CN104837543A - 平式反渗透模块及系统 - Google Patents

Abstract

诸如纳米过滤或反渗透模块之类的过滤模块由膜制成，所述膜设置成与供给通道垫片和渗透液载体的平片层叠。该层叠件具有由密封在四个侧边并围住渗透液载体的两个膜片形成的包。这些包在整个该层叠件的厚度上与供给通道垫片的薄片交错。一个或多个渗透液收集管穿过层叠件的厚度。供给通道垫片的薄片沿两个侧边并围绕渗透液收集管具有密封件。模块通过将一个或多个层叠件放置在压力容器中形成，在该层叠件的下游端处在层叠件与压力容器之间具有密封件。

Description

平式反渗透模块及系统

技术领域

本说明书涉及诸如反渗透模块之类的膜过滤模块，并且涉及制造它们的方法。

背景技术

在浸没式过滤模块或微滤模块中已经使用了平片膜。在由日本久保田株式会社(Kubota)生产的模块中，在塑料框架的两侧上均设置膜片以形成中空袋(pocket)。这些袋在模块中被放置成间隔结构并被浸没在开放式容器中。渗透液(permeate)被通过经由框架中的端口施加至该袋的内侧的吸力回收。在美国专利7892430中所述的模块中，过滤元件由设置在排水元件的两侧上的两个膜片构成。这些元件成间隔关系设置并被浸没在开放式容器中。渗透液被经由穿过这些元件中的孔口的管道通过吸力回收。浸没在供水容器中并在低跨膜压差下的操作并不要求这些模块是刚硬的或坚固的。

在反渗透中同样已经使用了平片膜。然而，反渗透膜通常被制成螺旋缠绕模块。当在渗透侧上不存在错流时，该螺旋缠绕构造本质上适用于高压应用。在美国专利5104532、美国专利5681464、美国专利6524478、欧洲专利1355730和日本专利申请公开7068137中描述了对于制造平片压力驱动模块的尝试，这些模块中的一些带有错流。

发明内容

下列部分意在向读者介绍详细说明以便遵循且非限制或限定权利要求书。

本说明书描述了一种包括平片膜的过滤模块。这些膜与供给通道垫片和渗透液载体的平片层叠设置。该层叠件具有由密封在四个侧边上并围住渗透液载体的两个膜片形成的包。这些包在整个该层叠件的厚度上与供给通道垫片的薄片交错。一个或多个渗透液收集管例如通过穿过层叠件的厚度而与渗透液载体连通。供给通道垫片的薄片沿两个侧边并围绕渗透液收集管具有密封件。可选择地，供给垫片密封件通过将热塑性材料预注入到供给垫片(feed spacer)中并使得该热塑性材料能够在组装该层叠件之前凝固来实现。模块通过将一个或多个层叠件放置在压力容器中形成。在该层叠件的下游端处在层叠件与压力容器之间的密封将该压力容器分隔成供给室和浓缩室。多个模块可被连接成串行结构或并行结构。

附图说明

图1是形成渗透包(permeate pack)的薄片组件的分解等距视图。

图2是渗透包的平面图。

图3是供给垫片的平面图。

图4是包括渗透包和供给垫片的层叠件的截面图。

图5是膜模块的侧视图。

图6是并行连接的一组膜模块的端视图。

具体实施方式

图1示出了包括多层平片材料的子组件。作为选择，该子组件可在本说明书中被称为渗透包20或袋。渗透包20的各个层为：第一膜12a、渗透液载体16、和第二膜12b。可选择地，第一膜12a和第二膜12b可由优选地沿其长度围绕渗透液载体16折叠的单片材料提供。膜12的分离层背向渗透液载体16。可选择地，可制造渗透包20的其它形式，其中，渗透液载体被密封在包括过滤膜的包裹件内。

参照图4，通过将多个渗透包20与位于渗透包20之间的供给垫片14层叠放置而形成层叠件10。优选地，供给垫片14还被放置于层叠件10的底部和顶部。渗透包20和供给垫片14优选地是大致呈矩形的。渗透包20和供给垫片14优选地在该层叠件10中是大致平坦的或呈平面状的。

