專利名稱：超聲波與磁場共同防治膜污染的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種防治膜污染的裝置，特別是一種超聲波發(fā)生器與永久性磁鐵共同發(fā)生作用防治微濾、超濾和反滲透等膜污染的裝置。適用于水處理、果汁濃縮和其它行業(yè)中對液體的部分或全部組分的分離和濃縮。
背景技術：
由于膜分離技術具有節(jié)能、高效、簡單和易于操作等特點而受到了人們的廣泛關注，該技術廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)保等各個領域。雖然不斷有新型的膜材料及膜組件被研制出來，但是膜的污染問題卻制約了膜技術的大規(guī)模推廣。根據(jù)膜的孔徑不同，污染的情況也不盡相同，但總體來說膜的污染可以分為無機污染(結垢)、有機污染、膠體污染(顆粒物沉積)及生物污染等四種類型。膜的清洗方法有物理方法和化學方法兩種，其中物理方法如水力學清洗方法只適用于微濾膜和疏松的超濾膜，大多數(shù)情況下仍需化學清洗，在膜使用一定時間后，需加入各種化學藥劑對膜內的污垢進行清洗，清洗過后，雖然在短時期內對膜通量的恢復具有一定效果，但也同時帶來了二次污染，且對膜本身造成了一定程度的損害，導致最終清洗周期越來越短，直接縮短了膜的使用壽命。因此，膜的使用壽命一般最多僅為5年，膜的經濟性制約了膜的大規(guī)模使用及其優(yōu)良性能的發(fā)揮。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述膜清洗方法的不足，提供一種超聲波協(xié)同磁場共同防治膜污染的裝置，這種裝置可以大大減少膜的清洗次數(shù)，從而延長膜的使用壽命，防止二次污染，簡化操作過程，降低使用成本。
為達到此目的所采取的技術方案是一種超聲波協(xié)同磁場防治膜污染的裝置，包括膜組件5、進水口7、出水口1、反沖洗口2和濃縮液出口8，還包括永久性磁鐵4、超聲波換能器3和保護殼6；數(shù)對極性相異的永久性磁鐵4設置在膜組件5的外壁，數(shù)個超聲波換能器3與永久性磁鐵4間隔后交錯固定在膜組件5的內部或外壁，保護殼6安裝在永久性磁鐵4和超聲波換能器3的外面。通過超聲波和磁場的共同作用，達到在膜分離的過程中防止膜污染的目的。
永久性磁鐵4的磁場強度為0.1～0.3T。
超聲波換能器3的發(fā)射頻率為20～45KHz連續(xù)可調。
超聲波換能器3的發(fā)射功率為10～100W連續(xù)可調。
與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明的優(yōu)點是1、膜的使用壽命長膜的化學清洗方法，是目前解決膜污染問題的最有效的方法，但是，在化學清洗后使膜通量得到一定程度恢復的同時，也對膜造成了不可恢復的損傷，大大縮短了膜的使用壽命。而本發(fā)明通過超聲波與磁場的協(xié)同作用，能達到預防膜污染的目的，可以使膜清洗的次數(shù)減少為原來的三分之一以下，從而延長膜的使用壽命。
2、節(jié)省費用采用傳統(tǒng)的化學清洗方法時，需要對膜進行頻繁的清洗，且每次清洗都需要使用大量的化學試劑，直接增加了膜的使用成本。本發(fā)明僅一次性增加超聲波發(fā)生裝置和幾對永久性磁鐵，而該投資僅占膜投資成本的5-10％，其效果卻可使膜的使用壽命延長一倍以上。
3、結構簡單，操作方便由于本發(fā)明屬于在線防治膜污染技術，裝置的結構簡單，無需其他附加操作，不影響膜的正常工作。


圖1為本發(fā)明實施例1的正面結構示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例2的正面結構示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例2的側面結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1如圖1所示，膜組件5為園桶空心結構，兩端封閉，其內層為超濾膜并由纖維材料制成，外壁為罩體并由不銹鋼材料制成，膜組件5的兩端分別設有進水口7、出水口1、反沖洗口2和濃縮液出口8，并于一側的端面設有一出水口1?？梢酝ㄟ^反沖洗口2對超濾膜進行反沖洗，其污物從濃縮液出口8排出。在膜組件5的外壁上固定有二對瓦形永久性磁鐵4，并與永久性磁鐵4間隔安裝有3個超聲波換能器3，永久性磁鐵4的磁場強度為0.2T，每個超聲波換能器的功率為10W，所有換能器并聯(lián)接于45KHz輸出頻率的超聲波電源發(fā)生器上。在永久性磁鐵4和超聲波換能器3的外部套裝一管狀塑料保護罩6。膜組件5選用中空超濾膜，其膜孔徑為300000MWCO，標準水通量為1000～1200L/h，操作壓力為≤0.15Mpa，膜面積為6m2，膜材質為PVDF。根據(jù)需要，還可以將超聲波換能器3安裝在膜組件5的內部，并由防水材料隔絕。使用本發(fā)明后，在處理生活污水時，其清洗頻率與現(xiàn)有技術相比可減少三分之二，膜通量始終比未安裝永久性磁鐵和超聲波換能器的膜大。綜合清洗費用及膜的使用壽命等因素，本發(fā)明的采用可以使膜的使用成本降低15％。
