CN114324479A - 一种反渗透膜组件污染原位监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反渗透膜组件污染原位监测装置及监测方法，监测装置包括反渗透膜壳和膜壳盖，中心管与右、左固定管连接；中心管的近左端设置有挡板，挡板将中心管分为左侧的送水管和右侧的产水管，送水管上设置有进水孔；纯净水出水管贯穿反渗透膜壳的右侧壁与产水管连接；产水管上设置有出水孔；在中心管的外表面设置有反渗透膜；还包括第一、第二和第三电极阵列；其每个电极均贯穿反渗透膜壳设置，电极阵列呈正方形或圆形均匀分布，并使每个电极的下端与反渗透膜的外表面距离d1为1‑3mm。本发明检测成本低、设备简单、操作安全、数据获取快捷，原位实时监测等优点。可以有效的避免常用反渗透膜组件监测手段的缺陷和不足。
Description
技术领域
本发明涉及反渗透膜组件污染原位监测领域。具体涉及一种反渗透膜组件污染原位监测装置及监测方法。
背景技术
反渗透脱盐技术是当今较先进、稳定有效的除盐技术。同传统的水处理技术相比，该技术具有脱盐率高、适用范围广、可靠性强、不产生二次污染等特点。然而，伴随着反渗透脱盐技术的推广，反渗透膜污染堵塞(下称污堵)问题长期存在并影响反渗透系统的正常运行，极大地增加了反渗透设备的运行成本。反渗透膜的污染位置由于污染物种类不同而表现出不同的特点。一般情况，反渗透膜污染可以分为两个大方向的污染：膜表层污染和系统各部位污染。反渗透膜表层污染物的相对位置由外到内大致分为三层。第一层即离膜表面最远的一层，通常为松散附着区域，包括积聚的微粒、泥砂、松散的碳酸钙和胶体及微生物等；第二层为中间层，通常为较坚固附着区域，主要包括沉积的硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、铁的氧化物和氢氧化物等结构类物质。第三层最为靠近膜表面，通常为较难去除的污垢层需要专业的化学清洗去除，这一层主要是结构紧密的结晶沉淀化合物、脱水交叉结合的复杂硅酸盐等物质。
膜过滤易受污染物的影响：在膜单元表面的积累，产生的影响其中之一是进料通道压降的增加，导致较高的泵送和清洁成本，最终导致了早期的膜更换。反渗透污堵在工业中广泛发生，并给膜工厂带来了较高的额外运营成本。传统上，生物污垢是通过宏观参数(例如压降)或膜“尸检”来研究和监控的，这是破坏性的开放和检查。迫切需要新的测量技术，以实现对反渗透膜组件污堵的非侵入性、实时和空间分辨的观察。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种反渗透膜组件污染原位监测装置。
本发明的第二个目的是提供一种反渗透膜组件污染原位监测方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种反渗透膜组件污染原位监测装置，包括反渗透膜壳22和膜壳盖14，反渗透膜壳与膜壳盖活动连接；反渗透膜壳的右侧壁的内表面设置有右固定管25；在膜壳盖的内表面设置有左固定管29；中心管19的两端分别与右固定管和左固定管连接；中心管的近左端设置有挡板17，挡板17将中心管分为左侧的送水管15和右侧的产水管20，进水管13贯穿膜壳盖与送水管15连接，送水管15上设置有进水孔16；纯净水出水管23贯穿反渗透膜壳的右侧壁与产水管20连接；产水管20上设置有出水孔18；浓缩水出水管24贯穿反渗透膜壳的右侧壁设置；在中心管的外表面设置有反渗透膜21；还包括第一电极阵列28、第二电极阵列27和第三电极阵列26；第一电极阵列28、第二电极阵列27和第三电极阵列26的每个电极均贯穿反渗透膜壳22设置，三个电极阵列呈直线形排列并与反渗透膜壳的中轴平行；电极阵列呈正方形或圆形均匀分布，每个电极阵列有n个电极，n为4的整数倍，n为8、12或16个，并使每个电极的下端与反渗透膜21的外表面距离d1为1-3mm。
电极阵列若呈正方形分布，其边长d2为28-36mm，若呈圆形分布，其直径为28-36mm。
相邻的两个电极阵列间的距离d3优选为30-40mm。
一种反渗透膜组件污染原位监测方法，包括如下步骤：
1)将图像处理系统12通过导线与数据采集与处理单元11连接，数据采集与处理单元11设置有导线，导线与第一电极阵列28、第二电极阵列27和第三电极阵列26中任一电极阵列中的电极连接；
2)空场成像图像的获取：
通过供水泵2，将原水罐1中的原水通入上述一种反渗透膜组件污染原位监测装置5中的进水管13中，在产水管20以外、反渗透膜壳22内的空间灌满原水，通过图像处理系统12，发布空场测试指令，通过数据采集与处理单元11输出激励电流，采集响应电压；数据采集与处理单元每工作一次采集m*(m-3)个电压数据(m与n的数目对应)，将电压数据传输至图像处理系统12，经过共轭成像算法，得到一张空场成像图像；