出于说明的目的，将参照如图1中所示的基准尺寸来描述该层叠件10。这些材料片的较长尺寸将被称之为长度L。这些材料片的较短尺寸将被称之为宽度W。垂直于这些材料片的尺寸将被称之为厚度T。该层叠件10的长度L优选地为该层叠件的宽度W的两倍或更多倍、或者三倍或更多倍。长度L同样优选地为2m或更大、或者3m或更大。这比常规的螺旋缠绕膜长并且这样减少了每单位长度上的被密封件和互连器所占据的膜材料的量。由于层叠件10由平坦材料形成，因此密封的宽度还不会引起材料在卷绕期间的移动或者在长度修剪时移除大量材料，如在螺旋缠绕模块的情况下通常是这样的。

层叠件10中的多片材料可以与在制造螺旋缠绕膜中使用的材料相同。例如，膜12可以是铸造在支承结构上的薄膜复合反渗透或纳米过滤膜。供给垫片14可以是发泡塑料网。渗透液载体16可以是经编织物。

返回参照图1，密封件15设置在渗透包20的膜12之间。密封件15围绕渗透包20的周界设置。在图1的示例中，密封件15被示出为处于渗透液载体16上。这与通过向渗透液载体16施加粘合剂制成的密封件一致。然而，当组装和压缩如图1中所示的渗透包20时，粘合剂渗透过渗透液载体16并附接于第一膜12a和第二膜12b。相似的密封件15可通过沿第一膜12a的边缘或第二膜12b的边缘施加粘合剂形成。

密封件15可由已知用于制造螺旋缠绕膜的任何方法制成。例如，如上所述，密封件15可以是膜12中的折叠部或者由粘合剂制成。适用的粘合剂包括聚氨酯、环氧树脂、有机硅、丙烯酸酯、和热熔粘合剂。然而，不同于螺旋缠绕膜模块，在一些方法中可以组装该层叠件10，而无需这些材料片在粘合剂固化时相互滑动。因此，可选择少粘性的或快速定型的粘合剂。密封件还可例如通过熔化、激光焊接或超声波焊接利用本质上是即时的粘合剂制成。作为选择，密封件可通过将两个连续的膜12围绕渗透液载体16连结在一起的带线(line of tape)制成。

参照图2，渗透包20具有一个或多个渗透孔22。参照图3，供给垫片14具有一个或多个供给孔24。渗透孔22和供给垫片孔24定位成使得当将渗透包20和供给垫片14组装到该层叠件中时，它们形成穿过该层叠件10的一个或多个连续的竖向通道。渗透孔22可通过利用模具将它们在渗透包20中冲出而制成。供给垫片孔24可通过在将盘状密封件26浇注到供给垫片14中之前或之后，将它们在供给垫片14中冲出而制成。可选择地，渗透孔22和供给垫片孔24可在组装层叠件之后例如通过使钻孔器、打孔器、或打洞器穿过该层叠件10形成。

盘状密封件26可通过如下方式制成，例如通过向供给垫片14施加熔化的热熔粘合剂并随后可选择地在仍旧对该热熔粘合剂加热时压缩该热熔粘合剂，直到盘形成为与供给垫片14的厚度大致相同并且被嵌置在供给垫片14中。可使热熔粘合剂能够在形成层叠件10之前凝固。可选择地，热熔粘合剂可通过将它按压在层叠件10中而无需对它再加热而以垫圈的方式使用。供给垫片14还沿供给垫片14的两个长边具有边缘阻挡件28。边缘阻挡件28可由如针对盘状密封件26所述的施加并按压到供给垫片14中的热熔粘合剂制成。作为选择，边缘阻挡件28和盘状密封件26可由独立于供给垫片14但与供给垫片14具有大致相同的厚度的诸如弹性或热塑性材料之类的多片材料制成。这些独立的多片材料可以垫圈的方式被压缩、或加热、或以其它方式活化以便在该层叠件10中形成密封。

在层叠件10中，待被过滤的供水通过流到供给垫片14的开放端中的一个中进入该层叠件10。作为选择被称为浓缩液或卤水(brine)的渗余液从供给垫片14的另一端离开。盘状密封件26使得供水围绕供给垫片孔24转向。一些供水穿过膜12作为渗透液。渗透液穿过渗透液载体16转到渗透孔22。

