專(zhuān)利名稱(chēng)：水處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消除水中溶解固體的水處理。
背景技術(shù)：
眾所周知，海水或鹽水中溶解的固體是能夠通過(guò)一種所謂反向滲透的方法除去的，即脫鹽。壓力為12至70巴的水被泵入采用復(fù)雜聚合物作為半滲透膜的脫鹽濾筒。必須采用能克服被泵入的水的自然滲透壓的高壓。在壓力范圍內(nèi)較低一側(cè)的壓力用于鹽水，而較高的壓力則用于海水。
在脫鹽技術(shù)中最廣泛使用的濾筒的類(lèi)型包括由復(fù)雜聚合物制成的很多細(xì)小的中空纖維，而水則被泵入纖維之間的縫隙。這些纖維的橫截面尺寸與人類(lèi)的頭發(fā)類(lèi)似。滲透物(產(chǎn)品水)流經(jīng)纖維的壁而進(jìn)入其空隙。這些又稱(chēng)為腔的空隙構(gòu)成滲透物的通道。在這種類(lèi)型的濾筒中，纖維外面有鹽保留通道，而上述纖維空隙則構(gòu)成滲透水的通道。
目前廣泛使用的第二類(lèi)濾筒就是螺旋纏繞型。在這種濾筒中，復(fù)雜聚合物平板以螺旋方式纏繞在一個(gè)中心芯子上，而這個(gè)芯子則由帶很多小孔的中空管子構(gòu)成。
在每一對(duì)相鄰的復(fù)雜聚合物平板之間有一個(gè)網(wǎng)。這些網(wǎng)可作為使平板相互分離的隔板，并在平板之間構(gòu)成另外的鹽保留通道和滲透物通道。鹽保留通道內(nèi)的網(wǎng)還可使水流產(chǎn)生紊流。例如，可將8到12個(gè)這樣的由隔板隔開(kāi)的平板同時(shí)纏繞在芯子上。滲透物通道以螺旋方式向內(nèi)纏繞在芯子上。
以前的脫鹽工廠(chǎng)一般使用由纖維構(gòu)成的濾筒。近年來(lái)建設(shè)的脫鹽工廠(chǎng)則采用螺旋纏繞濾筒。目前，脫鹽工廠(chǎng)所使用的螺旋纏繞濾筒的總數(shù)少于采用纖維的濾筒的總數(shù)。但是，這兩個(gè)數(shù)目的差別正在縮小，因?yàn)榻陙?lái)越來(lái)越多的脫鹽工廠(chǎng)使用螺旋纏繞濾筒，而這個(gè)趨勢(shì)還將持續(xù)下去。
脫鹽技術(shù)的一個(gè)主要問(wèn)題就是半滲透膜的污垢。這些污垢主要有三個(gè)來(lái)源。一個(gè)主要來(lái)源就是靠近鹽保留通道的鎂或鈣等一般鹽和其他固體層在這些聚合物平板或聚合物纖維上的沉積。少量的可溶性鹽和其他固體在水流經(jīng)半滲透膜而從鹽保留通道進(jìn)入滲透通道的過(guò)程中析出。這樣的水流可使溶解固體的濃度提高到這樣的水平，即剩余的水已經(jīng)不足以使所有的固體都保留在溶液中了。
污垢的第二個(gè)來(lái)源是有機(jī)物。例如，水藻和細(xì)菌等生物會(huì)在半滲透膜上生長(zhǎng)。污垢的第三個(gè)來(lái)源是常規(guī)所使用的旨在在脫鹽濾筒之前除去固體顆粒的濾清器沒(méi)有從供水中清除的固體。
聚合物本身具有凈負(fù)電荷，而水藻和細(xì)菌具有凈正電荷，這也促成了污垢的產(chǎn)生。這些有機(jī)物會(huì)很容易地被吸引到滲透膜的表面，在此沉積并構(gòu)成菌落。類(lèi)似地，除去溶解固體的過(guò)程在海水中所造成的正離子(陽(yáng)離子)也會(huì)很容易地被吸引到滲透膜上。
眾所周知，濾筒上的污垢的沉積速率與滲透物的流速呈非線(xiàn)性的關(guān)系。所以，如果滲透物流速增加一倍，則脫鹽濾筒產(chǎn)生污垢的速率就會(huì)增加一倍以上。污垢會(huì)降低水流經(jīng)滲透膜的速率。滲透速度最終會(huì)降低到這樣的水平，即必須采用化學(xué)處理方法除去污垢。污垢沉積過(guò)多的濾筒即使經(jīng)過(guò)除垢處理也不可能達(dá)到污垢產(chǎn)生之前的速率。
如上所述，為了最大限度地減少由聚合物平板構(gòu)成的常規(guī)脫鹽濾筒的污垢，在鹽保留通道中特別安裝了能產(chǎn)生紊流的隔板。這些隔板通過(guò)在鹽保留通道中使水流產(chǎn)生紊亂而阻止所謂的濃度極化層的形成。這個(gè)極化層緊挨著滲透膜，而其中溶解固體的濃度最高。這個(gè)層不僅構(gòu)成了阻止水流經(jīng)滲透膜的障礙，而且溶解固體主要就是通過(guò)這個(gè)層析出并在滲透膜上形成污垢的。此外，這個(gè)高濃度的液層的存在也會(huì)提高滲透壓。這種能產(chǎn)生紊流的隔板只不過(guò)是為解決污垢問(wèn)題提供了部分的解決方案。
污垢對(duì)于由纖維構(gòu)成的脫鹽濾筒是一個(gè)重要問(wèn)題，因?yàn)榇罅坷w維之間存在很多細(xì)小的間隙。所以，大量纖維本身就是極其有效的濾清器，能截留和分離供水中的任何固體物質(zhì)。這些物質(zhì)被保留在纖維體內(nèi)，并導(dǎo)致滲透物流速的降低。
在我們的PCT說(shuō)明書(shū)WO97/21630中，我們建議一種能在進(jìn)入鹽保留通道的供水中產(chǎn)生紊流的結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步阻止形成污垢的濃度極化層的積累。
本發(fā)明的主要目的是提高脫鹽濾筒的性能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是降低脫鹽濾筒上沉積污垢的速度，從而在更長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)達(dá)到更高的產(chǎn)品流速。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種包括在反向滲透膜及其每一側(cè)的液體上施加變動(dòng)磁場(chǎng)的的步驟的方法。
