CN101018598A - 检测分离模块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于评定分离模块或过滤系统的整体性的新方法和设备。主要的实施方案涉及对抗物质的瞬变脉冲用于探测螺旋卷绕模块的用途。检测、记录获得的对抗物质在渗透物中随时间变化的浓度并与参考比较。本发明进一步要求在螺旋卷绕模块的渗透物收集管中多个点检测渗透物电导率的设备。本发明还公开了将来自过滤系统的渗透物物流在测量对抗物质浓度之前由高回收膜设备浓缩的方法。

Description

检测分离模块的方法
发明领域
本发明涉及评价分离模块或过滤系统的整体性的方法和设备。本发明的方法特别用于螺旋卷绕超过滤模块和包括这些模块的系统。本发明的快速测试方法改进检测泄漏的能力，并被模块制造商用于质量测试。一个实施方案也允许待定位安装的系统中的泄漏而不中断服务。优选的实施方案使用非破坏性测试确定模块中或过滤系统中的泄漏位置。
背景技术
超过滤是由此将压力施加到半透膜的一侧、引起溶剂(通常水)通过膜而保留溶质(通常盐)的方法。为克服溶剂从低浓度移动到高浓度的自然驱动力，施加的压力必须超过渗透压。由此原因，术语“超过滤”通常可以与“反渗透”互换使用。对于此说明书的目的，超过滤包括反渗透(RO)和纳米过滤(NF)工艺。
超过滤膜通常以螺旋卷绕构型使用，这是由于此构型允许在小体积中填充大数量的膜。典型的螺旋卷绕模块(2)说明于图1。一个或多个膜封装(4)和进料间隔片(6)缠绕在中心渗透物收集管(8)周围。封装(4)包括围绕渗透物载体片(12)的两个通常为矩形的膜片(10)。通常此“夹层”结构由沿三个边缘(16、18、20)的胶水线(14)保持在一起，而封装(4)的第四个边缘(22)与渗透物收集管(8)邻接，使得渗透物载体片(12)与通过渗透物收集管(8)的小孔(24)以流体接触。螺旋卷绕模块的构造进一步描述于US Pat Nos.5,538,642、5,681,467和6,632,356，该文献引入作为参考。
图1中的大箭头表示在进料和渗透物的操作中的大致流动方向(26、28)。进料流(26)的方向是从入口端(30)经过膜(34)的前表面到出口(舍弃)端(32)。渗透物流动方向(28)大致垂直于进料流方向(26)。实际的流路和速度随构造的详细情况和操作条件变化。在典型的操作条件下，模块可展示0.15m/sec的进料速度和0.04m/sec的靠近管子的渗透物速度。由于一些进料液体损失到渗透物侧，进料速度从入口端(30)向出口端(32)降低。对于构造较好的模块，渗透物速度相似地从后胶水线增加(此处它们接近零)到在渗透物管的最大速度。
螺旋卷绕模块通常放置在操作用圆筒形压力容器内部，如图2所示。通常至多八个螺旋卷绕模块(2)可以在压力容器(40)中串联结合。压力容器(40)含有在两侧上用于将进料轴向通过串联的每个模块(2)的端口(42、43)和除去渗透物溶液的至少一个另外端口(44)。从相邻模块(2)的渗透物收集管(8)由含有至少一个渗透物密封(48)的互连件(46)结合，效果近似于在容器(40)中的一个长模块。对于本说明书的目的，容器的渗透物收集区域(50)包括由串联的渗透物收集管(8)、它们的互连件(46)和它们的容器端部接合器(52)围绕的体积。(容器接合器(52)通常将渗透物收集管(8)连接到容器端帽(54)以允许渗透物离开容器)。压力容器可以进一步与其它压力容器串联或并联结合以产生膜过滤系统。
典型的是螺旋卷绕超过滤模块的制造商单个测试模块和规定在20-30分钟之后的盐舍弃。尽管性能的小变化可实际持数天或数月，20-30分钟允许在近似稳态的条件下进行测量。对于含盐的水模块，通常的测试使用2000ppm NaCl和225psi的施加压力。海水产物典型地采用32000ppm NaCl和800psi的施加压力测试。FilmTec′s NF270模块在70psi下采用2000ppm MgSO4测试。没有膜或构造缺陷的“完整”模块典型地在这些标准测试中展示0.3％-3％最大盐通过量。由于超过滤允许盐通过量甚至完整的膜，这些测试对可能由于模块构造问题造成的宏观缺陷不特别敏感。此外，甚至当观察到高盐通过量时，这些标准测试不提供关于缺陷的类型或来源的信息。
如由图3中的箭头所示，存在几个泄漏入渗透物流路的特别通常的区域。在渗透物载体片(12)的背部(60)和侧面(62、64)的区域对应于有缺陷的胶水线(14)，留出进料进入渗透物的直接通路。靠近邻接渗透物收集管(8)的边缘的区域(66)对应于折叠的膜和是通常的泄漏源，特别对于经历非常严格和经常清洁循环的模块。在模块的入口和出口端，靠近渗透物管(8)，对应于插入泄漏(其中门叶在构造中从模块拉开)的区域(68、70)可引起高盐通过量。膜自身也可通常具有高盐通过量或它可具有局部缺陷如划痕和针孔，这些可导致进入渗透物通道的大中心区域(72)的进料液体。
螺旋卷绕模块中的缺陷位置可能难以识别。在一些情况下，剖析和干燥可揭示缺陷的位置(“Membrane Element Autopsy Manual，”WaterTreatment Technology Program Report#17，U.S.Bureau of Reclamation，1996)。然而，剖析是破坏性和耗时过程，与获得结果相关的延迟表示它很少得到可用于修正制造中存在的问题的信息。
超过滤模块最通常用于从水脱除盐。这些膜也脱除感兴趣的具体更大杂质(如Giardia、Cryptosporidium、病毒)。因此，超过滤从地表水产生饮用水同时限制消毒剂的需求。这些膜也用于处理市政废水用于直接或间接可饮用的再使用。然而，由于对整体性的关注，超过滤总是用于处理这些水的几个步骤之一，它对更大粒子的脱除效率的实际影响通常未确定。
