两磁耦合的膜分离系统及膜过滤方法

本发明属于水处理，涉及两磁耦合的膜分离系统，还涉及两磁耦合的膜过滤方法。

背景技术：

1、近些年，我国针对环境治理的力度大大加强。在国内水域环境治理过程中，因为背景应用不同，其技术手段也有所不同，其不同是为尽可能与现场条件嵌合，达到最佳的治理目的，但不可否认的是每种技术在实际工程应用中都存在一定的局限性。比如水处理领域中的膜分离工艺作为典型的物理分离技术，在不同水质要求条件下也衍生了众多的膜分离技术，其中以截留不同分子量分类的微滤、超滤、纳滤以及反渗透技术在不同的应用场景中被广泛使用。但是膜工艺在长期过滤运行中，会导致滤膜膜孔窄化、膜表面孔径堵塞以及膜表面截留物质堆积等。而有学者对膜污染进行归纳总结，认为最为常见的是大分子有机物比如蛋白质、多糖、腐殖质以黏附或者吸附的方式与膜表面发生作用，造成膜孔堵塞，膜通量下降，这是造成不可逆的膜污染(无法通过正常反洗达到清理的污染指数)主要来源，从而引起膜污染指数上升，超滤所需静压差增大，即膜通量下降(膜通量指的是标准温度下，在单位压力下，单位时间内通过单位膜面积的流量)，更严重会造成膜表面损伤以及其他膜配件的损坏。即使膜工艺在运行固定周期后会有相应的反洗程序，但对过滤膜层的清洗依然效果不佳，最终造成膜工艺中的膜组件需要进行化学清洗，甚至更换，从而增大运营成本。

2、一般工程中常见的是通过加入naclo溶液或naoh溶液，虽然在一定程度上可以减轻膜污染，但是药剂的投加成本以及在运行中对膜表面的不可逆损伤都是需要慎重考虑的；也可以通过膜分离技术结合预处理工艺改善膜污染，比如电催化、臭氧等技术通过改变进水有机物的结构，使其能够穿过膜孔从而减缓膜污染，或者通过吸附剂强化吸收降低有机物的浓度，进而降低进入膜分离工艺的有机物含量，这些技术不仅需要考虑到本身的技术成本，占地面积以及人工操作等问题，对降解过程中可能引来的生态风险、与膜工艺的契合度，以及工艺应用背景都需要进行慎重考量。目前也有一些新颖的场效应技术比如磁场、电场、超声等技术耦合膜分离工艺，都是为改变水中有机污染物的存在结构从而缓解一定程度的膜污染。众多的研究者从不同场效应的结构上改进，为达到具体的膜分离技术嵌合度提高，甚至不惜多重场效应来对膜分离系统的进水端进行布控，从而造成了运营成本的提高，那么如何在低成本下耦合膜分离技术，是一个值得去摸索的技术问题。同时，很少有人将关注点放在利用场效应结合膜分离系统的反洗端，提高反洗效率的目的是降低不可逆膜污染，从而待下一周期的膜污染程度自然也不会加重。所以控制成本前提下，对进水端、反洗端施加场效应来完全嵌合膜分离系统的功能，是一个结合实际现场缓解膜污染的创新概念。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供两磁耦合的膜分离系统，不仅将磁场作用于待处理溶液，通过磁场作用改变有机物在水溶液中的基本属性(平均粒径、电位及亲疏水性)，同时利用磁场作用于反洗水(磁化水)，通过磁场改变水分子的排列状态，使其具备磁化特性，可以将膜污染的不可逆污染转化为膜污染的可逆污染，即膜过滤运行中无法被反洗清理的膜污染利用反洗将膜表面累积物能够深入清理。

2、本发明的另一目的是提供两磁耦合的膜过滤方法，通过永磁加固以及变频磁场加持的两种方式施加磁场，改变待处理溶液中有机物的结构属性，减缓其与膜表面的作用力，同时利用磁化反洗水深度清洁，膜表面及膜孔中受磁场影响作用后无法清理的有机物，从而在一定程度上会缓解膜污染。

3、本发明所采用的第一种技术方案是，两磁耦合的膜分离系统，包括膜过滤设备，膜过滤设备的进水管处和反洗水管处分别设置有磁场。

4、本发明的特点还在于，

5、膜过滤设备为超滤设备，超滤设备连接有进水管、反洗水管和产水管，进水管和反洗水管处均设置有磁场。

6、超滤设备的进水管外部套有管状的空心永磁磁铁，空心永磁磁铁的内径与进水管外径相适应，空心永磁磁铁一端靠近超滤设备，反洗水管外部缠绕有线圈，线圈的两端头连接有磁化水发生仪，磁化水发生仪连接有电源。

