CN101384342A - 用于监视反渗透膜的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于监视反渗透(RO)单元中的RO膜的监视系统和方法，其能够检测在所述RO膜表面上矿物盐晶体的形成。该监视系统包括反渗透监视单元，其连接到所述RO单元以从进入所述RO单元的流入流或者从所述RO单元流出的浓缩流接收样本流。该单元具有对于成像系统可视的可视觉观察的RO膜，该成像系统产生并收集该可视觉观察的RO膜的图像，并且将图像数据信号传送到数据处理系统，该数据处理系统用于将该图像数据信号翻译为用于显示的可视图像并且将所述图像数据信号中的数据与所述RO单元中RO膜上的水垢生成条件相关联。

Description

用于监视反渗透膜的方法和系统
本申请要求享有2006年1月24日在美国递交的申请号为60/761,447并且发明名称为“用于反渗透膜的非现场水垢观察检测器(EXSOD)”的美国临时专利申请的优先权，在此引用其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及用于实时监视反渗透膜上水垢和污垢生成的系统和方法。
背景技术
使用膜技术来过滤各种液体。由于该技术容易操作、需要最小量的化学使用并且能够产生一致而可靠的水质，其特别是用于水和废水处理以及水脱盐。
膜技术可以使用不同类型的膜以用于过滤。根据经过膜的颗粒尺寸可以对膜进行分类。可以将不同类型的膜技术分类为微过滤、超过滤、纳米过滤和反渗透。微过滤去除低至0.1微米的颗粒，即，诸如隐孢子虫和贾第鞭毛虫的微生物。超过滤(UF)去除0.01微米到0.1微米之间的颗粒。纳米过滤(NF)去除大多数有机化合物，而反渗透(RO)则去除溶解盐和金属离子。
近年来，一直在进行对微咸水采用低压反渗透膜和纳米过滤膜进行脱盐处理的研究。在反渗透和纳米过滤中，使溶液经过半渗透膜，该半渗透膜在一侧(流入侧)拒绝溶质和其它杂质而允许纯溶剂透过该膜以在另一侧(透过侧)获得使用。
所述膜可以在低工作压力下提供高盐拒绝和高流量。然而，在脱盐期间，会在膜表面及其附近浓缩大量的阳离子(例如，钙和钡)和阴离子(碳酸盐和硫酸盐)。位于膜表面及其附近的这些离子的浓度会超过各种保守的可溶解矿物盐的溶解度限制，这些矿物盐为诸如碳酸钙(方解石)、硫酸钙(石膏)和硫酸钡(重晶石)。然后，这些矿物盐会在膜表面大量沉淀或者直接结晶到该膜表面上。
这些离子到接近膜表面的积累形成被称为“浓差极化(CP)”层的浓缩边界层。浓差极化(CP)的程度通常使用简单的膜假设理论进行估计：
(1) CP = C m - C p C b - C p = exp ( J K )
其中，Cm为膜附近的浓度，Cp为透过浓度，Cb为批量浓度，J为透过通量并且K为溶质传输系数。
当CP级别高时，膜表面附近的溶液相对于各种矿物盐的浓度会变得过度饱和。这些过度饱和的情形会导致在膜表面及其附近的表面结晶。
在膜表面上的结晶被称为“生成水垢”。有机物质在膜表面上的沉积被称为“生成污垢”。水垢和污垢生成会导致透过通量降低，这会负面地影响盐通路，并且会最终降低膜的使用寿命。
为了增加膜的寿命，防止或者抑制水垢形成很重要。通过用于控制方解石水垢生成的PH调节以及使用用于石膏、重晶石和硅石水垢控制的防垢剂可以一定程度地抑制水垢形成。然而，对于水垢的防止和抑制，理想的是进行水垢生成的早期检测，这是因为其能够提供水垢缓解策略的优化。类似地，污垢沉积(例如，生物膜层)的早期检测有助于防止和缓解由于污垢造成的损害。
在传统的实时监视方法和装置中，只有通过通量降低和盐通路监视才能注意到水垢生成和由于水垢生成(或者污垢生成)造成的损害。可用的水垢和污垢检测方法不能在反渗透工作条件下实时地进行早期水垢检测。因此，在水垢生成和污垢生成的控制中，预测膜水垢生成和污垢生成的可靠方法是重要的工具。而且，理想的是具有在非现场放置的同时能够实时监视膜水垢生成的装置。这能够在不对反渗透设备的结构和功能进行任何主要调整的情况下在该反渗透设备的外部进行应用。
发明内容
为了实现上述目的，这里公开的本发明及其等同物(以下将其称为“本发明”)提供一种系统和方法，用于监视在反渗透系统的反渗透膜上的水垢沉积，尤其是矿物盐晶体的沉积，其中该水垢沉积的检测可以在水垢形成的初始阶段进行。根据本发明的一方面，在放大(优选地是不同的可选放大倍数)条件下可以可视地观察和记录盐晶体在反渗透(RO)监视单元中的反渗透膜表面上具体位置的生长。可以由所述RO监视单元中直接的膜表面观察而确定初始位置处的结晶引入时间、生长速度和表面密度，并且由此获得的可视数据(visual data)可以用于确定在所述RO系统中的膜上生成水垢的开始、膜水垢生成的瞬时状态以及水垢的生长速度。
广义地说，所述监视系统包括具有可视觉观察的RO膜的监视单元、成像系统和数据处理或计算机系统。所述RO监视单元从进入反渗透系统中RO模块或者单元的膜通路的流入流或者从该膜通路流出的浓缩流接收溶液样本。所述监视单元限定贯穿接收所述采样溶液的所述膜表面的流通路，其中所述流通路和膜通过光学窗可观察。在所述流通路的内侧设置反射镜结构以将来自源(优选地为单色源，例如LED)的一条或者多条光束导向以贯穿所述膜表面并且进入所述成像系统。包括显微镜和照相机(照片或者视频)的成像系统被光学连接到所述单元从而其产生和收集由所述光束照射的所述监视RO单元膜的图像。所述成像系统被连接到所述数据处理系统并且使用包含数字化的收集的图像(可视数据)的信号更新该数据处理系统，该收集的图像在过膜通量(trans-membrane flux)被明显影响之前表示在所述膜表面上水垢初始阶段的形成。可以实时浏览所述可视数据或者将其存储在计算机存储器中以待以后浏览。该表示在所述监视单元的膜上水垢形成的可视数据与所述系统的RO膜上水垢形成状态相关联并且表示该水垢形成状态。
在另一方面，一种用于监视在反渗透(RO)系统的RO单元或者模块中的反渗透膜上水垢形成的方法，包括如下步骤：将来自进入所述RO单元或者模块的膜通路的流入流或者从该膜通路流出的浓缩流的溶液样本传输经过包括可视觉观察的RO膜的RO监视单元；从所述监视单元收集表示所述膜上水垢的存在和程度的可视数据；将所述收集的可视数据传输到数据处理系统；并且使用所述数据处理系统解释所述收集的可视数据以确定在所述RO系统中的RO膜上水垢生成的程度或者由于生成水垢造成的损害。本发明的监视系统可以可选地设置有适合的传感器或者设备以实时测量所述流入流和透过流的流速、PH值、传导性以及温度。
通过这些类型的监视获得的信息可以用于解释由所述膜表面成像系统拍得的表面水垢的影响。
在再一方面，提供一种用于监视反渗透系统中水垢生成的反渗透单元。该反渗透监视单元包括：具有活性(active)流入侧的反渗透(RO)膜，该活性流入侧具有可视觉观察的表面；流通路，其被设计和设置用于将
溶液样本导入到所述膜的表面，该溶液样本来自进入反渗透系统中RO模块或者单元的膜通路的流入流或者从该膜通路流出的浓缩流；光导向元件(例如反射镜结构)，用于将来自光源的光束导向贯穿所述膜表面的至少一部分；以及光学窗，通过该光学窗所述膜表面可视。
提供上述简要的概述以快速理解本发明的原理。可以结合附图参照下面对本发明优选实施例的详细描述而更加完整地理解本发明。
附图说明
参照下面的详细描述以及所附的附图可以更清楚地理解本发明，在附图中相同的元件使用相同的附图标记。所示的实施例只是示例性的并且并不限制本发明的范围，在附图中：
图1示出了使用根据本发明的反渗透监视系统的示例性反渗透水脱盐设备的功能方框图；