3)物场成像图像的获取：
继续通过供水泵2供水，在所述反渗透膜组件污染原位监测装置5中的反渗透膜21过滤过程中的任意时间点，通过图像处理系统12，发布物场测试指令，通过数据采集与处理单元11输出激励电流，采集响应电压；数据采集与处理单元每工作一次采集m*(m-3)个电压数据(m与n的数目对应)，将电压数据传输至图像处理系统12，经过共轭成像算法，得到一张物场成像图像；
将某时刻测得的电压数据减去空场电压数据，再经图像处理系统12成像，得到实时的膜组件污染情况分布。
本发明的优点：
(1)本发明的方法，利用了图像处理系统12，发布空场测试指令，通过数据采集与处理单元11输出激励电流，采集相应电压，利用响应电压通过共轭梯度算法成像，快速，灵敏进行膜污染监测；
(2)本发明实现了反渗透膜组件污染的非侵入式检测，极大的降低了检测要求，提高了便捷度。
(3)本发明在检测过程中，可以实现了膜组件的多点原位检测。提高了检测结果的全面性和准确度。
(4)本发明采用了成熟的图像处理系统12和数据采集与处理单元11得到膜组件污染分布的图像。
(5)本发明检测成本低、设备简单、操作安全、数据获取快捷，原位实时监测等优点。可以有效的避免常用反渗透膜组件监测手段的缺陷和不足。
附图说明
图1是一种反渗透膜组件污染原位监测装置过中心线的剖面示意图。
图2是一种反渗透膜组件污染原位监测装置上电极阵列分布示意图。
图3是包括一种反渗透膜组件污染原位监测装置的监测系统示意图。
图4使用一种反渗透膜组件污染原位监测装置的监测系统进行测试污染分布的图像。
具体实施方式
图像处理系统12和数据采集与处理单元11(详见参考文献：张鹏程.基于块稀疏的电阻抗成像方法研究[D].天津工业大学,2019.)
下面通过具体实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种反渗透膜组件污染原位监测装置(见图1和图2)，包括反渗透膜壳22和膜壳盖14，反渗透膜壳与膜壳盖活动连接；反渗透膜壳的右侧壁的内表面设置有右固定管25；在膜壳盖的内表面设置有左固定管29；中心管19的两端分别与右固定管和左固定管连接；中心管的近左端设置有挡板17，挡板17将中心管分为左侧的送水管15和右侧的产水管20，进水管13贯穿膜壳盖与送水管15连接，送水管15上设置有进水孔16；纯净水出水管23贯穿反渗透膜壳的右侧壁与产水管20连接；产水管20上设置有出水孔18；浓缩水出水管24贯穿反渗透膜壳的右侧壁设置；在中心管的外表面设置有反渗透膜21；还包括第一电极阵列28、第二电极阵列27和第三电极阵列26；第一电极阵列28、第二电极阵列27和第三电极阵列26的每个电极均贯穿反渗透膜壳22设置；三个电极阵列呈直线形排列并与反渗透膜壳的中轴平行；每个电极阵列呈正方形或圆形均匀分布，每个电极阵列有n个电极，n为4的整数倍，n为16个，(也可以是8个或12个)，并使每个电极的下端与反渗透膜21的外表面距离d1为1.1mm。
d1还可以在1-3mm中任选，如1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm)；
电极阵列呈正方形分布，其边长d2为32mm，(还可以在28-36mm中任选，如28mm、29mm、30mm、31mm、33mm、34mm、35mm、36mm，电极阵列还可以呈圆形分布，圆形的直径在28-36mm中任选，如28mm、29mm、30mm、31mm、33mm、34mm、35mm、36mm)。
相邻的两个电极阵列间的距离d3优选为33mm。(还可以在30-40mm中任选，如30mm、31mm、32mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm)
包括反渗透膜组件污染原位监测装置的监测系统(见图3)包括原水箱1，原水箱依次与供水泵2、第一阀门3、第一压力传感器4连接；第一压力传感器4通过管道与反渗透膜组件污染原位监测装置5的进水管13连接，
反渗透膜组件污染原位监测装置5的纯净水出水管23通过管道与第二阀门8连接后再与纯净水罐9连接；
反渗透膜组件污染原位监测装置5的浓缩水出水管24通过管道依次与第二压力传感器6、第三阀门7和浓缩水罐10连接。
实施例2
一种反渗透膜组件污染原位监测方法，其监测系统见图3，包括如下步骤：
