CN220091026U - 一种处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置。所述装置包括第一密封管、第二密封管、供通量测试用的水箱及清洗机构；第一密封管的第一端与清洗机构连接，第二密封管的第二端与所述水箱连接；第一密封管的第二端与第二密封管的第一端可拆卸连接形成内腔；内腔中设有将内腔分隔成两个空间的硅胶塞；所述硅胶塞上贯穿固定有若干根膜丝；膜丝设有开口端和封闭端，开口端位于与清洗机构连通的内腔空间中，封闭端位于与所述水箱连通的内腔空间中。本实用新型可依据热重表征快速定位主要污染物类别，自动筛选合适的清洗试剂，完成膜丝的在线自动清洗，有的放矢解决膜污染问题，同时又避免加入过度的化学药剂造成饮用水的污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及饮用水处理技术领域，尤其涉及一种处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置。
背景技术
膜净水技术是单纯的绿色物理分离技术，被称为“第三代饮用水净化工艺”，能够有效解决第一代和第二代工艺中存在的化学安全性和微生物安全性问题，是目前饮用水净化领域中的主流先进技术，但同时也不可避免存在膜污染的问题。现实情况是，很多自来水厂是连续供水的，当发生膜污染时不具备离线清洗的条件，同时又无法识别污染物，无法实现在保障饮用水安全连续供水的情况下，完成膜组件的在线有效清洗。
实用新型内容
本实用新型提供了一种处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，可通过膜组件上取下污染膜丝进行小试，实现污染物快速分类，合适药剂自动筛选，用以解决目前自来水厂连续供水无法实现离线清洗的缺陷。
具体技术方案如下：
一种处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，所述装置包括第一密封管、第二密封管、用于通量测试的水箱及清洗机构；
其中，第一密封管的第一端与清洗机构连接，第二密封管的第二端与所述水箱连接；所述第一密封管的第二端与所述第二密封管的第一端可拆卸连接形成内腔；
所述内腔中设有将内腔分隔成两个空间的硅胶塞；所述硅胶塞上贯穿固定有若干根膜丝；所述膜丝设有开口端和封闭端，开口端位于与清洗机构连通的内腔空间中，封闭端位于与所述水箱连通的内腔空间中。
优选地，所述硅胶圈设置在所述第二密封管内；所述硅胶圈上设有若干通孔，每个通孔内贯穿有所述膜丝。
优选地，所述第一密封管的第二端设有内螺纹，所述第二密封管的第一端设有外螺纹；所述第一密封管的内螺纹和所述第二密封管的外螺纹可拆卸连接。
优选地，所述第一密封管的底部设有第一排空阀。
优选地，所述清洗机构包括反清洗箱、加药箱和管道混合器，所述反清洗箱和所述加药箱通过所述管道混合器连通至所述第一密封管的第一端。
优选地，所述清洗机构还包括加药泵和反洗泵；所述反清洗箱通过所述反洗泵与所述管道混合器连接；所述加药箱通过所述加药泵与所述管道混合器连接。
优选地，所述第二密封管的管壁上设有电热丝；和/或，所述第二密封管的内侧设有超声板。
优选地，所述第二密封管的第二端顶部开孔连接风机，所述第二密封管的第二端底部设有第二排空阀。
优选地，所述第二密封管的第二端还通过加压泵连接至恒温水箱。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型可实现污染物的分类，快速筛选合适的清洗试剂，完成膜丝的在线自动清洗，有的放矢解决膜污染问题，为供水工程提供清洗方案，同时又避免加入过度的化学药剂造成饮用水的污染。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的一种实现污染物与清洗剂快速匹配的装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的PVDF材料的TG％曲线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述，以下列举的仅是本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围不仅限于此。
