CN111036080A - 一种反渗透防污染增效系统、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业水处理技术领域，公开了一种反渗透防污染增效系统、方法及应用，MAXON综合控制器对缠绕在输水管上的激磁线圈施加脉冲电压，使线圈内部产生交变的磁场，磁场方向与水流方向平行，根据法拉第电磁感应定律，交变的磁场又会在水管内部感生出与激磁线圈内部电流方向平行的感生电场，水管中的硬水在交变电场作用下，内部各种离子及分子的物理化学性质发生改变，影响固相物沉淀过程中晶核的形成以及沉淀颗粒的生长。本发明能大幅延长膜寿命，减少RO膜的更换频次，节省RO膜的采购成本及人工更换RO膜带来的人工成本；能切实提高RO膜的效率，增强反渗透系统的通流量，从而节省用水。

Description

一种反渗透防污染增效系统、方法及应用

技术领域

本发明属于工业水处理技术领域，尤其涉及一种反渗透防污染增效系统、方法及应用。

背景技术

目前，最接近的现有技术：随着我国工业生产的迅速发展，对水资源的需求也越来越大，水资源的合理利用问题已引起了普遍重视。工业水处理起始于19世纪的产业革命，从那时起人们深入地研究了水垢生成的机理、危害及防治方法，其主流是在化学范围内探索解决水垢的方法，其中最成熟的是离子交换软化法，但是其一次性投资大、操作复杂、又有化学物质参与，实际效果并非令人十分满意。

反渗透技术以其卓越的技术、经济、环境效能，在如今的生活和工业水处理中广泛应用，如海水和苦咸水淡化、医用和工业用水的生产、纯水和超纯水的制备、工业水处理、食品加工浓缩等。但随着反渗透技术的普及，其自身RO膜的技术局限也越来越受到重视：反渗透膜的寿命和抗污染能力有限，对于RO膜而言药剂也是一种被拦截的物质，当水质太差时还会添加多种药剂，造成RO膜负担过重；药剂对于每一层膜孔的保护效果不一定都好；化学清洗的副作用比较明显，对膜会造成不可逆的损伤，降低膜的使用寿命；长期维护成本较高；另外由于排放的浓水中含有药剂，不利于后期回收利用，难以实现废水零排放，需定期清洗和更换反渗透膜。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)反渗透技术中所使用的反渗透膜的寿命和抗污染能力有限，需定期清洗和更换反渗透膜。

(2)为了提高反渗透膜的效率和寿命，在应用中仍需添加多种药剂阻垢缓蚀、杀菌灭藻等。

解决上述技术问题的难度：如何改进传统的的反渗透技术，提高水处理过程的效率，减少化学试剂的添加，节省成本。

解决上述技术问题的意义：解决上述技术问题，不仅能提高设备的运行效率，增强企业的经济效益，而且在环境保护、节能减排方面效果显著，对企业更好的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种反渗透防污染增效系统、方法及应用。

本发明是这样实现的，一种反渗透防污染增效方法，所述反渗透防污染方法包括：MAXON综合控制器对缠绕在输水管上的激磁线圈施加脉冲电压，使线圈内部产生交变的磁场，磁场方向与水流方向平行，根据法拉第电磁感应定律，交变的磁场又会在水管内部感生出与激磁线圈内部电流方向平行的感生电场，水管中的硬水在交变电场作用下，内部各种离子及分子的物理化学性质发生改变，影响固相物沉淀过程中晶核的形成以及沉淀颗粒的生长。

进一步，所述反渗透防污染方法阻垢作用的原理：感生电场作用于水中产生极化场，把电能转化为水分子体系的内能，使水分子的物理特性发生变化，水由原来靠氢键结合稳定的大分子聚合体裂变成活性很高的单个分子和具有很强极性的偶极子；

水中溶有的金属离子、酸根离子Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-、HCO^3-分别被高活性的偶极子包围，在电场力的作用下，运动方向和状态发生改变达到防垢；

