专利名称：一种在线超声监测与清洗一体化膜组件的制作方法
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种在线超声监测与清洗一体化膜组件。
背景技术：
由于膜分离技术具有节能、高效、简单和易于操作等特点而受到了人们的广泛关注，该技术广泛应用于食品、医药、化工、环保等各个领域。虽然不断有新型的膜材料及膜组件被研制出来，但在实际应用时，膜通量会随着时间的延长而逐渐下降，膜污染与浓差极化现象是导致膜通量下降的主要原因。传统方法是在膜管使用一段时间后，加入化学试剂对其进行化学清洗。化学清洗虽能在一定程度上提高膜通量，但同时也带来了二次污染，且化学试剂容易损坏膜管，缩短膜管的使用寿命，增加了操作成本。因此，膜污染的监测和控制将是促进膜材料被广泛使用的关键技术。缺乏有效的膜污染监测和控制技术，将阻碍膜技术的进一步发展。为解决膜污染与浓差极化带来的问题，许多研究将超声场与膜分离技术相结合，探索了超声强化膜分离过程的影响。结果表明超声能有效控制膜污染，提高膜通量。但是，超声波对膜材料，尤其是有机膜材料的损伤仍不可忽视。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在线超声监测与清洗一体化膜组件，以便有效降低膜污染、减轻浓差极化现象，从而实现提高膜通量，减少膜材料损伤，简化操作工序，降低操作成本。一种在线超声监测与清洗一体化膜组件，进水板11的中轴线上侧设有进水口 1， 换能器基座4以机械方式紧密固定于膜组件的外壳10，换能器基座4安装有超声换能器2， 超声控制系统3与超声换能器2和换能器基座4电连接，透过液通道7连接进水板11和出水板5，并位于进水板11和出水板5的中轴线上，膜材料9包覆在透过液通道7周围，透过液出口 6位于出水板5的中轴线上，浓水出口 8位于外壳10靠近出水板5的一端。所述超声换能器2由包括两块换能器，分别作为超声发生器和超声检测器的换能元件。所述超声换能器2在横切面上的安装方向与指向膜组件中心轴线的方向呈0 60 度，该角度根据采用的膜组件直径和换能器的数量和直径进行调整。所述超声控制系统3由超声发生器、检测器、可编程控制器以及计算机组成。所述换能器基座4，其尺寸具有较大灵活性，使用时长度略大于膜壳长度，宽度略大于换能器直径，以机械方式紧密固定于膜组件外壳，并可拆卸。在换能器与膜壳之间的基座内部填充了超声传导介质。该基座具有在膜组件轴向方向上改变超声换能器位置的电动机构，该机构与超声控制系统电连接。本发明的有益效果1、本发明监测到的膜材料的超声波反射信号，对膜材料表面污染程度进行在线监测，由于超声换能器具有可动性，因此可对膜组件任意位置进行监测， 极大提高了膜污染监测的数据可获得性和准确性。2、本发明的超声作用可引起膜表面的振
3动、超声空化现象、声流、以及辐射压等因素。超声引起膜表面的震动能使吸附在膜表面的颗粒脱落。超声空化现象能够除去或削弱层流底层的厚度，从而控制膜污染，减轻浓差极化现象。此外，在膜组件清洗时实施超声清洁，能够提高清洗的效率。3、本实发明独创的换能器基座，能够确保声能量的有效传递。由于可在膜壳上的任意位置进行超声监测与超声清洁，因此在实际使用中通过控制系统的调整，可对膜材料进行有间隔的均勻的超声作用，不易造成膜材料特定位置的破损，延长了膜材料的使用寿命。此外，由控制系统精细控制的超声开、闭时间，以及可调的超声频率与输出功率，也使超声作用对膜材料破坏性大大降低。
图1为本发明膜组件纵剖面示意图；图中，1-进水口、2-超声换能器、3-超声控制系统、4-换能器基座、5-出水板、 6-透过液出口、7-透过液通道、8-浓水出口、9_膜材料、10-外壳、11-进水板。图2为本发明膜组件横切面示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。实施例1本实施例中，石英砂过滤器、保安过滤器、超声监测与在线超声监测与清洗一体化膜组件依次组成一套系统内，以上设备和流量计、电磁阀、高压泵等均连接至PLC控制系统，所述石英砂过滤器、保安过滤器、超滤膜组件之间采用PVC管件依次连通。