7、空心永磁磁铁采用烧结汝铁硼制成。

8、空心永磁磁铁的磁感应强度为2800gs-3200gs。

9、空心永磁磁铁的内径为1cm-3cm，空心永磁磁铁靠近超滤设备的一端距离超滤设备进水口25cm-40cm。

10、变频磁场是利用磁化水发生仪正负极连接一根线，并将这条线缠绕在反洗水管外部，线圈匝数为75～453，所缠线圈直径为1-3cm。

11、作用于反洗水的磁化水发生仪其磁场感应强度为2400gs。

12、本发明采用的第二种技术方案是，两磁耦合的膜过滤方法，应用本发明的超滤系统对溶液进行过滤，基于超滤工艺不变的基础上，通过永磁加固以及变频磁场加持的两种方式分别对进水和反洗水施加磁场，作用于进水溶液中有机物的官能团结构，从而改变有机物平均粒径、亲疏水性、以及zeta电位，达到改变进水有机物与膜表面之间作用力的目的，使其在外压推动下过滤，同时对反洗水施加磁场后，以磁化水的形式作为膜的反洗水源，待周期性的过滤结束后，进一步冲洗沉积在膜表面受磁场作用后的有机污染物，实现过滤后的清洗。

13、本发明的特点还在于，

14、具体按照如下步骤实施：

15、步骤1，启动超滤设备，待处理溶液通过进水管进入超滤设备中，此时，进水管具有磁场；

16、步骤2，进入超滤设备中的待处理溶液在外压推动下过滤，过滤后的溶液经产水管排出，按照设定过滤一个周期；

17、步骤3，过滤周期结束后，开启磁化水发生仪，将反洗水经反洗水管通入超滤设备中，对超滤设备中超滤膜的产水侧进行冲洗，待冲洗结束后，重复步骤2-3，直至所有待处理溶液处理完成。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明是一种永磁磁场、变频磁场耦合的超滤膜分离系统，结构简单，使用方便，通过在进水管和反洗水管处施加磁场对待处理溶液和反洗水磁化，不仅可以缓解膜污染，提高膜的耐受性，同时也降低了膜的使用成本以及日常维护成本。

20、本发明是一种永磁磁场、变频磁场耦合超滤缓解膜污染的方法，通过永磁加固以及变频磁场加持的两种方式施加磁场，改变待处理溶液中有机物的官能团连接结构，影响有机物平均粒径、亲疏水性及zeta电位，从而在一定程度上缓解膜污染，而反洗水通磁后对受到磁场作用沉积在膜表面的有机物，也更利于冲洗。

技术特征：

1.两磁耦合的膜分离系统，包括膜过滤设备，其特征在于，膜过滤设备的进水管处和反洗水管处分别设置有磁场。

2.根据权利要求1所述的两磁耦合的膜分离系统，其特征在于，所述膜过滤设备为超滤设备(1)，超滤设备(1)连接有进水管(2)、反洗水管(3)和产水管(4)，所述进水管(2)和反洗水管(3)处均设置有磁场。

3.根据权利要求2所述的两磁耦合的膜分离系统，其特征在于，所述超滤设备(1)的进水管(2)外部套有管状的空心永磁磁铁(5)，所述空心永磁磁铁(5)的内径与进水管(2)外径相适应，所述空心永磁磁铁(5)一端靠近超滤设备(1)，所述反洗水管(3)外部缠绕有线圈(8)，所述线圈(8)的两端头连接有磁化水发生仪(6)，所述磁化水发生仪(6)连接有电源。

4.根据权利要求3所述的两磁耦合的膜分离系统，其特征在于，所述空心永磁磁铁(5)采用烧结汝铁硼制成。

5.根据权利要求3所述的两磁耦合的膜分离系统，其特征在于，所述空心永磁磁铁(5)的磁感应强度为2800gs-3200gs。

6.根据权利要求3所述的两磁耦合的膜分离系统，其特征在于，所述空心永磁磁铁(5)的内径为1cm-3cm，所述空心永磁磁铁(5)靠近超滤设备(1)的一端距离超滤设备(1)进水口25cm-40cm。

7.根据权利要求3所述的两磁耦合的膜分离系统，其特征在于，缠绕在所述反洗水管(3)外部的线圈(8)为一根，线圈(8)匝数为75～453，所缠线圈(8)直径为1-3cm。

8.一种两磁耦合的膜过滤方法，应用如权利要求3所述的超滤系统对溶液进行过滤，其特征在于，基于膜过滤设备过滤工艺不变的基础上，通过永磁加固以及变频磁场加持的两种方式分别对进水和反洗水施加磁场，作用于进水溶液中的有机物官能团结构，从而改变有机物平均粒径、亲疏水性、以及zeta电位，达到改变进水与膜表面之间的作用力的目的，使其在外压推动下过滤，同时对反洗水施加磁场后，以磁化水的形式作为膜的反洗水源，待周期性的过滤结束后，进一步冲洗沉积在膜表面受磁场作用后的有机污染物，实现过滤后的清洗。

9.根据权利要求8所述的两磁耦合的膜过滤方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：

技术总结
本发明公开了两磁耦合的膜分离系统，包括膜过滤设备，膜过滤设备的进水管处和反洗水管处分别设置有磁场。本发明利用两种磁化方式作用于进水端和反洗端，不仅可以有效缓解膜污染，同时也降低了膜的使用成本以及日常维护成本。本发明还公开了两磁耦合的膜过滤方法，应用本发明的超滤系统对溶液进行过滤，通过对进水和反洗水施加磁场，改变待处理溶液中有机物的亲疏水性，从而改变待处理溶液中有机物与膜表面之间作用力，进一步缓解膜污染。

技术研发人员：郑兴,王一帆,李晓良,路思佳,朱福艳
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13