一种中空纤维膜性能的快速准确检测设备及测试方法与流程

1.本发明涉及中空纤维膜性能检测领域，具体涉及一种中空纤维膜性能的快速检测设备及测试方法。该检测设备尤其适用于内衬中空纤维复合膜性能的快速准确检测。


背景技术：

2.随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对于环境尤其是水环境安全的要求越来越高。为了获得更稳定和更高水质的出水水质，污水处理和饮用水处理工艺中越来越多的采用了膜法水处理技术。其中中空纤维超/微滤膜的应用越来越广泛，而具有更高的机械强度和使用寿命的内衬增强型中空纤维复合膜凭借其优越的性能得到了快速的发展。随着中空纤维膜产量的不断增加，在生产过程中严格控制膜品质，对中空纤维膜性能的快速检测技术也提出了越来越高的要求。膜性能检测越快，生产过程品质管控反应越迅速，膜的性能和质量就越稳定。
3.如图1a所示，内衬中空纤维复合膜（业界简称为膜丝）主要由涂覆的表面分离层010和编织管020或其他类型支撑材料所组成，分别担负分离与支撑强度的功能。表面分离层010为具有微孔结构的过滤膜，在未加压的情况下，水不能通过膜。内部的编织管020或者支持层则是聚合物纤维编织而成，壁体孔间隙大，水可以在其中径向和轴向的轻易流动。目前，快速测定膜性能（包括膜通量、膜泡点等）的设备连接膜丝的办法一般采用针管插入膜丝内孔中，再用细绳把膜丝的端头捆紧在针头上，以达到密封的效果。由于内部的编织管壁体孔间隙大而且具有较大的厚度（约0.5-2mm），无法获得有效的密封，尤其是在检测时用水加压，水流会从膜丝两端的编织管流出，从而无法准确获得膜性能。为了克服这一不足，采用密封胶水来加强密封，即通过将膜丝与测试管道胶结，可以获得良好的密封效果。但是胶水需要一定的时间固化，则需要提前做好测试样品，因此影响了检测的时效性，无法满足生产线上的膜丝性能快速检测的需要。如图1b所示，对于没有设置编织管内衬的中空纤维膜（业界简称为膜丝）的检测同样存在一些困难，如采用胶水密封，则耗时无法提供快速的检测；如采用绳子捆绑，由于人工捆绑，力量较难控制，力度不够，密封不牢，有被水压冲出来的风险；力度太大，则有勒破膜丝的风险。
4.迄今为止，所述膜丝快速检测一直存在时效性和准确性难以兼顾的情况，因此，制备出一种中空纤维膜丝的检测设备，既可以简便快速的连接待测膜丝样品，并且可以获得可靠的密封效果，从而准确的测定膜丝性能，对于生产出品质稳定可靠的中空纤维膜已经变得越来越重要。一台检测时效性和准确性兼备的中空纤维膜检测设备对于中空纤维膜研发和生产都具有重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有中空纤维膜（业界简称为膜丝）性能的检测设备难以兼顾检测的时效性和准确性的问题，提出一种安装简单快速，检测结果准确可靠的中空纤维膜性能的检测设备及测试方法。该检测设备可以同时提高膜丝性能的检测速度和准确性，为膜
丝生产过程膜丝质量的管控提供保证，从而提高产品质量和市场竞争力。
6.本发明提出的一种中空纤维膜性能的快速准确检测设备，其包括至少一个内部设有固定待测膜丝的密封装置的测试单元、与所述测试单元一端直接连接的可调压的压力流体输入系统、设于所述测试单元另一端的所述压力流体的输出管道。
7.较优的，所述密封装置包括管状的壳体，设于该壳体中的管状的密封机构、将该密封机构固定于所述壳体内的连接机构；所述壳体的顶部和对应的密封机构的顶部设有供待测膜丝一端插入密封机构的通孔，而密封机构的下端口由一密封圈封闭；所述连接机构包括与所述壳体下端内孔螺纹连接的底座、设于该底座中部的一端与外部连通的针管，该针管的另一端穿过所述密封圈而插入所述密封机构并与待测膜丝的内孔连通；当所述壳体与底座旋紧后，底座的内表面抵紧所述密封圈的外端面。
