CN217367901U - 一种膜在线化学清洗实时监测系统 - Google Patents

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蒋奇海
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Abstract

本发明公开了一种膜在线化学清洗实时监测系统，该系统包括：取样模块，与被测膜系统的出水端连接，取样模块包括盛样容器，盛样容器用于盛放样品；化学清洗模块，与被测膜系统的进水端连接，化学清洗模块用于向被测膜系统内注入化学清洗剂；监测模块，用于监测样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息；分析模块，与监测模块连接，分析模块用于根据有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息计算被测膜系统的实际膜通量恢复率，并将实际膜通量恢复率与设定膜通量恢复率对比；该系统能够实时准确地监测膜在线化学清洗的清洗效果。

Description

一种膜在线化学清洗实时监测系统
技术领域
本发明属于膜在线化学清洗技术领域，更具体地，涉及一种膜在线化学清洗实时监测系统。
背景技术
超滤膜技术已广泛用于污水及再生水处理过程，然而，在超滤膜运行过程中，膜污染问题一直是运行人员和科研人员所面临的最大挑战。膜在运行过程中表面会产生一层沉积层，即“泥饼”层，增加了产水通道的阻力从而导致产水流量下降。此外，这些沉积物会加剧浓差极化现象，在浓度梯度作用下，溶质又会由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致水通量进一步下降。
膜清洗是恢复膜性能的重要手段，清洗方法包括物理清洗、化学清洗及两者的结合。物理清洗通常是间隔一定时间进行气/水反冲洗，当膜污染严重时，仅依靠物理清洗很难使膜性能完全恢复，此时必须借助于化学清洗。化学清洗是通过化学清洗剂与污染物发生化学反应，去除膜表面污染物。研究表明，碱洗对缓解由有机物和微生物造成的污染效果较好，而酸洗则对由无机金属元素(如Al、Ca和Mg等)造成的污染效果较好，可将膜表面和吸附在膜孔内的金属离子溶出。
目前，膜化学清洗实际运行过程中，化学清洗策略主要根据厂家说明手册进行，清洗效果评价依据恢复产水后的流量变化，无法在线实时评估化学清洗效果。如果清洗不充分，易导致超滤膜跨膜压差在较短时间内快速上升，处理水量迅速下降，必须重新进行清洗，因为膜表面的残留物会引发结晶和微生物的繁殖。此外，化学清洗的频率越高，对膜元件的损伤越大，会严重影响膜系统的使用寿命，同时频繁化学清洗增加了化学药剂的使用量，提高了超滤膜系统的运行成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种膜在线化学清洗实时监测系统，该系统的监测模块能够监测样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息，分析模块根据有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息计算被测膜系统的实际膜通量恢复率，并将所述实际膜通量恢复率与设定膜通量恢复率对比，能够实时准确地监测膜在线化学清洗的清洗效果。
为了实现上述目的，本发明提供一种膜在线化学清洗实时监测系统，该系统包括：
取样模块，与被测膜系统的出水端连接，所述取样模块包括盛样容器，所述盛样容器用于盛放样品；
化学清洗模块，与所述被测膜系统的进水端连接，所述化学清洗模块用于向所述被测膜系统内注入化学清洗剂；
监测模块，用于监测所述样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息；
分析模块，与所述监测模块连接，所述分析模块用于根据所述有效氯信息或所述ORP信息或所述pH信息或所述TDS信息计算所述被测膜系统的实际膜通量恢复率，并将所述实际膜通量恢复率与设定膜通量恢复率对比。
