CN110801735A - 一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置及方法 - Google Patents

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赵河立
徐国荣
徐克�
韩旭
葛云红
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Abstract

本发明公开了一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置及方法，装置包括原水箱，原水箱通过管道依次与原水泵和膜组件连接，膜组件的净水出口通过管道依次与抽吸泵和净水箱连接；净水箱通过管道依次与反洗进料泵和膜组件的下部连接；空气泵通过管道与膜组件的底部连接；加药罐通过管道与反洗进料泵连接，在膜组件从顶部到底部依次设置有n个探头，探头分别通过导线与超声监测及数据分析仪连接。本发明可实现膜清洗与表面污染测试同步化，工艺简单，改性方法简单温和，可用于海水淡化、废水处理领域。本发明具备对临界通量操作条件下膜污染形成及影响因素的同步化、标准化数据整合与分析，为抗污染、长寿命膜材料的研发提供技术支持。

Description

一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置及方法
技术领域
本发明属于膜技术领域，特别涉及一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置及方法。
背景技术
随着经济社会的发展，水资源短缺问题已成为制约经济发展亟待解决的全球性问题之一。膜分离技术以其独特的优势被广泛应用于水处理领域，但在实际运行过程中也遇到了膜污染瓶颈问题，系统产水量下降，运行压力增加，致使膜寿命缩短，严重影响膜分离过程的可靠性和经济性，现已成为限制其在水处理领域进一步推广应用的主要障碍。当前，应用较为广泛的解决方案主要有机械清洗和在线清洗的方法。机械清洗方式通常需要频繁地更换膜组件，之后进行膜清洗与性能测试，然而这种间歇、不连续的清洗及测试往往更加增大了系统运行成本。当前，监测膜污染过程的方法主要是通过膜通量下降或压力上升等数据的变化或对膜进行解剖来获得污染物在膜表面沉积的详细信息，这些方法测得的膜通量及跨膜压差是一种平均值，反映的是膜系统中总体变化，无法判断污染物沉积的实际位置及膜表面实时污染情况，这也造成了在线清洗因缺少实时监测分析手段经常会导致清洗下来的污染物因未及时排出而再次对膜产生二次污染。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置。
本发明的第二个目的是提供一种中空纤维膜污染实时无损监测分析方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置，包括原水箱3，原水箱通过管道依次与原水泵4和膜组件8连接，膜组件的净水出口通过管道依次与抽吸泵2和净水箱1连接；净水箱1通过管道依次与反洗进料泵6和膜组件的下部连接；空气泵7通过管道与膜组件的底部连接；加药罐5通过管道与反洗进料泵6连接，在膜组件从顶部到底部依次设置有n个探头，n＝2-6，探头分别通过导线与超声监测及数据分析仪10连接。
膜组件优选为中空纤维式、卷式、板框式或管式。
最好是n＝5。
一种中空纤维膜污染实时无损监测分析方法，包括如下步骤：
(1)使用上述一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置；
(2)开启原水泵4，调节压力0.1-1.0MPa、流速50-200mL/min，使原水从原水箱3中经过原水泵进入到膜组件8中；同时开启抽吸泵2，调节压力0.1-10.0MPa，从膜组件8流出的净水经过抽吸泵2流入净水箱1；开启超声监测及数据分析仪10，待原水进入到膜组件中的压力稳定，且超声监测及数据分析仪10接收n个探头发出的超声波信号，待超声波信号达到稳定时，每隔10s采集一次超声反射信号，记录此时的跨膜压差，对中空纤维膜污染实时无损监测分析。
有益效果：
1、本发明可实现膜清洗与表面污染测试同步化，工艺简单，改性方法简单温和，可应用于废水、污水处理领域。
2、本发明可研究不同结构形式、不同类型污染物在膜表面的富集形态及动态变化情况，具备对临界通量操作条件下膜污染形成及影响因素的同步化、标准化数据整合与分析，为有效减缓膜污染、延长膜使用寿命的膜材料研发改进提供理论基础和技术支持。
3、本发明可实现过滤-监测-清洗的循环，一方面检测清洗对于膜表面性能恢复能力，用以指导并改进清洗方法；另一方面也可以表征并评价膜组件的抗污染性能。
附图说明
图1为一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置示意图。
具体实施方式
超声监测及数据分析仪10是本申请的发明人根据任务委托计算机企业进行组装。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置(见图1)，包括原水箱3，原水箱通过管道依次与原水泵4和膜组件8连接，膜组件的净水出口通过管道依次与抽吸泵2和净水箱1连接；净水箱1通过管道依次与反洗进料泵6和膜组件的下部连接；空气泵7通过管道与膜组件的底部连接；加药罐5通过管道与反洗进料泵6连接，在膜组件从顶部到底部依次设置有2个探头(第一探头用9-1表示，n等于2时，第二探头用9-2表示)，两个探头分别通过导线与超声监测及数据分析仪10连接。
膜组件为中空纤维式、卷式、板框式或管式。
探头个数n还可以是3个、4个、5个或6个。
优选n＝5个。
实施例1：
一种中空纤维膜污染实时无损监测分析方法，包括如下步骤：
(1)使用上述一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置(n＝5)；
(2)开启原水泵4，调节压力0.5MPa、流速100mL/min，使原水从原水箱3中经过原水泵进入到膜组件8(中空纤维式膜组件)中；同时开启抽吸泵2，调节压力1MPa，从膜组件8流出的净水经过抽吸泵2流入净水箱1；开启超声监测及数据分析仪10，待原水进入到膜组件中的压力稳定，且超声监测及数据分析仪10接收第一探头9-1、第二探头9-2、第三探头9-3、第四探头9-4和第五探头9-5发出的超声波信号，待超声波信号达到稳定时，每隔10s采集一次超声反射信号，记录此时的跨膜压差，对中空纤维膜污染实时无损监测分析。结果见表1。
实施例2：
一种中空纤维膜污染实时无损监测分析方法，包括如下步骤：
(1)使用一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置(n＝2)；
(2)开启原水泵4，调节压力0.1MPa、流速50mL/min，使原水从原水箱3中经过原水泵进入到膜组件8(卷式膜组件)中；同时开启抽吸泵2，调节压力10.0MPa，从膜组件8流出的净水经过抽吸泵2后流入净水箱1；开启超声监测及数据分析仪10，待原水进入到膜组件中的压力稳定，且超声监测及数据分析装置10接收接收第一探头9-1、第二探头9-2发出的超声波信号，待超声波信号达到稳定时，每隔10s采集一次超声反射信号，记录此时的跨膜压差，对中空纤维膜污染实时无损监测分析。结果见表1。
实施例3：
一种中空纤维膜污染实时无损监测分析方法，包括如下步骤：
(1)使用一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置(n＝6)；
(2)开启原水泵4，调节压力1.0MPa、流速200mL/min，使原水从原水箱3中经过原水泵进入到膜组件8(板框式膜组件)中；同时开启抽吸泵2，调节压力0.1MPa，从膜组件8流出的净水经过抽吸泵2后流入净水箱1；开启超声监测及数据分析仪10，待原水进入到膜组件中的压力稳定，且超声监测及数据分析装置10接收6个探头发出的超声波信号，待超声波信号达到稳定时，每隔10s采集一次超声反射信号，记录此时的跨膜压差，对中空纤维膜污染实时无损监测分析。结果见表1。
本实施例也可以选用管式膜组件。
表1
注：原水水质：化学需氧量(COD)含量：1400mg/L，生化需氧量(BOD)含量：500mg/L，悬浮固体(SS)含量：410mg/L，pH：6.8-7.4。
实施例4
清洗：
开启并调节空气泵7气体流速10mL/min，打入膜组件8(实施例1膜组件，运行时间2个月)底部，通过气体与膜表面污染物相互作用，冲掉膜表面附着力弱的污染物；将置于加药罐5中的清洗液(包含质量含量2％次氯酸钠，1％双氧水，97％水)，通过反洗进料泵6，调节压力1.0MPa、流速300mL/min，反冲洗时间45min，从膜组件8的下部通入膜组件中，对清洗后的中空纤维膜实时无损监测分析。评价膜清洗后膜性能恢复情况。结果见表2。
实施例5
清洗：
开启并调节空气泵7气体流速5mL/min，打入膜组件8(实施例2膜组件，运行时间2个月)底部，通过气体与膜表面污染物相互作用，冲掉膜表面附着力弱的污染物；将置于加药罐5中的清洗液(包含质量含量2％次氯酸钠，1％双氧水，97％水)，通过反洗进料泵6，调节压力0.5MPa、流速100mL/min，反冲洗时间60min，从膜组件8的下部通入膜组件中，对清洗后的中空纤维膜实时无损监测分析。评价膜清洗后膜性能恢复情况。结果见表2。
实施例6
清洗：
开启并调节空气泵7气体流速20mL/min，打入膜组件8(实施例3膜组件，运行时间2个月)底部，通过气体与膜表面污染物相互作用，冲掉膜表面附着力弱的污染物；将置于加药罐5中的清洗液(包含质量含量2％次氯酸钠，1％双氧水，97％水)，通过反洗进料泵6，调节压力2.0MPa、流速500mL/min，反冲洗时间15min，从膜组件8的下部通入膜组件中，对清洗后的中空纤维膜实时无损监测分析。评价膜清洗后膜性能恢复情况。结果见表2。
表2