8.较优的，所述压力流体为气体和液体；所述测试单元为水池，该水池内横向两端各设有一固定所述待测膜丝的所述密封装置；所述压力流体输入系统包括向所述待测膜丝一端的内孔输入压力液体的第一管道、依次设于该第一管道上的总水阀、流量计、水压表和进口阀门；与所述第一管道并联的输入压力气体的第二管道、依次设于该第二管道上的减压阀、气压表和总气阀。
9.较优的，所述输出管道包括与所述待测膜丝另一端的内孔连通的内压错流出水管，该错流出水管上设有内压出口阀门；设于所述测试单元下侧的带内压集水阀门的内压集水出水管。
10.较优的，所述水池设有密封盖；所述水压表和进口阀门之间的第一管道上设有一外压测试的旁路，该旁路上设有进水阀门，该旁路与所述水池连通。
11.较优的，所述输出管道还包括与所述水池连通的外压错流出水管，该外压错流出水管上设有外压出口阀门；所述内压错流出水管上还旁路一带外压集水阀门的外压集水出水管。
12.本发明还提供一种使用所述中空纤维膜性能的快速准确检测设备的测试方法，基本步骤为：将待测膜丝的两端分别安装固定于所述测试单元内的密封装置上；根据膜丝性能的检测项目，分别选择测试膜丝内压模式的膜通量或膜泡点，或，选择测试膜丝外压模式的膜通量。
13.较优的，对于所述测试膜丝内压模式的膜通量，包括如下步骤：选择相应的测试用的压力液体及测试水路，控制该测试水路上的相关阀门，向所述待测膜丝内腔输入压力液体，并使得所述压力液体的流量和压力达到测试的设定值，开始计时预压时间；待到所述设备运行达到设定的预压时间，开始收集所述测试单元输出的过滤液体，当达到设定的过滤时间后，结束收集，最后计算出所述待测膜丝的内压模式的膜通量。
14.较优的，对于所述测试膜丝的膜泡点，包括如下步骤：选择相应的测试用的压力气体及测试气路，控制调节测试气路上的相关阀门，并使得压力气体的压力达到测试的设定值；向所述测试单元中加注清水至淹没所述待测膜丝，再向所述待测膜丝内腔输入所述的压力气体；当所述待测膜丝表面出现气泡时，记下此时所述压力气体的压力值，为最大泡点；待到所述待测膜丝表面突然出现大量气泡时，记下此时所述压力气体的压力值，为平均泡
点。
15.较优的，对于所述测试膜丝外压模式的膜通量，包括如下步骤：用密封盖将所述测试单元封盖，保证该测试单元的密封完好；选择相应的测试用的压力液体及测试水路，控制该测试水路上的相关阀门，向所述测试单元的内腔直接输入所述压力液体；并使得所述压力液体的流量和压力达到测试设定值；待到所述输出管道中与所述待测膜丝内孔连通的外压集水出水管开始出水后，再让所述压力液体运行达到设定的预压时间，开始收集所述外压集水出水管输出的过滤液体，当达到设定的过滤时间后，结束收集，最后计算出所述待测膜丝的外压模式的膜通量。
16.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过将膜丝的膜通量测试的水路和膜泡点测试的气路整合起来，可以同时测试多种膜性能；并且通过模块化的设计和装配，还可以同时测试多条膜丝样品，大大缩短了膜丝测试的时间，在保证检测准确性的同时大大提高了膜丝检测的时效性，为工厂生产管理和产品研发提供了最有力的基础。本发明突破了以往膜丝检测设备在连接待测膜丝样品时必须使用细绳捆绑或者采用胶水胶结的局限性，采用了专门设计的密封装置，省去了为了膜丝检测制备样品的过程，节约了检测成本，保证了检测准确性；本发明可以简单快速的安装和密封，大幅度提高了膜性能检测速度和效率，有利于生产线膜产品质量的管控。
附图说明
17.图1a、图1b分别是内衬中空纤维复合膜、无支撑的中空纤维膜的结构示意图；图2为本发明提供的密封装置结构示意图；图3为检测一条膜丝的内压模式的膜通量、膜泡点设备第一实施例的示意图；图4为可同时检测多条膜丝的内压模式的膜通量、膜泡点设备第二实施例的示意图；图5为检测一条膜丝的内压模式的膜通量、膜泡点和外压模式的膜通量设备第三实施例的示意图；图6为可同时检测多条膜丝的内压模式的膜通量、膜泡点和外压模式的膜通量设备第四实施例的示意图。
