【學(xué)員問題】超濾裝置的微電腦氣動隔膜閥自控系統(tǒng)？

【解答】在某五星級賓館1000m3/d直飲水工程中所用的中空纖維式超濾膜，其外徑約1mm，內(nèi)孔約0.7、mm，過濾時原水從纖維內(nèi)孔流過，在壓力作用下，凈水透過膜微孔，匯集在一起成超濾液從過濾器側(cè)口流出，中空纖維膜不需要任何支撐結(jié)構(gòu)，用其組成的過濾設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備費用低，按照裝置體積和膜面積的比值計算，中空纖維式超濾膜設(shè)備的處理水量要比平板膜高20倍。

該工程中采用的處理工藝流程為：

自來水→原水池→砂濾→活性炭→軟化→精濾→清水池→客房。其中砂濾可以將水中大部分懸浮、固形物去除掉（出水SS可達2、mg/L；采用5μm精度的纏繞濾芯可以使出水SS達0.1mg/L，污染指數(shù)FI值可達3～5）；活性炭與鈉離子軟化樹脂可降低水中余氯、有機物及二價鈣、鎂等離子的含量，從而提高水的口感。

本系統(tǒng)共用超濾設(shè)備兩臺，每臺設(shè)備用超濾器36支，這36支超濾器又被分為A．B兩組，每組18支。在設(shè)備運轉(zhuǎn)中根據(jù)產(chǎn)水量變化，調(diào)整設(shè)定各工藝過程的時間，適時進行等壓清洗和與膜正常工作時的逆向反洗。逆向反洗非常有效，但反洗用水的水質(zhì)必須是超濾水。為此，在設(shè)計反洗流程時，或用A組超濾器的產(chǎn)出水洗B組超濾器，或者用B組超濾器的產(chǎn)出水洗A組超濾器；超濾設(shè)備中所用超濾器外形尺寸為90mm×1000mm，內(nèi)裝有中空纖維超濾膜2000根左右，膜面積約為4㎡，膜材料為聚偏氟乙烯，該材料化學(xué)性能穩(wěn)定，尤其是其耐污染性能好于常用的PS、PAN等膜材料，是新型凈化水的過濾介質(zhì)用材。

中空纖維超濾膜雖然有許多優(yōu)點，但實際應(yīng)用中還有很多問題要解決，否則其使用效果，尤其是膜的使用壽命將受很大影響，其中關(guān)鍵問題是膜的清洗恢復(fù)問題，此問題涉及清洗時機、清洗方式、清洗劑等幾個方面。將自來水進一步凈化為直飲水，且要求24h內(nèi)水量穩(wěn)定，保證不間斷供應(yīng)，這對關(guān)鍵設(shè)備——超濾提出了很高要求。為解決此問題，在超濾設(shè)備上采用了自行設(shè)計制作的“微電腦氣動隔膜閥自動超濾設(shè)備”，該設(shè)備在清洗時機、清洗方式和清洗用水等方面實現(xiàn)了自動化。

1、自動超濾設(shè)備

微電腦與氣動隔膜閥結(jié)合，采用大規(guī)模集成電路微控器89C51為核心的控制芯片，以氣動閥體為執(zhí)行機構(gòu)，以中空纖維超濾膜組件為控制對象，實現(xiàn)了工作、等壓清洗、反沖洗和化學(xué)清洗的自動過程。自動超濾不但可以減輕勞動負荷，提高操作可靠性，防止因操作失誤造成的膜損傷，更主要的是可以適時地進行不同方式的清洗，避免了膜因長時間工作造成的不可逆污染和堵塞，大大延長了膜的使用壽命，操作者可直接通過鍵盤設(shè)置“制水→等壓沖洗→反洗→化學(xué)清洗”各程序時間，控制系統(tǒng)由單片機主板、鍵盤顯示板、電源板、強電板和電磁氣動閥組成，首先由微電腦通過I/O接口及固態(tài)繼電器（SSR）實現(xiàn)對電磁氣動閥的邏輯控制，再由電磁氣動閥實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的氣動隔膜閥控制。

2、氣動隔膜閥

氣動隔膜閥是自動超濾裝置中起關(guān)鍵作用的執(zhí)行機構(gòu)，要求可靠、靈活。氣動隔膜閥不同于一般的手動閥，它以氣體壓力為驅(qū)動力，其結(jié)構(gòu)分為上下兩部分，上部為壓縮空氣室，下部與一般液體隔膜閥相同，氣室充氣后，膠碗形變，氣體壓力推動連桿與定位托，將隔膜閥膠墊壓下，此時完成關(guān)閉閥門動作。當壓縮空氣壓力驟減時，在水流壓力和膠碗形變恢復(fù)力共同作用下隔膜閥膠墊恢復(fù)原狀，此時閥門打開。隔膜只有全開、全閉兩個動作，開關(guān)靈活方便，按設(shè)置流程程序，接受電腦指令后完成開合動作。閥體全部采用ABS工程塑料注塑，其機械性能、化學(xué)性能和耐熱性均好，對水質(zhì)無污染，閥中膠墊、膠碗均選用優(yōu)質(zhì)橡膠，內(nèi)用簾子線增強，因此耐疲勞強度高。

3、水利用率提高

膜過濾的特點之一，就是過濾液在膜表面高速橫向流動，水中雜質(zhì)不易在膜表面停留（隨原水流走），因此超濾膜不易污染。但是，這會造成水的大量流失，一般在自來水的超濾工藝過程中，水的利用率高可達90%，有10%的水要排掉，而這約10%的水經(jīng)過砂濾、活性炭、軟化、精濾等多道工序處理后水質(zhì)已相當好，為此在設(shè)計中增設(shè)了回用系統(tǒng)，使水的回收率增加到98.7%，只在設(shè)備自動清洗時，排放1.3%洗用水。正常工作時，回流水（或稱濃縮水）回到在精濾與超濾之間的旁路側(cè)設(shè)置的中間水罐內(nèi)，讓其不斷地隨精濾水重新補加到超濾設(shè)備中去。

4、結(jié)語

在以超濾為核心技術(shù)的水處理工程中，砂濾、活性炭、軟化、精濾等多種水處理工藝與超濾相結(jié)合，使產(chǎn)水水質(zhì)性能指標達到設(shè)計要求，細菌總數(shù)<50個/mL，總大腸菌群數(shù)<3個/L（感官性狀、一般化學(xué)指標、毒理指標從略）。整套系統(tǒng)已運行一年，經(jīng)考核及測試表明，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，自控系統(tǒng)滿足工藝要求。

設(shè)備中自行設(shè)計制作的超濾器、國內(nèi)率先研制出的微電腦控制系統(tǒng)及氣動隔膜閥性能穩(wěn)定，可以在大型工程中進一步推廣應(yīng)用。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。