CN110997576A - 用于水处理的紧凑型高通量装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种在流体处理应用中使用的波纹膜板框组件，其中，与常规组件相比，该波纹设计将组件的产能提高了超过200％。所述提高通过使用优化的波纹设计将每个组件的膜装填密度翻至三倍来实现。所公开的波纹膜板框还减小了每个组件的由于为了防止泄漏而附接到板框芯部的膜边缘失活所导致的非活性膜面积。

Description

用于水处理的紧凑型高通量装置

相关申请数据

本申请要求2017年6月21日提交的美国临时专利申请第62/523,097号的权益。

技术领域

本发明涉及用于水处理的设备和方法。

背景技术

本发明的背景技术将涉及水处理、膜技术和浸没式膜系统。

水处理

预计未来几十年全球人口的增长将需要水和能源来满足家庭、农业和工业的消耗，所有这些最终都要依赖正迅速减少的全球水供应。用水量预计将以人口增长率的两倍增长，据联合国2013年的报告估计，到2050年，世界上大多数国家将面临用水紧张的状况。迫切需要发现替代性水源并以安全、经济和有效的方式采用更严格的水回收过程。

根据美国地质调查局的报告，地球上约有97％的水含盐，因此，水过滤技术在开拓以前无法使用的水源中起着至关重要的作用。淡化过程从咸水(诸如海水)中去除矿物质，以生产适合人类或农业使用的水。淡化处理的大部分关注都集中在消耗性淡水的生产上并且对于海水丰富的区域特别关注，但是淡水源或雨水可能是有限制的。尽管咸水大量存在，但是不幸的是，海水淡化由于其过程中消耗了大量能量而会是昂贵的。

咸水仅是需要回收的多种类型的水之一。除了咸水、微咸水、生活废水、工业废水之外，来自其他质量受损的水源的水也需要进行处理才能使用。

水处理还用于预处理应用、采出水处理、减少废水量、零液体排放应用、制盐、食品和饮料浓缩以及制药应用。

有许多已知的淡化水的方法，包括蒸馏和蒸发，但是最普遍的是使用利用膜进行的反渗透或正渗透膜过滤，其在允许水渗透通过膜的同时阻止矿物质和盐通过膜。

膜技术

膜是具有部分渗透性的选择性屏障——它将允许某些物质通过屏障，但阻止其他物质通过。膜通常由离散的薄界面限定，该界面缓和与其接触的化学物质的渗透。能够通过或被阻止通过膜界面的物质可以是分子、离子或其他小颗粒。人造膜的流入水称为进流，通过膜的液体称为渗透液，并且含有保留成分(被阻止通过膜的物质)的液体称为渗余液或浓缩液。普通过滤器符合膜的这种定义，但是按照惯例，术语“膜”通常局限于渗透溶解物质或胶体物质的结构，而术语“过滤器”用于表示分离较大尺寸颗粒悬浮液的结构。

膜通常能够分为两类：合成膜和生物膜。生物膜包括细胞膜(允许某些成分通过的细胞或细胞器的外层覆盖物)、覆盖细胞核的核膜和诸如粘膜或浆膜之类的组织膜。合成膜是人造的，用于实验室或工业，例如用于化工厂。

膜的选择性程度取决于膜的孔径。根据孔径的尺寸，它们能够分为正渗透(FO)膜、微滤(MF)膜、超滤(UF)膜、纳滤(NF)膜和反渗透(RO)膜。膜能够是中性的或带电荷的，并且颗粒运输能够分为主动运输或被动运输。膜方法中的压力、浓度、化学梯度或电梯度能够促进渗透液的主动运输。反渗透膜需要压力才能使溶剂沿与自然渗透相反的方向移动。

带电的膜能够是致密的或微孔的，但是最常见的是具有孔壁的微孔，其携带带正电或带负电的固定离子。带有正电荷离子的膜称为阴离子交换膜，因为它会结合周围流体中的阴离子。类似地，包含带负电离子的膜称为阳离子交换膜。在阳离子交换膜中，固定的阴离子与聚合物间隙中的活动的阳离子处于电平衡状态。相反，由于活动的阴离子的电荷与固定离子的电荷相同，因此差不多被完全排除在阳离子交换膜之外。

具有带电荷的膜界面的膜分离主要是通过排除与膜结构的固定离子具有相同电荷的离子来实现的，并且在较小程度上通过孔径尺寸来实现。由于排除了阴离子，阳离子交换膜仅允许阳离子转移。阴离子交换膜带有固定在聚合物基质上的正电荷。因此，它们排除了所有阳离子，仅对阴离子具有渗透性。

膜蒸馏是一种热驱动的分离方法，其使用相变来分离材料。用于蒸馏的膜本质上是疏水的，并且采用对进流进行加热以汽化水来将水与诸如盐的溶质分离。膜充当液相(水)的屏障，同时允许气相渗透通过膜。未蒸发的物质(诸如盐或其他溶质)不会通过膜，而是远离于渗透的收集蒸汽而保留在膜外部。分离后，使用冷却剂使渗透的蒸气返回液相。

在过去的二十年中，用于水淡化的先进膜的出现以及随后的设计上的技术突破提高了膜的能效和性能。由此，可以从咸水中生产更高质量的饮用水。

膜系统

采用平板膜分离技术(诸如膜生物反应器(MBR)、正向渗透(FO)系统或膜蒸馏(MD)系统)的常规水处理应用，使用包含多层平板框式膜元件的平板式膜组件。每个膜元件由单个矩形的膜板框(通常由塑料制成)构成，矩形的板膜绕着板的每一侧的边缘固定在该膜板框上，从而创建过滤水流过的腔空间。平板式膜组件能够是浸没式组件或非浸没式组件。

浸没式的膜组件是通过将组件插入容纳有待处理流体的槽内而在流体处理中使用的完全组装式装置。通过使流体穿过一个或更多个活性膜层来对流体进行处理。该组件具有用于不同流体进入和离开组件的入口和出口连接部。非浸没式的膜组件是流体处理中使用的完全组装式装置，其中膜板框被布置在壳体中，该壳体具有用于接收未处理流体的入口端口、以及用于提供已通过膜的处理后流体的出口端口，并且可能具有用于未通过膜的未处理流体的另一出口端口。

膜元件是膜组件的单个子单元，其包括附接到称为膜板框的中央芯部的两个膜片。将一个或更多个膜元件连接到用于一种或更多种流体流的入口和出口连接部会形成单个膜组件。

平板膜是在流体处理应用中使用的活性超薄层。膜充当处理后流体和未处理流体之间的半渗透屏障，使用物理和化学分离技术，只有选定的分子才能通过该膜。膜片固定在膜板框上，其边缘被密封以防止泄漏到膜板框的中央框或从该膜板框的中央框泄漏。“平板式”是指平的膜表面，而不是螺旋卷式膜组件或中空纤维膜。