本發(fā)明還提供一種能從水中除去溶解固體的方法，包括使水流經(jīng)上述反向滲透膜所包裹的鹽保留通道，并對(duì)滲透膜、鹽保留通道內(nèi)的水以及已經(jīng)通過(guò)滲透膜的水施加變動(dòng)磁場(chǎng)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本方法包括在線(xiàn)圈中施加變化的電流從而產(chǎn)生上述變動(dòng)磁場(chǎng)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種由液體流經(jīng)其每一側(cè)的反向滲透膜構(gòu)成的裝置，以及對(duì)上述滲透膜和通道施加變動(dòng)磁場(chǎng)的裝置。
該裝置系用于從水中除去溶解固體，它包括一個(gè)被上述反向滲透膜所包裹的鹽保留通道，以及向上述鹽保留通道供水的構(gòu)件，這樣水就會(huì)流經(jīng)上述鹽保留通道，而上述鹽保留通道又位于磁場(chǎng)之中，因此在實(shí)際應(yīng)用中就可以對(duì)上述通道內(nèi)的水施加變動(dòng)磁場(chǎng)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該裝置包括一個(gè)線(xiàn)圈以及對(duì)該線(xiàn)圈施加變化電壓的構(gòu)件，這樣上述線(xiàn)圈就能產(chǎn)生上述變動(dòng)磁場(chǎng)。上述線(xiàn)圈可圍繞上述鹽保留通道。在這種形式下，可以安裝一個(gè)長(zhǎng)形的套管，在該套管內(nèi)安裝一個(gè)長(zhǎng)形的濾筒，該濾筒包括包裹多個(gè)鹽保留通道的半滲透膜，并安裝至少兩個(gè)沿套管長(zhǎng)度方向分開(kāi)排列的線(xiàn)圈。
在本發(fā)明之裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，沿套管長(zhǎng)度方向安裝分開(kāi)排列的三個(gè)線(xiàn)圈，提供三相交流電源，其中每個(gè)線(xiàn)圈連接到一個(gè)相，這樣三個(gè)線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就會(huì)彼此不同相。
為進(jìn)一步提高本裝置的性能，還可在上述供水通道和上述濾筒之間安裝一個(gè)帶有很多孔的板，這塊板上的孔可以把水分隔成細(xì)流，并將上述水流引導(dǎo)至濾筒的一端，這樣進(jìn)入鹽保留通道的水就會(huì)產(chǎn)生渦流，且上述板上可產(chǎn)生壓力降。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種能提高利用反向滲透方法從鹽保留通道內(nèi)的水中除去溶解固體的濾筒的性能的更新設(shè)備，該設(shè)備包括圍繞濾筒的線(xiàn)圈和對(duì)該線(xiàn)圈施加變動(dòng)電流的裝置，這樣，線(xiàn)圈就能對(duì)鹽保留通道內(nèi)的水施加變動(dòng)磁場(chǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了一種能從水中除去溶解固體的方法，該方法包括將上述水泵入被反向滲透膜所包裹的鹽保留通道，并對(duì)鹽保留通道內(nèi)的水施加變動(dòng)磁場(chǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種能從水中除去溶解固體的裝置，該裝置包括被反向滲透膜所包裹的鹽保留通道，向上述通道泵入水并使水沿通道流動(dòng)的裝置，能產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)變動(dòng)的施加在上述鹽保留通道上的磁場(chǎng)的裝置，這樣就能對(duì)上述通道內(nèi)的水施加上述變動(dòng)磁場(chǎng)。


為了更好地闡述本發(fā)明并說(shuō)明如何實(shí)施，請(qǐng)參閱以下附圖圖1為包括脫鹽濾筒和三個(gè)線(xiàn)圈的鹽水脫鹽裝置的軸向剖面圖；圖2為脫鹽裝置進(jìn)水口的更大的示意圖，其中只剖開(kāi)了一部分；圖3為脫鹽裝置的出水口的示意圖，圖3為圖2的放大細(xì)節(jié)并且部分剖視；圖4為脫鹽濾筒的端視圖；圖5為圖1至圖3所示脫鹽裝置的套管部分細(xì)節(jié)；圖6為脫鹽濾筒部分的放大示意圖；圖7為線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方式的示意圖；圖8為另一個(gè)脫鹽濾筒及三個(gè)線(xiàn)圈的示意正視圖；圖9為沿圖8中IX-IX的剖面圖；圖10為平躺套管一部分示意圖；圖11為又一套管一部分示意圖。
圖1所示的鹽水脫鹽裝置代號(hào)為(10)，包括水平方向長(zhǎng)形套管(12)。套管(12)系采用非金屬材料制造，并最好采用粗紗玻璃纖維纏繞在旋轉(zhuǎn)芯軸上來(lái)制造。同時(shí)在芯軸上涂抹可固化樹(shù)脂，這樣就能獲得內(nèi)表面光潔、玻璃纖維增強(qiáng)的中空套管。在涂抹樹(shù)脂時(shí)，可以把芯軸的底部及半成品套管浸入樹(shù)脂浴中，再用刮刀除去多余的樹(shù)脂。這樣制造的套管可以很容易地承受超過(guò)70巴的內(nèi)壓力。
在套管(12)的進(jìn)水口一端安裝一個(gè)水泵(14)和電動(dòng)機(jī)(16)，以約50至60巴的壓力把水泵入套管(12)。電動(dòng)機(jī)(16)最好采用三相交流電動(dòng)機(jī)，而水泵最好采用美國(guó)明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯市Warren工程公司制造的D10hydra-cell水泵。