本申请实施例中，提供一种处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，可通过小试完成膜丝的在线清洗，为工程清洗提供方案，有的放矢解决膜污染问题，又避免加入过度的化学药剂造成饮用水的污染。
如图1所示，所述一种处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置包括第一密封管1、第二密封管2、用于通量测试的水箱及清洗机构。
如图1所示，第一密封管1的第一端与清洗机构连接，第二密封管2的第二端与所述水箱连接；所述第一密封管1的第二端与所述第二密封管2的第一端可拆卸连接形成内腔；所述内腔中设有将内腔分隔成两个空间的硅胶塞6；所述硅胶塞6上贯穿固定有若干根膜丝3；所述膜丝3设有开口端和封闭端，开口端位于与清洗机构连通的内腔空间中，封闭端位于与所述水箱连通的内腔空间中。
如图1所示，所述硅胶圈6设置在所述第二密封管2内；所述硅胶圈6上设有若干通孔，每个通孔内贯穿有所述膜丝3，且膜丝3固定于硅胶圈6上，并通过硅胶圈6固定于第二密封管2内。优选的，所述硅胶圈6和所述第二密封管2的内侧管壁密封连接。
作为一种实施方式，所述第一密封管1的第二端设有内螺纹，所述第二密封管2的第一端设有外螺纹；所述第一密封管的内螺纹和所述第二密封管的外螺纹可拆卸连接。
可理解的是，所述第一密封管1的第一端以及所述第二密封管2的第二端都是密封的，也就是说连接后整个管子就是密封的。所述第一密封管1的第二端与所述第二密封管2的第一端螺纹连接，且在所述第二密封管2内设置所述硅胶圈6，若干膜丝3设于所述硅胶圈6上且沿所述第二密封管2的延伸方向设置。
如图1所示，所述第一密封管1的底部设有第一排空阀18。打开第一排空阀18能够排出所述第一密封管1内对应所述膜丝3的开口端一侧的内腔空间中的液体。
如图1所示，所述清洗机构包括反清洗箱7、加药箱8和管道混合器11，所述反清洗箱7和所述加药箱8通过所述管道混合器11连通至所述第一密封管1的第一端。所述清洗机构还包括加药泵9和反洗泵10；所述反清洗箱7通过所述反洗泵10与所述管道混合器11连接；所述加药箱8通过所述加药泵9与所述管道混合器11连接。
如图1所示，所述第二密封管2的管壁上设有电热丝5，用于对第二密封管2内腔中的液体进行加热，提高药剂的清洁效果。所述第二密封管2的内侧设有超声板4。所述第二密封管2的第二端顶部开孔连接风机12，所述第二密封管2的第二端底部设有第二排空阀16。可选地，在所述第二密封管2的第二端顶部开孔与所述风机12之间设置控制阀15。所述第二密封管2的第二端还通过加压泵13连接至恒温水箱14。在所述恒温水箱14内也可设有电热丝5。
其中，本申请还可通过由PCL构成的自控系统进行自主控制，主要是作为自主调节的结构，用于控制控制阀15、第二排空阀16、第一排空阀18的开闭，控制加压泵13、加药泵9和反洗泵10的启停，控制电热丝5、恒温水箱14的温度和控制第二密封管2内的压力探头等。
基于与所述处理饮用水的一种实现污染物与清洗剂快速匹配的装置相同的实用新型构思，本申请还提供一种上述一种实现污染物与清洗剂快速匹配的装置的清洗控制方法，包括如下步骤：
S0、对污染膜丝低温烘干至恒重并进行热重分析，其为将干燥后的污染膜丝以20℃/min的升温速率逐渐升温至800℃并恒定5min，根据其热重分析变化曲线分析判断膜面主要污染物的成分；其中膜丝在350℃时开始分解，在530℃时膜丝剩余质量消耗殆尽；若热重分析变化曲线仅在350℃位置出现阶梯，且在530℃时剩余膜丝质量＞0，则判定主要污染物为无机物；若热重分析变化曲线出现多个阶梯，且在530℃时剩余膜丝质量消耗殆尽，则判定主要污染物中以有机物为主；若热重分析变化曲线出现多个阶梯且且在530℃时剩余膜丝质量＞0，则判定主要污染物为复合污染物；
具体的，干燥后的污染膜丝以20℃/min的升温速率逐渐升温至800℃，恒定5min。根据TG％变化曲线由此分析判断膜面主要污染物是无机物、有机物或复合污染物。新膜丝的PVDF材料在350℃左右开始分解，会形成大阶梯，如图2所示。在530℃左右膜丝消耗殆尽TG％剩余量为0％。
