本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁化預處理技術(shù)的膜法苦咸水軟化方法。

背景技術(shù)：

在我國苦咸水分布廣泛，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國約有3800多萬人飲用苦咸水，其中的超標鹽類和雜質(zhì)對人體危害很大，嚴重影響生活質(zhì)量和身體健康。此外，苦咸水對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也存在很大危害，影響土壤透氣性、保水性等。膜技術(shù)被引入苦咸水淡化中，可以最大程度去除對人體有害的物質(zhì)。但膜污染問題嚴重影響了該技術(shù)的分離效果，限制了膜分離技術(shù)的進一步發(fā)展與應(yīng)用。膜污染是由于過濾料液中的懸浮物或可溶物質(zhì)在分離過程中被截留而停滯或沉積在膜的表面、孔隙內(nèi)壁，從而造成膜產(chǎn)水通量降低、孔徑變小，最后使膜的截留性能產(chǎn)生不可逆的下降。據(jù)文獻資料顯示，膜污染主要分為無機污染、有機污染和微生物污染三類，本發(fā)明是針對苦咸水軟化過程中減緩或消除納濾膜的無機污染展開的。

無機污染主要是指ca²⁺、mg²⁺等二價陽離子與co3^2?、so4^2?等二價陰離子由于濃差極化及高回收率等原因在納濾膜元件上形成沉淀所造成的污染，其中以caco3和caso4等鹽垢最為普遍。無機污染通常造成膜面結(jié)垢，產(chǎn)水通量下降，水質(zhì)變差。為了減緩或避免nf膜面結(jié)垢現(xiàn)象，許多研究者采用在預處理階段，添加絮凝劑、助凝劑和阻垢劑等化學藥劑于進料中，通過稀釋進料中的成垢離子濃度，最終降低nf膜面濃差極化度和結(jié)垢污染。然而，這類方法不僅需要在nf膜法分離系統(tǒng)中增加額外的操作步驟，并且最終導致排放液中增加了新的污染物。運用物理方法如最簡單的水力沖洗，對膜污染的去除率很低且膜通量恢復很少，并且膜很快會被重新污染。而當采用強酸清洗法去除nf膜面堿性無機結(jié)垢時，膜孔結(jié)構(gòu)遭到破壞，膜的運行壽命降低。磁化預處理可以有效地減緩膜污染速率，延長膜的清洗周期，有效改善膜的分離操作性能，提高經(jīng)濟效益。在苦咸水軟化減緩膜污染領(lǐng)域，文獻資料基于磁化預處理的相關(guān)專利很少。公開號為cn102806017a的專利公開了一種磁分離器及控制高壓膜無機污染的方法，文中提及磁分離技術(shù)的膜法預處理方法，該技術(shù)的不足之處是經(jīng)磁化預處理后的給水中形成疏松的垢體，會沉積在管壁或磁體上，產(chǎn)水中可能生成新的大顆粒物質(zhì)將加重膜面污染，增加后續(xù)膜法工藝運行的風險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種基于磁化預處理技術(shù)的膜法苦咸水軟化方法，該方法以儲量相對較大的苦咸水為研究對象，結(jié)合膜污染清洗領(lǐng)域的研究成果，采用超聲-磁化預處理和納濾膜雜化耦合技術(shù)，實現(xiàn)苦咸水的高效軟化，使因膜清洗引起的系統(tǒng)停工時間縮短30%，從而降低運行費用，本發(fā)明主體和配套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，易于操作維修。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種基于磁化預處理技術(shù)的膜法苦咸水軟化方法，其特征在于具體步驟為：

（1）將苦咸水吸入到不銹鋼進料箱中；

（2）苦咸水進水經(jīng)給水泵進入超聲波清洗裝置，在超聲波清洗裝置內(nèi)設(shè)置有磁場系統(tǒng)，該磁場系統(tǒng)由多個磁處理單元沿軸線對立排列組合而成，進水在多個磁處理單元中循環(huán)流動以延長結(jié)垢誘導期時間，阻礙或遲滯無機污染物的生成；