任何物质由膜的完全脱除要求如下两者：所有的产物水通过屏蔽层和屏蔽层是无缺陷的。J.Lozier等人教导作为膜片中不完善的病毒和囊肿在超过滤模块中通过的关键区域、胶水中的不完善或膜门叶的热密封和在连接到产物水管的区域的膜的不完善。(J.Lozier，等人，“Microbial Removal and Integrity Monitoring of High-PressureMembranes”，AWWA Research Foundation，2003)。由制造商使用的标准盐舍弃测试缺乏检测缺陷的敏感性，该缺陷更易于通过更大粒子。另外，泄漏的几个主要原因是模块的外部，特别是结合相邻模块和连接模块到外部配管的互连件。用于系统的有效测试方法需要评价模块和围绕它的所有组件。测试也理想地不干扰系统操作，不仅仅由于所造成的降低的生产率，而且由于螺旋卷绕模块当连续操作时最可靠。
近年来，已提出和展示测试UF、MF和RO系统的整体性的许多方法和这些在几个公开文献中综述。参见例如Lozier等人，op.cit；M.M.Nederlof等人，“Integrity of membrane elements，vessels and systems，”Desalination，113(1997)，179-181；M.W.Chapman等人，“Methods formonitoring the integrity of reverse osmosis and nanofiltration membranesystems，”Desalting and Water Purification Research Report 55，Bureau ofReclamation；和S.Adham等人，“Monitoring the integrity of reverseosmosis membranes”Desalination 119，(1998)，143-150。
模块的整体性通常通过空气流动测量评定。这些空气流动测试通常基于气泡点方法，其变化描述于几个专利。参见例如US专利Nos.6,202,475、6,228,271、6,324,898。将压力或真空施加到膜的一侧，使空气通过大孔自由流动。采用超过滤模块，标准测试方法是在膜的渗透物侧上施加真空并观察空气通过在时间内在该真空中的衰退。(ASTM D6908-03，Standard Practice for Integrity Testing of WaterFiltration Membrane Systems”，ASTM International，West Conshohocken，PA，(June 2003)，1-13)。这可采用湿或干燥模块进行。然而，此标准方法通常限于检测大于约2微米的孔，系统必须临时离线取以进行测试。在一些情况下，空气流动测试可提供关于在系统中和甚至在模块中近似的泄漏位置的信息。例如，向湿螺旋卷绕超过滤模块的渗透物管加压可导致在滚动端的气泡及指示某些泄漏类型的位置。然而，此方法耗时和难以自动化，且它的敏感性极大地由要求避免膜分层的低压力限制。
Laine等人教导声学传感器在检测UF系统中切割纤维的用途。(Laine，J.M.等人，“Acoustic sensor：novel technique for low pressuremembrane integrity monitoring，”Desalination 119(1998)，73-77)。此测试的优点在于当评价系统时系统可持续生产处理的水。可以检测0.5mm直径的孔，但敏感性取决于背景室噪声；此外，工艺仅在闭合端(dead-end)过滤期间起作用。此外，Laine等人的方法使用在每个模块上的单独传感器提供关于近似的泄漏位置的信息。然而，不清楚的是声学感测可有效地适于横向流动螺旋卷绕模块；它确定地不检测超过滤模块中存在的孔类型和尺寸的宽范围。
进料水的各种天然组分用于连续监测膜系统中的异常。Chapman等人教导新系统泄漏的指示器包括粒子计数的增加水平、TOC、浊度、TDS、二价阴离子或阳离子、在455nm下检测的着色物质和在254nm下检测的物质(有机物、腐殖酸和灰黄霉酸)。粒子计数是用于MF/UF系统的一种最普通的方法，但当预处理进料水时这对于超过滤是不适当的。对于这些方法中的每一种，敏感性取决于天然进料水中的组分和它们随时间的一致性。由于变化膜、变化进料或变化工艺条件，难以感觉性能中的小变化。
ASTM标准(D 6908-03)引入Chapman等人和Lozier等人的教导，其中将也容易在渗透物中检测的充分舍弃的对抗物质(challenge species)加入进料。Chapman采用Allura Red(FD&C#40)对抗RO膜。Lozier将Rhodamine WT和0.02微米荧光微球混合到系统进料。如在ASTM标准中推荐，在模块在对抗的进料上运行充分的时间以获得相对静电条件之后收集渗透物样品。系统泄漏由渗透物对进料浓度的升高的比指示。Chapman和Lozier两人发现染料测试能够检测一些大的泄漏，但测试不足够敏感对明确地检测出所有缺陷。对于超过滤膜，染料测试的敏感性受染料通过膜的扩散和受处理高浓度的舍弃(reject)溶液的问题限制。荧光微球的使用目前是令人望而却步的昂贵。这些对抗测试仅提供指示故障的单一数值，此数目未给出关于泄漏位置的信息。
特别是当其它测量建议存在理由以怀疑螺旋卷绕模块的特定容器具有整体性问题，探测导管可提供对特定模块的问题定位的措施。公开文献(“FILMTEC Membranes：Probing Reverse Osmosis Systems，”DOW Form No.609-00235-0404，Dow Chemical，Midland，MI，(Nov，1997))描述了如何可以将管子插入容器，沿着一系列连接的渗透物管，使得水可以从容器的渗透物收集区域的特定区段转向和分析。遗憾地，工艺是耗时的，且如果用于探针的接合器不存在，要求系统离线。
需要在单个螺旋卷绕超过滤模块中检测泄漏的改进方法。此测试应当特别对许病毒和细菌通过的宏观模块构造缺陷有响应，但也对检测可显著地增加盐通过量的小孔足够敏感。也需要现场校验超过滤系统整体性而不中断水生产的方法。对于两种情况，需要测试比现有选择更快速和具有更高的敏感性。优选，测试指示泄漏的存在，还提供关于此泄漏的位置和原因的信息。
发明概述
