过滤膜自动清洗和自动修复装置及其控制方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，特别是一种过滤膜自动清洗和自动修复装置及其控制方法。

背景技术：

随着污水处理技术的发展，特别是小型污水处理系统，为了减少占地面积和提高效率，越来越多地使用过滤膜进行污泥和水的分离。而过滤膜在使用中，表面很容易被生化反应池中的污泥及悬浮物附着，随着使用时间的加长，过滤膜表面的附着物会越来越多，1个月左右过滤膜就会出现堵塞现象，设备的出水量也会越来越小，某些严重的会完全堵塞，设备无法出水。现今的处理方式是将过滤膜取出单片进行清洗，然后再装回；或者使用化学药物对过滤膜进行浸泡来分离过滤膜表面的附着物。化学药物清洗方法一般2-3个月左右就要进行一次。一个小型的污水处理站都会用到上百张过滤膜，污水处理站都具有分散的特点。目前的清洗方法费时、费力，还会给污水处理系统的运行造成影响。

技术实现要素：

基于此，针对上述问题，有必要提出一种过滤膜自动清洗和自动修复装置及其控制方法，在过滤膜停止出水的状态下，启动膜自动清洗，不会影响到设备的正常出水，通过常态性的自动清洗，能使污水处理设备的过滤膜持续保持清浩，持续稳定在设计时的出水量，设计了多级修复方法，过滤膜的工作状况将由控制器程序自动探测，并根据过滤膜的当前状况，执行多种自动修复方式，以缩短自动修复的时间，以最大限度地发挥污水处理设备的处理效率和延长过滤膜的使用寿命，让设备的运行达到最大程度的发挥。

本发明的技术方案是：一种过滤膜自动清洗和自动修复装置，包括爆气风机、分流室、膜反应池和出水抽吸泵，所述爆气风机的出风口通过连接管路连接入分流室内，所述分流室设有与分流室内部相通的爆气管路和冲刷管路，爆气管路上设有爆气常开式电磁阀，冲刷管路上设有冲刷多级常闭式电磁阀，所述爆气管路和冲刷管路分别接入所述膜反应池，所述膜反应池内对应冲刷管路的位置设有过滤膜组件和过滤膜冲洗机构，所述出水抽吸泵的抽水口通过抽水管路连接所述膜反应池内过滤膜组件的出水口，所述出水抽吸泵的抽水口设有压力传感器，所述出水抽吸泵的出水口设有出水流量计。

优选地，还包括电源和控制器，所述电源的电源输出端与所述控制器的电源输入端连接；所述控制器的控制电源输出端分别连接爆气风机、出水抽吸泵、压力传感器、出水流量计、爆气常开式电磁阀和冲刷多级常闭式电磁阀的电源输入端；所述控制器的第一信号输出端与所述爆气风机的信号输入端连接，所述控制器的第二信号输出端与所述所述爆气常开式电磁阀的信号输入端连接，所述控制器的第三信号输出端与所述冲刷多级常闭式电磁阀的信号输入端连接，所述控制器的第四信号输出端与所述出水抽吸泵的信号输入端连接；所述控制器的第一信号输入输出端与所述压力传感器的信号输入输出端连接，所述控制器的第二信号输入输出端与所述出水流量计的信号输入输出端连接。

优选地，所述过滤膜冲洗机构包括一组平行排列的清洗膜刷，所述过滤膜组件包括一组平行排列的过滤膜，所述过滤膜组件中相邻两过滤膜之间具有放置清洗膜刷的腔室，所述过滤膜冲洗机构中的各清洗膜刷设于对应的腔室中。

一种如上所述过滤膜自动清洗和自动修复装置的控制方法，包括自动清洗步骤，具体如下：

a、判断过滤膜是否正在出水，如果是，则正常出水，如果否，则进入步骤b；

b、打开爆气风机，关闭爆气常开式电磁阀，同时打开冲刷多级常闭式电磁阀的一通道，过滤膜冲洗机构中的清洗膜刷随水流上升，擦洗过滤膜表面，进入步骤c；

c、延时N秒后，打开爆气常开式电磁阀，关闭冲刷多级常闭式电磁阀，水流静止，过滤膜冲洗机构中的清洗膜刷随水流下沉，进入步骤d；

d、再次判断过滤膜是否正在出水，如果是，结束自动清洗，如果否，则进入步骤b。

优选地，还包括自动修复步骤，具体如下：

e、在过滤膜出水状态下读取膜压和出水流量，判断膜压是否大于设定的初始化值或出水流量是否小于设定的初始化值，如果是，进入步骤f，如果否，过滤膜正常出水，重新在过滤膜出水状态下读取膜压和出水流量；

f、判断膜压或出水流量是否满足四级膜修复条件，如果是，启动四级膜自动修复，自动修复完成后，过滤膜正常出水，重新在过滤膜出水状态下读取膜压和出水流量，如果否，进入步骤g；