（3）定時開啟超聲波清洗裝置以定時去除管壁及磁處理單元表面的雜質(zhì)，雜質(zhì)通過三通閥收集到儲雜質(zhì)容器中；

（4）經(jīng)磁化預處理及超聲分離后的產(chǎn)水經(jīng)增壓泵進入自清洗過濾器進行過濾，濾除經(jīng)多介質(zhì)過濾后的細小物質(zhì)以確保水質(zhì)過濾精度及保護納濾膜組件不受大顆粒物質(zhì)的損壞；

（5）自清洗過濾器產(chǎn)水經(jīng)高壓泵進入納濾膜組件進行過濾分離，納濾產(chǎn)水進入產(chǎn)水儲液箱；

（6）運行至設(shè)定時間或運行至納濾膜產(chǎn)水通量下降至設(shè)定值時，將部分納濾產(chǎn)水回用至納濾膜組件進行物理沖洗以去除納濾膜表面疏松的污染物。

進一步優(yōu)選，所述的苦咸水為華北山前沖積平原與中部沖積平原交接處的苦咸水，屬于重碳酸鹽-硫酸鹽型，總固體含鹽量為500-4000mg·l^?1，該苦咸水的ph值為6.80-9.50，ca²⁺、mg²⁺、so4^2?和hco3^?的質(zhì)量濃度分別為10-150mg·l^?1、20-500mg·l^?1、30-1000mg·l^?1和5-350mg·l^?1。

進一步優(yōu)選，所述的磁處理單元中磁材料根據(jù)處理的水質(zhì)不同和方便程度選用永磁材料、軟磁材料或功能磁性材料，磁軛采用導磁率較高的軟鐵、a3鋼和軟磁合金或鐵氧體材料制造，間隙內(nèi)根據(jù)不同濃度的進水填充不銹鋼毛或聚磁介質(zhì)，鋼毛直徑為30-50μm，填充率為10%，整個磁場系統(tǒng)的平均磁場強度為0.34-4.86t，聚磁介質(zhì)采用的軟磁性材料為網(wǎng)狀或絲狀，填充率為2%-15%，磁化后產(chǎn)水的表面張力、黏度和電導率都有所下降，進水成分中無機污染的結(jié)垢強度和潛能顯著下降，磁化前質(zhì)地致密的污染層經(jīng)磁化后形成質(zhì)地疏松的污染。

進一步優(yōu)選，所述的磁場系統(tǒng)磁化預處理15-24h后開啟超聲波清洗裝置以去除管壁及磁處理單元表面的雜質(zhì)，超聲波清洗裝置中超聲波的頻率≧50hz。

進一步優(yōu)選，所述的自清洗過濾器損失水量為過濾水量的0.08%-0.62%，反沖洗流量為0.5-9m³·h^?1，反沖洗時間為7-45s。

進一步優(yōu)選，所述的納濾膜組件采用一段式或多段式操作，根據(jù)產(chǎn)水規(guī)模采用多個壓力容器并聯(lián)，而每個壓力容器中采用2-6個納濾膜元件串聯(lián)，納濾膜采用卷式或中空纖維式的復合膜，該納濾膜能夠有效軟化苦咸水，對ca²⁺、mg²⁺、co3^2?和so4^2?的截留率分別為≧40%、≧45%、≧50%和≧80%。

進一步優(yōu)選，所述的納濾膜組件的運行周期為6-48h，低壓物理沖洗時間為5-20min，沖洗時操作壓力為0-0.20mpa，膜面切向流速為0.35-0.76m·s^?1，由于磁化后形成的污染物質(zhì)軟和疏松，能夠在物理沖洗過程中隨濃水排除，沖洗后膜通量恢復率可達85%以上，有效去除無機污染。

