一种水处理用陶瓷膜的实验测试装置的制作方法

1.本实用新型属于水处理技术领域，具体涉及一种水处理用陶瓷膜的实验测试装置。


背景技术：

2.在水处理膜应用领域，有机膜占据了大部分市场，中空纤维膜则广泛应用于自来水净化和中水回用领域中。但是随着水质越来越恶劣，在运行的过程中，有机膜容易出现污堵，需频繁地进行水反洗和药洗，中空纤维膜则会出现断丝的风险，易出现停机清洗修复现象，导致后续系统不稳定。而陶瓷膜组件则不会出现断丝的风险，寿命更长，运行过滤时间更长，系统的回收率会更高，需要的反洗次数和药洗次数更少，大大加强了系统的稳定性。
3.但目前的陶瓷膜多用在工业物料分离上，通常采用的大错流过滤、高温或药剂正冲清洗等过滤方式及清洗方式不适用于需要较低运行成本的水处理领域；同时，在水处理领域，陶瓷膜用泵反洗效果差，反洗时间较长时回收率低，泵反洗可行性差。目前的陶瓷膜的组件成本和运行成本大大限制了其在水处理领域内的应用。
4.基于以上原因，有必要对现有陶瓷膜的运行方式(包括过滤方式和清洗方式)进一步探索和优化，使陶瓷膜的运行方式可适用于水处理领域。而在研究过程中，需要相应的陶瓷膜实验测试装置来考察陶瓷膜的运行方式。因此开发应用在水处理领域内的陶瓷膜实验测试装置，并能够验证过滤方式和清洗方式就显得极其重要。而现有的陶瓷膜实验测试装置难以满足需求。主要原因在于：
5.1、现有陶瓷膜实验测试装置结构、功能和运行方式单一，有的只能进行单一的过滤，不具备多种运行方式。在实验测试过程中，无法根据实际情况对运行模式进行比较优选，也无法根据料液或者水质特点优选运行模式。
6.2、现有的实验测试装置控制方式单一，且反洗等清洗方式完全需要依靠手动操作等，导致实验测试结果容易出现较大的人为误差。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种水处理用陶瓷膜的实验测试装置。本实用新型的陶瓷膜实验测试装置简单、成本较低且具有多种运行模式，可在此实验测试装置上进行多种运行模式对比，为后续的工程设计和项目应用提供设计基础和应用参数，甚至可在此基础上对装置进行开发和拓展。
8.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
9.一种水处理用陶瓷膜的实验测试装置，包括陶瓷膜组件机构、进水机构、浓缩液上排机构、底排机构、透析液产水机构和反洗机构；
10.所述陶瓷膜组件机构包括陶瓷膜组件，所述陶瓷膜组件上设有进水接口、浓缩液出口和透析液出口；
11.所述进水机构包括料桶、进水泵、进水阀和旁路出水调节阀；所述料桶、进水泵与
所述陶瓷膜组件的进水接口连通形成主进水管路，所述进水阀设在所述主进水管路；所述料桶还与所述进水接口连通形成与所述主进水管路相并联的旁路调节管路；所述旁路出水调节阀设在所述旁路调节管路；
12.所述浓缩液上排机构包括浓缩液排放阀和浓缩液排放调节阀；所述陶瓷膜组件的浓缩液出口与所述料桶连通形成浓缩液排放管路，所述浓缩液排放阀和浓缩液排放调节阀串联设在所述浓缩液排放管路；
13.所述底排机构包括底部排放阀；所述底部排放阀设在与所述陶瓷膜组件的进水接口连通的底排管路；
14.所述透析液产水机构包括出水调节阀和储水罐；所述陶瓷膜组件的透析液出口与所述储水罐连通形成产水管路，所述出水调节阀设在所述产水管路；
15.所述反洗机构包括泵反洗部分和储水罐反洗部分；所述泵反洗部分包括所述储水罐、反洗泵和泵反洗阀；所述储水罐、反洗泵与所述陶瓷膜组件的透析液出口连通形成泵反洗管路，所述泵反洗阀设在所述泵反洗管路；所述储水罐反洗部分包括空压机、进气阀和所述储水罐；所述空压机、所述储水罐与所述陶瓷膜组件的透析液出口连通形成储水罐反洗管路，所述进气阀设在所述储水罐反洗管路且位于所述空压机与所述储水罐之间。
