CN115554857A - 一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及饮用水处理技术领域，具体涉及一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统及方法，陶瓷膜阻垢系统包括：超微气泡发生器两端分别与电解水臭氧发生器、陶瓷膜过滤器连接，磁化器，与陶瓷膜过滤器、电解水臭氧发生器均连接；方法包括：将电解水臭氧发生器产生的臭氧送入超微气泡发生器中进行压裂形成超微气泡，再将超微气泡送入陶瓷膜过滤器中；并预先对进入陶瓷膜过滤器的水进行磁化。本申请利用臭氧气体经超微气泡发生器形成超微臭氧气泡，然后进入陶瓷膜过滤器前的管路中停留大于24小时，持续发挥氧化作用；超微气泡在压裂时产生羟基自由基，加强氧化，分解有机污染物；利用水磁化协同作用使陶瓷膜表面不易结垢。
Description
技术领域
本发明涉及饮用水处理技术领域，具体涉及一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统及方法。
背景技术
现有的膜技术具有占地面积小、处理效率高和不额外添加化学试剂等优点，被广泛应用于水处理中，有机膜已普遍应用在水处理中。与传统聚合物有机膜相比，无机陶瓷膜具有耐高温、耐化学侵蚀、机械强度好、通量大和使用寿命长等优势，已逐步在水处理中推广使用。
但是，陶瓷膜具有不可逆膜污染的缺陷，其是由污染物与膜表面通过膜孔堵塞和/或凝胶层形成带来的强结合作用；陶瓷膜的污染严重影响水处理的效率和质量。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，克服现有陶瓷膜水处理技术中因陶瓷膜被污染而导致水处理效率和质量降低的缺陷，基于以上情况，开发一种去除陶瓷膜膜污染的水处理系统十分必要。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，包括：
陶瓷膜过滤器；
电解水臭氧发生器；
超微气泡发生器，一端与电解水臭氧发生器的出气口连接，另一端与陶瓷膜过滤器的进水口连接；
磁化器，与陶瓷膜过滤器、电解水臭氧发生器均连接。
可选地，所述陶瓷膜过滤器包括：
陶瓷滤芯，在所述陶瓷滤芯外部包裹聚氯乙烯塑料膜壳或玻璃钢膜壳。
可选地，所述电解水臭氧发生器包括依次连接的纯水产生单元、臭氧发生单元和臭氧投加单元。
可选地，所述磁化器设置于靠近所述基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进水口的管道上，所述磁化器用于磁化陶瓷膜过滤器和电解水臭氧发生器的进水。
可选地，所述磁化器包括：
两块半圆状的永磁铁，通过固定件安装在管道上。
可选地，所述磁化器产生的磁场强度大于3500高斯。
可选地，还包括：
设置在与陶瓷膜过滤器的进水口连接的管路上的臭氧浓度仪、第一浊度仪和第一压力表；
设置在与陶瓷膜过滤器的出水口连接的管路上的第二压力表、第二浊度仪和流量计；
纯水电导仪，与电解水臭氧发生器连接；
控制器，与所述臭氧浓度仪、第一浊度仪、第一压力表、第二压力表、第二浊度仪、流量计、纯水电导仪和电解水臭氧发生器均连接。
可选地，所述陶瓷膜过滤器为两组，且并联设置；所述陶瓷膜过滤器还设有反冲洗进水口和反冲洗排水口；所述反冲洗进水口与反冲洗进水阀连接，所述反冲洗排水口与反冲洗排水阀连接；所述反冲洗进水阀与反洗泵连接；在所述陶瓷膜过滤器的进水口和陶瓷膜过滤器的出水口均设有水压传感器；
两个水压传感器、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀和反洗泵均与控制器信号连接。
本发明还提供一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢方法，利用所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进行处理，包括：
将电解水臭氧发生器产生的臭氧送入超微气泡发生器中进行压裂形成超微气泡，再将超微气泡送入陶瓷膜过滤器中；并预先对进入陶瓷膜过滤器的水进行磁化。