本实施例在线超声监测与清洗一体化膜组件，如图1所示，进水板11的中轴线上侧设有进水口 1，换能器基座4以机械方式紧密固定于膜组件的外壳10，可拆卸，换能器基座4安装有超声换能器2，超声控制系统3与超声换能器2和换能器基座4电连接，超声换能器2，透过液通道7连接进水板11和出水板5，并位于进水板11和出水板5的中轴线上， 膜材料9包覆在透过液通道7周围，透过液出口 6位于出水板5的中轴线上，浓水出口 8位于外壳10靠近出水板5的一端；超声换能器2由超声发生器与超声检测器构成；超声换能器2在横切面上的安装方向与指向膜组件中心轴线的方向呈角度30°，如图2所示。本实施例的一体化膜组件膜壳长600mm，外径100mm，内装PAN卷式超滤膜。换能器基座4长620mm，宽度50mm，以机械方式紧密固定于膜组件外壳10，在膜壳圆周等间隔安装了 3个换能器基座4。超声换能器2安装在换能器基座4上，直径为20mm，在轴向方向的安装间隔约为200mm，超声换能器2的频率为20_100KHz可调，功率为0-200W可调。超声换能器2在横切面上的安装方向与指向膜组件中心轴线的方向呈角度30°，如图2所示。超声换能器2的控制策略为在膜通量下降5%后所有超声换能器2以50w功率开启15s。在初始位置左右IOOmm范围内以20mm步长移动超声换能器2，监测超声反射信号，在信号强度高于阈值处以50w功率开启15s，并移动至下一位置；若开启IOs后仍高于阈值，则停止1 后以50w功率再开启30s，若仍高于阈值，则停止1 后以以IOOw功率再开启15s，并移动至下一位置；若所有位置均以IOOw功率处理过，则停止。在膜组件清洗过程中，所有超声换能器2先以150w功率开启15s，之后在初始位置左右IOOmm范围内以20mm 步长移动超声换能器2，在每个位置以IOOw功率开启15s。
在操作压力为0. 5MPa，流速0. lm/s的运行条件下，本发明使得累计膜渗透通量提高20% -30%，清洗周期可延长一倍，清洗时间可缩短40% -50%。
权利要求
1.一种在线超声监测与清洗一体化膜组件其特征在于，进水板(11)的中轴线上侧设有进水口(1)，换能器基座以机械方式紧密固定于膜组件的外壳(10)，换能器基座(4) 安装有超声换能器O)，超声控制系统⑶与超声换能器⑵和换能器基座电连接，透过液通道(7)连接进水板(11)和出水板(5)，并位于进水板(11)和出水板(5)的中轴线上，膜材料(9)包覆在透过液通道(7)周围，透过液出口(6)位于出水板(5)的中轴线上， 浓水出口⑶位于外壳(10)靠近出水板(5)的一端。
2.根据权利要求1所述的一种在线超声监测与清洗一体化膜组件，其特征在于，所述超声换能器( 包括两块换能器，分别作为超声发生器与超声检测器的换能元件。
3.根据权利要求1所述的一种在线超声监测与清洗一体化膜组件，其特征在于，所述超声换能器(2)在横切面上的安装方向与指向膜组件中心轴线的方向呈0 60度可调。
4.根据权利要求1所述的一种在线超声监测与清洗一体化膜组件，其特征在于，换能器基座具有在膜组件轴向方向上改变超声换能器位置的电动机构。
5.根据权利要求1所述的一种在线超声监测与清洗一体化膜组件，其特征在于，所述超声控制系统内置的控制程序以超声检测器的信号和膜系统的运行状态作为输入，以超声发生器的位置、开闭、频率、功率作为输出。
全文摘要
本发明公开了属于水处理技术领域的一种利用超声技术实现膜污染在线监测与控制的膜组件。该膜组件由进水板、膜壳、卷式膜、出水板、超声波换能器、透过水出口、浓水出口和智能控制系统构成。本发明提出的装置能够对膜污染情况进行实时监测，根据设定的开启策略利用超声作用破坏浓差极化，干扰并减缓膜污染的形成，其空化作用还能对增强膜清洗的效果。本发明采用了特殊的超声使用方式，显著降低了超声对膜材料的破坏作用，扩大了超声的应用范围，延长了膜材料的使用时间，提高了膜组件的清洗效果，适用于超滤、纳滤、反渗透等一系列膜组件。
文档编号G01N29/04GK102423640SQ201110315418
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者姚尧, 安春江, 张晓东, 李晟, 赵珊, 魏佳, 黄国和 申请人:华北电力大学