图2示出了根据本发明示例性实施例的监视系统的示意图；
图3示出了应用于本发明示例性实施例的示例性RO监视单元的分解透视图；
图4示出了根据本发明第一实施例的RO监视单元和成像系统的半示意图；
图5示出了根据本发明第二实施例的RO监视单元和成像系统的半示意图；
图6示出了根据本发明的反渗透膜监视方法的步骤方框图；
图7示出了本发明的监视系统与反渗透系统“串联”设置的示意图；
图8示出了本发明的监视系统与反渗透系统“并联”设置的示意图；以及
图9示出了根据本发明用于缓解水垢形成的评估本发明的工作模式的流入溶液的流动示意图。
具体实施方式
根据本发明的一方面，提供一种用于监视在反渗透(RO)系统中的反渗透膜上形成水垢的反渗透监视系统。这里描述的监视系统包括反渗透(RO)监视单元，该单元具有设计用于从RO系统的流入侧或浓缩侧接收溶液样本的流动头(flow head)并且限定有贯穿监视反渗透(RO)膜的流通路，其中所述膜通过流动头中的光学窗可见。例如包括显微镜和照相机的成像系统被光学连接到该监视单元以通过光学窗在该单元中捕获RO膜图像，并且将捕获的图像转换为数字化的可视数据信号以传输或传送到该成像系统有效连接的数据处理或计算系统。该计算机或数据处理系统被设计为显示该可视数据和/或在数据库中存储该数据，并且可以对其编程以解释该可视数据，从而允许对该RO系统中膜上的水垢生成进行分析。
当将该监视系统连接到反渗透系统的流入侧流时，该监视系统能够在线监视和记录该RO系统中RO单元或模块的膜表面上的变化。在线监视能够在不可逆的膜水垢生成之前采用预先措施，而如果该不可逆的膜水垢声场没有被检测到，则会导致产品回收降低并且对膜造成损害，这又会导致增加的盐通路。
根据本发明的监视系统允许对工作条件范围下的RO膜进行水垢形成动态的研究。尽管接下来的描述针对反渗透设备或者工具，根据本发明的监视系统也可以与纳米过滤(NF)、超过滤(UF)和微过滤(MF)处理结合使用。
为了便于理解根据本发明的反渗透监视系统，将描述反渗透设备的通常概览。下面将参照反渗透单元的通用结构具体描述该监视系统的具体结构组件。
如图1所示，在反渗透设备或者装置100中，首先，在预处理系统102中对流入溶液或者流入流101(例如盐水或者微咸水)进行预处理以去除可能会干扰脱盐工艺的微粒物质。预处理系统102通常包括一个或多个微粒过滤器或者适当的过滤膜(未示出)，这在本领域是公知的。也可以具有用于向该流入溶液中添加进行PH控制、消毒和胶质稳定的化学添加剂的单元。
将预处理的流入溶液通过高压泵104泵入RO系统106的流入侧，该RO系统106包括一个或多个反渗透(RO)单元或模块，各单元或模块具有贯穿RO膜(未示出)的活性流入侧的膜通路。流入溶液流被高压导入该膜通路的流入侧，并且该膜从水中分离出溶质(例如，溶解的矿物盐)。通过RO系统中的膜执行的RO处理使浓缩溶液流从RO系统106中各RO模块的膜通路的浓缩侧被吸出或者排出，而使脱盐的液体从各RO模块的透过侧被吸出或者排出。将该含有分离的盐的浓缩溶液从RO系统106排放到浓缩处理模块108。可选地，来自该RO系统106的透过侧的脱盐水(新鲜水)可以在透过后处理模块110中对其进行进一步处理。由RO系统106产生的新鲜水的品质取决于施加到其中的RO膜的压力、流入溶液中的盐浓度以及所使用的膜类型。
根据本发明这里公开的及其等同物的监视系统200被连接到RO系统106以对来自进入所述RO系统106中的一个或者多个RO单元或者模块的膜通路的流入流或者从该膜通路流出的浓缩流提取样本流。如下所述，将该样本流泵入到监视系统200，并且实时监视通过该监视系统200的样本流的流动。可以对监视系统200中监视RO膜上的任何盐沉积或者晶体形成以及可能的各种类型污垢沉积的图像进行实时拍照和汇报。通过光学放大和适当的照明组合以及数字图像捕获和分析处理，可以监视结晶边界的微小变化。基于该晶体形成，监视系统200可以辅助制定预先不存在的措施以防止在RO系统106中的膜上形成水垢或者生长晶体。
在一实施例中，在汇报任何明显的可测量流量降低之前，监视系统200可以提供关于在RO系统106中的RO膜上形成矿物盐的警报或者警告。膜水垢生成的早期检测可以为保存和/或延长膜的寿命而采取措施。在另一实施例中，所述监视系统可以提供与矿物水垢形成以及水垢生成动态相关的数据。
图2示意性示出了根据本发明示例性实施例的监视系统200。监视系统200包括具有可视觉观察的RO膜212的RO监视单元210以及包括光学成像设备222和图像捕获设备224的成像系统220。成像设备222可以例如是具有可变倍数的显微镜并且该图像捕获设备224可以例如是数字图片(静态)照相机和/或视频CCD照相机。成像系统220向数据采集或数据处理系统或者计算机系统230传输或者传送包含可视数据的数字信号，该数据采集或数据处理系统或者计算机系统230包括处理单元232、视频显示器或监视器234并且有利地包括其中存储有数据库的存储器(未示出)。
RO膜212具有第一或活性流入侧以及第二或透过侧。成像设备222聚焦于RO膜212的活性流入侧的表面，这将在下面描述，并且该成像设备222被光学连接到图像捕获设备224，该图像捕获设备被设计用于数字化和记录来自成像设备222的光学信号。将图像以数字化的可视数据信号形式传输或者传送到计算机系统230以在显示器234上进行实时浏览和/或存储在存储器中以待进一步分析。因而，成像系统220监视并实时产生膜212的静态图像或者视频以传输到计算系统230。可以实时浏览和分析高分辨率图像，或者以预先编程的时间间隔捕获高分辨率图像并且将其自动存储在计算机存储器中以待进一步分析。
可以将图像捕获设备224直接连接到本地计算机系统230，或者也可以将其适配为直接连接到可以通过其上传图像的网络(硬连线或者无线)。也可以将图像经由网络下载到远程计算机系统。在任何情况下，计算机系统230包括使用能够表明膜表面水垢生成程度的各种措施进行详细图像分析的软件，诸如这些水垢生成程度包括生成水垢的表面面积的百分比、矿物盐晶体数量密度(膜表面面积每单位的晶体数量)、由晶体覆盖的表面面积的百分比以及表面晶体的尺寸分布。该软件或者可用或者可以容易地创建，从而其在开发和使用本发明的相关领域中是公知的。
图2和图3示出了根据本发明示例性实施例的监视单元210，其包括具有多孔部分的基板242，该多孔部分优选地为多孔金属插入件244的形式，膜212的透过侧抵靠该多孔金属插入件244设置，并且该基板242在允许透过流从活性流入侧到其透过侧经过膜212的同时还用作膜支撑。基板242应该能够承受监视RO单元210中的工作压力，并且有利地是不被腐蚀的。在优选的实施例中，基板242可以由诸如由迪康工程聚合物公司(www.ticona.com)销售的注册商标为CELCON的乙缩醛二乙醇聚合物或者任何公知的等同物制成，或者可选地由不锈钢制成。插入件244可以由多孔钢制成或者可以是通路间隔条。基板242还包括用于透过经过该插入件244的物质的出口273。
具有内部开口254的通路密封件252限定了流通路的深度和形状，该流通路限定在膜212的活性流入侧的表面上方。流通路的外围由内部开口254的结构限定，而流通路的深度由通路密封件252的厚度限定。必须选择通路密封件252以在将流动头272固定到基板242上并且抵靠该膜212向下拉紧时该膜不会发生变形。因而，优选地，通路密封件252由坚固但具有适当柔韧性的材料制成，诸如相对坚硬的硅胶材料。