水泵(14)和電動(dòng)機(jī)(16)系采用端環(huán)(18)(具體見(jiàn)圖2)和安裝板(20)固定在套管(12)上。端環(huán)(18)固定在套管(12)上，安裝方法如下首先組裝套管(12)的一個(gè)內(nèi)筒(12.1)，把端環(huán)(18)滑到套管內(nèi)筒上，再組裝套管(12)的外筒(12.2)，把端環(huán)(18)嵌入在套管的內(nèi)筒(12.1)和外筒(12.2)之間。應(yīng)該明確的是，除了在端部有端環(huán)(18)隔開(kāi)以外，內(nèi)筒(12.1)和外筒(12.2)構(gòu)成一個(gè)完整的套管，它們之間沒(méi)有間隙。端環(huán)(18)有一系列周向延伸的外肋(22)，這些外肋有助于使端環(huán)(18)固定在套管(12)上。
端環(huán)(18)有一系列螺紋盲孔(24)，每個(gè)螺紋盲孔都穿過(guò)端環(huán)(18)的端面。板(20)有一些貫穿平孔(26)，每個(gè)平孔都對(duì)應(yīng)一個(gè)螺紋孔(24)。螺栓(28)穿過(guò)平孔(26)并擰入螺紋孔(24)，使安裝板(20)固定在端環(huán)(18)上。
水泵(14)和電動(dòng)機(jī)(16)采用分別穿過(guò)水泵(14)的法蘭(32)和電動(dòng)機(jī)(16)的法蘭(34)的螺栓(30)固定在一起。
穿過(guò)水泵(14)的法蘭(38)并擰入板(20)的螺紋孔(40)的的螺栓(36)把板(20)和水泵(14)固定在一起。水泵(14)的壓力口對(duì)應(yīng)貫穿板(20)的通道(42)，而水泵(14)的吸入口則對(duì)應(yīng)從板(20)的進(jìn)水口(46)沿徑向向內(nèi)延伸的進(jìn)水口通道(44)，而其軸向則對(duì)應(yīng)水泵的吸水口。
板(20)固定在遠(yuǎn)離水泵(14)的一側(cè)，有一個(gè)筒壁(48)，筒壁圓周上有內(nèi)螺紋(50)。帶有外螺紋且能誘導(dǎo)紊流的板(52)有多個(gè)貫穿孔(54)，并擰入筒壁(48)所圍繞的筒內(nèi)。板(20)和(52)構(gòu)成了一個(gè)空腔(56)，通道(42)通入空腔(56)。
板(52)的貫穿孔(54)可以任何需要方式排列。例如，這些孔可以安排成圓形陣列。另外，這些孔也可沿從板(52)的中心向外發(fā)散的一系列線(xiàn)排列，也可圍繞以板(52)的中心為圓心的螺旋陣列排列。
O型圈(58)包裹著筒壁(48)并在板(20)和套管(12)的內(nèi)表面之間構(gòu)成密封。
在套管(12)的另一側(cè)有一個(gè)端板(60)(如圖3所示)。端板(60)被一對(duì)環(huán)(62)和(64)固定在套管(12)上。在開(kāi)始組裝套管(12)之前，應(yīng)該先把環(huán)(62)固定在芯軸上。這樣它就可以嵌入套管的管壁，并構(gòu)成圍繞套管(12)的外肋(66)。在脫鹽裝置組裝完成后(將在下面提供詳細(xì)介紹)，環(huán)(64)的外徑減小，并把環(huán)(64)插入套管，使其與環(huán)(62)如圖所示配合工作，從而阻止板(60)因套管內(nèi)壓力的作用而被擠出套管(12)。
板(60)上的一個(gè)軸向孔(68)構(gòu)成純(滲透物)水的出口，而位于孔(68)另一側(cè)的孔(70)則構(gòu)成鹽水的出口。一個(gè)U形密封圈(圖中未示)被嵌入板(60)上的槽(72)中。一個(gè)O型圈(74)則被嵌入緊鄰槽(72)而圍繞板(60)的另一個(gè)槽。U形密封圈和O型圈可防止套管(12)和板(60)之間的滲漏。
在使用環(huán)(62)和(64)把端板(60)固定到位之前應(yīng)把呈圓筒狀的脫鹽濾筒(76)滑入套管(12)。
下面將詳細(xì)介紹由上述多個(gè)聚合物平板和隔板構(gòu)成的濾筒(76)。平板和隔板呈螺旋狀纏繞在中心管(78)上。在脫鹽裝置的出口端，管(78)從纏繞的平板和隔板中伸出，并進(jìn)入孔(68)。本發(fā)明所適用的一種類(lèi)型的濾筒(76)是由Dow化學(xué)公司的全資子公司Filmtech公司制造和銷(xiāo)售的。該產(chǎn)品的代號(hào)為FT30。反向滲透技術(shù)的原理在美國(guó)專(zhuān)利4277344中有詳細(xì)介紹。濾清器濾筒(76)一般為筒狀，并牢固地固定在套管(12)上。U型密封圈(圖中未示)嵌入在圍繞濾筒(76)的端蓋(82)(見(jiàn)圖4)的槽(80)(見(jiàn)圖2和3)內(nèi)，并緊緊的壓住套管(12)的內(nèi)表面，從而可以防止套管(12)和濾筒(76)之間的滲漏。
纏繞的平板和隔板(84)(圖4)位于由玻璃纖維等材料制造的薄護(hù)套(86)內(nèi)。護(hù)套(86)把端蓋(82)彼此固定在一起。護(hù)套(86)強(qiáng)度不足以承受施加在內(nèi)部的壓力并保證不分離。因此必須緊密地安裝在套管(12)內(nèi)并依靠套管(12)支撐。槽(80)內(nèi)的U型密封圈可防止水通過(guò)護(hù)套(86)和套管(12)之間滲漏。
每個(gè)端蓋(82)均為輻條盤(pán)的形狀(見(jiàn)圖4)，有一個(gè)被輻條(92)連接起來(lái)的內(nèi)環(huán)(88)和外環(huán)(90)。管子(78)在濾筒(76)的出水口一端貫穿內(nèi)環(huán)(88)，而槽(80)則位于外環(huán)(90)的外表面。