g、判断膜压或出水流量是否满足三级膜修复条件，如果是，启动三级膜自动修复，自动修复完成后，过滤膜正常出水，重新在过滤膜出水状态下读取膜压和出水流量，如果否，进入步骤h；

h、判断膜压或出水流量是否满足二级膜修复条件，如果是，启动二级膜自动修复，自动修复完成后，过滤膜正常出水，重新在过滤膜出水状态下读取膜压和出水流量，如果否，进入步骤i；

i、判断膜压或出水流量是否满足一级膜修复条件，如果是，启动一级膜自动修复，自动修复完成后，过滤膜正常出水，重新在过滤膜出水状态下读取膜压和出水流量，如果否，回到步骤e。

优选地，一级、二级、三级、四级膜自动修复步骤如下：

(1)关闭出水抽吸泵，打开爆气风机，关闭爆气常开式电磁阀，同时打开冲刷多级常闭式电磁阀的对应通道，过滤膜冲洗机构中的清洗膜刷随水流上升，擦洗过滤膜表面，进入步骤(2)；

(2)延时N秒后，打开爆气常开式电磁阀，关闭冲刷多级常闭式电磁阀，水流静止，清洗膜刷随水流下沉，进入步骤(3)；

(3)判断是否到达自动修复时间，如果否，进入步骤(1)，如果是，进入步骤(4)；

(4)持续打开爆气常开式电磁阀，持续关闭冲刷多级常闭式电磁阀，打开出水抽吸泵，过滤膜正常出水，过滤膜自动修复结束。

优选地，步骤c中，延时时间N为10s-30s，具体延时时间可根据过滤膜的高度来调节。

优选地，设定的初始化值为正常设计出水时过滤膜的膜压数据和出水流量计的出水流量数据。

优选地，一级膜修复条件为：膜压大于初始化值的120％，出水流量小于初始化值的90％；启动一级膜自动修复时，打开冲刷多级常闭式电磁阀的一通道，关闭冲刷多级常闭式电磁阀的二通道、三通道和四通道，对应的自动修复时间为2min-4min；

二级膜修复条件为：膜压大于初始化值的140％，出水流量小于初始化值的80％；启动二级膜自动修复时，打开冲刷多级常闭式电磁阀的一通道和二通道，关闭冲刷多级常闭式电磁阀的三通道和四通道，对应的自动修复时间为4min-6min；

三级膜修复条件为：膜压大于初始化值的160％，出水流量小于初始化值的70％；启动三级膜自动修复时，打开冲刷多级常闭式电磁阀的一通道、二通道和三通道，关闭冲刷多级常闭式电磁阀的四通道，对应的自动修复时间为6min-8min；

四级膜修复条件为：膜压大于初始化值的180％，出水流量小于初始化值的50％；启动四级膜自动修复时，打开冲刷多级常闭式电磁阀的一通道、二通道、三通道和四通道，对应的自动修复时间为8min-10min。

优选地，在一级、二级、三级、四级膜自动修复完成后，判断出水流量是否达到初始化值，如果是，则过滤膜正常出水；如果否，则分别随机打开或关闭冲刷多级常闭电磁阀的四个通道，使过滤膜之间的水流强加速或者强减速上升或下降，清洗膜刷也会随水流不规则地快速运动，增强过滤膜表面的清洁效果，达到设计时的出水流量。

爆气风机提供推动清洗膜刷的能量，在膜反应池正常工作状态下，爆气管路正常爆气，爆气常开式电磁阀和冲刷多级常闭式电磁阀在初始状态不会耗电。当控制器监测到过滤膜停止出水时，控制器将关闭爆气常开式电磁阀，爆气管路停止爆气，同时打开冲刷多级常闭式电磁阀让爆气风机的全部风量通向冲刷管路，由于空气动力的作用，推动水流向上运动，两个过滤膜之间的清洗膜刷，随着水流不规则地从过滤膜底部运动到过滤膜的顶部，与过滤膜表面产生摩擦。延时一段时间，当清洗膜刷运动到顶部后，再将冲刷电磁阀关闭，让膜反应池中的水慢慢静止，刷膜也会随之慢慢下沉，在下沉过程中也会与过滤膜表面产生摩擦，达到清洗过滤膜表面的效果。当沉到过滤膜底部后，完成一次自动清洗过程。在过滤膜停止出水的状态下，由控制器重复以上控制动作，对过滤膜进行清刷，使过滤膜表面由于抽吸负压附着的悬浮物及时与过滤膜分离，从而达到持续清洁的效果。

当污水处理系统经过长时间运行或者由于膜反应池内悬浮物增加，造成自动清洗无法彻底分离过滤膜表面的污泥、悬浮物等附着物时，需要使用自动修复方法对过滤膜进行修复性清洗。