对于大于约2mm深的流通路，需要额外的支撑件以确保通路密封件252不变形。通过刚硬的支撑板256来提供额外的支承，优选地，该支撑板由具有必备的强度、刚度和耐久性的适合的聚合物或塑料制成以承受单元210中的压力。有利地，支撑板256具有容纳和接纳通路密封件252的中心开口258。
在膜212的活性流入侧的表面上或其附近放置有一个或多个反射镜260结构。该反射镜结构260将来自光源的光导向经过所述膜212的活性流入侧的表面的至少一部分，这将在下面解释，以允许膜表面的低角度和暗场照射。如图所示，在一实施例中，在流通路的相对侧上放置两个反射镜260。优选地，反射镜260的高度比流通路的深度小，从而它们不会阻碍通路密封件252的正确密封并且不会接触光学窗276(这将在下面描述)。为了优化反射系数，可以使用相对于膜表面成45°角的前表面反射镜260，其中反射表面以低于90°的角度设置，这通常是优选的反射镜几何图形。在优选的实施例中，反射镜260还具有平坦的底表面以使其能够抵靠在膜表面上。放置反射镜260以使得其沿期望的方向，优选地为平行或者接近平行，将来自光源的光反射到膜表面。
具有至少一个浏览孔径274的流动头272以及设置在流动单元头272的底侧上并且与浏览孔径274配准的光学窗276被固定到基板242上，以在贯穿膜212的活性流入侧的表面上限定上述的流动通路。有利的是，流动头272由既能够抗腐蚀又能够承受监视单元210受到的工作压力的材料制成，诸如不锈钢。流动头272具有连接到流通路以用于采样溶液的入口271a和从流通路出来的出口271b，并且流动头272支撑光学窗276而不干扰膜流通路中的水压流图案。
为了缓解光学窗276上的应力，有利的是，通过窗垫圈278将该光学窗276与流动头272分离开。通过诸如螺钉和螺母(未示出)或者任何适合的等同物将流动头272固定到基板242，从而在窗垫圈278和通路密封件252之间固定窗276，并且在窗276和膜212或者(如果存在)支撑板256之间固定通路密封件252。
如下面所解释的，光学窗276将来自一个或多个光源280(图4和图5)的入射光传输到反射镜260，同时提供从膜的活性流入侧的表面到成像设备(显微镜)222的光学路径。优选地，光学窗276能够传输宽光谱范围内的光，同样，该光学窗能够耐用、具有高强度并且足够坚固以承受施加的高压力。在优选的实施例中，光学窗276由满足上述标准的光学品质透明的蓝宝石制成。
如上所述，成像系统220包括成像设备222(例如，显微镜)和图像捕获设备224(例如，数码相机或者摄像机)。成像设备222通过单元210的光学窗276接收可视觉观察的膜表面的图像，并且图像捕获设备224被光学连接到成像设备以捕获图像并且产生传输到计算机系统230的可视数据信号。如果成像设备222为该示例性实施例中的显微镜，则捕获的图像为膜表面的放大图像。
成像系统220还包括一个或多个光源280，如图4和图5所示，其照亮反透射单元210并且尤其是膜212的活性流入侧的表面。可以位于单元210的内侧或者外侧的光源280优选地产生单色光束，其比非单色光束更容易聚焦。为此，发光二极管(LED)优选地用于光源280。来自各光源280的光束优选地被垂直导向至膜212的活性流入侧的表面，并且由反射镜260之一进行反射。平行于膜表面行进的产生的反射光束能够在矿物盐水垢(或者污垢)产生(生长)在膜212上时产生该矿物盐水垢(或者污垢)的清晰图像。
如图4和图5所示，显微镜222具有放置于光学窗276正上方的物镜282。由于普通矿物水垢化合物的晶体，诸如石膏，通常是透明的，故优选地使用暗场显微镜技术浏览形成在膜表面上的晶体。图4中示出了暗场显微镜的结构，其使用两个单独的光源280，每个光源将单独的光束导向反射镜260之一。顺次地，反射镜260以平行于膜212表面相反的方向反射该光束，在该膜212的表面处将遇到膜表面上的任何缺陷，诸如晶体290。顺次地，晶体290将光朝向显微镜物镜282进行折射并反射以产生通过显微镜222放大并且通过照相机224捕获的图像。
由于暗场显微镜技术为晶体生长的生成图像中的微小变化提供了很好的分辨率，故其可以有效地用于研究晶体生长动力学。因而，可以容易地观察和测量晶体高度，并且可以在初始形成阶段观察晶体290。通过这种方式，即使在通量被可测量地影响之前的水垢的早期阶段，也可以获得水垢生成程度的高度现实的估计。
图5示出了使用将光束导向反射镜260之一的单个光源280的另一光学结构。该光束平行于膜212的活性流入侧的表面行进以在通过相对的反射镜260反射到显微镜物镜282之前经过在膜表面上透明的任何物体292照射位于膜表面正上方的流通路的横截面，从而可以观察物体292。该结构提供了表面晶体的侧视图，并且连同图4所示的结构一起用于使能表面晶体的三维图像的数字重建。该结构还用于基于对流通路中颗粒或者干条纹的观察来确定流速。
尽管本发明指定使用至少两个反射镜将来自一个或者多个光源的一条或者多条光束经过膜表面导向至成像系统，但是在本发明的范围内，可以使用单个反射镜导向平行于或者几乎平行于膜表面的输入光。因而，例如，可以放置和取向单个反射镜以使通过膜上的水垢晶体散射的一些光被平行于膜表面的全部或者一部分进行导向。
从照相机224接收数字化可视数据信号的计算机系统230用于将该可视数据信号中的数据与RO系统106中RO膜的条件相关联。计算机系统230还可以用作数据采集系统以实时记录和控制诸如过膜压力和透过流速等的工作参数。因而，监视系统200可以安装有合适的阀和压力调节器(未示出)以通过监视单元210调节期望的过膜压力和截面流速。该控制装置有利地在计算机系统230的控制下工作。
例如，如图2所示，数字液流计302可以与计算机系统230接口以监视透过流。通过传导性探针304和PH仪305可以分别在线测量流入溶液和/或透过传导性以及PH值。压力传感器306可以在脱盐工序期间监视压力。压力传感器306、液流计302、传导性探针304以及PH仪305与数据采集硬件和软件接口，其以期望的时间间隔记录读数(例如，通常从每分钟一次到每小时一次或者每天一次)。如果压力传感器、液流计、PH仪以及传导性探针提供模拟信号，则可能需要模数转换器(未示出)。
例如，可以使用商业上可用的图像分析软件，诸如由Asheville，NC的Reindeer Graphics销售的产品名称为“Fovea Pro，Version 3.0”的软件来处理监视单元210中结有水垢的膜表面的图像。图像分析可以包括分析一个或者多个晶体参数，诸如晶体面积、等效半径、圆度、对称性以及长宽比等。此外，也可以将晶体的表面数量密度和/或由水垢覆盖的膜表面面积等确定为时间的函数。也可以对于晶体形成的早期信号分析所记录的图像以作为早期警告系统提供表面水垢生成的早期检测。
图6示出了使用根据本发明的监视系统的处理步骤。来自进入RO系统的流入侧的流入流或者从该流入侧流出的浓缩流的溶液被分流或者采样(步骤S400)并且以预定的压力和流速通过监视系统200的监视单元210(步骤S402)。在步骤S404，成像系统220在监视单元210中查看膜212的活性流入侧的表面并且收集和记录可视或者图像数据。在步骤S406，将数字化的图像数据发送到计算机或者数据处理系统230，其中该图像数据可以在诸如监视器的显示设备上显示和/或用于更新计算机系统存储器中的数据库。在步骤S408，在诸如上述软件的辅助下，在计算机系统230中解释该图像数据以确定膜水垢生成的程度和(可选地)动力学。步骤S408还有助于确定缓解策略，该缓解策略可用于防止或者最小化使用本发明的监视系统200的RO系统中的水垢生成。
