一种基于超声波的MBR膜清洗装置

一种基于超声波的mbr膜清洗装置
技术领域
1.本实用新型涉及清洗设备技术领域，特别是一种基于超声波的mbr膜清洗装置。


背景技术：

2.膜生物反应器（membrane bio
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reactor,mbr）是将膜分离技术与生物原理相结合而开发的一种新型污水处理工艺。它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截流、替代二沉池；与传统工艺相比，它具有固液分离效果好、出水水质好、污泥产量低、生物反应器内生物量高、占地面积小等优点，在污水处理中的应用范围和规模不断扩大。但是膜反应器的广泛应用受到了膜价格、膜污染以及高能耗等问题的限制。其中膜污染是限制mbr大规模推广的主要因素，因此，寻求更好的途径解决mbr膜污染问题也是当前研究的热点问题之一。
3.膜清洗是控制膜污染、降低tmp（或恢复膜通量）的有效方法，目前膜清洗方法按形式分主要有物理清洗、化学清洗及电清洗等。物理清洗主要包括曝气（或空气清洗）和水力反冲洗两种形式，但频繁使用容易造成膜组件破坏，且空曝气、水力反冲洗等在线物理清洗只能暂时缓解膜污染的发展，清洗效果不能持久，能耗也较大。化学清洗是使用一定浓度的特定种类的化学药剂配制的清洗溶液对滤膜进行清洗，化学药剂可以是酸、碱、氧化剂、还原剂、表面活性剂及其混合配制的制剂等，化学制剂对系统中微生物冲击大，会对膜材料造成损伤，而且不适合应用于饮用水处理的膜组件日常维护与清洗。电清洗时电场会改变反应池内分离溶液的ph值，并引起电极表面的电解。因此上述清洗方式还无法满足实际需要，无法为膜生物反应器有效推广起到技术支撑。基于上述，提供一种清洗效果好，且能防止对膜组件造成损坏的mbr膜清洗装置显得尤为必要。


