用于在反渗透膜中减轻生物结垢的方法和设备与流程

之间。
12.在一些实施方案中，存在多于一个过滤器筒，和它们平行操作。实施方案可处理宽范围的流量。例如，它们可处理至多1000m3/小时的流量。
13.在一些实施方案中，阴极为圆柱形棒。在一些实施方案中，过滤器为带正电的过滤介质。在其它实施方案中，它为带负电的过滤介质。实施方案可以包括带有阴极和阳极的电路中的电源。该电源可直接安装在过滤系统壳体上。壳体可由例如选自纤维增强塑料、衬有橡胶的碳钢和不锈钢的材料构造。
14.在实施方案中，过滤器系统具有水流量容量，和其中水流量容量与过滤器系统中的过滤器筒的数量成比例增加。
15.实施方案可进一步提供用于在反渗透膜上降低生物结垢的方法，其包括用超过滤膜处理包含生物污物的水；和在用超过滤膜处理水之后，用带电的过滤器系统处理水。在这样的实施方案中，带电的过滤器系统可包括具有内部和外部的壳体，在壳体内部上的至少一个过滤器筒，所述过滤器筒包括圆筒形过滤器材料，所述过滤器材料包围阴极，和所述过滤器材料被阳极板包围，其中壳体包括入口、出口、排出口和通风口；和与阴极和阳极连通的电源。
16.在一些实施方案中，待净化的水包含一定量的多糖，和其中在用带电的过滤器系统处理之后使多糖的量降低。在进一步的实施方案中待净化的水包含一定量的细菌，和其中在没有使用任何氧化剂的情况下用带电的过滤器系统处理之后使细菌的量降低。在一些实施方案中贯穿过滤器系统在水的氧化还原电位(orp)值方面没有差异。
17.另外的实施方案包括通过改变电荷的极性和排出先前吸附的物料来原位再生带电的过滤器系统中的至少一个过滤器。
附图说明
18.图1显示了在本发明的实施方案中本文报道的电生物污物去除过滤器。
19.图2显示了用于高流量的电生物污物去除过滤器的多过滤器组件的俯视图。
20.图3显示了操作中的电生物污物去除过滤器的流程图。
21.图4显示了示出
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oh(羟基)和
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cooh(羧基)峰的过滤器的沉积物料的ftir曲线，表明了在测试物料中存在tep。
22.图5显示了本文报道的实施方案的电生物污物去除过滤器中的多糖的alcian蓝测试。
具体实施方式
23.i.用于降低生物结垢的方法
24.实施方案提供了用于在基于地表水和废水的反渗透设备中经历的生物结垢问题的方法和装备解决方案。通常，这种生物结垢是由于预处理过程无法充分解决这个问题而产生的。具有生物结垢可能的某些有机物甚至通过提供6
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7个对数细菌减少的超滤膜。但是由于细菌和有机物(可以为细菌提供食物来源)两者的携带，ro膜中发生生物结垢。
25.ro膜拒绝细菌和有机物两者。结垢主要由于膜表面上的有机物引起。这些有机物成为细菌的养料，并导致细菌的指数增长。这引发复杂的结垢。由于无机物如二氧化硅、重
金属、硬度的沉淀，这进一步导致三次结垢。这种形式的结垢导致显著的压降，不响应化学清洁，并在一段时间内变得不可逆。最终膜必须被替换。
26.在海水反渗透设备中，尽管进行了uf预处理，但污染物如tep(透明外聚合物物质)通过uf膜。如上所述，与细菌的存在组合，这些tep在ro膜上引起生物结垢，并导致频繁的膜清洁和最终的替换。当系统以不断增加的压差操作时，能耗和操作成本呈上升趋势。
27.实施方案提供了最小化或消除由天然存在的有机物和细菌引起的生物结垢的方案。过滤器是由有机和惰性无机材料的共混物(包括电荷)制成。电荷是通过将阴离子或阳离子官能团并入过滤器中、通过化学反应或通过该并入离子交换树脂材料引起的。具有带电表面的过滤器吸附有机物。在dc电流的影响下，过滤器在电极存在下工作。电场有助于保持过滤器和有机物(如果有的话)之间的吸附结合在工作周期内不稳定和松散。