具体实施方式
18.下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
19.本发明提供的一种中空纤维膜性能的快速准确检测设备，请参考图4，总体上包括一个或多个并联的测试单元100，该测试单元为一容器，其内部设有固定待测中空纤维膜（膜丝）性能的密封装置。还包括与所有测试单元左端直接连接的可调压的压力流体输入系统200、设于所述测试单元右端的所述压力流体的输出管道300。即使得压力流体通过所述待测膜丝，根据该待测膜丝渗透出来的所述流体的状况，最后测得该待测膜丝的性能参数，如，膜通量及膜泡点。
20.图1a所示为内衬中空纤维复合膜的结构示意图；图1b所示为无内衬支撑的中空纤维膜的结构示意图。这两种结构的膜丝都可用作本发明的待测膜丝。
21.如图2所示，为本发明专门制作的密封装置，其包括管状的壳体04，设于该壳体中的管状的密封机构03、将该密封机构固定于壳体04内的连接机构。壳体的顶部和对应的密封机构的顶部设有供待测膜丝05一端插入密封机构03的通孔，而密封机构的下端口由一密封圈02封闭.所述连接机构包括与壳体04下端内孔螺纹连接的底座01、设于该底座中部的下端可与外部连通的针管06，该针管的上端端穿过密封圈02而插入密封机构03内并与待测膜丝05的内孔连通。当壳体04与底座01螺纹旋紧后，底座01的内表面抵紧密封圈02的外端面。这样一端的密封机构03一方面可以将待测膜丝05的一端固定，两端的密封机构便可分别将待测膜丝的两端固定。另一方面可在密封机构03、待测膜丝05、针管06与密封圈02之间形成一密封空间，即测试时，当测试所用的压力流体通过待测膜丝05的壁体轴向进入该密封空间，并且充满后，则测试所用的压力流体便不会再向待测膜丝的两端泄漏了，而压力流体只能由没有被密封机构内圆03所包裹的待测膜丝05的壁体径向渗透。
22.如图2、3所示，为本发明用作检测一条膜丝的内压模式的膜通量、膜泡点设备的第一实施例的示意图。也是本发明检测设备的基本结构。本发明所述的压力流体为压力气体11和压力液体1，比如，空气、清水。测试单元为水池7，该水池7内横向左右两端各设有一固定待测膜丝05的密封装置6。当利用本发明提供的密封装置6将待测膜丝05固定于水池7中后，该两端的密封装置6的针管06和待测膜丝05的内孔是连通，并且密封装置6的针管06与外部也是连通的。可调压的压力流体输入系统包括通过水池7左端的密封装置6的针管06向待测膜丝05的内孔输入测试用压力液体1的第一管道50、依次设于该第一管道50上的总水阀2、流量计3、水压表4和进口阀门4。总水阀2连通外部压力液体，而进口阀门4连通所述的密封装置6的针管06。还包括输入测试用压力气体1的第二管道60，该第二管道并联于总水阀2和流量计3之间的第一管道50上。第二管道60上依次设有连通外部压力气体1的减压阀12、气压表14和总气阀13。设于所述水池7右端的输出管道包括：通过右端的密封装置6的针管06与待测膜丝05右端的内孔连通的内压错流出水管70，该内压错流出水管70上设有内压错流阀门9；设于水池7下侧的带内压集水阀门10的内压集水出水管80。
23.图3中所示的压力液体1用于提供膜丝膜通量测试使用。压力液体可以采用压力水罐的模式供给，也可以采用水泵加压的模式供给。总水阀2用于控制压力液体的开和关。并且可以通过该总水阀2的开度来调节压力液体的水量和压力。流量计3用于监测压力液体的水流量。进口阀门4用于压力流体流经待测膜丝05的开和关。并且可以通过该阀门的开度来调节待测膜丝通过的水量和压力。水压表5用于监测待测膜丝检测管路的液体压力。密封装置8用于将待测膜丝05连接入测试管路，并且保证密封性能。水池7用于用于盛放清水和过滤出水。内压错流阀门9用于控制待测膜丝05测试水路出口的开和关，从而控制膜丝过滤的模式。即该阀门关闭时为死端过滤模式；该阀门打开时为错流过滤模式；同时与总水阀2、进口阀门4配合，通过控制内压错流阀门9的开度，可以精确调节待测膜丝通过的水量和压力以及错流水量。