適合家用的超濾系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括適合家用的那些的超濾系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]逆滲透(RO)膜系統(tǒng)在各種工業(yè)、城市和住宅應(yīng)用中用于處理液體。一種愈來愈風(fēng)行的應(yīng)用為給水或“自來”水在食用或使用(例如在家用電器中)之前的處理。在典型家用實(shí)施例中，加壓的給水穿過包含至少一個螺旋卷繞的RO膜元件的容器并且產(chǎn)生飲用水“滲透物”和濃縮物或“鹵水”。可連續(xù)或間歇地將滲透物收集在滲透物儲存槽中，使其按需可用。濃縮物通常被引導(dǎo)到排水口。
[0003]當(dāng)系統(tǒng)不在使用中時，存在于在RO元件內(nèi)的給水中的鹽和其他雜質(zhì)緩慢擴(kuò)散穿過RO膜。因此，當(dāng)系統(tǒng)再啟動時，由RO膜產(chǎn)生的滲透物的初始來源具有相對高濃度的雜質(zhì)。這種影響在具有其中此類鹽被快速稀釋的大型滲透物儲存槽的系統(tǒng)中可較少檢測到。US6190558描述了用于降低這種影響而無需使用滲透物儲存槽的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括水龍頭一打開就運(yùn)行并且在水龍頭關(guān)閉之后繼續(xù)運(yùn)行延長的一段時間的栗。在該延長時間段期間，建立了再循環(huán)回路，其中滲透通過RO膜的凈化水與經(jīng)再循環(huán)的濃縮物和少量新鮮給水混合，并且所得混合物再循環(huán)至RO膜元件的進(jìn)料側(cè)。不利的是，這種系統(tǒng)需要長再循環(huán)時間以便將鹽和礦物質(zhì)減小至可接受的低水平。在一些實(shí)施例中，回收的鹵水可實(shí)際上導(dǎo)致膜結(jié)垢和積垢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實(shí)施例中本發(fā)明包括用于處理水的超濾系統(tǒng)(10)，其包括:具有進(jìn)料口(22),滲透物出口( 24)和濃縮物出口(26)的容器(20);位于容器(20)內(nèi)的至少一個螺旋卷繞的膜元件(28);具有通過接合點(diǎn)(42)與給水源(40)流體連通的低壓側(cè)(32)和與進(jìn)料口
(22)流體連通的高壓側(cè)(34)的栗(30);連接至滲透物出口(24)并且適于選擇性引導(dǎo)滲透物在經(jīng)處理的水出口( 52)與接合點(diǎn)(42)之間流動的滲透物閥(50);在濃縮物出口( 26)與排出口(62)之間的流動路徑(60);以及沿流動路徑(60)定位并且適于改變對在高值與低值之間的濃縮物流動的阻力的流量限制器(64)。本發(fā)明還包括操作此類系統(tǒng)的方法。
【附圖說明】
[0005]附圖并未按比例繪制并且包括理想化視圖以便于描述。在可能的情況下，已在整個附圖和書面描述中使用相同的編號來指代相同或相似的特征。
[0006]圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例的示意圖。
[0007]圖2是目標(biāo)系統(tǒng)在滲透物產(chǎn)生階段期間操作的示意圖；
[0008]圖3是目標(biāo)系統(tǒng)在元件沖洗階段期間操作的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明包括適用于逆滲透(RO)和納米過濾(NF)的螺旋卷繞的模塊(“元件”)。此類模塊包括圍繞滲透物收集管卷繞的一個或多個RO或NF包膜和進(jìn)料間隔片。用于形成包封的RO膜幾乎全部溶解鹽相對不可滲透并且通常阻擋大于約95 %的具有單價離子的鹽，如氯化鈉。RO膜還通常阻擋大于約95%的無機(jī)分子以及分子量大于約100道爾頓的有機(jī)分子。NF膜比RO膜片更可滲透并且通常阻擋小于約95%的具有單價離子的鹽，同時阻擋大于約50%(并且常常大于90%)的具有二價離子的鹽，這取決于二價離子的種類。NF膜還通常阻擋在納米范圍內(nèi)的粒子以及分子量大于約200道爾頓到500道爾頓的有機(jī)分子。出于本說明書的目的，NF和RO統(tǒng)稱為“超濾”。
[0010]螺旋卷繞膜元件可通過收集管將一個或多個包膜和任選的一個或多個進(jìn)料通道間隔片(“進(jìn)料間隔物”)圍繞滲透物收集管卷繞形成。每一個包膜優(yōu)選包含在滲透物通道間隔片(“滲透物間隔物”)周圍的兩個基本上矩形的膜片。這種夾層類型結(jié)構(gòu)沿三個邊固定在一起(例如通過密封劑)，而第四邊臨接滲透物收集管。滲透物間隔物與穿過滲透物收集管的開口處于流體接觸。元件的外殼可由包括不銹鋼、膠帶和PVC材料的各種材料構(gòu)建。關(guān)于螺旋卷繞的元件的各種部件和構(gòu)造的額外細(xì)節(jié)提供于文獻(xiàn)中，參見例如:US 5538642(描述了用于將滲透物間隔物附接到滲透物收集管的技術(shù))、US 7875177(描述了用于形成插入點(diǎn)密封的UV粘合劑的整平操作和使用、US 7951295(描述了可適用的葉片包)。