活性(或有效)膜面积是与目标流体直接接触的膜片的总面积。该区域不包括固定至膜板框的不与目标流体直接接触且无助于处理的膜区域。

固定至膜板框的膜区域是非活性膜区域。该区域包括膜周围的附接至框而且不是流体处理部分的边缘。

膜装填密度是归一化为组件所占据的单位面积的膜组件内所包含的总活性膜面积。膜装填密度通常以组件所占据的每平方米空间面积中的活性膜面积的平方米数来衡量。装填密度越高，组件的产能越大。

常规水处理膜分离技术存在两个问题：低的膜装填密度和大的非活性膜面积。常规的膜板设计由于膜的装填密度低而限制了活性膜面积，最终使其无法在利基应用(诸如使用正渗透或膜蒸馏技术处理石油和天然气行业的采出水)中使用。常规设计还由于将膜片的边缘固定于在单个组件中使用的多个膜元件上而引起膜区域失活而导致损失大量活性膜面积。对边缘进行固定对于保持渗透液与未处理流体隔离至关重要，然而，这也会导致平板膜可用的有效膜面积减小。

发明内容

公开了一种在流体处理应用使用的波纹膜板框组件，其中，与常规的浸没式组件相比，该波纹设计使浸没式组件的产能增加200％以上。波纹膜板框组件能够是浸没式组件或非浸没式组件。这种增加通过使用优化的波纹设计使每个组件的膜装填密度翻至三倍来实现。所公开的波纹膜板框还减小了每个组件的由于为了防止泄漏而附接到板框芯部的膜边缘失活所导致的非活性膜面积。

根据实施例，存在包括波纹膜板框芯部的水处理装置，该波纹膜板框芯部具有平行的成排折叠部，并且具有：波纹框，其包括波纹状的底框构件、波纹状的顶框构件、垂直的左侧框构件、和垂直的右侧框构件，并且具有前侧、后侧、底侧、顶侧，并且所述底框构件、顶框构件、左侧框构件和右侧框构件限定开放的中央区域；波纹状的第一膜片，该第一膜片具有沿着顶框构件、底框构件、左侧框构件和右侧框构件附接到波纹框的前侧的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘；第二膜片，该第二膜片具有沿着顶框构件、底框构件、左侧框构件和右侧框构件附接到波纹框的后侧的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘；所述第一膜片和第二膜片在波纹框的开放的中央区域中形成用于收集渗透流体的膜腔空间，所述波纹膜板框芯部被密封以防止待处理流体在未通过波纹状的第一膜片和第二膜片之一的情况下进入膜腔空间，并且，所述第一膜片和第二膜片的区域形成为与膜腔空间共同延伸并提供活性膜区域，其中第一膜片和第二膜片的附接至框的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘是非活性膜区域；流体出口歧管，该流体出口歧管附接到波纹膜板框芯部的顶框构件的顶侧，所述流体出口歧管具有内部空间及流体出口端口，该内部空间经由顶框构件中的一个或更多个开口接收来自膜腔空间的渗透流体，该流体出口端口用于从流体出口歧管的内部空间去除渗透流体；以及基部，该基部附接到波纹膜板框芯部的底框构件的底侧。

装置的基部能够包括气体入口歧管，所述气体入口歧管具有用于接收气体的内部空间、气体入口端口以及在气体入口歧管的顶面上的多个气体出口，所述多个气体出口定位成邻近于波纹膜板框芯部的外部排出气体，所述气体入口歧管和所述气体出口与膜腔空间隔离。气体能够是空气或其他合适的稀有或稳定气体，例如氮气、氧气、饱和二氧化碳、不饱和二氧化碳和各种其他类型的稳定气体。

基部还能够包括附接到底框构件的流体入口歧管，其中底框构件的一部分延伸穿过气体入口歧管以接触流体入口歧管，同时保持与气体入口歧管的内部空间中的气体隔离，所述流体入口歧管具有用于接收流体的内部空间、流体入口端口、以及位于顶面上的一个或更多个开口，这些开口邻近底框构件中的多个开口，来自流体入口歧管的流体能够经由底框构件中的多个开口流入波纹膜板框芯部的膜腔空间中。流体能够是汲取流体或冷却剂流体。

该装置还可以具有选自定位于第一膜片和第二膜片之间的膜腔空间中的非织造网格型间隔片和穿孔膜板的间隔件。该间隔件可以附接至框构件或可以不附接至框构件。

用于该装置的膜片能够是正渗透膜、反渗透膜、膜蒸馏膜、纳滤膜、微滤膜或超滤膜。待处理流体能够是咸水、微咸水、生活废水、工业废水、采出水、制药流体以及食品和饮料流体。波纹膜板框芯部中的波纹膜片的活性面积比具有相等的高度、宽度和深度的平板式板框组件的活性膜面积大100％到250％以上(例如414％或933％)。

所公开的膜组件能够由低成本的耐腐蚀/耐化学性的轻质材料制成，优选地由PVC制成。能够使用3D打印、注塑成型、热成型和压制或这些技术的组合来制造组件，以生产单个部件或组合部件，诸如框芯部。对于任一实施例，能够使用诸如环氧树脂的强耐化学性粘合剂将膜片附接到中央的波纹状的板框上。在所公开的组件中可以采用能够符合波纹形状并附接至框的任何类型的膜片；然而，所使用的膜片的类型将根据处理应用的具体类型而变化。例如，正向渗透过程将需要与用于膜蒸馏的膜所不同的膜。

无论是否具有汲取流体入口歧管，膜组件均能够用在应当通过膜片分离两种不同流体流的应用中，诸如在正向渗透或膜蒸馏中，或者可替代地，无论在组件的渗透液收集侧是否使用真空，均能够用在使用膜生物反应器或其他膜分离工艺来处理单一流体的废水处理应用中。

该组件具有用于单一流体的入口和出口，该单一流体与该组件所暴露于的外部流体完全隔离地在该组件内部移动。清洁的汲取流体(在正向渗透中)或冷却剂(在膜蒸馏中)流动穿过由附接于波纹膜板框的两个膜片所创建的腔空间，而组件暴露于低盐度的进流(废水)。如果组件是浸没式组件，则能够将组件浸入含有低盐度进流的槽中，而如果组件是非浸没式组件，则将低盐度进流提供至组件外壳的入口端口。汲取流体或冷却剂引起水透过膜的渗透。通过真空或抽吸而形成的负压能够用来促进汲取流体或冷却剂进入组件中的运动，以及用于从流体出口歧管去除渗透的物质。

