[發明專利]適用于膜過濾的大尺度可視化膜污染原位在線監測系統

在審

• 申請號: 202110362391.1
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113176236A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 陳玲玲;李仁劍;張夢;胡曉宇;吳天琦;徐以智;胡學娟
• 申請（專利權）人: 深圳技術大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 張秋紅

本發明公開了一種適用于膜過濾的大尺度可視化膜污染原位在線監測系統，包括膜過濾機構、光學成像機構、數據分析機構、流程控制機構；光學成像機構包括光片激發模塊、探測模塊、樣品池裝置模塊和位移裝置模塊，樣品池裝置模塊設置在膜過濾機構中，光片激發模塊發射并形成不同厚度的激光光片對樣品池裝置模塊中的過濾膜進行選擇面激發，探測模塊對過濾膜不同樣品平面進行顯微探測得到膜表面和內部的光學切片圖組成像后傳輸給數據分析機構進行處理與分析；位移裝置模塊連接樣品池裝置模塊對其位置進行調整。本發明可以在線實施，能清楚完整記錄膜污染進程并進行精準、有效、直觀表征。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，涉及一種膜過濾污染情況在線監測系統，尤其涉及一種適用于膜過濾的大尺度可視化膜污染原位在線監測系統。

背景技術

由于我國人口眾多，水資源分布不均和飲用水普遍存在水源污染等問題，飲用水的安全性和健康性已經引發人們的普遍關注，成為一個關系民生的重要問題。相較于傳統凈化工藝，膜分離工藝具有篩分性能好、占地面積緊湊、易于自動化控制等優點，因此有望成為提升水處理工程效能的新技術。然而在膜過濾過程中，水體中各種污染物(多糖、蛋白質、腐殖酸等等)會在膜表面/膜孔內附著、累積從而形成膜污染，導致膜過濾性能下降、膜使用壽命縮減、膜工藝成本增加等問題。

解決膜污染問題的基本策略是深入理解膜污染行為，進而通過調控分離膜的物理化學特性(例如親水改性等)以緩解膜污染。膜污染過程復雜，準確解析膜污染過程及形成機制是破解膜污染的關鍵。因此，業界學者發展和引入了大量的膜污染監測技術對膜污染行為進行描述?，F有的X射線能譜、掃描電鏡、原子力顯微鏡等膜污染監測技術雖已成功用于對膜面污染層的表征，但目前上述技術受設備限制，只能對污染層實現離線表征，無法對膜污染進程進行在線實時監測，因此無法獲得直接的膜界面反應信息和界面作用機制的證據。即使上述技術可在膜污染進程的不同時間節點進行分別取樣測量，但同一樣本在上述技術的制樣測量后較難再次使用。樣本的非同一性和不連貫性會造成信息的間接拼接，影響了對膜污染進程精準有效的直觀描述，限制了人們對膜污染機制的進一步分析。

近年來，光學和光譜技術作為高靈敏和無創的成像工具也已被用于提取膜污染層的化學組分信息，但這些技術普遍存在觀測深度淺、表征過程復雜及無法原位觀測等問題，限制了對膜污染機制的進一步研究。其中，激光誘導顯微術(LIM)最近實現了基于熒光對比的膜超濾過程中濃度極化的原位可視化成像，但其簡單的光學系統僅能提供有限的空間信息；表面增強拉曼光譜(SERS)和受激拉曼散射顯微術已經成功地應用于在沒有標記的情況下識別膜污垢的化學成分的污垢研究，但對膜的3D空間/化學分布測量是在過濾之后進行的，并且樣品需要被載玻片固定；共聚焦掃描激光顯微技術(CSLM)已被廣泛用于通過提供高分辨率3D熒光剖面來探索膜結構和結垢行為的表征，然而CSLM的滲透深度被限制在幾十微米，并且成像大多需要在過濾之后進行。另外，CLSM采集毫米級樣本量非常慢(如對毫米級區域的成像時間為幾分鐘到幾十分鐘)，這同樣限制了CSLM對膜污染過程的研究。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的缺陷，提供一種可以在線實施，能清楚完整記錄膜污染進程并進行精準、有效、直觀表征的適用于膜過濾的大尺度可視化膜污染原位在線監測系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種適用于膜過濾的大尺度可視化膜污染原位在線監測系統，主要包括：形成污水膜過濾處理過程的膜過濾機構、用于設置過濾膜并對過濾膜進行熒光成像且采集信息的光學成像機構、用于對光學成像機構采集的光學切片圖像信息進行處理以及熒光定量和深度定量分析的數據分析機構、實現對光學成像機構及膜過濾機構進行綜合控制的流程控制機構；