超濾裝置的微電腦氣動隔膜閥自控系統

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，內孔約0.7�� mm，過濾時原水從纖維內孔流過，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口流出，中空纖維膜不需要任何支撐結構，用其組成的過濾設備結構簡單，設備費用低，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。��

　　本系統共用超濾設備兩臺，每臺設備用超濾器36支，這36支超濾器又被分為A、B兩組，每組18支。在設備運轉中根據產水量變化，調整設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，但反洗用水的水質必須是超濾水。為此，在設計反洗流程時，或用A組超濾器的產出水洗B組超濾器，或者用B組超濾器的產出水洗A組超濾器；超濾設備中所用超濾器外形尺寸為90mm×1000mm，內裝有中空纖維超濾膜2000根左右，膜面積約為4m2,膜材料為聚偏氟乙烯，該材料化學性能穩定，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用材。��
　　中空纖維超濾膜雖然有許多優點，但實際應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，其中關鍵問題是膜的清洗恢復問題，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內水量穩定,保證不間斷供應，這對關鍵設備——超濾提出了很高要求。為解決此問題，在超濾設備上采用了自行設計制作的“微電腦氣動隔膜閥自動超濾設備”，該設備在清洗時機、清洗方式和清洗用水等方面實現了自動化。

　　1 自動超濾設備

　　微電腦與氣動隔膜閥結合，采用大規模集成電路微控器89C51為核心的控制芯片，以氣動閥體為執行機構，以中空纖維超濾膜組件為控制對象，實現了工作、等壓清洗、反沖洗和化學清洗的自動過程。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［1］，操作者可直接通過鍵盤設置“制水→等壓沖洗→反洗→化學清洗”各程序時間，控制系統由單片機主板、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接口及固態繼電器（SSR）實現對電磁氣動閥的邏輯控制，再由電磁氣動閥實現對執行機構的氣動隔膜閥控制。

　　2 氣動隔膜閥

　　氣動隔膜閥是自動超濾裝置中起關鍵作用的執行機構，要求可靠、靈活。氣動隔膜閥不同于一般的手動閥，它以氣體壓力為驅動力，其結構分為上下兩部分，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力共同作用下隔膜閥膠墊恢復原狀，此時閥門打開。隔膜只有全開、全閉兩個動作，開關靈活方便，按設置流程程序，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、化學性能和耐熱性均好，對水質無污染，閥中膠墊、膠碗均選用優質橡膠，內用簾子線增強，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，水的利用率最高可達90％，有10％的水要排掉，而這約10%的水經過砂濾、活性炭、軟化、精濾等多道工序處理后水質已相當好，為此在設計中增設了回用系統，使水的回收率增加到98.7％，只在設備自動清洗時，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設置的中間水罐內，讓其不斷地隨精濾水重新補加到超濾設備中去。��

　　4 結語

　　在以超濾為核心技術的水處理工程中，砂濾、活性炭、軟化、精濾等多種水處理工藝與超濾相結合，使產水水質性能指標達到設計要求，細菌總數＜50個/mL，總大腸菌群數＜3個/L（感官性狀、一般化學指標、毒理指標從略）。整套系統已運行一年，經考核及測試表明，設備運轉正常，自控系統滿足工藝要求。��
　　設備中自行設計制作的超濾器、國內率先研制出的微電腦控制系統及氣動隔膜閥性能穩定，可以在大型工程中進一步推廣應用。�お�

　　參考文獻：
　　［1］邵剛.膜法水處理技術［M］.北京：冶金出版社，1992.