[发明专利]适用于膜过滤的大尺度可视化膜污染原位在线监测系统

说明书

本发明公开了一种适用于膜过滤的大尺度可视化膜污染原位在线监测系统，包括膜过滤机构、光学成像机构、数据分析机构、流程控制机构；光学成像机构包括光片激发模块、探测模块、样品池装置模块和位移装置模块，样品池装置模块设置在膜过滤机构中，光片激发模块发射并形成不同厚度的激光光片对样品池装置模块中的过滤膜进行选择面激发，探测模块对过滤膜不同样品平面进行显微探测得到膜表面和内部的光学切片图组成像后传输给数据分析机构进行处理与分析；位移装置模块连接样品池装置模块对其位置进行调整。本发明可以在线实施，能清楚完整记录膜污染进程并进行精准、有效、直观表征。

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种膜过滤污染情况在线监测系统，尤其涉及一种适用于膜过滤的大尺度可视化膜污染原位在线监测系统。

背景技术

由于我国人口众多，水资源分布不均和饮用水普遍存在水源污染等问题，饮用水的安全性和健康性已经引发人们的普遍关注，成为一个关系民生的重要问题。相较于传统净化工艺，膜分离工艺具有筛分性能好、占地面积紧凑、易于自动化控制等优点，因此有望成为提升水处理工程效能的新技术。然而在膜过滤过程中，水体中各种污染物(多糖、蛋白质、腐殖酸等等)会在膜表面/膜孔内附着、累积从而形成膜污染，导致膜过滤性能下降、膜使用寿命缩减、膜工艺成本增加等问题。

解决膜污染问题的基本策略是深入理解膜污染行为，进而通过调控分离膜的物理化学特性(例如亲水改性等)以缓解膜污染。膜污染过程复杂，准确解析膜污染过程及形成机制是破解膜污染的关键。因此，业界学者发展和引入了大量的膜污染监测技术对膜污染行为进行描述。现有的X射线能谱、扫描电镜、原子力显微镜等膜污染监测技术虽已成功用于对膜面污染层的表征，但目前上述技术受设备限制，只能对污染层实现离线表征，无法对膜污染进程进行在线实时监测，因此无法获得直接的膜界面反应信息和界面作用机制的证据。即使上述技术可在膜污染进程的不同时间节点进行分别取样测量，但同一样本在上述技术的制样测量后较难再次使用。样本的非同一性和不连贯性会造成信息的间接拼接，影响了对膜污染进程精准有效的直观描述，限制了人们对膜污染机制的进一步分析。

近年来，光学和光谱技术作为高灵敏和无创的成像工具也已被用于提取膜污染层的化学组分信息，但这些技术普遍存在观测深度浅、表征过程复杂及无法原位观测等问题，限制了对膜污染机制的进一步研究。其中，激光诱导显微术(LIM)最近实现了基于荧光对比的膜超滤过程中浓度极化的原位可视化成像，但其简单的光学系统仅能提供有限的空间信息；表面增强拉曼光谱(SERS)和受激拉曼散射显微术已经成功地应用于在没有标记的情况下识别膜污垢的化学成分的污垢研究，但对膜的3D空间/化学分布测量是在过滤之后进行的，并且样品需要被载玻片固定；共聚焦扫描激光显微技术(CSLM)已被广泛用于通过提供高分辨率3D荧光剖面来探索膜结构和结垢行为的表征，然而CSLM的渗透深度被限制在几十微米，并且成像大多需要在过滤之后进行。另外，CLSM采集毫米级样本量非常慢(如对毫米级区域的成像时间为几分钟到几十分钟)，这同样限制了CSLM对膜污染过程的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种可以在线实施，能清楚完整记录膜污染进程并进行精准、有效、直观表征的适用于膜过滤的大尺度可视化膜污染原位在线监测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于膜过滤的大尺度可视化膜污染原位在线监测系统，主要包括：形成污水膜过滤处理过程的膜过滤机构、用于设置过滤膜并对过滤膜进行荧光成像且采集信息的光学成像机构、用于对光学成像机构采集的光学切片图像信息进行处理以及荧光定量和深度定量分析的数据分析机构、实现对光学成像机构及膜过滤机构进行综合控制的流程控制机构；