CN1183998C - 超声波与磁场共同防治膜污染的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波与磁场共同防治膜污染的装置。它针对膜分离技术应用中的膜污染严重、传统的化学清洗存在二次污染且清洗频繁等问题，应用超声波的空化作用和磁场的防垢作用共同防治膜污染。本装置由安装在膜组件内部或外部的超声波发生器和在膜组件外壁设置的几组永久性磁铁构成。利用超声波产生的振动阻止胶体粒子、细菌、有机物等在膜上的沉积，其空化作用产生的大量气泡会对膜上的污垢产生清洗作用，利用磁场防止钙镁等无机离子在膜上的沉积，两者的结合可起到有效防治膜污染的效果，选用的超声波和磁场的强度不高，因此不会对膜造成损伤，且成本较低，操作方便，延长了膜的寿命，适用于微滤、超滤、纳滤、反渗透等膜组件的防垢。

Description

超声波与磁场共同防治膜污染的装置

技术领域

本发明涉及一种防治膜污染的装置，特别是一种超声波发生器与永久性磁铁共同发生作用防治微滤、超滤和反渗透等膜污染的装置。适用于水处理、果汁浓缩和其它行业中对液体的部分或全部组分的分离和浓缩。

背景技术

由于膜分离技术具有节能、高效、简单和易于操作等特点而受到了人们的广泛关注，该技术广泛应用于食品、医药、化工、环保等各个领域。虽然不断有新型的膜材料及膜组件被研制出来，但是膜的污染问题却制约了膜技术的大规模推广。根据膜的孔径不同，污染的情况也不尽相同，但总体来说膜的污染可以分为无机污染(结垢)、有机污染、胶体污染(颗粒物沉积)及生物污染等四种类型。膜的清洗方法有物理方法和化学方法两种，其中物理方法如水力学清洗方法只适用于微滤膜和疏松的超滤膜，大多数情况下仍需化学清洗，在膜使用一定时间后，需加入各种化学药剂对膜内的污垢进行清洗，清洗过后，虽然在短时期内对膜通量的恢复具有一定效果，但也同时带来了二次污染，且对膜本身造成了一定程度的损害，导致最终清洗周期越来越短，直接缩短了膜的使用寿命。因此，膜的使用寿命一般最多仅为5年，膜的经济性制约了膜的大规模使用及其优良性能的发挥。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述膜清洗方法的不足，提供一种超声波协同磁场共同防治膜污染的装置，这种装置可以大大减少膜的清洗次数，从而延长膜的使用寿命，防止二次污染，简化操作过程，降低使用成本。

为达到此目的所采取的技术方案是：一种超声波协同磁场防治膜污染的装置，包括膜组件5、进水7、出水口1、反冲洗口2和浓缩液出口8，还包括永久性磁铁4、超声波换能器3和保护壳6；数对极性相异的永久性磁铁4设置在膜组件5的外壁，数个超声波换能器3与永久性磁铁4间隔后交错固定在膜组件5的内部或外壁，保护壳6安装在永久性磁铁4和超声波换能器3的外面。通过超声波和磁场的共同作用，达到在膜分离的过程中防止膜污染的目的。

永久性磁铁4的形状为矩形或瓦形，数量为1-6对，磁场强度为0.1-0.3T；超声波换能器3的发射频率为20-45KHZ，发射功率为10-100W，连续可调；超声波换能器3的数量为1-7个。

与现有技术相比本发明的优点是：

1、膜的使用寿命长：膜的化学清洗方法，是目前解决膜污染问题的最有效的方法。但是，在化学清洗后使膜通量得到一定程度恢复的同时，也对膜造成了不可恢复的损伤，大大缩短了膜的使用寿命。而本发明通过超声波与磁场的协同作用，能达到预防膜污染的目的，可以使膜清洗的次数减少为原来的三分之一以下，从而延长膜的使用寿命。

2、节省费用：采用传统的化学清洗方法时，需要对膜进行频繁的清洗，且每次清洗都需要使用大量的化学试剂，直接增加了膜的使用成本。本发明仅一次性增加超声波发生装置和几对永久性磁铁，而该投资仅占膜投资成本的5-10％，其效果却可使膜的使用寿命延长一倍以上。

3、结构简单，操作方便：由于本发明属于在线防治膜污染技术，装置的结构简单，无需其他附加操作，不影响膜的正常工作。

附图说明

图1为本发明实施例1的正面结构示意图。

图2为本发明实施例2的正面结构示意图。

图3为本发明实施例2的侧面结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，膜组件5为园桶空心结构，两端封闭，其内层为超滤膜并由纤维材料制成，外壁为罩体并由不锈钢材料制成，膜组件5的两端分别设有进水口7、出水口1、反冲洗口2和浓缩液出口8，并于一侧的端面设有一出水口1。可以通过反冲洗口2对超滤膜进行反冲洗，其污物从浓缩液出口8排出。在膜组件5的外壁上固定有二对瓦形永久性磁铁4，并与永久性磁铁4间隔安装有3个超声波换能器3，永久性磁铁4的磁场强度为0.2T，每个超声波换能器的功率为10W，所有换能器并联接于45KHz输出频率的超声波电源发生器上。在永久性磁铁4和超声波换能器3的外部套装一管状塑料保护罩6。膜组件5选用中空超滤膜，其膜孔径为300000MWC0，标准水通量为1000～1200L/h，操作压力为≤0.15Mpa，膜面积为6m²，膜材质为PVDF。根据需要，还可以将超声波换能器3安装在膜组件5的内部，并由防水材料隔绝。使用本发明后，在处理生活污水时，其清洗频率与现有技术相比可减少三分之二，膜通量始终比未安装永久性磁铁和超声波换能器的膜大。综合清洗费用及膜的使用寿命等因素，本发明的采用可以使膜的使用成本降低15％。