当压力液体1采用压力水罐的模式供给时，由内压错流出水管70的出水可以直接排掉；当压力液体1采用水泵加压的模式供给时，由内压错流出水管70的出水回流于水池7。内压集水阀门10用于控制水池7排水的开和关。在内压模式膜通量测试时，打开该阀门，用量筒或者烧杯收集由内压集水出水管80流出来的过滤清水；在测试外压模式膜通量时，关闭该阀门。压力气体11用于提供测试内压模式膜泡点需要的压力气体。压力气体可以采用压力管供给；也可以采用气泵供给。减压阀12用于将压力气体11降低压力至检测需要
的压力值。总气阀13用于控制输送压力空气11的开和关。可以通过控制该总气阀的开度来调节测试气路的气量和压力。气压表14监测管道中的气压值。
24.如图4所示，为本发明的第二实施例，该实施例与第一实施例不同的仅仅是将四个所述的测试单元100并联起来。而流体输入系统200可以与所有测试单元的左端直接连接。根据需要也可以将输出管道300中的各内压错流出水管70汇总，以便统一处理错流出水。这种设备可以单独控制测试一条待测膜丝，也可以同时测试四条待测膜丝，从而大幅度提高了膜丝性能的测试效率。根据需要也可以并联多个测试单元，比如，三个、五个等等。
25.如图5所示，为本发明的第三实施例，该实施例的结构也是以第一实施例的结构为基础，在第一实施例上主要增加一些用于检测膜丝的外压模式的膜通量的设施。因此，需要在第一实施例的水池7上设置密封盖16，工作时需要保持该水池的密封性。还要在水压表5和进口阀门4之间的第一管道50上设置一外压测试的旁路，该旁路上设有进水阀门15并与水池7的内腔直接连通。所述输出管道中还包括与水池7内腔直接连通的外压错流出水管，该外压错流出水管上设有外压错流阀门17。在内压错流阀门9和密封机构6之间的内压错流出水管70上还旁路一带外压集水阀门18的外压集水出水管。详见图5所示，进水阀门15用于控制压力液体1进入水池7的开和关，并且可以通过控制该阀门的开度来调节进入水池7的水量和压力。密封盖16用于水池7的密封，从而可以在待测膜丝05外表面形成压力水流。外压错流阀门17用于控制水池7中压力液体离开水池的开和关，从而控制待测膜丝过滤的模式。该阀门关闭时为死端过滤模式；该阀门打开时为错流过滤模式。同时与总水阀2、进水阀门15配合，通过控制外压错流阀门17的开度可以精确调节待测膜丝05外表面通过的水量和压力以及错流水量。当压力液体1采用压力水罐的模式供给时，由外压错流出水管的出水可以直接排掉；当压力液体1采用水泵加压的模式供给时，由外压错流出水管的出水回流于水池7中。外压集水阀门18用于控制待测膜丝05内表面过滤出来的水的开和关。在外压模式膜通量测试时，打开该阀门，用量筒或者烧杯收集由外压集水出水管流出来的过滤液体。在内压模式膜通量测试和膜泡点测试时，关闭该阀门。该套设备可以对膜丝进行内压模式膜通量测试和膜泡点测试，也可以进行外压模式膜通量测试，即该套设备可以根据需要，选择对膜丝的性能进行检测。
26.如图6所示，为本发明的第四实施例，该实施例与第三实施例不同的只是将三个所述测试单元400并联起来。而流体输入系统500可以与所有测试单元的左端直接连接。根据需要也可以将输出管道600中的各内压错流出水管70汇总、将各外压错流出水管汇总，以便统一处理错流出水。这套设备可以单独控制测试一条待测膜丝，也可以同时测试三条待测膜丝，从而大幅度提高了膜丝性能的测试效率。根据需要也可以并联多个测试单元，比如，四个、五个等等。
27.本发明还提供一种使用所述中空纤维膜性能的快速准确检测设备的测试方法，基本测试步骤是：将待测膜丝的两端分别安装固定于所述测试单元内的密封装置上；根据膜丝性能的检测项目，分别选择测试膜泡点、内压模式的膜通量，或者，选择测试外压模式的膜通量。下面以第三实施例提供的测试设备为例，如图5所示，详细说明本发明的测试方法。