膜自动修复是当控制器通过压力传感器探测到过滤膜膜压升高的数据和出水流量计的流量减少的数据为依据，来判断过滤膜的堵塞情况，根据堵塞情况启动一级膜修复、二级膜修复、三级膜修复、四级膜修复。过滤膜轻微堵塞启动一级膜修复、过滤膜严重堵塞启动四级膜修复，而当一级至四级膜修复均无法使过滤膜清洁，达到初始出水流量时，则启动增强膜修复程序。

本发明的有益效果是：

1、过滤膜的工作特性是间隙性工作，膜自动清洗是在过滤膜的停止出水状态下运行，不会对污水处理设备的正常出水量造成影响，从而达到过滤膜持续保持清洁的目的，当设备长时间持续运行后，过滤膜表面的附着物增多，常规清洗无法完全恢复设备的设备出水量，此时根据膜压和出水流量的变化由控制器自动识别，根据堵塞的情况对过滤膜表面进行连续清刷。使过滤膜表面清洁，达到设计时的出水量；

2、能有效解决过滤膜在使用中，由于表面附着物的增加造成过滤膜堵塞或者严重堵塞时，只能人工采用化学药物的方法进行清洗，按照此方法连接上硬件后，在过滤膜停止出水的状态下，启动膜自动清洗，不会影响到设备的正常出水，通过常态性的自动清洗，能使污水处理设备的过滤膜持续保持清浩，持续稳定在设计时的出水量；

3、自动修复是在过滤堵塞时进行，需要停止设备出水，所以设计了多级修复方法，多级修复即不同的修复时长，过滤膜的工作状况将由控制器程序自动探测，并根据过滤膜的当前状况，执行多种自动修复方式，以缩短自动修复的时间，以最大限度地发挥污水处理设备的处理效率和延长过滤膜的使用寿命，让设备的运行达到最大程度的发挥；

4、自动清洗和自动修复是由控制器程序自动探测后自动完成相关动作，不需要额外的人为干扰，从而使污水处理设备真正做到无人值守的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中过滤膜自动清洗和自动修复装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中过滤膜自动清洗和自动修复装置的电路连接原理示意图；

图3为本发明实施例中自动清洗的流程图；

图4为本发明实施例中自动修复的流程图；

图5为本发明实施例中各级自动修复的流程图；

附图标记：10-爆气风机，20-分流室，30-膜反应池，31-过滤膜，32-清洗膜刷，40-压力传感器，50-出水抽吸泵，60-出水流量计，70-爆气常开式电磁阀，71-冲刷多级常闭式电磁阀，80-电源，90-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种过滤膜自动清洗和自动修复装置，包括爆气风机10、分流室20、膜反应池30和出水抽吸泵50，所述爆气风机10的出风口通过连接管路连接入分流室20内，所述分流室20设有与分流室20内部相通的爆气管路和冲刷管路，爆气管路上设有爆气常开式电磁阀70，冲刷管路上设有冲刷多级常闭式电磁阀71，所述爆气管路和冲刷管路分别接入所述膜反应池30，所述膜反应池30内对应冲刷管路的位置设有过滤膜组件和过滤膜冲洗机构，所述出水抽吸泵50的抽水口通过抽水管路连接所述膜反应池30内过滤膜组件的出水口，所述出水抽吸泵50的抽水口设有压力传感器40，所述出水抽吸泵50的出水口设有出水流量计60。

实施例2

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，该过滤膜自动清洗和自动修复装置还包括电源80和控制器90，所述电源80的电源输出端与所述控制器90的电源输入端连接；所述控制器90的控制电源输出端分别连接爆气风机10、出水抽吸泵50、压力传感器40、出水流量计60、爆气常开式电磁阀70和冲刷多级常闭式电磁阀71的电源输入端；所述控制器90的第一信号输出端与所述爆气风机10的信号输入端连接，所述控制器10的第二信号输出端与所述爆气常开式电磁阀70的信号输入端连接，所述控制器10的第三信号输出端与所述冲刷多级常闭式电磁阀71的信号输入端连接；所述控制器10的第四信号输出端与所述出水抽吸泵50的信号输入端连接，所述控制器10的第一信号输入输出端与所述压力传感器40的信号输入输出端连接，所述控制器10的第二信号输入输出端与所述出水流量计60的信号输入输出端连接。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，所述过滤膜组件包括一组平行排列的过滤膜31，所述过滤膜冲洗机构包括一组平行排列的清洗膜刷32，所述过滤膜组件中相邻两过滤膜31之间具有放置清洗膜刷32的腔室，所述过滤膜冲洗机构中的各清洗膜刷32设于对应的腔室中。

