CN105642124A - 浸入式超滤膜堆的离线清洗方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种浸入式超滤膜堆的离线清洗方法。本发明分别通过酸洗、碱洗和反冲洗对超滤膜堆进行离线清洗，能简化在线膜池的管路系统；在清洗的过程中采超声波处理，清洗效果好；通过控制器、机械手和超声波单元自动完成超滤膜堆的清洗过程，清洗过程的控制准确性好、清洗效率高。

Description

浸入式超滤膜堆的离线清洗方法

技术领域

本发明涉及给水和废水处理与净化的膜技术领域，尤其涉及浸入式超滤膜堆的离线清洗方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择透过性能来分离、提纯和浓缩目的产物的新型分离技术。应用膜分离技术时，物料中的微粒、胶体离子或溶质大分子与膜存在物理化学作用或机械作用，从而在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，出现膜污染，导致膜的分离性能减弱，使用寿命缩短。在膜过滤运行过程中，膜通量随运行时间的延长而降低，跨膜压差逐步升高。膜污染必须通过清洗来消除，因此清洗方法的研究成为膜分离技术应用中的一个热点。

膜清洗包括物理清洗、化学清洗和生物清洗，物理清洗借助于机械力、声波、热力、光等手段清除杂质，使膜的分离性得到恢复；生物清洗利用微生物分解膜上的污染物，但是容易引起膜发生劣化；化学清洗借助于化学药剂的反应、溶解、乳化、分散、吸附作用清除膜污染。一旦料液与膜接触，膜的污染就开始。当污染发展到由反冲洗、维护清洗不能恢复其性能时，系统就无法正常运行，常规的方法时采用化学清洗剂进行清洗。

化学清洗通常分为在线化学清洗和离线化学清洗两类。在线化学清洗通常在膜池的膜组件单元内部进行。这种方法是将指定浓度的化学药剂、通常是将一定浓度的酸和碱分别添加到膜池中，通过一定时间的浸泡来去除膜污染，恢复膜压差和通量。当浸没周期完成后，膜池中的膜组件还需用净水冲刷来去除残留的清洗液。这个过程也许会重复使用不同的清洗液来去除不同污染物，直到膜成功地清洗干净。这种在线清洗方式对原有的膜净水设施和系统会构成影响，对膜池的抗酸碱腐蚀的能力要求较高，尤其是在大系统的膜池结构中，膜池在线化学清洗产生的清洗废水难以及时处理，废水放空返回到前段处理设施也会影响前端处理的运行效果，而且恢复性化学清洗不是连续进行，通常是一周到一个月进行，这样产生的废水不连续而且量大，对相应的水处理系统冲击负荷较大，同时化学药剂用量也较大，化学清洗液重复利用率低，维护和清洗成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种操作简单、维护方便的浸入式超滤膜堆的离线清洗方法。

根据本发明的浸入式超滤膜堆的离线清洗方法，包括：

S1、控制器根据采集的超滤膜堆初始膜通量J₁和酸洗池中的酸溶液浓度c₁确定酸处理时间t₁，然后向机械手和超声单元发送酸处理信号；机械手根据酸处理信号将超滤膜堆置于酸洗池中进行酸洗，超声单元根据酸处理信号对超滤膜堆进行超声波处理；酸洗结束后控制器向机械手和超声单元发送第一终止信号，机械手根据第一终止信号将超滤膜堆从酸洗池中取出，超声单元根据第一终止信号停止超声波处理；

S2、控制器根据采集的酸处理后的超滤膜堆膜通量J₂和碱洗池中的碱溶液浓度c₂确定碱处理时间t₂，然后向机械手和超声单元发送碱处理信号；机械手根据碱处理信号将超滤膜堆置于碱洗池中碱洗，超声单元根据碱处理信号对碱溶液进行超声波处理；碱洗结束后控制器向机械手和超声单元发送第二终止信号，机械手根据第二终止信号将超滤膜堆从碱洗池中取出兵放入水洗池中，超声单元根据第二终止信号停止超声波处理；

S3、控制器向反冲洗单元、超声单元和膜通量检测单元发送反冲洗信号；反冲洗单元根据反冲洗信号对水洗池中的超滤膜堆进行反冲洗，超声单元根据反冲洗信号对水洗池中的溶液进行超声波处理；膜通量检测单元接收到反冲洗信号之后实时检测超滤膜堆的进水量、排出水量和排出水pH，并将检测到的数据发送至控制器；

