專利名稱：一種中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，它適應(yīng)于膜法污水處理不同工藝條件下(微濾、超濾等)多種膜材料(聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚酰胺、陶瓷膜等)污染過程的微尺度測定。
背景技術(shù)：
目前，通常對膜污染的相關(guān)研究是通過跨膜壓差、膜通量變化情況等宏觀運(yùn)行參數(shù)來間接表征膜污染程度，目前因缺乏對膜裝置宏觀參數(shù)和膜污垢微觀形態(tài)進(jìn)行綜合測試的裝置，難以準(zhǔn)確描述膜污染的真實(shí)機(jī)理，限制了對膜污染規(guī)律研究的進(jìn)一步的解析。在實(shí)際運(yùn)用時操作復(fù)雜，降低了測試精度，同時也浪費(fèi)了大量的人力和時間。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，公開一種膜污染過程微尺度測試裝置，通過測定膜污染膠體形態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)與跨膜壓差、膜通量等宏觀運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對膜污染形成機(jī)理的綜合分析，為膜污染的有效控制提供依據(jù)。本實(shí)用新型公開了一種中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，包括膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括PLC控制系統(tǒng)和試驗(yàn)架，所述膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)通過所述PLC控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接；多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括樣品臺，所述膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)固定在所述樣品臺上； 光路系統(tǒng)，其包括光源、分束器和調(diào)節(jié)支桿，所述光源以調(diào)節(jié)支桿固定在圖像采集系統(tǒng)側(cè)壁上，所述分束器連接在所述光源下方；軟件分析系統(tǒng)，其和所述圖像采集系統(tǒng)連接。優(yōu)選的是，本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)上設(shè)置有調(diào)節(jié)旋鈕和校準(zhǔn)旋鈕。優(yōu)選的是，本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述光源為半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器輸出波長為532nm，輸出功率為70mw。優(yōu)選的是，本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述分束器為柱狀板，所述柱狀板直徑為20cm，長為2cm。優(yōu)選的是，本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述分束器螺結(jié)在所述光源下方。優(yōu)選的是，本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述分束器上具有調(diào)節(jié)按鈕。優(yōu)選的是，本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述圖像采集系統(tǒng)上設(shè)置有焦距放大旋鈕和焦距縮小旋鈕。本實(shí)用新型的有益效果是1、不受膜污染類型限制，不同污染膜可以選擇不同的數(shù)據(jù)庫模型進(jìn)行分維計算。2、無需中斷膜污染試驗(yàn)，通過圖像法對膜污染過程參數(shù)進(jìn)行非接觸式實(shí)時測試。3、將膜污染膠體形態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)與跨膜壓差、膜通量等宏觀參數(shù)相結(jié)合， 對膜污染形成的機(jī)理進(jìn)行綜合研究。4、具有測試精準(zhǔn)、自動化高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、使用便捷等特點(diǎn)ο

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。如圖1所示，本實(shí)用新型的一種中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，包括膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)1，其包括PLC控制系統(tǒng)2和試驗(yàn)架，所述膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)1通過所述PLC控制系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)6連接；多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)3，其包括樣品臺，所述膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)1固定在所述樣品臺上；光路系統(tǒng)4，其包括光源8、分束器9和調(diào)節(jié)支桿7，所述調(diào)節(jié)支桿7固定在圖像采集系統(tǒng)5側(cè)壁上，所述分束器9連接在所述光源8下方；軟件分析系統(tǒng)，其和所述圖像采集系統(tǒng)5連接。