本发明提供快速评价过滤系统整体性的改进方法和设备。本发明的方法可应用于测试单一模块或模块的系统，公开的方法可以不对系统加压而进行所公开的方法。在一个实施方案中，饮用水的生产可以在测试过程期间持续。另一个实施方案提供测量模块中渗透物物流中对抗物质的浓度变化的探针阵列。另一个实施方案提供测量过滤系统的渗透物物流中对抗物质的低浓度的设备。
我们发现通过向模块的进料流中引入被膜充分舍弃的对抗物质的短脉冲，且测量对抗物质在渗透物物流中得到的随时间变化的浓度，能够获得对螺旋卷绕模块的测试中的缺陷的改进敏感性。可以将获得的随时间变化的渗透物信号检测、记录和与参考比较。如与当渗透物浓度处于准稳态时进行的常规整体性测试相比，渗透物信号的随时间变化性可提供改进的区别，允许更容易发现泄漏。方法适用于在长至四分钟的时间内加入的对抗物质的进料脉冲，但更优选使用小于或等于两分钟或甚至更优选小于或等于40秒或小于或等于5秒的显著更短的脉冲持续时间，以获得“完整”和泄漏过滤系统的渗透物响应特性。使用非稳态渗透物浓度提高对抗由于短测量时间间隔的可变背景的渗透物信号，它也提高信号，这是由于与对抗物质经“良好”膜的通过相比，来自缺陷的响应可以在短时间内浓缩。此外，非稳态允许高浓度的对抗物质用于脉冲，甚至在其中渗透压接近或超过施加的压力的情况下。在优选的实施方案中，对抗脉冲可临时提高渗透强度以急剧降低系统的净驱动势和提高来自泄漏区域的信号的大小。本发明的方法具有如下的另外优点：允许收集和再使用舍弃的对抗物质的大(substantial)部分。
我们进一步发现在模块中沿渗透物管的几个位置测量对抗物质的浓度能提供对缺陷的改进敏感性。当具有浓缩对抗物质的进料横穿模块的长度时和当渗透物沿着渗透物载体片移动时，在沿渗透物管的每个测量点的浓度作为时间的函数变化。本发明的另一个实施方案包括从容器的渗透物收集区域中的至少四个点测量电导率的措施。特别是与对抗物质的短脉冲结合，要求的设备可提供对缺陷的显著改进的敏感性，且可以允许在非破坏测试中确定缺陷位置和在一些情况下甚至缺陷的原因。当与容器中的单一模块或多个模块使用时，探针设备优选适于检测一个模块上游的互连件密封的泄漏。当与容器内部的多个模块使用时，探针最有利地与互连件结合，该互连件避免容器的渗透物收集区域内径的压缩。
本发明的另一个实施方案包括将过滤系统的渗透物物流取样的设备，使用高回收膜设备浓缩该物流中的对抗物质，然后在高回收膜设备的舍弃溶液中检测对抗物质，否则其更难于检测。由于要求的设备提供连续浓缩和检测对抗物质的措施，它可以非常有利地与脉冲测试结合以改进敏感性。设备的高回收膜设备优选包括在它的出口端具有显著降低的横截面区域的进料间隔。
附图简介
附图中的参考号对应于本说明书文本中圆括号中的同样数字。
图1是典型螺旋卷绕模块的透视、部分剖面视图。
图2是包含串联模块的典型容器的部分横截面。
图3显示渗透物载体片和渗透物收集管，泄漏入渗透物流路的共同区域由箭头指示。
图4显示进料中相对对抗浓度对时间的图，它说明FWHM(在半最大值的全宽度)可对于脉冲计算。
图5说明包含经过截面区域的降低进料间隔的三个模块的容器。
图6是显示进料和渗透物中对抗物质浓度随时间变化的图。渗透物液体从模块的渗透物收集管中四个不同区域(#1、#2、#6和#7)取样。随时间变化的进料浓度(#0)降低大小到在相似规模下出现。相似地，与来自其它三个渗透物位置的相对浓度比较，来自位置#1的相对浓度降低20倍。
图7显示来自两个模块的渗透物的浓度分布。具有已知泄漏的模块(A)展示更高的峰值浓度和更早的峰值洗脱时间，如与典型完整模块(B)比较。
图8比较了对于两个NF模块、一个″完整″模块(C)和一个具有泄漏的模块(D)的规格化渗透物分布。脉冲测试采用两个浓度、0.7％和1.5％硫酸钠进行，通过将测量的浓度除以每个测试的最大进料浓度计算渗透物的规格化相对浓度。
图9显示探针设备的一个实施方案的外表面，该设备可用于在容器的渗透物收集区域中的几个点测量对抗浓度。
图10和图11是说明探针设备的一个优选的实施方案的剖面视图，该设备可测量容器的渗透物收集区域中多个点的电导率。
图12显示来自包含三个含盐的水模块的容器的渗透物的浓度分布，其中的一个模块在一端靠近o形环密封表面有泄漏。模块在容器中的不同取向和定序在峰值洗脱时间中证明。
图13显示来自包含三个纳米过滤模块的容器的渗透物的浓度分布，之前和之后在一个模块中诱导泄漏。五秒脉冲导致与对于完整系统观察到的响应相比，在时间中更浓缩的对泄漏的响应。
图14显示进料中的相对对抗浓度对时间的图和对于来自模块的渗透物，获得的随时间变化的浓度分布。尽管MgSO4或NaCl的总通过未建议为缺陷，由于获得的双突起渗透物分布发现靠近膜门叶背面的非故意泄漏。
详细描述
本发明着重于评价螺旋卷绕模块和包含该模块的系统的整体性的改进的测试方法。
本发明的一方面是通过在加压液体下操作系统，如在过滤中，使得充分舍弃的对抗物质的短脉冲经过膜，评定包括至少一个螺旋卷绕模块的过滤系统的整体性。此脉冲可以通过在液体进料源之间切换或通过将对抗物质的浓溶液注入连续进料溶液而产生。在任一情况下，第一进料液体由更高对抗浓度的第二进料液体代替，第二进料液体由第三进料液体代替。(本发明中进料液体的代替不要求栓塞流。例如，在本发明的范围内模块中的进料液体可包含来自较早进料液体的残余组分。同样，第一和第三进料液体可以是相同的溶液。)获得的脉冲持续时间可以由许多方式的任何一个表征；我们选择了FWHM(在半最大值下的全宽度)。如图4中所见，此FWHM是分隔对抗浓度中峰值的上升(82)和下降(84)边缘的时间长度(80)，在时间(86、88)之间测量，该时间对应于从峰值(94)到基线(96)的一半(90)最大增加(92)的对抗浓度。在大多数系统中，此FWHM大致对应于定义第二进料的状况(如开启/关闭阀或启动/停止注入泵)之间的时间差。
在优选的实施方案中在脉冲期间与膜接触的对抗物质的最大浓度应当至少是初始和最终进料液体中浓度的两倍，尽管最优选初始进料液体不包含任何对抗物质。在测试期间在完整膜的区域对抗物质平均为至少97％舍弃，大致对应于先前提及的标准测试中最大3％盐通过量。然而，更高的舍弃(大于99％)提供更好的敏感性。由于对抗物质的浓度极化可能难以在模块中精确预测，在完整膜表面的此平均舍弃规定为表观舍弃，其说明由于回收增加的进料浓度，但不考虑极化。
