在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统和方法，该系统包括膜蒸馏子系统、超声监测子系统和数据处理子系统；其中，膜蒸馏子系统包括进料液环路、膜蒸馏组件和馏出液环路；超声监测子系统包括超声探头、换能器和示波器。本发明专利技术中的超声监测子系统持续对膜蒸馏组件发射超声波，得到的一系列超声回波信号经过数据处理子系统数据处理后，可以得到膜蒸馏组件中的膜浸润状态，进而可实现膜浸润发生早期的预警，并可根据膜浸润的状态调整运行工况。工况。工况。

【技术实现步骤摘要】
在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统和方法


[0001]本专利技术涉及膜法水处理工程
，尤其涉及一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统和方法。

技术介绍

[0002]膜蒸馏(MD)是一种可用于高盐水淡化、废水处理和资源回收的低碳热驱动工艺，该工艺基于多孔疏水膜的阻隔和两侧温差产生的蒸汽压梯度来实现挥发性(例如水)和非挥发性物质(例如盐)的分离。疏水膜两侧分别为进料液和馏出液，进料液温度较高，其中的水分等挥发性组分会以蒸汽的形式穿过疏水膜孔，并在温度较低的馏出液侧冷凝，而其中的离子等非挥发性组分则会被截留在进料液中。但进料液中可能存在的表面活性剂和微溶盐等物质引起的疏水膜浸润将会形成液体直接穿过疏水膜的通道，导致疏水膜的截留能力严重降低。为了恢复疏水膜的截留能力，往往需要进行清洁和干燥操作以去除表面活性剂，而微溶盐引起的膜浸润基本无法恢复。因此，膜浸润严重阻碍着MD的广泛应用，如果在膜浸润发生之初就发出预警从而采取相应补救措施，那么可以显著降低膜浸润造成严重后果的可能，也能一定程度上降低膜清洁成本。
[0003]现有的监测MD中膜浸润的方法，如馏出液电导率、跨膜阻抗、膜透光率以及光学相干断层扫描等(1.Wang Z.,Chen Y.,Sun X.,et al.Mechanism of pore wetting in membrane distillation with alcohol vs.surfactant[J].Journal of Membrane Science,2018,559(183
‑<br/>195)；2.Chen Y.,Wang Z.,Jennings G.K.,etal.Probing Pore Wetting in Membrane Distillation Using Impedance:Early Detection and Mechanism of Surfactant
‑
Induced Wetting[J].Environmental Science&amp;Technology Letters,2017,4(11):505
‑
510；3.Deka B.J.,Guo J.,Wong P.W.,et al.AConductive Hydrophobic Polyaniline Sandwiched Polyvinylidene Fluoride Membrane for Early Detection of Surfactant
‑
Induced Wetting in Membrane Distillation Using Impedance[J].ACS Applied Polymer Materials,2021,3(2):679
‑
690；4.Shao,S.L.,Shi,D.T.,Hu,J.S.,et al.Unraveling the Kinetics and Mechanism of Surfactant
‑
Induced Wetting in Membrane Distillation:An In Situ Observation with Optical Coherence Tomography.Environ.Sci.Technol.56(1),556
‑
563.)，多数无法实现对于浸润前沿的直接观测，且具有一定的滞后性，无法对浸润的发生做出实时预警，而能够观测浸润前沿的光学相干断层成像扫描仪需要透明膜组件保持且价格昂贵。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提供一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统，该系统通过超声时域反射技术即基于机械波原理，通过计算超声波发射后到回波被接收所用时间的变化来获取疏水膜中气液界面位置变化，从而可在膜蒸馏中膜表面的特定位置，从气液界面变化的角度分
析计算出膜浸润的发生及其进程、速率等，并可以计算膜浸润深度。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统，包括：
