本發(fā)明涉及一種膜污染監(jiān)測裝置及方法，更具體地說，是涉及一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

超濾技術(shù)自研發(fā)誕生以來得到了飛速的發(fā)展，就目前來說超濾膜在飲用水及廢水處理等行業(yè)已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用且都取得了較好的效果。與傳統(tǒng)的水處理技術(shù)相比，超濾膜產(chǎn)水水質(zhì)好，尤其是提高了濁度及微生物的去除。而在廢水處理領(lǐng)域，超濾膜較多的被用于市政污水的處理，研究表明，超濾膜技術(shù)幾乎可完全去除一般的細(xì)菌、病毒及懸浮固體顆粒物，并且對生化指標(biāo)bod、cod、氮磷等污染物質(zhì)都有一定的去除作用，基本能夠滿足回用水的標(biāo)準(zhǔn)。

然而在超濾膜的應(yīng)用中，膜污染是影響其工作效率，阻礙技術(shù)推廣的重要因素。膜污染是指在膜在工藝運行過程中，過濾液膠體粒子、溶解性大分子及微小顆粒等物質(zhì)由于與膜面存在物理、化學(xué)、生化的相互作用或機械作用，而引起在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積等現(xiàn)象，造成膜孔徑變小或堵塞，致使膜滲透通量下降及分離特性變差的現(xiàn)象。膜污染現(xiàn)象可導(dǎo)致膜產(chǎn)水率下降，影響膜的穩(wěn)定運行，并且會降低膜的使用壽命增加更換頻率進(jìn)而使運行成本上升。

自從膜分離過程誕生，人們致力于膜污染監(jiān)測分析方法的研究一直未停歇過。目前膜污染監(jiān)測分析方法分為在線和離線兩種。在線手段只是通過測定跨膜壓差、膜通量來說明膜污染發(fā)生，然而通過對這些宏觀數(shù)據(jù)的比較分析無法明確膜面污染程度以及解釋膜污染作用機理。離線手段通常使用掃描電鏡、紅外光譜分析、原子力顯微鏡等微觀表征手段，然而這些表征方法需要對污染膜進(jìn)行前處理，操作不慎會破壞膜表面污染層，觀測后膜無法再使用。且無法對膜污染過程進(jìn)行在線監(jiān)測，不能實時的觀測膜污染行為。綜上所述，開發(fā)新型膜污染在線監(jiān)測裝置及方法，已經(jīng)成為目前精確應(yīng)用膜技術(shù)的重要問題。

光纖光譜儀是光譜儀的一個分支，其利用了陣列ccd同時采集不同波長的光譜信息，結(jié)構(gòu)上更加穩(wěn)定。又因為光纖光譜儀體積小、采集光譜速度快，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。電化學(xué)交流阻抗法是利用電化學(xué)等效電路在正弦交流電作用下的特性來實現(xiàn)電化學(xué)參數(shù)測量的方法，是一種無損測量技術(shù)，對各種化學(xué)和物理性能有很高的靈敏度，可為有機涂層、傳感器、電池及其相關(guān)材料性能研究等眾多應(yīng)用研究提供有價值的信息。通過將光纖光譜儀獲取的光學(xué)信息與電化學(xué)工作站獲取的電化學(xué)信息相結(jié)合，一方面可獲得膜面污染物的分子水平上的信息，另一方面可以獲取物質(zhì)在膜面上的沉積過程信息，能夠極大豐富對膜污染機理及膜界面上變化的分析手段和研究方法，在開發(fā)新型膜污染在線監(jiān)測裝置及方法的基礎(chǔ)上，為深入探究膜污染機理提供理論支持。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種操作簡便、測量速度快、靈敏度高，可工業(yè)在線監(jiān)測分析分離膜污染，優(yōu)化膜清洗策略提供依據(jù)的基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測裝置。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測裝置，包括帶有頂壁的過濾池1，在過濾池的中部設(shè)置有分離膜片3，將過濾池分隔為左池和右池，在左池的前壁中下位置，設(shè)置有進(jìn)水口4，在右池的前壁中下位置，設(shè)置有出水口5，一端帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的工作電極7的上端貫穿設(shè)置在左池中間的頂壁上，并使環(huán)狀結(jié)構(gòu)位于左池的中間，光纖探頭8貫穿左池的左壁、穿過工作電極的環(huán)并使右端設(shè)置在近分離膜片3處，片狀對電極9的上端貫穿設(shè)置在右池中間的頂壁上，并使片狀結(jié)構(gòu)位于右池的中部，一端帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的工作電極和片狀對電極以分離膜片為中心對稱設(shè)置，在左池的后壁的右下位置，貫穿設(shè)置有第一ag/agcl參比電極10，在右池的后壁的左下位置，貫穿設(shè)置有第二ag/agcl參比電極11，第一ag/agcl參比電極10和第二ag/agcl參比電極11以分離膜片為中心對稱設(shè)置；將進(jìn)水口通過連接有泵12的管道17與儲水罐2連接，一端帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的工作電極7、片狀對電極9、第一ag/agcl參比電極10和第二ag/agcl參比電極11分別通過導(dǎo)線與電化學(xué)工作站14連接，光纖探頭8通過導(dǎo)線分別與光源13和光譜儀15連接，光譜儀15通過導(dǎo)線與計算機16連接；電化學(xué)工作站14通過導(dǎo)線與計算機16連接。