实施例2：

如图2、图3所示，膜组件5为园桶空心结构，其内层为芳香族聚酰胺复合材料制成的卷式反渗透膜，外壁为罩体，膜的最高操作压力为8.27Mpa。在膜组件5的两端分别设有进水口1和出水口7，进水口和出水口的外侧分别安装有永久性磁铁4，其磁场强度为0.25T。膜组件5的外壁上交错安装有5个超声波换能器3，每个超声波换能器的功率为30W，所有换能器并联接于45KHz输出频率的超声波电源发生器上。在超声波换能器3的外部套装一管状塑料保护罩6。使用本发明后，在海水淡化工艺中，其清洗频率与现有技术相比可减少四分之三，膜通量始终比未安装永久性磁铁和超声波换能器的膜大。综合清洗费用及膜的使用寿命等因素，本发明的采用可以使膜的使用成本降低18～20％。

本发明的工作原理是：膜污染是指由于处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜之间存在物理化学相互作用，这种作用引起在膜面上沉淀与积累或在膜孔内吸附，由此造成膜孔径变小或阻塞，使水通透膜的阻力增加，防碍了膜面上物质的溶解与扩散，从而导致膜通透流量与分离特性发生不可逆的变化现象。广义的膜污染不仅包括由于不可逆的吸附和阻塞引起的污染(不可逆污染)，而且包括由于可逆的浓差极化导致凝胶层的形成(可逆污染)，二者共同造成运行过程中膜通量的衰竭。纳滤膜、RO膜的膜面上的主要污染物是胶体性污染物、微生物污染物以及一定量的SiO₂颗粒，其中胶体污染物的主要成分是Si、Al、Fe、Ca、Mg和一定量的有机物，微滤膜和超滤膜根据孔径的不同，污染情况也不一样，总体来说孔径小于膜孔径的粒子(包括蛋白质、胶体、有机物和一些无机盐类)阻塞膜孔造成的污染最为严重。超声波的空化作用产生大量小气泡和强大的冲击波，污垢层的一部分在冲击波作用下被剥离下来，而由冲击形成的污垢层与表层间的间隙在这种小气泡和声压同步膨胀、收缩下，象剥皮一样的物理力反复作用于污垢层，污垢层一层层被剥开，气泡继续向里渗透，直到污垢层被完全剥离，同时超声波产生的振动可有效防止浓差极化，从而阻止胶体粒子、细菌、有机物等在膜上的沉积。同时在永久性磁铁产生的稳定磁场的作用下，水分子的极性增强，溶解能力增加，水中形成盐类的晶核增加，有效的阻止了盐类在膜上的附着，从而使膜的通透性增加；另一方面，在磁场的作用下，水的电荷发生改变，形成异性电荷，吸附膜上带电的污染物质，从而达到清洗膜的目的。总之，膜结垢是一个复杂的过程，胶体、细菌、藻类和各种有机悬浮物都会和钙镁离子形成吸附性强的硬垢，超声波和磁场的联合作用可起到有效防止和去除两种成垢物质的效果。

Claims (7)

1、一种超声波与磁场共同防治膜污染的装置，包括膜组件(5)、进水口(7)、出水口(1)、反冲洗口(2)和浓缩液出口(8)，其特征在于：还包括永久性磁铁(4)、超声波换能器(3)和保护壳(6)；数对极性相异的永久性磁铁(4)设置在膜组件(5)的外壁，数个超声波换能器(3)与永久性磁铁(4)间隔后交错固定在膜组件(5)的内部或外壁，保护壳(6)安装在永久性磁铁(4)和超声波换能器(3)的外面。

2、根据权利要求1所述的超声波与磁场共同防治膜污染的装置，其特征在于：所述的永久性磁铁(4)的对数为1～6对。

3、根据权利要求1或2所述的超声波与磁场共同防治膜污染的装置，其特征在于：所述的永久性磁铁(4)的形状为矩形或瓦形。

4、根据权利要求1或2所述的超声波与磁场共同防治膜污染的装置，其特征在于：所述的永久性磁铁(4)的磁场强度为0.1～0.3T。

5、根据权利要求1所述的超声波与磁场共同防治膜污染的装置，其特征在于：所述的超声波换能器(3)的个数为1～7个。

6、根据权利要求1或5所述的超声波与磁场共同防治膜污染的装置，其特征在于：所述的超声波换能器(3)的输出频率为20～45KHz连续可调。

7、根据权利要求1或5所述的超声波与磁场共同防治膜污染的装置，其特征在于：所述的超声波换能器(3)的输出功率为10～100W连续可调。

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