图7示出了用于监视RO系统106的反渗透单元或者模块106a中的RO膜的一种系统类型的示意图。图7的结构为“串联”结构，其从图1中所示的RO系统106中的RO单元106a的浓缩流接收采样流。在该结构中，如先前结合图1所示的，通过泵104将流入溶液F泵入到RO单元106a的流入侧。从该单元106a的透过侧流出透过流P。从RO单元106a的膜通路的浓缩侧流经具有主流控制阀412的浓缩导管410的浓缩流C通过具有旁路阀416的旁路导管414从主阀412的上游被分流或者采样。旁路导管414将采样的浓缩流导入监视系统200的监视单元210。从监视单元210到来自主阀412下游的浓缩导管410的返回流经过由出口阀420控制的出口导管418。
阀412、416和420可以用于控制被导向到监视单元210的流速。也可以通过旁路阀416和出口阀420相对于RO系统106中的浓差极化度来调节监视单元210中的浓差极化。该结构能够在监视单元210中对膜表面处的浓差极化度进行调节以匹配或者超出RO系统106中RO膜所希望的值。而且，通过将RO监视单元的膜212暴露于矿物质丰富的浓缩溶液，图7中所示的监视系统提供了RO单元106a的膜上水垢沉积或者生长的尽可能最早的表示。
在图8中示意性示出的另一监视系统中，通过安装监视单元210而将该监视RO单元210与反渗透单元106a并行设置，从而其从进入RO单元106a的流入侧的流入流F获取采样流。通过具有旁路阀438的旁路导管430传导该采样流。在主控制阀436的控制下，浓缩流C从RO单元106a的膜通路的浓缩侧被导入而经过浓缩导管434。从RO监视单元210到来自主流控制阀436下游的浓缩导管434的返回流经过由出口阀440控制的出口导管432。阀436、438和440可以用于控制被导向监视单元210的流速。也可以通过旁路阀438和出口阀440相对于RO单元106a中的浓差极化度来调节RO单元210中的浓差极化度。在该结构中，通过能够调节监视单元210中的浓差极化度的监视系统200而监视进入到RO单元106a的流入流的水垢生成倾向。
监视系统200还用于评估工作条件以防止或者最小化水垢的沉积并且去除水垢。例如，在反向流动时，由于出口区域现在变为入口区域，在RO单元的出口区域附近优先生长的矿物盐晶体会在一段时间内重新溶解，而晶体将开始在该出口区域处生长(在先前工作周期中的入口区域)。
图9示意性示出了用于评估缓解水垢形成的反向流的示例性设置。在该系统中，一旦计算系统230检测并且报告在膜表面上出现结晶，流入流被反向以使得水流入源从先前的出口区域被反馈到监视系统200的RO单元210。在该方案中，膜表面附近的高浓度区域(由浓差极化引起)被转变为较低浓度，并且相反地，低浓度被转换为高浓度。
如图9所示，在正常工作条件期间，通过入口阀510打开RO单元入口271a，并且通过出口阀512打开RO单元出口271b。通过第一旁路阀516将从入口阀510的上游侧延伸到出口阀512的上游侧的第一旁路导管514关闭。同样，通过第二旁路阀520将从入口阀510的下游侧延伸到出口阀512的下游侧的第二旁路导管518关闭。为了反向流动，打开旁路阀516和520，并且一旦打开完成，入口阀510和出口阀512被缓慢关闭。流动方向的转换将RO单元210中RO膜212上的晶体暴露于较低饱和的溶液，在先前为出口区域的入口区域中局部地溶解表面晶体。通过图9所示的结构获得的流动方向的反向可以通过适当的自动操作(未示出)周期性执行，从而能够使能RO操作以最小化矿物盐的产生。
可以看出，根据本发明的监视系统200能够对反渗透膜上的矿物质表面水垢生成进行直接而可视地实时监视。该系统能够在早先于任何可测量的流量降低之前在水垢形成的很早阶段检测到水垢。监视反渗透膜上的晶体生长还能够研究膜表面上晶体的生长图案。基于对膜表面上晶体生长的研究，可以计划用于缓解晶体生长的策略。
根据本发明的监视系统可以与RO或者NF装置接口以使得流入溶液的很小侧流被分支到监视系统。可以调节监视系统中的工作条件以使得RO模块中经验的浓差极化度(膜表面处的矿物盐饱和度)等于或者高于在被监视的设备RO模块中存在的条件。上述这些可以通过控制RO监视单元中的过膜压力和截面流速实现。例如，RO监视单元210中的较低压力将导致较低的透过流并且因而较低的浓差极化，而较低的截面流速将导致较高的浓差极化度。
尽管根据本发明的监视系统尤其适用于监视RO膜上的矿物盐水垢生成，但是也可以监视许多类型的有机污垢，假设其可以通过用于本发明的成像系统220可视。因而，可以通过监视单元210的光学窗276观察膜212上的矿物盐晶体和其它类型污垢浓缩。通过该直接观察，本发明可以在检测到通常被归因于水垢和/或污垢形成的通量降低之前检测到矿物盐水垢形成和一定类型的污垢积累。
监视系统200还可以用作优化膜清洗方案的工具。在该应用中，可以实时观察清洗过程对膜表面的影响以及清洗过程的动态情况，清洗过程对膜表面的影响可以表现为膜表面上的任何残留水垢。按照这种方式，可以精确地确定何时完全清洗完该膜。
按照本发明的一方面，由于会在水处理设备的任何部分以任何速度发生膜结垢，所以可以在水处理设备中使用多个监视系统。类似地，可以安装多个监视系统以监视RO或者NF设备的不同区段。
所述监视系统还可以用作科研工具以研究膜和防水垢性能。可以使用本发明的监视系统研究胶质污垢、生物污垢防水垢的性能以及清洗剂的有效性。所述监视系统还可以用作科研工具以实时确定水垢晶体生长的动力学、尺寸和数量密度。
所述监视系统的重要应用是在观察到任何明显的通量降低之前早期检测水垢生长。而且，所述监视系统200即使在较低浓差极化的区域中也能够检测到结晶的第一迹象。
膜表面的实时直接观察在评估工作条件对水垢产生和表面晶体溶解的影响方面尤其有用。例如，膜表面的可视观察可以通过对清洗工艺之前、期间和之后的表面进行比较而提供膜清洗策略有效性的有用指示。
根据本发明的监视系统还适用于对表面结晶的动力学、表面水垢覆盖程度以及表面晶体数量密度的变化等形成基础数据。该数据可用于指导水垢形成预测模式的开发。此外，本发明的示例性实施方式表明：在实际的RO工作条件下，水垢形成和去除的可视监视作为实验室诊断工具很有用，用于建立和验证可以最小化水垢形成的工作条件的范围，并且用于在减少或者最小化水垢和污垢生成方面评估水源水垢生成的倾向以及流入预处理策略的有效性。
从上面的描述可以理解，可以按照各种方式实施这里公开的本发明及其等同物。因此，尽管结合特定的实施例描述了本发明，对于本领域的普通技术人员来说，本发明的真实范围不应该局限于这里描述的具体实施方式，而是由所附的权利要求书及其等同物限定。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1、一种用于在具有反渗透(RO)膜的RO单元中监视膜水垢生成的监视系统，其中该RO单元接收流入流并且流出浓缩流，该监视系统包括：
具有可视觉观察的RO膜的监视单元，该监视单元被相对于所述RO单元进行设计和设置以从该RO单元的流入流或者浓缩流接收采样流，并且使所述采样流经过所述可视觉观察的RO膜的表面，从而将所述采样流中的溶质沉积在所述膜表面上；
成像系统，其被设计用于(a)捕获所述可视觉观察的RO膜的表面图像，并且(b)产生表示所述捕获的图像的图像数据信号；
位于所述监视单元中的反射镜结构，其被相对于所述可视觉观察的RO膜表面进行设计和设置以将来自光源的光导向为贯穿所述可视觉观察的RO膜的表面的至少一部分从而提供所述膜表面的暗场照射，并且然后将所述光导向所述成像系统；以及
数据处理系统，其被可操作地连接到所述成像系统以接收来自该成像系统的所述图像数据信号，该数据处理系统分析所述图像数据信号以提供在所述可视觉观察的RO膜上水垢生成程度的表示。