可替代地，不具有汲取流体歧管的膜组件能够用在水处理应用中，诸如反渗透膜、纳滤膜、微滤膜、超滤膜和膜的组合能够用于MBR应用。位于组件顶部处的流体出口歧管中的单个出口端口用于从组件所暴露于的废水中抽取渗过膜的清洁水。

根据另一实施例，存在用于处理水的方法，该方法包括以下步骤：a)提供具有波纹膜板框芯部的水处理装置，该波纹膜板框芯部包括：(i)带有波纹状的底框构件、波纹状的顶框构件、垂直的左侧框构件和垂直的右侧框构件的波纹框，所述框具有前侧、后侧、底侧、顶侧，并且所述底框构件、顶框构件、左侧框构件和右侧框构件限定了开放的中央区域；(ii)波纹状的第一膜片，该第一膜片具有沿着顶框构件、底框构件、左侧框构件和右侧框构件附接到波纹框的前侧的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘；(iii)第二膜片，该第二膜片具有沿着顶框构件、底框构件、左侧框构件和右侧框构件附接到波纹框的后侧的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘；所述第一膜片和第二膜片在波纹框的开放的中央区域中形成用于收集渗透流体的膜腔空间，波纹膜板框芯部被密封以防止待处理流体在未通过波纹状的第一膜片和第二膜片之一的情况下进入膜腔空间，并且，所述第一膜片和第二膜片的区域形成为与膜腔空间共同延伸并提供活性膜区域，而第一膜片和第二膜片的附接至框的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘是非活性膜区域；(iv)流体出口歧管，该流体出口歧管附接到波纹膜板框芯部的顶框构件的顶侧，并且具有内部空间及流体出口端口，该内部空间经由顶框构件中的一个或更多个开口接收来自膜腔空间的渗透流体，该流体出口端口用于从流体出口歧管的内部空间去除渗透的流体；以及(v)基部，该基部附接到波纹膜板框芯部的底框构件的底侧；b)提供用于经由流体出口端口从流体出口歧管去除渗透流体的导管；c)对流体出口端口施加抽吸或负压；d)将水处理装置暴露于待处理流体；以及e)通过将气体输送到气体入口歧管而经由流体出口端口从流体出口歧管去除渗透流体。

本方法的步骤还可包括：提供气体入口歧管作为基部，所述气体入口歧管具有用于接收气体的内部空间、用于将气体输送到气体入口歧管的气体入口端口、用于将气体输送到气体入口端口的导管、以及位于气体入口歧管的顶面上的多个气体出口，所述多个气体出口定位成与膜腔空间隔离地邻近于波纹膜板框芯部的外部排放气体；以及输送气体到气体入口歧管，其中，气体从多个气体出口排出，从而对波纹膜板框芯部的外部提供冲刷作用。

本方法的步骤还可以包括提供附接到底框构件的流体入口歧管，该流体入口歧管具有用于接收流体的内部空间、流体入口端口和以及与底框构件中的多个开口相邻的位于顶面上的开口，底框构件中的所述多个开口允许流体流入波纹膜板框芯部的膜腔空间中，并且所述气体入口歧管定位于流体入口歧管和底框构件之间，所述气体被保持与流体歧管和波纹膜板框芯部的膜腔空间隔离；提供导管以经由流体入口端口将流体输送到流体入口歧管；以及向流体入口歧管输送汲取流体或冷却剂流体，所述汲取流体或冷却剂流体增强渗透流体进入膜腔空间中的运动。

根据另一实施例，存在一种水处理装置，其包括：波纹膜板框芯部，该波纹膜板框芯部包括：波纹框，该波纹框具有波纹状的底框构件、波纹状的顶框构件、垂直的左侧框构件和垂直的右侧框构件；波纹状的第一膜片，该第一膜片附接到顶框构件、底框构件、左侧框构件和右侧框构件的前侧；第二膜片，该第二膜片附接到顶框构件、底框构件、左侧框构件和右侧框构件的后侧，其中第一膜片和第二膜片形成膜腔空间，该膜腔空间被密封以防止待处理流体在未通过波纹状的第一膜片和波纹状的第二膜片之一的情况下进入膜腔空间；流体出口歧管，该流体出口歧管附接到顶框构件的顶侧，并且具有内部空间以及流体出口端口，该内部空间经由框的顶框构件中的一个或更多个开口接收来自膜腔空间的渗透流体，该流体出口端口用于从流体出口歧管的内部空间去除渗透流体；流体入口歧管，该流体入口歧管附接到底框构件，并且具有用于接收流体的内部空间、流体入口端口以及与位于顶面上的与底框构件中的多个开口相邻的一个或更多个开口，所述开口允许流体流入波纹膜板框芯部的膜腔空间中；以及气体入口歧管，该气体入口歧管定位于流体入口歧管和底框构件之间且具有用于接收气体的内部空间、气体入口端口以及位于气体入口歧管的顶面上的多个气体出口，这些气体出口定位成邻近于第一膜和第二膜的外部排出气体，所述气体入口歧管和所述气体出口与膜腔空间隔离。

用于在所公开的方法中使用的装置的膜片能够是正渗透膜、反渗透膜、膜蒸馏膜、纳滤膜、微滤膜或超滤膜。根据该方法的待处理流体能够是咸水、微咸水、生活废水、工业废水、采出水、制药流体以及食品和饮料流体。该方法中使用的装置的产能比具有相同高度、宽度和深度的平板式板框组件大100％至250％以上(例如414％或933％)。

在下面的描述中阐述了一个或更多个实施例的细节。在本文中描述了该方法用于水处理系统中，但是本发明中描述的方法在其他流体分离系统中也可以是有用的。根据说明书和权利要求书，其他特征、目的和优点将显而易见。

附图说明

通过考虑以下结合附图的详细描述，将理解本发明的上述以及其他目的和优点，其中，相同的附图标记始终表示相同的部分，并且在附图中：

图1是波纹状浸没式膜组件的前视立体图。

图2是图1基部的放大图。

图3是沿3-3线的图2的截面图。

图4是沿4-4线的图3的截面图。

图5是浸没式波纹膜板框组件的分解图。

图6是示出图2的流体流动模式的示意图。

图7是波纹状浸没式膜组件中的流动模式和气体冲刷的效果示意图。

图8A是波纹膜片的顶部的示意图。

图8B是波纹膜片的顶部的放大图。

图8C是波纹膜片总成的前部的示意图。

图8D是波纹膜片总成的侧部的示意图。

图9A是常规板框总成的顶部的示意图。

图9B是常规板框总成的前部的示意图。

图9C是常规板框总成的侧部的示意图。

图10A是板框过滤总成的中间装置的顶部的示意图。

图10B是板框过滤总成的中间装置的前部的示意图。

图10C是板框过滤总成的中间装置的侧部的示意图。

图11是波纹状浸没式膜组件的替代实施例的前视立体图。

图12是图11基部的放大图。

图13A是根据实施例的波纹状非浸没式膜组件的前视立体图。

图13B是根据另一实施例的波纹状非浸没式膜组件的前视立体图。

具体实施方式

所公开的发明是用于流体处理应用中的波纹状的板框膜组件的新设计，与常规的平板式组件相比，其能够将组件的产能提高超过200％(例如，高达414％或933％)。使用需要更少的单个膜片并使每个组件的膜装填密度翻至三倍的优化的波纹设计来实现产能的提高。所公开的波纹膜设计不仅使得用于组件的产能的活性面积翻至三倍，而且由于需要更少的单个膜片，因此，由于在膜片的边缘附接至板框芯部处存在更少的失活区域而减小了每个组件的非活性膜区域。