16.一实施例中：所述陶瓷膜为管式陶瓷膜。
17.一实施例中：所述进水阀位于所述进水泵与所述进水接口之间。
18.一实施例中：所述透析液产水机构还包括排气阀，所述排气阀设在所述产水管路。
19.一实施例中：所述透析液产水机构还包括产水阀，所述产水阀设在与所述储水罐连通的溢流出水管路上。
20.一实施例中：所述溢流出水管路中还设有若干溢流阀，所述若干溢流阀相互并联地设在所述储水罐与所述产水阀之间。
21.一实施例中：所述泵反洗阀位于所述反洗泵与所述陶瓷膜组件的透析液出口之间。
22.一实施例中：所述储水罐反洗部分包括还包括止回阀，所述止回阀设在所述储水罐反洗管路且位于所述进气阀与所述储水罐之间。
23.一实施例中：还包括控制机构，所述控制机构分别与所述进水机构、所述浓缩液上排机构、所述底排机构、所述透析液产水机构、所述反洗机构信号连接。
24.一实施例中：所述控制机构包括可编程时间继电器。
25.本实验测试装置的进水机构增设了旁路出水调节阀，调节进水流量和进水压力，不需设置变频器，减小了实验测试装置和控制机构体积。
26.本实验测试装置在浓缩液上排机构设有浓缩液排放阀和浓缩液排放调节阀，浓缩液排放阀可控制过滤方式为死端或错流模式，浓缩液排放调节阀可控制错流流量，从而控制陶瓷膜膜表面流速。
27.本实验测试装置在透析液产水机构设有出水调节阀，可调节产水压力和流量，控制跨膜压差。且产水管路中设有储水罐，储水罐的储水量可通过溢流阀进行液位控制，且设有空气压缩机(空压机)，通过气压将储水罐的储水对陶瓷膜进行反冲洗，且反洗量可通过溢流阀或反洗时间进行控制。采用空压机的储水罐反洗方式可在进气阀后加装脉冲装置进行脉冲反洗。同时也可通过泵对陶瓷膜进行反洗，存在多种反洗方式。
28.本实验测试装置的泵和阀门均可通过以可编程时间继电器为核心的控制机构进行控制，可直接在线进行中文编程，可实现对整个实验测试装置的自定义控制，便于用户灵活控制实验测试装置。
29.需要说明的是，除有特别说明外，本实用新型所涉及的各个装置单一的处理过程为公知常识，本领域的技术人员根据上述的描述都可以利用上述装置完成这些处理过程。本实用新型的发明点在将各个装置组合使用，故而这些装置的具体操作步骤不做详细描述。
30.本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
31.1.本实用新型可运行死端过滤、低膜面流速错流过滤等适合水处理领域的多种过滤方式，可运行泵反洗、储水罐反洗等适合水处理领域的多种清洗方式；同时，可根据过滤料液性质灵活选择过滤模式(错流或死端)、灵活选择清洗方式(泵反洗或储水罐反洗)，即在不同的过滤和清洗方式间进行切换，尤其适合用于水处理领域陶瓷膜的测试考察。
32.2.在需要较低的运行成本的水处理领域，需可以控制较低的膜面流速，甚至采用死端过滤模式，这些过滤方式可降低泵的流量和扬程，能在一定程度上节约运行成本。本实用新型可运行死端过滤、低膜面流速错流过滤等过滤方式，为这类陶瓷膜过滤的工业化应用打下基础。
33.3.目前针对陶瓷膜的常规清洗方式中，高温和药剂清洗操作麻烦、成本高，泵反洗的效果较差。本实用新型增加了储水罐反洗方式，可根据需要灵活选择泵反洗或储水罐反洗方式，为这类陶瓷膜过滤的工业化应用打下基础。
附图说明
34.图1为本实用新型实施例的一种水处理用陶瓷膜的实验测试装置的示意图。