在組裝套管時(shí)，在套管(12)上纏繞線(xiàn)圈(94，96和98)。更具體的說(shuō)，首先制造套管(12)內(nèi)的相對(duì)較薄的內(nèi)件(12.3)(如圖5)，然后再把線(xiàn)圈(94，96和98)纏繞在內(nèi)件(12.3)上。然后再組裝套管(12)的其余部分，從而使線(xiàn)圈(94，96和98)嵌入套管內(nèi)，而只有位于其與濾筒(76)之間的較薄的內(nèi)件(12.3)和較厚的外套管部件(12.4)露出來(lái)。線(xiàn)圈可采用導(dǎo)電性很好的碳纖維或者銅線(xiàn)制造。必須在纖維或銅線(xiàn)表面噴涂絕緣層，以保證彼此之間保持電絕緣。
為了保護(hù)線(xiàn)圈(94，96和98)，在纏繞線(xiàn)圈(如圖5所示)前必須在套管(12)的內(nèi)件(12.3)上涂抹一層凝膠(100)(如圖5所示)。然后再在線(xiàn)圈上涂抹第二層凝膠(102)。這兩層凝膠(100和102)固化后仍保持柔性。凝膠層可保護(hù)線(xiàn)圈(94，96和98)免受可能滲透過(guò)套管(12)在線(xiàn)圈(94，96和98)及套管內(nèi)部之間的部件(12.3)的任何裂縫的水的侵入。內(nèi)層凝膠(100)可補(bǔ)償因壓力變化而導(dǎo)致的套管(12)的尺寸變化，并進(jìn)而防止施加在線(xiàn)圈(94，96和98)上的徑向力。
線(xiàn)圈纏繞完成后，則應(yīng)沿套管內(nèi)件(12.3)的外表面鋪設(shè)供電電線(xiàn)，并連接到共用接線(xiàn)點(diǎn)，這個(gè)共用接線(xiàn)點(diǎn)可以是緊鄰脫鹽裝置進(jìn)水口的接線(xiàn)箱(104)(圖1和圖2)。當(dāng)然，在組裝套管外件(12.4)時(shí)，應(yīng)該把供電電線(xiàn)嵌入套管(12)內(nèi)。在圖1和圖3中，處于簡(jiǎn)化和示意的目的，供電電線(xiàn)(106)和把線(xiàn)圈(94，96和98)連接到調(diào)頻交流驅(qū)動(dòng)器(110)的電線(xiàn)在圖中顯示為在線(xiàn)圈區(qū)域進(jìn)入和離開(kāi)套管(12)。在圖3中，線(xiàn)圈(94)在圖中顯示為纏繞在套管(12)的外面上。
每個(gè)線(xiàn)圈(94，96或98)均通過(guò)供電電線(xiàn)(106)連接到三相交流電源(112)(如圖1)的一個(gè)相。在必要時(shí)，還可以絞線(xiàn)方式采用屏蔽措施，從而避免磁場(chǎng)對(duì)套管(12)的影響。
驅(qū)動(dòng)器(110)連接到電動(dòng)機(jī)(16)。首選類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器最好采用美國(guó)密爾沃基市南第二街1201號(hào)AllenBrady公司(Rockwell集團(tuán)成員)所制造的1336plus。
通過(guò)與通道(42)保持溝通的通道(116)在板(20)內(nèi)嵌入一個(gè)壓力傳感器(114)(圖1和2)，而通道(42)又與水泵(14)的壓力端保持溝通。壓力傳感器(114)通過(guò)線(xiàn)路(118)(圖1)連接到調(diào)頻交流驅(qū)動(dòng)器(110)，并提供控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)可用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出頻率，以及電動(dòng)機(jī)(16)的轉(zhuǎn)速，從而在水泵(14)的壓力端保持恒壓。
雖然圖中顯示套管(12)只有一個(gè)濾筒(76)，但是可以端對(duì)端方式提供兩個(gè)乃至多個(gè)濾筒。水依次流過(guò)每個(gè)濾筒?？扇鐖D所示在每個(gè)濾筒上纏繞三個(gè)線(xiàn)圈。此外，如圖1虛線(xiàn)所示，可提供兩個(gè)濾筒(76.1)和(76.2)，而中心線(xiàn)圈(96)則跨越這兩個(gè)濾筒。
圖6以較大的比例顯示了濾筒(76)的部分結(jié)構(gòu)。在圖6中，代號(hào)120.1至120.5表示很多層復(fù)雜聚合物薄膜。在薄膜(120.2)和(120.3)之間是第一鹽保留通道(122)，薄膜(120.4)和(120.5)之間是又一個(gè)鹽保留通道(124)。在每個(gè)通道(122)和(124)內(nèi)都有一個(gè)網(wǎng)格(126)。網(wǎng)格(126)做為產(chǎn)生紊流的元件。例如，網(wǎng)格(126)系采用塑料纖維構(gòu)成，經(jīng)向和緯向塑料纖維在交叉點(diǎn)焊合。網(wǎng)格(126)具有能防止鹽保留通道(122)和(124)堵塞到水無(wú)法流過(guò)的程度。
在薄膜(120.1)和(120.2)之間是一個(gè)滲透物通道(128)。類(lèi)似地，在薄膜(120.3)和(120.4)之間也是滲透物通道(130)。在通道(128)和(130)內(nèi)是網(wǎng)格(132)。網(wǎng)格(132)的作用并非是使在通道(128)和(130)內(nèi)的滲透物產(chǎn)生紊流，而是簡(jiǎn)單地防止通道因壓力過(guò)大而閉合并進(jìn)而導(dǎo)致水無(wú)法流過(guò)的情況。應(yīng)該明確的是，濾筒內(nèi)有多個(gè)薄膜，多個(gè)鹽保留通道，和多個(gè)滲透物通道。所以在圖6所示的濾筒部分的每一側(cè)還有其他薄膜、通道和隔板。
