CN106823820B - 一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置，主要包括原水罐、原水泵、过滤组件、产水罐、风机和反洗泵，原水罐、原水泵、过滤组件和产水罐依次连接并组成过滤管路，产水罐的底部出水口依次连接反洗泵、过滤组件和外部排污去污口并组成水洗管路，风机还依次连接过滤组件和外部排污去污口并组成气洗管路，气洗管路包括气正洗管路和气反洗管路，过滤管路和水洗管路上还设有取样口，上述的过滤管路、水洗管路和气洗管路中设有流量计、压力计和电动球阀等，各电动球阀采用操作面板控制开闭。与现有技术相比，本发明自动化程度高，可获得不同进水条件下不同金属膜的各种运行工况参数，且能同时模拟过滤及冲洗工程等。

Description

一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置

技术领域

本发明涉及净水处理技术领域，尤其是涉及一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置。

背景技术

改革开放以后，随着我国经济的高速发展及工农业的不断建设，人民群众对生活质量的要求也越来越高，与之相应的是对饮用水水质的要求不断提升。水是地球有机生命的源泉，是构成生物体及新陈代谢不可或缺的物质，水质的好坏关乎人类的生命健康，因此，水质优良的饮用水是生命健康的一项基本要求。

膜分离技术指以压力为推动力，将水通过不同孔径的膜，达到水与水中污染物质筛选分离的目的。膜处理技术自20世纪70年代应用于水处理领域，在90年代得到迅速发展。膜处理在水处理中具有出水水质高、自动化程度高等优点。目前膜材质主要分为有机膜和无机膜两大类。常见的有机膜主要有PVC膜、PVDF膜等，而常见无机膜主要有陶瓷膜、多孔硅铝膜等。但在实际应用中，膜过滤工艺均存在一定的局限性，有机膜耐高温高压能力差、抗化学腐蚀能力弱、使用寿命短，而无机膜，如陶瓷膜，其机械强度低、安装较困难，上述缺点严重制约了膜过滤工艺的推广应用。金属膜属作为一种新型的无机膜，最初应用研究于1979年，与有机及其他无机膜相比，具有较好的化学稳定性、机械强度高、便于组装拆卸、再生条件较好等优点，是继有机膜、陶瓷膜之后性能最好的膜材料之一。因此金属膜被广泛应用于食品、医疗、环保等许多行业。

由于金属膜制备工艺方式多，所制得金属膜过滤性能及抗污染状况不尽相同，运行工艺参数及清洗条件亦有所差异。同时，针对目前国内水源水质变化幅度大，水质不稳定，突发水污染事件出现频率较高等问题，金属膜运行工况也会随之改变。因此，如何快速根据不同水质来确定某型号金属膜的运行及清洗工况参数，是推广金属膜应有及维护其运行稳定的一项基本内容。

中国专利201310250776.4公开了一种反渗透膜元件离线清洗和评估装置及其使用方法，属于水处理技术领域，该方法可以对反渗透膜元件性能进行评估，针对污染物成分和含量，针对性选择清洗药剂种类，通过大水量清洗、逆向洗、正向洗、浸泡等操作，多角度、多层次离线加强清洗单支反渗透膜元件，在清洗过程，可对反渗透膜元件的性能给予监测，控制清洗流量、压力、清洗时间、温度等因素，提高清洗效果。

中国专利200720112576.2公开了一种多功能反渗透运行动态模拟试验装置，包括，储水箱；反渗透装置，增压泵、保安过滤器、高压泵；所述反渗透装置由反渗透膜组件组成，所述反渗透装置排出的纯水和浓水通过回流管与储水箱连通，所述回流管上设有控制纯水、浓水排出比例的流量计、电磁阀和压力表；还包括有检测阻垢剂温度、压力、精密差压的参数的检测元件，所述连通管、回流管上设有多个测点，所述检测元件与所述测点配合，后台数据处理***与所述检测元件电连接。本实用新型能实现反渗透专用阻垢剂的评价试验，同时该装置能实现反渗透运行动态模拟，获得反渗透运行优化的参数和控制指标，进行反渗透***运行故障的失效分析等功能。

上述两件专利虽然都是对膜的运行参数进行模拟，但是，显而易见的是，其适用的对象为反渗透膜，与金属膜属于截然不同的两种膜系。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置，包括原水罐、原水泵、过滤组件、产水罐、风机和反洗泵，其中，

