[发明专利]一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统和方法

说明书

本发明公开了一种在线监测膜蒸馏系统(MD)中膜浸润过程的系统和方法。系统包括膜蒸馏主系统、旁路观测单元、成像系统和数据处理系统；所述膜蒸馏主系统包括进料液循环、膜组件和馏出液循环；所述旁路观测单元包括观测用膜组件及其管路；所述观测用膜组件为与膜蒸馏系统膜组件结构相同的包含进料液腔室、馏出液腔室和将二者隔开的疏水膜组件，与膜蒸馏系统并联连通；所述成像系统为光学相干断层成像扫描仪(OCT)。OCT对观测用膜组件扫描得到图像经过数据处理，可以实时观测组件的膜浸润程度，可实现膜浸润发生的早期预警，也可根据膜浸润的程度调整运行工况。

技术领域

本发明属于膜法水处理工程领域，具体涉及一种利用光学相干断层成像在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的观测系统和方法。

背景技术

膜蒸馏(MD)是一种新型的热力驱动的膜工艺，在高盐水脱盐、废水处理和原液浓缩等领域具有广阔的应用前景。MD工艺中，疏水性多孔膜将热的进料液和冷的馏出液隔开，两侧液体产生的饱和蒸气压差驱动着进料液中的水蒸发通过膜孔，在馏出液侧冷凝收集，在这一过程中，非挥发性溶质被膜截留。膜浸润是膜蒸馏工艺独有的技术问题，指的是进料液直接通过膜孔到馏出液侧，导致截留率降低的现象。已有的研究中，低表面张力液体和两亲性物质(如：表面活性剂)容易诱导膜浸润的产生，另外无机盐在膜表面的结垢也有可能导致膜浸润的发生。

现有的MD中监测浸润的方法，如馏出液电导率、跨膜阻抗、膜的透光率的测定(1.Wang Z.,Chen Y.,Sun X.,et al.Mechanism of pore wetting in membranedistillation with alcohol vs.surfactant[J]. Journal of Membrane Science,2018,559(183-195)；2.Chen Y.,Wang Z.,Jennings G.K.,et al.Probing Pore Wetting inMembrane Distillation Using Impedance:Early Detection and Mechanism ofSurfactant-Induced Wetting[J].Environmental ScienceTechnology Letters,2017,4(11):505-510；3.Deka B.J.,Guo J.,Wong P.W.,et al.A Conductive HydrophobicPolyaniline Sandwiched Polyvinylidene Fluoride Membrane for Early Detectionof Surfactant-Induced Wetting in Membrane Distillation Using Impedance[J].ACSApplied Polymer Materials,2021,3(2):679-690)，都无法实现对于浸润前沿的直接观测，且多数具有一定的滞后性，无法对浸润的发生做出预警。而对于膜蒸馏中无机盐结垢的观测只能实现对结垢层的观测，无法同时观测到无机盐结垢诱导的膜浸润。

光学相干断层成像(OCT)技术是基于光的相干干涉，通过测量后向散射的时间延迟和幅度来获得样品横断面图像的一种观测方法。目前尚未见光学相干断层成像在线监测MD中浸润过程的系统和方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以直接观测膜蒸馏中浸润过程的监测系统和方法。本发明提供的方法可以在膜蒸馏中膜表面的特定位置，从膜的横断面观测膜浸润的发生及其进程、速率等，且可以计算已浸润的膜厚度。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统和方法，该系统包括膜蒸馏主系统、旁路观测单元、成像系统和数据处理系统；

所述的膜蒸馏主系统为传统的膜蒸馏运行系统，包括进料液水箱、膜蒸馏膜组件、馏出液水箱、加热器、冷凝水机、循环泵和管路等；所述进料液与馏出液在膜蒸馏膜组件中疏水膜的两侧形成各自的循环；