本发明还提供一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢方法，利用所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进行处理，包括：
计算两组并联的陶瓷膜过滤器两端的跨膜压差，当所述跨膜压差达到阈值时，利用其中一组陶瓷膜过滤器的产水反冲洗另一组陶瓷膜过滤器，交替进行反冲洗。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.本发明提供的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，包括：陶瓷膜过滤器；电解水臭氧发生器；超微气泡发生器，一端与电解水臭氧发生器的出气口连接，另一端与陶瓷膜过滤器的进水口连接；磁化器，与陶瓷膜过滤器、电解水臭氧发生器均连接；本申请技术方案利用臭氧气体经过超微气泡（UFB）发生器形成超微臭氧气泡，然后进入到陶瓷膜过滤器之前的管路中，臭氧的溶解效率可以达到90%以上；臭氧气体在超微气泡发生器的压裂作用下形成50-200 nm的超微气泡，形成超微气泡形式的臭氧可以在水中停留大于24小时，持续发挥氧化作用，杀灭微生物；超微气泡在压裂的过程中，同时会产生羟基自由基，进一步加强氧化作用，分解有机污染物；同时利用水磁化的协同作用可去除陶瓷膜过滤器上积聚的难降解有机物和微生物等污染物质；通过磁化器，使得流经陶瓷膜过滤器的水中无机离子，如Fe2+、Ca2+、Mg2+和SO4 2-等处于磁场的作用下，阻碍陶瓷膜过滤器上孔隙晶体的增长速率，同时使水中的碳酸盐等形成的水垢结构形态发生改变，使其质地松散不易聚集，容易被水流带走，在陶瓷膜过滤器上不产生结垢现象。
2.本发明所述陶瓷膜过滤器包括：陶瓷滤芯，在所述陶瓷滤芯外部包裹聚氯乙烯塑料膜壳或玻璃钢膜壳；本申请技术方案限定陶瓷膜过滤器的具体形式，保证水处理的质量。
3.本发明所述电解水臭氧发生器包括依次连接的纯水产生单元、臭氧发生单元和臭氧投加单元；本申请技术方案限定电解水臭氧发生器的具体形式，充分利用供水得到的纯水产生臭氧，既方便又可靠。
4.本发明所述磁化器设置于靠近所述基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进水口的管道上，所述磁化器用于磁化陶瓷膜过滤器和电解水臭氧发生器的进水；本申请技术方案通过磁化器，使得流经陶瓷膜过滤器的水中无机离子，如Fe2+、Ca2+、Mg2+和SO4 2-等处于磁场的作用下，阻碍陶瓷膜过滤器上孔隙晶体的增长速率，同时使水中的碳酸盐等形成的水垢结构形态发生改变，使其质地松散不易聚集，容易被水流带走，在陶瓷膜过滤器上不产生结垢现象。
5.本发明所述磁化器包括：两块半圆状的永磁铁，通过固定件安装在管道上；本申请技术方案限定磁化器的具体形式，采用永磁铁，以产生稳定可靠的磁场。
6.本发明所述磁化器产生的磁场强度大于3500高斯；本申请技术方案限定磁场强度的具体下限值，保证磁场强度足够，防止在陶瓷膜过滤器上产生结垢。
7.本发明提供的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，还包括：设置在与陶瓷膜过滤器的进水口连接的管路上的臭氧浓度仪、第一浊度仪和第一压力表；设置在与陶瓷膜过滤器的出水口连接的管路上的第二压力表、第二浊度仪和流量计；纯水电导仪，与电解水臭氧发生器连接；控制器，与所述臭氧浓度仪、第一浊度仪、第一压力表、第二压力表、第二浊度仪、流量计、纯水电导仪和电解水臭氧发生器均连接；本申请技术方案通过控制器收集浊度信息、流量信息、臭氧浓度和压力信息等，自行控制臭氧投加量，实现节能降耗。
8.本发明所述陶瓷膜过滤器为两组，且并联设置；所述陶瓷膜过滤器还设有反冲洗进水口和反冲洗排水口；所述反冲洗进水口与反冲洗进水阀连接，所述反冲洗排水口与反冲洗排水阀连接；所述反冲洗进水阀与反洗泵连接；在所述陶瓷膜过滤器的进水口和陶瓷膜过滤器的出水口均设有水压传感器；两个水压传感器、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀和反洗泵均与控制器信号连接；本申请技术方案省去常规反冲洗设计中的储水罐和泵组，简化整体结构，同时在保证陶瓷膜过滤器过滤效果的基础上，有效控制陶瓷膜过滤器的表面污染，延长使用寿命。