所述的原水罐、原水泵、过滤组件和产水罐依次连接并组成过滤管路，过滤管路中，过滤组件的原水进口前端和滤液出口后端分别设有第一压力表和第二压力表，在原水泵和第一压力表之间依次设有减压阀和第一流量计，在过滤组件的滤液出口处还设有过滤取样口，

所述的产水罐的底部出水口依次连接反洗泵、过滤组件和外部排污去污口并组成水洗管路，所述水洗管路包括水正洗管路和水反洗管路，其中，水正洗管路中，反洗泵连接过滤组件的原水进口，再连接外部排污去污口，水反洗管路中，反洗泵连接过滤组件的滤液出口，再连接外部排污去污口，反洗泵与过滤组件之间还设有第二流量计，在过滤组件的反洗水出口处还设有反洗取样口，

所述的风机还依次连接过滤组件和外部排污去污口并组成气洗管路，所述的气洗管路包括气正洗管路和气反洗管路，其中，气正洗管路中，风机连接过滤组件的过滤组件的原水进口，再连接外部排污去污口，气反洗管路中，风机连接过滤组件的滤液出口，再连接至外部排污去污口，风机与过滤组件之间还设有第三流量计。

作为优选的实施方式，所述的原水罐内设有搅拌器，其罐体一侧还安装有一个水位指示器，罐体底部设有出水管和放空管，其中，出水管连接所述原水泵，放空管连接外部排污去污口；

所述的产水罐底部设有出水管，顶部设有溢流管，其中，出水管连接所述反洗泵，溢流管连接所述外部排污去污口，在产水罐罐体一侧还装有一个水位指示器。水位指示器的设置可以方便观察罐内水位变化。

所述的过滤管路中，在原水泵与减压阀之间的管路还引出旁通支路返回连接所述原水罐，在旁通支路上还设有限压保护阀。

作为优选的实施方式，所述的原水泵为可调频率的变频水泵。

作为优选的实施方式，所述的过滤组件包括多组并排设置的金属膜过滤单元，其中，所述金属膜过滤单元择一选用死端过滤或错流过滤，每个金属膜过滤单元的原水进口与原水泵之间均设有独立的一个减压阀、第一流量计和第一压力表，滤液出口与产水罐之间均设有一个过滤取样口和第二压力表。

作为更优选的实施方式，过滤管路中，第一流量计与第一压力表之间均设有独立的电动球阀，从第一压力表与过滤组件的原水进口之间管路还引出反洗支路连接外部排污去污口，在所述反洗支路上安装有所述反洗取样口。

作为更优选的实施方式，所述的金属膜过滤单元中的金属膜呈筒状，其侧壁上开有滤孔，

当金属膜过滤单元采用死端过滤时，所述的金属膜的一端封闭，另一端连接所述滤液出口，在金属膜过滤单元的侧部还开有排污支路连接外部排污去污口；

当金属膜过滤单元采用错流过滤时，所述的金属膜的两端分别连接原水进口和浓缩液出口，在金属膜过滤单元的侧部开有滤液出口，并连接产水罐。

作为优选的实施方式，所述的水洗管路中，反洗泵后接有第二流量计，第二流量计引出两条支路，其中一条接入所述过滤管路中过滤组件滤液出口与第二压力表之间管路，再经过滤组件连接至外部排污去污口，构成水正洗管路，另一条接入所述过滤管路中第一压力表与过滤组件原水进口之间管路，再经过滤组件连接至外部排污去污口，构成水反洗管路；

所述的气洗管路中，风机后接有第三流量计，第三流量计引出两条支路，其中一条接入所述过滤管路中过滤组件滤液出口与第二压力表之间管路，再经过滤组件连接至外部排污去污口，构成气正洗管路，另一条接入所述过滤管路中第一压力表与过滤组件原水进口之间管路，再经过滤组件连接至外部排污去污口，构成气反洗管路。