所公开的波纹膜板框通过将组件插入接收待处理流体的槽内而用于浸没式膜组件中。通过使流体穿过一个或更多个活性膜层进入腔空间来对流体进行处理。该组件具有用于不同流体进入和离开组件的入口和出口连接部。通过将待处理流体提供到组件壳体的输入端口，所公开的波纹膜板框被用于非浸没式膜组件中。通过使流体穿过一个或更多个活性膜层进入腔空间来对流体进行处理。该组件具有用于不同流体进入和离开组件的入口和出口连接部。

适用于所公开应用的膜是在处理后流体和未处理流体之间的超薄半透屏障，只有选定的分子能够通过该膜。膜使用用于流体处理应用的物理和化学分离技术。将膜片附接到波纹膜板框，并且将膜片的边缘密封，防止向波纹膜板框的中央框区域中的膜腔空间泄露或从该膜腔空间泄漏。

波纹膜具有活性膜面积(即，与目标流体直接接触的膜片的总面积)，其不包括附接于膜板框的非活性膜区域。

波纹膜设计通过利用膜片的波纹形状来增加包含在膜组件内的总活性膜面积，其中由于附接边缘而使非活性膜面积更少，从而提供高的膜装填密度。波纹膜板框在与常规平板式板框单元相同的占用面积的情况下提供了增加的膜装填密度。

由于所公开的波纹膜设计极大地减少了每个组件的膜元件的数量、总的失活膜面积更小，因此材料浪费更少并且制造成本应降低。有许多能够使用所公开发明的技术领域，包括用于海水淡化的正向渗透或膜蒸馏应用、咸水的稀释、微咸水稀释、预处理应用、从质量受损的水源(如生活和/或工业用废水)中回收水、采出水处理、减少废水量、零液体排放应用、制盐、食品和饮料浓缩以及制药应用。

在正向渗透和膜蒸馏应用中，本发明的第一实施例能够浸入接收进水(废水、采出水、稀释饮料或任何质量受损的水)的槽，并且汲取流体(在正向渗透中)或冷却剂(在膜蒸馏中)能够利用抽吸泵而在组件内循环，该抽吸泵通过仅施加负压到流体出口端口来使汲取流体或冷却剂循环。正压未施加到组件的入口端口。

在诸如膜生物反应器(MBR)的废水处理系统中，本发明的第二实施例能够通过将组件插入接收废水的槽中来使用，其中抽吸(负压)施加在位于组件顶部处的单个流体出口端口来促进水通过膜渗透，以产生处理后的出水。纳滤膜、微滤膜、超滤膜和膜的组合能够用于MBR应用。对于这种类型的处理应用，不需要汲取流体或冷却剂的输入和循环。

所公开的波纹膜组件的设计具有优于常规平板式板框组件的显著优点。通过在不降低过滤效率的情况下将每个组件的活性表面积增加200％以上，组件的产能翻至三倍，而无需增加系统的占用面积或无需进行大的改装。在此将所公开的波纹膜板框设计的产能与同等尺寸的市售平板式组件进行比较，以在均一规模下比较生产效率；然而，波纹膜板框的设计能够根据具体的处理应用而增大或减小尺寸，并且不限于单一单元尺寸。

通过将波纹膜整合到板框水处理组件中的优化的波纹状芯部来增加有效(活性)膜面积。这种优化的波纹状芯部用作膜板框，该膜板框具有附接到板的每一侧的膜片，其中该膜与波纹状板框芯部的形状相符。与常规设计相比，波纹膜板框设计经过优化，以将组件产能增至三倍，同时确保在工业规模下易于制造膜组件而不增加可能提高制造成本的复杂化。

所公开的波纹膜设计减少了每个组件的膜元件的数量，从而与常规设计的平板式组件相比，减少了每个组件的失活(附接)膜区域。

如图1的实施例中所示，浸没式膜组件100具有附接到波纹膜板框116上的波纹膜114，该波纹膜板框包含开放的框的底部、侧部和顶部116A-116D。在该视图中，侧框构件116B、116D的竖直部分的边缘是可见的，并且底框构件和顶框构件(116A和116C，在此示于膜114之下)的水平构件将在框的前侧和后侧被膜片114覆盖。波纹膜114具有沿着框116的表面的附接边缘126，从而形成波纹膜板框芯部115，其中膜114的所有边缘都密封于框116，以防止周围的浸没流体泄漏到膜板框芯部115的膜腔空间中。

膜板框芯部115固定至具有汲取流体入口歧管102和气体入口歧管106的基部130，并且波纹膜板框芯部115由流体出口歧管118封端。汲取流体歧管102中的汲取流体和流体出口歧管118中的流体与浸没式膜组件100所浸入的周围流体完全隔离。汲取流体入口歧管102具有汲取流体入口端口104，并且流体出口歧管118具有流体出口端口120。在使用中，施加在流体出口端口120处的负压(或抽吸)允许汲取流体(或冷却剂)经由附接至汲取流体入口端口104的诸如软管或管的导管(未示出)通过汲取流体入口端口104流入到汲取流体歧管102中。汲取流体与穿过膜的渗透液(经过滤的水)一起经由诸如管或管道的导管(未示出)通过流体出口端口120离开浸没式膜组件100。

气体入口歧管106具有气体入口端口108，用于经由诸如管或管道的导管(未示出)输入诸如空气的气体。气体入口歧管106中的多个气体出口110邻近波纹膜板框芯部115的外部定位，并在膜114的外表面上方排出冲刷气泡。气体入口歧管106中的气体与汲取流体歧管102中的流体以及芯部内的渗透水两者隔离。在第二实施例中，不需要汲取流体、并且因此不需要汲取流体入口歧管102，在这种情况下，气体入口歧管106形成浸没式膜组件100的基部130。