可选地，所述盛样容器连接有进样管路，所述进样管路上沿进样方向依次设置有进样电动阀门、减压阀和压力表，所述盛样容器内设置有液位计，所述盛样容器连接有回路管路，所述回路管路上沿样品回流方向依次设置有压力泵、回路电动阀门和止回阀，所述压力泵设置在所述盛样容器内，所述盛样容器的底部设置有排空阀。
可选地，所述化学清洗模块包括碱洗单元和酸洗单元。
可选地，所述碱洗单元包括：
碱洗溶药罐，所述碱洗溶药罐通过第一管路与所述被测膜系统的进水端连接，所述第一管路上设置有碱洗循环泵和碱洗电动阀，所述碱洗溶药罐的底部设置有碱洗排空阀；
碱洗药液储罐，通过第二管路与所述碱洗溶药罐连接，所述第二管路上设置有碱洗计量泵和耐碱电动阀。
可选地，所述酸洗单元包括：
酸洗溶药罐，所述酸洗溶药罐通过第三管路与所述被测膜系统的进水端连接，所述第三管路上设置有酸洗循环泵和酸洗电动阀，所述酸洗溶药罐的底部设置有酸洗排空阀；
酸洗药液储罐，通过第四管路与所述酸洗溶药罐连接，所述第四管路上设置有酸洗计量泵和耐酸电动阀。
可选地，还包括第五管路，所述第五管路一端与所述被测膜系统的出水端连接，所述第五管路的另一端经过所述化学清洗模块后与所述被测膜系统的进水端连接，所述进样管路和所述回路管路连接在所述第五管路上所述化学清洗模块的上游位置处。
可选地，所述监测模块包括：
监测探头，所述监测探头设置在所述盛样容器内，所述监测探头用于监测所述样品的；
显示单元，与所述监测探头连接；
清洗液容器，所述清洗液容器内能够盛放清洗液；
清洗泵，设置在所述清洗液容器内，所述清洗泵的输出端上通过清洗管连接有清洗喷头，所述清洗喷头设置在所述监测探头的一侧。
可选地，还包括控制单元，所述控制单元与所述取样模块、所述化学清洗模块、所述监测模块和所述分析模块连接。
本发明提供一种膜在线化学清洗实时监测系统，其有益效果在于：该系统的监测模块能够监测样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息，分析模块根据有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息计算被测膜系统的实际膜通量恢复率，并将所述实际膜通量恢复率与设定膜通量恢复率对比，能够实时准确地监测膜在线化学清洗的清洗效果。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种膜在线化学清洗实时监测系统的结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种膜在线化学清洗实时监测系统的监测模块的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的化学清洗过程中实际膜通量恢复率和设定膜通量恢复率模型图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的再生水厂超滤膜系统使用本发明和未使用本发明的跨膜压差随运行时间的变化图。
附图标记说明：
1、取样模块；2、被测膜系统；3、盛样容器；4、化学清洗模块；5、监测模块；6、分析模块；7、进样管路；8、进样电动阀门；9、减压阀；10、压力表；11、液位计；12、回路管路；13、压力泵；14、回路电动阀门；15、止回阀；16、排空阀；17、碱洗溶药罐；18、第一管路；19、碱洗循环泵；20、碱洗电动阀；21、碱洗排空阀；22、碱洗药液储罐；23、第二管路；24、碱洗计量泵；25、耐碱电动阀；26、酸洗溶药罐；27、第三管路；28、酸洗循环泵；29、酸洗电动阀；30、酸洗排空阀；31、酸洗药液储罐；32、第四管路；33、酸洗计量泵；34、耐酸电动阀；35、第五管路；36、分支管路；37、监测探头；38、显示单元；39、清洗液容器；40、清洗泵；41、清洗喷头；42、清洗刷；43、控制单元。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
如图1至图4所示，本发明提供一种膜在线化学清洗实时监测系统，该系统包括：