通道(128)和(130)在濾筒(76)的進(jìn)水口閉合，而通道(122)和(124)則打開(kāi)。這樣，被泵入的水就會(huì)進(jìn)入通道(122)和(124)，而非通道(128)和(130)。在中心管(78)的部分，鹽保留通道(122)和(124)閉合，而滲透物通道(128)和(130)則打開(kāi)，這樣，滲透物而非鹽水就會(huì)進(jìn)入管子(78)。
上述脫鹽裝置的操作非常復(fù)雜，并且還有很多問(wèn)題尚待明確。下面將要介紹的內(nèi)容主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)工作至今為止的發(fā)現(xiàn)而提出的。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)工作還可能揭示我們目前尚不清楚的其他因素和機(jī)制。
在制造螺旋纏繞型脫鹽裝置的濾筒時(shí)，最好使薄膜和隔板在被纏繞到中心管78上時(shí)保持恒定的張力。在纏繞工作的開(kāi)始階段，這個(gè)目的很容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)濾筒直徑逐漸增加時(shí)，濾筒就會(huì)呈現(xiàn)“海綿”狀的感覺(jué)，使薄膜和隔板保持正確張力也就更加困難。所以，濾筒靠?jī)?nèi)部而緊鄰中心管(78)的線(xiàn)圈就會(huì)比較緊密，而靠近護(hù)套(86)的外部線(xiàn)圈就會(huì)比較松弛。在常規(guī)脫鹽系統(tǒng)中，水流入靠近脫鹽濾筒進(jìn)水口的空間(134)(圖2)，而不是流過(guò)板(52)。濾筒徑向不存在很大的壓差。更具體地說(shuō)，靠近濾筒中心的壓力與靠近濾筒外表面的壓力接近。因此，更多的水會(huì)流入鹽保留通道的口徑更大的軸向外件，而不是流入鹽保留通道的軸向內(nèi)件(此處薄膜和隔板纏繞得更緊密)。
板(52)將很多細(xì)小的水流導(dǎo)向?yàn)V筒(76)的一端，并使水流分配在濾筒(76)的整個(gè)開(kāi)口端。這樣就能確保更充分地利用濾筒的徑向內(nèi)件。濾筒制造商盡可能制造小尺寸的輻條(92)，以免阻擋水流。這些輻條只占纏繞薄膜和隔板的一小部分，對(duì)水壓的影響很小。最重要的是，這些輻條在空間(134)的進(jìn)水口和鹽保留通道的進(jìn)水口之間不產(chǎn)生任何壓力降。
海水和濃度較低的鹽水含有溶解的氣體和碳酸氫鹽。橫跨板(54)存在2巴的壓降，一般認(rèn)為這個(gè)壓降使供水中的一些氧氣和二氧化碳從溶液中析出并產(chǎn)生氣泡。因?yàn)闅馀萑蕴幱谳^高的壓力下，所以氣泡的尺寸很小。但是人們一般認(rèn)為，這些氣泡對(duì)阻止其積累和擴(kuò)大的濃度極化層具有清洗作用，因此能提高濾筒的效率。
對(duì)從脫鹽裝置中產(chǎn)生并流入儲(chǔ)罐的鹽水的觀察表明，鹽水中氣體較多。在一次實(shí)驗(yàn)中，將鹽水和滲透水都注入一個(gè)很大的儲(chǔ)罐，使二者相互混合。儲(chǔ)罐同時(shí)也作為水源。這樣做的目的是使脫鹽裝置能在實(shí)驗(yàn)條件下連續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間，而無(wú)需補(bǔ)充大量的海水。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把從排放管流出的鹽水注入儲(chǔ)罐中時(shí)，鹽水中的氣體濃度就會(huì)提高。鹽水不是簡(jiǎn)單地在密度較小的海水中沉降，而是從排放管出口升起一定距離。另外還發(fā)現(xiàn)所觀察的氣泡是二氧化碳和氧氣的混合物。
從板(54)的孔中產(chǎn)生并撞在纏繞線(xiàn)圈的濾筒一端的水流流入鹽保留通道，在水流中能檢測(cè)到渦流。這些渦流與鹽保留通道內(nèi)的一般水流方向相垂直，并可有助于防止在鹽保留通道的進(jìn)水口形成濃度極化層。當(dāng)然，與鹽保留通道的進(jìn)水口距離越遠(yuǎn)，渦流就越弱，而渦流對(duì)濃度極化層的影響也就越小。
所施加的磁場(chǎng)的作用似乎是保持最初在水流中產(chǎn)生的、并貫穿鹽保留通道全長(zhǎng)的渦流。目前在整個(gè)濾筒全長(zhǎng)上，而非僅僅在從鹽保留通道的進(jìn)水口延伸的較短距離上，都能觀察到很好的“清洗”效應(yīng)。
如上所述，多種污垢都具有凈正電荷，而作為半滲透膜的復(fù)雜聚合物具有凈負(fù)電荷。因此在污垢與聚合物之間存在較弱的吸引力。一般認(rèn)為，磁場(chǎng)所保持的渦流足以克服這些較弱的吸引力并阻止污垢在聚合物上沉積。
我們發(fā)現(xiàn)，在纏繞線(xiàn)圈時(shí)使線(xiàn)圈的磁場(chǎng)互相重疊具有很大的好處。為此，讀者可參見(jiàn)顯示兩個(gè)線(xiàn)圈(96和98)的圖7，這兩個(gè)線(xiàn)圈互相靠得很緊，其磁場(chǎng)F1和F2互相重疊。這樣，沿套管(12)的長(zhǎng)度方向，磁場(chǎng)強(qiáng)度(高斯)在每個(gè)線(xiàn)圈的徑向外沿達(dá)到最大，而在線(xiàn)圈之間的中點(diǎn)為最小，但磁場(chǎng)無(wú)處不在。例如，我們發(fā)現(xiàn)在緊靠每個(gè)線(xiàn)圈處產(chǎn)生2000高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度是可以做到的。而在線(xiàn)圈之間的中點(diǎn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度降低到約1600高斯。當(dāng)然這些磁場(chǎng)是不同相的。