图2是图1的浸没式膜组件100的右下角的放大图。如图2所示，膜板框芯部115包括波纹框116，该波纹框具有附接至框的每一侧的膜片114A、114B，如所示的，其中侧框构件116B的竖直边缘位于两个膜片114A、114B之间。膜片114A、114B是波纹状的，以沿着波纹框构件116A装配，并且膜具有围绕框116的全部密封的边缘126，以防止周围流体在未从第一和第二波纹膜片114A、114B之一穿过的情况下进入芯部内的区域。活性膜区域128A是膜的未密封于框116的区域，并且是用于从周围流体进行渗透的活性区域。来自周围流体的水渗透(穿过)膜的活性区域128A而进入位于两个膜114A、114B的活性区域之间的膜腔空间128B中。

汲取流体流自汲取流体歧管102并通过底框构件116A中的入口开口(112，在此示于前膜之后)进入膜腔空间128B。膜板框芯部115还能够具有位于两个膜片114A、114B之间的膜腔空间128B中的穿孔间隔板122，从而在两个膜片的活性区域之间提供隔离并增强了在浸没式膜组件100的膜腔空间128B中行进的流体的湍流。穿孔间隔板122可以在该穿孔间隔板122的每一侧上包含突出部、例如小球或凹窝，其通过将膜层远离穿孔间隔板122推动而创建用于供流体在各膜层与间隔板之间运动的通道。穿孔间隔板122与膜板框芯部115中的膜的有效区域128A接触，但未附接(例如，固定或胶合)至膜，而是附接(例如，固定或胶合)至框。在其他实施例中，穿孔间隔板122没有附接至膜或附接至框。间隔板122可以采取非织造网格型间隔件的形式。

该单元的基部130包括两个歧管，即汲取流体歧管(102，如所示，具有汲取流体入口端口104)和穿孔的气体入口歧管106，该气体入口歧管位于汲取流体入口歧管102上方。穿孔的气体入口歧管106具有气体出口110，其用于排出气泡，以通过空气或其他气体冲刷膜表面114A、114B。同样能够采用其他自清洁或湍流促进技术。气泡从与膜板框芯部115的各膜片114A、114B的外表面相邻地分布在气体入口歧管的表面上的多个出口110排出。在一些应用中，不需要汲取流体、并且因此不需要汲取流体入口歧管102。在这样的实施例中，气体入口歧管106形成浸没式膜组件100的基部130。气体能够是空气或其他合适的稀有或稳定气体，诸如氮气、氧气、饱和二氧化碳、不饱和二氧化碳和各种其他类型的稳定气体。

在图3和图4中示出浸没式膜组件100的截面，其示出了波纹膜板框芯部115如何被附接(例如焊接)到位于组件的基部130处的汲取流体入口歧管102，从而为汲取流体提供了完全密封的路径而没有将浸没流体泄漏到气体歧管106中的风险。位于膜板框芯部115正下方的气体入口歧管106与位于下方的汲取流体入口歧管102完全隔离。

图3是沿线3-3的图1的横截面，其示出了整个浸没式膜组件100的竖直截面。汲取流体入口歧管102具有内部空间148，在该内部空间中汲取流体在该歧管的长度上流动。汲取流体通过底框构件116A中的开口向上运动，以进入膜框芯部115的膜腔空间128B，沿向上方向142行进并通过顶框构件116C中的框出口离开膜腔空间128B而到达流体出口歧管118的内部空间152。收集在流体出口歧管118中的流体能够通过出口端口(未示出)去除。收集的流体能够是汲取流体、渗透液或汲取流体/渗透液混合物。在膜蒸馏应用中，使用冷却剂代替汲取流体。

气体入口歧管106具有内部空间150，在该内部空间中，进入该歧管的气体在歧管的长度上流动，并通过多个气体出口110排出。多个气体出口110与膜框芯部115的外部区域相邻地分布在气体入口歧管106的顶面上。气体入口歧管106位于膜板框芯部115的正下方，并且与汲取流体入口歧管102完全隔离。

图4是沿线4-4的图2的截面图，其示出了组件100的放大的右下部分的竖直截面。汲取流体入口歧管102具有内部空间148，该内部空间允许汲取流体在歧管的宽度上流动，并且汲取流体入口歧管中的一个或更多个开口与底框构件116A中的开口相邻。底框构件116A被附接(例如，焊接)到汲取流体歧管102并且具有框入口开口112，从而为汲取流体提供了从汲取流体歧管102流经框入口开口112并且流入膜板框芯部115的膜腔空间128B中的路径。然后，汲取流体和从周围流体渗透的流体沿向上的方向朝流体出口歧管(未示出)行进，经由顶框构件中的框出口开口(类似于112)进入流体出口歧管。

如图4所示，气体入口歧管106位于汲取流体歧管102和底框构件116A之间，但与汲取流体歧管102和底框构件116A两者隔离开。底框构件116A的一部分穿过气体入口歧管106以接触汲取流体歧管102的顶部，并且两个部件相附接例如，焊接在一起。气体入口歧管106具有内部空间150，该内部空间允许冲刷气泡从气体入口歧管106上的多个气体出口110排放到膜板框芯部115外部的区域中。多个气体出口110的分布遵循膜板框芯部115的波纹图案，使得气体出口110在附接至框构件(在此视图中可见为116A和116B)的两个膜片114A、114B的外部基部周围释放气泡，但不会将气泡释放到膜腔空间128B中。

膜片114A、114B具有密封于框构件(在此所示为116A、116B)的边缘126，该边缘防止周围流体泄漏到膜腔空间128B中，并保持渗透液和汲取流体(或冷却剂)与周围流体隔离。有效膜面积128A在密封边缘126终止的地方开始。膜板框芯部115还能够具有位于两个膜片114A、114B之间的膜腔空间128B中的穿孔间隔板122，从而在两个膜片的活性区域之间提供分隔，并增强在浸没式膜组件100中的膜框芯部115的膜腔空间128B中行进的流体的湍流。间隔件与膜板框芯部115中的膜的有效(活性)区域128A接触，但不附接(例如，胶合或粘附)至膜或框。间隔件可以是具有突出部的穿孔隔离板，或者可以采用非织造网格型间隔件的形式。在不需要或不期望有间隔件的应用中，可以省略浸没式膜组件100中的间隔件。

图5是浸没式膜组件的分解图，示出了构成该组件的元件。波纹框116具有波纹状的底框构件116A、垂直的左侧和右侧框构件116B、116D和波纹状的顶框构件116C，在该顶框构件上使用粘合剂或任何其他固定机构附接膜片而完全将膜片与芯部密封。膜片114A、114B具有与波纹框116的形状相对应的波纹形状。第一膜片114A的边缘被附接到框116的前侧，并且第二膜片114B的边缘被附接到框116的后侧，从而形成波纹膜板框芯部。可以在两个膜片114A、114B之间的膜腔空间中定位具有突出部的穿孔间隔板122，其不附接到膜片，而是附接到框116。在其他实施例中，穿孔间隔板122没有附接到膜或框。穿孔间隔板122在膜片之间提供了分隔，并增强了在膜腔空间中行进的流体的湍流。可替代地，间隔板122可以采取非织造网格型间隔件的形式。在不需要或不期望有间隔件的应用中，可以省略浸没式膜组件100中的间隔件。