我们发现短脉冲能够提高在一些类型缺陷之间区分的机会。图3中描述的区域中的任何缺陷可改变渗透物通道中的流动和对抗浓度。然而，标准测试结合来自所有区域的渗透物，故所有缺陷仅通过平均盐通过量的增加证明它们自身。相反地，在短脉冲之后的洗脱分布可在泄漏区域之间区分。例如，与靠近渗透物管的泄漏相比，在后胶水线的泄漏需要显著更长的时间以从模块洗脱。(在后胶水线的泄漏洗脱的实际时间取决于它的尺寸，这是由于它的存在改进渗透物通道中的流路和速度)。相似地，对于源自模块的入口和出口端的泄漏可以看到时间分布中的差异。此差异由如下两个时间引起：进料液体经过模块移动要求的时间和渗透物液体从一端离开模块所要求的时间。在典型操作中，后者的影响占主导，但它们的影响可以通过从模块的入口侧除去渗透物进行结合。实施例显示局部缺陷如何可证明它们自身为渗透物浓度随时间中的离散尖峰(spike)。相反地，可以期望从通常具有更高对抗物质通过的膜制备的完整模块具有相当典型的时间分布，尽管它的对抗通过大小比正常情况高。
需要检测在进料和渗透物两者中的对抗物质浓度并记录为时间的函数。(数字记录此信号为时间的函数允许计算机处理结果和通过与参考物比较进行评价)。进料脉冲应当具有随时间的浓度分布，该分布的特征为小于四分钟、优选小于两分钟和更优选小于一分钟的FWHM。优选在小于10秒的间隔下检测和记录渗透物信号。甚至更优选，在小于2秒的间隔下检测和记录信号，特别是其用来精确确定峰值的强度。仅使用渗透物中对抗物质的随时间变化的相对浓度，可以注意到分布中的变化，该变化是缺陷的特征。可以通过使用此信号的另外绝对大小(和将它与进料中的挑战浓度关联)和/或渗透物脉冲分布与进料脉冲分布的时间间隔的更精确信息获得关于泄漏的更精确信息。
为评价过滤系统(包括由单模块组成的系统)的整体性，需要将记录的数据与参考比较。可以使用先前在相同系统上收集的数据(采用相同的容器和模块)或使用先前在一个或多个基本等同系统(具有与评价的系统基本相同系统配置的系统和相同类型模块)中收集的数据获得参考。参考也可获得使用″完整″模块或容器的性能，如试验确定或通过计算机模拟。与由超过滤模块制造商提供的系统模拟软件相似，程序优选考虑操作条件如串联的模块类型的数目、进入容器的水流和容器回收率。(如本领域理解，这些考虑可采用其它形式，如施加的压力和膜渗透性)。另外，模拟软件使用关于脉冲持续时间的信息，更优选引入关于测量的进料分布的数据。根据参考，可以评价模块或系统的整体性。此信息可用于指导模块的适当布置和确定所保证的校正作用。
我们发现使用进料液体浓度中的短脉冲测试模块的另一个优点在于可以获得改进的信噪比。当根据标准方法测试模块时，通常的情况是过度电导率是由于在大的和变化的背景信号下测量的缺陷。背景信号可由于导电物质的浸取或由于膜舍弃随时间的变化而改变。任一种方式，使用进料浓度中的短脉冲的测试可以对变化的背景水平较少敏感，这是由于在更短时间内观察到渗透物浓度的变化。相似地，快速脉冲化进料可在由几个模块组成的膜系统中对缺陷更敏感。(由于领域中要求的连续测量通常由膜、进料和工艺条件的变化而模糊，由传统监测方法通常难以检测系统中的缺陷)。
我们发现对于敏感性整体性测试不要求获得稳态表现。事实上，本发明的瞬变脉冲方法可提供与稳态表现相比增加的敏感性。已知超过滤模块的表现随测试持续时间变化。由超过滤模块的制造商推荐和进行的标准测试要求在通常规定为20或30分钟的基本热身(substantial warm up)周期之后测量盐通过量，使得可以测量稳定的膜表现。染料整体性测试的新ASTM方法(D6908-03)建议系统应当运行以达到平衡的表现，应当加入染料，然后它规定另外15分钟以在取样品和计算染料通过之前再达到平衡。也出现的情况是由排空渗透物通道的需求，进一步防止溶液在在更短时间内在渗透物载体片中的稳态分布。进行这样操作要求的时间大致与模块的通量成反比。在5、10和20gfd(8.5、17和34 l/m2hr)下操作的非泄漏典型螺旋卷绕模块中，4分钟、2分钟和1分钟的时间大致对应于渗透物通过90％的渗透物片长度和进入渗透物管的时间的两倍。我们提出的采用对抗物质的快速脉冲的测试不要求基本的热身，在至少一些情况下，由于未达到稳态表现，相信检测缺陷更有效。
目前工作的令人惊奇的发现在于产生非稳态的模块测试条件的短进料脉冲，允许超过滤测试使用高对抗浓度和低施加压力两者。更高的对抗浓度增加抗现有背景信号的敏感性和低检测极限。低施加的压力降低泵和配管的成本。在稳态工艺中，膜通量由穿膜渗透压降低，当降低施加的压力或显著增加进料浓度时接近零通量。因此，在给定的施加的压力下，对于良好舍弃的对抗物质的浓度存在上部约束。然而，在进料浓度中快速脉冲的情况下，通过膜的时间平均通量主要由脉冲之前和之后的进料条件确定。这允许在脉冲期间使用更高的进料浓度而没有渗透物流动的严重损失。它进一步允许在渗透物通道中浓缩对抗物质，导致在恢复标准通量时更大的信号。
我们发现使用短脉冲的另一个优点在于快速改变的渗透压可至少在一些情况下，显著提高对缺陷的敏感性，特别是当净驱动势接近零或变成负值时。净驱动势定义为施加的压力总和减去经过区别膜的渗透压差，当在膜前表面的浓度较大时它可变负值。(由于脉冲可包含浓度增加的多于一种的组分，不要求检测到的对抗物质主要对渗透压的增加响应)。尽管不限制功用，解释增加的敏感性的一种假定机理如下：在脉冲期间，当进料浓度高时，通过孔(甚至相当小的孔)的水通量和对抗溶质通量由施加的压力驱动和不受进料渗透压阻碍。靠近缺陷的渗透物载体片的区域在脉冲期间可用对抗分子加载，这些然后在脉冲之后从模块冲洗出和流向检测器。相反地，在脉冲期间的高进料浓度(对应于高渗透压)基本限制通过“完整”超过滤膜的水通量。当在这些区域中通量接近零时，特别是当净驱动势变负值以逆转通量时，对抗物质在超过滤膜背侧的对流输送可急剧降低和对抗物质通过“完整”区分膜的移动可以显著减少。如上所述，由于平均通量和通过渗透物通道的流动仍然由脉冲之前和之后的条件支配，可以采用引起负净驱动势的脉冲测试。