9.本发明提供的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢方法，包括：将电解水臭氧发生器产生的臭氧送入超微气泡发生器中进行压裂形成超微气泡，再将超微气泡送入陶瓷膜过滤器中；并预先对进入陶瓷膜过滤器的水进行磁化；本申请技术方案利用臭氧气体经过超微气泡（UFB）发生器形成超微臭氧气泡，然后进入到陶瓷膜过滤器之前的管路中。在磁场的作用下，改变水中的水分子、有机污染物分子和离子氛的团簇结构，改变原水的物理、化学和分子力学等性能，从而提高臭氧氧化效率，使臭氧的溶解效率可以达到90%以上；并且加快了臭氧与有机污染物的反应速率；臭氧气体在超微气泡发生器的压裂作用下形成50-200nm的超微气泡，形成超微气泡形式的臭氧可以在水中停留大于24小时，持续发挥氧化作用，杀灭微生物；超微气泡表面承受的压力大，导致气泡内气体因受到压力不断从气液界面析出，气泡逐渐收缩，最终破裂。超微气泡在压裂的过程中，同时会产生羟基自由基，进一步加强氧化作用，分解有机污染物；同时利用水磁化的协同作用可去除陶瓷膜过滤器上积聚的难降解有机物和微生物等污染物质。
10.本发明提供的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢方法，包括：计算两组并联的陶瓷膜过滤器两端的跨膜压差，当所述跨膜压差达到阈值时，利用其中一组陶瓷膜过滤器的产水反冲洗另一组陶瓷膜过滤器，交替进行反冲洗；本申请技术方案通过测量陶瓷膜过滤器两端的跨膜压差，当跨膜压差达到一定阈值时，再对所述陶瓷膜过滤器进行冲洗，节省能源消耗，也减少陶瓷膜过滤器的停工时间；而且，设置两组陶瓷膜过滤器，交替冲洗，保证水处理的正常进行，防止所有的陶瓷膜过滤器同时停工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施方式中提供的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统的原理示意图；
图2为本发明实施方式中提供的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统的连接结构示意图；
图3为本发明实施方式中提供的陶瓷膜过滤器的进水浊度与臭氧投加浓度的关系曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至图3所示的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统的一种具体实施方式，用于处理饮用水，基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统包括：与进水连接的磁化器、与磁化器连接的陶瓷膜过滤器和电解水臭氧发生器、与电解水臭氧发生器连接的超微气泡发生器、以及控制器等。
如图2所示，对于农村地区地下水供水，一般由变频恒压水泵直接从水井抽水进入供水管道。基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统的进水压力依靠外部供水水压，外部供水管道通过法兰与基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统的进水口连接，所述陶瓷膜过滤器简称陶瓷膜，设有陶瓷膜过滤器进水口和陶瓷膜过滤器出水口，陶瓷膜过滤器出水口直接与外部供水管道连接；所述超微气泡发生器的一端与电解水臭氧发生器连接，另一端与陶瓷膜过滤器进水口连接。所述磁化器设置于靠近所述基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进水口的管道上，所述磁化器用于磁化陶瓷膜过滤器和电解水臭氧发生器的进水。具体的，所述陶瓷膜过滤器包括：陶瓷滤芯，在所述陶瓷滤芯外部包裹聚氯乙烯塑料膜壳或玻璃钢膜壳。所述电解水臭氧发生器包括依次连接的纯水产生单元、臭氧发生单元和臭氧投加单元，所述纯水产生单元从磁化器之后的管段上通过取水管路取水，制备纯水，并将纯水电导仪与纯水产生单元连接，所述纯水电导仪用于测量电导率，测量范围为：0-5 μs/cm。所述磁化器包括：两块半圆状的永磁铁，并通过固定件安装在管道上，具体的，所述固定件为卡箍。所述磁化器产生的磁场强度大于3500高斯。