進一步優(yōu)選，所述的磁化預處理及超聲分離后的產(chǎn)水經(jīng)過200-1200h的運行后，膜產(chǎn)水通量下降幅度接近10%，而沒有經(jīng)過磁化預處理及超聲分離后的產(chǎn)水經(jīng)過100-500h的運行后，膜產(chǎn)水通量下降幅度接近10%，故磁化預處理及超聲分離能夠有效降低無機污染。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：針對納濾膜苦咸水軟化的預處理工藝，采用磁化技術(shù)使進水水體可以被有效地磁化，進而可以降低自身表面張力，降低無機物成核和結(jié)晶的微觀過程，容易形成質(zhì)地疏松的污染層，通過低壓物理沖洗可以有效去除無機污染。采用超聲雜化耦合技術(shù)，定時將磁場上沉積的雜質(zhì)從磁場去除，雜質(zhì)通過三通閥收集到儲雜質(zhì)容器中。本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)水回收率高，占地面積小，對無機污染物的去除效果明顯，不會產(chǎn)生二次污染，出水水質(zhì)好，安全可靠，同時可以有效延長納濾膜清洗周期和降低軟化水成本，減少化學清洗次數(shù)和對納濾膜元件的損傷，此技術(shù)具有可觀的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。

圖中：1、不銹鋼進料箱，2、攪拌器，3、給水泵，4、進水閥，5、磁場系統(tǒng)，6、超聲波清洗裝置，7、三通閥，8、儲雜質(zhì)容器，9、流量計，10、增壓泵，11、自清洗過濾器，12、高壓泵，13、旁通閥，14、壓力表，15、納濾膜組件，16、產(chǎn)水儲液箱。

具體實施方式

以下通過實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進一步詳細說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

參照附圖1，本發(fā)明的磁場預處理減緩納濾膜污染的苦咸水軟化裝置，包括不銹鋼進料箱1、攪拌器2、給水泵3、進水閥4、磁場系統(tǒng)5、超聲波清洗裝置6、三通閥7、儲雜質(zhì)容器8、流量計9、增壓泵10、自清洗過濾裝置11、高壓泵12、旁通閥13、壓力表14、納濾膜組件15和產(chǎn)水儲液箱16，攪拌器2內(nèi)置于不銹鋼進料箱1中，不銹鋼進料箱1的出口與給水泵3的進口連接，給水泵3的出口與進水閥4的進口連接，進水閥4的出口與超聲波清洗裝置6的進口連接，磁場系統(tǒng)5內(nèi)置于超聲波清洗裝置6中，超聲波清洗裝置6的出口與三通閥7的進口連接，三通閥7的出口分別與儲雜質(zhì)容器8和流量計9的進口連接，流量計9的出口與增壓泵10的進口連接，增壓泵10的出口與自清洗過濾器11的進口連接，自清洗過濾器11的出口與高壓泵12的進口連接，高壓泵12的出口與旁通閥13的進口連接，旁通閥13的出口經(jīng)壓力表14后與納濾膜組件15的進口連接，納濾膜組件15的出口與產(chǎn)水儲液箱16的進口連接。