在另一个优选的实施方案中，包含对抗物质的短脉冲可以包含在高渗透强度的更长持续时间脉冲中。例如，可以将高渗透强度溶液注入系统的标准进料溶液(如从t＝0到t＝60秒)且可以将容易检测的对抗物质以较少时间(如从t＝15到t＝45秒)注入相同的溶液。常规的染料测试的敏感性通常由来自通过完整膜的扩散的背景信号所限制，故由高渗透强度脉冲、特别地引起反通量的围绕染料的脉冲可改进对泄漏的敏感性。与包含对抗物质和高渗透强度两者的单一脉冲相比，此方案降低在脉冲边缘经“完整”膜的通过量。
在一些情况下，采用对抗分子的短脉冲的尖峰进料可允许使用现有的便宜检测器。在一个优选的实施方案中，采用硫酸根离子尖峰化进料溶液。二价阴离子如硫酸根较好地由大多数超滤膜舍弃。渗透物电导率的随时间变化性变化允许硫酸根的泄漏与背景电导率水平区分开。作为制造者的模块测试，这允许评价整体性而不浸提其它导电材料和可变的膜盐通过量。在过滤系统，如水处理装置中，硫酸根离子的短脉冲可以区别于渗透物中导电物质的经常的存在。此测试不向进料或渗透物引入受限制的物质，短脉冲允许整体性的评价而不中断水生产。也可以通过尖峰化过滤系统中经常存在和检测的其它对抗材料(粒子、TOC等)进行相似的测试。
使用短对抗脉冲的另一个优点在于较少的溶质用于测试。与稳态测试相比，脉冲时间可导致降低的时间平均的排放水平(废料)。此外，当进料浓度由平均排放水平限制时(甚至在相对短时间)，短脉冲可允许更高的进料浓度和改进的信号对噪声。短脉冲也导致渗透物中材料的更低的时间平均浓度。
短脉冲进一步允许在高对抗浓度的脉冲期间物理隔离舍弃溶液且能够实现对抗物质的基本回收。例如，在具有85％回收率的过滤系统中，舍弃溶液的短持续时间可比初始进料浓度多六倍，可以将此舍弃溶液送到贮存罐以再使用。实际可回收的浓度通常由于更低的系统回收和在脉冲端的混合而更小。仍然，对抗物质的回收和再使用对于昂贵材料如上述荧光粒子是特别有益的。
本发明的另一方面是将代表整个渗透物物流的该渗透物物流的取样物通过随后的高回收过滤设备，可以在检测之前增加在膜(MF、UF、NF、RO)模块或系统的渗透物中对抗物质的浓度。在那个情况下，如需要将取样的渗透物物流再加压，送到高回收设备。然后将来自高回收设备的舍弃物流送到检测器。需要回收率是至少95％和更优选至少99％，导致在检测器信号增加二十倍和一百倍。当初始渗透物浓度不容易采用精度测量时，如当它的浓度小于100倍或甚至小于20倍的检测极限时，浓缩对抗物质是特别有用的。
采用此方式的取样物流的浓缩可以由闭合端或横流过滤完成。特别地当对抗物质是粒状时，闭合端过滤可用于将取样渗透物的体积中的粒子浓缩到膜表面上，然后可分析此表面。如果可以单独计数单个粒子，如磁性或荧光粒子，特别高的敏感性是可能的。可以与进料脉冲结合使用的优选检测设备包括从一个或多个容器的渗透物物流的取样管线、在进料脉冲之后在规定的时间期间收集渗透物样品的自动化器材、用于保持来自每个取样管线的取样渗透物的贮存罐，对应于每个罐的单独平膜片(它在闭合端过滤中保留对抗物质)、经过每个膜片施加差压的器材和定量化和记录在膜表面上保留的对抗物质数量的至少一个自动化检测器。由于快速分析时间是重要的，优选每个取样管线具有对应的检测器或将单一检测器编程以按顺序自动定量化几个膜表面上的对抗物质含量。如果使用荧光对抗物质，包括通过吸附在膜上保留的分子物质，自动化检测器优选包括激发器，最优选靠近532nm，和舍弃散射的激发光和通过更长波长的滤光器。可以在测量之前通过加入少量适当的溶剂从表面释放浓缩的吸附粒子。
与闭合端过滤相对，由横流过滤的取样物流的浓缩更有益于浓度的实时分析。因此，横流几何可以有利地在对抗浓度的脉冲之后，与测量渗透物信号的随时间变化性结合。在加压的横流过滤中，在检测器之前或之后，高回收膜上的压力可以由对舍弃流的阻力保持。或者，经过高回收膜的通量可以由在渗透物侧的真空的施加而产生。MF或UF膜特别有益于真空过滤。
增加来自取样渗透物物流的信号的设备可使用RO、NF、UF或MF膜。然而，高回收过滤设备中的膜必须对感兴趣的对抗物质高度舍弃。UF或MF膜对于一些粒子的浓缩可以是适当的，但需要超过滤膜以浓缩更小的物质，特别是盐。当用于评价RO或NF系统的整体性时，引入高回收NF膜的检测系统或方法的使用可具有特定的优点。(如在US5,858,240中所述，NF膜特别的突出之处为如下事实：它们基本通过一些盐而选择性保留其它盐，特别是具有多价物质的那些)。来自RO和NF系统的渗透物物流通常包含盐，但这些通常由NF优先通过的单价离子支配。因此，NF膜可用于极大地浓缩二价对抗物质，如硫酸盐、亚硫酸盐和磷酸盐，同时保持低的背景电导率水平和渗透强度。
在采用高回收过滤设备浓缩渗透物的样品之后测定渗透物中特定对抗物质的浓度的此方法可与各种不同的检测器和对抗物质一起使用。检测方法包括，但不限于具体离子浓度、电导率、TOC(总有机碳)、浊度、粒子、光的吸光度或荧光的测量。它可采用天然和尖峰化对抗物质，但向进料流中加入对抗物质有时可减少水质量中的变化和随时间的仪器漂移两者的影响。当规范或成本抑制更高的进料浓度时，此更敏感性的检测方法是特别有利的。例如，包括采用高回收超滤或UF膜的浓缩的检测系统允许小荧光粒子的更经济的使用，具有＞0.005微米直径的荧光粒子可以用作病毒的代用物。目前，认为荧光微球的使用对于系统整体性测试而言太昂贵。
在另一个优选的实施方案中对于高回收设备的进料对渗透物流量的比例是已知的，使得可以计算取样物流中的绝对浓度。因此，需要测量渗透物流和进料或舍弃流。然而，如果采用相对稳定的方式操作高回收设备，也可能的是可以在相关的基础上比较不同的测量结果。例如，可以从改变渗透物物流中的时间分布获得有用的信息，该时间分布来自将对抗物质的脉冲引入进料中。相似地，可以从模块、容器或过滤系统中车列(train)之间的对抗泄漏的适当差异有用地进行比较。