作为优选的实施方式，所述的水洗管路和气洗管路中，除风机与产水罐、反洗泵外，其余部分共用管路。

作为优选的实施方式，所述的过滤管路、水反洗管路和气洗管路上均设有电动阀，各电动阀由操控面板控制开关。

本发明的一体化装置主要包括原水罐、产水罐、搅拌器、风机、原水泵、反洗泵、流量计、压力计、不锈钢管道、原水罐水位显示器、产水罐水位显示器、死端过滤金属膜过滤单元、错流过滤金属膜过滤单元、电动球阀、操控面板、减压阀、取水口等部件，各部件部分连接并组成可独立运行或并列运行的过滤管路、水洗管路和气洗管路等，整个装置可获得不同进水条件下金属膜的过滤性能、工作周期、最优冲洗强度、冲洗时间等运行工况参数，可进行不同规格金属膜的比较优选，亦可进行同种金属膜的平行试验，能同时模拟过滤及冲洗工程，模块化连接，管道拆卸方便，能多个单元同时进行运行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的一体化装置可以获得金属膜运行以及清洗工况参数，自动化程度高，可以模拟不同规格金属膜在不同工况下的工艺过程，并获得不同进水条件下金属膜的过滤性能、工作周期、最优冲洗强度、冲洗时间等运行工况参数。

(2)装置结构简单，装卸方便，过滤组件采用金属膜过滤单元模块化组成，金属膜过滤单元可以根据实际需要适当增减，可在相同过滤方式单元内平行进行金属膜的过滤操作，减少实验误差；可在相同过滤方式单元内装置不同规格金属膜，通过同时运行，优选金属膜过滤规格型号；可进行金属膜不同过滤方式运行比较，根据不同水质优选合适过滤方式。

(3)本发明的一体化装置中模块化过滤单元的设置，还方便通过比例推算得出不同出水量所需金属膜的数量及规格。

(4)风机中的气反洗管路与反洗泵的水反洗管路共用部分管路，可分别独立运行或联合运行，进而模拟实际操作中的水冲、气冲和气水联合反冲洗。

(5)可同时进行金属膜过滤单元正常过滤运行及其他金属膜过滤单元反冲洗运行，原水罐、原水泵与产水罐、风机、反洗泵分属两个***，两个***可以同时运行，节省运行时间，提升运行效率。

(6)过滤管路中减压阀的设置可调节金属膜过滤单元进水压力。

附图说明

图1为本发明的一体化装置的流程结构图；

图中，1-原水罐，2-原水泵，31-金属膜过滤单元一，32-金属膜过滤单元二，33-金属膜过滤单元三，34-金属膜过滤单元四，35-金属膜过滤单元五，36-金属膜过滤单元六，4-产水罐，5-反洗泵，6-风机，7-操控面板，V1～V50-电动球阀，F1～F14-流量计，P1～P12-压力表，S1～S12-取样口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置，其结构如图1所示，包括原水罐1，原水泵2，过滤组件，产水罐4，风机6，电动球阀V1～V45，流量计F1～F8，压力表P1～P12，取样口S1～S12，反洗泵5，其中，过滤组件由六个金属膜过滤单元组成，分别为金属膜过滤单元一31，金属膜过滤单元二32，金属膜过滤单元三33，金属膜过滤单元四34，金属膜过滤单元五35和金属膜过滤单元六36，其中，前四组为终端金属膜过滤单元，后两组为错流金属膜过滤单元。

原水罐1内设有搅拌器，其罐体一侧还安装有水位指示器，罐体底部设有出水管和放空管，出水管处依次连接电动球阀V1、原水泵2、流量计F1、并列设置的六个金属膜过滤单元，以及产水罐4并组成过滤管路，六个金属膜过滤单元(以第一至金属膜过滤单元六36排序)的原水进口前端分别对应设置沿原水方向依次连接的独立的减压阀、流量计F2～F7、电动球阀V3～V8和压力表P1～P6，滤液出口后端分别对应设置取样口S1～S6、压力表P7～P12和电动球阀V9～V14。在原水泵2与流量计F1之间管路还引出旁通支路返回连接原水罐1，旁通支路上设有电动球阀V2(主要起限压保护的作用，即当过滤管路中的减压阀等发生堵塞而导致过滤管路前端压力过大时，原水泵2的出水能通过电动球阀V2返回原水罐1)。原水罐1底部的放空管通过电动球阀V45连接外部排污去污口。

产水罐4底部出水口引出两条支路，一条通过电动球阀V44连接外部产水处，另一条通过电动球阀V40依次连接反洗泵5、流量计F8、电动球阀V39，再引出水正洗管路和水反洗管路，其中，