技术实现要素：

4.为了克服现有mbr膜清洗设备因结构所限，无法满足实际需要，不能为膜生物反应器有效推广起到技术支撑的弊端，本实用新型提供了结合现有较为成熟的超声波物理清洁技术，应用中在相关机构共同作用下，能智能化每间隔一定时间通过超声波清洗mbr膜组件，且能每间隔一定时间打开阀门，使清洗的废水及时排出、外部清洁的净水及时循环进入，并能保持一定水位达到好的清洗效果，且不会对mbr膜组件造成损伤的一种基于超声波的mbr膜清洗装置。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种基于超声波的mbr膜清洗装置，包括plc、超声波发生器、超声波换能器、稳压电源、电磁阀、时控开关、清洗槽；其特征在于还具有水位开关和水位控制电路；所述清洗槽上端为开放式结构，电磁阀至少有两只，两只电磁阀一端分别和清洗槽两侧端连接，超声波换能器具有多个安装在振动板一侧端，振动板另一侧端安装在清洗槽内侧；所述水位开关安装在清洗槽的内上部；所述plc、超声波发生器、稳压电源、时控开关和水位控制电路安装在电气控制箱内；所述稳压电源的电源输出两端和水位控制电路、时控开关的电源输入端
电性连接；所述水位开关电性串联在水位控制电路的两个信号输入端之间；所述时控开关及水位控制电路的电源输出端和两个电磁阀的电源输入端分别电性连接，plc的控制电源输出端和超声波发生器的电源输入端电性连接，超声波发生器的信号输出端和超声波换能器的电源输入端电性连接。
7.进一步地，所述超声波发生器、超声波换能器是超声波发生器及超声波换能器组件；稳压电源是交流转直流开关电源模块。
8.进一步地，所述电磁阀是常闭阀芯电磁阀；时控开关是全自动微电脑时控开关。
9.进一步地，所述水位开关包括绝缘板、两只金属片，两只金属片间隔距离安装在绝缘板侧端。
10.进一步地，所述水位控制电路包括电阻、npn三极管和继电器，其间电性连接，电阻一端和第一只npn三极管基极连接，第一只npn三极管发射极和第二只npn三极管基极连接，两只npn三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，继电器正极及控制电源输入端连接。
11.本实用新型有益效果是：本实用新型将待清洗的mbr超滤膜组件内置于清洗槽和两只矩形振动板内侧端之间，在20
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40℃温度条件下，启动plc控制器，超声波发生器会控制两只矩形振动板工作一段时间完成超声波清洗作业。本新型中，时控开关能每间隔一定时间打开阀门，使清洗的废水及时排出、外部清洁的净水及时循环进入，且水位控制电路能一直保持清洗槽内水位深度，达到好的清洗效果。本新型利用超声波在水中产生的振动和微湍流现象，有利于使污染物质从mbr超滤膜的表面脱离，并且间隙性地在线施加具有清洗作用的超声波于mbr膜，从而达到清洗mbr膜的效果。本实用新型系统操作简单、动力消耗低、对清洗mbr膜没有机械损失，从而实现膜清洗的同时延长了膜的使用寿命。基于上述，本新型具有好的应用前景。
附图说明
12.图1是本实用新型结构示意图；
13.图2是本实用新型电路图。
具体实施方式
14.图1所示，一种基于超声波的mbr膜清洗装置，包括plc1、超声波发生器2、超声波换能器3、稳压电源4、电磁阀51及52、时控开关6、清洗槽7（长宽高分别是1500mm
×
1500mm
×
2000mm）；还具有水位开关9和水位控制电路8；所述清洗槽7是矩形上端为开放式结构，电磁阀有两个，两只电磁阀51及52的一端分别和清洗槽7右上端进水管及左下端排水管经管道接头连接（第一只电磁阀51另一端和自来水管经管道连接，第二只电磁阀52另一端和污水管经管道连接），超声波换能器3具有多个分别间隔一定距离安装在两只矩形振动板31内侧端，两只振动板31外侧端垂直分布安装在清洗槽7内侧左右两端；所述水位开关9安装在清洗槽7的内上右端中部；所述plc1、超声波发生器2、稳压电源4、时控开关6和水位控制电路8安装在电气控制箱内。
15.图1、2所示， plc型号是fx3u
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16mr；超声波发生器a3、超声波换能器a4是型号kmd
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m4的超声波发生器及超声波换能器组件成品，超声波换能器组件成品a4具有多个、电源输入端并联在一起；稳压电源a1是型号220v/12v/200w的交流220v转直流12v开关电源模块成
品。电磁阀dc1、dc2是功率2w的常闭阀芯电磁阀；时控开关a2是型号kg316t的全自动微电脑时控开关，微电脑时控开关自身壳体前侧上端具有液晶显示屏，壳体前下端具有取消/恢复、校时、校分、校星期、自动/手动、定时、时钟七个按键，其还具有两个电源输入端1、2脚，两个电源输出端3、4脚，应用前，使用者分别按动操作七只按键，可设定两个电源输出端输出电源的间隔时间及输出电源的时间，一次设定后只要不进行下一次操作按键设定，失电也不会导致设置的电源输出时间改变。水位开关包括绝缘塑料板91、两只铜片t(92)，两只铜片t间隔距离2毫米粘接在绝缘板的内侧下端，绝缘板91外侧安装在清洗槽7的内上右端中部。水位控制电路包括电阻r1、npn三极管q1及q2和继电器k2，其间经电路板布线连接，电阻r1一端和第一只npn三极管q1基极连接，第一只npn三极管q1发射极和第二只npn三极管q1基极连接，两只npn三极管q1及q2集电极和继电器k2负极电源输入端连接，继电器k2正极及控制电源输入端连接。