2、根据权利要求1所述的监视系统，其特征在于，所述数据处理系统处理所述图像数据信号以将在所述可视觉观察的RO膜上水垢生成程度的表示与所述RO单元中RO膜的条件相关联。
3、根据权利要求1或者2所述的监视系统，其特征在于，所述监视单元被相对于所述RO单元进行设计和设置以从所述流入流和浓缩流至少之一接收所述采样流。
4、根据权利要求1或者2所述的监视系统，其特征在于，所述监视单元包括：
流动头，其限定贯穿所述可视觉观察的膜表面的流通路，并且具有被设计用于接收所述采样流的向该流通路开口的入口以及用于所述采样流并且从该流通路开口的出口；
位于所述流动头中的光学窗，通过该光学窗所述可视觉观察的膜表面可视；
其中所述反射镜结构位于所述流通道内并且被设计用于将光导向通过所述光学窗进入所述成像系统。
5、根据权利要求4所述的监视系统，其特征在于，所述成像系统包括：
相对于所述流动头设置的显微镜，以通过所述光学窗接收所述可视觉观察的膜表面的图像并且由所述图像产生放大的图像；以及
光学连接到所述显微镜的照相机，以接收所述放大的图像并且产生所述图像数据信号；
6、根据权利要求5所述的监视系统，其特征在于，所述照相机选自数码静态相机和视频照相机其中至少之一组成的组。
7、一种用于监视反渗透单元中的反渗透膜的膜水垢生成的方法，该反渗透单元接收流入流并且流出浓缩流，该方法包括：
提供具有可视觉观察的RO膜的反渗透监视单元，该RO膜具有在活性流入侧上的表面；
将来自所述RO单元的流入流或者浓缩流的样本流传输经过所述可视觉观察的RO膜的表面；
将光导向穿过所述可视觉观察的RO膜的表面的至少一部分从而提供所述膜表面的暗场照射；
从所述可视觉观察的膜表面的被照射部分收集可视数据，该收集的数据表示在所述可视觉观察的RO膜表面上水垢的存在和程度；
将所述收集的可视数据传输到数据处理系统；以及
使用所述数据处理系统解释所述收集的可视数据以确定在所述反渗透单元的反渗透膜上水垢生成的程度。
8、根据权利要求7或者13所述的方法，其特征在于，所述从所述可视觉观察的膜表面收集可视数据的步骤包括：(a)产生所述表面的光学图像；以及(b)将所述光学图像转换为其中具有所述可视数据的图像数据信号。
9、根据权利要求7或者13所述的方法，其特征在于，所述解释所述收集的可视数据的步骤包括显示所述可视觉观察的膜表面的实时图像以及将所述收集的可视数据与所述RO单元中的RO膜的条件相关联的至少其中之一。
10、一种用于监视在反渗透单元中的反渗透膜上膜水垢生成的反渗透监视单元，该反渗透单元接收流入流并且流出浓缩流，该监视单元包括：
具有在活性流入侧上的第一表面的可视觉观察的反渗透(RO)膜；
流动头，其被设计和设置为将来自所述RO单元的流入流或者浓缩流的样本流导向为贯穿所述可视觉观察的膜的第一表面；
位于所述流动头中的光学窗，通过该光学窗，所述可视觉观察的膜的第一表面可视；以及
位于所述监视单元中的反射镜结构，其被相对于所述可视觉观察的膜的第一表面设计和设置以将来自光源的光导向为贯穿所述可视觉观察的膜的第一表面的至少一部分以提供所述膜表面的暗场照射，从而使所述第一表面上的水垢生成通过所述窗可视。
11、根据权利要求10所述的监视单元，其特征在于，所述可视觉观察的膜包括具有第二表面的相对透过侧，该监视单元还包括：
基底，其具有与所述可视觉观察的膜的第二表面连接的多孔部分；以及
位于所述基底中的透过出口，以允许从所述可视觉观察的膜的透过侧透过的透出流经过所述多孔部分。
12、根据权利要求10所述的监视单元，其特征在于，所述流动头限定贯穿所述第一表面的流通路，并且所述反射镜结构包括位于临近所述第一表面的所述流通路的相对侧上的反射镜。
13、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还进一步包括响应于所述可视觉观察的RO膜上水垢生成的程度而控制所述反渗透单元的步骤。
14、根据权利要求7或者13所述的方法，其特征在于，所述将样本流传输经过所述可视觉观察的RO膜的表面的步骤包括将所述样本流沿第一流方向传输经过所述监视单元，所述方法还包括：
在解释所述收集的视觉数据的步骤之后，如果检测到所述水垢生成的预定程度，则将通过所述监控单元的采样流的流方向反向。
15、根据权利要求4所述的监视系统，其特征在于，所述反射镜结构包括：
设置在所述流通道的相对侧上的第一和第二反射镜，各第一和第二反射镜将来自光源的光朝向所述另一反射镜反射以贯穿所述可视觉观察的RO膜的表面，从而由各反射镜反射的光再由所述可视觉观察的RO膜表面上的水垢反射进入所述成像系统。
16、根据权利要求4所述的监视系统，其特征在于，所述反射镜结构包括：
设置在所述流通路的相对侧上的第一和第二反射镜，该第一反射镜将来自光源的光朝向所述第二反射镜反射以贯穿所述可视觉观察的RO膜表面，然后所述第二反射镜将所述光反射进入所述成像系统。

Claims (20)

1、一种用于在具有反渗透(RO)膜的RO单元中监视膜水垢生成的监视系统，其中该RO单元接收流入流并且流出浓缩流，该监视系统包括：
具有可视觉观察的RO膜的监视单元，该监视单元被相对于所述RO单元进行设计和设置以从该RO单元的流入流或者浓缩流接收采样流，并且使所述采样流经过所述可视觉观察的RO膜的表面，从而将所述采样流中的溶质沉积在所述膜表面上；
成像系统，其被设计用于(a)捕获所述可视觉观察的RO膜的表面图像，并且(b)产生表示所述捕获的图像的可视数据信号；以及
数据处理系统，其被可操作地连接到所述成像系统以接收来自该成像系统的所述可视数据信号，该数据处理系统用于提供在所述可视觉观察的RO膜表面上水垢生成的图像，该图像表示在所述RO单元中的RO膜上水垢生成的程度。
2、根据权利要求1所述的监视系统，其特征在于，所述数据处理系统用于将所述可视数据信号中的数据与所述RO单元中RO膜的条件相关联。
3、根据权利要求1或者2所述的监视系统，其特征在于，所述监视单元被相对于所述RO单元进行设计和设置以从所述流入流接收所述采样流。
4、根据权利要求1或者2所述的监视系统，其特征在于，所述监视单元被相对于所述RO单元进行设计和设置以从所述浓缩流接收所述采样流。
5、根据权利要求1-4任意一项所述的监视系统，其特征在于，所述监视单元包括：
流动头，其限定贯穿所述可视觉观察的膜表面的流通路，并且具有被设计用于接收所述采样流的向该流通路开口的入口以及用于所述采样流并且从该流通路开口的出口；
位于所述流动头中的光学窗，通过该光学窗所述可视觉观察的膜表面可视；
光源，其被设置用于将光导向所述可视觉观察的膜的表面；以及
反射镜结构，其被设计用于将来自所述光源的光导向以贯穿所述可视觉观察的膜表面并且通过所述光学窗进入所述成像系统。
6、根据权利要求5所述的监视系统，其特征在于，所述成像系统包括：
相对于所述流动头设置的显微镜，以通过所述光学窗接收所述可视觉观察的膜表面的图像并且由所述图像产生放大的图像；以及
光学连接到所述显微镜的照相机，以接收所述放大的图像并且产生所述可视数据信号；
7、根据权利要求6所述的监视系统，其特征在于，所述照相机为数码静态相机。
8、根据权利要求6所述的监视系统，其特征在于，所述照相机为摄像机。
9、一种用于监视反渗透单元中的反渗透膜的膜水垢生成的方法，该反渗透单元接收流入流并且流出浓缩流，该方法包括：
提供具有可视觉观察的RO膜的反渗透监视单元，该RO膜具有在活性流入侧上的表面；
将来自所述RO单元的流入流或者浓缩流的样本流传输经过所述可视觉观察的RO膜的表面；
