專利名稱：多級過濾和軟化模件以及除垢操作的簡化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多級那諾過濾(nanofilfration)或逆滲透薄膜模件、使用這一模件過濾水或除去硬度的過程、清潔這一模件或保持這一模件的滲透性的過程以及特別用于家庭和小型辦公樓的小規(guī)模系統(tǒng)。
上述薄膜可使用外流式空心纖維?？招睦w維懸置在一對相對集管之間。這兩個(gè)集管使薄膜的腔與其外表面保持隔開。從而，加壓水可供應(yīng)給薄膜一端的腔、可收集離開薄膜外表面的滲透液以及可從薄膜另一端的腔抽取濃縮物或滯留液。
但是，空心纖維薄膜的各種特性使得它們很難使用在這種外流式中。例如，空心纖維的內(nèi)徑小，從而在長空心纖維的出口端造成很大壓力降而流量大大下降。當(dāng)供水水壓低時(shí)這一問題尤其嚴(yán)重。
美國專利第5,013,437號說明了一種減輕長纖維中水壓和流量損耗問題的方法。在該專利的一實(shí)施例中，把外流式空心纖維過濾模件分成兩級。第一級的滯留液變成第二級的供水。第一與第二級表面積之比最好為1.5∶1至2.25∶1。這有助于提高第一級滯留液在變成第二級的供水時(shí)的壓力和速度，使得這兩個(gè)級的壓力降更接近相等。但是，這兩極布置成同心，滲透液、特別是第二級的滲透液必須沿纖維外表面才能流到出口孔。在空心纖維薄膜的合理封裝密度下，如用來過濾液體，滲透液流中的水壓損耗會(huì)很大。因此第二級薄膜之間橫跨薄膜的壓力差減小。此外，很難如’437模件要求的那樣把纖維封裝在一環(huán)形圈中。
在使用卷繞成螺旋狀的薄膜的大規(guī)模系統(tǒng)中也使用類似原理。在各級中布置大量薄膜模件。每一后級的模件數(shù)比其前級少，前級的滯留液變成后級的供水。這類系統(tǒng)又大又復(fù)雜，不適用于家庭或小型商業(yè)機(jī)構(gòu)。
小規(guī)模那諾過濾或逆滲透薄膜過濾系統(tǒng)的制造商為了解決上述問題，一般使用單級過濾模件，把滯留液重復(fù)循環(huán)到供水進(jìn)口，以提高供水流速和橫跨薄膜的壓力。在這種系統(tǒng)中，供水/滯留液的最低速度為約3-10ft/s。這一技術(shù)需要使用高阻擋薄膜，每一循環(huán)的萃取率非常低。從而導(dǎo)致薄膜很快變臟，從而需要經(jīng)常清洗或更換薄膜。能量成本和所需水壓也很高。
半滲透薄膜的另一個(gè)特性是隨著時(shí)間推移，薄膜中的微孔變臟，特別是當(dāng)薄膜用來軟化水時(shí)，由于結(jié)碳酸鹽而變臟。在大規(guī)模系統(tǒng)中，可使用樹脂交換層局部軟化供水或在供水中加入防結(jié)垢劑來解決結(jié)碳酸鹽問題。這一技術(shù)一般過于復(fù)雜以致無法在小規(guī)模系統(tǒng)、特別是家庭中使用。
在各方面，本發(fā)明提供一種過濾模件，包括懸置在一對相等集管之間的許多空心纖維那諾過濾或逆滲透薄膜。薄膜的外表面與集管之間密封，而薄膜的腔在集管的遠(yuǎn)端面上開口。
在該模件中，空心纖維薄膜分組成多個(gè)前級或后級(有些級既是前級又是后級)?？招睦w維薄膜的腔在各級的第一端和第二端上開口。流體在集管的遠(yuǎn)端面上從一級流到另一級。一模件供水進(jìn)口與第一級的第一端連通。其余各級串聯(lián)在第一級后，每一前級的第二端與其后級的第一端連通。一模件出口與最后一級的第二端連通。這些級四周有一滲透液收集室與各級連通。每一前級的薄膜的表面積為其直接后級的薄膜的表面積的1-2.5倍，各級表面積從第一級到最后一級減小。
為在各級之間形成連接，第一蓋帽蓋住一集管的遠(yuǎn)端面，第二蓋帽蓋住另一集管的遠(yuǎn)端面。滲透液收集室包括兩集管近端面與一外殼之間的空間。在一個(gè)或兩個(gè)蓋帽中的隔離器在保持每一前級第二端與其直接后級第一端液體連通的同時(shí)把各組薄膜組合成級。一般位于蓋帽中的模件進(jìn)口和模件滯留液出口分別與第一級的第一端和最后一級的第二端連通。因此供水進(jìn)入第一級的第一端后不滲透部分從第一級的第二端流出。然后第二端蓋帽把供水/滯留液引向第二級的第一端。在第二級中不滲透的水到達(dá)第一蓋帽。在一個(gè)兩級裝置中，不滲透的水然后流出該模件。在一個(gè)兩級以上模件中，第一蓋帽再次把供水/滯留液引向另一級的第一端后不滲透水流到第二蓋帽，如此等等，直到到達(dá)最后一級的第二端。
各級布置成所有級都與模件的周邊鄰接，級際液流一般與模件周邊平行。例如，各級可構(gòu)作成一圓柱體的扇形部。在直徑一般等于小于3″的較小模件中，薄膜可用兩集管中的星形輪分割成各級。在較大模件中，各組薄膜可分別或同時(shí)封裝在一對對相對套圈中，這些套圈可呈扇形。一旦封裝在一對對套圈中，可對薄膜上涂料。然后把一對對套圈粘結(jié)成一對集管，套圈呈扇形時(shí)集管呈圓柱形。一對對套圈比圓柱形大集管容易處理，特別是，在對薄膜上涂料時(shí)便于干燥?？砂烟兹Φ倪吇虿迦胩兹χ械姆指钇饔米鞲糸_各級的隔離器。
在一實(shí)施例中，各級之間的隔離器上裝有閥，當(dāng)供水反方向、從而從滯留液出口流入模件中時(shí)，隔離器把各組薄膜重新組合成有第一端和第二端的第二前級和第二后級。隔離器保持每一第二前級的第二端與每一第二后級的第一端之間一般與模件周邊平行的流路打開。在重新組合薄膜時(shí)，每一第二前級的薄膜的表面積為其第二后級的薄膜的表面積的1至2.5倍，各級表面積從第一級到最后一級減小。為此使用在一個(gè)方向上打開的單向閥，薄膜的組合和重新組合由在模件中流動(dòng)的液體的作用實(shí)現(xiàn)，即，當(dāng)壓力差與閥打開方向相同時(shí)打開閥，壓力差與閥打開方向相反時(shí)關(guān)閉閥。
上述模件用來過濾水，當(dāng)裝有可選擇性地阻擋造成硬度的鹽的空心纖維薄膜時(shí)，也可用來除去硬度。待過濾的水流過串聯(lián)的各級，同時(shí)從薄膜外表面收集經(jīng)過濾和軟化的滲透液。薄膜的滲透率約為至少0.1gfd/psi或更多一點(diǎn)，總阻擋率等于大于80％。供水/滯留液在薄膜的腔中的最小流速可以為0.15ft/s至0.6ft/s之間。
在其他各方面，本發(fā)明提供一種包括一薄膜模件的逆滲透或那諾過濾設(shè)備。如上所述，該過濾模件可有懸置在相對兩集管之間的空心纖維薄膜的多個(gè)前級或后級。該模件有一模件供水進(jìn)口、一模件滯留液出口和一滲透液出口。一供水通道使模件供水進(jìn)口與一加壓水源如井泵或城市供水連通，城市供水也可用一輔助泵提高水壓。滲透液出口最好連接到一滲透液箱，例如壓力與箱中水量有關(guān)的膜式箱或氣墊箱。當(dāng)滲透液箱中的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，供水一側(cè)的泵都關(guān)閉，模件滯留液出口關(guān)閉。最好是，薄膜的最小滲透率為0.1gfd/psi，最小阻擋率為80％，最小硬度阻擋率為70％。供水/滯留液的最小流速最好為0.15至0.6ft/s之間，更好為0.2ft/s至0.3ft/s之間。供水/滯留液流過模件不再循環(huán)，整個(gè)模件的壓力降最好為30psi至120psi之間。
在本發(fā)明的其他方面中，說明了清洗薄膜表面和減少其上結(jié)垢的過程。特別在模件用來生成軟化滲透液時(shí)，會(huì)在薄膜中生成碳酸鹽垢。為了控制結(jié)垢，合適的清洗化學(xué)物，如在水中生成酸的類物化學(xué)物如二氧化碳或檸檬酸被注入模件的供水/滯留液一側(cè)，如使用二氧化碳?xì)怏w，則溶解在供水之類液體中?？捎靡豢煽厍逑椿瘜W(xué)物加入系統(tǒng)把含有清洗化學(xué)物的流體注入加壓供水中或模件的供水/滯留液一側(cè)中。
