63是否清洗干净。为了保持检测条件的一致性，规定由、第二增压泵37将无菌液注入到集菌瓶63中的流速也为，这样便可确保当驻液瓶52中的液位达到阈值时，集菌瓶63中剩余的液体总量也为，MCU控制系统关闭第三电磁阀36、第二增压泵37、第五电磁阀40、第七电磁阀48及真空泵53，并采集计算出正电极丝32和负电极丝42之间液体的阻抗值是否与相等，如果相等则清洗干净，若不相等，则仍然存在细菌，需要继续清洗。

参见图3，为本发明平板膜组件膜损检测装置控制电路框图。本发明以MCU控制系统为核心，MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接液位传感器56、检测电极、数控恒流源25、真空泵53、第一增压泵3、第二增压泵37、第三增压泵49、搅拌风扇45、第一电磁阀13、第二电磁阀14、第三电磁阀36、第四电磁阀39、第五电磁阀40、第六电磁阀43、第七电磁阀48、第八电磁阀51以及上位机。液位传感器56连接MCU控制系统的输入端，检测电极由正电极丝32与负电极丝42组成，检测电极连接MCU控制系统的输入端，MCU控制系统的输出端分别连接数控恒流源25、真空泵53、第一增压泵3、第二增压泵37、第三增压泵49、搅拌风扇45、第一电磁阀13、第二电磁阀14、第三电磁阀36、第四电磁阀39、第五电磁阀40、第六电磁阀43、第七电磁阀48、第八电磁阀51以及上位机。电源供电模块则为各所需部件提供电源。

参见图4，为本发明细菌浓度检测装置18中的液体阻抗与细菌浓度对数关系曲线图。研究表明：液体阻抗值与细菌浓度对数之间存在一定的负线性关系，即（k<0）。根据曲线可知：当液体中不存在细菌时，即细菌浓度为0，MCU采样接口28采集的是正电极丝32和负电极丝42之间无菌液的电压，电压送至MCU控制系统处理，由MCU控制系统计算转换成阻抗值，所得阻抗为无菌液阻抗。当液体中存在的细菌浓度为时，此时MCU采样接口28采集的是正电极丝32和负电极丝42之间含菌液的电压，通过MCU控制系统计算出正电极丝32和负电极丝42之间含菌液的阻抗值为，且。所以，当平板膜9破损越来越严重，那么细菌浓度就会越来越大，则相应的阻抗值会越来越小。由此，本发明可根据阻抗值的变化来判断膜损程度。本发明采用等级评判法，将膜损程度划分为：完好，轻微破损，中度破损和严重破损四个等级。当时，表示膜完好，可继续使用；当时，表示膜轻微破损，可以继续使用；当时，表示膜中度破损，只能使用一段时间；当时，表示膜已经严重破损，需要立即更换，其中。

本发明平板膜组件膜损检测装置工作时，整个装置的膜损检测具体步骤如下：

（1）向原液罐1中注入一定量的无菌液，由MCU控制系统开启第一增压泵3、第五电磁阀40、第七电磁阀48、第一电磁阀13及真空泵53，在压力作用下，无菌液经过原液进料管道5进入平板膜组件入口6，并从平板膜滤液出口10流出，并经由与滤液出口管道12上侧支路连接的细菌浓度检测装置入口管道19流向集菌瓶63，利用真空泵53对驻液瓶52抽气，使得驻液瓶52内形成负压，则集菌瓶63中无菌液通过集菌瓶底部管道41流入驻液瓶52中。

（2）MCU控制系统采集液位传感器56的输出信号，判断驻液瓶52中的液位是否达到预先设置的液位阈值。如果未达到液位阈值，则MCU控制系统继续采集液位传感器56的输出信号，直到达到液位阈值为止。如果达到液位阈值，MCU控制系统则关闭第一电磁阀13、第五电磁阀40、第七电磁阀48及真空泵53，并打开第二电磁阀14，将无菌液通过滤液出口管道12下侧支路流入储液罐16。

（3）MCU控制系统开启数控恒流源25并使其输出恒定交流电流I，MCU采样接口28采集正电极丝32和负电极丝42之间无菌液的电压，通过欧姆定律利用MCU控制系统计算出正电极丝32和负电极丝42之间无菌液的阻抗值为，并传送至上位机。然后，MCU控制系统关闭数控恒流源25，同时打开第八电磁阀51与第六电磁阀43将驻液瓶52与集菌瓶63中的液体排出，由于驻液瓶52中的储水量保持一定为，且液体排出的流量保持不变为，所以完全排出液体所需要的时间为。MCU控制系统启动定时器，直到时间达到为止，关闭第八电磁阀51与第六电磁阀43停止排水。