本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)3上設(shè)置有調(diào)節(jié)旋鈕和校準(zhǔn)旋鈕。本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述光源8為半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器輸出波長為532nm，輸出功率為70mw。本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述分束器9為柱狀板， 所述柱狀板直徑為20cm，長為2cm。本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述分束器9螺結(jié)在所述光源8下方。本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述分束器上具有調(diào)節(jié)按鈕。本實(shí)用新型的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，所述圖像采集系統(tǒng)上設(shè)置有焦距放大旋鈕和焦距縮小旋鈕。下面以一個具體實(shí)施例來說明本裝置的使用。實(shí)施例為計盒法中空纖維膜污染過程的微尺度測試方法。1、開啟測試裝置總開關(guān)。通過PLC自動控制系統(tǒng)2調(diào)節(jié)膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)1運(yùn)行參數(shù)，使試驗(yàn)正常運(yùn)行。2、對膜材料添加熒光染色劑(Alexa Flour532、Propidium Iodide、ZeYellowl 等) 進(jìn)行染色20min。3、打開光路系統(tǒng)4、圖像采集系統(tǒng)5及計算機(jī)主開關(guān)，等待數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)6完成啟動。調(diào)節(jié)多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)3，使染色過的膜樣品置于光路系統(tǒng)4的正下方，開啟計算機(jī)“拍照” 功能，將拍到的圖像數(shù)據(jù)傳輸并快速下載到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)6上，將膜樣品信息以數(shù)字圖片的格式保存。(1)開啟光路系統(tǒng)4開關(guān)，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)支桿7以改變光源8照射角度；調(diào)節(jié)分束器 9 “大小”和“明暗”旋鈕，改變光源8照射的范圍和明暗度，使光源8均勻分布在膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)1膜樣品上。[0026](2)開啟多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)3 “調(diào)節(jié)”旋鈕，使膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)1膜樣品作平移、傾斜、 轉(zhuǎn)動等運(yùn)動；調(diào)節(jié)“校準(zhǔn)”旋鈕，使膜樣品染色部位清晰地展現(xiàn)在數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)6顯示器上。(3)開啟圖像采集系統(tǒng)5，調(diào)節(jié)“調(diào)焦”旋鈕增大或縮小，同時轉(zhuǎn)動多維調(diào)節(jié)系統(tǒng) 3 “調(diào)節(jié)”旋鈕，使樣品臺移動，采集到的圖像分辨率相應(yīng)提高或降低，使圖像清晰度至最佳。(4)開啟計算機(jī)“拍照”功能菜單，在軟件控制平臺上，記錄“當(dāng)前放大倍數(shù)”，點(diǎn)擊 “拍照”目錄下的“設(shè)置”選項(xiàng)，對圖像采集方式及儲存格式等進(jìn)行設(shè)置，選擇“聚焦”和“像散校正”按鈕以確定所拍照圖像，調(diào)節(jié)亮度和對比度，系統(tǒng)將按照設(shè)置的條件自動完成圖像的采集與保存。4、在計算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)6打開“圖片處理軟件”，打開選定圖片，對圖片進(jìn)行二
值化處理。(1)選定軟件工具欄“圖像”-“調(diào)整”-“閾值”，在彈出的菜單中設(shè)置“閾值色階” 為0 255之間。(2)選定軟件工具欄“濾鏡”-“雜色”-“去斑”，對二值化后的圖片進(jìn)行清晰化處
理，并進(jìn)行保存。5、利用自行研發(fā)的膜污染膠體分維數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對圖片進(jìn)行模型分析，計算圖片中膜污染膠體的分形維數(shù)。(1)打開計算機(jī)數(shù)據(jù)分析界面“膜污染膠體分維數(shù)據(jù)庫軟件”，點(diǎn)擊“程序”目錄下“盒子分維模型”選項(xiàng)，進(jìn)入盒子維程序的計算平臺。(2)在“命令窗口，，中讀入選定的二值化圖片，并轉(zhuǎn)化為矩陣，計算二值化閾值，輸出圖像二值化矩陣；(3)在程序中讀取圖像的灰度并繪出灰度級作為第三維信息，建立δ X δ X δ的立方體(盒子)，定義盒子邊長δ ；(4)若選定圖像不能被盒子邊長整除，則舍去多余的“邊幅”部分；(5)計算該圖片所包含的δ X δ X δ的立方體個數(shù)η(δ)，對圖片中每一個 δ X δ子圖像均作以上同樣的計算，可以得到一系列η( δ)值，求其均值，以Ε(η( δ))表示，則有 Ν(δ) =Ε(η(δ))ΧΑ/(δ X δ)。