1)将图像处理系统12通过导线与数据采集与处理单元11连接，数据采集与处理单元11设置有16根导线(也可以是8根或12根)，16根导线与反渗透膜组件污染原位监测装置(实施例1)的第一电极阵列28连接(也可以是与第二电极阵列27或第三电极阵列26连接)；
2)空场成像图像的获取：
通过供水泵2，将原水罐1中的原水(本实施例原水组成以下述为例，但并不进行限定：0.5g/L酵母、0.5g/L高岭土、100mM NaCl及1mM CaCl2，余量为去离子水)通入反渗透膜组件污染原位监测装置5的进水管13中，在产水管20以外、反渗透膜壳22内的空间灌满原水，通过图像处理系统12，发布空场测试指令，通过数据采集与处理单元11输出激励电流，采集响应电压；数据采集与处理单元每工作一次采集16*(16-3)＝208个电压数据(m与n的数目对应的，当n为16时，m也为16)，将电压数据传输至图像处理系统12，经过共轭成像算法，得到一张空场成像图像，见图4(a)；
3)物场成像图像的获取：
继续通过供水泵2供水，在反渗透膜组件污染原位监测装置5中的反渗透膜21过滤过程中的任意时间点(获取空场成像图像后30min)，通过图像处理系统12发布物场测试指令，通过数据采集与处理单元11输出激励电流，采集响应电压；数据采集与处理单元每工作一次采集16*(16-3)＝208个电压数据，将电压数据传输至图像处理系统12，经过共轭成像算法，得到一张物场成像图像，见图4(b)所示；
将此刻测得的电压数据减去空场电压数据，再经图像处理系统12成像，得到实时的膜组件污染情况分布，见图4(c)所示。
将数据采集与处理单元11的16根导线，与第二电极阵列27或第三电极阵列26的电极依次连接，步骤同本实施例，也可以进行实时的膜组件污染情况的检测。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种反渗透膜组件污染原位监测装置，包括反渗透膜壳(22)和膜壳盖(14)，反渗透膜壳与膜壳盖活动连接；所述反渗透膜壳的右侧壁的内表面设置有右固定管(25)；在膜壳盖的内表面设置有左固定管(29)；中心管(19)的两端分别与右固定管和左固定管连接；中心管的近左端设置有挡板(17)，挡板(17)将中心管分为左侧的送水管(15)和右侧的产水管(20)，进水管(13)贯穿膜壳盖与送水管(15)连接，送水管(15)上设置有进水孔(16)；纯净水出水管(23)贯穿反渗透膜壳的右侧壁与产水管(20)连接；产水管(20)上设置有出水孔(18)；浓缩水出水管(24)贯穿反渗透膜壳的右侧壁设置；在中心管的外表面设置有反渗透膜(21)；其特征还包括第一电极阵列(28)、第二电极阵列(27)和第三电极阵列(26)；第一电极阵列(28)、第二电极阵列(27)和第三电极阵列(26)的每个电极均贯穿反渗透膜壳(22)设置，呈直线形排列并与反渗透膜壳的中轴平行；电极阵列呈正方形或圆形均匀分布，每个电极阵列有n个电极，n为4的整数倍，n为8、12或16，并使每个电极的下端与反渗透膜(21)的外表面距离d1为1-3mm。
2.根据权利要求1所述的反渗透膜组件污染原位监测装置，其特征是所述电极阵列正方形边长d2为28-36mm或圆形的直径为28-36mm。
3.根据权利要求1所述的反渗透膜组件污染原位监测装置，其特征是所述相邻的两个电极阵列间的距离d3为30-40mm。
4.一种反渗透膜组件污染原位监测方法，其特征是包括如下步骤：
1)将图像处理系统(12)通过导线与数据采集与处理单元(11)连接，数据采集与处理单元(11)设置有导线，所述导线与第一电极阵列(28)、第二电极阵列(27)和第三电极阵列(26)中任一电极阵列中的电极连接；
2)空场成像图像的获取：
通过供水泵(2)，将原水罐(1)中的原水通入权利要求1-3之一的一种反渗透膜组件污染原位监测装置(5)中的进水管(13)中，在产水管(20)以外、反渗透膜壳(22)内的空间灌满原水，通过图像处理系统(12)，发布空场测试指令，通过数据采集与处理单元(11)输出激励电流，采集响应电压；数据采集与处理单元每工作一次采集m*(m-3)个电压数据，将电压数据传输至图像处理系统(12)，经过共轭成像算法，得到一张空场成像图像；
3)物场成像图像的获取：
继续通过供水泵(2)供水，在所述反渗透膜组件污染原位监测装置(5)中的反渗透膜(21)过滤过程中的任意时间点，通过图像处理系统(12)，发布物场测试指令，通过数据采集与处理单元(11)输出激励电流，采集响应电压；数据采集与处理单元每工作一次采集m*(m-3)个电压数据，将电压数据传输至图像处理系统(12)，经过共轭成像算法，得到一张物场成像图像；
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