28.1、对于待测膜丝进行内压模式的膜通量测试，步骤如下：将待测膜丝05的两端分别安装固定于水池7内的密封装置6上。选择相应的测试用的压力液体1及测试水路
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第一管道50，控制该第一管道上的相关阀门，即关闭总气阀13、
进水阀门15、外压错流阀门17和外压集水阀门18；打开总水阀2、进口阀门4、内压错流阀门9和内压集水阀门10，向待测膜丝05内腔输入压力液体1，同时调节总水阀2、进口阀门4、内压错流阀门9的开度，并配合流量计3和水压表5，使得压力液体1的流量和压力达到测试的设定值，开始计时预压时间。
29.让设备运行稳定运行一段时间，等设备运行到达设定的预压时间，开始计时过滤时间，同时将量筒或者烧杯置于水池7下侧的内压集水出水管80下面，收集输出的过滤液体。当设备稳定运行一段时间达到设定的过滤时间后，将量筒或烧杯移开结束收集，并停止输入压力液体1。最后计算量筒或烧杯内收集的过滤液体的体积，除以过滤时间和待测膜丝05的内表面面积，既获得待测膜丝的内压模式的膜通量。
30.2、对于待测膜丝进行膜泡点的测试，步骤如下：将待测膜丝05的两端分别安装固定于水池7内的密封装置6上。选择相应的测试用的压力气体11及测试气路
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第二管道60，控制调节测试气路上的相关阀门，即关闭总水阀2、进口阀门4、进水阀门15、内压错流阀门9、内压集水阀门10、外压错流阀门17和外压集水阀门18，打开总气阀13，向第二管道60输入压力气体11；对照气压表14的数值调节减压阀12，使气路压力，既气压表14的压力值降至测试的设定值；向水池7中加注清水至淹没所述待测膜丝05，再缓慢打开进口阀门4，向待测膜丝05内腔输入压力气体11，并观察待测膜丝表面和压力值。
31.当观察到待测膜丝05表面出现气泡时，记下此时气压表14的压力值，为最大泡点；继续观察到待测膜丝表面突然出现大量气泡时，记下此时气压表14的压力值，为平均泡点。即所述的膜泡点为压力气体11穿过待测膜丝壁体出现某种状态时，压力气体11的压力值。关闭总气阀13，打开内压错流阀门9排出气路中的气体。检测结束。
32.3、对于待测膜丝进行外压模式的膜通量测试，步骤如下：将待测膜丝05的两端分别安装固定于水池7内的密封装置6上，用密封盖16将水池7封盖，保证该水池7的密封完好。选择相应的测试用的压力液体1及测试水路，控制该测试水路上的相关阀门，即关闭总气阀13、进口阀门4、内压错流阀门9和内压集水阀门10，打开总水阀2、进水阀门15、外压错流阀门17和外压集水阀门18，向水池7的内腔直接输入压力液体1；调节总水阀2、进水阀门15和外压错流阀门17的开度，并配合流量计3和水压表5，并使得压力液体1的流量和压力达到测试的设定值。
33.待观察到所述输出管道中与待测膜丝05内孔连通的外压集水出水管开始出水后，再让压力液体1流通运行达到设定的预压时间，开始计时过滤时间，同时将量筒或者烧杯置于外压集水出水管下面收集输出的过滤液体。让设备稳定运行一段时间，当达到设定的过滤时间后，将量筒或烧杯移开结束收集，并停止输入压力液体1。最后计算量筒或烧杯内收集的过滤液体的体积，除以过滤时间和待测膜丝外表面面积，既获得测试外压模式的膜通量。
34.本发明突破了以往膜丝检测设备在连接待测膜丝样品时必须使用细绳捆绑或者采用胶水胶结的局限性，在保证检测准确性的同时大大提高了膜丝检测的时效性。采用专门设计的密封装置，省去了为了膜丝检测制备样品的过程，节约了检测成本，保证了检测准确性；本发明可以简单快速的安装和密封，大幅度提高了膜性能检测速度和效率，有利于生产线膜产品质量的管控。
35.以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。