当水中含有溶解盐的离子时，阳离子和阴离子将分别被水偶极子包围，也将按正负顺序整齐的排列在水偶极子群中，不能自由运动。

进一步，当某一阳离子被数个水偶极子包围后，水偶极子的正极端距器壁的距离比阳离子距器壁的距离小d1＜d2；某一阳离子总是可能比包围它的水偶极子的正极端受到器壁吸引的可能性小；当水流出水处理器离开极化电场之后；在松弛时间内，有序排列的分子结构保持，不可能产生化学结合，防止器壁水垢形成。

进一步，所述反渗透防污染方法除垢作用的原理：水作为弱极性分子，外围电子受外加电场力的作用而被激励，电子由原来的低能轨道跃入高能轨道，电位降低；经过处理后的水对成垢物质有破坏能力，同时器壁上的老垢在水的作用力下逐渐龟裂脱落。

进一步，所述反渗透防污染方法改善水活性的原理：在共振波的作用下，大分子团水被振散为小分子团水，小分子团水被振散为单个水分子；水分子之间氢键被打断，水的活性增加，利于水分子通过。

进一步，所述反渗透防污染方法杀菌灭藻的原理：高频振荡电流使得菌藻难以积聚，繁殖通道被阻断，抑制繁殖，使得菌藻不能爆发式扩散。

进一步，所述反渗透防污染方法反渗透膜无机物污染防治的原理：反渗透膜内部同时存在交变电场和磁场，电场作用于水中产生可到200μA的感生电流，在感生电流的作用下，Fe³⁺、Al³⁺、Mn²⁺、Si⁴⁺离子定向振荡运动，反应不能生成沉淀。

进一步，所述反渗透防污染方法反渗透膜有机物污染防治的原理：由于水中有机物胶体带有负电荷，在系统产生的交变电场和磁场的作用下处于悬浮分散和定向振荡运动，不易聚集吸附于膜壁上。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述反渗透防污染增效方法的反渗透防污染增效系统，所述反渗透防污染增效系统设置有：

MAXON综合控制器，通过对现场检测仪表采集到水的PH值、电导率、离子浓度、凝汽器端差、真空度、进出口温度和排气温度等参数，通过公式计算，在系统内人工设定频率、幅度、波长、波长因子、电流极限等参数，当参数设定完成后，就可以使控制器进入运行状态；这时候综合控制器的输出就以设定好的参数为指标输出信号波作用于水体中。

MAXON综合控制器通过导线连接激磁线圈；激磁线圈缠绕在输水管上。

本发明的另一目的在于提供一种所述反渗透防污染增效方法在工业水处理中的应用。

本发明的优点及积极效果为：本发明能大幅延长膜寿命，减少RO膜的更换频次，从而节省RO膜的采购及人工成本，膜寿命延长30％-50％；本发明能切实提高RO膜的效率，增强反渗透系统的通流量，从而节水减排，减少排污5％以上；另外使用本发明后所排的污水仅为浓缩水，不含化学药剂成分，从而减少污水处理的费用；并且间接带来了经济和环保效益。

附图说明

图1是本发明实施例提供的反渗透防污染增效系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的反渗透防污染增效系统使用过程原理示意图；

图3是本发明实施例提供的水分子极化示意图；

图4是本发明实施例提供的极化后离子和水分子排列示意图；

图5是本发明实施例提供的水分子包围离子示意图；

图6是本发明实施例提供的水分子包围离子距器壁距离示意图；

图7是本发明实施例提供的与传统RO膜装置脱盐率对比折线图；

图8是本发明实施例提供的与传统RO膜装置产水流量对比折线图；

图9是本发明实施例提供的与传统RO膜装置一段压差对比折线图；

图10是本发明实施例提供的与传统RO膜装置二段压差对比折线图；

图中：1、MAXON综合控制器；2、激磁线圈；3、导线；4、输水管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的技术方案作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的反渗透防污染增效系统包括：MAXON综合控制器1、激磁线圈2、导线3。