在组件的基部处的汲取流体入口歧管102固定至底框构件116A。汲取流体入口歧管102具有定位于歧管的一侧上的汲取流体入口端口104。该汲取流体歧管102用在需要将第二流体以与组件所浸入的流体(即，待处理流体)隔离的方式引入组件内部的应用中。这样的应用包括但不限于正渗透汲取流体和膜蒸馏冷却剂流体。在没有汲取流体歧管102的应用中，气体入口歧管106形成该单元的基部。

气体入口歧管106定位在汲取流体入口歧管102与底框构件116A之间，其中气体既与汲取流体歧管102隔离又与底框构件116A内部隔离。底框构件116A的一部分穿过气体入口歧管106以接触汲取流体入口歧管102。气体入口歧管106具有允许气体进入气体歧管的气体入口端口108，并且在歧管的顶面上具有允许气体排出的多个气体出口110。

流体出口歧管118将膜114A、114B和框116芯部封端，并提供用于离开膜之间的空间的渗透液和/或汲取流体的收集空间。流体出口歧管118具有用于汲取流体和/或渗透液离开歧管的流体出口120。

图6示出了在图2中所示的浸没式膜组件100的一部分，其中移除了膜片以示出在该处理方法中流体在组件内部中的运动。组件的基部130具有附接(例如，焊接)到框116A的汲取流体入口歧管102，其中相邻的框入口开口112允许流体从汲取流体歧管102移动到底框构件116A中。具有气体出口110的气体入口歧管106在汲取流体歧管102和底框构件116A的底部之间定位于基部130中，并且与膜腔空间内的汲取流体和渗透液隔离。在使用中，汲取流体经由诸如管或管道的导管(未示出)通过在组件基部处的汲取流体歧管102的汲取流体入口端口104被引导144到浸没式膜组件100中。汲取流体(或用于膜蒸馏的冷却剂)经由底框构件116A中的框入口开口112进入两个膜之间的腔空间，并通过顶框构件中类似的框出口开口离开浸没式膜组件而进入浸没式膜组件顶部处的流体出口歧管(未示出)中。通过施加在组件顶部的流体出口端口处的真空(抽吸)将流体流动路径142从浸没式膜组件的底部引导到顶部。

包括渗透液和汲取流体(或冷却剂)的流体在由底框构件116A上的穿孔间隔板122和框入口112所造成的湍流路径142中移动。湍流改善了内部流体的混合，提供了更好的性能。膜(114，在图2中示出)未在本图中示出，但是在使用中，膜将密封于框(在此示出为116A、116B)，并且流体将以指示的方向142流动通过膜腔空间。

汲取流体入口歧管102用于浸没式膜组件中，用于进行正向渗透和膜蒸馏(带有冷却剂)，但可能并非对于所有处理应用都需要。在没有汲取流体入口歧管的组件中，组件基部是固定至底框构件116A的气体入口歧管106。在没有汲取流体歧管的实施例中，气体入口歧管106中的气体仍然与膜腔空间128B隔离，并且底框构件116A不具有框入口开口，并且从多个气体出口110排出的气泡冲刷腔空间128B外部的膜表面。

图7是浸没式膜组件100的底部部分的视图，其示出冲刷气泡和内部流体的运动。在使用中，汲取流体经由汲取流体入口端口104被引导144到汲取流体入口歧管102而进入膜片114与框116之间的膜腔空间128B，沿向上方向142朝着浸没式膜组件的顶部行进。在膜腔空间128B内的流体运动受到施加至流体出口歧管118中的流体出口端口120的抽吸的辅助。诸如空气的气体经由气体入口端口108被引导146到气体入口歧管106中，并且作为气泡124被从多个气体出口110排出。分布在气体入口歧管106的表面上的多个气体出口110遵循膜114的波纹形状，并且气泡提供冲刷作用，以从膜表面的外部去除碎屑。

在图7中，示出了多个气泡124，它们从气体出口110离开气体入口歧管106。气泡穿过周围流体向上上升以到达膜的表面，且上升的气泡提供了冲刷作用以从膜114的外部清除碎屑。如在这些处理步骤中所使用的，所公开的自清洁技术——诸如通过使用空气或其他气体进行冲刷的技术——延长膜的使用寿命并提高浸没式膜组件的整体效率。本文描述了用空气气泡冲刷；然而，同样能够在该浸没式膜组件中使用其他气体或自清洁技术。气体能够是空气或其他合适的稀有或稳定气体，例如氮气、氧气、饱和二氧化碳、不饱和二氧化碳和各种其他类型的稳定气体。

可替代地，浸没式膜组件能够用于废水处理应用中，在所述废水处理应用中，使用浸没式膜生物反应器或其他膜分离工艺来处理单一流体，其中在组件的另一侧上使用真空或未使用真空。纳滤膜、反渗透膜、微滤膜、超滤膜和膜的组合能够用于MBR应用。位于组件顶部处的流体出口歧管118中的单个出口端口120用于从组件所浸入的废水中抽取透过膜的清洁水。在该应用中，不需要汲取流体或冷却剂，并且汲取流体入口歧管不是该实施例的一部分。

图11示出了没有汲取流体入口歧管的实施例。图11中的附图标记指代与图1中相同的元件。这两个实施例的不同之处在于是否具有汲取流体歧管。在图11中，浸没式膜组件100B具有附接到波纹膜板框116的波纹膜114，该波纹膜板框包含开放的框的底部、侧部和顶部116A-116D。在该视图中，侧框构件116B、116D的竖直部分的边缘是可见的，并且水平框构件(116A和116C，在此示于膜114之下)将在该框的前侧和后侧由膜片114覆盖。波纹膜114具有沿着框116的表面附接的边缘126，从而形成波纹膜板框芯部115，该膜114的所有边缘均密封于框116以防止周围流体泄露到膜板框芯部115的膜腔空间中。

隔膜板框芯部115还能够具有位于两个膜片114A、114B之间的膜腔空间128B中的穿孔间隔板122，从而在两个膜片的活性区域之间提供分隔，并增强在浸没式膜组件100B的膜腔空间128B中行进的流体的湍流。间隔件与膜板框芯部115中的膜的有效区域128A接触，但是不附接至膜，而是附接至框。在其他实施例中，穿孔间隔板122没有附接到膜或框。间隔板122可以采取非织造网格型间隔件的形式。

