[发明专利]多级过滤和软化模件以及除垢操作的简化

说明书

发明领域

本发明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。

发明背景

空心纤维半渗透薄膜用来过滤富含固体粒子的流体。那诺过滤和逆渗透范围的薄膜也用于分离盐。例如，美国专利第5,152,901号说明的一种那诺过滤薄膜材料能滤去悬浮固体粒子和大有机分子，并在一般渗透钠盐的同时一般阻挡钙盐。美国专利第4,812,270和5,658,460号也说明了用来阻挡盐的薄膜。具有类似特性的薄膜如Stork Friesland’s NR015-500市面上有售。

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。

发明内容

本发明的一个目的是对现有技术作出改进。本发明的另一个目的是提供一种薄膜过滤模件，特别是一种可用于小规模过滤或水软化的薄膜过滤模件。本发明的另一个目的是提供一种清洗一薄膜模件、特别是用于水软化的薄膜模件或减少其结垢的过程。本发明的另一个目的是提供一种小规模过滤或水软化系统。这些目的由权利要求所述特征、步骤或这两者的种种组合实现。以下概述可不包括本发明所有必要特征，这所有必要特征可归属于以下特征的次组合或与本申请其他部分所述特征的组合。

在各方面，本发明提供一种过滤模件，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。