35.附图标记：料桶1，进水泵2，进水阀3，旁路出水调节阀4，底部排放阀5，浓缩液排放阀6，浓缩液排放调节阀7，排气阀8，泵反洗阀9，反洗泵10，出水调节阀11，储水罐12，止回阀13，进气阀14，产水阀15，空压机16，可编程时间继电器控制系统17；陶瓷膜组件18，进水接口/底排接口181，浓缩液出口182，透析液出口183；溢流阀19。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例具体说明本实用新型的内容：
37.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“横”、“竖”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图中的立体图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
38.请查阅图1，为本实施例的一种水处理用陶瓷膜的实验测试装置，包括：进水机构、陶瓷膜组件机构、浓缩液上排机构、底排机构、透析液产水机构、反洗机构和可编程时间继电器控制机构；上述机构及关联的管道配合形成的水路包括主进水管路、旁路调节管路、浓缩液排放管路、底排管路、产水管路、溢流出水管路、泵反洗管路和储水罐反洗管路。其中：
39.陶瓷膜组件机构包括陶瓷膜组件18，陶瓷膜组件18包括陶瓷膜及其外面的壳体，
陶瓷膜例如为管式陶瓷膜；陶瓷膜组件18有三个接口：位于底部的进水接口181(同时也作为底排接口181)、位于顶部的浓缩液出口182和位于侧面的透析液出口183。由进水接口181进入陶瓷膜组件18的料液经过陶瓷膜处理净化后经透析液出口183流出，处理过程产生的含有杂质的废液由浓缩液出口182流出。进水接口181与进水机构相连接，也与底排机构相连接，可在进水机构与底排机构中切换连通。浓缩液出口182与浓缩液上排机构相连接。透析液出口183与透析液产水机构相连接。
40.进水机构包括料桶1、进水泵2、进水阀3、旁路出水调节阀4及关联的管道，其中料桶1、进水泵2及陶瓷膜组件18的进水接口181通过管道连通，形成主进水管路，进水阀3设在进水泵2与进水接口181之间的管道上，通过进水阀3调节进水，通过进水泵2提供进水动力；料桶1与进水接口181之间还通过另一条独立于进水泵2的管道连通，形成旁路调节管路，这条管道与主进水管路的接点可以位于进水泵2与进水阀3之间；旁路出水调节阀4设在旁路调节管路的这条管道上。主进水管路和旁路调节管路相并联设置，旁路出水调节阀4开启后，可将一部分主进水管路的水分流并回流至料桶1，从而调节进水量，可通过调节旁路出水调节阀4的开度来调节进水机构的进水流量和进水压力，不需要增设变频器控制泵来调节流量，节约了一定的设备成本，同时也能够减小实验测试装置体积，减轻控制机构的复杂程度。
41.浓缩液上排机构包括浓缩液排放阀6、浓缩液排放调节阀7及关联的管道，陶瓷膜组件18的浓缩液出口182与料桶1通过管道连通，形成浓缩液排放管路；浓缩液排放阀6和浓缩液排放调节阀7串联设在浓缩液排放管路的管道上。通过浓缩液排放阀6的开闭可以调节控制陶瓷膜的过滤方式(错流或死端)。浓缩液排放阀6开启时，通过浓缩液排放调节阀7的开启程度可以调节控制错流过滤模式下浓缩液流量和膜面流速。本实施例之中，浓缩液排放调节阀7位于浓缩液排放阀6和料桶1之间，若将浓缩液排放调节阀7关闭，过滤模式也就变成了死端过滤。
42.底排机构包括底部排放阀5及关联的管道，陶瓷膜组件18上的底排接口181(即进水接口181)连接有排放的管道，形成底排管路；底排管路可以独立于主进水管路；底部排放阀5设在底排管路的管道上。陶瓷膜组件18反洗时，开启底部排放阀5，可通过底排机构将陶瓷膜膜表面剥离下来的污染物由底排管路排出，使陶瓷膜组件18能够稳定性运行。