如图1所示，通过磁化器，将磁化水流经陶瓷膜过滤器，使得流经陶瓷膜过滤器上陶瓷膜表面的无机离子，如Fe2+、Ca2+、Mg2+和SO4 2-等处于磁场的作用下，阻碍陶瓷膜过滤器上孔隙晶体的增长速率，同时使水中的碳酸盐等形成的水垢结构形态发生改变，使其质地松散不易聚集，容易被水流带走，在陶瓷膜过滤器上不产生结垢现象。超微气泡（UFB）发生器形成超微臭氧气泡，然后进入到陶瓷膜过滤器之前的管路中。在磁场的作用下，改变水中的水分子、有机污染物分子和离子氛的团簇结构，改变原水的物理、化学和分子力学等性能，从而提高臭氧氧化效率，使臭氧的溶解效率可以达到90%以上，并且加快了臭氧与有机污染物的反应速率；臭氧气体在UFB发生器中通过压裂作用下形成50-200 nm的超微气泡，形成超微气泡的臭氧可以在水中停留大于24小时，发挥持续的氧化作用，杀灭微生物；超微气泡表面承受的压力大，导致气泡内气体因受到压力不断从气液界面析出，气泡逐渐收缩，最终破裂。超微气泡在压裂的过程中，同时会产生羟基自由基，进一步加强氧化作用，分解有机污染物；同时利用水磁化的协同作用可去除陶瓷膜过滤器表面上积聚的难降解有机物、无机物和微生物等污染物质。
如图2所示，在与陶瓷膜过滤器进水口连接的管路上设有臭氧浓度仪、第一浊度仪和第一压力表；在与陶瓷膜过滤器的出水口连接的管路上设有第二压力表、第二浊度仪和流量计；所述控制器与所述臭氧浓度仪、第一浊度仪、第一压力表、第二压力表、第二浊度仪、流量计、纯水电导仪和电解水臭氧发生器均连接。具体的，所述控制器与臭氧投加单元连接，所述流量计的测量范围为：5-200 m3/h；所述臭氧浓度仪用于测量臭氧浓度，测量范围不大于0.3 mg/L;所述第一浊度仪和第二浊度仪的测量范围为：0-1.5 NTU。控制器还通过传感器测量陶瓷膜过滤器进水口的水质、水压和流量。
如图3所示，配合陶瓷膜过滤器的进水的浊度，控制器调节电解水臭氧发生器的臭氧投加量，以控制臭氧的浓度。具体如下所述：当水的浊度在0.5 NTU以下时，臭氧的浓度不高于0.1 mg/L；当水的浊度在0.5-1 NTU时，臭氧的浓度不高于0.2 mg/L；当水的浊度在1-1.5 NTU时，臭氧的浓度不高于0.3 mg/L。自动分级投加臭氧会降低反冲洗频率至一周一次，实现节能降耗。
所述陶瓷膜过滤器为两组，且并联设置；所述陶瓷膜过滤器还设有反冲洗进水口和反冲洗排水口；所述反冲洗进水口与反冲洗进水阀连接，所述反冲洗排水口与反冲洗排水阀连接；所述反冲洗进水阀与反洗泵连接；在所述陶瓷膜过滤器进水口和陶瓷膜过滤器出水口均设有水压传感器；两个水压传感器、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀和反洗泵均与控制器信号连接。具体的，陶瓷膜过滤器为两组并列安装的低压管式超滤陶瓷膜过滤器；陶瓷膜过滤器进水口与进水电磁阀连接，陶瓷膜过滤器出水口与出水电磁阀连接；所述反冲洗进水阀和反冲洗排水阀均为电磁阀。
如图2所示，本发明还提供一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢方法，利用所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进行处理，包括：待处理的进水首先经过磁化器的磁化后，一部分水进入电解水臭氧发生器，另一部分水通过管道输送至陶瓷膜过滤器，进行过滤；电解水臭氧发生器制备纯水，产生臭氧，臭氧经过UFB发生器进行压裂处理后，形成超微臭氧气泡，再将超微臭氧气泡输送至陶瓷膜过滤器进水口；经陶瓷膜过滤器过滤后的水，从陶瓷膜过滤器出水口输出出水，水处理完毕。