S4、控制器根据超滤膜堆的进水量、出水量和超滤膜堆的有效面积确定超滤膜堆的膜通量，当超滤膜堆的膜通量不小于预设的膜通量阈值J₀、并且排出水pH为7.5～8.5时，控制反冲洗单元和超声单元关闭。

优选地，按照如下关系式确定酸处理时间t₁：

$t_1=\mathrm{\η}\×\frac{J_0^2-J_1}{J_0+2}\×(1+e^{-A})$

式中，η为酸处理时间换算系数，η＝0.40～1.60，并且当酸溶液为HCl或HNO₃溶液时η＝1.0，当酸溶液为H₂SO₄溶液时η＝0.65；A为超滤膜堆的有效面积，单位为：m²。

优选地，按照如下关系式确定碱处理时间t₂：

$t_2=\mathrm{\λ}\×\frac{J_0^2-J_2}{J_0+2}\×(1+e^{-A})$

式中，λ为碱处理时间换算系数，λ＝0.40～1.60，并且当碱溶液为NaOH或KOH溶液时η＝0.92；A为超滤膜堆的有效面积，单位为：m²。

优选地，酸处理信号包括：对酸溶液中超滤膜堆进行超声波处理的第一超声波功率；步骤S1中向机械手和超声单元发送酸处理信号之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类、初始膜通量J₁和酸洗池中的酸溶液浓度，确定第一超声波功率P₁；和/或，

碱处理信号包括：对碱溶液中超滤膜堆进行超声波处理的第二超声波功率；步骤S2中向机械手和超声单元发送碱处理信号之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类、酸处理后的超滤膜堆膜通量J₂和碱溶液浓度，确定第二超声波功率P₂；和/或，

反冲洗信号包括：对水洗池中超滤膜堆进行超声波处理的第三超声波功率；步骤S3之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类和酸处理后的超滤膜堆膜通量J₃，确定第三超声波功率P₃。

优选地，按照如下关系式确定第一超声波功率P₁、第二超声波功率P₂和第三超声波功率P₃：

$P_1=\frac{f\×(J_0-J_1)\×A}{t_1^2+2}\×e^A$

$P_2=\frac{f\×(J_0-J_2)\×A}{t_2^2+2}\×e^{0.75A}$

$P_3=f\×(J_0-J_3)\×A\×e^A\×floor(\frac{J_3}{J_0}+1.24)$

式中，f为超声波频率，单位为：MHz。

优选地，步骤S1进一步包括：

实时检测酸溶液的当前pH，确定酸溶液的当前pH与酸溶液初始pH之间的第一变化量ΔpH₁；

根据第一超声波功率和第一变化量ΔpH₁，确定与酸溶液的当前pH对应的第一实时超声波功率P₁′；

将超声波单元的功率调整至第一实时超声波功率P₁′。

优选地，步骤S2进一步包括：

实时检测碱溶液的当前pH，确定碱溶液的当前pH与碱溶液初始pH之间的第二变化量ΔpH₂；

根据第二超声波功率和第二变化量ΔpH₂，确定与碱溶液的当前pH对应的第二实时超声波功率P₂′；

将超声波单元的功率调整至第二实时超声波功率P₂′。

优选地，按照如下关系式确定第一实时超声波功率和第二实时超声波功率P₃：

$\begin{array}{cc}{P}_1^{\′}=P_1+P_1\×\frac{{\mathrm{\ΔpH}}_1}{{\mathrm{pH}}_1+1}\×e^{{\mathrm{\ΔpH}}_1}& P_2^{\′}=P_2+P_2\end{array}\×\frac{{\mathrm{\ΔpH}}_2}{{\mathrm{pH}}_2+1}\×e^{{\mathrm{\ΔpH}}_2}$

式中，pH₁为酸溶液初始pH，pH₂为碱溶液初始pH。

优选地，步骤S1之后进一步包括：实时监测酸洗池的污染物浓度；当酸洗池中的污染物浓度大于预设的酸洗池污染物浓度阈值时，将酸洗池中的酸溶液排出至中和池，向酸洗池中加入重新配制的酸溶液；