水正洗管路包括分别接入六个金属膜过滤单元中的过滤管路中的取样口(即过滤取样口，S1-S6)和压力表(即第二压力表，P7-P12)之间管路的六条正洗子支路，六条正洗子支路上分别对应设置电动球阀V27、流量计F9和电动球阀V46，电动球阀V28、流量计F10和电动球阀V47，电动球阀V29、流量计F11和电动球阀V48，电动球阀V30、流量计F12和电动球阀V49，电动球阀V31、流量计F13和电动球阀V50，以及电动球阀V32。六个金属膜过滤单元的原水进口处还分别引出一条反洗支路连接外部排污去污口，每条反洗支路上对应各个金属膜过滤单元设置有取样口S7-S12和电动球阀V33-V38。此外，在死端过滤的每个金属膜过滤单元的侧部还引出一条支路接入外部排污口，每条支路上分别对应设置电动球阀V15～V18，在错流过滤的每个金属膜过滤单元的顶部(浓缩液出口)引出一条支路接入外部排污去污口，在这两条支路上分别设置电动球阀V19和V20。

水正洗管路与下述的气正洗管路共用。通过水反洗管路和水正洗管路，可对全部或金属膜过滤单元进行不同冲洗强度的正冲洗和反冲洗。

风机6通过电动球阀V43和流量计F14引出气洗管路，气洗管路分为两段，分别为气正洗管路和气反洗管路，气洗正管路处设置电动球阀V41，并引出六条气正洗支路接入过滤管路中的六个金属膜过滤单元的原水进口处，六条气正洗支路上分别对应设置电动球阀V21-V26。气反洗管路通过电动球阀V42接入水反洗管路的电动球阀V39后，并与水反洗管路共用。气正、反洗管路实质上与水正、反洗管路共用，因此，通过风机可以对全部或部分金属膜过滤单元进行正面气冲及反面气冲，亦可与水洗结合，实现金属膜的气水联合清洗。

上述各个电动球阀V1-V45通过一个统一的操控面板7连接并控制开关。

作为优选的实施方式，所述的原水泵2为可调频率的变频水泵。

作为优选的实施方式，产水罐4设有出水管和及溢流管，罐体一侧安装有水位指示器，方便观察罐内水位变化，溢流管直接接入排污去污口。

上述的装置在原水罐1及原水泵2运行时，可调节原水泵2运行频率，调节各单元进水流量计进水压力，将金属膜过滤单元进水管和出水管上的电动球阀阀门打开，反冲洗进水管及出水管管路上的电动球阀阀门关闭，使原水经流量计(即第一流量计，F2-F7)、压力表(P1-P6，即第一压力表)后流入金属膜过滤单元后从出水管流出。通过理论计算，对出水水质及压力变化相关数据进行分析计算，便可得出填料运行周期。上述在实际运行过程中，可以根据需要将六组金属膜过滤单元单独运行或任意组合运行，且选取相同过滤方式的金属膜过滤单元内可装载不同规格型号的金属膜，进而进行同工况下金属膜的优选；也可以装载相同规格型号的金属膜进行平行操作，获得相关工作参数，提高所得参数的准确性和可靠性。

上述装置在水洗、气洗或气水联合冲洗运行时，将金属膜过滤单元进水管及出水管管道上的电动球阀阀门关闭，反冲洗进水管及出水管管道上的电动球阀阀门开启，使反冲洗水或空气从金属膜过滤单元内金属膜正面或反面流入，然后从金属膜过滤单元出水管流出。通过理论计算，间隔固定时间对反冲洗出水水样进行采样分析，对相关数据进行分析计算，便可得出调料相关冲洗或再生参数。

如图1所示，六个金属膜过滤单元从左到右依次为金属膜过滤单元一31，金属膜过滤单元二32，金属膜过滤单元三33，金属膜过滤单元四34，金属膜过滤单元五35和金属膜过滤单元六36，前四个单元为终端过滤(死端过滤)，后两个单元采用错流过滤。

各个电动球阀的开关由操控面板7上按钮进行操作，各工况下电动球阀的开关规则如下表。

将上述的一种获得金属膜运行及清洗工况参数的一体化装置应用到试验中，初步得出金属膜实际运行情况，相关实验数据如下：

采用终端过滤方式，对实验室自来水进行过滤，进水浊度为1.5-3.1NTU，0.1μm、0.3μm、0.5μm及1.0μm金属膜对浊度去除率分别82％，为88％，72％，36％。

对某微污染水源水进行过滤时，进水浊度为3.9-5.2NTU，0.1μm、0.3μm、0.5μm及1.0μm金属膜对浊度去除率分别为96％，92％，82％，88％。