28.在工作周期中，dc电压在过滤器周围具有正电荷，在过滤器内具有负电荷。当过滤器外部的电极变为负电和过滤器内部变为正电时，极性反转用于再生若干秒钟。此时还增加电压以增加电流，并且打开排出口，这清洁过滤器并降低贯穿过滤器的dp。由此，过滤器的寿命延长，压差保持低于15psi，大部分在5
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10psi之间。
29.当水从超滤预处理出来时，大部分的悬浮固体和胶体材料通过超滤膜过滤。因此，下游过滤器不需要去除任何悬浮或胶体颗粒。如果上游不存在超滤膜，大部分悬浮和胶体颗粒将通过下游过滤器去除，并且它将很快被使用，并且压差将快速上升。而且它的表面电荷将被碎片完全阻挡，并且同样不能有效去除水中的任何有机物。
30.该过滤器还通过破坏和破裂细胞壁来使细菌失活。在不使用任何外部氧化剂的情况下停止细菌繁殖，该外部氧化剂也为可能在氧化过程中存活的细菌产生有效的食物。在这种情况下，没有产生氧化物质，如通过在入口和出口处测量的orp值保持相同以及通过贯穿过滤器的orp没有增加的事实所证明。
31.我们进一步注意到，如果过滤器在没有任何电压的情况下操作，dp的增加是非常快的，并且我们可以看到在过滤器本身上的生物结垢，因为它在操作的数天内变成黑褐色并气味开始不好。而在电压的影响下，过滤器的生物结垢停止，过滤器非常有效地去除生物污物。可以只通过改变极性来在适当位置再生该过滤器从而获得数月的更长寿命，并防止反渗透膜的任何下游生物结垢。
32.在超滤系统下游在海水中工作数天之后，可移除过滤器单元以用于替换。过滤器表面出现褐色沉积物或涂层。这种涂层主要在由于缺乏进入而不能再生的情况下看到。将褐色沉积物刮下并进行ftir分析。ftir显示通常代表
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oh(羟基)和
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cooh(羧基)基团的峰，其通常存在于tep中(tep是在海水中发现的多糖物料)。
33.这种物料进一步用标准黄原胶并行进行alcian蓝测试。含有多糖的进料水和含有在再生过程中大部分去除的多糖的排出水显示出最大的alcian蓝吸光度和这些水通过0.2微米过滤器的过滤水中较低的浓度。在这种情况下的滤纸获得最高的污渍浓度。经处理的水在水样中显示非常少的着色并在滤纸上产生污渍。比色分析显示通过生物污物去除过滤器使多糖大于90％。
34.ii.用于降低生物结垢的设备
35.在本发明的实施方案中有用的过滤材料可以平板、螺旋缠绕材料或以筒的形式获得。取决于进料水中有机污染物的组成，过滤器可以用阴离子材料或阳离子材料制成。
36.图1中详细描述了过滤器结构的实施方案之一。在该实施方案中，过滤器已经由带正电的筒构成。将过滤器置于壳体中，该壳体被设计成可承受压力。壳体1可以设计用于任何压力，但通常在100
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150psi设计压力之间，这对于超滤系统的出口处的过滤器工作良好。过滤器通常具有入口、出口、排出口和通气口喷嘴。
37.在单个元件过滤器中，筒元件2位于中心。过滤器在o形环和垫圈的帮助下安装和密封，使得进料和过滤水物流可以保持分离而不会混合。过滤器被阳极板3包围，阳极板3由穿孔材料制成。通常这种材料是1
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6mm厚，优选2
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3mm厚。阳极材料可以是不锈钢材料，优选ss316等级。钛也可能是有用的，特别是对于含有高水平氯化物的水如海水而言。取决于水和ph的分析，可以从例如不同等级的不锈钢、钛、钽或牌号合金中选择不同等级的阳极材料。