步骤S2之后进一步包括：实时监测碱洗池中的污染物浓度；当碱洗池中的污染物浓度大于预设的碱洗池污染物浓度阈值时，将碱洗池中的碱溶液排出至中和池，向碱洗池中加入重新配制的碱溶液。

优选地，其中，

步骤S1之后进一步包括：实时监测酸洗池的pH；当酸洗池的pH大于预设的酸洗池pH阈值时，将酸洗池中的酸溶液排出至中和池，向酸洗池中加入重新配制的酸溶液；

步骤S2之后进一步包括：实时监测碱洗池的pH；当碱洗池的pH小于预设的碱洗池pH阈值时，将碱洗池中的碱溶液排出至中和池，向碱洗池中加入重新配制的碱溶液。

根据本发明的浸入式超滤膜堆的离线清洗方法，明具有以下优点：

(1)离线清洗方式大为简化了在线膜池的管路系统，省却了膜池池体防化学清洗液腐蚀的措施，节省建设费用。同时，消除了在线化学清洗产生污染的可能性。

(2)通过控制器、机械手和超声波单元自动完成超滤膜堆的清洗过程，清洗过程的控制准确性好、清洗效率高。

(2)采用超声波与化学药剂同时清洗，清洗效果好、清洗时间短，能够提高化学清洗设备的使用率，减少建设费用。

(3)酸洗池、碱洗池中的溶液可以循环使用，能够提高化学药剂的利用率，降低化学药剂的使用量，降低离线清洗的成本。同时，由于所用的化学药剂更少，也能够减少离线清洗对环境产生的污染。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是示出根据本发明的浸入式超滤膜堆的离线清洗系统的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

本发明分别通过酸洗、碱洗和反冲洗对超滤膜堆进行离线清洗，能简化在线膜池的管路系统；在清洗的过程中采超声波处理，清洗效果好；通过控制器、机械手和超声波单元自动完成超滤膜堆的清洗过程，清洗过程的控制准确性好、清洗效率高。

根据本发明的浸入式超滤膜堆的离线清洗方法采用如图1所示的系统。如图1所示，根据本发明的离线清洗系统包括：酸洗池20、碱洗池30、反冲洗单元、机械手(图中未示出)和控制器(图中未示出)。在控制器控制下，机械手首先将超滤膜堆10置于酸洗池20中进行酸洗，酸洗的过程中通过第一超声单元22进行超声波处理；在酸洗池中处理完毕后，机械手将超滤膜堆10从酸洗池20中取出并放置在碱洗池30中，通过碱洗池30中的碱溶液对超滤膜堆10进行碱洗，碱洗过程中通过第二超声单元32进行超声波处理。在碱洗池中处理完毕后，机械手将超滤膜堆10从碱洗池30中取出，控制器控制反冲洗单元对超滤膜堆10进行反冲洗。反冲洗单元包括水洗池40、清水罐41和水洗调节阀49。在碱洗池中处理完毕后，机械手将超滤膜堆10从碱洗池30中取出并放置在水洗池40中，打开水洗调节阀49以及设置在水洗池40和清水罐41之间的水洗泵(图中未示出)之后即可对水洗池40中的超滤膜堆10进行反冲洗，反冲洗过程中通过第三超声单元42进行超声波处理。

酸洗池20中的酸溶液可以人工加入，根据本发明的优选实施例，离线清洗系统还包括酸液存储罐21，用于储存预先配置的酸溶液。当需要向酸洗池20中加入酸溶液时，可以打开酸洗池20与酸液存储罐21之间的加酸管路为酸洗池20添加酸溶液，例如：在酸洗池20中设置传感器(图中未示出)，该传感器实时监测酸洗池20中的液位并发送给控制器，当酸洗池20中酸溶液液位低于预设的液位阈值时，控制器控制酸洗池20与酸液存储罐21之间的加酸管路打开，为酸洗池20添加酸溶液，当酸洗池20中酸溶液液位达到预设的液位阈值时，控制器控制酸洗池20与酸液存储罐21之间的加酸管路关闭，停止为酸洗池20添加酸溶液。进一步优选地，酸液存储罐21可以设置传感器以实时检测酸液存储罐21的液位并发送给控制器，当酸液存储罐中的液位低于预设的液位阈值时，控制器发出酸液存储罐液位提示，便于操作者根据该操作提示为酸液存储罐21添加酸溶液。当然，离线清洗系统还可以设置酸液调配单元(图中未示出)，当酸液存储罐21中的液位低于预设的液位阈值时，控制器控制酸液调配单元配置酸溶液、并向酸液存储罐21中添加酸溶液，直至酸液存储罐21中的液位达到预设的液位值。