在與滲透同時(shí)的連續(xù)方法中，在該設(shè)備生成滲透液的同時(shí)把清洗化學(xué)物連續(xù)注入供水中。當(dāng)清洗化學(xué)物為二氧化碳時(shí)，二氧化碳的注入數(shù)量最好使得供水的Langelier結(jié)垢指數(shù)為0或接近0的負(fù)值。二氧化碳也可只注入模件的后面幾級中。在與滲透同時(shí)的非連續(xù)方法中，在該設(shè)備生成滲透液的同時(shí)定期把清洗化學(xué)物如二氧化碳注入供水中。在另一種方法中，模件中的流向反轉(zhuǎn)，此時(shí)，清洗化學(xué)物如二氧化碳從有時(shí)是滯留液出口的口注入模件中。
在無滲透的連續(xù)方法中，在該設(shè)備不生成滲透液時(shí)，清洗化學(xué)物如二氧化碳被基本上連續(xù)地注入供水中。滯留液出口更完全地打開，使得供水/滯留液沖洗模件的腔一側(cè)后排至排放裝置。在保持和沖洗方法中，也暫時(shí)停止?jié)B透液的生成后把滯留液出口更完全地打開。含有清洗化學(xué)物如二氧化碳的流體流入模件進(jìn)口，為此例如把二氧化碳壓縮氣體注入供水水流中，沖洗模件進(jìn)口的腔一側(cè)。含有清洗化學(xué)物的流體排出薄膜的腔中的供水/滯留液，直到清洗化學(xué)物充滿空心纖維薄膜的腔的大部分或最好全體。然后停止含有清洗化學(xué)物的流體的流動(dòng)，使清洗化學(xué)物與污垢作用選定保持時(shí)間。也可然后用供水沖洗模件。該選定保持時(shí)間一般為1至30分鐘或10至20分鐘之間。該保持和沖洗方法定期進(jìn)行，例如在對滲透液需求低的情況下每天進(jìn)行一次。
在氣體清洗方法中，二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入模件的供水/滯留液一側(cè)后排出供水/滯留液。該氣體在模件中在壓力下保持一段時(shí)間后用供水排出。為增加清洗次數(shù)，該過程可反復(fù)進(jìn)行。
本申請書中的加侖指美制加侖。


圖1為一可用作一個(gè)四級模件的過濾模件的局部剖視正視圖。
圖2為圖1模件頂蓋除去后的俯視圖。
圖3和4分別示出一個(gè)四級模件中的正向和反向流。
圖5為另一過濾模件的端視圖。
圖6為沿圖5中A-A線剖取的圖5過濾模件的剖面圖。
圖7和8示出用來界定、分開圖5過濾模件各級的第一和第二端帽密封圈。
圖9為圖5過濾模件的纖維之間的隔離器的橫截面圖。
圖10為另一模件各部件的局部剖視立體圖。
圖11A、B、C為用于圖10模件的套圈的俯視圖、正視圖和立體圖。
圖12為本發(fā)明一過濾系統(tǒng)的示意圖。
圖13為不同薄膜清洗方法的二氧化碳消耗的比較圖。
圖14為在薄膜清洗的保持和沖洗方法中保持時(shí)間對薄膜滲透率的影響的比較圖。
圖15示出供水/滯留液的最小流速對薄膜模件滲透率的影響。
對實(shí)施例的說明模件設(shè)計(jì)圖1和2示出一多級過濾模件10的一般結(jié)構(gòu)。模件10具有多個(gè)懸置在兩相對集管14之間的過濾空心纖維薄膜12。薄膜為逆滲透或那諾過濾、最好是那諾過濾范圍，更好能選擇性地保留造成硬度的鹽，滲透經(jīng)軟化的水。薄膜12的兩端16密集地封裝在集管14中，使得其外表面與集管14之間密封，薄膜12的腔在集管14的遠(yuǎn)端面上開口。第一蓋帽20和第二蓋帽22蓋住集管14的遠(yuǎn)端面而與集管14之間密封。薄膜12分成若干組24，各組之間由集管14中不封裝薄膜12的區(qū)域隔開。在封裝過程中把組的兩端包住在一可膨脹塑料網(wǎng)中，從而使薄膜12保持在組24中。端帽20、22之一或兩端帽中的隔離器26(也可作為端帽20、22的一部分)從端帽20、22的遠(yuǎn)端面伸展到密封地接觸集管14的沒有薄膜12的某些或所有區(qū)域?；蛘撸綦x器26也可在封裝時(shí)插入集管14中，在這種情況下，隔離器26分開薄膜12的組24，然后粘結(jié)到集管14上。某些或所有隔離器26可有開口，開口中可有一個(gè)或多個(gè)單向閥28如瓣閥。以獨(dú)立或空間上隔開的各組24布置、封裝薄膜嚴(yán)格來說并不必要，但可使隔離器26更好地隔離各組24，減小或防止薄膜12在各組24之間跨接。
模件10的周邊上套有一殼體30。殼體30內(nèi)在兩集管14近端面之間不為薄膜12占據(jù)的空間形成一滲透液室32。滲透液室32包括薄膜12周圍空間，也可包括模件10周邊旁與各組薄膜12直接流體連通的開放空間?？蓮囊慌c滲透液室32連通的滲透液出口34取得模件10中的滲透液。因此經(jīng)一組24中的薄膜12滲透的水可經(jīng)阻力最小的路徑直接流到滲透液出口34，無需以先定的路徑流過各組24。這可如圖所示把各組薄膜12布置成一圓柱體的各扇形部予以實(shí)現(xiàn)。也可使用其他結(jié)構(gòu)。例如，在一方形或長方形模件中，各種大小的薄膜12組可位于模件中心線的兩邊上。供水從一模件供水進(jìn)口36流入蓋帽20、22之一中。離開模件10的滯留液從也位于蓋帽20、22之一內(nèi)的模件出口38流出。
圖3和4示出5組24a、b、c、d、e薄膜12(未示出)如何在正向和反向上生成4級流。一般來說，不管供水在第一方向還是在反向上流動(dòng)，隔離器26把薄膜12的各組24組合成前級或后級(I、II、III等等)，某些級既是前級又是后級。隔離器26還使由蓋帽20、22生成、每一前級第二端與其后級第一端之間的流路保持連通。各級之間的該連通使得滯留液/供水的級際流一般與模件10的周邊平行。例如，在各級呈所示扇形的情況下，級際流圍繞模件中心流動(dòng)，盡管級際流不必是完美的弧形。每一前級薄膜的表面積為其后級薄膜表面積的1-2.5倍，各級的表面積從第一級到最后一級減小?？赏ㄟ^選擇各級的精確大小使得流速在整個(gè)模件10中基本不變，盡管滲透時(shí)各級之間的流速有微小變動(dòng)。模件的級數(shù)可多可少。在供水水壓低的情況下，例如在家中光靠城市供水水壓、不再使用輔助泵的情況下可使用5-8級的模件。也可使用10級或10級以上的模件，但這種模件過于復(fù)雜，而益處提高不多。
在圖3和4模件10中，各組的大小分別為薄膜總數(shù)量大小的1/8、1/4、1/4、1/4和1/8。隔離器26包括在所示部位上的固體粒子隔離器40和單向隔離器42。單向隔離器42容許在所示方向上流動(dòng)。隔離器26、40、42按照供水水流方向把各組24分隔成級I、II、III和IV。
在圖3中，供水首先從第一蓋帽20中的模件供水進(jìn)口36流入組24a。供水還流入組24b，組24a和24b一起形成級I。因此第一蓋帽20中的模件供水進(jìn)口36與級I的第一端連通。供水/滯留液流到第二蓋帽22處級I的第二端后流到構(gòu)成級II的組24c的第一端。供水/滯留液因級I壓力較大無法經(jīng)單向隔離器42流回級I，級I的壓力較大是流體從級I流到級II的前提。供水/滯留液流到第一蓋帽20處級II的第二端后流到構(gòu)成級III的組24d的第一端。流到級III第二端的供水/滯留液流到第二蓋帽22后流到構(gòu)成級IV的組24e的第一端。流到級IV第二端的供水/滯留液流到第一蓋帽20后從模件滯留液出口38流出模件10。在所有級中，滲透液從每一級直接流到滲透液室(未示出)后從滲透液出口(未示出)流出。級I、II、III和IV分別占薄膜總量的3/8、1/4、1/4和1/8。
在圖4中，供水和滯留液的流向相反。當(dāng)供水反方向流入模件10時(shí)，隔離器26、40、42由于在模件10中流動(dòng)的液體的作用把各組24薄膜12重新組合成第二前級和后級。特別是，供水首先從第一蓋帽20中的模件滯留液出口38流入組24e。供水可流入組24d，組24d和24e構(gòu)成級I。供水/滯留液在級I中流到第二蓋帽22后流到構(gòu)成級II的組24c。供水/滯留液在級II中流回第一蓋帽20后流到構(gòu)成級III的組24b。在級III中流動(dòng)的供水/滯留液流到第二蓋帽22后流到構(gòu)成級IV的組24a。級IV中的供水/滯留液流回第一蓋帽20后從模件供水進(jìn)口36流出模件10。因此級I、II、III和IV分別占薄膜總量的3/8、1/4、1/4和1/8。如上所述，由于各級I、II、III和IV之間存在壓力梯度，在單向隔離器42處不會(huì)出現(xiàn)返流。
