一种电场介入的膜过滤方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体的，涉及一种电场介入的膜过滤方法。

背景技术

现有的膜过滤系统，包括依次设置的原水箱、膜单元，原水箱中的原水通过水泵送入膜单元，通过过滤膜的过滤，需要被截留离子被截留，实现浓水和淡水的分离。

上述技术方案具有以下缺点：1、由于膜本身理化性质的固定，由某一种膜组成的膜系统只能处理某一水质范围的原水，一旦原水水质发生变化，往往仅能通过调节操作压力和处理量进行有限调节，这两种调节方式对生产的影响较大，如果水质变化过大，截留率等生产指标则很难维持。2、过滤膜经过长时间的使用后，过滤膜会结垢，降低过滤膜的性能。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题提供一种电场介入的膜过滤方法，实现膜系统性能的在线调控，增加系统控制自由度，减少结垢的影响。

为达到上述目的，本发明公开了一种电场介入的膜过滤方法，该方法包括以下步骤：

S1、确定需要被截留物质的种类。

此步骤用于确定需要被截留物质的种类。

S2、对原水施加电场，使该被截留物质的水化尺寸大于过滤膜的孔径尺寸，当需要改变需要被截留物质的种类时，改变对原水施加电场的电压，使改变后被截留物质的水化尺寸大于过滤膜的孔径尺寸。

水分子的正、负电荷中心并不重合，是偶极子。它又有很强的氢键作用，故水有特殊的结构。当盐类溶于水中生成电解质溶液时，离子的静电力破坏了原来的水结构，在其周围形成一定的水分子层，称为水化。

通过对原水施加电场，水分子进一步极化,偶极矩增大,极性增强。极化的水分子强烈吸附水中的阴阳离子，静电场也使水中盐类离子的能级发生改变,增强离子的水化作用，增加其水化尺寸，当离子的水化尺寸大于过滤膜的孔径尺寸时，过滤膜对其的截留率大于80%，实现过滤的目的。

当需要改变需要被截留物质的种类时，只需要调节电场的电压即可改变离子的水合半径，进而改变过滤膜的截留能力，调控膜截留率。

实现膜系统性能的在线调控，增加系统控制自由度，增强系统对进料变化的适应能力，可在不改变膜种类的情况下，实现原来需要多种不同性能过滤膜才可组成的多级工艺流程，且各级过滤膜性能可调。

同时，极化的水分子强烈吸附水中的阴阳离子，使阴阳离子不能聚合成垢，起到防垢、除垢的作用，不必使用除垢剂等，有利于提高水质，降低成本。

S3、使用过滤膜过滤原水。

优选的，在步骤S1中，需要被截留物质为：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl- 、Br-或SO42-。

这几种离子在水体中广泛存在，尤其是海水中，上述离子占海水盐分比例较高，是膜过滤处理的主要对象。

优选的，在步骤S2中，对原水施加电场的电压为6KV到30KV。

此电压范围方便调节和使用。

优选的，在步骤S2中，过滤膜的MWCO为150：需要被截留物质为Na+、K+、Ca2+、Mg2+或Cl-时，对原水施加6KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为200：需要被截留物质为Na+、K+、Ca2+、Mg2+时，对原水施加18KV电压的电场；需要被截留物质为Cl-时，对原水施加12KV电压的电场；需要被截留物质为Br-时，对原水施加12KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为300：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加6KV电压的电场；需要被截留物质为Br-时，对原水施加30KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为350：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加18KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为400：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加21KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为400：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加24KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为400：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加30KV电压的电场。

通过改变电场电压，一种过滤膜可以截留多种离子，实现膜系统性能的在线调控，增加系统控制自由度，增强系统对进料变化的适应能力，可在不改变膜种类的情况下，实现原来需要多种不同性能过滤膜才可组成的多级工艺流程，且各级过滤膜性能可调。

优选的，原水从被电场处理到被过滤，所用时间小于45min。

经过电场处理的原水在45min内依然保持较高极化，方便使用。

优选的，原水为海水、地下水、卤水或冷却水。

本技术方案适合各种原水的过滤。

优选的，在步骤S2中，通过高压静电棒对原水施加电场，高压静电棒电连接有高压发生器。

优选的，单支高压静电棒处理原水的速度为50m3/h-450m3/h。

此流速电场对原水的处理较为充分。

综上所述，本发明的有益效果在于：实现膜系统性能的在线调控，增加系统控制自由度，增强系统对进料变化的适应能力，可在不改变膜种类的情况下，实现原来需要多种不同性能过滤膜才可组成的多级工艺流程，且各级过滤膜性能可调。

使用该方法后，可提供更加灵活的膜系统调节手段，增强生产稳定性。可使原先由某一种膜组成的膜系统只能处理某一水质情况变成可以对应多种水质的情况，增加了膜选型的自由度，生产单位可根据市场情况和自身需求选择更加物美价廉的膜产品。

同时，极化的水分子强烈吸附水中的阴阳离子，使阴阳离子不能聚合成垢，起到防垢、除垢的作用，不必使用除垢剂等，有利于提高水质，降低成本。

附图说明

图1是本发明一种电场介入的膜过滤系统的结构示意图；

图中：1、原水箱；2、高压发生器；3、高压静电棒；4、膜单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1，如图1所示，一种电场介入的膜过滤系统，包括依次设置的原水箱1、膜单元4，原水箱1内放置有高压静电棒3，通过高压静电棒3对原水施加电场，高压静电棒3电连接有高压发生器2。