酸洗池20中的酸溶液可以反复利用，在使用过程中超滤膜堆10中的污染物不断溶出至酸溶液中，使得酸溶液中污染物的浓度不断增加。当酸溶液中污染物浓度过高时，其对超滤膜堆10的去污效果会降低，此外，污染物浓度过高的酸溶液也有可能给超滤膜堆10带来二次污染。为了防止这种现象的发生，同时也为了便于酸洗池中酸溶液的排出，可以在酸洗池20的底部设置酸洗池排出阀23。

碱洗池30中的酸溶液可以人工加入，根据本发明的优选实施例，离线清洗系统还包括碱液存储罐31，用于储存预先配置的碱溶液。当需要向碱洗池30中加入碱溶液时，可以打开碱洗池30与碱液存储罐31之间加碱管路上的碱洗调节阀为碱洗池30添加碱溶液，例如：在碱洗池30中设置传感器(图中未示出)，该传感器实时监测碱洗池30中的液位并发送给控制器，当碱洗池30中碱溶液液位低于预设的液位阈值时，控制器控制碱洗池30与碱液存储罐31之间的加碱管路打开，为碱洗池30添加碱溶液，当碱洗池30中碱溶液液位达到预设的液位阈值时，控制器控制碱洗池30与碱液存储罐31之间的加碱管路关闭，停止为碱洗池30添加碱溶液。进一步优选地，碱液存储罐31可以设置传感器以实时检测碱液存储罐31的液位并发送给控制器，当碱液存储罐中的液位低于预设的液位阈值时，控制器发出碱液存储罐液位提示，便于操作者根据该操作提示为碱液存储罐31添加碱溶液。当然，离线清洗系统还可以设置碱液调配单元(图中未示出)，当碱液存储罐31中的液位低于预设的液位阈值时，控制器控制碱液调配单元配置碱溶液、并向碱液存储罐31中添加碱溶液，直至碱液存储罐31中的液位达到预设的液位值。

碱洗池30中的碱溶液可以反复利用，在使用过程中超滤膜堆10中的污染物不断溶出至碱溶液中，使得碱溶液中污染物的浓度不断增加。当碱溶液中污染物浓度过高时，其对超滤膜堆10的去污效果会降低，此外，污染物浓度过高的碱溶液也有可能给超滤膜堆10带来二次污染。为了防止这种现象的发生，同时也为了便于碱洗池中碱溶液的排出，可以在碱洗池30的底部设置碱洗池排出阀33。

反冲洗过程中，超滤膜堆10中的污染物以及从酸洗池20和碱洗池30中带入的杂质离子不断溶入水洗池40中，使得水洗池40中污染物和杂质离子的浓度不断增加，影响反冲洗的效果。为了防止这种现象的发生，同时也为了便于水洗池40中溶液的排出，可以在水洗池40的底部设置水洗池排出阀410。

为了收集从酸洗池20、碱洗池30和水洗池40中排出的溶液，优选地，离线清洗系统中可以设置有中和池60。一方面，从酸洗池20、碱洗池30和水洗池40中排出的液体回流至中和池60后，在中和池60中进行统一处理，能够防止直接排放至环境中带来的污染；另一方面，也可以对中和池60中的溶液回收利用，提高污水利用效率。中和池60中的液体可以根据清洗系统的排水量定期处理。