在另一个优选的实施方案中高回收设备包括横流进料槽，该进料槽在出口端含有与入口端相比显著降低的横截面积。这允许保持高的进料速度而不管所需的非常高的回收率。对于最小化浓度极化的目的高速度是有益的，锥形横截面可进一步降低流体停留时间的变化，否则它可扭曲舍弃流的随时间变化的浓度分布。横截面积优选降低至少五倍，更优选至少25倍。在一个实施方案中，高回收设备具有分阶段设计，从多个模块的舍弃提供到单一模块的进料。在图5中说明的另一个实施方案中，具有不同进料间隔横截面积的模块可以在压力容器(40)中串联结合。渗透物取样物流从端口(42)在容器的入口端(100)进入容器和通过后续的更小进料槽横截面积的模块(2)中的过滤进行浓缩。需要在模块(2)之间的分布器(102)改进模块中的进料流均匀性和盐水密封(104)或其它措施防止下游模块的绕过。浓缩的舍弃流从端口(43)在容器的出口端(106)离开和检测器测量它的对抗物质浓度。此实施方案和分阶段设计两者可使用平片或中空纤维膜。
在一个特别优选的实施方案中，如上所述，使用探测导管将要浓缩和测量的取样物流从容器的渗透物收集区域的特定区域除去。
本发明的另一方面包括从容器的渗透物收集区域中的至少四个点同时测量对抗物质的浓度。检测和记录来自多个点的信号改进对缺陷的敏感性，如在实施例中说明。测量可以在渗透物收集区域内部进行或多个取样物流可以采用渗透物导管同时提取和在渗透物收集区域外部进行测量。如果测量在渗透物收集区域外部进行和将渗透物样品从容器使用多个探测导管提取，优选也测量从不同渗透物导管的流动，使得可以计算在区域之间的相对时间延迟。在容器的渗透物收集区域内部进行多次测量优于采用探测导管进行多次测量，这是由于1)可以降低由于探针在渗透物收集区域中的压力降，2)由于标准渗透物管中的空间约束更容易收集更大数目的取样点，和3)避免与沿着传送探测导管相关的时间延迟。不管是在渗透物收集区域内部或外部进行测量，当在模块之间的互连件不压缩渗透物流动的直径时，最容易完成采用多个模块探测容器。用于多个测量点的优选互连件包括采用轴向密封的那些(US6,632,356)和采用围绕渗透物管的轴向密封的那些。
同时探测至少四个点和更优选至少十个点的优选设备具有在每个点连接到导线的电导池，该导线从渗透物管延伸和允许电信号离开容器。电导池处于沿着容器长度的已知位置和连接到在渗透物收集区域中轴向延伸的支撑结构。探针优选使得在渗透物管中具体成套孔的电导率结合，该渗透物管与沿渗透物管的本体流动基本分隔。(“基本分隔”表示至少50％测量的液体通过渗透物管中具体的成套孔)。它也优选包括在互连件下游但在随后模块的渗透物管中第一个孔上游的电导池，使得可以识别在互连件密封的泄漏。(模块的第一渗透物孔是最上游的孔，在此情况下上游按照在管子中渗透物流动来定义)。在一些设计中，探针可以滑动以改变它的轴向位置。由于不要求从容器除去几个不同的渗透物物流，与传统探针导管相比，此电导率探针可要求在容器的渗透物收集区域中较少的空间。因此，它可以在操作期间保持位置数个月而不基本劣化系统性能。
图9-11说明探针设备的一个优选的实施方案，该探针设备可用于在容器的渗透物收集区域中的几个点测量对抗浓度。
图9显示沿着两个相邻模块的渗透物管延伸的探针区段的外表面(110)。所示的两个模块由围绕渗透物管(8)的轴向渗透物密封(48)结合，如在US专利6,632,356中所述，使得互连件(46)并不压缩渗透物流动的直径。探针的外表面(110)中的小孔(112)与渗透物管孔(24)对准和支持在渗透物收集区域中通过单个孔(24)从本体流的流动的隔离。图9中的设计包括在一个模块的第一渗透物孔(116)上游的另外小孔(114)以检测渗透物密封(48)中的泄漏。
图10和11是说明在渗透物收集区域中隔离本体流动与通过具体成套孔的渗透物流动的一种优选器材的剖面视图。在此实施方案中，每个池由外电极(118)、内电极(120)和绝缘隔片(122)组成，该隔片分隔两个电极和提供通过池的渗透物流动的路径。具有小孔的外部管用作外电极(118)和用作探针的支撑结构。连接到圆筒形内电极的导线(124)延伸到探针的一端和允许在容器的外部测量每个池中的电导率。在所示的布置中，在模块的第一渗透物管孔(116)上游的电导池检测渗透物密封中的泄漏。来自其它池的电导率基本上是由于来自通过一套四个渗透物管孔的液体的电导率，每个在模块向下的相同轴向位置。图9显示串联的两个模块。然而，但采用截短探针的改进时，该池布置在测试单一模块的整体性中是特别有利的。
如下实施例公开了具体的说明性实施例，该实施例决不限制本发明的范围。
实施例1
螺旋卷绕含盐水超过滤模块在67psi下使用纯水进料运行。计三十秒，将到模块的进料切换到2000ppm MgSO4的溶液。将进料源切换回纯水，进料对抗浓度中获得的脉冲的FWHM小于40秒，该脉冲由在模块输入端测量的电导率确定。进料脉冲中的相对对抗浓度在图6中显示为#0。
在螺旋卷绕模块的渗透物管中，探针隔离来自对应于渗透物管中单个孔的选择的区域的渗透物。探针包括长度大于一米的十二个导管(0.0125″外径)。这些导管在渗透物管中的存在对模块具有显著增加的背压，尽管未测量该增加。
图6显示由从渗透物管中四个不同区域(位置#1、#2、#6和#7)取样的通过电导率测量的相对浓度。测量通过单个导管的流量，使得已知与通过小导管的流动相关的时间延迟。对于每个导管位置调节时间零以除去此延迟。
已知此模块在一端具有插入泄漏。在位置#1，从最靠近模块入口端的渗透物收集管中的孔收集渗透物，此位置展示渗透物浓度的最大增加。位置#1也显示时间中的最早峰，它的时间分布相似于进料液体的。位置#2对应于离位置#1仅一英寸的区域。尽管它们较靠近，位置#2并不展示浓度的较早增加，它的时间分布非常相似于在模块的其它“完整”区段中观察到的。此模块也具有在后胶水线的缺陷，它的影响在位置#6和#7看到。位置#7显示在以后位置在时间中渗透物浓度的大增加，从模块的“完整”区域较好脱除。位置#6从距离一英寸的地方隔离渗透物，但它并不展示为浓度的显著增加。从位置#6的双峰分布具有从“完整”区域的轻微转移的第一最大值和在更后时间洗脱的第二个峰。如与来自位置#7的峰比较，来自位置#6的第二个峰较后形成，这是由于泄漏引起渗透物载体片的不同区域中的不同流体速度。
实施例2
使用本发明的方法使用进料中对抗物质的脉冲，测试在一端含有插入泄漏的螺旋卷绕海水超过滤模块(FilmTec SW30-2540)。采用1700ppm MgSO4的对抗物质进料溶液临时替代纯水产生脉冲。脉冲的FWHM略小于40秒。测试期间施加的压力是227psi。