膜板框芯部115固定至具有附接(例如焊接)至框116A的底部的气体入口歧管106的基部130B，且波纹膜板框芯部115由流体出口歧管118封端。在使用中，施加在流体出口端口120处的负压(或抽吸)促进渗透流体向流体出口歧管的运动，在该流体出口歧管处，该渗透流体经由诸如管或管道的导管(未示出)通过流体出口端口120从浸没式膜组件离开。

气体入口歧管106具有气体入口端口108，用于通过诸如管或管道的导管未示出输入诸如空气的气体。气体入口歧管106中的多个气体出口110在膜114的外表面上方排出冲刷气泡。气体入口歧管106中的气体与膜腔空间中的渗透水隔离。

图12是图11的浸没式膜组件100B的右下角的放大图。如图12所示，膜板框芯部115包括波纹框116，该波纹框具有附接到框的每一侧的膜片114A、114B，如所示，其中侧框构件116B的竖直边缘位于两个膜片114A、114B之间。膜片114A、114B呈波纹状以沿着波纹框构件(在此所示为116A)装配，并且膜具有围绕框116的全部密封的边缘126，以防止周围浸没流体在未通过第一和第二波纹膜片114A、114B之一的情况下进入芯部内的区域。有效膜区域128A是膜的未密封于框116的区域，并且是用于从周围流体进行渗透的活性区域。来自周围流体(渗透液)的水穿过膜的活性区域128A进入两个膜114A、114B的活性区域之间的膜腔空间128B中。

该单元的基部130B包括穿孔的气体入口歧管106，该气体入口歧管位于底框构件116A下方。在此实施例中，底框构件116A不具有框入口开口。气体入口歧管106内的气体与膜片间的腔空间128B隔离，并且不与渗透流体接触。当使用时，穿孔的气体入口歧管106具有分布在气体入口歧管表面上的气体出口110以排出气泡来通过空气或其他气体冲刷膜表面114A、114B的外部，或者以提供其他自清洁或湍流促进技术。气泡从多个出口110排出，所述多个出口遵循沿着膜板框芯部115的每个膜板114A、114B的外表面的波纹。气体能够是空气或其他合适的稀有或稳定气体，例如氮气、氧气、饱和二氧化碳、不饱和二氧化碳和各种其他类型的稳定气体。

图13A和图13B是根据实施例的波纹状非浸没式膜组件的前视立体图。与其中组件被浸没在待处理流体槽中的上述浸没式组件不同，图13A和图13B中所示的非浸没式组件包括壳体，该壳体具有用于接收待处理流体的入口端口。具体地，首先参考图13A，组件100C包括壳体160A，该壳体围绕具有波纹膜114的膜组件100。以与以上结合图1-10所述的方式类似的方式构造和操作壳体160A内部的膜组件100。壳体160A从所有四个侧面附接(例如，焊接)到汲取流体入口歧管102和流体出口歧管118，以创建用于进流(即，待处理流体)的气密的内部空间。进流经由进流入口端口162A供应到壳体160A。进流中的一些通过波纹膜114进入腔空间128B，且随后经由流体出口端口120从流体出口歧管118流出作为处理后流体。剩余的进流通过进流出口端口164A从壳体160A流出。由于壳体160A在膜组件100周围形成气密空间，因此设置了气体出口端口166A，该气体出口端口允许释放从气体入口歧管106发出的气体。如图所示，气体入口端口108穿过壳体160A，使得能够将气体供应到气体入口端口108。否则，以与以上结合图1-10所述的方式类似的方式来构造和操作图13A中所示的组件100C。

现在转向图13B，组件100D包括壳体160B，该壳体围绕具有波纹膜114的膜组件100B。以与以上结合图11至图12描述的方式相似的方式构造和操作壳体160内部的膜组件100B，即，其类似于结合图1-10描述的方式，但是不包括汲取流体入口歧管102。壳体160B从所有四个侧面附接(例如，焊接)到气体入口歧管106A和流体出口歧管118，以形成用于进流(即，待处理流体)的气密的内部空间。在所示的实施例中，气体入口歧管106A的尺寸与流体出口歧管118的尺寸相对应，使得壳体160B以类似于壳体106A位于汲取流体入口歧管102的顶部的布置位于气体入口歧管106A的顶部。由于图13A中的气体入口歧管106A相较于图11中的气体入口歧管106的附加顶面区域被壳体160B的底面覆盖，所以气体入口歧管106A的该附加顶面区域不包括多个气体出口110。

进流经由进流入口端口162B供应到壳体160B。进流中的一些通过波纹膜114进入腔空间128B，且随后经由流体出口端口120从流体出口歧管118流出作为处理后流体。剩余的进流通过进流出口端口164B从壳体160B流出。由于壳体160B在膜组件100周围形成气密空间，因此设置了气体出口端口166B，该气体出口端口允许释放从气体入口歧管106A发出的气体。如图所示，气体入口端口108不穿过壳体160B，因为在所示实施例中，气体入口端口108位于壳体160B之下。否则，以与以上结合图1-11中所示的组件100B所述的方式类似的方式来构造和操作图13B中所示的组件100D。

图13B所示的组件100D能够以所谓的“封闭端(dead-end)”构造来操作，在这种情况下，进流出口端口164B在处理操作期间是封闭的或密封的，但是能够用于维护目的，例如排出壳体160B内的流体。

尽管图13A和图13B将进流入口端口162和出口端口164示出为位于壳体160A、160B上的特定位置，但是这些端口能够布置在不同的位置，只要这些端口被布置在壳体160的两侧上，使得进流朝向波纹膜114供给。

在图13A和图13B中的附接壳体160A、160B的特定方式只是一个示例，同样能够采用其他方式。例如，壳体160A、160B能够沿着上歧管和下歧管的外边缘延伸，在这种情况下，壳体160A、160B具有用于各入口端口或出口端口的开口，否则在此构造中所述端口将被壳体160A、160B阻塞。

图13A和图13B所示的组件100C、100D能够用作独立组件。在这种情况下，进流出口端口164A或164B能够耦接到进流入口端口162A或162B，从而使未处理的进流再循环以便进一步处理。可替代地或附加地，图13A和图13B中所示的组件100C、100D能够在各种不同的构造中与其他这样的组件一起使用。一个示例构造是并行-串行-并行构造，在该构造中，将进水并行地供应到第一组组件，通过第一组组件的进流出口端口164A或164B出来的进水被合并且随后被并行地供应到第二组组件进行处理。图1和图11中的组件能够类似地布置为独立组件或以并行-串行-并行构造布置。