為在模件10中改變流向，模件10的供水管和滯留液管上裝有一般為電磁閥的閥，從而使每管或是與模件供水進(jìn)口36或是與模件滯留液出口38連接。這些閥由一個(gè)PLC或定時(shí)器同時(shí)開動(dòng)，使得供水管和滯留液管不同時(shí)連接到模件10上同一點(diǎn)上。當(dāng)模件10用來軟化水時(shí)，待過濾的水流入能有選擇性地阻擋即保留造成硬度的鹽的薄膜的腔的第一端。經(jīng)軟化的滲透液從薄膜12的外表面收集，滯留液從薄膜12的腔的第二端收集后流出模件10或流到下一級。因此造成硬度的鹽累積在薄膜12的腔中、特別是最后一級中。周期性地改變空心纖維薄膜中的供水流向使得待過濾水流入腔的第二端、滯留液從腔的第一端流出有助于結(jié)垢分布得更均勻，從而延長模件10的壽命。
盡管逆向流有其優(yōu)點(diǎn)，但也可把模件構(gòu)作成用于單向流體。這類模件的使用壽命比逆向流模件短，但其結(jié)構(gòu)簡單，特別是小系統(tǒng)，其性價(jià)比更高。圖5-9示出用于4級單向流的第二模件110。級數(shù)可不同，各級可采用其它形狀。
許多過濾空心纖維薄膜12懸置在第一分段集管114a與第二分段集管114b之間。與前面一樣，薄膜12的兩端16密集地封裝在分段集管114a、b中，從而其外表面與分段集管114a、b隔絕，其腔開口在分段集管114a、b的遠(yuǎn)端面117、119上。第一端帽122a(未示出)和第二端帽122b蓋住集管114a、b的遠(yuǎn)端面。第一密封圈124(未示出)裝在第一蓋帽122a與第一分段集管114a之間。類似地第二密封圈126裝在第二蓋帽122b與第二分段集管114b之間。旋緊蓋帽122時(shí)，在分段集管114a、b與蓋帽122之間形成一密封，以使每個(gè)分段集管114a、b外圓周與相鄰的蓋帽隔絕，在第二模件110每一端各級之間界定流體的一密封室。密封圈124、126的厚度選擇成略大于避免級際流的水壓損耗過大所需最小值，以避免不必要地提高第二模件110供水/滯留液一側(cè)水量。要求避免不必要地提高第二模件110供水/滯留液一側(cè)水量，因?yàn)檫@有助于減少下述某些清洗方法中所需清洗液的數(shù)量。但是，對大的第二模件110而言，避免級際流水壓損耗過大需要厚的密封圈、組合使用密封圈和墊圈或挖空端帽122以增加可用于級際流的空間。
第二模件110還有一外殼128。外殼128兩端各固定一與端帽122螺紋連接的輔助殼體129。外殼128和輔助殼體129的內(nèi)表面都有凹槽，以與固化在殼體128、129中的分段集管114更牢固連接。第二集管114中也可埋置一中央支撐管130加強(qiáng)和支撐第二模件110。外殼128中裝有一滲透液出口34。或者，中央支撐管130也可在兩分段集管114之間多孔或從第二模件110伸出或與集管114之一中的一個(gè)中央開口連通。這樣，滲透液可經(jīng)中央支撐管130而不是殼體128上的滲透液出口34流出，從而避免因鉆滲透液出口孔而降低外殼128的強(qiáng)度，而且，在級數(shù)為偶數(shù)的第二模件110中，所有連接(供水、滲透液和滯留液)可都制作在第二模件110的一端上。
特別參見圖6和9，也可有翅片136沿中央支撐管130的縱向伸入分段集管114中并沿徑向從中央支撐管130伸到接近外殼128處。任選翅片136把薄膜12包含在一圓柱體的與級1-4對應(yīng)的扇形中而有助于封裝。該目的也可用分段集管114中的星形輪實(shí)現(xiàn)。也可不使用翅片136或星形輪來適當(dāng)封裝薄膜12，而靠密封圈124、126界定各級。但是，翅片136或星形輪更便于處置薄膜12(例如，為便于處置，級1分成兩部分)、減少橫跨在各級之間的隨機(jī)薄膜12的數(shù)量或可能性并盡量減少所浪費(fèi)的薄膜12的數(shù)量，因?yàn)楸∧啥?6之一被一個(gè)密封圈124、126密封。翅片136或星形輪還造成可在分段集管114的遠(yuǎn)端面上看到各級，從而無需轉(zhuǎn)位裝置就可相對各級對密封圈124、126進(jìn)行正確定位。但是，密封圈124、126也可轉(zhuǎn)位，防止它們裝錯(cuò)方向。
圖7和8示出第一密封圈124和第二密封圈126與各級的相對位置。翅片136中心的位置用虛線表示。各級表面積之比為3.8∶2.4∶1.2∶1。第一蓋帽122a中鉆有一供水進(jìn)口，在第一蓋帽122a旋緊時(shí)與級1連通。同樣，在第二蓋帽122b中鉆有一供水/滯留液出口(未示出)，在第二蓋帽122b旋緊后與級4連通。
圖10示出第三模件410的各部分。第三模件410專為較大模件如直徑大于3或4英寸的模件設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)便于薄膜12封裝后在空心纖維薄膜12的內(nèi)表面上涂以普通聚酰胺化學(xué)物制成逆滲透或那諾過濾薄膜12。特別是，該模件在上涂料前必須充分干燥，但薄膜12對熱敏感，無法在高溫下干燥。過度干燥還造成微孔干燥，導(dǎo)致滲透率下降。此外，薄膜12涂胺以形成穩(wěn)定的聚合物層后需要干燥。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，很難干燥大量薄膜，特別是裝在模件一殼體中的大量薄膜。封裝在集管之間的開放小單元薄膜容易干燥，需要時(shí)，可用風(fēng)扇吹干纖維，加快干燥過程。
第三模件410由多個(gè)部件411(示出10個(gè))構(gòu)成。每一部件411包括封裝在一對相對套圈440中的一組薄膜(未示出)。這些套圈440最好為一圓柱體的扇形部，盡管也可使用其他形狀。套圈440把該組薄膜12的最大尺寸限制在可成功上涂料的尺寸上。例如，套圈440的形狀和大小可選擇成沒有薄膜12離開該束薄膜12的邊緣大于35mm。各部件411可分別封裝、上涂料后裝配在一起，制成第三模件410的一復(fù)合集管414。或者，也可用下述過程把各部件411封裝在第三模件410內(nèi)，該過程可在封裝各部件后相互分開部件411、分開地在各部件411的薄膜12上涂上涂料，然后把部件411重新裝配成第三模件410。與第二模件110一樣，把密封圈和端帽(未示出)裝在第三模件410的兩端上，把薄膜分組成各級。套圈440的邊緣提供了級之間的自然分隔。如需要在其他部位分開，可在封裝時(shí)在一對或多對套圈440中滑入擋板442。因此根據(jù)上涂料(特別是干燥)因素決定套圈440的大小，但級的數(shù)量或大小不受套圈440的大小或數(shù)量的限制。
當(dāng)用單一大小和形狀的部件411制作第三模件410時(shí)，可使用有助于生成質(zhì)量均勻的第三模件410的上涂料的和封裝的夾具。特別當(dāng)使用大量套圈440時(shí)，便于制作生成多級第三模件410的密封圈。例如，如每一復(fù)合集管414有8個(gè)套圈440，可使用第三模件410生成圖1-4所示使用密封圈或隔離器的一個(gè)4級模件，這些附圖示出隔離器40、42。
下面詳細(xì)說明第三模件410的制作方法。所示第三模件410在兩復(fù)合集管414的遠(yuǎn)端面之間的長度為約35英寸，把一8″直徑灰PVC管用作模件殼體430。每一復(fù)合集管414由10個(gè)套圈440構(gòu)成，其中封裝有薄膜的多對相對套圈形成10個(gè)部件411，每一個(gè)部件含有約1600個(gè)內(nèi)徑約為0.4mm的空心纖維薄膜(未示出)。
每一部件411裝在一夾具中，該夾具保持一對套圈440的兩遠(yuǎn)端面分開約35英寸。先用一彈性帶或其他帶縛緊薄膜兩端，使薄膜能插入套圈440中。用另一彈性帶或其他帶把該束薄膜縛到該夾具上后把該夾具放平在一桌子上。然后切割薄膜12，使薄膜伸出套圈40遠(yuǎn)端面約1英寸。然后立直夾具。為封閉纖維兩端，把一小盤或小杯中的約5mm硅酮放到纖維底端上。硅酮在每根纖維周圍升高約10mm。多余的硅酮排走。硅酮一旦固化而不流動(dòng)，翻轉(zhuǎn)夾具，在另一端重復(fù)該過程。