根据本发明的离线清洗系统还可以包括贮存池50，清洗完毕的超滤膜堆10放入贮存池50中备用。

在离线冲洗过程中，由于操作不当，超滤膜堆10的完整性有时候会被破坏，导致其无法使用。为了防止将损坏的超滤膜堆10投入使用，离线清洗系统可以在反冲洗单元之后设置完整性检测单元，经完整性检测合格的超滤膜堆10方可投入使用或者置于贮存池50中备用。根据本发明的优选实施例，完整性检测单元包括：空压机43、进气阀44、压力调节阀48、空气流量计47、压力表46、截止阀45，反冲洗结束后关闭清水罐41与水洗池40之间的加水管路和水洗池排出阀410，打开空压机43开始充气，通过进气阀44和压力调节阀48调节空气量和压力，通过压力表46和空气流量计47来表征空气量和压力。在压力大于0.1MPa条件下观察压力表46在5分钟～10分钟的压力衰减情况，并基于此判定超滤膜堆10的完整性。

根据本发明的另一个方面，提供了浸入式超滤膜堆的离线清洗方法，包括：

S1、控制器根据采集的超滤膜堆初始膜通量J₁和酸洗池中的酸溶液浓度c₁确定酸处理时间t₁，然后向机械手和超声单元发送酸处理信号；机械手根据酸处理信号将超滤膜堆置于酸洗池中进行酸洗，超声单元根据酸处理信号对超滤膜堆进行超声波处理；酸洗结束后控制器向机械手和超声单元发送第一终止信号，机械手根据第一终止信号将超滤膜堆从酸洗池中取出，超声单元根据第一终止信号停止超声波处理。

在一定范围内，酸处理时间越长，超滤膜堆10中污染物的去除效果越好；当酸处理时间达到一定程度后，继续增加酸处理时间，污染物的去除效果增加不明显，但是离线清洗的周期会变长，降低了离线清洗的效率。此外，超滤膜堆10的初始膜通量J₁越小，表明超滤膜堆10的污染程度越高，所需的酸处理时间越长。为了提高酸处理过程的去污效果、并在保证酸处理效果的基础上尽量缩短酸处理时间，根据本发明的优选实施例，按照如下关系式确定酸处理时间t₁：

$t_1=\mathrm{\η}\×\frac{J_0^2-J_1}{J_0+2}\×(1+e^{-A})$

式中，η为酸处理时间换算系数，η＝0.40～1.60，并且当酸溶液为HCl时η＝1.0，当酸溶液为柠檬酸溶液时η＝0.65；A为超滤膜堆的有效面积，单位为：m²。

S2、控制器根据采集的酸处理后的超滤膜堆膜通量J₂和碱洗池中的碱溶液浓度c₂确定碱处理时间t₂，然后向机械手和超声单元发送碱处理信号；机械手根据碱处理信号将超滤膜堆置于碱洗池中进行碱洗，超声单元根据碱处理信号对超滤膜堆进行超声波处理；碱洗结束后控制器向机械手和超声单元发送第二终止信号，机械手根据第二终止信号将超滤膜堆从碱洗池中取出并放入水洗池中，超声单元根据第二终止信号停止超声波处理。

在一定范围内，碱处理时间越长，超滤膜堆10中污染物的去除效果越好；当碱处理时间达到一定程度后，继续增加碱处理时间，污染物的去除效果增加不明显，但是离线清洗的周期会变长，降低了离线清洗的效率。此外，酸处理结束后超滤膜堆10的膜通量J₂越小，表明超滤膜堆10的污染程度越高，所需的碱处理时间越长。为了提高碱处理过程的去污效果、并在保证碱处理效果的基础上尽量缩短碱处理时间，根据本发明的优选实施例，按照如下关系式确定碱处理时间t₂：

$t_2=\mathrm{\λ}\×\frac{J_0^2-J_2}{J_0+2}\×(1+e^{-A})$

式中，λ为碱处理时间换算系数，λ＝0.40～1.60，并且当碱溶液为NaOH或KOH溶液时η＝0.92；A为超滤膜堆的有效面积，单位为：m²。

S3、控制器向反冲洗单元、超声单元和膜通量检测单元发送反冲洗信号；反冲洗单元根据反冲洗信号对水洗池中的超滤膜堆进行反冲洗，超声单元根据反冲洗信号对水洗池中的超滤膜进行超声波处理；膜通量检测单元接收到反冲洗信号之后实时检测超滤膜堆的进水量、排出水量和排出水pH，并将检测到的数据发送至控制器。

S4、控制器根据超滤膜堆的进水量、出水量和超滤膜堆的有效面积确定超滤膜堆的膜通量，当超滤膜堆的膜通量不小于预设的膜通量阈值J₀、并且排出水pH为7.5～8.5时，控制反冲洗单元和超声单元关闭。