16.图2所示，稳压电源a1的电源输入端1及2脚、plc的电源输入端和220v交流电源两极分别经导线连接。稳压电源a1的电源输出两端3及4架和水位控制电路的电源输入两端继电器k2正极电源输入端及npn三极管q1发射极、时控开关a2的电源输入端1及2脚分别经导线连接。水位开关的两只铜片t经导线分别串联在水位控制电路的继电器k2正极电源输入端和电阻r1另一端之间。时控开关a2的电源输出端3及4脚及水位控制电路的电源输出端继电器k2常闭触点端和两个电磁阀dc2、dc1的电源输入端分别经导线连接。plc的控制电源输出端和超声波发生器a3的电源输入端经导线连接，超声波发生器a3的信号输出端和超声波换能器a4的电源输入端经导线连接。
17.图1、2所示，本实用新型将待清洗的mbr超滤膜组件10内置于清洗槽7和两只矩形振动板31内侧端之间，在20
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40℃温度条件下，启动plc控制器，这样，plc会控制超声波发生器a3在一定时间内工作（比如每次工作时间为5分钟，每次间隔时间10分钟，反复重复上述步骤四次），然后超声波发生器a2输出信号电源到多只超声波换能器a4的电源输入端，多只超声波换能器a4得电工作，会控制两只矩形振动板工作对mbr超滤膜组件10完成超声波清洗作业。本新型利用超声波换能器a4经两只振动板31，通过超声波在水中产生的振动和微湍流现象，有利于使污染物质从mbr超滤膜组件10的表面脱离，并且间隙性地在线施加具有清洗作用的超声波于mbr膜组件10，从而达到有效清洗mbr膜组件10的效果。清洗完后将mbr超滤膜组件10从清洗槽10内吊出来就可。
18.图1、2所示，220v交流电源进入稳压电源a1的1及2脚后，稳压电源a1在其内部电路作用下3及4脚会输出稳定的直流12v电源进入水位控制电路、时控开关a2的电源输入端，并进入两只铜片t其中一只铜片。时控开关a2得电工作后在其内部电路及技术人员设定的3及4脚输出电源时间作用下，会每间隔一定时间输出电源进入电磁水阀dc2的电源输入端（比如每间隔2分钟输出3分钟电源），于是电磁水阀dc2会每间隔2分钟得电其内部阀芯打开3分钟将清洗槽7内下的清洗后浑浊的水排出部分。当清洗槽7内污水排出一部分后，由于清洗槽7内的水不再将水位探头的两只铜片t淹没（初始状态，水将两只铜片t淹没），这样，12v电源正极不会经两只铜片t、水、电阻r1（降压限流）进入npn三极管q1、q2组成的达林顿管基极，npn三极管q1、q2处于截止状态，继电器k2失电其控制电源输入端和常闭触点端闭合，进而12v电源正极经继电器k2控制电源输入端及常闭触点端进入电磁阀dc1的正极电源输入端，于是，电磁阀dc1得电其内部阀芯打开，外部自来水输入的清洁水补充入清洗槽7内。当
自来水补充入清洗槽7内量够将两只铜片t再次淹没后，此刻12v电源正极会经两只铜片t、水、电阻r1（降压限流）进入npn三极管q1、q2组成的达林顿管基极（高于0.7v），npn三极管q1、q2处于导通状态集电极输出低电平进入继电器k2负极电源输入端，进而，继电器k2得电吸合其控制电源输入端和常闭触点端开路，电磁阀dc1失电其内部阀芯关闭，外部的自来水不再进入清洗槽7内。通过上述所有机构及电路共同作用，本新型超声波发生器会控制两只矩形振动板工作一段时间完成超声波清洗作业。时控开关a2能每间隔一定时间打开阀门，使清洗的废水及时排出、外部清洁的净水及时循环进入，且水位控制电路能一直保持清洗槽内水位深度，达到好的清洗效果。本实用新型系统操作简单、动力消耗低、对清洗mbr膜组件10没有机械损失，从而实现膜清洗的同时延长了膜的使用寿命。电路中，电阻r1阻值是47k、npn三极管q1、q2型号是9013；继电器k2是dc12v继电器。
[0019] 图1、2所示，相关知识备注：超声波清洗是超声波换能器引起mbr超滤膜组件10的膜面高频振动、超声空化、声流以及热效应，进而达到清洗效果。当超声波在液体中传播时，超声波与液体的作用会产生非致热效应，表现为液体激烈而快速的机械运动与空化现象。空化是液体中微小泡核的振荡、生长、收缩及崩溃过程。气泡崩溃时，在极短时间内，在泡内产生5000k以上的高温和大约50mpa的高压，并伴生强烈的冲击波，产生速度达110m/s左右的极小“微射流喷嘴”，把水射到膜的表面上。空化产生的高能冲击液对污垢层直接反复冲击，破坏污物与清洗膜表面的吸附，引起污物层的疲劳破坏而被剥离，加之超声音频振动的协同作用，使气泡还能“钻入”裂缝振动，强化污垢脱落。超声波在清洗液中传播时产生正负交变的声压。由于非线形效应在固体和液体界面上会产生高速的声流和微声流，一方面微声流和声流会把新鲜溶液带到膜表面，溶解膜表面的颗粒，同时空蚀去除不溶解的污染物，减少膜表面结垢；另一方面产生的声流和微声流能够直接破坏污物，除去或削弱边界污垢层，增加搅拌、扩散作用。 超声波控制膜污染不是超声波直接对膜材料产生作用，而是通过其打碎膜表面的泥饼层和降低膜表面溶液的浓度使膜表面泥饼层厚度减少，膜表面的浓差极化减弱，从而使膜污染得到清洗控制。
[0020]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。
[0021]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。