為封裝部件411，把所有10個(gè)部件放入一封裝模具中暫時(shí)形成兩復(fù)合集管414。該封裝模具由兩半模構(gòu)成，使得部件411可放入置于一臺(tái)面上的兩半模中，在該模具的兩端和套圈440的兩遠(yuǎn)端面之間留出合適空間?？稍谙噜徧兹?40或一部件411的該對套圈440之間插入合適的臨時(shí)襯墊，以保持套圈440和薄膜12的正確定位。一旦所有部件411和襯墊裝入封裝模具的兩半模中，把這兩半模夾緊在一起，使得部件411和襯墊擠緊。
然后把裝配好的模具放入一離心機(jī)中。該離心機(jī)最好裝有一從一個(gè)或多個(gè)孔噴注樹脂的澆注夾具?？砂褬渲瑫r(shí)加到兩端或交替少量加到兩端，直到注入總量的樹脂。離心機(jī)的轉(zhuǎn)速約為300RPM，因此作用在樹脂上的力不小于40G。樹脂固化到不流動(dòng)的程度后離心機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后卸去模具。但是，最好是，在樹脂完全固化后才從模具中取出第三模件410。樹脂也可靜態(tài)地(不靠離心力)注入封裝模件的兩端。首先封裝一端，然后模件反轉(zhuǎn)180°，封裝另一端。
樹脂一旦完全固化，從模件中取出部件411，但它們?nèi)员灰槐訕渲吃谝黄?。比方說用一帶鋸鋸去兩端上多余樹脂，露出纖維的開口兩端。帶鋸的刀刃應(yīng)在套圈440的遠(yuǎn)端上鋸開樹脂，留下的樹脂足以把套圈440固定在一起，但又便于彼此分開部件411。
部件411彼此分開后，每一套圈440周圍臨時(shí)套測試帽測試每一部件411的完整性和初始滲透率。在完整性測試過程中，始沸點(diǎn)低的薄膜12切開后用硅酮密封。也可用測試帽進(jìn)行泄漏、壓實(shí)、上涂料和阻擋率/滲透率測試。
薄膜12上涂料前須干燥。為此，卸下測試帽之一，排空纖維中的多余液體。然后從一測試帽用HEPA過濾空氣或氮?dú)庀礈毂∧さ那?，直到薄?2摸上去稍有阻力。然后取下這另一測試帽，用風(fēng)扇進(jìn)一步吹干薄膜12約30分鐘到1小時(shí)，使得薄膜12之間的通風(fēng)更好。對于小部件411即厚度不到約2″或3″的部件，無需烤箱。
繼續(xù)上涂料并施加胺溶液，然后如上所述干燥，而后施加有機(jī)溶液。隨后如上所述干燥。這兩種溶液都可用氮?dú)鈮喝氡∧?2的腔中后用測試帽在腔中保持所需時(shí)間。對腔上涂料后，薄膜12可用水漂洗外表面后浸入30％的甘油溶液中保護(hù)纖維，然后進(jìn)一步如上所述干燥，只是部件411經(jīng)空氣干燥后放入一烤爐中。部件411一旦干燥，可更換測試端帽，測試部件411的滲透率和阻擋率。然后把部件411重新浸入甘油中，重新干燥。然后可把部件411粘在一起后進(jìn)入模件殼體430，在該例中模件殼體為40號PVC灰管。
過濾和清洗系統(tǒng)和過濾過程圖12示出一過濾設(shè)備300。過濾設(shè)備300特別可用于一住戶、一組住戶或一小商業(yè)樓的入口處。過濾設(shè)備300通過除去懸浮固體粒子生成經(jīng)過濾的滲透液，也可通過除去造成硬度的鹽生成軟化的滲透液。設(shè)備300包括一過濾模件336，該過濾模件包括一引入供水的供水進(jìn)口334、一取出滯留液的滯留液出口338和一取出經(jīng)處理滲透液的滲透液出口348。過濾模件336可為各種公知的那諾過濾或逆滲透模件。例如，過濾模件336可為一卷繞成螺旋形的那諾過濾薄膜模件或一組這樣的模件，也可為按照上述模件10、110、210或410的許多空心纖維薄膜。
一供水通道310與過濾模件336的供水進(jìn)口334連通。設(shè)備300還包括把一種或多種清洗化學(xué)物注入過濾模件336上游供水通道310中的清洗化學(xué)物加入系統(tǒng)316。該清洗化學(xué)物加入系統(tǒng)316用來把含有清洗化學(xué)物的流體輸入供水通道310中。該流體可為液體，該液體可為酸如檸檬酸或碳酸；也可為氣體如二氧化碳?xì)怏w。
該清洗化學(xué)物加入系統(tǒng)316可采用多種形式。當(dāng)清洗化學(xué)物為液體如檸檬酸時(shí)，可使用各種裝置，例如定量輸送泵或與供水通道310中一文丘里管連接的儲(chǔ)槽。當(dāng)清洗化學(xué)物為二氧化碳?xì)怏w或把二氧化碳?xì)怏w溶解在供水中生成的碳酸時(shí)，該清洗化學(xué)物加入系統(tǒng)316可如圖12所示。在圖12中，一加壓氣缸317用來盛裝食用壓縮二氧化碳?xì)怏w。一個(gè)二氧化碳通道318在過濾模件336上游一點(diǎn)處使二氧化碳?xì)飧?17與供水通道310連通。最好是，二氧化碳通道318與供水通道310的連通點(diǎn)也在泵、閥等的上游，使得這些泵、閥也受二氧化碳的清洗。氣缸317下游也可有二氧化碳壓力調(diào)節(jié)器320和/或二氧化碳流率控制器324把氣體保持在合適的壓力和流率上。在氣缸317與供水通道310之間還用一個(gè)二氧化碳閥326、最好是電磁閥接通或切斷二氧化碳?xì)饬?。二氧化碳閥326可按照下述各種清洗方法的需要與一微處理器、一定時(shí)器或一壓力傳感器中的一個(gè)或多個(gè)連接。當(dāng)用溶液中的二氧化碳進(jìn)行清洗時(shí)，可用一個(gè)二氧化碳起泡裝置325穩(wěn)定二氧化碳引入供水處的細(xì)小氣泡，以加快二氧化碳?xì)怏w的溶解。二氧化碳起泡裝置325可由多孔空心纖維薄膜或多孔陶瓷管或一把陶瓷或不銹鋼用作填充材料的填充層構(gòu)成。
過濾模件336的上游可有一最好包括一合適過濾介質(zhì)和一活性碳棒的預(yù)過濾器314。該過濾介質(zhì)除去顆粒物質(zhì)、一般為直徑大于薄膜12內(nèi)徑約1/10的顆粒物質(zhì)?；钚蕴及舫ヂ取？蛇x用一個(gè)或多個(gè)預(yù)過濾器壓力變送器338監(jiān)測供水壓力和預(yù)過濾器314上的水壓損耗。
進(jìn)入過濾模件336中的供水有壓力，一般為40psi-200psi。供水水源可為加壓城市供水管道310或一井泵(未示出)。如供水水源為加壓城市供水管道，設(shè)備300可在過濾模件336上游用一水泵330提高供水進(jìn)口334處的水壓。如使用水泵330，可用一泵壓變換器332監(jiān)測過濾模件336緊上游處的水壓。
一滯留液通道340連通滯留液出口338與一排污管346。用一閥342、最好是一電磁閥開關(guān)滯留液的流動(dòng)。滯留液通道340中還有一滯留液流體控制機(jī)構(gòu)344如一流孔、一面積可變流孔或一控制閥用來調(diào)節(jié)滯留液流率。該滯留液流體控制機(jī)構(gòu)344最直接地控制過濾設(shè)備300的萃取比(所生成的滲透液與所輸入的供水的比)。盡管在某些設(shè)備中一單面積孔足夠使用，但一可變裝置用于下述在不進(jìn)行滲透時(shí)的清洗方法、保持對萃取比進(jìn)行更好控制。特別是，當(dāng)隨著供水水壓與滲透液水壓之差減小滯留液控制機(jī)構(gòu)344保持滯留液的最小流率以保持所需供水/滯留液最小流速時(shí)，最好使用可變裝置，這在下文討論。
一滲透液通道350與過濾模件336的滲透液出口348連通。該滲透液通道350可直接與一滲透液分配系統(tǒng)或一緩沖箱連接，該緩沖箱最好為這樣一個(gè)箱，其中的水壓隨著該箱中的滲透液的體積的增加而增加。例如，可在過濾模件336下游使用一有進(jìn)口360的膜式箱362?？捎靡凰畨鹤儞Q器361監(jiān)測該膜式箱362中的水壓。
設(shè)備300在過濾模件336下游還可包括一系統(tǒng)旁通閥356，在清洗或模件失靈、更換或維修時(shí)切斷向用戶供應(yīng)滲透液。當(dāng)系統(tǒng)旁通閥356關(guān)閉、旁通通道368中的旁通閥370打開時(shí)，旁通通道368連通供水通道310與滲透液通道350。