在圖7中，線(xiàn)圈顯示為在纏繞時(shí)每一匝均與濾筒(76)的軸向成一定角度，并且還顯示為作為濾清器濾筒(76)的一部分，而非套管(12)的一部分纏繞的。因此，線(xiàn)圈可以相對(duì)于護(hù)套(86)的徑向向內(nèi)或者向外的方式纏繞在濾筒上。
申請(qǐng)者發(fā)現(xiàn)，采用50赫茲三相380伏特交流電可提供性能特別好的脫鹽裝置。這種類(lèi)型的電源比較普遍，而電動(dòng)機(jī)(16)和驅(qū)動(dòng)器(110)也設(shè)計(jì)成能與這種電源配套使用。申請(qǐng)者還發(fā)現(xiàn)，對(duì)線(xiàn)圈(94，96和98)提供這種類(lèi)型的三相電源就能獲得上述很好的效果，并且這些線(xiàn)圈還可作為電動(dòng)機(jī)(16)的扼流圈。這樣就能消除采用交流電動(dòng)機(jī)所不可避免的尖峰信號(hào)，并減少能耗。當(dāng)線(xiàn)圈從電路中斷開(kāi)時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(16)所要求的電流一般為比線(xiàn)圈連在電路中時(shí)的電流大2安培。
在常規(guī)脫鹽裝置中，橫跨濾筒(76)的壓降一般是3巴。所以，如果要對(duì)海水進(jìn)行淡化，則進(jìn)水壓力應(yīng)該是60巴，而這時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)在孔(70)的壓力約為57巴。當(dāng)線(xiàn)圈(94，96和98)連接在電路中時(shí)，則濾筒上沒(méi)有壓降。實(shí)際上，出水口的壓力甚至還會(huì)略微大于進(jìn)水口的壓力。目前尚未能對(duì)所觀察到的這種現(xiàn)象，乃至即使在產(chǎn)生“背壓”的情況下仍能保持水流的事實(shí)做出適當(dāng)?shù)慕忉?。一種可能的解釋就是，來(lái)自線(xiàn)圈的能量輸入造成了熵的增加。另一個(gè)可能的原因就是，濃度很高的鹽水就相當(dāng)于螺線(xiàn)管的芯子，并被所施加的力推向鹽保留通道的出水口一端。
申請(qǐng)者的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，假定周期性地改變提供給線(xiàn)圈的電流，從而產(chǎn)生變動(dòng)磁場(chǎng)，則電流的幅度和頻率都不關(guān)鍵。采用從5赫茲到7000赫茲的頻率所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，如果存在變動(dòng)性磁場(chǎng)，則就能獲得更高的滲透速率，并極大地減少污垢。
應(yīng)該明確的是，如果施加給線(xiàn)圈的電流的頻率或類(lèi)型與施加給驅(qū)動(dòng)器(110)和電動(dòng)機(jī)(16)的電流不兼容，則就必須從另外的來(lái)源獲得提供給電動(dòng)機(jī)和線(xiàn)圈的電源。采用不同電壓的直流電源也可極大地改善滲透流速并減少污垢。電壓和電流可以正弦波或者方波的方式變化。
圖8和9為另一種類(lèi)型脫鹽裝置(136)的示意圖。這種脫鹽裝置(136)包括一個(gè)外部套管(138)，這個(gè)套管上有一個(gè)用于回收水的出水口(140)，及流入鹽水的腔室(142)。在出水口(140)和被套管(138)所包裹的主空間(144)之間是一個(gè)隔板(146)。采用復(fù)雜聚合物材料制造、可作為反滲透膜的很多中空玻璃纖維(148)的端部嵌入隔板(146)。出水口(140)連接到與端部伸出隔板(146)的玻璃纖維的中空內(nèi)部進(jìn)行溝通的腔室(150)。每條玻璃纖維均從隔板(146)內(nèi)伸出，沿套管的幾乎全長(zhǎng)排列，然后在U字形彎(152)處折回，最后伸回到隔板(146)。
一條管子(154)貫穿隔板(146)并貫穿構(gòu)成腔室(150)的端壁(156)。這條管子(154)在其右端有一個(gè)插頭(158)(如圖8所示)，并且在管壁上有很多孔。含有溶解固體的水被泵入管子(154)，從管子(154)中流出并進(jìn)入構(gòu)成鹽保留通道的纖維之間的空隙。這些通道與腔室(142)進(jìn)行溝通，這樣鹽水就能從這些通道流向腔室(142)，然后通過(guò)鹽水出水口(160)流出工廠(chǎng)。
上面結(jié)合圖8和9所闡述的結(jié)構(gòu)是一種廣泛用于海水淡化業(yè)的常規(guī)結(jié)構(gòu)。
圖中顯示的三個(gè)線(xiàn)圈(162，164和166)圍繞著采用很多中空纖維(148)制造的脫鹽濾筒。這些線(xiàn)圈相當(dāng)于圖1所示的線(xiàn)圈。它們采用同一方式勵(lì)磁，從而能在纖維之間的鹽保留通道內(nèi)產(chǎn)生渦流。這種效應(yīng)與上述鹽保留通道(122)和(124)的效應(yīng)相同。
最后請(qǐng)參見(jiàn)圖10，圖示的結(jié)構(gòu)包括采用能軋制成筒狀護(hù)套的材料制造的長(zhǎng)方形平板(168)。任何適當(dāng)類(lèi)型的緊固裝置(170)，如“pop”螺桿或者稱(chēng)為“Velero”材料的零件，可固定住平板的兩個(gè)長(zhǎng)邊，這樣，在被軋制成護(hù)套形狀后，就按此形狀固定。合成塑料板材料是合適的塑料材料具有一定的彈性和柔韌性，以及足夠高的剛性，所以，在軋制后仍具有恢復(fù)原來(lái)形狀的傾向，因此就能保持圓筒形狀。此外，還可軋制成沒(méi)有自我支撐能力的套管形狀。