从所述可视觉观察的膜表面收集可视数据，该可视数据表示在所述可视觉观察的RO膜表面上水垢的存在和程度；
将所述收集的可视数据传输到数据处理系统；以及
使用所述数据处理系统解释所述收集的可视数据以确定在所述反渗透单元的反渗透膜上水垢生成的程度。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述从所述可视觉观察的膜表面收集可视数据的步骤包括：(a)产生所述表面的光学图像；以及(b)将所述光学图像转换为数字化的可视数据信号。
11、根据权利要求9或者10所述的方法，其特征在于，所述解释所述收集的可视数据的步骤包括显示所述可视觉观察的膜表面的实时图像。
12、根据权利要求9-11任意一项所述的方法，其特征在于，所述解释所述收集的可视数据的步骤包括将所述收集的可视数据与所述RO单元中RO膜的条件相关联。
13、根据权利要求9-12任意一项所述的方法，其特征在于，所述传输所述样本流的步骤包括从所述流入流传输样本。
14、根据权利要求9-12任意一项所述的方法，其特征在于，所述传输所述样本流的步骤包括从所述浓缩流传输样本。
15、一种用于监视在反渗透单元中的反渗透膜上膜水垢生成的反渗透监视单元，该反渗透单元接收流入流并且流出浓缩流，该监视单元包括：
具有在活性流入侧上的第一表面的可视觉观察的反渗透(RO)膜；
流动头，其被设计和设置为将来自所述RO单元的流入流或者浓缩流的样本流导向为贯穿所述可视觉观察的膜的第一表面；
位于所述流动头中的光学窗，通过该光学窗，所述可视觉观察的膜的第一表面可视；以及
反射镜结构，其被相对于所述可视觉观察的膜的第一表面设计和设置以将来自光源的光导向为贯穿所述可视觉观察的膜的第一表面的至少一部分并且通过所述光学窗。
16、根据权利要求15所述的监视单元，其特征在于，所述流动头具有入口，该入口被设计和设置为从所述流入流接收所述样本流。
17、根据权利要求15所述的监视单元，其特征在于，所述流动头具有入口，该入口被设计和设置为从所述浓缩流接收所述样本流。
18、根据权利要求15-17任意一项所述的监视单元，其特征在于，所述可视觉观察的膜包括具有第二表面的相对透过侧，该监视单元还包括：
基底，其具有与所述可视觉观察的膜的第二表面连接的多孔部分；以及
位于所述基底中的透过出口，以允许从所述可视觉观察的膜的透过侧透过的透出流经过所述多孔部分。
19、根据权利要求18所述的监视单元，其特征在于，所述多孔部分包括在所述基底中的多孔金属插入件。
20、根据权利要求15-19任意一项所述的监视单元，其特征在于，所述流动头限定贯穿所述第一表面的流通路，并且所述反射镜结构包括位于临近所述第一表面的所述流通路的相对侧上的反射镜。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103011341A (zh) * 2011-09-24 2013-04-03 曼弗雷德·弗尔克尔 用于制备超纯水的设备
CN103180034A (zh) * 2010-10-21 2013-06-26 日东电工株式会社 膜分离装置、膜分离装置的运转方法及使用膜分离装置的评价方法
CN103347594A (zh) * 2010-11-26 2013-10-09 Abb研究有限公司 控制在膜系统操作中的结垢的方法和系统
CN104250041A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 株式会社日立制作所 水处理系统以及水处理系统的水处理方法
CN104703925A (zh) * 2012-10-12 2015-06-10 东丽株式会社 逆渗透膜过滤设施的操作方法和生物膜形成监测装置
CN108474742A (zh) * 2015-12-23 2018-08-31 凯米罗总公司 用于监测和控制沉积物形成的方法和装置
CN109070008A (zh) * 2016-04-06 2018-12-21 三菱重工工程株式会社 水处理装置的性能评价方法及水处理装置
CN111780823A (zh) * 2020-05-19 2020-10-16 临沂海大电子科技有限公司 一种防堵塞的智能物联网水表
TWI708741B (zh) * 2018-04-23 2020-11-01 美商戽水車水科技股份有限公司 用於即時膜表面監控之方法及設備
CN112881637A (zh) * 2021-02-08 2021-06-01 东华大学 可视化渗透膜处理废水检测装置
CN113747966A (zh) * 2019-04-01 2021-12-03 凯米拉公司 膜积垢的监测
CN115041022A (zh) * 2022-06-29 2022-09-13 武汉大学 一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统和方法

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5079372B2 (ja) * 2007-04-09 2012-11-21 日東電工株式会社 膜分離方法および膜分離装置
US8506799B2 (en) * 2009-09-09 2013-08-13 ClearCorp Suspended particle characterization system for a water processing facility
EP2504081A1 (en) * 2009-11-25 2012-10-03 I.D.E. Technologies Ltd. Reciprocal enhancement of reverse osmosis and forward osmosis
DE102010009581A1 (de) * 2010-02-26 2011-09-01 Danfoss A/S Umkehrosmosevorrichtung
US20110240129A1 (en) * 2010-04-01 2011-10-06 Flsmidth A/S Thickener floccuant control by in-situ aggregate size analysis
US10159941B2 (en) * 2010-11-01 2018-12-25 Nanyang Technological University Membrane sensor and method of detecting fouling in a fluid
JP5398695B2 (ja) * 2010-12-18 2014-01-29 三菱重工業株式会社 淡水化装置、膜の監視方法および淡水化装置の運転方法
US9744498B2 (en) * 2011-03-11 2017-08-29 Fenwal, Inc. Disposable fluid circuits and methods for cell washing with on-line dilution of cell feed
US9717842B2 (en) 2011-09-22 2017-08-01 Fenwal, Inc. Disposable fluid circuits and methods for cell washing
JP2013184157A (ja) * 2012-03-12 2013-09-19 Nitto Denko Corp 膜分離装置、膜ファウリングの測定方法、膜分離装置の運転方法、およびサブモジュール