(S0.1)若TG％曲线仅在350℃左右出现阶梯，且TG％＞0％，主要污染物为无机物。
(S0.2)若TG％曲线出现多个阶梯，TG％＝0，可以判断污染物中有机物占主要成分。
(S0.3)若TG％曲线出现多个阶梯且之后TG％＞0，存在复合污染。
S1、待清洗膜丝初始通量测试评估，其为根据水通量测试要求，在所述第二密封管内注入常温水并加压使其内部压力保持在设定值范围内，等待第一时长后测定所述第一密封管内的水的体积和重量，并与在相同条件下的标准膜丝通量对比，计算剩余通量的百分比。
结合图1，具体操作为：根据水通量测试要求，将恒温水箱14中的水加热至25℃，控制阀15开启，加压泵13启动往第二密封管2中注水，当排空第二密封管中空气后，关闭阀15，当压力表示数达到设定值后加压泵频率恒定，维持稳定流量，在此过程中第二排空阀16关闭，预压30min，在此期间打开第一排空阀18第一密封管产生的水排空，30min后测定水量，通过重力传感器将数据传回系统，比对系统中相同条件下膜丝通量，计算剩余通量的百分比。
计算剩余通量的百分比的方式如下：
其中J为膜丝通量，单位为L/(m2*h)；V为T时间内水量的体积，单位为L；A为过滤液体的膜面积，单位为m2；T为过滤时间，单位为h。
剩余通量％＝1-J/JA
其中J为膜丝通量，单位为L/(m2*h)；JA为相同测试条件下新膜丝通量，单位为L/(m2*h)。
S2、气水反清洗，其为仅向所述第二密封管2内充入气体，并通过所述清洗机构向所述第一密封管1内注水，反洗通量为初始通量的2倍，气水比3:1，反洗第二时长后将所述第二密封管2内的污水排空。
具体操作为：关闭加压泵13，开启风机12、阀门17和反洗泵10，待阀门17处流出液体后关闭，继续加压，使得液体通过膜丝进入第二密封管，反洗通量为初始通量的2倍，汽水比3:1，反洗时间60—120s，清洗完成后打开第二排空阀16将污水排空。
其中，气水比(gas-water ratio)是指单位体积下，空气与水比值。
S3、第一药剂清洗，其为通过所述清洗机构向所述第一密封管1内注入药剂，加压反向压入膜丝内，进入所述第二密封管2内，药剂的选择依据步骤S0热重分析的判定结果。
具体操作为：启动反洗泵10和加药泵9，药剂由反洗水流带入第一密封管1中，加压反向压入膜丝内，进入第二密封管中，注满第二密封管后停止加药，浸泡30min。通过电热丝5能使污垢分子运动加强，易于清洗，同时加热可增强清洗药剂的渗透溶解的反应速率，保证清洗效果，完成物化清洗。
S4、第一通量评估，其为排空所述第一密封管1和所述第二密封管2中的液体，用清水冲洗，重复所述待清洗膜丝初始通量测试评估步骤进行通量测试评估；通量测试的条件参照标准GB/T 32360—2015超滤膜测试方法，压力0.1Mpa，水温25℃，预压30min，稳定10min后进行水量收集。
S5、第二药剂清洗，其为根据上一步骤的通量测评情况，判断是否需要进行其余试剂清洗，若进行其余试剂清洗则按照所述第一药剂清洗的步骤进行清洗。
S6、第二通量评估，当进行第二药剂清洗步骤时，在完成第二药剂清洗步骤之后按照所述第一通量评估的步骤进行通量测试评估；其中步骤S5和S6中的清洗及通量评估步骤与所述第一药剂清洗和第一通量评估步骤相同。
S7、超声清洗，其为检测通量数据，若通量恢复仍未达到清洁膜丝通量的75％以上，则进行超声清洗，超声清洗时长为30min。
具体操作为：若通量恢复仍未达到清洁膜丝通量的75％以上，进行超声清洗，超声时间30min。使超声板4利用超声波作用，将中空纤维膜丝进行彻底清洗。超声波是指频率高于20KHz的声波，超声波清洗频率范围一般在20KHz-1000KHz以上，根据清洗行业可以将超声波清洗频率大概分为低频(20KHz-50KHz)、高频(50KHz-200KHz)、兆频(700-1000KHz)三个频段。本申请适用于低频超声波及高频超声。
S8、第三通量评估，其为排空所述第一密封管1和所述第二密封管2中的液体，用清水冲洗，重复所述待清洗膜丝初始通量测试评估步骤进行通量测试评估。
S9、根据通量的数据统计情况选择性执行步骤S5-S8。