43.透析液产水机构包括排气阀8、出水调节阀11、储水罐12、产水阀15及关联的管道，陶瓷膜组件18上的透析液出口183与储水罐12通过管道连通，形成产水管路，出水调节阀11设在产水管路的管道上，出水调节阀11则可以调节陶瓷膜组件18产生的透析液的产水流量和出水压力。产水管路上设有排气阀8，在过滤时，防止陶瓷膜组件18产水侧憋压，可通过排气阀8进行排气。储水罐12连接有出水的管道，形成溢流出水管路，产水阀15设在溢流出水管路的管道上；陶瓷膜透析产水经过出水调节阀11后会进入储水罐12储存一定水量，而后经溢流出水管路溢流出水，溢流出水由产水阀15控制。其中在溢流出水管路中，还有三个溢流阀19并联设在储水罐12与产水阀15之间的管道上，三个溢流阀19对应储水罐12内不同的水位高度，储水罐12储水量可通过这三个并联的溢流阀19来控制溢流高度，从而控制储水量。
44.反洗机构包括两个部分，泵反洗部分和储水罐反洗部分，可自由选择反洗方式，例如选择其中一种反洗方式即可。泵反洗部分包括储水罐12、反洗泵10、泵反洗阀9及关联的
管道，储水罐12、反洗泵10与陶瓷膜组件18上的透析液出口183通过管道连通，形成泵反洗管路，泵反洗阀9设在泵反洗管路的管道上，并位于反洗泵10与陶瓷膜组件18上的透析液出口183之间。泵反洗时，储水罐12中的水通过泵反洗管路进入陶瓷膜组件18中进行反洗，通过反洗泵10提供反洗动力，通过泵反洗阀9进行调节。储水罐反洗部分包括空压机16、进气阀14、止回阀13、储水罐12及关联的管道，空压机16、储水罐12与陶瓷膜组件18上的透析液出口183通过管道连通，形成储水罐反洗管路，进气阀14与止回阀13设在储水罐反洗管路的管道上，并位于储水罐12与空压机16之间。储水罐反洗时，空压机16提供气体产生压力，本实施例之中，空压机16能够稳定提供5～8bar的气源用于高气压的储水罐反洗，使储水罐12中的水加压并通过储水罐反洗管路进入陶瓷膜组件18中进行反洗，并通过进气阀14进行调节，止回阀13位于进气阀14与储水罐12之间，可防止水回流至空压机16。本实施例之中，泵反洗管路与产水管路可共用部分管道，储水罐反洗管路与产水管路也可共用部分管道。
45.本实施例的水处理用陶瓷膜的实验测试装置可通过各个泵与阀门的开闭实现不同的过滤方式和清洗方式，过滤方式可以包括死端过滤、错流过滤，清洗方式可以包括泵反洗、储水罐反洗，还可以包括正冲等。具体如表1所示：
46.表1不同运行方式下各泵与阀门的状态
[0047][0048]
本实施例之中，还包括可编程时间继电器控制机构17，可编程时间继电器控制机构17包括可编程时间继电器及其他电气元件，用于控制实验测试装置的所有流程状态。本实施例之中，可编程时间继电器控制机构17分别与进水泵2、进水阀3、底部排放阀5、浓缩液排放阀6、排气阀8、泵反洗阀9、反洗泵10、进气阀14、产水阀15信号连接，相应的阀门可以选用电磁阀等，可实现对泵和阀门点对点控制，参照表1控制各个泵与阀门的开闭从而实现不同的过滤方式和清洗方式。该可编程时间继电器控制机构17及其与部件的连接及控制方式均为现有技术。可编程时间继电器可选用现有技术中的产品(例如双元工控，型号：plc08
‑
3f)，可用中文编程，成本较低，控制简便可靠，易操作，符合系统控制要求，能够实现逻辑、延时和日历等功能控制。可编程时间继电器控制机构17可进一步设有启动、停止和强制冲洗三个指令按钮，能够控制系统的工作状态，同时可进一步设有指示灯，分别指示过滤状态、清洗状态和故障状态，且可随时通过中文编程修改运行模式。
[0049]
以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。