气动隔膜阀超滤装置的自动化和环保节能

在某五星级宾馆1000m3/d直饮水工程中所用的中空纤维式超滤膜，其外径约1mm，内孔约0.7?mm，过滤时原水从纤维内孔流过，在压力作用下，净水透过膜微孔，汇集在一起成超滤液从过滤器侧口流出，中空纤维膜不需要任何支撑结构，用其组成的过滤设备结构简单，设备费用低，按照装置体积和膜面积的比值计算，中空纤维式超滤膜设备的处理水量要比平板膜高20倍。
　　
　　该工程中采用的处理工艺流程为：
　　
　　自来水→原水池→砂滤→活性炭→软化→精滤→清水池→客房。其中砂滤可以将水中大部分悬浮、固形物去除掉(出水SS可达2mg/L；采用5μm精度的缠绕滤芯可以使出水SS达0.1mg/L，污染指数FI值可达3～5)；活性炭与钠离子软化树脂可降低水中余氯、有机物及二价钙、镁等离子的含量，从而提高水的口感。
　　
　　本系统共用超滤设备两台，每台设备用超滤器36支，这36支超滤器又被分为A、B两组，每组18支。在设备运转中根据产水量变化，调整设定各工艺过程的时间，适时进行等压清洗和与膜正常工作时的逆向反洗。逆向反洗非常有效，但反洗用水的水质必须是超滤水。为此，在设计反洗流程时，或用A组超滤器的产出水洗B组超滤器，或者用B组超滤器的产出水洗A组超滤器；超滤设备中所用超滤器外形尺寸为90mm×1000mm，内装有中空纤维超滤膜2000根左右，膜面积约为4m2，膜材料为聚偏氟乙烯，该材料化学性能稳定，尤其是其耐污染性能好于常用的PS、PAN等膜材料，是新型净化水的过滤介质用材。
　　
　　中空纤维超滤膜虽然有许多优点，但实际应用中还有很多问题要解决，否则其使用效果，尤其是膜的使用寿命将受很大影响，其中关键问题是膜的清洗恢复问题，此问题涉及清洗时机、清洗方式、清洗剂等几个方面。将自来水进一步净化为直饮水，且要求24h内水量稳定，保证不间断供应，这对关键设备——超滤提出了很高要求。为解决此问题，在超滤设备上采用了自行设计制作的“微电脑气动隔膜阀自动超滤设备”，该设备在清洗时机、清洗方式和清洗用水等方面实现了自动化。
　　
　　1、自动超滤设备
　　
　　微电脑与气动隔膜阀结合，采用大规模集成电路微控器89C51为核心的控制芯片，以气动阀体为执行机构，以中空纤维超滤膜组件为控制对象，实现了工作、等压清洗、反冲洗和化学清洗的自动过程。自动超滤不但可以减轻劳动负荷，提高操作可靠性，防止因操作失误造成的膜损伤，更主要的是可以适时地进行不同方式的清洗，避免了膜因长时间工作造成的不可逆污染和堵塞，大大延长了膜的使用寿命，操作者可直接通过键盘设置“制水→等压冲洗→反洗→化学清洗”各程序时间，控制系统由单片机主板、键盘显示板、电源板、强电板和电磁气动阀组成，首先由微电脑通过I/O接口及固态继电器(SSR)实现对电磁气动阀的逻辑控制，再由电磁气动阀实现对执行机构的气动隔膜阀控制。
　　
　　2、气动隔膜阀
　　
　　气动隔膜阀是自动超滤装置中起关键作用的执行机构，要求可靠、灵活。
　　
　　气动隔膜阀不同于一般的手动阀，它以气体压力为驱动力，其结构分为上下两部分，上部为压缩空气室，下部与一般液体隔膜阀相同，气室充气后，胶碗形变，气体压力推动连杆与定位托，将隔膜阀胶垫压下，此时完成关闭阀门动作。当压缩空气压力骤减时，在水流压力和胶碗形变恢复力共同作用下隔膜阀胶垫恢复原状，此时阀门打开。隔膜只有全开、全闭两个动作，开关灵活方便，按设置流程程序，接受电脑指令后完成开合动作。阀体全部采用ABS工程塑料注塑，其机械性能、化学性能和耐热性均好，对水质无污染，阀中胶垫、胶碗均选用优质橡胶，内用帘子线增强，因此耐疲劳强度高。
　　
　　3、环保节能、水利用率提高
　　
　　膜过滤的特点之一，就是过滤液在膜表面高速横向流动，水中杂质不易在膜表面停留(随原水流走)，因此超滤膜不易污染。但是，这会造成水的大量流失，一般在自来水的超滤工艺过程中，水的利用率最高可达90%，有10%的水要排掉，而这约10%的水经过砂滤、活性炭、软化、精滤等多道工序处理后水质已相当好，为此在设计中增设了回用系统，使水的回收率增加到98.7%，只在设备自动清洗时，排放1.3%洗用水。正常工作时，回流水(或称浓缩水)回到在精滤与超滤之间的旁路侧设置的中间水罐内，让其不断地随精滤水重新补加到超滤设备中去。
　　
　　4、推广应用
　　
　　在以超滤为核心技术的水处理工程中，砂滤、活性炭、软化、精滤等多种水处理工艺与超滤相结合，使产水水质性能指标达到设计要求，细菌总数＜50个/mL，总大肠菌群数＜3个/L(感官性状、一般化学指标、毒理指标从略)。整套系统已运行一年，经考核及测试表明，设备运转正常，自控系统满足工艺要求。
　　
　　设备中自行设计制作的超滤器、国内率先研制出的微电脑控制系统及气动隔膜阀性能稳定，可以在大型工程中进一步推广应用。