MAXON综合控制器1通过导线3连接激磁线圈2。

作为优选，激磁线圈2缠绕在输水管4上。

本发明在使用时，如图2所示，MAXON综合控制器1对缠绕在输水管4上的激磁线圈2施加一定频率一定输出功率的脉冲电压，使线圈内部产生交变的磁场，磁场方向与水流方向平行，根据法拉第电磁感应定律，交变的磁场又会在水管内部感生出与激磁线圈内部电流方向平行的感生电场，水管中的硬水在交变电场作用下，其内部各种离子及分子的物理化学性质发生改变，并进一步影响固相物沉淀过程中晶核的形成以及沉淀颗粒的生长，从而起到了阻垢的效果。

如图3、图4、图5所示，本发明起到阻垢作用的工作原理如下：

感生电场作用于水中产生极化场，把电能转化为水分子体系的内能，使水分子的物理特性发生变化，即水由原来靠氢键结合稳定的大分子聚合体裂变成活性很高的单个分子和具有很强极性的偶极子；

水中溶有的金属离子、酸根离子(Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-、HCO^3-)分别被高活性的偶极子包围，因而减少了金属离子和酸根离子的相遇机会与结合能力，在电场力的作用下，其运动方向和状态发生改变，从而达到有效的防垢效果；

当水中含有溶解盐的离子时，这些阳离子和阴离子将分别被水偶极子包围，也将按正负顺序整齐的排列在水偶极子群中(如下图所示)，其不能自由运动，也就不可能靠近器壁成垢。

当某一阳离子被数个水偶极子包围后，一般是水偶极子的正极端距器壁的距离比阳离子距器壁的距离小(d1＜d2)。因此，某一阳离子总是可能比包围它的水偶极子的正极端受到器壁吸引的可能性小。即使当水流出水处理器离开极化电场之后，已改变的水分子结构会逐渐松弛，但要恢复为处理前状态仍需要一定的时间，这个时间称为松弛时间。在松弛时间内，上述有序排列的分子结构仍将保持，由于有水偶极子群包围，也不可能产生化学结合，从而防止器壁水垢形成。

本发明起到除垢作用的工作原理如下：水作为弱极性分子，其外围电子受外加电场力的作用而被激励，电子由原来的低能轨道跃入高能轨道，电位降低，因此水分子和器壁间的电位差减小，这便增强了水的渗透能力和洗涤作用，经过处理后的水对成垢物质有一定的破坏能力，同时器壁上的老垢在水的作用力下逐渐龟裂脱落，从而达到除垢效果。

本发明起到改善水活性的工作原理如下：在共振波的作用下，大分子团水被振散为小分子团水，小分子团水被振散为单个水分子；水分子之间氢键被打断，水的活性增加，利于水分子通过。

本发明起到杀菌灭藻的工作原理如下：菌藻的个体生命周期很短，主要依靠快速繁殖而扩大。系统产生的高频振荡电流使得菌藻难以积聚，其繁殖通道被阻断，繁殖愈加困难，从而一定程度抑制繁殖，使得菌藻难以爆发式扩散。菌藻的自生自灭与水分子的持续共振，使菌藻尸体失去了积聚粘连的基础，生物粘泥也就不会沾附于设备及管道壁，可以随水流分散流出，不再产生危害。

本发明起到反渗透膜无机物污染防治的工作原理如下：反渗透膜内部同时存在交变电场和磁场，电场作用于水中产生可到200μA的感生电流，在感生电流的作用下，Fe³⁺、Al^{3 +}、Mn²⁺、Si⁴⁺等离子定向振荡运动，杜绝了反应生成沉淀。

本发明起到反渗透膜有机物污染防治的工作原理如下：由于水中有机物(胶体硅)等胶体带有负电荷，在系统产生的交变电场和磁场的作用下处于悬浮分散和定向振荡运动，不易聚集吸附于膜壁上。

目前本发明已在陕西某电厂进行安装使用，设计产水量70吨/小时，回收率设计为69％，采用地下水作为水源，水中硬度7.5mmol/L，碱度5.5mmol/L，每年化学清洗3次；为验证本发明的技术效果，使用本发明与电厂内传统RO膜装置进行过滤对比验证，验证结果详见图7、图8、图9、图10；