（4）向原液罐1中加入一定量的细菌后，MCU控制系统开启第五电磁阀40、第七电磁阀48、第一电磁阀13及真空泵53，并关闭第二电磁阀14。含菌液经过原液进料管道5进入平板膜组件入口6，未能透过膜孔的浓缩液从平板膜组件出口11流出并经由浓缩液出口管道20返回原液罐1进行再次过滤，透过膜孔的滤液从平板膜滤液出口10流出，并经由与滤液出口管道12上侧支路连接的细菌浓度检测装置入口管道19流向集菌瓶63中，真空泵53对驻液瓶52抽气，使得驻液瓶52内形成负压，则集菌瓶63中的含菌过滤液中的细菌64会被浓缩膜33截留在集菌瓶63内，滤液则会通过集菌瓶底部管道41流入驻液瓶52中。

（5）MCU控制系统采集液位传感器56的输出信号，判断驻液瓶52中的液位是否达到阈值。如果未达到阈值，则MCU控制系统继续采集液位传感器56的输出信号，直到达到阈值为止。如果达到阈值，MCU控制系统则关闭第一电磁阀13、第五电磁阀40、第七电磁阀48及真空泵53，并打开第二电磁阀14，将含菌液通过滤液出口管道12下侧支路流入储液罐16。

（6）MCU控制系统开启数控恒流源25并使其输出恒定交流电流I，MCU采样接口28采集正电极丝32和负电极丝42之间含菌液的电压，利用MCU控制系统计算出正电极丝32和负电极丝42之间含菌液的阻抗值为，并传送至上位机。然后，MCU控制系统关闭数控恒流源25，同时打开第八电磁阀51将驻液瓶52中的液体排出，MCU控制系统启动定时器，直到时间达到为止，关闭第八电磁阀51停止排水。

（7）MCU控制系统关闭第一增压泵3及第二电磁阀14，停止膜过滤。上位机根据阻抗值判断膜损程度：当时，表示膜完好，可继续使用；当时，表示膜轻微破损，可以继续使用；当时，表示膜中度破损，只能使用一段时间；当时，表示膜已经严重破损，需要立即更换，其中。

（8）MCU控制系统打开第四电磁阀39、第六电磁阀43、搅拌风扇45以及第三增压泵49，通过第三增压泵49将无菌液罐38中的无菌液经由集菌瓶底部管道41注入到集菌瓶63中利用搅拌风扇45搅动液体，使附着在浓缩膜33上表面的细菌64迅速脱离后从集菌瓶出水管道17排出到储液罐16中，实现对浓缩膜33的反冲洗。本发明规定清洗时间持续1分钟，MCU控制系统开启定时器，如果清洗时间到，则MCU控制系统关闭第四电磁阀39、第六电磁阀43、搅拌风扇45以及第三增压泵49，停止反冲洗。

（9）反冲洗结束后，MCU控制系统打开第三电磁阀36、第二增压泵37、第五电磁阀40、第七电磁阀48及真空泵53，利用第二增压泵37 将无菌液注入到集菌瓶63中，为了保持检测条件的一致性，规定由第二增压泵37将无菌液注入到集菌瓶63中的流速也为。同时，MCU控制系统采集液位传感器56的输出信号，判断驻液瓶52中的液位是否达到阈值。如果未达到阈值，则MCU控制系统继续采集液位传感器56的输出信号，直到达到阈值为止。如果达到阈值，MCU控制系统则关闭第三电磁阀36、第二增压泵37、第五电磁阀40、第七电磁阀48及真空泵53。

（10）MCU采样接口28采集正电极丝32和负电极丝42之间液体的电压，利用MCU控制系统计算出正电极丝32和负电极丝42之间液体的阻抗值为，判断是否与相等。如果，则表示清洗不干净，即集菌瓶63中仍然存在细菌，此时清洗次数m累加1后判断m是否为3。如果，表示清洗3次仍未洗干净，需要更换浓缩膜33。否则继续重复上述步骤8~10。如果，则表示集菌瓶63中不存在细菌，已经清洗干净，则清洗结束，此时MCU控制系统打开第八电磁阀51与第六电磁阀43将驻液瓶52及集菌瓶63中的液体排出，并启动定时器，直到时间达到为止，关闭第八电磁阀51与第六电磁阀43停止排水，整个检测过程结束。