优选的，所述第一药剂清洗和第二药剂清洗中的清洗剂包括酸性试剂和碱性试剂，酸性试剂主要成分为0-1％盐酸、0-2％柠檬酸，0-2％草酸，适用于S0.1和S0.3的情况；碱性试剂主要成分包括0-0.1％氢氧化钠、1-2％次氯酸钠，适用于S0.2与S0.3的情况。
因此，所述的一种实现污染物与清洗剂快速匹配的装置能实现膜丝在线清洗，其系统清洗程序如下：(1)待清洗膜丝初始通量测试评估；(2)气水反洗；(3)第一药剂清洗；(4)第一通量评估；(5)第二药剂清洗；(6)第二通量评估；(7)超声清洗；(8)第三通量评估。上述清洗程序将待清洗的污染膜丝的通量与清洁膜丝通量进行对比处理，可评估污染膜丝的通量损失情况。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型可实现污染物的分类，快速筛选合适的清洗试剂，完成膜丝的在线自动清洗，有的放矢解决膜污染问题，为供水工程提供清洗方案，同时又避免加入过度的化学药剂造成饮用水的污染
以上对本申请实施例所提供的一种实现污染物与清洗剂快速匹配的清洗方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，包括第一密封管(1)、第二密封管(2)、用于通量测试的水箱及清洗机构；
其中，第一密封管(1)的第一端与清洗机构连接，第二密封管(2)的第二端与所述水箱连接；所述第一密封管(1)的第二端与所述第二密封管(2)的第一端可拆卸连接形成内腔；
所述内腔中设有将内腔分隔成两个空间的硅胶塞(6)；所述硅胶塞(6)上贯穿固定有若干根膜丝(3)；所述膜丝(3)设有开口端和封闭端，开口端位于与清洗机构连通的内腔空间中，封闭端位于与所述水箱连通的内腔空间中。
2.如权利要求1所述的处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，所述硅胶塞(6)设置在所述第二密封管(2)内；所述硅胶塞(6)上设有若干通孔，每个通孔内贯穿有所述膜丝(3)。
3.如权利要求1所述的处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，所述第一密封管(1)的第二端设有内螺纹，所述第二密封管(2)的第一端设有外螺纹；所述第一密封管的内螺纹和所述第二密封管的外螺纹可拆卸连接。
4.如权利要求1所述的处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，所述第一密封管(1)的底部设有第一排空阀(18)。
5.如权利要求1所述的处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，所述清洗机构包括反清洗箱(7)、加药箱(8)和管道混合器(11)，所述反清洗箱(7)和所述加药箱(8)通过所述管道混合器(11)连通至所述第一密封管(1)的第一端。
6.如权利要求5所述的处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，所述清洗机构还包括加药泵(9)和反洗泵(10)；所述反清洗箱(7)通过所述反洗泵(10)与所述管道混合器(11)连接；所述加药箱(8)通过所述加药泵(9)与所述管道混合器(11)连接。
7.如权利要求1所述的处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，所述第二密封管(2)的管壁上设有电热丝(5)；
和/或，所述第二密封管(2)的内侧设有超声板(4)。
8.如权利要求1所述的处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，所述第二密封管(2)的第二端顶部开孔连接风机(12)，所述第二密封管(2)的第二端底部设有第二排空阀(16)。
9.如权利要求1所述的处理饮用水的中空纤维膜丝自动清洗装置，其特征在于，所述第二密封管(2)的第二端还通过加压泵(13)连接至恒温水箱(14)。
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