實施例1

將華北山前沖積平原與中部沖積平原交接處的重碳酸鹽-硫酸鹽型苦咸水水樣汲入不銹鋼進水箱中，所述的苦咸水tds和ph值分別為1000mg·l^?1和6.80，ca²⁺、mg²⁺、so4^2?、hco3^?濃度分別為70mg·l^?1、40mg·l^?1、106mg·l^?1和112mg·l^?1。將上下兩面對應(yīng)的5組磁處理單元沿軸線對應(yīng)排列，磁處理單元的磁材料選擇永磁材料，磁軛采用導磁率比較高的軟鐵、a3鋼或軟磁合金制造，其中間隙內(nèi)填充不銹鋼毛，鋼毛直徑為30μm，填充率為2%，整個磁場區(qū)的平均磁場強度在0.86t，使進水在上下磁處理單元中循環(huán)流動，運行15h后超聲波清洗裝置（頻率為80hz）開始工作，去除管壁及磁處理單元上沉積的部分疏松絮體。經(jīng)磁化預處理及超聲分離后的產(chǎn)水通過增壓泵進入自清洗過濾器，其損失水量只占過濾水量的0.08%，反沖洗的流量為35m³·h^?1，運行時間為7s，反沖洗水量20l。然后進水納濾膜組件根據(jù)產(chǎn)水規(guī)模采用多個壓力容器并聯(lián)，而每個壓力容器中采用2個納濾膜串聯(lián)，納濾膜采用卷式的性能優(yōu)異的抗污染材質(zhì)的復合膜。通過比較濃水磁化預處理前后lsi指數(shù)預測膜濃水溶液中caco3的結(jié)垢趨勢判斷磁化的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過磁化預處理后的膜濃水溶液中，lsi值明顯降低且小于零，表明caco3結(jié)垢現(xiàn)象有所減輕。納濾膜可以有效軟化苦咸水，對ca²⁺、mg²⁺、co3^2?和so4^2?離子的截留率分別為52%、78%、80%和98%。納濾膜組件運行周期為6h，將壓力調(diào)到0.15-0.60mpa之間，膜面切向流速為0.60m·s^?1，低壓反沖洗時間為20min。由于磁化預處理后形成的污染物質(zhì)軟、疏松可以在物理沖洗過程中隨濃水排除，沖洗后膜通量恢復率可達96%，有效去除無機污染。未經(jīng)過磁化預處理及超聲分離時，運行287h膜通量下降幅度接近10%，而經(jīng)過磁化預處理及超聲分離后運行624h膜通量才下降至90%。

實施例2

將華北山前沖積平原與中部沖積平原交接處的重碳酸鹽-硫酸鹽型苦咸水水樣汲入不銹鋼進水箱中，所述的苦咸水tds和ph值分別為4000mg·l^?1和9.50，ca²⁺、mg²⁺、so4^2?、hco3^?濃度分別為150mg·l^?1、80mg·l^?1、300mg·l^?1和350mg·l^?1。將上下兩面對應(yīng)的10組磁處理單元沿軸線對應(yīng)排列，磁處理單元由磁材料可以選用軟磁材料這類磁材料具有較高的磁導率和磁感應(yīng)強度，同時磁滯回線的面積或磁損耗要小。磁軛可以采用導磁率比較高的合金來制造，其中間隙內(nèi)填充絲狀或網(wǎng)狀的聚磁材料或直徑為10μm的鋼毛，填充率為10%，整個磁場區(qū)的平均磁場強度在0.34t，使進水在上下磁處理單元中循環(huán)流動，運行24h后超聲波清洗裝置（頻率為80hz）開始工作，去除管壁及磁處理單元上沉積的部分疏松絮體。經(jīng)磁化預處理及超聲分離后的產(chǎn)水通過增壓泵進入自清洗過濾器，其損失水量只占過濾水量的0.65%，反沖洗的流量為40m³·h^?1，運行時間為15s，反沖洗水量40l。然后進水納濾膜組件根據(jù)產(chǎn)水規(guī)模采用多個壓力容器并聯(lián)，而每個壓力容器中采用6個納濾膜串聯(lián)，納濾膜采用中空纖維氏的性能優(yōu)異的抗污染材質(zhì)的復合膜。通過比較濃水磁化前后lsi指數(shù)預測膜濃水溶液中caco3的結(jié)垢趨勢判斷磁化的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過磁化預處理后的膜濃水溶液中，lsi值明顯降低，表明caco3結(jié)垢現(xiàn)象有所減輕。納濾膜可以有效去除軟化苦咸水，對ca²⁺、mg²⁺、co3^2?和so4^2?離子的截留率分別為48%、72%、81%和96%。納濾膜元件運行周期為48h，將壓力調(diào)0.20-0.80mpa之間，膜面切向流速為0.44m·s^?1低壓反沖洗時間為15min。由于磁化后形成的污染物質(zhì)軟、疏松可以在物理沖洗過程中隨濃水排除，沖洗后膜通量恢復率高達92%，有效去除無機污染。未經(jīng)過磁化預處理及超聲分離前，運行100h膜通量下降幅度接近10%，而經(jīng)磁化預處理及超聲分離后運行256h膜通量才下降至90%。

以上實施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。