Claims (8)

1.一种平板膜组件膜损检测装置，包含原液罐（1），原液罐（1）经第一增压泵 （3）连接平板膜组件入口（6），其特征是：平板膜组件出口（11）连接原液罐（1），平板膜组件的平板膜滤液出口（10）经两路分支管道引出，第一路分支管道上装有第一电磁阀（13）且连接细菌浓度检测装置（18），细菌浓度检测装置（18）下方是储液罐（16），细菌浓度检测装置（18）底部由集菌瓶出水管道（17）和驻液瓶排液通道（60）引出伸入储液罐（16）中，第二路分支管道上装有第二电磁阀（14）且伸入储液罐（16）中；所述细菌浓度检测装置（18）包括集菌瓶（63）、驻液瓶（52）和无菌液罐（38）；集菌瓶（63）左侧上端与所述第一路分支管道连接；集菌瓶（63）内腔中有支撑网（34）、浓缩膜（33），正电极棒（31）、负电极棒（44）、L型的正电极丝（32）与L型的负电极丝（42）；集菌瓶（63）内腔最底部是支撑网（34），支撑网（34）上层贴附浓缩膜（33），集菌瓶（63）内部的左右两侧壁分别垂直布置有底部均固定压在浓缩膜（33）上表面的正电极棒（31）与负电极棒（44），正电极棒（31）与负电极棒（44）分别与位于集菌瓶（63）外部的数控恒流源（25）的正、负极连接，负电极丝（42）底部贴附在浓缩膜（33）上表面，正电极丝（32）的水平部分有间隙地位于负电极丝（42）的水平部分的正上方，正电极丝（32）与负电极丝（42）的直部分均向上伸出至集菌瓶（63）顶部之外且经MCU采样接口（28）连接MCU控制系统；集菌瓶（63）右侧底部且位于浓缩膜（33）处设有集菌瓶排液口（59），集菌瓶排液口（59）经第六电磁阀（43）连接所述集菌瓶出水管道（17）；集菌瓶（63）底部正中心连接于倒T型集菌瓶底部管道（41）上端，集菌瓶底部管道（41）底部右端经第五电磁阀（40）连接驻液瓶（52），驻液瓶密封塞（54）内部有液位传感器（56），驻液瓶（52）右侧上部设有驻液瓶抽气口（50），驻液瓶抽气口（50）经第七电磁阀（48）与真空泵（53）连接；驻液瓶（52）右侧底部设有所述驻液瓶排液通道（60），驻液瓶排液通道（60）上设有第八电磁阀（51）；集菌瓶底部管道（41）底部左端依次串联有第四电磁阀（39）、第三增压泵（49）、无菌液罐（38）、第二增压泵（37）、第三电磁阀（36）、集菌瓶（63）；所述MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接液位传感器（56）、数控恒流源（25）、真空泵（53）、三个所述增压泵和八个所述电磁阀。

2.根据权利要求1所述平板膜组件膜损检测装置，其特征是：集菌瓶（63）的中心轴处装有搅拌风扇连接杆（46），搅拌风扇连接杆（46）上端插入集菌瓶密封塞（30）下侧正中心处、下端连接搅拌风扇（4），搅拌风扇（4）连接于MCU控制系统。

3.根据权利要求1所述平板膜组件膜损检测装置，其特征是：原液罐（1）右侧底部设有原液罐排液口（23），原液罐排液口（23）左侧设有手动阀门（22）。

4.根据权利要求1所述平板膜组件膜损检测装置，其特征是：集菌瓶（63）上端设有封住集菌瓶（63）开口的集菌瓶密封塞（30），集菌瓶密封塞（30）上表面中心处设有集菌瓶密封塞拉手（29）；驻液瓶（52）的开口处设有驻液瓶密封塞（54）及驻液瓶密封塞拉手（55）。

5.一种如权利要求1所述平板膜组件膜损检测装置的膜损检测方法，其特征是包括以下步骤；

A、向原液罐（1）中注入无菌液，MCU控制系统开启第一增压泵（3）、第五电磁阀（40）、第七电磁阀（48）、第一电磁阀（13）及真空泵（53），无菌液进入平板膜组件入口（6）并从平板膜滤液出口（10）流出后流向集菌瓶（63），再通过集菌瓶底部管道（41）流入驻液瓶（52）中；