采用两个不同的定向测试40英寸长模块。在第一测试中，将模块相对于压力容器定向使得插入泄漏在入口端。将所有渗透物从模块的那个入口端除去。在第二测试中，将模块反向使得泄漏是在离入口端和渗透物取出端最远的端部。第二测试展示峰位置中十秒的延迟，相对于第一测试中观察到的峰位置。我们相信此延迟是由于模块定向的改变。
实施例3
使用本发明的方法在150psi施加的压力下采用对抗脉冲测试二十个海水螺旋卷绕模块(FILMTEC SW30-2540)。将纯水用FWHM小于40秒的脉冲临时替代。在它的峰值浓度下，此进料脉冲大约是3％MgSO4，导致约100psi的渗透强度。在此脉冲测试期间电导率用于测量渗透物的浓度并记录为时间的函数。“完整”模块，如从以后标准海水测试(3.2％NaCl，800psi)所确定的，展示了渗透物中MgSO4的相似时间分布。图7显示泄漏模块(A)和“完整”模块(B)的时间分布。泄漏模块展示更高的峰值浓度和较早的峰值洗脱时间，两者中的每一个均指示缺陷。在此实施例中，改进的对缺陷的敏感性也可以通过如下方式获得：典型“完整”模块的时间分布减去从泄漏模块观察到的时间分布。
实施例4
两个FILMTEC NF-2540模块使用制造商的对于该模块类型的标准测试(2000ppm MgSO4在150psi施加的压力下)进行测试。模块C的MgSO4通过量是0.5％，对于模块D，它是1.6％。使用气泡测试，我们确定模块D具有插入泄漏。
在75psi的施加的压力下采用FWHM小于40秒的硫酸钠的脉冲，将对抗物质引入每个模块。由于其具有由完整膜的良好舍弃和由于其的渗透压对于给定的硫酸盐物质相对高，因此选择硫酸钠。每个模块测试两次，一次采用0.7％的脉冲的最大进料浓度和另一次采用1.5％的脉冲的最大进料浓度。由于1.5％硫酸钠溶液的渗透压大于75psi，在测试期间将渗透物管线浸入渗透物溶液的罐；这防止渗透物管线由于脉冲期间的反向流动而倒空。
图8显示在两个条件下脉冲测试的结果。通过将测量的渗透物浓度除以测试中测量的进料浓度计算相对的随时间变化的规格化渗透物浓度。通过在5秒间隔下测量渗透物电导率获得渗透物浓度的数据。图8说明此间隔太长而不能精确地定量模块D在1.5％下的最大峰值高度。虽然如此，当采用1.5％硫酸钠测试模块D时，此实施例显示更大的最大规格化浓度。模块D(泄漏)对模块C(“完整”)的最大规格化浓度的比对于采用1.5％硫酸钠的测试也较大。
实施例5
使用标准测试条件(225psi，0.2％NaCl)和然后也使用本发明的脉冲测试，测试含盐水模块(FILMTEC TW30-2540)的稳态盐通过量。脉冲测试由如下方式进行：切换罐30秒同时保持150psi施加的压力以获得略大于30秒FWHM的进料脉冲。采用3％MgSO4临时替代纯水进行脉冲测试，测量渗透物的电导率并记录为时间的函数。
由标准测试测量的稳态盐通过量0.48％，脉冲测试获得在91μmho的峰值的渗透物电导率。使用销在一个模块门叶中产生小缺陷和再次进行测试。标准测试显示盐通过量的小增加，到0.75％通过量，但脉冲测试获得在1246μmho的峰值的令人惊奇地大的电导率。使用标准测试对于TW30-2540模块最小允许的舍弃是2％，故标准测试未检测到此缺陷。
实施例6
在一个模块(FILMTEC TW30-2540)的一端通过在靠近该端的渗透物管壁产生小孔来模拟o-型环泄漏。在标准测试期间对于那个模块的NaCl通过量从0.6％增加到2.6％。将此模块和两个相似的但未受损害模块串联加载入压力容器。在三个元件的第一个(即损害的元件)中进料脉冲的引导边缘从入口穿过到出口端要求的时间大约是10秒；对于串联的后两个元件预测需要略长的时间。采用本发明的脉冲测试通过从RO进料水切换到MgSO4对抗溶液5秒来检测系统；容器具有横流配置，允许渗透物在与进料入口相同的端部离开。将渗透物从容器的进料入口端取走。然后在容器中移动受损害的模块的位置和定向，进行新脉冲测试。采用受损害的模块在不同的位置运行测试持续，使得可以检查来自四个潜在泄漏位置的影响。这些位置的两个表示在模块互连件位置的o-型环泄漏，而另两个位置表示靠近容器端部接合器位置的o-型环泄漏。图12显示四个位置每一个中的泄漏引起不同的随时间变化的渗透物信号。
实施例7
将三个纳米过滤模块串联加载入压力容器和在19.3L/m2/hr平均值、60psi和33％回收率下操作。进料水包含各种离子和电导率为569μmho。在连续操作期间，来自这些纳米过滤模块的结合渗透物的电导率为207μmho。通过引入硫酸钠的五秒脉冲进行本发明的脉冲测试。图13显示对于初始系统获得的随时间变化的渗透物电导率(E)，对于相同的系统泄漏随后在一个o-环产生之后获得的随时间变化的渗透物电导率(F)和在一个门叶背端获得的随时间变化的渗透物电导率(G)。尽管诱导的泄漏引起在标准操作期间测量的渗透物电导率的较少变化，如在图的左和右边缘所示，在脉冲测试期间展示每个泄漏的影响。由于每个泄漏在短时间内浓缩，而通过“良好”模块的通过量在更长时间内展开，增加对泄漏的敏感性。
实施例8
使用FWHM为30秒的MgSO4的脉冲检查FILMTEC BW400模块。进料脉冲中的相对浓度(J)和获得的随时间变化的渗透物分布(K)见图14。在图中，渗透物信号乘100倍。通过比较渗透物分布与来自“良好”模块的该分布，我们认识到时间中的第一个峰对应于MgSO4通过“良好”膜的通过量，时间中的第二个峰是由于缺陷。此模块具有比标准测试中更好的平均NaCl舍弃，脉冲之后的总MgSO4通过量在脉冲测试的正常范围内。然而，随时间变化的渗透物信号的形状指示泄漏，这通过模块的剖析证明。

Claims (31)

1.一种检测容器中具有至少一个螺旋卷绕超过滤模块的膜过滤系统中缺陷的方法，包括如下的三个顺序步骤：
a.将第一进料液体经过膜的表面同时施加压力到该第一进料液体以产生渗透物溶液和舍弃溶液；
b.在压力下引入第二进料液体，该第二进料液体包含对抗物质，与该第一液体相比该对抗物质的浓度在该第二液体中至少两倍高，其中该对抗物质的特征为至少97％在完整膜的区域被舍弃；