設(shè)備300阻擋可包括病菌、重金屬或造成硬度的鹽的懸浮固體粒子，從而生成過濾或軟化的滲透液。過濾時(shí)，閥312、342、356和358打開，旁通閥370關(guān)閉。起初，供水流過供水通道310。也可用水泵330提高供水進(jìn)口334處的供水水壓。從而，加壓水供應(yīng)給模件336的供水邊，從滲透液出口348收集離開薄膜外表面的滲透液，滲透過程中滯留液不斷從滯留液出口338流出。經(jīng)過濾的滲透液經(jīng)滲透液通道350流入加壓膜式箱362或直接流向用戶，這決定于是否使用加壓膜式箱(或其他類似箱)和對滲透液的不時(shí)需求。滯留液的流率用滯留液控制機(jī)構(gòu)344控制。在工業(yè)或商業(yè)環(huán)境中，設(shè)備300一般連續(xù)工作。然而，工作將取決于設(shè)計(jì)參數(shù)、操作參數(shù)、系統(tǒng)容量和系統(tǒng)上的需求量。設(shè)備300可包括過濾模件366下游、監(jiān)測滲透液流率的流率變換器352和監(jiān)測該系統(tǒng)的完整性的滲透傳感器354。
在一實(shí)施例中，設(shè)備300用來為一幢房子提供過濾和軟化水。過濾模件336為上述多級模件10、110、410。薄膜12的最小滲透率為0.1gfd/psi，最小硬度阻擋率約為75％。過濾模件336的薄膜表面積為100-500平方英尺，分成5-8級、最好為6-8級。過濾一遍、滯留液不反復(fù)循環(huán)、供水/滯留液最小流速低、萃取率高。供水/滯留液的最小流速一般為0.15至0.6ft/s之間，更一般為0.2ft/s-0.3ft/s。供水水壓為60psi-150psi。這一水壓在城市供水水壓范圍內(nèi)，無需使用水泵330。
在該實(shí)施例中，設(shè)備300一般每天工作1-6小時(shí)、更一般每天工作2-3小時(shí)。過濾過程受水箱水壓變換器361控制，該變換器受一可編程邏輯控制器或一與各閥連接的電路(均未示出)操縱。水箱水壓變換器361使得過濾在一預(yù)定最小水壓下開始，在一預(yù)定最大水壓下停止。過濾停止時(shí)，如使用水泵330(或使用井泵)，關(guān)掉該水泵，閥342和358關(guān)閉。
滲透液通道350可與一家庭供水管線(未示出)連通。但最好使用膜式水箱362。設(shè)備300長期工作，但在0.5gal/min至7.0gal/min之間、更好為1gal/min至3gal/min之間的供水流率下。因此，使用膜式水箱362存儲(chǔ)經(jīng)處理滲透液，直到用戶需要使用滲透液。膜式水箱362經(jīng)水箱進(jìn)口360與滲透液通道350連通。滲透液通道350在加壓膜式水箱362下游與家庭供水管線連接。膜式水箱362的容量為5gal至100gal之間、一般為30gal至70gal之間、更一般為50gal至60gal之間。
清洗過程為進(jìn)行清洗、減少結(jié)垢、延長逆滲透或那諾過濾模件的壽命，下述各種方法向這類模件提供清洗化學(xué)物。當(dāng)使用該模件生成軟化滲透液時(shí)這些方法特別有用，還使用清洗化學(xué)物控制結(jié)垢。為減少碳酸鹽水垢，清洗化學(xué)物最好為酸或在水中生成酸的物質(zhì)。
清洗化學(xué)物舉例說有檸檬酸，它可除垢，還可除去某些金屬。也可使用二氧化碳，二氧化碳對除去碳酸鹽水垢特別有效。二氧化碳對非常硬的水還用緩沖能力自限制，即過量的二氧化碳不會(huì)造成pH值過低和降低水質(zhì)。此外，食用二氧化碳對人體無害，家庭中可用壓縮氣體瓶獲得。供給模件的碳酸的pH值可為4.5-6.5、一般為5.0-6.0。供給模件的檸檬酸的pH值一般為2.5-3.0。
可用各種清洗方法除去或減少過濾模件336中的結(jié)垢。在滲透同時(shí)進(jìn)行的連續(xù)方法中，打開清洗化學(xué)物加入系統(tǒng)316在整個(gè)過濾過程中連續(xù)加入清洗化學(xué)物。如清洗化學(xué)物為二氧化碳，每當(dāng)閥342和358打開、即在預(yù)定最小壓力下打開，在預(yù)定最大壓力下關(guān)閉時(shí)打開與水箱水壓變換器361連接的二氧化碳閥326。二氧化碳流率控制器324設(shè)定成引入所需流量的二氧化碳。二氧化碳壓力調(diào)節(jié)器320和二氧化碳流率控制器324可預(yù)先設(shè)定成在各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下均滿足要求的單一設(shè)定值。也可連接二氧化碳壓力調(diào)節(jié)器320與二氧化碳流率控制器324對供水的絕對壓力、供水與滲透液的壓力差或滲透液流率中的一個(gè)或多個(gè)作出響應(yīng)，使得在單位供水體積中注入的二氧化碳數(shù)量大致保持不變。
待加入的清洗化學(xué)物的數(shù)量須在每次安裝后一般為6個(gè)月到一年的壽命期中薄膜變臟的程度不至于使?jié)B透率下降到無法使用的程度。在該壽命期到期時(shí)，可取出薄膜進(jìn)行強(qiáng)力清洗。例如，可加入二氧化碳，使得Langlier指數(shù)為0或接近0的負(fù)值，此時(shí)供水不結(jié)垢，腐蝕性極低。二氧化碳把結(jié)垢的不溶解碳酸鈣轉(zhuǎn)變成溶解的碳酸氫鈣。如此，加入二氧化碳可降低不溶解碳酸鈣的濃度，從而降低結(jié)垢率。供水中多余的二氧化碳還可清洗已除垢的薄膜表面，恢復(fù)薄膜的至少一部分滲透率。由于結(jié)垢鹽類的濃度在一多級過濾模件336的后面幾級中增加，因此，過濾模件336前面幾級中的結(jié)垢可不予重視。在這種情況下，可改變二氧化碳通道318的位置，只在后面幾級或最后一級的上游把二氧化碳直接供應(yīng)給過濾模件336，從而減少二氧化碳的用量。為減少二氧化碳用量，也可把二氧化碳通道318分成幾路，同時(shí)把二氧化碳注入供水通道310和過濾模件336最后一級或后面幾級的上游。
在滲透同時(shí)進(jìn)行的非連續(xù)方法中，定期在供水中加入清洗化學(xué)物。例如，可在1-3小時(shí)的時(shí)間間隔中加入二氧化碳5-30分鐘。為此在一連續(xù)工作的過濾系統(tǒng)300中用一定時(shí)器或微處理器(未示出)與二氧化碳閥326連接。如該過濾系統(tǒng)不連續(xù)工作，該定時(shí)器或微處理器與水箱水壓變換器361連接，從而只在閥342和358打開時(shí)才走時(shí)，每當(dāng)閥342和358關(guān)閉時(shí)二氧化碳閥326關(guān)閉。
其他清洗方法在滲透停止時(shí)不時(shí)進(jìn)行。一般定期進(jìn)行這些方法。例如，可在連續(xù)工作的工業(yè)或商業(yè)系統(tǒng)中在1-4小時(shí)間隔中進(jìn)行10-30分鐘二氧化碳清洗，防止變臟和除去上次清洗后可能生成的少量水垢。清洗的時(shí)間間隔也可更長、即每天一次，但每次清洗時(shí)除垢更徹底。每天清洗一次的方法特別適用于家庭，因?yàn)榍逑纯稍趯λ男枨笮〉臅r(shí)間、例如200am-400am中進(jìn)行。一般來說，清洗的頻率和強(qiáng)度決定于設(shè)計(jì)參數(shù)、工作參數(shù)、該系統(tǒng)的容量和對該系統(tǒng)的需求。
在不滲透時(shí)的連續(xù)方法中，一定時(shí)器或微處理器(未示出)在預(yù)定時(shí)間啟動(dòng)清洗步驟。滲透液閥358關(guān)閉但滯留液閥342保持打開，繼續(xù)供水。清洗化學(xué)物加入系統(tǒng)316工作，把清洗化學(xué)物輸入流經(jīng)過濾模件336的供水/滯留液一側(cè)的供水中。例如，如使用二氧化碳，二氧化碳閥326打開，把二氧化碳輸入流經(jīng)過濾模件336供水/滯留液一側(cè)的供水中。滯留液流率控制機(jī)構(gòu)344如為可變的，可在清洗一開始后打得更開，以提高二氧化碳流入過濾模件336的流速，直到二氧化碳流過整個(gè)模件。然后可調(diào)節(jié)滯留液流率控制機(jī)構(gòu)344和/或二氧化碳壓力調(diào)節(jié)器320或二氧化碳流率控制器324，以獲得所需二氧化碳濃度和接觸時(shí)間。