在平板的該表面上粘接或者固定一系列一定長(zhǎng)度的電線(xiàn)(172)，這樣，當(dāng)平板(168)被軋制成護(hù)套形狀后就成為其內(nèi)表面。在電線(xiàn)(172)的每一端都安裝一個(gè)連接器(174)。當(dāng)平板(168)被軋制成護(hù)套形狀后，沿平板一邊的連接器(174)就會(huì)與沿平板另一邊的連接器相連，這樣電線(xiàn)就以端部相連并構(gòu)成線(xiàn)圈。
護(hù)套可作為更新結(jié)構(gòu)包裹在現(xiàn)有脫鹽裝置或者脫鹽濾筒上。把由長(zhǎng)電線(xiàn)構(gòu)成的線(xiàn)圈連接到產(chǎn)生變動(dòng)電流的電源，就能對(duì)鹽保留通道施加磁場(chǎng)，并獲得上述效應(yīng)。應(yīng)該注意，可以在系統(tǒng)上安裝很多個(gè)線(xiàn)圈。
提供一種能包裹在現(xiàn)有脫鹽裝置上而構(gòu)成護(hù)套的平板的方法具有一定優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@樣的線(xiàn)圈可以用于任何材料或類(lèi)型的管子上，而不會(huì)存在因管子材料或者類(lèi)型而影響剛性護(hù)套與線(xiàn)圈一起使用。但是，如果脫鹽裝置在結(jié)構(gòu)上不存在阻止承托線(xiàn)圈的護(hù)套滑入脫鹽裝置的障礙物的話(huà)，那么就能使用這樣的結(jié)構(gòu)提供上述優(yōu)點(diǎn)。
雖然最好應(yīng)該使每個(gè)線(xiàn)圈都保持與濾筒同軸的狀態(tài)，但是也可采用其他方式排列線(xiàn)圈。例如，可以不把線(xiàn)圈纏繞在芯軸上，而是把線(xiàn)圈嵌入在套管管壁內(nèi)，這樣，沿套管周邊并圍繞線(xiàn)圈纏繞軸延伸的部件就可以纏繞成徑向而非軸向。如果在更新平板上采用這種方式，則其結(jié)構(gòu)如圖11所示。在這種情況下，平板(168)就配備一對(duì)相互間隔的線(xiàn)圈(176)。每個(gè)線(xiàn)圈(176)的軸均垂直于平板(168)所在的平面。如果平板被軋制成筒狀，則線(xiàn)圈(176)就會(huì)位于濾筒對(duì)面的位置，而其軸沿徑向分布。當(dāng)平板(168)被軋制時(shí)，線(xiàn)圈(176)的每個(gè)匝都會(huì)變形，并呈現(xiàn)護(hù)套的筒狀。
權(quán)利要求
1.一種包括對(duì)反滲透膜及其兩側(cè)流體施加變動(dòng)磁場(chǎng)的步驟的方法。
2.如權(quán)利要求1所述的一種能從水中除去溶解固體的方法，其特征在于該方法包括使上述水流經(jīng)被所述反滲透膜包裹的鹽保留通道，并對(duì)該薄膜、鹽保留通道內(nèi)的水和流經(jīng)該薄膜的水施加變動(dòng)磁場(chǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該方法包括向線(xiàn)圈提供變化電流并產(chǎn)生所述變動(dòng)磁場(chǎng)的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于該方法包括向沿所述鹽保留通道長(zhǎng)度方向間隔排列的兩個(gè)線(xiàn)圈提供變化電流的步驟，線(xiàn)圈的排列方式應(yīng)確保其產(chǎn)生的磁場(chǎng)能互相重疊。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于本方法包括向沿所述鹽保留通道長(zhǎng)度方向間隔排列的三個(gè)線(xiàn)圈提供三相交流電的步驟，線(xiàn)圈的排列方式應(yīng)確保其產(chǎn)生的磁場(chǎng)能互相重疊。
6.一種采用反滲透膜構(gòu)成的裝置，每一側(cè)均配備一個(gè)液體通道，并具有向所述薄膜和通道施加變動(dòng)磁場(chǎng)的設(shè)備。
7.如權(quán)利要求6所述的一種能從水中除去溶解固體的裝置，其特征在于該裝置包括被所述反滲透膜包裹的鹽保留通道及向所述鹽保留通道供水的構(gòu)件，水沿所述鹽保留通道流動(dòng)，所述鹽保留通道位于所述磁場(chǎng)中，這樣就能對(duì)流經(jīng)該通道的水施加所述變動(dòng)磁場(chǎng)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于它包括一個(gè)線(xiàn)圈及向該線(xiàn)圈提供變化電壓的裝置，從而使所述線(xiàn)圈產(chǎn)生所述變動(dòng)磁場(chǎng)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于它包括一個(gè)長(zhǎng)形的套管和該套管內(nèi)的一個(gè)長(zhǎng)形的濾筒，其中所述濾筒包括包裹著多個(gè)鹽保留通道的半滲透膜和至少兩個(gè)沿套管長(zhǎng)度方向間隔排列的線(xiàn)圈。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于它包括沿套管長(zhǎng)度方向間隔排列的三個(gè)線(xiàn)圈，一個(gè)三相交流電源，而每個(gè)線(xiàn)圈應(yīng)該連接到該電源的一個(gè)相，從而使這三個(gè)線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不同相。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述供水設(shè)備包括由一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵，所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)可作為電動(dòng)機(jī)扼流圈的線(xiàn)圈連接到所述三相交流電源。