取样模块1，与被测膜系统2的出水端连接，取样模块1包括盛样容器3，盛样容器3用于盛放样品；
化学清洗模块4，与被测膜系统2的进水端连接，化学清洗模块4用于向被测膜系统2内注入化学清洗剂；
监测模块5，用于监测样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息；
分析模块6，与监测模块5连接，分析模块6用于根据有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息计算被测膜系统2的实际膜通量恢复率，并将实际膜通量恢复率与设定膜通量恢复率对比。
具体的，在化学清洗过程中，化学清洗模块4向被测膜系统2中注入化学清洗剂，取样模块1取被测膜系统2出水端的水样作为样品，并将样品放置在盛样容器3中，监测模块5对盛样容器3中的样品进行实时的有效氯信息或ORP(氧化还原电位)信息或pH(酸碱度)信息或TDS(溶解性固体总量)信息的监测，分析模块6根据有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息计算被测膜系统2的实际膜通量恢复率，并将实际膜通量恢复率与设定膜通量恢复率对比，起到对化学清洗效果的实时精准监测；设定膜通量恢复率本领域技术人员能够根据被测膜系统2的膜产水流量预测模型进行设定，对于不同的被测膜系统2的化学清洗需求，针对不同的被测膜系统2设定的设定膜通量恢复率是不同的。
可选地，盛样容器3连接有进样管路7，进样管路7上沿进样方向依次设置有进样电动阀门8、减压阀9和压力表10，盛样容器3内设置有液位计11，盛样容器3连接有回路管路12，回路管路12上沿样品回流方向依次设置有压力泵13、回路电动阀14和止回阀15，压力泵13设置在盛样容器3内，盛样容器3的底部设置有排空阀16。
具体的，进样管路7一端与被测膜系统2的出水端连接，进样管路7另一端连接盛样容器3，回路管路12一端与盛样容器3内的压力泵13连接，回路管路12另一端与化学清洗模块4连接，用于带有清洗液的样品的回流；液位计11用于监测盛样容器3内的样品的液位，便于据此实现取样和排样的启停自动控制。
可选地，化学清洗模块4包括碱洗单元和酸洗单元。
具体的，根据被清洗成分的不同，可以选择采用碱洗单元和酸洗单元提供化学清洗剂进行化学清洗。
可选地，碱洗单元包括：
碱洗溶药罐17，碱洗溶药罐17通过第一管路18与被测膜系统2的进水端连接，第一管路18上设置有碱洗循环泵19和碱洗电动阀20，碱洗溶药罐17的底部设置有碱洗排空阀21；
碱洗药液储罐22，通过第二管路23与碱洗溶药罐17连接，第二管路23上设置有碱洗计量泵24和耐碱电动阀25。
具体的，碱洗药液储罐22用于储存碱洗药液，通过第二管路23和碱洗计量泵24能够将碱洗药液注入碱洗溶药罐17内，与自来水或膜产水在碱洗溶药罐17内进行稀释混合，混合后的碱洗药溶液通过第一管路18和碱洗循环泵19注入被测膜系统2的进水端，对被测膜系统2进行碱性化学清洗。
可选地，碱洗药液可使用次氯酸钠和/或氢氧化钠。
可选地，酸洗单元包括：
酸洗溶药罐26，酸洗溶药罐26通过第三管路27与被测膜系统2的进水端连接，第三管路27上设置有酸洗循环泵28和酸洗电动阀29，酸洗溶药罐26的底部设置有酸洗排空阀30；
酸洗药液储罐31，通过第四管路32与酸洗溶药罐26连接，第四管路32上设置有酸洗计量泵33和耐酸电动阀34。
具体的，酸洗药液储罐31用于储存酸洗药液，通过第四管路32和酸洗计量泵33能够将酸洗药液注入酸洗溶药罐26内，与自来水或膜产水在酸洗溶药罐26内进行稀释混合，混合后的酸洗药溶液通过第三管路27和酸洗循环泵28注入被测膜系统2的进水端，对被测膜系统2进行酸性化学清洗。
可选地，酸洗药液可使用柠檬酸或草酸或盐酸。
可选地，还包括第五管路35，第五管路35一端与被测膜系统2的出水端连接，第五管路35的另一端经过化学清洗模块4后与被测膜系统2的进水端连接，进样管路7和回路管路12连接在第五管路35上化学清洗模块4的上游位置处。
