[发明专利]过滤模块及其形成过滤系统的组合

说明书

本发明涉及一种过滤模块及其形成过滤系统的组合。该系统原本是作为在水处理领域的使用特别是作为反渗透设备的组成部分而设计开发的。当然，它也可以很容易地转作其它用途，例如气体过滤。

本发明的一个主要方面在于：该过滤模块包含一个过滤材料(也叫膜片)、一个压力管和一个功能/连接单元，它是作为快速更换过滤器设计的，并配有一个没有死区的导水机构。本过滤模块的特殊设计提出一种闭锁技术，以用于单侧连接到一个功能/连接单元上。其另一个特征是由多个过滤模块组合成一个过滤系统。其中，具有特别意义的是：过滤模块上的供给和排出连接总是单侧地亦即总是在功能/连接单元上实现这种连接。

反渗透设备特别用于从自来水获得纯净的无菌的水，例如以之用于医疗、制药及食品技术方面。

众所周知，它的工作原理在于：在过滤模块中，待处理的水在压力下沿着一个可半渗透的膜片的表面被导引，其中，所谓的渗透液即水的一部分，通过膜片，聚积到膜片的另一侧而成为高纯净化水，并被送往使用地点。

原水的未通过该膜片的富含残留物的那一部分，所谓的浓缩液则在初级腔室的流动区段的端部从膜片式过滤模块中流出去。

如此获得的高纯净化水在理想情况下由于膜片的阻留性能之故，所以是无菌的，而且也没有有机的分解产物。但在实际中，这也不是没有问题的。如果没有特殊的对应措施，则可能出现渗透系统有微生物繁殖现象。这就会在液体导引系统的内表面上形成所谓的生物膜。这种生物膜也称之为污垢。

污垢可表明渗透功率的损失，因为在膜片表面上沉积了二次层。这可能是有机物、胶质物或无机盐，这些物质在增浓的情况下就会超出沉积限度。

迄今尚没有一种普遍有效的良方来防止污垢形成。“低污垢膜片”和改进的预处理方法及更好的膜片净化，都仅仅是控制污垢的不充分的技术措施。

在工业上，例如可得到耐高温的聚合物膜片用于进行反渗透，这种膜片在90℃温度下可用水加以消毒。这种措施首先只能有助于减少细菌，但对于消除生物膜帮助甚微。

另一个可能方案，就是按合适的时间段，在反渗透设备上进行消毒或净化处理。为此，就得中断正常的作业，并向液体导引系统输送一种化学消毒剂或净化剂。在经过合适的作用时间之后，进行一次冲洗，这种冲洗过程有助于再消除所送入的消毒剂或净化剂及其反应产物，从而接着就可以恢复正常的供给作业。

由于与消毒剂或净化剂的不加控制的供送或残留物有关的显著危险之故，特别是用在医学领域(血液透析)，上述活动通常需要投入相当技术力量，从而得增加成本。

以往的解决方案的其它缺点包括：在加热消毒情况下的能源耗用，以及因不可清除的生物膜造成的渗透效率的损失。

由于渗透效率的损失或者细菌的沾染，往往也不能再通过费事的净化措施和消毒措施来加以补偿，因此只得更换膜片。

在现在已有的装置上，这种膜片更换仍是由一位技术人员按下述方式执行：首先将整个反渗透设备停机，利用工具将三件式的由膜片元件、压力管和连接单元所组成的过滤模块加以拆卸。一种传统的结构见图1中所示。

然后，将被水浸湿的膜片元件从压力管中抽出来，并换上一个新的膜片元件。视设备的规格大小之不同，可能涉及多个膜片元件。

在此，按每个膜片元件计算也可能出来几公升的污水。

在检修过程中使反渗透设备产生的停机时间可能是相当长的，特别是在支持生理器官的医疗设备(血液透析)的领域内对患者而言是个很大的缺点。

另一个缺点是继更换之后的化学消毒的问题，化学消毒之所以需要，这是因为在设备检修过程中，连接管的高纯净的部件或其它部件也可能因技术人员和工具之故而被污染。

现有过滤模块的历史上沿袭的三件式(膜片、压力管及连接单元)设计具有重大缺点，其根源在于膜片的原本有高的横向膜片压力。因此，只得设计出具有高的耐压强度的压力管和连接单元的过滤模块。

全部反渗透膜片(RO-膜)的95％目前都是横交联的芳香族二胺(聚酰胺)制成的。

这种芳香族聚酰胺是按极薄的层(＜0.3微米)涂敷在一个载体膜片(或支承层)上。因此，该膜片也称为薄膜膜片。

越来越薄的膜片层发展在同等渗透效率的情况下可导致获得越来越小的透膜压力。现有的压力管结构利用这种创新从经济观点上说还是不够的。

特别是在医疗和食品技术领域的使用场合，应重视过滤模块的无死区这一点。为此，应由工业部门提供无死区的-所谓的“全适合(fullfit)”膜片。这种膜片是很昂贵的。其附带的一个缺点是需要附加的泵送功率，之所以需要这一泵送功率，为的是流过膜片元件和压力管之间的管缝隙。