本发明在酸处理、碱处理以及反冲洗过程中采用超声波处理，在超声波的空穴作用下，超滤膜堆10上的污染物不断释放并溶入溶液中，清洗效果好、清洗时间短，能够提高化学清洗设备的使用率，减少建设费用。超声波的功率越大，这种空穴作用越大，清洗时间短，但是能耗越高。为了在保证超声波处理效果的同时尽量降低超声波能耗，可以根据超滤膜堆的污染物种类、膜通量和酸溶液或碱溶液浓度，确定超声波的功率。根据本发明的优选实施例，酸处理信号包括：对酸溶液进行超声波处理的第一超声波功率；步骤S1中向机械手和超声单元发送酸处理信号之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类、初始膜通量J₁和酸洗池中的酸溶液浓度，确定对酸洗池中超滤膜堆进行超声波处理的第一超声波功率P₁；和/或，碱处理信号包括：对碱溶液中超滤膜堆进行超声波处理的第二超声波功率；步骤S2中向机械手和超声单元发送碱处理信号之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类、酸处理后的超滤膜堆膜通量J₂和碱溶液浓度，确定第二超声波功率P₂；和/或，反冲洗信号包括：对水洗池中的超滤膜堆进行超声波处理的第三超声波功率；步骤S3之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类和酸处理后的超滤膜堆膜通量J₃，确定第三超声波功率P₃。

优选地，按照如下关系式确定第一超声波功率P₁、第二超声波功率P₂和第三超声波功率P₃：

$P_1=\frac{f\×(J_0-J_1)\×A}{t_1^2+2}\×e^A$

$P_2=\frac{f\×(J_0-J_2)\×A}{t_2^2+2}\×e^{0.75A}$

$P_3=f\×(J_0-J_3)\×A\×e^A\×floor(\frac{J_3}{J_0}+1.24)$

式中，f为超声波频率，单位为：MHz。

在酸处理过程中，随着浸泡时间的延长，超滤膜堆10上的污染物不断释放至酸溶液中，使得酸溶液的pH发生改变。酸溶液的pH不同，对污染物的去除效果也不同，酸溶液pH的改变也影响超声波的去污效果，为了保证酸处理过程的去污效果，可以根据酸溶液的pH实时调整超声波的功率。根据本发明的优选实施例，步骤S1进一步包括：

实时检测酸溶液的当前pH，确定酸溶液的当前pH与酸溶液初始pH之间的第一变化量ΔpH₁；

根据第一超声波功率和第一变化量ΔpH₁，确定与酸溶液的当前pH对应的第一实时超声波功率P₁′；

将超声波单元的功率调整至第一实时超声波功率P₁′。

在碱处理过程中，随着浸泡时间的延长，超滤膜堆10上的污染物不断释放至碱溶液中，使得碱溶液的pH发生改变。碱溶液的pH不同，对污染物的去除效果也不同，碱溶液pH的改变也影响超声波的去污效果，为了保证碱处理过程的去污效果，可以根据碱溶液的pH实时调整超声波的功率。根据本发明的优选实施例，步骤S2进一步包括：

实时检测碱溶液的当前pH，确定碱溶液的当前pH与碱溶液初始pH之间的第二变化量ΔpH₂；

根据第二超声波功率和第二变化量ΔpH₂，确定与碱溶液的当前pH对应的第二实时超声波功率P₂′；

将超声波单元的功率调整至第二实时超声波功率P₂′。

优选地，按照如下关系式确定第一实时超声波功率和第二实时超声波功率P₃：

$\begin{array}{cc}{P}_1^{\′}=P_1+P_1\×\frac{{\mathrm{\ΔpH}}_1}{{\mathrm{pH}}_1+1}\×e^{{\mathrm{\ΔpH}}_1}& P_2^{\′}=P_2+P_2\end{array}\×\frac{{\mathrm{\ΔpH}}_2}{{\mathrm{pH}}_2+1}\×e^{{\mathrm{\ΔpH}}_2}$