一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測方法，包括如下步驟：

1)使用上述一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測裝置；

2)啟動泵，使儲水罐中的待過濾水通入過濾池的左池中，打開光源、光譜儀、計算機和電化學(xué)工作站，通過計算機監(jiān)測分離膜片表面污染物質(zhì)吸附沉降情況；通過計算機監(jiān)測過濾系統(tǒng)阻抗變化。

本發(fā)明的優(yōu)點：

(1)利用本發(fā)明的裝置，能同時在線監(jiān)測分析分離膜片污染情況，從而制定合適的清洗方案，且操作簡便、測量速度快，易于工業(yè)化。

(2)本發(fā)明的裝置對分離膜片污染物質(zhì)變化進(jìn)行監(jiān)測。同時監(jiān)測過濾系統(tǒng)阻抗變化。具有測量準(zhǔn)確度高、靈敏度高等特點。

(3)本發(fā)明裝置中的光纖探頭到分離膜片距離可自由調(diào)節(jié)，可以更準(zhǔn)確快速的對分離膜片污染物積累進(jìn)行監(jiān)測。

(4)本發(fā)明的方法簡單易行，占地少、可操控性強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測裝置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測裝置(見圖1)，包括帶有頂壁的過濾池1，在過濾池的中部設(shè)置有分離膜片3，將過濾池分隔為左池和右池，在左池的前壁中下位置，設(shè)置有進(jìn)水口4，在右池的前壁中下位置，設(shè)置有出水口5，一端帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的工作電極7的上端貫穿設(shè)置在左池中間的頂壁上，并使環(huán)狀結(jié)構(gòu)位于左池的中間，光纖探頭8貫穿左池的左壁、穿過工作電極的環(huán)并使右端設(shè)置在近分離膜片3處，片狀對電極9的上端貫穿設(shè)置在右池中間的頂壁上，并使片狀結(jié)構(gòu)位于右池的中部，一端帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的工作電極和片狀對電極以分離膜片為中心對稱設(shè)置，在左池的后壁的右下位置，貫穿設(shè)置有第一ag/agcl參比電極10，在右池的后壁的左下位置，貫穿設(shè)置有第二ag/agcl參比電極11，第一ag/agcl參比電極10和第二ag/agcl參比電極11以分離膜片為中心對稱設(shè)置；將進(jìn)水口通過連接有泵12的管道17與儲水罐2連接，一端帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的工作電極7、片狀對電極9、第一ag/agcl參比電極10和第二ag/agcl參比電極11分別通過導(dǎo)線與電化學(xué)工作站14連接，光纖探頭8通過導(dǎo)線分別與光源13和光譜儀15連接，光譜儀15通過導(dǎo)線與計算機16連接；電化學(xué)工作站14通過導(dǎo)線與計算機16連接。

分離膜可以選用任何材料膜材料，例如，聚偏氟乙烯膜或聚醚砜膜。

實施例1

一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測方法，包括如下步驟：

1)使用上述一種基于原位光譜-電化學(xué)分析技術(shù)的膜污染監(jiān)測裝置；

2)啟動泵，使儲水罐中的待過濾水通入過濾池的左池中，打開光源、光譜儀、計算機和電化學(xué)工作站，通過計算機監(jiān)測分離膜片表面污染物質(zhì)吸附沉降情況；通過計算機監(jiān)測過濾系統(tǒng)阻抗變化。

用實施例1的方法過濾待過濾水，過濾1分鐘時由光譜儀測得的紫外吸光度值為0.1,過濾10分鐘，紫外吸光度值為0.3，過濾20分鐘，紫外吸光度值為0.45，過濾30分鐘，紫外吸光度值為1.2，過濾60分鐘，紫外吸光度值為1.8，并保持相對穩(wěn)定，由此說明污染物隨著過濾進(jìn)行逐漸在膜表面積累，一小時后污染層形成，并逐漸達(dá)到平衡。通過電化學(xué)工作站阻抗測量得到容抗弧半徑減小，表明離子在膜表面積累，膜表面形成污染層。