在水处理的过程中，控制器自动计算两组并联的陶瓷膜过滤器两端的跨膜压差，当所述跨膜压差达到阈值时，利用其中一组陶瓷膜过滤器的产水反冲洗另一组陶瓷膜过滤器，交替进行反冲洗，反冲洗强度通过调节反洗泵变频器的频率而改变，跨膜压差可以设置为0.2 MPa；经过测试，传统陶瓷膜过滤器的污染严重性通常在三天左右发生，跨膜压差升高后启动反冲洗程序，反冲洗频率为三天一次；而采用本申请所述水处理系统和方法，陶瓷膜过滤器的污染严重性发生频率明显降低，反冲洗频率会降低至一周一次；每组陶瓷膜过滤器每次反冲洗的时间约为15-30 秒。
作为替代的实施方式，将所述永磁铁产生磁场替换为通电产生磁场。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，其特征在于，包括：
陶瓷膜过滤器；
电解水臭氧发生器；
超微气泡发生器，一端与电解水臭氧发生器的出气口连接，另一端与陶瓷膜过滤器的进水口连接；
磁化器，与陶瓷膜过滤器、电解水臭氧发生器均连接。
2.根据权利要求1所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，其特征在于，
所述陶瓷膜过滤器包括：
陶瓷滤芯，在所述陶瓷滤芯外部包裹聚氯乙烯塑料膜壳或玻璃钢膜壳。
3.根据权利要求1所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，其特征在于，
所述电解水臭氧发生器包括依次连接的纯水产生单元、臭氧发生单元和臭氧投加单元。
4.根据权利要求1所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，其特征在于，所述磁化器设置于靠近所述基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进水口的管道上，所述磁化器用于磁化陶瓷膜过滤器和电解水臭氧发生器的进水。
5.根据权利要求4所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，其特征在于，
所述磁化器包括：
两块半圆状的永磁铁，通过固定件安装在管道上。
6.根据权利要求4所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，其特征在于，
所述磁化器产生的磁场强度大于3500高斯。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，其特征在于，还包括：
设置在与陶瓷膜过滤器的进水口连接的管路上的臭氧浓度仪、第一浊度仪和第一压力表；
设置在与陶瓷膜过滤器的出水口连接的管路上的第二压力表、第二浊度仪和流量计；
纯水电导仪，与电解水臭氧发生器连接；
控制器，与所述臭氧浓度仪、第一浊度仪、第一压力表、第二压力表、第二浊度仪、流量计、纯水电导仪和电解水臭氧发生器均连接。
8.根据权利要求1-6任一项所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统，其特征在于，
所述陶瓷膜过滤器为两组，且并联设置；所述陶瓷膜过滤器还设有反冲洗进水口和反冲洗排水口；所述反冲洗进水口与反冲洗进水阀连接，所述反冲洗排水口与反冲洗排水阀连接；所述反冲洗进水阀与反洗泵连接；在所述陶瓷膜过滤器的进水口和陶瓷膜过滤器的出水口均设有水压传感器；
两个水压传感器、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀和反洗泵均与控制器信号连接。
9.一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进行处理，包括：
将电解水臭氧发生器产生的臭氧送入超微气泡发生器中进行压裂形成超微气泡，再将超微气泡送入陶瓷膜过滤器中；并预先对进入陶瓷膜过滤器的水进行磁化。
10.一种基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢方法，其特征在于，利用权利要求8所述的基于臭氧超微气泡的陶瓷膜阻垢系统进行处理，包括：
计算两组并联的陶瓷膜过滤器两端的跨膜压差，当所述跨膜压差达到阈值时，利用其中一组陶瓷膜过滤器的产水反冲洗另一组陶瓷膜过滤器，交替进行反冲洗。
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