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自动化应用于微电脑气动隔膜阀超滤装置

在某五星级宾馆1000m3/d直饮水工程中所用的中空纤维式超滤膜,其外径约1mm,内孔约0.7?mm,过滤时原水从纤维内孔流过,在压力作用下,净水透过膜微孔,汇集在一起成超滤液从过滤器侧口流出,中空纤维膜不需要任何支撑结构,用其组成的过滤设备结构简单,设备费用低,按照装置体积和膜面积的比值计算,中空纤维式超滤膜设备的处理水量要比平板膜高20倍。
该工程中采用的处理工艺流程为:
自来水→原水池→砂滤→活性炭→软化→精滤→清水池→客房。其中砂滤可以将水中大部分悬浮、固形物去除掉(出水SS可达2 mg/L;采用5μm精度的缠绕滤芯可以使出水SS达0.1mg/L,污染指数FI值可达3~5);活性炭与钠离子软化树脂可降低水中余氯、有机物及二价钙、镁等离子的含量,从而提高水的口感。
本系统共用超滤设备两台,每台设备用超滤器36支,这36支超滤器又被分为A、B两组,每组18支。在设备运转中根据产水量变化,调整设定各工艺过程的时间,适时进行等压清洗和与膜正常工作时的逆向反洗。逆向反洗非常有效,但反洗用水的水质必须是超滤水。为此,在设计反洗流程时,或用A组超滤器的产出水洗B组超滤器,或者用B组超滤器的产出水洗A组超滤器;超滤设备中所用超滤器外形尺寸为90mm×1000mm,内装有中空纤维超滤膜2000根左右,膜面积约为4m2,膜材料为聚偏氟乙烯,该材料化学性能稳定,尤其是其耐污染性能好于常用的PS、PAN等膜材料,是新型净化水的过滤介质用材。
中空纤维超滤膜虽然有许多优点,但实际应用中还有很多问题要解决,否则其使用效果,尤其是膜的使用寿命将受很大影响,其中关键问题是膜的清洗恢复问题,此问题涉及清洗时机、清洗方式、清洗剂等几个方面。将自来水进一步净化为直饮水,且要求24h内水量稳定,保证不间断供应,这对关键设备——超滤提出了很高要求。为解决此问题,在超滤设备上采用了自行设计制作的“微电脑气动隔膜阀自动超滤设备”,该设备在清洗时机、清洗方式和清洗用水等方面实现了自动化。
1、自动超滤设备
微电脑与气动隔膜阀结合,采用大规模集成电路微控器89C51为核心的控制芯片,以气动阀体为执行机构,以中空纤维超滤膜组件为控制对象,实现了工作、等压清洗、反冲洗和化学清洗的自动过程。自动超滤不但可以减轻劳动负荷,提高操作可靠性,防止因操作失误造成的膜损伤,更主要的是可以适时地进行不同方式的清洗,避免了膜因长时间工作造成的不可逆污染和堵塞,大大延长了膜的使用寿命,操作者可直接通过键盘设置“制水→等压冲洗→反洗→化学清洗”各程序时间,控制系统由单片机主板、键盘显示板、电源板、强电板和电磁气动阀组成,首先由微电脑通过I/O接口及固态继电器(SSR)实现对电磁气动阀的逻辑控制,再由电磁气动阀实现对执行机构的气动隔膜阀控制。
2、气动隔膜阀
气动隔膜阀是自动超滤装置中起关键作用的执行机构,要求可靠、灵活。气动隔膜阀不同于一般的手动阀,它以气体压力为驱动力,其结构分为上下两部分,上部为压缩空气室,下部与一般液体隔膜阀相同,气室充气后,胶碗形变,气体压力推动连杆与定位托,将隔膜阀胶垫压下,此时完成关闭阀门动作。当压缩空气压力骤减时,在水流压力和胶碗形变恢复力共同作用下隔膜阀胶垫恢复原状,此时阀门打开。隔膜只有全开、全闭两个动作,开关灵活方便,按设置流程程序,接受电脑指令后完成开合动作。阀体全部采用ABS工程塑料注塑,其机械性能、化学性能和耐热性均好,对水质无污染,阀中胶垫、胶碗均选用优质橡胶,内用帘子线增强,因此耐疲劳强度高。
3、水利用率提高
膜过滤的特点之一,就是过滤液在膜表面高速横向流动,水中杂质不易在膜表面停留(随原水流走),因此超滤膜不易污染。但是,这会造成水的大量流失,一般在自来水的超滤工艺过程中,水的利用率最高可达90%,有10%的水要排掉,而这约10%的水经过砂滤、活性炭、软化、精滤等多道工序处理后水质已相当好,为此在设计中增设了回用系统,使水的回收率增加到98.7%,只在设备自动清洗时,排放1.3%洗用水。正常工作时,回流水(或称浓缩水)回到在精滤与超滤之间的旁路侧设置的中间水罐内,让其不断地随精滤水重新补加到超滤设备中去。
4、结语
在以超滤为核心技术的水处理工程中,砂滤、活性炭、软化、精滤等多种水处理工艺与超滤相结合,使产水水质性能指标达到设计要求,细菌总数<50个/mL,总大肠菌群数<3个/L(感官性状、一般化学指标、毒理指标从略)。整套系统已运行一年,经考核及测试表明,设备运转正常,自控系统满足工艺要求。 设备中自行设计制作的超滤器、国内率先研制出的微电脑控制系统及气动隔膜阀性能稳定,可以在大型工程中进一步推广应用。

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