具体的，第五管路35作为化学清洗药溶液主管路，第五管路35一端与被测膜系统2的出水端连接，进样管路7一端连接在第五管路35上，回路管路12另一端也连接在第五管路35上，并且第五管路35的中部通过分支管路36分别连接碱洗溶药罐17和酸洗溶药罐26，为碱洗溶药罐17和酸洗溶药罐26提供液体以便与碱洗药液和酸洗药液混合。
可选地，监测模块5包括：
监测探头37，监测探头37设置在盛样容器3内，监测探头37用于监测样品的各项参数信息；
显示单元38，与监测探头37连接；
清洗液容器39，清洗液容器39内能够盛放清洗液；
清洗泵40，设置在清洗液容器39内，清洗泵40的输出端上通过清洗管连接有清洗喷头41，清洗喷头41设置在监测探头37的一侧。
具体的，监测探头37采用可拆卸结构，可监测样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息；显示单元38用于显示监测探头37的监测结果，清洗泵40能够抽取清洗液容器39内的清洗液，通过清洗喷头41冲洗监测探头37，确保监测探头37的清洁，以提高监测准确性。
在一个示例中，监测探头37设置有多个，各个监测探头37分别监测样品的有效氯信息、ORP信息、PH信息、TDS信息，多个监测探头37圆周布置，在多个监测探头37中心处转动设置有清洗刷42，在清洗喷头41喷射液流对监测探头37清洗的同时液流冲击清洗刷42的一侧，使得清洗刷42转动，利用清洗刷42的刷毛对监测探头37进行清刷。
可选地，还包括控制单元43，控制单元43与取样模块1、化学清洗模块4、监测模块5和分析模块6连接。
具体的，控制单元43可以为PLC，通过控制单元43能够实现取样模块1、化学清洗模块4、监测模块5中各个电控部件的自动控制。
进一步的，利用根据上述的膜在线化学清洗实时监测系统进行膜在线化学清洗实时监测的使用方法为：
获取被测膜系统2的出水端的样品；
检测样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息；
设定被测膜系统2的设定膜通量恢复率；
根据有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息计算被测膜系统2的实际膜通量恢复率，并将实际膜通量恢复率与设定膜通量恢复率对比。
具体的，在对被测膜系统2进行碱性化学清洗时，监测模块5通过监测探头37监测样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息。
可选地，“有效氯衰减率-实际膜通量恢复率”模型为：f1＝a1·ΔCl+b1；
其中，f1为膜通量变化率；ΔCl为碱洗过程中清洗液有效氯衰减率；a1、b1为拟合参数。
可选地，“ORP变化率-实际膜通量恢复率”模型为：f2＝a2·ΔORP+b2；
其中，f2为膜通量恢复率；ΔORP为碱洗过程中清洗液ORP变化率；a2、b2为拟合参数。
可选地，“碱洗pH变化率-实际膜通量恢复率”模型为：f3＝a3·ΔpH1+b3；
其中，f3为膜通量恢复率；ΔpH1为碱洗过程中清洗液pH变化率；a3、b3为拟合参数。
在对被测膜系统2进行酸性化学清洗时，监测模块5通过监测探头37监测样品的TDS信息或pH信息。
可选地，“TDS变化率-实际膜通量恢复率”模型为：f4＝a4·ΔTDS+b4；
其中，f4为膜通量恢复率；ΔTDS为酸洗过程中清洗液TDS变化率；a4、b4为拟合参数。
可选地，“酸洗pH变化率-实际膜通量恢复率”模型为：f5＝a5·ΔpH2+b5；
其中，f5为膜通量恢复率；ΔpH2为酸洗过程中清洗液pH变化率；a5、b5为拟合参数。
可选地，还包括：
当实际膜通量恢复率小于设定膜通量恢复率时，增加化学清洗剂的注入量和/或增加化学清洗时长；
当实际膜通量恢复率不小于设定膜通量恢复率时，停止化学清洗并排出化学清洗剂。
具体的，还包括根据上述对比结果对化学清洗的自动控制，根据对比结果自动调整化学清洗液浓度和化学清洗时间；若计算得出的实际膜通量恢复率小于设定膜通量恢复率，控制单元43自动调整化学清洗运行策略，开启碱洗计量泵24/酸洗计量泵33补充碱洗药剂/酸洗药剂，和/或延长碱洗循环泵19/酸洗循环泵28工作时间；若计算得出的实际膜通量恢复率不小于设定膜通量恢复率，则停止化学清洗并排放清洗液，节省清洗成本。