Claims (4)

1.一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置，包括原水箱(3)，原水箱通过管道依次与原水泵(4)和膜组件(8)连接，膜组件的净水出口通过管道依次与抽吸泵(2)和净水箱(1)连接；净水箱(1)通过管道依次与反洗进料泵(6)和膜组件的下部连接；空气泵(7)通过管道与膜组件的底部连接；加药罐(5)通过管道与反洗进料泵(6)连接，其特征是在膜组件从顶部到底部依次设置有n个探头，n＝2-6，探头分别通过导线与超声监测及数据分析仪(10)连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是膜组件为中空纤维式、卷式、板框式或管式。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述n＝5。
4.一种中空纤维膜污染实时无损监测分析方法，其特征是包括如下步骤：
(1)使用权利要求1的一种中空纤维膜污染实时无损监测分析装置；
(2)开启原水泵(4)，调节压力0.1-1.0MPa、流速50-200mL/min，使原水从原水箱(3)中经过原水泵进入到膜组件(8)中；同时开启抽吸泵(2)，调节压力0.1-10.0MPa，从膜组件(8)流出的净水经过抽吸泵(2)流入净水箱(1)；开启超声监测及数据分析仪(10)，待原水进入到膜组件中的压力稳定，且超声监测及数据分析仪(10)接收n个探头发出的超声波信号，待超声波信号达到稳定时，每隔10s采集一次超声反射信号，记录此时的跨膜压差，对中空纤维膜污染实时无损监测分析。
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