實施例2如圖2、圖3所示，膜組件5為園桶空心結構，其內層為芳香族聚酰胺復合材料制成的卷式反滲透膜，外壁為罩體，膜的最高操作壓力為8.27Mpa。在膜組件5的兩端分別設有進水口1和出水口7，進水口和出水口的外側分別安裝有永久性磁鐵4，其磁場強度為0.25T。膜組件5的外壁上交錯安裝有5個超聲波換能器3，每個超聲波換能器的功率為30W，所有換能器并聯(lián)接于45KHz輸出頻率的超聲波電源發(fā)生器上。在超聲波換能器3的外部套裝一管狀塑料保護罩6。使用本發(fā)明后，在海水淡化工藝中，其清洗頻率與現(xiàn)有技術相比可減少四分之三，膜通量始終比未安裝永久性磁鐵和超聲波換能器的膜大。綜合清洗費用及膜的使用壽命等因素，本發(fā)明的采用可以使膜的使用成本降低18～20％。
本發(fā)明的工作原理是膜污染是指由于處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質大分子與膜之間存在物理化學相互作用，這種作用引起在膜面上沉淀與積累或在膜孔內吸附，由此造成膜孔徑變小或阻塞，使水通透膜的阻力增加，防礙了膜面上物質的溶解與擴散，從而導致膜通透流量與分離特性發(fā)生不可逆的變化現(xiàn)象。廣義的膜污染不僅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濃差極化導致凝膠層的形成(可逆污染)，二者共同造成運行過程中膜通量的衰竭。納濾膜、RO膜的膜面上的主要污染物是膠體性污染物、微生物污染物以及一定量的SiO2顆粒，其中膠體污染物的主要成分是Si、Al、Fe、Ca、Mg和一定量的有機物，微濾膜和超濾膜根據(jù)孔徑的不同，污染情況也不一樣，總體來說孔徑小于膜孔徑的粒子(包括蛋白質、膠體、有機物和一些無機鹽類)阻塞膜孔造成的污染最為嚴重。超聲波的空化作用產生大量小氣泡和強大的沖擊波，污垢層的一部分在沖擊波作用下被剝離下來，而由沖擊形成的污垢層與表層間的間隙在這種小氣泡和聲壓同步膨脹、收縮下，象剝皮一樣的物理力反復作用于污垢層，污垢層一層層被剝開，氣泡繼續(xù)向里滲透，直到污垢層被完全剝離，同時超聲波產生的振動可有效防止?jié)獠顦O化，從而阻止膠體粒子、細菌、有機物等在膜上的沉積。同時在永久性磁鐵產生的穩(wěn)定磁場的作用下，水分子的極性增強，溶解能力增加，水中形成鹽類的晶核增加，有效的阻止了鹽類在膜上的附著，從而使膜的通透性增加；另一方面，在磁場的作用下，水的電荷發(fā)生改變，形成異性電荷，吸附膜上帶電的污染物質，從而達到清洗膜的目的。總之，膜結垢是一個復雜的過程，膠體、細菌、藻類和各種有機懸浮物都會和鈣鎂離子形成吸附性強的硬垢，超聲波和磁場的聯(lián)合作用可起到有效防止和去除兩種成垢物質的效果。
權利要求
1.一種超聲波與磁場共同防治膜污染的裝置，包括膜組件5、進水口7、出水口1、反沖洗口2和濃縮液出口8，其特征在于還包括永久性磁鐵4、超聲波換能器3和保護殼6；數(shù)對極性相異的永久性磁鐵4設置在膜組件5的外壁，數(shù)個超聲波換能器3與永久性磁鐵4間隔后交錯固定在膜組件5的內部或外壁，保護殼6安裝在永久性磁鐵4和超聲波換能器3的外面。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲波協(xié)同磁場防治膜污染的裝置，其特征在于所述的永久性磁鐵4的對數(shù)為1～6對。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的超聲波協(xié)同磁場防治膜污染的裝置，其特征在于所述的永久性磁鐵4的形狀為矩形或瓦形。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的超聲波協(xié)同磁場防治膜污染的裝置，其特征在于所述的永久性磁鐵4的磁場強度為0.1～0.3T。
5.根據(jù)權利要求1所述的超聲波協(xié)同磁場防治膜污染的裝置，其特征在于所述的超聲波換能器3的個數(shù)為1～7個。
6.根據(jù)權利要求1或5所述的超聲波協(xié)同磁場防治膜污染的裝置，其特征在于所述的超聲波換能器3的輸出頻率為20～45KHz連續(xù)可調。
7.根據(jù)權利要求1或5所述的超聲波協(xié)同磁場防治膜污染的裝置，其特征在于所述的超聲波換能器3的輸出功率為10～100W連續(xù)可調。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波與磁場共同防治膜污染的裝置。它針對膜分離技術應用中的膜污染嚴重、傳統(tǒng)的化學清洗存在二次污染且清洗頻繁等問題，應用超聲波的空化作用和磁場的防垢作用共同防治膜污染。本裝置由安裝在膜組件內部或外部的超聲波發(fā)生器和在膜組件外壁設置的幾組永久性磁鐵構成。利用超聲波產生的振動阻止膠體粒子、細菌、有機物等在膜上的沉積，其空化作用產生的大量氣泡會對膜上的污垢產生清洗作用，利用磁場防止鈣鎂等無機離子在膜上的沉積，兩者的結合可起到有效防治膜污染的效果，選用的超聲波和磁場的強度不高，因此不會對膜造成損傷，且成本較低，操作方便，延長了膜的壽命，適用于微濾、超濾、納濾、反滲透等膜組件的防垢。
文檔編號B01D65/00GK1416942SQ0215347
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權日2002年11月29日
發(fā)明者劉紅, 何韻華, 王江輝 申請人:北京師范大學