[发明专利]高梯度磁分离器及控制高压膜表面无机污染的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术，涉及物料分离技术，尤其涉及一种膜污染控制技术。

背景技术

膜分离技术作为一项新兴的分离技术，因其诸多优点已越来越受到人们的重视。在现有的膜技术中，高压膜技术目前已广泛应用于饮用水软化、污水处理、食品加工、医药等领域。但是膜污染严重的制约着膜技术的进一步推广。膜污染能破坏膜的性能并最终缩短膜的使用寿命，从而增加膜的操作和维护费用。目前控制高压膜污染的方法大体可分为三种。一是改变进料的部分物理化学性质；二是改变操作方式；三是对已经污染了的膜进行清洗。

(1)改变物料的性质

在膜过滤之前，对料液进行预处理，如：调节pH、加抑垢剂、超滤和离子交换树脂等。

加酸调节pH和加抑垢剂会增大膜两侧渗透压，使膜的有效操作压力下降，由于购买酸和抑垢剂及人工操作等费用，会导致膜过程的操作费用上升。

上述两种方法由于都要向水中投加化学药剂，对于饮用水深度处理显然是不可行的。

采用超滤或离子离换树脂可以去除高压膜组件进水中的一些大分子有机物或盐类，从而抑制膜污染，但这种预处理过程往往造价较高，除此之外，超滤膜和树脂需定期清洗或再生，操作也相对较复杂。

(2)改变操作方式

改变操作方式实际上是改善膜面流动方式，其主要方法有：一是在膜过程中采取一定的操作策略，如引入脉动流或使膜振动等。二是优化和改进膜组件及膜系统结构设计，如在流道内设置构件；在管式膜组件的入口处设一直径小于管径的喷嘴，由气动阀来控制流体周期性地通过喷嘴或通过整个管口进入组件，从而产生旋涡。用这两种方法可让流体在膜组件中的流动呈现出减轻膜污染和浓差极化的理想状态，如膜面处剪切流速的提高、流动不稳定性的出现等。这些方法也存在一些缺点，比如能量损失较高、减少膜的有效利用面积、操作复杂等。

(3)清洗

清洗方法的选择主要取决于高压膜的构型、膜种类和耐化学试剂能力以及污染物的种类，常用的方法有物理方法和化学方法两类。

物理方法：包括水利方法(这种方法最简单，但这样处理过的膜，通量恢复值较低，经短期运转后透水性能再次快速下降)、气-液脉冲(对于初期受有机物污染的高压膜是有效的)和保护液浸泡(该法耗时太长，膜的有效利用时间缩短)。

化学方法：包括酸碱清洗、表面活性剂清洗和酶清洗。化学方法比单纯的物理方法清洗效果好，但有些化学清洗剂可能会对工作人员造成一些安全危害，或同膜集合形成新的污染，因此该法在应用中应结合高压膜的材质、构型妥善选用。

由于上面所说的各种抑制膜污染的方法要么比较复杂，要么成本较高，要么对操作者存在一定的安全隐患，或是不适用于饮用水处理，所以找到一种简单易行、投资和运行费用低、无二次污染的抑制膜污染的新方法将极有利于膜技术的应用与推广。本发明所提出的高梯度磁分离法恰是针对于此而提出的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够抑制膜过滤过程中高压膜表面的无机污染，提高高压膜通量且结构简单的膜前预处理器件-高梯度磁分离器，同时同一种采用此种核心部件实现的、无二次污染且投资和运行费用低的抑制膜污染的方法。本发明的技术方案如下：

一种高梯度磁分离器，包括多对水磁铁、作为水流通道的有效导磁间隙、钢毛和外套筒，其中，多对永磁铁间隔排列在有效导磁间隙外，每对永磁铁的N、S极相对应，钢毛置于有效导磁间隙内，每个永磁铁的外面包有L形铁靴。

作为优选实施方式，所述的永磁铁为五对或更多对，由钕铁硼强磁材料制成，每对永磁铁的表磁强度为0.5-0.7T，多对永磁铁排列在一起后形成的不均匀高梯度磁场为0.3-0.6T；每块永磁铁的厚度≥10mm，L形铁靴的厚度在20-35mm之间；钢毛的平均直径为30-50μm，填充率为10％；有效导磁间隙为10mm。

本发明同时提供一种采用上述的高梯度磁分离器实现的控制高压膜表面无机污染的方法，进水在进行高压膜处理前，先进行如下的预处理：经水泵以0.03-3m/s的过磁场流速的过磁场流速由下至上进入高梯度磁分离器进行磁化处理。

本发明采用钕铁硼永磁铁构建磁场，以不锈钢导磁刚毛形成高梯度。利用高梯度磁场的磁化特性改变高压膜进水中的结垢离子形态，从而控制膜的无机结垢污染，具有以下优点：

1.采用本发明所述方法可以减少高压膜表面无机钙垢的沉积量，提高膜通量及截留率，膜表面已生成的无机钙垢可以很容易的用水力冲洗方法除去，从而延长高压膜的清洗周期和使用寿命。