用实验室超纯水进行过滤实验，得到0.1μm、0.3μm、0.5μm及1.0μm金属膜自身阻力分别为6.0×10¹⁰m^-1、4.7×10¹⁰m^-1、3.0×10¹⁰m^-1、及1.25×10¹⁰m^-1。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置，其特征在于，包括原水罐、原水泵、过滤组件、产水罐、风机和反洗泵，其中，

所述的原水罐、原水泵、过滤组件和产水罐依次连接并组成过滤管路，过滤管路中，过滤组件的原水进口前端和滤液出口后端分别设有第一压力表和第二压力表，在原水泵和第一压力表之间依次设有减压阀和第一流量计，在过滤组件的滤液出口处还设有过滤取样口，

所述的产水罐的底部出水口依次连接反洗泵、过滤组件和外部排污去污口并组成水洗管路，所述水洗管路包括水正洗管路和水反洗管路，其中，水正洗管路中，反洗泵连接过滤组件的原水进口，再连接外部排污去污口，水反洗管路中，反洗泵连接过滤组件的滤液出口，再连接外部排污去污口，反洗泵与过滤组件之间还设有第二流量计，在过滤组件的反洗水出口处还设有反洗取样口，

所述的风机还依次连接过滤组件和外部排污去污口并组成气洗管路，所述的气洗管路包括气正洗管路和气反洗管路，其中，气正洗管路中，风机连接过滤组件的过滤组件的原水进口，再连接外部排污去污口，气反洗管路中，风机连接过滤组件的滤液出口，再连接至外部排污去污口，风机与过滤组件之间还设有第三流量计；

所述的原水罐内设有搅拌器，其罐体一侧还安装有一个水位指示器，罐体底部设有出水管和放空管，其中，出水管连接所述原水泵，放空管连接外部排污去污口；

所述的产水罐底部设有出水管，顶部设有溢流管，其中，出水管连接所述反洗泵，溢流管连接所述外部排污去污口，在产水罐罐体一侧还装有一个水位指示器；

所述的过滤管路中，在原水泵与减压阀之间的管路还引出旁通支路返回连接所述原水罐，在旁通支路上还设有限压保护阀；

所述的过滤组件包括多组并排设置的金属膜过滤单元，其中，所述金属膜过滤单元择一选用死端过滤或错流过滤，每个金属膜过滤单元的原水进口与原水泵之间均设有独立的一个减压阀、第一流量计和第一压力表，滤液出口与产水罐之间均设有一个过滤取样口和第二压力表；

所述的水洗管路中，反洗泵后接有第二流量计，第二流量计引出两条支路，其中一条接入所述过滤管路中过滤组件滤液出口与第二压力表之间管路，再经过滤组件连接至外部排污去污口，构成水正洗管路，另一条接入所述过滤管路中第一压力表与过滤组件原水进口之间管路，再经过滤组件连接至外部排污去污口，构成水反洗管路；

所述的气洗管路中，风机后接有第三流量计，第三流量计引出两条支路，其中一条接入所述过滤管路中过滤组件滤液出口与第二压力表之间管路，再经过滤组件连接至外部排污去污口，构成气正洗管路，另一条接入所述过滤管路中第一压力表与过滤组件原水进口之间管路，再经过滤组件连接至外部排污去污口，构成气反洗管路；

过滤管路中，第一流量计与第一压力表之间均设有独立的电动球阀，从第一压力表与过滤组件的原水进口之间管路还引出反洗支路连接外部排污去污口，在所述反洗支路上安装有所述反洗取样口；

所述的金属膜过滤单元中的金属膜呈筒状，其侧壁上开有滤孔，

当金属膜过滤单元采用死端过滤时，所述的金属膜的一端封闭，另一端连接所述滤液出口，在金属膜过滤单元的侧部还开有排污支路连接外部排污去污口；

当金属膜过滤单元采用错流过滤时，所述的金属膜的两端分别连接原水进口和浓缩液出口，在金属膜过滤单元的侧部开有滤液出口，并连接产水罐。

2.根据权利要求1所述的一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置，其特征在于，所述的原水泵为可调频率的变频水泵。

3.根据权利要求1所述的一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置，其特征在于，所述的水洗管路和气洗管路中，除风机与产水罐、反洗泵外，其余部分共用管路。

4.根据权利要求1所述的一种获得金属膜运行和清洗工况参数的一体化装置，其特征在于，所述的过滤管路、水反洗管路和气洗管路上均设有电动阀，各电动阀由操控面板控制开关。

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