多级过滤和软化模件以及除垢操作的简化制造技术

一种过滤模件，包括许多悬置在一对相对集管之间的空心纤维那诺过滤或逆渗透薄膜。薄膜的腔为滞留液或供水侧。薄膜成组布置、例如一圆柱体的扇形部，从而形成前后级。一渗透液收集室与各级直接连通。各级由盖帽连接，这些盖帽在模件两端一般有隔离器。该模件用来过滤水，当装有可选择性地阻挡造成硬度的盐的空心纤维薄膜时也可用来除去硬度。讨论了使用酸性溶液或二氧化碳气体的各种清洗方法。清洗方法包括：渗透过程中在供水中连续或定期加入酸；在不渗透时用酸性溶液冲洗模件；在不渗透时在模件中保持酸性溶液或二氧化碳气体预定时间，然后冲洗。还公开了一种过滤系统。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多级那诺过滤(nanofilfration)或逆渗透薄膜模件、使用这一模件过滤水或除去硬度的过程、清洁这一模件或保持这一模件的渗透性的过程以及特别用于家庭和小型办公楼的小规模系统。上述薄膜可使用外流式空心纤维。空心纤维悬置在一对相对集管之间。这两个集管使薄膜的腔与其外表面保持隔开。从而，加压水可供应给薄膜一端的腔、可收集离开薄膜外表面的渗透液以及可从薄膜另一端的腔抽取浓缩物或滞留液。但是，空心纤维薄膜的各种特性使得它们很难使用在这种外流式中。例如，空心纤维的内径小，从而在长空心纤维的出口端造成很大压力降而流量大大下降。当供水水压低时这一问题尤其严重。美国专利第5,013,437号说明了一种减轻长纤维中水压和流量损耗问题的方法。在该专利的一实施例中，把外流式空心纤维过滤模件分成两级。第一级的滞留液变成第二级的供水。第一与第二级表面积之比最好为1.5∶1至2.25∶1。这有助于提高第一级滞留液在变成第二级的供水时的压力和速度，使得这两个级的压力降更接近相等。但是，这两极布置成同心，渗透液、特别是第二级的渗透液必须沿纤维外表面才能流到出口孔。在空心纤维薄膜的合理封装密度下，如用来过滤液体，渗透液流中的水压损耗会很大。因此第二级薄膜之间横跨薄膜的压力差减小。此外，很难如’437模件要求的那样把纤维封装在一环形圈中。在使用卷绕成螺旋状的薄膜的大规模系统中也使用类似原理。在各级中布置大量薄膜模件。每一后级的模件数比其前级少，前级的滞留液变成后级的供水。这类系统又大又复杂，不适用于家庭或小型商业机构。小规模那诺过滤或逆渗透薄膜过滤系统的制造商为了解决上述问题，一般使用单级过滤模件，把滞留液重复循环到供水进口，以提高供水流速和横跨薄膜的压力。在这种系统中，供水/滞留液的最低速度为约3-10ft/s。这一技术需要使用高阻挡薄膜，每一循环的萃取率非常低。从而导致薄膜很快变脏，从而需要经常清洗或更换薄膜。能量成本和所需水压也很高。半渗透薄膜的另一个特性是随着时间推移，薄膜中的微孔变脏，特别是当薄膜用来软化水时，由于结碳酸盐而变脏。在大规模系统中，可使用树脂交换层局部软化供水或在供水中加入防结垢剂来解决结碳酸盐问题。这一技术一般过于复杂以致无法在小规模系统、特别是家庭中使用。在各方面，本专利技术提供一种过滤模件，包括悬置在一对相等集管之间的许多空心纤维那诺过滤或逆渗透薄膜。薄膜的外表面与集管之间密封，而薄膜的腔在集管的远端面上开口。在该模件中，空心纤维薄膜分组成多个前级或后级(有些级既是前级又是后级)。空心纤维薄膜的腔在各级的第一端和第二端上开口。流体在集管的远端面上从一级流到另一级。一模件供水进口与第一级的第一端连通。其余各级串联在第一级后，每一前级的第二端与其后级的第一端连通。一模件出口与最后一级的第二端连通。这些级四周有一渗透液收集室与各级连通。每一前级的薄膜的表面积为其直接后级的薄膜的表面积的1-2.5倍，各级表面积从第一级到最后一级减小。为在各级之间形成连接，第一盖帽盖住一集管的远端面，第二盖帽盖住另一集管的远端面。渗透液收集室包括两集管近端面与一外壳之间的空间。在一个或两个盖帽中的隔离器在保持每一前级第二端与其直接后级第一端液体连通的同时把各组薄膜组合成级。一般位于盖帽中的模件进口和模件滞留液出口分别与第一级的第一端和最后一级的第二端连通。因此供水进入第一级的第一端后不渗透部分从第一级的第二端流出。然后第二端盖帽把供水/滞留液引向第二级的第一端。在第二级中不渗透的水到达第一盖帽。在一个两级装置中，不渗透的水然后流出该模件。在一个两级以上模件中，第一盖帽再次把供水/滞留液引向另一级的第一端后不渗透水流到第二盖帽，如此等等，直到到达最后一级的第二端。各级布置成所有级都与模件的周边邻接，级际液流一般与模件周边平行。