DE102012204011A1 (de) * 2012-03-14 2013-09-19 Bwt Ag Verfahren zum Betreiben einer Membrantrennvorrichtung, Regelvorrichtung für eine Membrantrennvorrichtung und Vorrichtung zum Regeln und/oder Steuern einer Membrantrennvorrichtung
JP2013223835A (ja) * 2012-04-20 2013-10-31 Nitto Denko Corp 膜ファウリングの評価方法および分離膜の洗浄方法
CA2848975A1 (en) * 2013-04-19 2014-10-19 G. Clayton Christie Systems and methods for concentrating sugar content of liquids
JP6189205B2 (ja) 2013-12-18 2017-08-30 三菱重工業株式会社 濃縮装置のスケール検知装置及び方法、水の再生処理システム
JP6554781B2 (ja) * 2013-12-26 2019-08-07 栗田工業株式会社 逆浸透膜装置の運転方法、及び逆浸透膜装置
JP6497843B2 (ja) * 2014-01-30 2019-04-10 三菱重工エンジニアリング株式会社 逆浸透膜へのケミカルファウリング防止システム及び方法
KR101450213B1 (ko) * 2014-03-17 2014-10-15 한국기계연구원 교차흐름 멤브레인 테스트 셀 및 이를 구비한 멤브레인 테스트 장치
WO2015199669A1 (en) 2014-06-25 2015-12-30 Halliburton Energy Services, Inc. In situ evaluation of filter parameters with opticoanalytical devices
JP6219243B2 (ja) * 2014-07-14 2017-10-25 株式会社日立製作所 スパイラル膜圧力容器内のモニタリング装置およびモニタリング方法
US20170275189A1 (en) * 2014-09-03 2017-09-28 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Deposit monitoring device for water treatment device, water treatment device, operating method for same, and washing method for water treatment device
CN106659979A (zh) * 2014-09-03 2017-05-10 三菱重工业株式会社 水处理装置及水处理装置的运行方法
JP6251148B2 (ja) * 2014-10-10 2017-12-20 株式会社日立製作所 水処理システム
JP6463656B2 (ja) * 2015-05-29 2019-02-06 株式会社日立製作所 水処理システム
KR101870679B1 (ko) * 2016-06-14 2018-06-25 한국과학기술연구원 분리막 막오염을 실시간 모니터링할 수 있는 막증류 시스템
BR112019000811B1 (pt) 2016-07-19 2023-02-07 Ecolab Usa Inc Métodos de análise de um fluido de contato de substrato e de um substrato em contato com a água industrial
EP3488229A1 (en) * 2016-07-19 2019-05-29 Ecolab USA Inc. Control of industrial water treatment via digital imaging
IL265376B1 (en) 2016-09-20 2024-04-01 Aqua Membranes Llc Penetrating current patterns
KR101959000B1 (ko) * 2016-09-22 2019-03-19 한국에너지기술연구원 전극 일체형 분리막 시스템 및 이를 이용한 분리막의 파울링 측정 방법
CN106621825A (zh) * 2016-09-23 2017-05-10 广州市心德实业有限公司 一种微型夹板式膜试验装置
WO2018094287A1 (en) 2016-11-19 2018-05-24 Aqua Membranes Llc Interfernce patterns for spiral-wound elements
WO2018142195A1 (en) * 2017-02-02 2018-08-09 King Abdullah University Of Science And Technology Fluorescence based extracellular enzyme activity assay for early detection of biofouling in seawater desalination systems
WO2018190937A1 (en) 2017-04-12 2018-10-18 Aqua Membranes Llc Graded spacers for filtration wound elements
US11745143B2 (en) 2017-04-20 2023-09-05 Aqua Membranes, Inc. Mixing-promoting spacer patterns for spiral-wound elements
WO2018194911A1 (en) 2017-04-20 2018-10-25 Aqua Membranes Llc Non-nesting, non-deforming patterns for spiral-wound elements
CN111344053A (zh) 2017-10-13 2020-06-26 阿夸曼布拉尼斯公司 螺旋缠绕元件的桥支撑件和减少的进给间隔件
NL2021215B1 (en) 2018-06-29 2020-01-06 Oasen N V A system for monitoring fouling issues in a drinking water distribution network
CH715165A1 (de) * 2018-07-12 2020-01-15 Halag Chemie Ag Verfahren zur Optimierung der Produktionssicherheit einer membran-basierten Vorrichtung zur Filtration eines Mediums.
WO2021207256A1 (en) 2020-04-07 2021-10-14 Aqua Membranes Inc. Independent spacers and methods

