[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

权利要求书

1.一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统，其特征在于：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，包括进料液箱、膜蒸馏膜组件、馏出液箱、加热器、冷凝水机、循环泵和管路；所述进料液与馏出液在膜蒸馏膜组件包含的疏水膜的两侧形成各自的循环；

所述的旁路观测单元包括与膜蒸馏系统中膜蒸馏膜组件结构相同的观测用膜组件，以及并联接入进料液循环和馏出液循环的管路和阀门；所述旁路观测单元的观测用膜组件并联接入膜蒸馏系统中，使得观测单元中膜组件两侧的进料液与馏出液，与膜蒸馏系统中膜组件两侧的进料液和馏出液相同；

所述成像系统为光学相干断层成像扫描仪OCT；

所述光学相干断层成像扫描仪连接到数据处理系统；

所述系统通过观测单元膜组件中浸润前后疏水膜内部反光性能的变化，通过成像系统成像并经过实时数据处理以对浸润进程进行在线监测，实现对膜浸润发生的预警。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述疏水性微滤膜材质包括PVDF、PTFE和PP；所述膜蒸馏系统和观测单元中使用同种膜材。

3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述旁路观测单元的膜组件热水侧顶面设置有直径大于3.5 cm的透明观察窗，且观察窗上表面与膜表面的距离≤3 mm。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述旁路观测单元的膜组件内部水流腔室与膜蒸馏系统中膜组件内部腔室具有同样的水力条件与水温条件，保证腔室内部液体流速和温度均相同。

5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述成像系统，即光学相干断层成像扫描仪，其镜头到观测单元膜组件的观察窗上表面的距离 1 cm，以便在镜头的焦距范围内清晰成像。

6.根据权利要求1~5任一项所述的系统在线监测浸润过程的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将旁路观测单元接入膜蒸馏主系统中，调整旁路观测单元中膜蒸馏组件与主系统中膜蒸馏组件相同运行参数，调整成像系统对观测单元中膜组件内的滤膜进行成像；

（2）调控膜蒸馏系统中进料液成分及其含量，使得膜蒸馏系统稳定运行一段时间后，膜浸润过程开始；

（3）成像系统扫描观测单元的膜组件得到扫描图片，扫描图片可从视觉上监测膜浸润的发生与推进；

（4）扫描图片传输到数据处理系统，图片经锐化处理，再经MATLAB计算得到已被浸润的膜厚度；MATLAB计算的方法包括以下步骤：由锐化处理的图片在MATLAB中转换为二维矩阵，根据矩阵的各行元素之和的变化得到的曲线即为图片中亮度变化的曲线；膜表面和气液界面均为亮度峰值处，计算两个峰值之间的距离，即可等比换算得到膜被浸润部分的厚度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述监测方法中，光学相干断层成像基于膜浸润过程中，膜内部气液界面位置的变化造成的膜内部反光性的变化，成像反映膜内部气液界面的变化，即膜浸润的过程。