例如，各级可构作成一圆柱体的扇形部。在直径一般等于小于3″的较小模件中，薄膜可用两集管中的星形轮分割成各级。在较大模件中，各组薄膜可分别或同时封装在一对对相对套圈中，这些套圈可呈扇形。一旦封装在一对对套圈中，可对薄膜上涂料。然后把一对对套圈粘结成一对集管，套圈呈扇形时集管呈圆柱形。一对对套圈比圆柱形大集管容易处理，特别是，在对薄膜上涂料时便于干燥。可把套圈的边或插入套圈中的分割器用作隔开各级的隔离器。在一实施例中，各级之间的隔离器上装有阀，当供水反方向、从而从滞留液出口流入模件中时，隔离器把各组薄膜重新组合成有第一端和第二端的第二前级和第二后级。隔离器保持每一第二前级的第二端与每一第二后级的第一端之间一般与模件周边平行的流路打开。在重新组合薄膜时，每一第二前级的薄膜的表面积为其第二后级的薄膜的表面积的1至2.5倍，各级表面积从第一级到最后一级减小。为此使用在一个方向上打开的单向阀，薄膜的组合和重新组合由在模件中流动的液体的作用实现，即，当压力差与阀打开方向相同时打开阀，压力差与阀打开方向相反时关闭阀。上述模件用来过滤水，当装有可选择性地阻挡造成硬度的盐的空心纤维薄膜时，也可用来除去硬度。待过滤的水流过串联的各级，同时从薄膜外表面收集经过滤和软化的渗透液。薄膜的渗透率约为至少0.1gfd/psi或更多一点，总阻挡率等于大于80％。供水/滞留液在薄膜的腔中的最小流速可以为0.15ft/s至0.6ft/s之间。在其他各方面，本专利技术提供一种包括一薄膜模件的逆渗透或那诺过滤设备。如上所述，该过滤模件可有悬置在相对两集管之间的空心纤维薄膜的多个前级或后级。该模件有一模件供水进口、一模件滞留液出口和一渗透液出口。一供水通道使模件供水进口与一加压水源如井泵或城市供水连通，城市供水也可用一辅助泵提高水压。渗透液出口最好连接到一渗透液箱，例如压力与箱中水量有关的膜式箱或气垫箱。当渗透液箱中的压力达到预定值时，供水一侧的泵都关闭，模件滞留液出口关闭。最好是，薄膜的最小渗透率为0.1gfd/psi，最小阻挡率为80％，最小硬度阻挡率为70％。供水/滞留液的最小流速最好为0.15至0.6ft/s之间，更好为0.2ft/s至0.3ft/s之间。供水/滞留液流过模件不再循环，整个模件的压力降最好为30psi至120psi之间。在本专利技术的其他方面中，说明了清洗薄膜表面和减少其上结垢的过程。特别在模件用来生成软化渗透液时，会在薄膜中生成碳酸盐垢。为了控制结垢，合适的清洗化学物，如在水中生成酸的类物化学物如二氧化碳或柠檬酸被注入模件的供水/滞留液一侧，如使用二氧化碳气体，则溶解在供水之类液体中。可用一可控清洗化学物加入系统把含有清洗化学物的流体注入加压供水中或模件的供水/滞留液一侧中。在与渗透同时的连续方法中，在该设备生成渗透液的同时把清洗化学物连续注入供水中。当清洗化学物为二氧化碳时，二氧化碳的注入数量最好使得供水的Langelier结垢指数为0或接近0的负值。二氧化碳也可只注入模件的后面几级中。在与渗透同时的非连续方法中，在该设备生成渗透液的同时定期把清洗化学物如二氧化碳注入供水中。在另一种方法中，模件中的流向反转，此时，清洗化学物如二氧化碳从有时是滞留液出口的口注入模件中。在无渗透的连续方法中，在该设备不生成渗透液时，清洗化学物如二氧化碳被基本上连续地注入供水中。滞留液出口更完全地打开，使得供水/滞留液冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过滤模件，包括：（ａ）一对相对的集管；（ｂ）多个空心纤维薄膜，这些薄膜封装在集管中，使得薄膜的腔通向集管的远端面；（ｃ）一个伸展在集管之间且具有一渗透液出口的壳体，该壳体限定一渗透液收集室，该渗透液收集室与薄膜外部连通； （ｄ）装在每个集管上的一个或多个盖帽，这些盖帽（ｉ）盖住集管的远端面，（ｉｉ）包括一个或多个把薄膜分成连续级的隔离器，每一级具有第一端和第二端，薄膜的腔在第一端和第二端上与一个盖帽连通，以及（ｉｉｉ）在每一前级的第二端与每个后级的第一端之间形成方向一般与模件周边平行的流体流路；（ｅ）在第一级第一端上与第一级薄膜的腔连通的一个模件供水进口；以及（ｆ）在最后一级第二端上与最后一级薄膜的腔连通的一个模件出口。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西达雅特侯赛因，亨利比赫曼，皮埃尔科特，伊恩波廷杰，埃拉墨菲，
申请(专利权)人：齐侬环境有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]