在保持和沖洗方法中，仍由一定時(shí)器或微處理器(未示出)在預(yù)定時(shí)間啟動(dòng)清洗步驟。滲透液閥358關(guān)閉，但繼續(xù)供水。在清洗化學(xué)物加入系統(tǒng)316把清洗化學(xué)物注入流入過濾模件336中的供水中的同時(shí)短時(shí)打開滯留液閥342，把滯留液沖出模件336。例如，打開二氧化碳閥326。兩閥保持打開，直到二氧化碳流經(jīng)過濾模件336的大多數(shù)供水/滯留液一側(cè)、最好是至少直到二氧化碳到達(dá)滯留液出口338。首先關(guān)閉滯留液閥342，使得過濾模件336供水/滯留液一側(cè)的水壓增加到供水水壓，然后關(guān)閉二氧化碳閥326。把含有二氧化碳的水在過濾模件中保持1-60分鐘、一般為10-30分鐘。檸檬酸反應(yīng)較慢，保持時(shí)間一般為1-2小時(shí)。經(jīng)足夠時(shí)間后，設(shè)備300恢復(fù)過濾，恢復(fù)由水箱水壓變換器361進(jìn)行控制。在恢復(fù)過濾前，可短時(shí)打開滯留液閥342和使供水流過過濾模件336，把過濾模件336中的液體沖出設(shè)備300。這一步驟一般并非必需，因?yàn)槎趸家汛笾掠猛辍４送猓谏鲜黾矣孟到y(tǒng)中，清洗在非用水高峰時(shí)進(jìn)行，不太可能馬上需要用水，多余的二氧化碳只是繼續(xù)與水垢反應(yīng)。
用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行清洗在另一種清洗方法中，清洗過濾模件336時(shí)在過濾模件336的供水/滯留液一側(cè)保持加壓二氧化碳?xì)怏w。仍參見圖12，仍使用清洗化學(xué)物加入系統(tǒng)316，只是無需二氧化碳起泡裝置325。
為進(jìn)行這一清洗方法，首先關(guān)閉供水閥380和滲透液閥358，切斷過濾模件336與供水管線310的連接。打開二氧化碳閥326和滯留液閥342預(yù)定時(shí)間，使二氧化碳?xì)怏w排出過濾模件336中的供水/滯留液。例如，除了由薄膜12的微孔或薄膜12表面上水膜或過濾模件336的供水/滯留液一側(cè)的其他部分中的表面張力保留的供水/滯留液，所有供水/滯留液被排出過濾模件336的供水/滯留液一側(cè)。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器320把氣壓保持在10kPa-100kPa、一般為10-50kPa的范圍中。一旦供水/滯留液排出，關(guān)閉滯留液閥342和二氧化碳閥326，使過濾模件336中充滿二氧化碳?xì)v時(shí)1-40分鐘、一般約5-30分鐘，此時(shí)二氧化碳與結(jié)垢化合物反應(yīng)。然后打開供水閥380和滯留液閥342，沖洗過濾模件336。用過濾模件336供水/滯留液一側(cè)體積的1-10倍、最好是1-2倍的水量沖洗過濾模件336，然后關(guān)閉供水閥380和滯留液閥342中的一個(gè)或兩個(gè)，停止沖洗。在過濾模件336中保持二氧化碳、然后用供水沖洗這一周期視結(jié)垢程度反復(fù)進(jìn)行1-5次。當(dāng)該清洗方法用作維護(hù)清洗時(shí)，當(dāng)過濾模件336結(jié)垢成其初始滲透率的約80-90％時(shí)進(jìn)行1或2個(gè)周期的清洗即可。在其他清洗下，當(dāng)過濾模件336結(jié)垢成其初始滲透率的30-80％時(shí)一般必須進(jìn)行2-5個(gè)周期的清洗。
在沖洗和保持方法中，與把二氧化碳溶解在供水中比較，氣體二氧化碳清洗方法的二氧化碳用量減少。這是因?yàn)槎趸贾蝗芙庠诒∧?2的微孔中或表面上的水中。例如，如在一試驗(yàn)過濾系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)過濾模件336有500個(gè)長度約1米的空心纖維薄膜12，在同等清洗效果下，把二氧化碳?xì)怏w溶解在供水中的一個(gè)沖洗和保持清洗周期一般需要約1-2Std.L，而二氧化碳?xì)怏w直接進(jìn)入過濾模件336中的一個(gè)沖洗和保持周期只使用約0.07-0.1Std.L。在商進(jìn)化實(shí)施例中，本發(fā)明人預(yù)期，在同等清洗效果下，二氧化碳用量的差別沒有這么大，但在沖洗和保持方法中的二氧化碳?xì)怏w用量仍需使用溶解在供水中的二氧化碳的沖洗和保持方法的一半。在某些實(shí)施例中，從運(yùn)行和控制裝置的成本考慮，使用溶解在供水中的二氧化碳為佳，但在其他情況下，由于二氧化碳用量減少，直接使用二氧化碳?xì)怏w為佳。
上述方法可組合使用，例如在滲透的同時(shí)在供水中連續(xù)加入清洗化學(xué)物和在停止?jié)B透的同時(shí)定期強(qiáng)力除垢。上述各種方法也可與上述逆流組合，特別對于流向相反時(shí)各級重新組合的模件10而言。如在供水中連續(xù)加入二氧化碳，在模件供水進(jìn)口334和模件滯留液出口338之間與供水一起交替供應(yīng)清洗化學(xué)物。因此，模件336的第一級和最后一級在高濃度清洗化學(xué)物的較低硬度水與低濃度清洗化學(xué)物的較高硬度水之間交替，清洗化學(xué)物的濃度在模件336中流動(dòng)時(shí)減小。因此，清洗化學(xué)物加入到供水中，同時(shí)供水至少在液流剛反向后首先流入模件結(jié)垢最重的部分。
如定期加入清洗化學(xué)物，液流也與在供水中加入清洗化學(xué)物同時(shí)定期反向。因此，在一天的大部分時(shí)間中，供水正向流動(dòng)，最后一級結(jié)垢。在用水低峰期，流向相反，把清洗化學(xué)物加入供水中。因此在供水首先流入模件結(jié)垢最重部分時(shí)清洗化學(xué)物加入供水中。
例子例1圖13為在停止?jié)B透時(shí)進(jìn)行的兩種清洗方法的二氧化碳用量比較圖，第一種方法為不滲透時(shí)的連續(xù)方法，第二種方法為保持和沖洗方法。y軸表示滲透率復(fù)原，x軸表示以磅(1b)為單位的二氧化碳用量。黑菱形和黑方形表示以不滲透時(shí)的連續(xù)方法除垢的兩模件?？瞻琢庑魏头叫伪硎疽员３趾蜎_洗方法除垢的相同兩模件。薄膜結(jié)垢程度與模件工作16小時(shí)對應(yīng)，供水為合成溶液，水壓為100psi，溫度為7-10℃，滯留液流出流速為0.19ft/s。清洗條件包括供水水壓為100psi，溫度為20-25℃，供水為含有二氧化碳?xì)馀莸墓I(yè)用水，pH值為6.0-5.5，流速為0.64ft/s(在沖洗或不滲透時(shí)的連續(xù)清洗過程中)，沖洗時(shí)間為1分鐘，保持時(shí)間為1-40分鐘，流動(dòng)時(shí)間(在不滲透時(shí)的連續(xù)方法中)為5-30分鐘、如下表所示，兩模件的特性稍有不同。
兩種方法在模件除垢上都取得成功。但是，總的情況是，保持和沖洗方法所需二氧化碳比連續(xù)方法少得多。
例2圖14示出保持和沖洗方法中保持時(shí)間對薄膜滲透率的影響。y軸表示滲透率提高百分比，x軸表示以分鐘為單位的保持時(shí)間。在這些實(shí)驗(yàn)中，所有薄膜用硬度為1200mg/L的碳酸鈣合成溶液結(jié)垢16小時(shí)，以模擬一萃取率為80-90％的多級模件的最后一級。每一數(shù)據(jù)點(diǎn)示出在消耗0.003磅二氧化碳后獲得的滲透率提高量。薄膜結(jié)垢的測試條件包括供水水壓為100psi，溫度為7-10℃，歷時(shí)16小時(shí)，供水為合成溶液，出口處流速為0.19ft/s。薄膜清洗的測試條件包括供水水壓為100psi，溫度為20-25℃，供水水流包括pH值為5.5-5.0的工業(yè)用水和二氧化碳，沖洗時(shí)出口流速為0.64ft/s，沖洗時(shí)間為1分鐘，保持時(shí)間為1-40分鐘。如上表所示，測試特性不同的兩模件。該圖表明，保持時(shí)間超過約15-20分鐘時(shí)，薄膜滲透率的提高從最高點(diǎn)下降。
