[發明專利]用于實時直接膜表面監控的方法和設備

有效

• 申請號: 201880092630.2
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN112105444B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 安迪亞·拉哈戴安圖;穆罕默德·比拉
• 申請（專利權）人: 美商戽水車水科技股份有限公司
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;B01D65/00;G02B6/00
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 徐飛

一種膜表面監控系統(MSM)和膜表面監控單元，用于直接和明確地檢測膜表面結污和礦物結垢。該系統包括膜表面監控系統單元、控制閥、滯留物流量計/變送器、和控制器。該MSM單元具有視覺可觀察膜、側光式光導、邊緣照明光源、滯留物模塊、和滲透模塊。加壓入口流被供給到該MSM單元中。該供給與膜片接觸，從而導致基于膜的分離操作以產生滯留物流和滲透流。該MSM單元集成了表面照明和成像組件以允許實時地對膜表面進行直接實時可視化和光譜成像。這些MSM單元的供給側的壓力約為被監控的膜設備元件的壓力，以便設備控制系統可以調節設備操作條件。

Anditya Rahardianto和Muhammad Bilal

相關申請的交叉引用

無。

聯邦政府資助的研究或開發

無。

技術領域

本發明涉及一種膜表面監控(MSM)系統，并且更具體地涉及一種用于直接檢測膜表面結污和礦物結垢的MSM系統。

背景技術

膜技術用于過濾各種液體。這種技術對于水和廢水處理以及水脫鹽特別有用，因為它操作簡單，需要使用最少的化學品，并且產生一致且可靠的水質。

一些過濾方法包括使用反滲透(RO)和納濾(NF)，這兩種方法可以通過使用膜來使水脫鹽。然而，由于少量水溶性鹽的沉淀、以及顆粒、膠體物質和生物污染物的結污，膜的使用受到膜表面上的膜礦物結垢形成的限制。

過濾系統和方法中的一個問題是，隨著產品水回收沿著膜模塊增加，礦物鹽的礦物濃度在膜表面附近和膜通道的供給側的主體中增加。濃度增加可能會上升到超過存在于給水中的礦物鹽的溶解度極限的水平，并因此在主體中沉淀并沉積到膜表面上，和/或直接結晶到膜表面上。

礦物表面結垢導致滲透通量下降，最終會導致膜損壞并且從而降低膜壽命并增加水處理成本。由于顆粒物質、有機和生物污染物(例如，細菌)造成的膜結污也會堵塞膜表面，并且因此降低膜性能。膜礦物結垢和結污兩者都會導致通量減少(對于給定的施加壓力)或要求增加的施加壓力(對于給定的滲透通量)，并且從而導致增加的操作(例如，能量和處理化學品)和維護成本。

已經進行了各種嘗試來對抗膜結污和結垢。例如，在礦物結垢的情況下，防垢劑被用于延緩礦物鹽成核和生長，并添加額外的添加劑以促進礦物沉淀物在主體溶液中的懸浮。上述方法通常用于減少由于與例如二水合硫酸鈣(即石膏)、碳酸鈣和二氧化硅相關聯的礦物結垢而產生的結垢，二水合硫酸鈣、碳酸鈣和二氧化硅是使用基于膜的水脫鹽裝置和方法時出現的三種常見的有問題的礦物結垢。如果膜表面的礦物鹽飽和度不超過推薦水平，則防垢劑可用于抑制礦物結垢。值得注意的是，即使使用防垢劑，產品水回收也可能受到限制。此外，設置精確的防垢劑劑量可能是一項挑戰，尤其是當水供給質量和所需水生產率存在可變性時。同樣地，膜結污受原水供給質量的影響，并且供給預處理用于在基于膜的水處理/脫鹽之前調節原給水。

為了有效減輕或防止NF/RO膜上的礦物結垢，早期結垢檢測對于觸發適當的校正動作至關重要。減輕措施可以包括但不限于調節供給流速和壓力、設備產品水回收、防垢劑劑量、和膜清洗。

已經提出了各種方法來實時檢測RO膜的礦物結垢和結污。大多數提出的方法依賴于膜結污的總體和間接測量，比如滲透通量下降(對于恒定的跨膜壓力操作)或跨膜壓力(TMP)增加(對于恒定的滲透通量操作)。這些方法通常不能提供足夠的早期檢測結垢和結污，并且不能用于確定發生的結垢/結污的類型。其他試圖提供礦物結垢和結污的間接檢測的系統和方法已經使用了超聲波時域反射計(UTDR) 和電阻抗光譜學(EIS)。UTDR和EIS信號可以與結垢層的質量或厚度相關。然而，由于上述早期檢測方法缺乏敏感性，這些系統和方法沒有充分解決行業的需求，因為在進行肯定的結垢檢測之前，它們通常需要結垢或污染物沉積物的高表面負荷。上述方法也不能提供膜表面上污染物或結垢的類型的直接識別，也不能對非原位膜單元中的膜表面或直接對RO設備元件進行表面成像。