如图7、图8所示，本发明相对于传统RO膜装置脱盐率更高，可提高约0.08％，并且因脱盐率高，导致本发明的产水流量相比于传统RO膜装置低；

如图9、图10所示，本发明相对比于传统RO膜装置所给予水流的压力更大，由此说明本发明水处理的效率高于传统RO膜装置水处理的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反渗透防污染增效方法，其特征在于，所述反渗透防污染方法包括：MAXON综合控制器对缠绕在输水管上的激磁线圈施加脉冲电压，使线圈内部产生交变的磁场，磁场方向与水流方向平行，根据法拉第电磁感应定律，交变的磁场又会在水管内部感生出与激磁线圈内部电流方向平行的感生电场，水管中的硬水在交变电场作用下，内部各种离子及分子的物理化学性质发生改变，影响固相物沉淀过程中晶核的形成以及沉淀颗粒的生长。

2.如权利要求1所述的反渗透防污染增效方法，其特征在于，所述反渗透防污染方法阻垢作用的原理：感生电场作用于水中产生极化场，把电能转化为水分子体系的内能，使水分子的物理特性发生变化，水由原来靠氢键结合稳定的大分子聚合体裂变成活性很高的单个分子和具有很强极性的偶极子；

水中溶有的金属离子、酸根离子Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-、HCO^3-分别被高活性的偶极子包围，在电场力的作用下，运动方向和状态发生改变达到防垢；

当水中含有溶解盐的离子时，阳离子和阴离子将分别被水偶极子包围，也将按正负顺序整齐的排列在水偶极子群中，不能自由运动。

3.如权利要求2所述的反渗透防污染增效方法，其特征在于，当某一阳离子被数个水偶极子包围后，水偶极子的正极端距器壁的距离比阳离子距器壁的距离小d1＜d2；某一阳离子总是可能比包围它的水偶极子的正极端受到器壁吸引的可能性小；当水流出水处理器离开极化电场之后；在松弛时间内，有序排列的分子结构保持。

4.如权利要求1所述的反渗透防污染增效方法，其特征在于，所述反渗透防污染方法除垢作用的原理：水作为弱极性分子，外围电子受外加电场力的作用而被激励，电子由原来的低能轨道跃入高能轨道，电位降低；经过处理后的水对成垢物质有破坏能力，同时器壁上的老垢在水的作用力下逐渐龟裂脱落。

5.如权利要求1所述的反渗透防污染增效方法，其特征在于，所述反渗透防污染方法改善水活性的原理：在共振波的作用下，大分子团水被振散为小分子团水，小分子团水被振散为单个水分子；水分子之间氢键被打断，水的活性增加，利于水分子通过。

6.如权利要求1所述的反渗透防污染增效方法，其特征在于，所述反渗透防污染方法杀菌灭藻的原理：高频振荡电流使得菌藻难以积聚，繁殖通道被阻断，抑制繁殖，使得菌藻不能爆发式扩散。

7.如权利要求1所述的反渗透防污染增效方法，其特征在于，所述反渗透防污染方法反渗透膜无机物污染防治的原理：反渗透膜内部同时存在交变电场和磁场，电场作用于水中产生可到200μA的感生电流，在感生电流的作用下，Fe³⁺、Al³⁺、Mn²⁺、Si⁴⁺离子定向振荡运动，反应不能生成沉淀。

8.如权利要求1所述的反渗透防污染增效方法，其特征在于，所述反渗透防污染方法反渗透膜有机物污染防治的原理：由于水中有机物胶体带有负电荷，在系统产生的交变电场和磁场的作用下处于悬浮分散和定向振荡运动，不易聚集吸附于膜壁上。

9.一种实施权利要求1～8任意一项所述反渗透防污染增效方法的反渗透防污染增效系统，其特征在于，所述反渗透防污染增效系统设置有：

MAXON综合控制器；

MAXON综合控制器通过导线连接激磁线圈；激磁线圈缠绕在输水管上。

10.一种如权利要求1～8任意一项所述反渗透防污染增效方法在工业水处理中的应用。

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