参照图4，层叠件10包括其间带有供给垫片14的一组渗透包20。渗透孔22和供给垫片孔24通常是竖向对齐的。诸如渗透液管30之类的一个或多个渗透液管道穿过渗透孔22和供给垫片孔24。可选择地，渗透液管道可具有非管状的形状。可选择地，渗透液管30的一端可具有插塞38。渗透液管30具有在层叠件10的厚度内穿过其侧部的开口。诸如螺纹连接到渗透液管30上的螺母32之类的连接于渗透液管的抵接件在渗透液管30的区域中压缩该层叠件10。可选择地，多孔的垫片环34可被插在渗透孔22的内侧以避免压坏渗透包20。可选择地，螺母32中的一个可被替换成固定抵接件。作为选择，其它装置可用于将渗透液管30附接于层叠件10，但当仍旧允许移除渗透液管30例如以便卸下该层叠件10时，螺母32有利地使该层叠件能够被围绕渗透液管30压缩。

当被压缩时，盘状密封件26在渗透包20的上方和下方封靠在渗透包20上。层叠件10还沿其长度具有夹持件36。夹持件36将边缘阻挡件28压靠在渗透包20上。夹持件36优选地包括上部卡爪和下部卡爪，上部卡爪和下部卡爪被例如通过在它们之间穿过的螺钉以允许将它们移除例如以便卸下该层叠件10的方式压在一起。可选择地，该层叠件10可被再加热以熔化盘状密封件26和边缘阻挡件28，使得它们粘结于渗透包20。可选择地，盘状密封件26和边缘阻挡件28可通过下列方式制成，即通过向供给垫片14或与供给垫片14相关联的独立的多片材料施加液态粘合剂，组装带有仍旧处于液态的粘合剂的层叠件10，并在组装该层叠件10之后使液态粘合剂凝固。在另一替代方案中，盘状密封件26和边缘阻挡件28可由热熔粘合剂制成，该热熔粘合剂在组装层叠件10时是固态的，但随后在组装该层叠件10之后被再熔化并再凝固以便粘结于渗透包20。然而，通过仅压缩密封剂盘20和边缘阻挡件28形成密封会产生可被拆开用于检查或维修层叠件10。可选择地，夹持件36可起到边缘阻挡件28的作用，并且可省略掉袋20之间的边缘阻挡件。可选择地，不同的构建和组装方法均可用于盘状密封件26和边缘阻挡件28。

图5示出了作为选择被称为元件的膜模块40。模块40具有容纳层叠件10的壳体42。层叠件10具有沿其长度间隔开的多个渗透液管30。渗透液管30连接于定位在壳体42的内侧的渗透液收集器44。渗透液收集器44连接于壳体42上的渗透液端口46。供水通过壳体42上的供给端口48进入该模块40。壳体42的一端具有凸缘50。可移除的盖罩52可被栓接于凸缘50以便将层叠件10封装在壳体42中。凸缘50和盖罩52构造成压靠并封靠在附接于并密封于层叠件10的一端的外侧的挡板56上。这样一来，位于挡板56的左侧的模块40的供给侧自位于挡板56的右侧的模块40的浓缩侧分隔开。挡板56防止供水旁通到层叠件10的内侧。如果需要，可移除盖罩52以便移除层叠件10用于检查或维修。壳体42的与凸缘50相反的另一端可被永久地封闭住。这避免了必须在壳体42的该端部处设置密封件。

在运转中，供水通过供给端口48进入模块40，流到层叠件10的第一端中，并沿供给垫片14流至挡板56。边缘阻挡件28使供水在处于层叠件10的内侧时大致沿层叠件10的长度流动。供水中的一些渗透到渗透包20中并通过一个或多个渗透液端口46离开该模块。供水的其余部分通过挡板56并从层叠件10的第二端离开进入到盖罩52中。浓缩液被从盖罩52通过浓缩液端口54回收。