综上，本发明提供的膜在线化学清洗实时监测系统使用时：以在某再生水厂超滤膜系统上的应用为例：如图4所示，在0h和60h未使用本发明进行化学清洗，跨膜压差上升较为显著，运行至60h和130h时跨膜压差分别上升至44.0kPa和43.6kPa；在运行130h后使用本发明进行化学清洗，随后跨膜压差上升的趋势明显减缓，在200h和278h，跨膜压差分别为37.7kPa和35.6kPa，结果表明，使用本发明后，在化学清洗后的相同运行时间内跨膜压差能够降低18％。结合上述分析，本发明提供的膜在线化学清洗实时监测系统能够有效提高膜化学清洗效果，缓解膜污堵，减少化学清洗频次，延长膜寿命和降低运行成本。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种膜在线化学清洗实时监测系统，其特征在于，该系统包括：
取样模块，与被测膜系统的出水端连接，所述取样模块包括盛样容器，所述盛样容器用于盛放样品；
化学清洗模块，与所述被测膜系统的进水端连接，所述化学清洗模块用于向所述被测膜系统内注入化学清洗剂；
监测模块，用于监测所述样品的有效氯信息或ORP信息或pH信息或TDS信息；
分析模块，与所述监测模块连接，所述分析模块用于根据所述有效氯信息或所述ORP信息或所述pH信息或所述TDS信息计算所述被测膜系统的实际膜通量恢复率，并将所述实际膜通量恢复率与设定膜通量恢复率对比。
2.根据权利要求1所述的膜在线化学清洗实时监测系统，其特征在于，所述盛样容器连接有进样管路，所述进样管路上沿进样方向依次设置有进样电动阀门、减压阀和压力表，所述盛样容器内设置有液位计，所述盛样容器连接有回路管路，所述回路管路上沿样品回流方向依次设置有压力泵、回路电动阀门和止回阀，所述压力泵设置在所述盛样容器内，所述盛样容器的底部设置有排空阀。
3.根据权利要求1所述的膜在线化学清洗实时监测系统，其特征在于，所述化学清洗模块包括碱洗单元和酸洗单元。
4.根据权利要求3所述的膜在线化学清洗实时监测系统，其特征在于，所述碱洗单元包括：
碱洗溶药罐，所述碱洗溶药罐通过第一管路与所述被测膜系统的进水端连接，所述第一管路上设置有碱洗循环泵和碱洗电动阀，所述碱洗溶药罐的底部设置有碱洗排空阀；
碱洗药液储罐，通过第二管路与所述碱洗溶药罐连接，所述第二管路上设置有碱洗计量泵和耐碱电动阀。
5.根据权利要求4所述的膜在线化学清洗实时监测系统，其特征在于，所述酸洗单元包括：
酸洗溶药罐，所述酸洗溶药罐通过第三管路与所述被测膜系统的进水端连接，所述第三管路上设置有酸洗循环泵和酸洗电动阀，所述酸洗溶药罐的底部设置有酸洗排空阀；
酸洗药液储罐，通过第四管路与所述酸洗溶药罐连接，所述第四管路上设置有酸洗计量泵和耐酸电动阀。
6.根据权利要求2所述的膜在线化学清洗实时监测系统，其特征在于，还包括第五管路，所述第五管路一端与所述被测膜系统的出水端连接，所述第五管路的另一端经过所述化学清洗模块后与所述被测膜系统的进水端连接，所述进样管路和所述回路管路连接在所述第五管路上所述化学清洗模块的上游位置处。
7.根据权利要求1所述的膜在线化学清洗实时监测系统，其特征在于，所述监测模块包括：
监测探头，所述监测探头设置在所述盛样容器内，所述监测探头用于监测所述样品的；
显示单元，与所述监测探头连接；
清洗液容器，所述清洗液容器内能够盛放清洗液；
清洗泵，设置在所述清洗液容器内，所述清洗泵的输出端上通过清洗管连接有清洗喷头，所述清洗喷头设置在所述监测探头的一侧。
8.根据权利要求1所述的膜在线化学清洗实时监测系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元与所述取样模块、所述化学清洗模块、所述监测模块和所述分析模块连接。
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