[0008]膜蒸馏子系统，所述膜蒸馏子系统包括进料液水箱、加热器、进料液循环泵、膜蒸馏组件、馏出液水箱、馏出液循环泵和低温恒温器，所述膜蒸馏组件包括进料液腔室和馏出液腔室以及将所述进料液腔室和所述馏出液腔室隔离的疏水膜，所述进料液水箱、加热器、进料液循环泵和所述进料液腔室在所述疏水膜一侧形成进料液环路，所述馏出液水箱、馏出液循环泵、低温恒温器和所述馏出液腔室在所述疏水膜另一侧形成馏出液环路，所述膜蒸馏子系统用于实现膜浸润过程；
[0009]超声监测子系统，所述超声监测子系统包括依次连接的超声探头、换能器和示波器，所述超声探头与所述膜蒸馏组件通过耦合剂紧密接触，所述超声监测子系统用于通过所述超声探头向所述膜蒸馏组件内发射超声波，并采集经所述膜蒸馏组件内气液界面反射的超声回波，以及通过所述换能器对所述超声回波进行处理后，将对应电信号传输至示波器进行成像，并通过所述示波器将超声回波数据传输至数据处理子系统；
[0010]所述数据处理子系统，用于采集所述超声回波数据，并根据所述超声回波数据确定膜浸润前后超声波从所述疏水膜中所述气液界面至所述超声探头的飞行时间偏移量和回波振幅，以便根据所述飞行时间偏移量和所述回波振幅确定膜浸润过程信息，实现膜浸润过程在线监测和膜浸润发生预警。
[0011]可选的，所述疏水膜的材质为疏水性微滤膜材质。
[0012]可选的，所述超声探头以矿物油或硅油为耦合剂，在预设压力下与所述膜蒸馏组件紧密接触并固定。
[0013]可选的，所述膜浸润过程信息包括膜浸润深度信息和结垢层生长信息。
[0014]可选的，所述数据处理子系统在根据所述超声回波数据确定所述飞行时间偏移量之前，还用于对所述超声回波数据进行数据定位截取，以保证截取的数据起始点的数据索引编号相同。
[0015]可选的，所述数据处理子系统在确定膜浸润深度信息时，具体用于：
[0016]根据膜蒸馏过程稳定运行之初采集得到的所述超声回波数据，确定出所述超声回波数据中代表疏水膜平面的波段，并锁定所述波段中第一个波峰及其对应的数据索引编号；
[0017]以所述数据索引编号为中心构建一滑动的索引窗口，所述索引窗口按照预设速度进行滑动，以使任意时刻采样的回波中同一个波峰都位于所述索引窗口的内部，以确定任意时刻下回波波峰的数据索引编号，并根据数据索引编号之差等比计算出所述飞行时间偏移量；
[0018]根据所述飞行时间偏移量和介质声速得到气液界面的移动距离，以衡量膜浸润深度。
[0019]可选的，所述索引窗口的长度不超过任意相邻的两波峰间距，预设速度期望值为膜浸润速度。
[0020本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统，其特征在于，包括：膜蒸馏子系统，所述膜蒸馏子系统包括进料液水箱、加热器、进料液循环泵、膜蒸馏组件、馏出液水箱、馏出液循环泵和低温恒温器，所述膜蒸馏组件包括进料液腔室和馏出液腔室以及将所述进料液腔室和所述馏出液腔室隔离的疏水膜，所述进料液水箱、加热器、进料液循环泵和所述进料液腔室在所述疏水膜一侧形成进料液环路，所述馏出液水箱、馏出液循环泵、低温恒温器和所述馏出液腔室在所述疏水膜另一侧形成馏出液环路，所述膜蒸馏子系统用于实现膜浸润过程；超声监测子系统，所述超声监测子系统包括依次连接的超声探头、换能器和示波器，所述超声探头与所述膜蒸馏组件通过耦合剂紧密接触，所述超声监测子系统用于通过所述超声探头向所述膜蒸馏组件内发射超声波，并采集经所述膜蒸馏组件内气液界面反射的超声回波，以及通过所述换能器对所述超声回波进行处理后，将对应电信号传输至示波器进行成像，并通过所述示波器将超声回波数据传输至数据处理子系统；所述数据处理子系统，用于采集所述超声回波数据，并根据所述超声回波数据确定膜浸润前后超声波从所述疏水膜中所述气液界面至所述超声探头的飞行时间偏移量和回波振幅，以便根据所述飞行时间偏移量和所述回波振幅确定膜浸润过程信息，实现膜浸润过程在线监测和膜浸润发生预警。2.如权利要求1所述的在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统，其特征在于，所述疏水膜的材质为疏水性微滤膜材质。3.如权利要求1所述的在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统，其特征在于，所述超声探头以矿物油或硅油为耦合剂，在预设压力下与所述膜蒸馏组件紧密接触并固定。4.如权利要求1所述的在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统，其特征在于，所述膜浸润过程信息包括膜浸润深度信息和结垢层生长信息。5.如权利要求1所述的在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统，其特征在于，所述数据处理子系统在根据所述超声回波数据确定所述飞行时间偏移量之前，还用于对所述超声回波数据进行数据定位截取，以保证截取的数据起始点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵森林，万泓廷，曾凡喜，史丹汀，李江云，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：