例3圖15示出一單級過濾模件的供水/滯留液流出流速對該過濾模件的滲透率的影響。y軸表示滲透率(L/m2/h/bar)，x軸表示出口流速(ft/s)。測試條件包括模件壓力為100psi，溫度為25-30℃，歷時(shí)4-6小時(shí)，用總硬度為1200mg/L的碳酸鈣合成供水溶液模擬一萃取率為80-90％的多級模件的最后一級。測試尺寸不同的三個(gè)模件。這些模件的詳細(xì)情況見下表。
該圖表明，當(dāng)出口流速超過約0.2ft/s(最小供水/滯留液流速)時(shí)，出口流速的提高對薄膜滲透率的影響不大。出口流速低于約0.15ft/s時(shí)滲透率下降，迅速結(jié)垢。
例4在一組4個(gè)測試中，使用內(nèi)徑為0.5mm、上涂料后選擇性地阻擋(即保留)造成硬度的鹽的那諾過濾薄膜。在這些測試中使用薄膜過濾和軟化非常硬、結(jié)垢嚴(yán)重的供水，其總硬度超過3000mg/L。工作6小時(shí)后，薄膜中的流量有各種程度的顯著下降。用pH值為6.3的二氧化碳溶液在薄膜中循環(huán)。在這些測試的三個(gè)測試中，薄膜中的流量完全復(fù)原。
例5兩Desal DL1812卷繞成螺旋形的那諾過濾模件工作在50％萃取率和約99psi TMP下。供水以正Ryznar指數(shù)自然結(jié)垢。二氧化碳連續(xù)注入模件之一的供水中，將其pH值從8.0減小到6.5。供水中不加入二氧化碳的模件的流量穩(wěn)定在0.20gfd/psi。供水中加入二氧化碳的模件的流量穩(wěn)定在0.26gfd/psi，提高30％。
例6用空心纖維薄膜的那諾過濾模件測試二氧化碳?xì)怏w清洗。該模件有約600個(gè)內(nèi)徑約為0.4mm的纖維，總表面積約為0.8平方米。用該模件過濾碳酸鈣總硬度為1500-1700mg/L的供水。纖維中最小供水/滯留液流速約為0.06m/s。供水管線和滲透液管線中的各閥關(guān)閉后進(jìn)行清洗。然后把一個(gè)二氧化碳加壓氣源連接到滯留液排放管線中后在供水管線中打開排放閥，使得二氧化碳?xì)怏w排出模件中的供水/滯留液。二氧化碳?xì)怏w在50kPa壓力下在模件中保持20分鐘。然后用低硬度水沖洗模件。在模件中保持加壓二氧化碳后沖洗模件這一周期反復(fù)進(jìn)行多次。然后恢復(fù)使用該模件。
該模件的初始滲透率為2.8L/m2/h/bar。在過濾一段時(shí)間后，模件的滲透率為2.4L/m2/h/bar。模件用二氧化碳?xì)怏w清洗后的滲透率為2.8L/m2/h/bar。因此二氧化碳?xì)怏w清洗把模件成功地恢復(fù)到其初始滲透率。
例7用合成硬水溶液弄污一表面積為0.76平方米、硬度總衰減為76％、初始滲透率為2.11L/m2/h/bar的硬度阻擋那諾薄膜模件。在結(jié)垢期結(jié)束時(shí)，測得模件滲透率為1.65L/m2/h/bar。然后使用沖洗和保持方法用合成硬水溶液中的二氧化碳溶液清洗。沖洗水量為模件供水/滯留液一側(cè)體積的2-3倍，保持時(shí)間為20分鐘。清洗后，使用合成硬水溶液測得模件的滲透率為1.92L/m2/h/bar。然后重新用合成硬水溶液弄污同一模件。結(jié)垢期結(jié)束時(shí)模件滲透率為1.6L/m2/h/bar。然后使用沖洗和保持方法用二氧化碳?xì)怏w清洗模件。清洗后，使用合成硬水溶液測得模件的滲透率為1.84L/m2/h/bar。
可在由后附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)對上述實(shí)施例作出種種修正。
權(quán)利要求
1.一種過濾模件，包括(a)一對相對的集管；(b)多個(gè)空心纖維薄膜，這些薄膜封裝在集管中，使得薄膜的腔通向集管的遠(yuǎn)端面；(c)一個(gè)伸展在集管之間且具有一滲透液出口的殼體，該殼體限定一滲透液收集室，該滲透液收集室與薄膜外部連通；(d)裝在每個(gè)集管上的一個(gè)或多個(gè)蓋帽，這些蓋帽(i)蓋住集管的遠(yuǎn)端面，(ii)包括一個(gè)或多個(gè)把薄膜分成連續(xù)級的隔離器，每一級具有第一端和第二端，薄膜的腔在第一端和第二端上與一個(gè)蓋帽連通，以及(iii)在每一前級的第二端與每個(gè)后級的第一端之間形成方向一般與模件周邊平行的流體流路；(e)在第一級第一端上與第一級薄膜的腔連通的一個(gè)模件供水進(jìn)口；以及(f)在最后一級第二端上與最后一級薄膜的腔連通的一個(gè)模件出口。
2.按權(quán)利要求1所述的模件，其特征在于每一前級的薄膜的表面積為其后級的薄膜的表面積的1至2.5倍，各級表面積從第一級到最后一級減小。
3.按權(quán)利要求2所述的模件，其特征在于(a)隔離器上裝有閥，這些隔離器布置成當(dāng)供水以反向流入模件，進(jìn)入模件滯留液出口時(shí)，隔離器(i)把薄膜重新組合成具有第一端和第二端的第二前級和第二后級，薄膜的腔通向所述的端，以及(ii)在每個(gè)第二前級的第二端與每個(gè)第二后級的第一端之間形成流路，該流路有助于級際流與模件周邊大致平行；以及(b)每個(gè)第二前級的薄膜的表面積為第二直接后級的薄膜的表面積的1至2.5倍，各第二級表面積從第一級到最后一級減小。
4.按權(quán)利要求3所述的模件，其特征在于所述閥為單向閥，其打開方向使得權(quán)利要求1的組合和權(quán)利要求3的重新組合由在各級中流動(dòng)的液體的作用實(shí)現(xiàn)。
5.按權(quán)利要求1所述的模件，其特征在于所述薄膜為逆滲透或那諾過濾薄膜。
6.按權(quán)利要求1所述的模件，其特征在于所述集管的橫截面呈圓形，各級呈一圓柱體的扇形部分。
7.按權(quán)利要求1所述的模件，其特征在于每一個(gè)集管由彼此連接的多個(gè)獨(dú)立套圈構(gòu)成，薄膜封裝在包括每個(gè)集管中的一個(gè)套圈的相對的多對套圈中。
8.按權(quán)利要求7所述的模件，其特征在于集管具有圓柱形的橫截面，套圈形狀呈一個(gè)圓柱體的扇形部分。
9.按權(quán)利要求8所述的模件，其特征在于所有套圈的形狀和大小相同。
10.按權(quán)利要求8所述的模件，其特征在于每一封裝在一套圈中的薄膜離開封裝在該套圈中的該束薄膜的邊緣的距離不大于約35mm。
11.按權(quán)利要求7所述的模件，其特征在于薄膜為逆滲透或那諾過濾薄膜。
12.按權(quán)利要求7所述的一種制作模件的方法，包括下列步驟a)提供大小和形狀相同的多個(gè)套圈，該多個(gè)套圈的數(shù)量足夠制作集管對；b)把薄膜封裝入相對的多對套圈中；c)對單獨(dú)的相對的多對套圈中的薄膜按需要上涂料或進(jìn)行各測試步驟；d)把相對的多對套圈粘在一起，形成所述相對集管對；e)把集管裝在兩端中的端帽上；f)安裝端帽。
13.按權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于在把所述套圈固定在一封裝夾具中時(shí)，同時(shí)把薄膜封裝在所有相對的多對套圈中，然后在按需要對薄膜上涂料或進(jìn)行測試步驟前互相分開相對的多對套圈。
14.一種過濾模件，包括(a)一對相對的集管；(b)多個(gè)空心纖維薄膜，這些薄膜封裝在所述集管中，使得薄膜的腔通向所述集管的遠(yuǎn)端面；(c)一個(gè)伸展在所述集管之間且具有一滲透液出口的殼體，該殼體限定一滲透液收集室，該滲透液收集室與薄膜外部連通；(d)裝在每個(gè)集管上的一個(gè)或多個(gè)蓋帽，所述蓋帽蓋住所述集管的遠(yuǎn)端面；(e)一個(gè)將供水流入薄膜的腔中的模件供水進(jìn)口；以及(f)一供薄膜的腔中的滯留液流出模件的模件出口，其特征在于每一個(gè)集管由彼此連接的多個(gè)獨(dú)立套圈構(gòu)成，薄膜封裝在包括每個(gè)集管中的一個(gè)套圈的相對的多對套圈中。
15.按權(quán)利要求14所述的模件，其特征在于集管具有圓柱形橫截面，所述套圈呈一圓柱體的扇形部分。
16.按權(quán)利要求15所述的模件，其特征在于所有套圈的形狀和大小都相同。
17.按權(quán)利要求15所述的模件，其特征在于套圈封裝一個(gè)長度不大于3英寸的弦。