B、MCU控制系统采集液位传感器（56）的输出信号，判断驻液瓶（52）中的液位是否达到预先设置的液位阈值，如果未达到阈值，MCU控制系统则关闭第一电磁阀（13）、第五电磁阀（40）、第七电磁阀（48）及真空泵（53），并打开第二电磁阀（14），使无菌液流入储液罐（16）中；

C、MCU控制系统开启数控恒流源（25）并使其输出恒定交流电流I，采集正电极丝（32）和负电极丝（42）之间无菌液的电压                                                ，计算出正电极丝（32）和负电极丝（42）之间无菌液的阻抗值，然后MCU控制系统关闭数控恒流源（25），同时打开第八电磁阀（51）与第六电磁阀（43）将驻液瓶（52）与集菌瓶（63）中的液体排出；

D、向原液罐（1）中加入细菌，MCU控制系统开启第五电磁阀（40）、第七电磁阀（48）、第一电磁阀（13）及真空泵（53），并关闭第二电磁阀（14），含菌液进入平板膜组件入口（6），未能透过膜孔的浓缩液从平板膜组件出口（11）流出并返回原液罐（1）进行再次过滤，透过膜孔的滤液从平板膜滤液出口（10）流出后流向集菌瓶（63）中，细菌被浓缩膜（33）截留在集菌瓶（63）内，滤液则通过集菌瓶底部管道（41）流入驻液瓶（52）中；

E、MCU控制系统采集液位传感器（56）的输出信号，判断驻液瓶（52）中的液位是否达到阈值，如果未达到阈值，MCU控制系统则关闭第一电磁阀（13）、第五电磁阀（40）、第七电磁阀（48）及真空泵（53），并打开第二电磁阀（14），含菌液流入储液罐（16）；

 F、MCU控制系统开启数控恒流源（25）并使其输出恒定交流电流，采集正电极丝（32）和负电极丝（42）之间含菌液的电压，计算出正电极丝（32）和负电极丝（42）之间含菌液的阻抗值，然后关闭数控恒流源（25），同时打开第八电磁阀（51）将驻液瓶（52）中的液体排出；

G、MCU控制系统关闭第一增压泵（3）及第二电磁阀（14），停止膜过滤；当时，表示膜完好可继续使用；当时，表示膜轻微破损可以继续使用；当时，表示膜中度破损只能使用一段时间；当时，表示膜已经严重破损需立即更换，。

6.根据如权利要求5所述的膜损检测方法，其特征是；在步骤G完成之后，MCU控制系统打开第四电磁阀（39）、第六电磁阀（43）、搅拌风扇（45）以及第三增压泵（49），无菌液罐（38）中的无菌液经由集菌瓶底部管道（41）注入到集菌瓶（63）中，附着在浓缩膜（33）上表面的细菌从集菌瓶出水管道（17）排出到储液罐（16）中对浓缩膜（33）反冲洗。

7.根据如权利要求6所述的膜损检测方法，其特征是；反冲洗结束后，MCU控制系统打开第三电磁阀（36）、第二增压泵（37）、第五电磁阀（40）、第七电磁阀（48）及真空泵（53，）将无菌液注入到集菌瓶（63）中，同时MCU控制系统采集液位传感器（56）的输出信号，判断驻液瓶（52）中的液位是否达到阈值，如果未达到阈值则MCU控制系统继续采集液位传感器（56）的输出信号，直到达到阈值为止，MCU控制系统则关闭第三电磁阀（36）、第二增压泵（37）、第五电磁阀（40）、第七电磁阀（48）及真空泵（53）。

8.根据如权利要求7所述的膜损检测方法，其特征是；MCU采样接口（28）采集正电极丝（32）和负电极丝（42）之间液体的电压，计算出正电极丝（32）和负电极丝（42）之间液体的阻抗值，判断是否与相等，如果，则表示反冲洗不干净，此时清洗次数m累加1后判断m是否为3，如果，表示清洗3次仍未洗干净，需要更换浓缩膜（33）；如果，则表示集菌瓶（63）中不存在细菌，反冲洗干净；MCU控制系统打开第八电磁阀（51）与第六电磁阀（43）将驻液瓶（52）及集菌瓶（63）中的液体排出。