(6)上式所得數(shù)據(jù)對(1/δ，Ν(δ))，其對數(shù)形式為(-IogS ,IogN(S))，用最小二乘線性回歸方法擬合直線，線性方程所得斜率即為圖片中膜污染膠體的分形維數(shù)，點(diǎn)擊“保存”。6、打開計算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)6 “膜系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)”菜單，調(diào)出PLC自動控制系統(tǒng)2 實(shí)時反饋的參數(shù)(進(jìn)水壓力、產(chǎn)水壓力、濃水壓力、產(chǎn)水量等)，通過以下兩個公式計算膜污染不同階段的膜通量和跨膜壓差；結(jié)合該階段膜污染膠體分形維數(shù)，從宏觀運(yùn)行參數(shù)和污染膠體微觀結(jié)構(gòu)兩個層面綜合分析膜污染形成的真實(shí)機(jī)理。Js =產(chǎn)水量/膜面積·時間(1)TMP =(進(jìn)水壓力+濃水壓力)+2-產(chǎn)水壓力(2)盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言， 可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求1.一種中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，其特征在于，包括膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括PLC控制系統(tǒng)和試驗(yàn)架，所述膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)通過所述PLC控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接；多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括樣品臺，所述膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)固定在所述樣品臺上光路系統(tǒng)，其包括光源、分束器和調(diào)節(jié)支桿，所述光源以調(diào)節(jié)支桿固定在圖像采集系統(tǒng)側(cè)壁上，所述分束器連接在所述光源下方；軟件分析系統(tǒng)，其和所述圖像采集系統(tǒng)連接。
2 如權(quán)利要求1所述的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，其特征在于所述多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)上設(shè)置有調(diào)節(jié)旋鈕和校準(zhǔn)旋鈕。
3.如權(quán)利要求1所述的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，其特征在于所述光源為半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器輸出波長為532nm，輸出功率為70mw。
4.如權(quán)利要求1所述的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，其特征在于所述分束器為柱狀板，所述柱狀板直徑為20cm，長為2cm。
5.如權(quán)利要求1所述的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，其特征在于所述分束器螺結(jié)在所述光源下方。
6.如權(quán)利要求1所述的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，其特征在于所述分束器上具有調(diào)節(jié)按鈕。
7.如權(quán)利要求1所述的中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，其特征在于所述圖像采集系統(tǒng)上設(shè)置有焦距放大旋鈕和焦距縮小旋鈕。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種中空纖維膜污染過程的微尺度測試裝置，包括膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括PLC控制系統(tǒng)和試驗(yàn)架，所述膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)通過所述PLC控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接；多維調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括樣品臺，所述膜污染試驗(yàn)系統(tǒng)固定在所述樣品臺上；光路系統(tǒng)，其包括光源、分束器和調(diào)節(jié)支桿，所述光源以調(diào)節(jié)支桿固定在圖像采集系統(tǒng)側(cè)壁上，所述分束器連接在所述光源下方；軟件分析系統(tǒng)，其和所述圖像采集系統(tǒng)連接。本實(shí)用新型無需中斷膜污染試驗(yàn)，通過圖像法對膜污染過程參數(shù)進(jìn)行非接觸式實(shí)時測試且具有測試精準(zhǔn)、自動化高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、使用便捷等特點(diǎn)。
文檔編號B01D65/10GK202237819SQ201120357828
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者侯霙, 劉晗, 孫凱, 檀翠玲, 石巖, 許丹宇, 鄭先強(qiáng) 申請人:天津市聯(lián)合環(huán)保工程設(shè)計有限公司