18.按權(quán)利要求14所述的模件，其特征在于薄膜為逆滲透或那諾過濾薄膜。
19.一種按權(quán)利要求14制作模件的方法，包括下列步驟a)提供大小和形狀相同的多個(gè)套圈，這多個(gè)套圈的數(shù)量足夠制作所述的集管對；b)把薄膜封裝在相對的多對套圈中；c)對單個(gè)相對的多對套圈進(jìn)行所需的薄膜上涂料或各測試步驟；d)把相對的多對套圈粘在一起，形成所述的相對集管對；e)把集管裝在兩端中的端帽上；f)安裝端帽。
20.按權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于在把套圈固定在一封裝夾具中時(shí)，同時(shí)把薄膜封裝入所有相對的多對套圈中，然后在按需要對薄膜上涂料或進(jìn)行測試步驟前互相分開相對的多對套圈。
21.一種過濾水以除去硬度的過程，包括下列步驟(a)使待過濾的水流入一外流式空心纖維薄膜的模件的一個(gè)第一端，這些薄膜可選擇性地阻擋造成硬度的鹽；(b)從薄膜的外表面收集軟化的滲透液；(c)從所述模件的第二端收集滯留液；以及(d)定期改變通過模件的供水的流向，使得待過濾水流入所述模件的第二端，滯留液從所述模件的第一端流出。
22.按權(quán)利要求1所述的過程，其特征在于模件為按權(quán)利要求3所述的模件。
23.一種除去硬度的過濾過程，包括下列步驟(a)提供按權(quán)利要求1所述的模件，該模件的硬度阻擋率至少為75％，初始滲透率大于0.1gfd/psi；(b)使供水流入所述模件供水進(jìn)口以使供水流經(jīng)模件一次；(c)從模件出口排出滯留液；以及(d)從滲透液出口排出滲透液，其特征在于，任何一級中的供水/滯留液最小流速在約0.15和0.6ft/s之間。
24.按權(quán)利要求23所述的過程，其特征在于任何一級中的供水/滯留液最小流速在約0.2和0.3ft/s之間。
25.一種過濾水以除去硬度的過程，包括下列步驟(a)使待過濾水再次流入一個(gè)空心纖維薄膜模件的供水或滯留液一側(cè)，所述薄膜的該供水或滯留液一側(cè)為其腔，所述薄膜可選擇性地阻擋造成硬度的鹽；(b)從薄膜的滲透液一側(cè)收集軟化滲透液；(c)從模件中收集滯留液；以及(d)在供水流入空心纖維薄膜的腔中之前把二氧化碳加入供水中。
26.按權(quán)利要求25所述的過程，其特征在于二氧化碳被連續(xù)加入供水中，其數(shù)量使得Langelier指數(shù)為0或接近0的負(fù)值。
27.按權(quán)利要求25所述的過程，其特征在于當(dāng)對滲透液的需求低時(shí)不時(shí)在供水中加入二氧化碳，當(dāng)二氧化碳加入供水中時(shí)或是不生成滲透液或是所生成的滲透液不予使用。
28.按權(quán)利要求25所述的過程，其特征在于進(jìn)一步包括定期使通過模件的供水流向改變方向；當(dāng)待過濾的水反向流入模件中時(shí)在待過濾水中加入二氧化碳。
29.按權(quán)利要求21所述的過程，其特征在于進(jìn)一步包括當(dāng)待過濾的水反向流入模件中時(shí)在待過濾水中加入二氧化碳。
30.一種可除去供水中的硬度的那諾過濾或逆滲透設(shè)備，包括(a)一個(gè)可阻擋硬度的那諾過濾或逆滲透過濾模件，其具有一個(gè)引入供水的模件供水進(jìn)口、一個(gè)排出含有硬度的滯留液的模件出口和一排出經(jīng)處理的滲透液的滲透液出口；(b)一個(gè)與該過濾模件的模件供水進(jìn)口連通以將加壓供水輸入模件流過一遍的供水通道；(c)一個(gè)把含有二氧化碳的流體注入加壓供水中的可控二氧化碳加入系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有至少一個(gè)排出該流體的出口；以及(d)一個(gè)連通該二氧化碳加入系統(tǒng)與所述該供水通道或所述那諾過濾模件的二氧化碳通道。
31.按權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括(a)一個(gè)與滲透液出口連通的滲透液通道；以及(b)一個(gè)存儲(chǔ)經(jīng)處理滲透液的加壓膜式水箱，該水箱具有一個(gè)與該滲透液通道連通以接收和除去滲透液的水箱進(jìn)口。
32.按權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其特征在于供水的水壓只是城市供水水壓。
33.按權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于那諾過濾模件為按權(quán)利要求1所述的模件。
34.一種過濾過程，包括下列步驟滲透過程為(a)使待過濾加壓水流入一薄膜模件的供水/滯留液一側(cè)，這些薄膜可選擇性地阻擋硬度；(b)從該模件的滲透液一側(cè)收集軟化滲透液；(c)收集模件中的滯留液；以及(d)定期停止?jié)B透；(i)把一為酸或在水中形成酸的流體注入該模件的供水/滯留液一側(cè)；(ii)在模件的供水/滯留液一側(cè)中以選定的時(shí)間保持該為酸或在水中形成酸的流體；以及(iii)在該選定時(shí)間結(jié)束后從該模件的供水/滯留液一側(cè)沖洗所述為酸或在水中形成酸的流體。
35.按權(quán)利要求34所述的過程，其特征在于在模件供水/滯留液一側(cè)中注入所述為酸或在水中形成酸的流體的時(shí)間足以替換模件的供水/滯留液一側(cè)上的供水/滯留液。
36.按權(quán)利要求35所述的過程，其特征在于所述流體呈酸性，其pH值為4.5至6.5之間。
37.按權(quán)利要求36所述的過程，其特征在于所述選定時(shí)間為20至30分鐘之間。
38.一種過濾過程，包括下列步驟滲透過程為(a)使待過濾加壓水流入一薄膜模件的供水/滯留液一側(cè)，這些薄膜可選擇性地阻擋硬度；(b)從該模件的滲透液一側(cè)收集軟化滲透液；(c)從模件中收集滯留液；以及(d)定期停止?jié)B透；(i)把在水中形成酸的氣體注入所述模件的供水/滯留液一側(cè)一段足夠的時(shí)間以基本上替換該模件供水/滯留液一側(cè)的供水/滯留液；(ii)在該模件的供水/滯留液一側(cè)中以選定的時(shí)間保持在水中形成酸的所述氣體；以及(iii)在該選定時(shí)間結(jié)束后從所述模件的供水/滯留液一側(cè)沖洗所述的為酸或在水中形成酸的流體。
39.按權(quán)利要求38所述的過程，其特征在于所述的在水中形成酸的氣體為二氧化碳?xì)怏w。
40.按權(quán)利要求39所述的過程，其特征在于該選定時(shí)間為20至30分鐘之間。
41.按權(quán)利要求40所述的過程，其特征在于在5至50psi壓力下以選定的時(shí)間把所述二氧化碳?xì)怏w保持在空心纖維薄膜的腔中。
42.按權(quán)利要求42所述的過程，其特征在于所述二氧化碳?xì)怏w在薄膜微孔中的水中生成酸，該酸pH值為4.5至6.5之間。
全文摘要
一種過濾模件,包括許多懸置在一對相對集管之間的空心纖維那諾過濾或逆滲透薄膜。薄膜的腔為滯留液或供水側(cè)。薄膜成組布置、例如一圓柱體的扇形部,從而形成前后級。一滲透液收集室與各級直接連通。各級由蓋帽連接,這些蓋帽在模件兩端一般有隔離器。該模件用來過濾水,當(dāng)裝有可選擇性地阻擋造成硬度的鹽的空心纖維薄膜時(shí)也可用來除去硬度。討論了使用酸性溶液或二氧化碳?xì)怏w的各種清洗方法。清洗方法包括:滲透過程中在供水中連續(xù)或定期加入酸;在不滲透時(shí)用酸性溶液沖洗模件;在不滲透時(shí)在模件中保持酸性溶液或二氧化碳?xì)怏w預(yù)定時(shí)間,然后沖洗。還公開了一種過濾系統(tǒng)。
文檔編號B01D61/02GK1386070SQ01801951
公開日2002年12月18日 申請日期2001年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者西達(dá)雅特·侯賽因, 亨利·比赫曼, 皮埃爾·科特, 伊恩·波廷杰, 埃拉·墨菲 申請人:齊儂環(huán)境有限公司