实施例4

如图3所示，一种如实施例1-3所述过滤膜自动清洗和自动修复装置的控制方法，包括自动清洗步骤，具体如下：

a、判断过滤膜31是否正在出水，如果是，则正常出水，如果否，则进入步骤b；

b、打开爆气风机10，关闭爆气常开式电磁阀70，同时打开冲刷多级常闭式电磁阀71，过滤膜冲洗机构中的清洗膜刷32随水流上升，上升过程中擦洗过滤膜31表面，进入步骤c；

c、延时10s-30s后，打开爆气常开式电磁阀70，关闭冲刷多级常闭式电磁阀71，水流静止，过滤膜冲洗机构中的清洗膜刷32随水流下沉，进入步骤d；

d、再次判断过滤膜31是否正在出水，如果是，结束自动清洗，如果否，则进入步骤b。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上，还包括自动修复步骤，具体如下：

e、在过滤膜31出水状态下读取膜压和出水流量，判断膜压是否大于设定的初始化值或出水流量是否小于设定的初始化值，如果是，进入步骤f，如果否，过滤膜31正常出水，重新在过滤膜31出水状态下读取膜压和出水流量；

f、判断膜压或出水流量是否满足四级膜修复条件，如果是，启动四级膜自动修复，自动修复完成后，过滤膜31正常出水，重新在过滤膜31出水状态下读取膜压和出水流量，如果否，进入步骤g；

g、判断膜压或出水流量是否满足三级膜修复条件，如果是，启动三级膜自动修复，自动修复完成后，过滤膜31正常出水，重新在过滤膜31出水状态下读取膜压和出水流量，如果否，进入步骤h；

h、判断膜压或出水流量是否满足二级膜修复条件，如果是，启动二级膜自动修复，自动修复完成后，过滤膜31正常出水，重新在过滤膜31出水状态下读取膜压和出水流量，如果否，进入步骤i；

i、判断膜压或出水流量是否满足一级膜修复条件，如果是，启动一级膜自动修复，自动修复完成后，过滤膜31正常出水，重新在过滤膜31出水状态下读取膜压和出水流量，如果否，回到步骤e。

实施例6

本实施例在实施例5的基础上，一级、二级、三级、四级膜自动修复步骤如下：

(1)关闭出水抽吸泵50，打开爆气风机10，关闭爆气常开式电磁阀70，同时打开冲刷多级常闭式电磁阀71，过滤膜冲洗机构中的清洗膜刷32随水流上升，上升过程中擦洗过滤膜31表面，进入步骤(2)；

(2)延时10s-30s后，打开爆气常开式电磁阀70，关闭冲刷多级常闭式电磁阀71，水流静止，清洗膜刷32随水流下沉，进入步骤(3)；

(3)判断是否到达自动修复时间，如果否，进入步骤(1)，如果是，进入步骤(4)；

(4)持续打开爆气常开式电磁阀70，持续关闭冲刷多级常闭式电磁阀71，打开出水抽吸泵50，过滤膜31正常出水，过滤膜31自动修复结束。

实施例7

本实施例在实施例5的基础上，设定的初始化值为正常设计出水时过滤膜31的膜压数据和出水流量计60的出水流量数据。

实施例8

本实施例在实施例7的基础上，一级膜修复条件为：膜压大于初始化值的120％，出水流量小于初始化值的90％；启动一级膜自动修复时，打开冲刷多级常闭式电磁阀71的一通道，关闭冲刷多级常闭式电磁阀71的二通道、三通道和四通道，对应的自动修复时间为2min-4min；

二级膜修复条件为：膜压大于初始化值的140％，出水流量小于初始化值的80％；启动二级膜自动修复时，打开冲刷多级常闭式电磁阀71的一通道和二通道，关闭冲刷多级常闭式电磁阀71的三通道和四通道，对应的自动修复时间为4min-6min；

三级膜修复条件为：膜压大于初始化值的160％，出水流量小于初始化值的70％；启动三级膜自动修复时，打开冲刷多级常闭式电磁阀71的一通道、二通道和三通道，关闭冲刷多级常闭式电磁阀71的四通道，对应的自动修复时间为6min-8min；

四级膜修复条件为：膜压大于初始化值的180％，出水流量小于初始化值的50％；启动四级膜自动修复时，打开冲刷多级常闭式电磁阀71的一通道、二通道、三通道和四通道，对应的自动修复时间为8min-10min。

实施例9

本实施例在实施例5的基础上，还包括如下步骤：在一级、二级、三级、四级膜自动修复完成后，判断出水流量是否达到初始化值，如果是，则过滤膜31正常出水；如果否，则分别随机打开或关闭冲刷多级常闭电磁阀71的四个通道，使过滤膜31之间的水流强加速或者强减速上升或下降，清洗膜刷32也会随水流不规则地快速运动，增强过滤膜31表面的清洁效果，达到设计时的出水流量。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。