供水在供给垫片14中的压力朝向挡板56降低。相反，供水在壳体42的内侧但在层叠件10的外侧大致保持处于所施加的压力。供水压力因此有助于防止层叠件10在夹持件36与渗透液管30之间膨胀。这将渗透包20保持压靠在供给垫片14上，这有助于确保通过供给垫片14使供水紊流以便防止在膜12的表面处出现浓度极化。这样一来，供水压力用于将层叠件10保持处于压缩中以有助于使供给垫片14的任一侧上的渗透包20之间的间隙最小化。这促进了有效的供给流混合以有助于减少浓度极化并增大由渗透包20导致的脱盐。

模块40可以可选择地具有附接于壳体42以使模块40能够是无需依靠支撑物的支架58。作为选择，一个或多个模块40可被保持处于机架中。壳体42优选地是圆柱形的以有助于通过有效地使用材料来耐受压力，但作为选择可使用其它形状。壳体42可容纳成一直线的多个模块40。在该情况下，并未定位于盖罩52处的模块40具有挡板56，这些挡板56围绕层叠件10装配并延伸至壳体42的内侧，使得供水必须连续流过壳体42中的模块40。

供给端口48优选地自壳体42的底部定位在壳体42的底部上。这有助于避免在连接于供给端口48的供水管中出现空气滞留。供水管通常具有大直径。当水穿过供给端口48进入壳体42时，空气从供水管上升到壳体42中并收集于壳体42的顶部。所收集的空气被通过壳体42的顶部处的放气阀47周期性地放出。

渗透液端口46优选地定位于壳体42的顶部处。这有助于移除模块40的渗透液侧上的空气。具有多个渗透液管30缩小了渗透液必须行进通过渗透液载体16的平均距离并由此提高了净驱动压力。然而，渗透液收集器44避免了具有与渗透液管30一样多的渗透液端口46。

图6示出了包括一组模块40的系统60。如图5中所示的模块40的左侧在图6中是可见的。渗透液端口46连接于渗透液管62。供给端口48连接于供给管64。浓缩液端口54(不可见)连接于浓缩液管66。如图6中所示，渗透液管62、供给管64和浓缩液管66可由带有适于首尾连接的凸缘或其它特征的长度大致相等的管段制成。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且也使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。

Claims (30)

1.一种过滤模块，包括：

a)层叠件，包括：

i)多个袋；

ii)多个供给垫片；

iii)一个或多个渗透液管道；和

iv)多个边缘阻挡件，

其中，

v)所述袋包括渗透液载体，所述渗透液载体被密封在包裹件的内侧，所述包裹件包括反渗透或纳米过滤膜；

vi)所述袋和所述供给垫片是大致呈平面状的并且沿垂直于它们的平面的方向层叠；

vii)所述层叠件大致呈长方体的形状，所述长方体具有垂直于所述袋和所述供给垫片的平面的两个长边、第一端以及第二端；

viii)所述渗透液管与所述渗透液载体流体连通，但被防止与所述供给垫片流体连通；以及

ix)所述边缘阻挡件在所述供给垫片内沿所述层叠件的长度限定通道；

b)壳体，所述壳体包括供给端口、浓缩液端口、和一个或多个渗透液端口，其中，所述壳体环绕所述层叠件，并且其中，所述一个或多个渗透液端口与所述一个或多个渗透液管道流体连通；和

c)挡板，所述挡板定位于所述层叠件的第一端并且在所述层叠件的外侧与所述壳体的内侧之间延伸，所述挡板基本上在所述壳体内防止所述供给端口与所述浓缩液端口之间除通过所述层叠件之外的流体连通，所述供给端口与所述层叠件的所述第二端流体连通。

2.根据权利要求1所述的过滤模块，其特征在于，所述一个或多个渗透液端口定位于所述壳体的顶部。

3.根据权利要求1或2所述的过滤模块，其特征在于，所述过滤模块具有渗透液收集器，所述渗透液收集器处于所述壳体内并且连接在多个渗透液管道与单个渗透液端口之间。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的过滤模块，其特征在于，所述供给端口定位于所述壳体的底部。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的过滤模块，其特征在于，所述过滤模块具有位于单个壳体内的多个层叠件。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的过滤模块，其特征在于，所述层叠件能够选择性地被拆掉。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的过滤模块，其特征在于，所述壳体在一端具有可拆卸的盖罩并在另一端被封闭住。