c.在压力下引入第三进料液体，其中该第二和第三进料液体的连续引入导致对抗物质的脉冲，该脉冲的特征对于FWHM小于四分钟的该对抗物质为在时间内的浓度分布，
和进一步包括
d.检测和记录作为时间函数的该对抗物质在该渗透物溶液中的相对浓度，和
e.通过将记录的随时间变化的渗透物信号与参考比较来评价该过滤系统的整体性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对抗物质在该模块中的该脉冲由小于两分钟的FWHM表征和在小于10秒的间隔下检测和记录该对抗物质在该渗透物溶液中的相对浓度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中对抗物质在该模块中的该脉冲由小于四十秒的FWHM表征和在小于2秒的间隔下检测和记录该对抗物质在该渗透物溶液中的相对浓度。
4.根据权利要求2所述的方法，其中对抗物质在该模块中的该脉冲由小于五秒的FWHM表征和在小于1秒的间隔下检测和记录该对抗物质在该渗透物溶液中的相对浓度。
5.根据权利要求3所述的方法，其中该过滤系统包括仅包含一个超过滤模块的容器。
6.根据权利要求2所述的方法，其中该过滤系统包括包含至少三个串联的超过滤模块的容器。
7.根据权利要求1和2所述的方法，其中该第二进料液体的渗透压大于该第一和该第三进料液体的渗透压，引入该第二进料液体使在该膜表面的净驱动势变负。
8.根据权利要求1所述的方法，其中对抗物质的该脉冲由渗透压中的瞬变增加定义的更长持续时间脉冲围绕，该更长持续时间脉冲使在该膜表面的净驱动势变负。
9.根据权利要求1所述的方法，其中对抗物质的脉冲具有来自该第二进料液体的引入的引导边缘，和对抗物质的脉冲的FWHM小于对抗物质的脉冲的引导边缘穿过模块长度要求的时间。
10.根据权利要求2所述的方法，其中在对应于该对抗物质在该舍弃溶液中高浓度的时间将该舍弃溶液物理隔离。
11.根据权利要求10所述的方法，其中该隔离的舍弃溶液中的该对抗物质用于生产对抗物质的随后脉冲，该脉冲通过该膜的表面。
12.根据权利要求1所述的方法，其中代表该渗透物溶液的取样物流使用高回收膜设备浓缩，使得对抗物质的浓度在检测之前增加至少二十倍。
13.根据权利要求2所述的方法，其中该参考在相同系统的至少一个较早测试之后获得。
14.根据权利要求2所述的方法，其中该参考在测试至少三个基本等同的系统之后获得。
15.根据权利要求2所述的方法，其中该参考在运行计算机程序之后获得，该程序预测对抗物质的随时间变化的渗透，如果过滤系统中不存在缺陷则得到该随时间变化的渗透。
16.根据权利要求1所述的方法，其中该方法进一步包括从该容器的渗透物收集区域中的至少五个点检测和记录该对抗物质的相对浓度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在小于10秒的间隔下使用位于该容器的渗透物收集区域中的至少四个电导池检测和记录该相对浓度；其中该过滤系统包括包含至少三个串联的超过滤模块的容器。
18.根据权利要求16所述的方法，其中在小于10秒的间隔下使用位于该容器的渗透物收集区域中的至少十个电导池检测和记录该相对浓度；其中该过滤系统包括仅包含单一超过滤模块的容器。
19.根据权利要求1所述的方法，其中检测器测量进料中该对抗物质在时间中的浓度分布。
20.根据权利要求1所述的方法，其中该对抗物质是直径大于0.005微米的荧光粒子。
21.根据权利要求1所述的方法，其中该对抗物质是二价阴离子。
22.根据权利要求2所述的方法，其中该对抗物质是硫酸根阴离子。
23.根据权利要求2所述的方法，其中该对抗物质由荧光检测。
24.根据权利要求2所述的方法，其中该对抗物质由电导率检测。
25.根据权利要求2所述的方法，其中该对抗物质由光的吸收检测。
26.根据权利要求3所述的方法，其中该过滤系统包括包含单一超过滤模块的容器，其中该第二进料液体的渗透压大于该第一和该第三进料液体的渗透压，由该第二进料液体代替该第一进料液体使在该膜表面的净驱动势变负。
27.适于测量电导率变化的探针阵列，该电导率的变化由通过压力容器流动的带电物质的浓度的变化引起，该压力容器包含一个或多个串联连接的螺旋卷绕过滤模块；每个该模块具有渗透物管，其中相邻模块的渗透物管，如果存在的话，使用互连件连接和其中第一或最后一个串联的模块的或两者的渗透物管由容器端部接合器连接到容器，渗透物收集区域由渗透物收集管、它们的互连件和容器端部接合器围绕的体积限定；其中探针阵列包括：
a.适于轴向插入容器的渗透物收集区域和能够在渗透物收集区域中以固定位置保持电导池的支撑结构；
b.每一个均安装在该支撑结构上的至少四个电导池；其中每个该电导池与电信号输入器材相连通，该输入器材能够从容器外部沿渗透物收集区域轴向输送信号到电导池，和
其中每个该电导池与电信号输出器材相连通，该输出器材能够从电导池沿渗透物收集区域轴向输送信号以离开容器。
28.根据权利要求27所述的阵列，其中至少一个该电导池布置在载体上使得当将载体插入容器的渗透物区域中时，池基本隔离通过渗透物管孔的流动与在该容器的渗透物收集区域中的本体流动。
29.根据权利要求27所述的阵列，其中至少一个该电导池布置在载体上使得当将载体插入容器的渗透物区域中时，池位于在互连件到一个模块的密封下游和该模块的渗透物管的最上游孔的上游。
30.根据权利要求27所述的阵列，在容器的渗透物管中轴向插入，其中该容器包含多个串联的螺旋卷绕模块，串联的该模块含有由互连件结合的渗透物管，该互连件不压缩该容器的渗透物收集区域的内径。
31.膜系统中的压力容器，包含多个串联连接的螺旋卷绕过滤模块，每个模块含有渗透物管，使用互连件连接该渗透物管到相邻模块的渗透物管，其中串联的第一或最后模块中的至少一个的渗透物管由容器端部接合器连接到压力容器，由互连的渗透物管和端部接合器限定的容器渗透物收集区域，将权利要求27所述的探针阵列插入容器渗透物收集管。
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