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于它包括在所述線(xiàn)圈和所述電動(dòng)機(jī)之間的一個(gè)變頻交流驅(qū)動(dòng)器。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于它包括可檢測(cè)水泵壓力端口的壓力并向所述驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)的壓力傳感器，并且能使該驅(qū)動(dòng)器以在所述端口提供恒壓的方式控制所述電動(dòng)機(jī)。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于它包括在所述供水裝置和濾筒之間安裝的帶有很多孔的板，該板上的小孔使水分成很多細(xì)流，并使所述細(xì)小水流導(dǎo)向?yàn)V筒的另一端，這樣就能在進(jìn)入鹽保留通道的水中產(chǎn)生渦流并跨過(guò)所述板產(chǎn)生壓降。
15.如權(quán)利要求8至14任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述套管包括采用纖維增強(qiáng)可固化樹(shù)脂制造的筒壁，而所述一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)圈嵌入所述筒壁內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于它包括沿每個(gè)線(xiàn)圈的徑向向內(nèi)或向外的、可為每個(gè)線(xiàn)圈提供保護(hù)和緩沖的很多層凝膠。
17.如權(quán)利要求9、10、11、12、13或14中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述線(xiàn)圈的排列方式使其磁場(chǎng)相互重疊。
18.一種能提高用反滲透技術(shù)除去鹽保留通道內(nèi)水中溶解固體的濾筒的性能的更新裝置，其中包括圍繞濾筒的線(xiàn)圈及對(duì)線(xiàn)圈施加變動(dòng)電流的裝置，該線(xiàn)圈產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)變動(dòng)的磁場(chǎng)，并施加在鹽保留通道內(nèi)的水中。
19.如權(quán)利要求18所述的更新裝置，其特征在于所述線(xiàn)圈包括粘接在平板材料一面的很多電線(xiàn)，而該平板材料可軋制成護(hù)套形狀，還有使所述平板保持護(hù)套形狀的固定件以及使所述電線(xiàn)彼此連接的裝置，這樣，當(dāng)平板被軋制成護(hù)套形狀后，電線(xiàn)就能首尾相連而構(gòu)成線(xiàn)圈。
20.如權(quán)利要求18所述的更新裝置，其特征在于它包括粘接在所述平板上的一個(gè)或者多個(gè)線(xiàn)圈。
21.一種能從水中除去溶解固體的方法，其特征在于它包括通過(guò)被反滲透膜包裹的鹽保留通道供給所述水，以及對(duì)鹽保留通道中的水施加變動(dòng)磁場(chǎng)。
22.一種能從水中除去溶解固體的裝置，其特征在于它包括被反滲透膜包裹的鹽保留通道和向所述通道供水而使水流經(jīng)所述通道的裝置，能產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)變動(dòng)的磁場(chǎng)的裝置，所述鹽保留通道位于磁場(chǎng)中，這樣在實(shí)際使用時(shí)就能對(duì)所述通道內(nèi)的水施加所述變動(dòng)磁場(chǎng)。
全文摘要
公開(kāi)了一種能從海水或鹽水中除去溶解的固體的脫鹽裝置。該脫鹽裝置(10)包括一個(gè)套管(12),一臺(tái)由電動(dòng)機(jī)(16)驅(qū)動(dòng)的泵(14)向該套管泵入高壓海水或鹽水。套管(12)內(nèi)的一個(gè)脫鹽濾筒(76)包括可作為反向滲透膜的半滲透材料,通過(guò)該半滲透材料強(qiáng)制進(jìn)行滲透,并將固體與海水或鹽水分離開(kāi)來(lái)。溶解在鹽水或海水中的固體被保留在濾筒(76)的鹽保留通道內(nèi)。三個(gè)電線(xiàn)圈(94,96和98)圍繞著濾筒(76),并嵌入套管(12)的壁內(nèi)。一個(gè)電源(112)向線(xiàn)圈提供電流,該電源最好為50赫茲、380伏的三相電源。線(xiàn)圈還通過(guò)線(xiàn)路(108)連接到變頻交流(AC)驅(qū)動(dòng)器(110),而后者又連接到電動(dòng)機(jī)(16)。線(xiàn)圈(94,96和98)對(duì)鹽保留通道內(nèi)的海水或鹽水施加一個(gè)磁場(chǎng),該磁場(chǎng)能提高水滲透通過(guò)反向滲透膜的速率并減少污垢。線(xiàn)圈(94,96和98)還可作為電動(dòng)機(jī)(16)的扼流圈。
文檔編號(hào)C02F1/44GK1243454SQ98801740
公開(kāi)日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1998年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月9日
發(fā)明者威廉·格雷厄姆 申請(qǐng)人:葛菲德國(guó)際股資公司