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3975084A (en) * 1973-09-27 1976-08-17 Block Engineering, Inc. Particle detecting system
US4374891A (en) * 1974-12-26 1983-02-22 General Electric Company Ultrathin polymer membranes
US4151086A (en) * 1978-04-04 1979-04-24 Nasa Fluid sample collection and distribution system
US5017009A (en) * 1986-06-26 1991-05-21 Ortho Diagnostic Systems, Inc. Scattered total internal reflectance immunoassay system
DE3718407A1 (de) * 1987-06-02 1988-12-22 Hund Helmut Gmbh Anordnung fuer die optische analyse von partikelpopulationen in gasen und fluessigkeiten
US6017459A (en) * 1993-03-08 2000-01-25 Nalco Chemical Company Apparatus and method for the monitoring of membrane deposition
US5982534A (en) * 1997-06-18 1999-11-09 The Regents Of The University Of California Specimen illumination apparatus with optical cavity for dark field illumination
CA2243090A1 (en) * 1998-07-10 2000-01-10 Timothy M. Richardson Inverted darkfield contrast microscope and method
US6306291B1 (en) * 1998-11-24 2001-10-23 Stanley R. Lueck Automatic silt density index apparatus
KR100338346B1 (ko) * 2000-05-24 2002-05-30 박호군 막여과 시간에 따른 막오염 진행 추이를 동시에연속적으로 모니터링하기 위한 막여과 장치 및 방법
US7186331B2 (en) * 2001-03-06 2007-03-06 Sasol Technology (Pty) Limited Monitoring unit for monitoring the condition of a semi-permeable membrane
US6730227B2 (en) * 2002-03-28 2004-05-04 Nalco Company Method of monitoring membrane separation processes
NL1028474C2 (nl) 2005-03-07 2006-09-11 Vitens Fryslon N V Membraanvervuilingsmonitor.
WO2006130815A2 (en) 2005-06-02 2006-12-07 The Board Of Trustees The Leland Stanford Junior University Crossflow membrane filtration module

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103180034A (zh) * 2010-10-21 2013-06-26 日东电工株式会社 膜分离装置、膜分离装置的运转方法及使用膜分离装置的评价方法
CN103347594A (zh) * 2010-11-26 2013-10-09 Abb研究有限公司 控制在膜系统操作中的结垢的方法和系统
CN103347594B (zh) * 2010-11-26 2016-02-10 Abb研究有限公司 控制在膜系统操作中的结垢的方法和系统
CN103011341B (zh) * 2011-09-24 2016-03-23 曼弗雷德·弗尔克尔 用于制备超纯水的设备
CN103011341A (zh) * 2011-09-24 2013-04-03 曼弗雷德·弗尔克尔 用于制备超纯水的设备
CN104703925A (zh) * 2012-10-12 2015-06-10 东丽株式会社 逆渗透膜过滤设施的操作方法和生物膜形成监测装置
CN104250041A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 株式会社日立制作所 水处理系统以及水处理系统的水处理方法
US11046590B2 (en) 2015-12-23 2021-06-29 Kemira Oyj Method and an apparatus for monitoring and controlling deposit formation
CN108474742A (zh) * 2015-12-23 2018-08-31 凯米罗总公司 用于监测和控制沉积物形成的方法和装置
CN109070008A (zh) * 2016-04-06 2018-12-21 三菱重工工程株式会社 水处理装置的性能评价方法及水处理装置
TWI708741B (zh) * 2018-04-23 2020-11-01 美商戽水車水科技股份有限公司 用於即時膜表面監控之方法及設備
CN112105444A (zh) * 2018-04-23 2020-12-18 美商戽水车水科技股份有限公司 用于实时直接膜表面监控的方法和设备
CN112105444B (zh) * 2018-04-23 2022-08-16 美商戽水车水科技股份有限公司 用于实时直接膜表面监控的方法和设备
CN113747966A (zh) * 2019-04-01 2021-12-03 凯米拉公司 膜积垢的监测
CN111780823A (zh) * 2020-05-19 2020-10-16 临沂海大电子科技有限公司 一种防堵塞的智能物联网水表
CN111780823B (zh) * 2020-05-19 2022-08-12 临沂海大电子科技有限公司 一种防堵塞的智能物联网水表
CN112881637A (zh) * 2021-02-08 2021-06-01 东华大学 可视化渗透膜处理废水检测装置
CN115041022A (zh) * 2022-06-29 2022-09-13 武汉大学 一种在线监测膜蒸馏中膜浸润过程的系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
IL192843A0 (en) 2009-08-03
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JP2009524521A (ja) 2009-07-02

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