式中，pH₁为酸溶液初始pH，pH₂为碱溶液初始pH。

酸洗池中的酸溶液、碱洗池中的碱溶液可以反复利用，在离线清洗过程中超滤膜堆10中的污染物不断溶出至酸溶液和碱溶液中，使得酸溶液和碱溶液中污染物的浓度不断增加，pH也会发生改变。当酸溶液和碱溶液中污染物浓度过高时，其对超滤膜堆10的去污效果会降低，此外，污染物浓度过高的酸溶液和碱溶液也有可能给超滤膜堆10带来二次污染。为了防止这种现象的发生，根据本发明的一个优选实施例，

步骤S1之后进一步包括：实时监测酸洗池的污染物浓度；当酸洗池中的污染物浓度大于预设的酸洗池污染物浓度阈值时，将酸洗池中的酸溶液排出至中和池，向酸洗池中加入重新配制的酸溶液；

步骤S2之后进一步包括：实时监测碱洗池中的污染物浓度；当碱洗池中的污染物浓度大于预设的碱洗池污染物浓度阈值时，将碱洗池中的碱溶液排出至中和池，向碱洗池中加入重新配制的碱溶液。

根据本发明的另一个优选实施例，步骤S1之后进一步包括：实时监测酸洗池的pH；当酸洗池的pH大于预设的酸洗池pH阈值时，将酸洗池中的酸溶液排出至中和池，向酸洗池中加入重新配制的酸溶液；

步骤S2之后进一步包括：实时监测碱洗池的pH；当碱洗池的pH小于预设的碱洗池pH阈值时，将碱洗池中的碱溶液排出至中和池，向碱洗池中加入重新配制的碱溶液。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (10)

1.一种浸入式超滤膜堆的离线清洗方法，其特征在于包括：

S1、控制器根据采集的超滤膜堆初始膜通量J₁和酸洗池中的酸溶液浓度c₁确定酸处理时间t₁，然后向机械手和超声单元发送酸处理信号；机械手根据酸处理信号将超滤膜堆置于酸洗池中进行酸洗，超声单元根据酸处理信号对超滤膜堆进行超声波处理；酸洗结束后控制器向机械手和超声单元发送第一终止信号，机械手根据第一终止信号将超滤膜堆从酸洗池中取出，超声单元根据第一终止信号停止超声波处理；

S2、控制器根据采集的酸处理后的超滤膜堆膜通量J₂和碱洗池中的碱溶液浓度c₂确定碱处理时间t₂，然后向机械手和超声单元发送碱处理信号；机械手根据碱处理信号将超滤膜堆置于碱洗池中进行碱洗，超声单元根据碱处理信号对超滤膜堆进行超声波处理；碱洗结束后控制器向机械手和超声单元发送第二终止信号，机械手根据第二终止信号将超滤膜堆从碱洗池中取出并放入水洗池中，超声单元根据第二终止信号停止超声波处理；

S3、控制器向反冲洗单元、超声单元和膜通量检测单元发送反冲洗信号；反冲洗单元根据反冲洗信号对水洗池中的超滤膜堆进行反冲洗，超声单元根据反冲洗信号对水洗池中的超滤膜堆进行超声波处理；膜通量检测单元接收到反冲洗信号之后实时检测超滤膜堆的进水量、排出水量和排出水pH，并将检测到的数据发送至控制器；

S4、控制器根据超滤膜堆的进水量、出水量和超滤膜堆的有效面积确定超滤膜堆的膜通量，当超滤膜堆的膜通量不小于预设的膜通量阈值J₀、并且排出水pH为7.5～8.5时，控制反冲洗单元和超声单元关闭。

2.如权利要求1所述的离线清洗方法，其中，按照如下关系式确定酸处理时间t₁：

$t_1=\mathrm{\η}\×\frac{J_0^2-J_1}{J_0+2}\×(1+e^{-A})$

式中，η为酸处理时间换算系数，η＝0.40～1.60，并且当酸溶液为HCl时η＝1.0，当酸溶液为柠檬酸溶液时η＝0.65；A为超滤膜堆的有效面积，单位为：m²。