38.阴极4通常是位于筒内的棒。通常它是不锈钢材料。也可以使阴极脱离通常用来保持筒栓接在适当位置的螺柱或用于封装壳体的物质。
39.电极与直流(dc)电源连接。通常，电流表和电压表是测量电压和电流的电路的部分。过滤器壳体在入口、出口、排出口和通气口喷嘴处具有阀门，以便在工作和再生循环期间可以打开和关闭阀门。
40.还将过滤器设计用于处理较大的流量，并且可以通过增加过滤器的数量来按比例扩大设计。在这种情况下，过滤器并行操作。图2中示出了具有多个元件的过滤器的实施方案。将过滤器设计成处理约400m3/小时的流量。可以使用多个这些过滤器来处理更高的流量。例如，对于1200m3/小时的流量，通常存在四个过滤器，并且其中一个过滤器可以用于再生，而其余的过滤器正在进行过滤。
41.在一个优选实施方案中，过滤器的长度为40”。在另一个优选实施方案中，一个壳体将具有大约一百个筒。每个筒将有一个阳极和阴极。类似于上面解释的布置，阳极将在包围筒的外侧，阴极将在筒的内侧。可以创建类似的设计用于不同流量的过滤单元。
42.图2具有壳体1、筒元件2、阴极4和阳极3。在这种情况下，所有的阴极和阳极连接在一起以形成一对与dc电源的外部连接。dc箱5可以安装在过滤器壳体上。可以将多个过滤器单元安装在滑动件上，滑动件可以与入口、出口和排出头和通风头管接，组合(combing)所有的过滤器。过滤器壳体通常由纤维增强塑料(frp)材料或替代的橡胶衬里的碳钢或不锈钢材料构造。
43.实施例
44.i.实验1
45.在该实施例中，如图1所示制造电生物污物去除过滤器。将尺寸为2.5
×
40英寸的带正电的筒元件2安装在pvc壳体1中。穿孔的钛阳极板3围绕筒元件组装，并且不锈钢阴极棒4安装在筒元件2的中心处。
46.将过滤器制成防漏的，并且在盐水反渗透swro设备现场操作73天，如图3所示。将uf产物水进料至装置过滤器中并用dc电流操作。在工作流期间，通过施加10至20ma dc电流操作过滤器，并监测入口和出口水浊度。在过滤器上每天进行一次再生循环1至2分钟，通过以相反极性施加30ma电流并在再生循环过程中进行过滤器再生，通过排出管线排出废水，并且还记录排水浊度。
47.观察到在73天期间，测试过滤器压差(dp)保持恒定，并且在再生过程之后重新获
得压差。过滤器操作数据总结在表1中。还监测贯穿过滤器的入口和出口水的orp，并且观察到几乎相同的值。没有观察到orp的变化。orp值总结在表2中。
48.49.[0050][0051]
表2：贯穿过滤器的orp值
[0052]
操作天入口水orp，mv出口水orp，mv6225125065200190692212077222622573239236
[0053]
ii.实验2
[0054]
在实验1的操作过程中，将通过过滤器的水进行分析用于微生物分析，并将细菌计数结果总结在表3中。还通过alcian蓝测试方法检测了过滤器进口、出口和排出口水的tep(多糖)含量，结果显示过滤出口水中tep降低90％(结果示于表4和图5)。在数天的操作后，还对过滤器表面上的带褐色沉积物或涂层进行了ftir分析，结果显示在tep中通常存在的
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oh(羟基)和
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cooh(羧基)峰(见图4)。这些结果表明，本发明的装置过滤器从水中有效地吸附和去除细菌和tep。
[0055][0056]
表4：贯穿过滤器水样的tep/多糖含量
[0057]
样品描述单位结果过滤器入口水ppm22.7过滤的出口水ppm2.1过滤器排出水ppm37.7多糖去除效率％90.75