[0011]膜片不受特定限制并且可使用多種材料，例如醋酸纖維素材料、聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚偏二氟乙烯等。優(yōu)選的膜片為具有通過界面聚合形成的區(qū)分層的復(fù)合結(jié)構(gòu)。典型復(fù)合超濾膜包括非編織背襯網(wǎng)(例如購自阿波紙業(yè)公司(Awa Paper Company)的非編織物如聚酯纖維織物)的背層(背側(cè))、包含約25μπι至125μπι典型厚度的多孔載體的中間層和包含厚度通常小于約I微米(例如0.01微米到I微米，但更通常約0.Ο?μπι到0.Ιμπι)的薄膜聚酰胺層的頂區(qū)分層(前側(cè))。背層不受特定限制，但優(yōu)選包含包括可取向的纖維的非編織物或纖維網(wǎng)墊。替代地，可使用如帆布等編織物。代表性示例描述于US 4，214，994;US 4,795,559；US5,435,957；US 5,919,026；US 6，156,680;US2008/0295951 和US 7,048，855中。多孔載體通常為聚合材料，其孔徑具有足夠大小以允許滲透物基本上不受限制通過，但并不足夠大以便干擾形成于其上的薄膜聚酰胺層的橋接。舉例來說，所述載體的孔徑優(yōu)選在約0.ΟΟΙμπι到
0.5μπι范圍內(nèi)。多孔載體的非限制性示例包括由以下制成的那些多孔載體:聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚酰胺、聚醚酰亞胺、聚丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯、聚丙烯和多種鹵化聚合物如聚偏二氟乙烯。如在US 4277344和US 6878278中所述，區(qū)分層優(yōu)選通過在微孔聚合物層的表面上多官能胺單體與多官能?；u單體之間的界面聚縮合反應(yīng)形成。
[0012]參照附圖，目標(biāo)超濾系統(tǒng)的實(shí)施例通常示出為10，其包括具有進(jìn)料口(22)、滲透物出口(24)和濃縮物出口(26)的容器(20)。在本發(fā)明中使用的容器不受特定限制，但通常包括能夠承受與操作條件相關(guān)的壓力的外殼結(jié)構(gòu)(例如塑料、金屬、玻璃纖維、包封發(fā)泡材料)。對于家用應(yīng)用，操作壓力通常低于2MPa或甚至低于IMPa。容器結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括具有對應(yīng)于一個或多個螺旋卷繞的元件的外周邊的內(nèi)周邊的腔室。腔室的長度優(yōu)選對應(yīng)于待連續(xù)(軸向)裝載的元件的組合長度。對于家用應(yīng)用，代表性元件為可購自陶氏化學(xué)公司(TheDow Chemical Company)的型號TW30-1812-75。在優(yōu)選實(shí)施例中，單個元件(28)位于容器
(20)內(nèi)。在替代實(shí)施例中，兩個串聯(lián)放置的螺旋卷繞的膜元件(28)位于容器(20)內(nèi)。容器的方向不受特定限制，例如可使用水平方向和垂直方向兩者。
[0013]系統(tǒng)(10)進(jìn)一步包括具有通過接合點(diǎn)(42)與給水源(40)流體連通的低壓側(cè)(32)和與進(jìn)料口(22)流體連通的高壓側(cè)(34)的栗(30)。栗的選擇不特別重要，但對于家用應(yīng)用，通常期望能夠產(chǎn)生至少10kPa流體壓力的小電力驅(qū)動栗。
[0014]系統(tǒng)(1)進(jìn)一步包括連接到滲透物出口(24)的滲透物閥(50)。閥(50)適于選擇性引導(dǎo)滲透物在經(jīng)處理的水出口(52)(例如水龍頭、家用電器如制冰機(jī)、扁平餐具墊圈等)與接合點(diǎn)(42)之間流動。
[0015]流動路徑(60)(例如管子、管道等)在濃縮物出口(26)與排出口(62)例如排水口之間延伸。流量限制器(64)沿流動路徑(60)定位并且適于對在高值與低值之間的濃縮物流動施加可變阻力。雖然不受特定限制，但是在所說明的實(shí)施例中，流量限制器(64)包括濃縮物閥(66)，其適于選擇性引導(dǎo)濃縮物沿流動路徑(60)經(jīng)由低阻力路徑(68)和高阻力路徑(69)到排出口(62)流動。高阻力路徑(69)可包含對流體流量的被動約束(如束狀中空纖維等)，或主動約束(例如隨可變尺寸的孔的可調(diào)節(jié)閥)。螺旋卷繞的膜元件(28)為在進(jìn)料口(22)與滲透物出口(24)之間的液體流動提供阻力。在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)在25°C下使用純水測量時，由流量限制器(64)經(jīng)由高阻力路徑(69)施加的對濃縮物流動的阻力的高值與由螺旋卷繞的膜元件(28)提供的對液體流動的阻力的比率大于3。在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)在25°C下使用純水測量時，由流量限制器(64)經(jīng)由低阻力路徑(69)施加的對濃縮物流動的阻力的低值與由螺旋卷繞的膜元件(28)提供的對液體流動的阻力的比率大于1/3。更優(yōu)選地該比大于1/2或甚至I。出于本說明書的目的，“阻力”(R)被定義為壓降(Ap)與流速(F)的比率，SPR=Δρ/F，并且當(dāng)容器在2