优选的，一个原水箱1可以对应多个并设置的膜单元4；也可以多个膜单元4串联设置，每个膜单元4前部均具有原水箱1。

实施例2，一种电场介入的膜过滤方法，包括以下步骤：

S1、确定需要被截留物质的种类。

此步骤用于确定需要被截留物质的种类。

优选的，需要被截留物质为：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、Br-或SO42-。

这几种离子在水体中广泛存在，尤其是海水中，上述离子占海水盐分比例较高，是膜过滤处理的主要对象。

S2、对原水施加电场，使该被截留物质的水化尺寸大于过滤膜的孔径尺寸，当需要改变需要被截留物质的种类时，改变对原水施加电场的电压，使改变后被截留物质的水化尺寸大于过滤膜的孔径尺寸。

水分子的正、负电荷中心并不重合，是偶极子。它又有很强的氢键作用，故水有特殊的结构。当盐类溶于水中生成电解质溶液时，离子的静电力破坏了原来的水结构，在其周围形成一定的水分子层，称为水化。

通过对原水施加电场，水分子进一步极化,偶极矩增大,极性增强。极化的水分子强烈吸附水中的阴阳离子，静电场也使水中盐类离子的能级发生改变,增强离子的水化作用，增加其水化尺寸，当离子的水化尺寸大于过滤膜的孔径尺寸时，过滤膜对其的截留率大于80%，实现过滤的目的。

当需要改变需要被截留物质的种类时，只需要调节电场的电压即可改变离子的水合半径，进而改变过滤膜的截留能力，调控膜截留率。

实现膜系统性能的在线调控，增加系统控制自由度，增强系统对进料变化的适应能力，可在不改变膜种类的情况下，实现原来需要多种不同性能过滤膜才可组成的多级工艺流程，且各级过滤膜性能可调。

同时，极化的水分子强烈吸附水中的阴阳离子，使阴阳离子不能聚合成垢，起到防垢、除垢的作用，不必使用除垢剂等，有利于提高水质，降低成本。

优选的，对原水施加电场的电压为6KV到30KV。

此电压范围方便调节和使用。

具体的，过滤膜的MWCO为150：需要被截留物质为Na+、K+、Ca2+、Mg2+或Cl-时，对原水施加6KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为200：需要被截留物质为Na+、K+、Ca2+、Mg2+时，对原水施加18KV电压的电场；需要被截留物质为Cl-时，对原水施加12KV电压的电场；需要被截留物质为Br-时，对原水施加12KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为300：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加6KV电压的电场；需要被截留物质为Br-时，对原水施加30KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为350：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加18KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为400：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加21KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为400：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加24KV电压的电场。

或者，过滤膜的MWCO为400：需要被截留物质为SO42-时，对原水施加30KV电压的电场。

对原水施加6KV电压的电场：Na+的水化分子量为185，K+的水化分子量为201，Ca2+的水化分子量为202，Mg2+的水化分子量为186，Cl-的水化分子量为197.5，Br-的水化分子量为242，SO42-的水化分子量为348。

对原水施加12KV电压的电场：Na+的水化分子量为185，K+的水化分子量为201，Ca2+ 的水化分子量为220，Mg2+的水化分子量为186，Cl-的水化分子量为215.5，Br-的水化分子量为260，SO42-的水化分子量为366。

对原水施加18KV电压的电场：Na+的水化分子量为203，K+的水化分子量为219，Ca2+ 的水化分子量为238，Mg2+的水化分子量为204，Cl-的水化分子量为233.5，Br-的水化分子量为260，SO42-的水化分子量为384。

对原水施加21KV电压的电场：Na+的水化分子量为203，K+的水化分子量为219，Ca2+ 的水化分子量为238，Mg2+的水化分子量为204，Cl-的水化分子量为233.5，Br-的水化分子量为278，SO42-的水化分子量为384。

对原水施加24KV电压的电场：Na+的水化分子量为203，K+的水化分子量为219，Ca2+ 的水化分子量为238，Mg2+的水化分子量为204，Cl-的水化分子量为233.5，Br-的水化分子量为278，SO42-的水化分子量为420。

对原水施加30KV电压的电场：Na+的水化分子量为221，K+的水化分子量为219，Ca2+ 的水化分子量为238，Mg2+的水化分子量为222，Cl-的水化分子量为251.5，Br-的水化分子量为314，SO42-的水化分子量为420。

通过改变电场电压，一种过滤膜可以截留多种离子，实现膜系统性能的在线调控，增加系统控制自由度，增强系统对进料变化的适应能力，可在不改变膜种类的情况下，实现原来需要多种不同性能过滤膜才可组成的多级工艺流程，且各级过滤膜性能可调。

优选的，单支高压静电棒3处理原水的速度为50m3/h-450m3/h。具体的,可以为50m3/h、150m3/h 、250m3/h 、350m3/h 或450m3/h。

此流速电场对原水的处理较为充分。

优选的，原水从被电场处理到被过滤，所用时间小于45min。具体的,可以为30min、35 min、40 min或44 min。

经过电场处理的原水在45min内依然保持较高极化，方便使用。

S3、使用过滤膜过滤原水。

需要被截留物质被截留，实现浓水和淡水的分离。

优选的，过滤膜为反渗膜、纳滤膜或超滤膜。

本技术方案适合各种膜单元。

优选的，原水为海水、地下水、卤水或冷却水。

本技术方案适合各种原水的过滤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。