8.根据权利要求7所述的过滤模块，其特征在于，所述浓缩液端口位于所述挡板的与所述盖罩相同的一侧上。

9.一种过滤装置，包括：

a)层叠件，包括：

i)多个大致呈平面状的且大致呈矩形的袋，每一个袋都包括定位在围绕所述袋的周界被密封在一起的两个膜片之间的渗透液载体，每一个袋都具有处于所述袋的周界内的一个或多个渗透液孔；

ii)多个供给垫片，每一个供给垫片都具有一个或多个供给垫片孔，在每一对相邻的袋之间都设置一个供给垫片；

iii)沿所述供给垫片的长边的边缘阻挡件；和

iv)围绕所述供给垫片孔的盘状密封件；

其中，所述袋和所述供给垫片被沿垂直于所述袋的方向层叠并且所述渗透液孔和所述供给垫片孔在所述层叠件的周界内穿过所述层叠件形成一个或多个孔；和

b)定位在穿过所述层叠件的所述一个或多个孔中的一个或多个渗透液管。

10.根据权利要求9所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置还包括螺母，所述螺母螺纹连接至每一个渗透液管并在整个包含所述渗透液管的所述层叠件上压缩所述层叠件的邻近于所述孔的一部分。

11.根据权利要求9或10所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置还包括边缘夹持件，所述边缘夹持件压缩所述层叠件的包含所述边缘阻挡件的一部分。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置还包括容纳所述层叠件的壳体。

13.根据权利要求12所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置还包括处于壳体中的渗透液端口，所述渗透液管与一个或多个渗透液管连通。

14.根据权利要求12或13所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置还包括处于所述壳体中的供给端口和浓缩液端口。

15.根据权利要求14所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置还包括处于所述层叠件的外侧与所述壳体的内侧之间的挡板，所述挡板定位于所述层叠件的一端并且分隔所述供给端口和所述浓缩液端口。

16.根据权利要求11所述的过滤装置，其特征在于，所述夹持件是能够被选择性地移除的。

17.根据权利要求9至16中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述边缘阻挡件和所述盘状密封件嵌置在所述供给垫片中。

18.根据权利要求9至17中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述边缘阻挡件和所述盘状密封件包括热熔粘合剂，所述热熔粘合剂在组装所述层叠件时处于固态形式。

19.根据权利要求9至18中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置具有至少两米的长度。

20.根据权利要求9至19中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置具有为其宽度的至少两倍的长度。

21.根据权利要求9至20中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置具有沿其长度间隔开的多个渗透液管。

22.一种制造过滤装置的方法，包括下列步骤：

a)组装多个大致平坦的袋，其中，在每一个袋中，渗透液载体被密封在包括膜的包裹件的内侧；

b)提供多个供给垫片，每一个供给垫片都具有处于所述供给垫片的相对两侧上的两个边缘阻挡件和处于所述边缘阻挡件之间的环形密封件；

c)将所述袋与所述供给垫片沿垂直于它们的平面的方向层叠；

d)在形成所述层叠件之前或之后，在所述袋中并在所述环形密封件内的所述供给垫片中形成孔，使得穿过所述层叠件设置连续孔；以及

e)使多孔管穿过所述孔。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将粘合剂压缩、熔化、或施加至所述边缘阻挡件或所述环形密封件。

24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述方法包括压缩所述层叠件的包括所述边缘阻挡件的边缘的步骤。

25.根据权利要求22至24中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)之前，预组装所述袋。

26.根据权利要求22至25中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)之前，将所述边缘阻挡件和所述环形密封件附接于所述供给垫片。

27.根据权利要求22至26中的任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)包括向所述多个平坦的供给垫片施加热熔粘合剂，以便在每一个供给垫片上在所述供给垫片的相对两侧上形成两个嵌置的固态边缘阻挡件，并在所述边缘阻挡件之间形成环形密封件。

28.根据权利要求22至27中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，将所述供给垫片的所述边缘阻挡件排列成彼此平行并与所述袋的长边平行。

29.根据权利要求22至28中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在附接于所述多孔管的两个抵接件之间压缩所述层叠件。

30.根据权利要求22至29中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括压缩所述层叠件的包括所述边缘阻挡件的边缘。