3.如权利要求1所述的离线清洗方法，其中，按照如下关系式确定碱处理时间t₂：

$t_2=\mathrm{\λ}\×\frac{J_0^2-J_2}{J_0+2}\×(1+e^{-A})$

式中，λ为碱处理时间换算系数，λ＝0.40～1.60，并且当碱溶液为NaOH或KOH溶液时η＝0.92；A为超滤膜堆的有效面积，单位为：m²。

4.如权利要求2或3所述的离线清洗方法，其中，酸处理信号包括：对酸洗池中超滤膜堆进行超声波处理的第一超声波功率；步骤S1中向机械手和超声单元发送酸处理信号之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类、初始膜通量J₁和酸洗池中的酸溶液浓度，确定第一超声波功率P₁；和/或，

碱处理信号包括：对碱溶液中超滤膜堆进行超声波处理的第二超声波功率；步骤S2中向机械手和超声单元发送碱处理信号之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类、酸处理后的超滤膜堆膜通量J₂和碱溶液浓度，确定第二超声波功率P₂；和/或，

反冲洗信号包括：对水洗池中的超滤膜堆进行超声波处理的第三超声波功率；步骤S3之前进一步包括：根据超滤膜堆的污染物种类和酸处理后的超滤膜堆膜通量J₃，确定第三超声波功率P₃。

5.如权利要求4所述的离线清洗方法，其中，按照如下关系式确定第一超声波功率P₁、第二超声波功率P₂和第三超声波功率P₃：

$P_1=\frac{f\×(J_0-J_1)\×A}{t_1^2+2}\×e^A$

$P_2=\frac{f\×(J_0-J_2)\×A}{t_2^2+2}\×e^{0.75A}$

$P_3=f\×(J_0-J_3)\×A\×e^A\×floor(\frac{J_3}{J_0}+1.24)$

式中，f为超声波频率，单位为：MHz。

6.如权利要求4所述的离线清洗方法，其中，步骤S1进一步包括：

实时检测酸溶液的当前pH，确定酸溶液的当前pH与酸溶液初始pH之间的第一变化量ΔpH₁；

根据第一超声波功率和第一变化量ΔpH₁，确定与酸溶液的当前pH对应的第一实时超声波功率P′₁；

将超声波单元的功率调整至第一实时超声波功率P′₁。

7.如权利要求6所述的离线清洗方法，其中，步骤S2进一步包括：

实时检测碱溶液的当前pH，确定碱溶液的当前pH与碱溶液初始pH之间的第二变化量ΔpH₂；

根据第二超声波功率和第二变化量ΔpH₂，确定与碱溶液的当前pH对应的第二实时超声波功率P′₂；

将超声波单元的功率调整至第二实时超声波功率P′₂。

8.如权利要求7所述的离线清洗方法，其中，按照如下关系式确定第一实时超声波功率和第二实时超声波功率P₃：

$P_1^{\′}=P_1+P_1\×\frac{{\mathrm{\ΔpH}}_1}{{\mathrm{pH}}_1+1}\×e^{{\mathrm{\ΔpH}}_1}$ $P_2^{\′}=P_2+P_2\×\frac{{\mathrm{\ΔpH}}_2}{{\mathrm{pH}}_2+1}\×e^{{\mathrm{\ΔpH}}_2}$

式中，pH₁为酸溶液初始pH，pH₂为碱溶液初始pH。

9.如权利要求1-3、5-8任一所述的离线清洗方法，其中，

步骤S1之后进一步包括：实时监测酸洗池的污染物浓度；当酸洗池中的污染物浓度大于预设的酸洗池污染物浓度阈值时，将酸洗池中的酸溶液排出至中和池，向酸洗池中加入重新配制的酸溶液；

步骤S2之后进一步包括：实时监测碱洗池中的污染物浓度；当碱洗池中的污染物浓度大于预设的碱洗池污染物浓度阈值时，将碱洗池中的碱溶液排出至中和池，向碱洗池中加入重新配制的碱溶液。

10.如权利要求1-3、5-8任一所述的离线清洗方法，其中，

步骤S1之后进一步包括：实时监测酸洗池的pH；当酸洗池的pH大于预设的酸洗池pH阈值时，将酸洗池中的酸溶液排出至中和池，向酸洗池中加入重新配制的酸溶液；

步骤S2之后进一步包括：实时监测碱洗池的pH；当碱洗池的pH小于预设的碱洗池pH阈值时，将碱洗池中的碱溶液排出至中和池，向碱洗池中加入重新配制的碱溶液。