尽管图13A和图13B示出了在图13A中平行于地面和汲取流体歧管102以及在图13B中平行于气体入口歧管106布置的流体出口歧管118，流体出口歧管118也能够以非平行的构造布置，以促进气体从气体出口端口166A或166B逸出并避免气体被捕集在抵靠流体出口歧管118的底面的壳体160A或160B中。例如，流体出口歧管118能够在最靠近气体出口端口166A或166B的部分中向上沿一个或更多个方向倾斜，在所示的实施方式中该部分是流体出口歧管118的右前侧部。在一些实施例中，气体出口端口166A或166B能够布置成使得其在与流体出口歧管118彼此流体隔离的同时穿过该流体出口歧管118，而不是布置在图13A和图13B中的壳体160A或160B的前表面上。

图13A和图13B的非浸没式膜组件能够包括排出端口(未示出)，该排出端口是用于在维护期间从组件排出进水的密封端口。排出端口能够位于组件壳体的侧壁上，优选地位于壳体的底部附近。可替代地，排出端口能够布置在组件基部的底部上。

所公开的膜组件能够用于许多应用，包括但不限于用于海水淡化的正向渗透或膜蒸馏应用、咸水稀释、微咸水稀释、预处理应用、从诸如生活和/或工业废水之类的质量受损水源中回收水、采出水处理、减少废水量、零液体排放应用、制盐、食品和饮料浓缩以及制药应用等。膜组件可以具有具体取决于应用类型而采用的两种实施例，一种具有汲取流体入口歧管，并且另一种不具有汲取流体歧管。在任一种实施例中，均能够使用诸如环氧树脂之类的耐化学粘合剂将膜片附接至中央波纹状板框。这两种实施例中的任一种的膜组件能够布置在壳体中作为非浸没式组件而不是浸没式组件。

用于膜的制造和加工方法：

除了膜本身，所公开的膜组件能够由低成本的耐腐蚀轻质材料制成，优选PVC。能够使用3D打印、注塑成型、热成型和压制或这些技术的组合来制造组件，以生产单个部件或组合部件，诸如框芯部。对于任一实施例，能够使用诸如环氧树脂之类的强耐化学粘合剂将膜片附接到中央波纹状板框上。在所公开的组件中可以使用能够与波纹形状相符并附接到框的任何类型的膜片；然而，所使用的膜片的类型将根据处理应用的具体类型而变化。例如，正向渗透过程将需要与用于膜蒸馏的膜所不同的膜。

图1、图2和图13A所示的带有汲取入口歧管的膜组件能够用于应通过膜片分离两种不同流体流的应用中，诸如正向渗透或膜蒸馏。该组件具有用于单一流体的入口和出口，该单一流体与组件所暴露于的外部流体完全隔离地在两个膜片内部运动。清洁的汲取流体(在正向渗透中)或冷却剂(在膜蒸馏中)流经由附接至波纹膜板框的两个膜片所创建的腔空间，同时组件暴露于低盐度的进流(废水)。汲取流体或冷却剂引起水渗透通过膜。通过真空或抽吸形成的负压能够用于促进汲取流体或冷却剂进入组件中的运动，并用于从流体出口歧管中去除渗透的物质。

可替代地，图11、图12和图13B中所示的不具有汲取流体歧管的膜组件能够用于使用膜生物反应器或其他膜分离工艺来处理单一流体的废水处理应用中，无论是否在组件的渗透液收集侧使用真空。纳滤膜、反渗透膜、微滤膜、超滤膜和膜的组合能够用于MBR应用。位于组件顶部处的流体出口歧管中的单个出口端口用于从组件所暴露于的废水中抽取渗透过膜的清洁水。

本文描述了示例性制造过程。首先，能够使用注塑成型或使用3D打印来制造组件框、汲取流体入口歧管、气体入口歧管、流体出口歧管和穿孔间隔件。能够将部件制造为单个单元，或制造为附接(例如一起焊接)到组件框芯部中的各种构造的子单元。接下来，当将波纹膜组件框芯部保持在竖直位置时，与波纹状芯部具有相同高度的两个膜片能够沿着组件延伸。膜片中的每一个上设置的额外长度将有助于放置在组件框上。然后，具有间隔开以对应于波纹状芯部的竖直杆的装置将两个膜片推入他们在组件芯部上的相应位置，其中杆的直径略小于每个波纹弯部的宽度，并且杆的高度略小于波纹状芯部。

一旦已经将膜片压制成波纹形状，就能够在组件顶部处的流体出口歧管上的流体出口端口施加真空。对于具有汲取流体入口歧管的实施例，将需要阻塞底部处的汲取流体入口端口。产生的真空将把膜片固定就位，并且能够将诸如环氧树脂胶的粘合剂施加到膜边缘，以使膜片牢固地密封于组件芯部的框。如果要包括穿孔间隔板，则在安装膜片之前将间隔件放置到位。间隔件应固定至膜框，以确保其在操作期间保持就位。如果未固定，在腔空间内运动的流体可能会影响间隔件的位置。

发明计算和公式：

在所公开的浸没式波纹状活性膜面积与常规平板式板框设计的活性膜之间进行比较。与市售的浸没式正向渗透(FO)组件进行比较，该市售的浸没式正向渗透(FO)组件中所提供的总面积为每个组件1.26平方米的活性膜面积。考虑到由于膜粘附到中央板框总成而导致的失活膜面积，所公开的浸没式波纹膜组件的设计为每个与市售组件相同尺寸(高度、长度和深度)的组件提供约4.4平方米的活性膜面积。与市售组件相比，产能的提高约等于250％。此外，与具有如常规设计那样沿组件的较短尺寸延伸的平板膜的中间设计进行比较，其片数等于波纹设计上的弯部数量，并且具有与常规设计相同的尺寸和占用面积。计算和比较数据示于示例1-4和表1-4中。

与提供总活性膜面积为70平方米的市售的膜生物反应器(MBR)废水处理组件进行另一性能比较。所提出的设计将活性膜面积增加了219％，达到223平方米的活性膜面积。该比较示于示例5中，并且表5和表6分别提供了市售MBR组件的规格和所公开的波纹设计的计算。

示例：

示例1–所公开的波纹设计的计算

所公开的波纹膜板框设计的设计是使用数学公式来优化的，该数学公式是从图8A-8D所示的波纹膜的几何形状推导出的。

图8A示出了总弯部数量等于n的波纹膜片的俯视图。图8B是中央膜板上的波纹弯部的放大图。图8C是用于所公开的组件的膜的前视示意图。图8D为用于所公开的组件的膜的侧视示意图。参照图8A-8D，下面示出了用于在所公开的设计中计算总有效膜面积的公式，其中：

A₁＝波纹设计中的有效膜面积

L_e＝膜片的有效长度，不包括任何附接长度

n＝每个膜元件的弯部数量

s＝弯部间距

t＝附接有两个膜片的膜板框的厚度

C＝根据图8A的直线深度

D＝膜组件总深度

D_g＝附接区域的深度

H＝膜总高度

H_e＝膜片的有效高度，不包括附接区域

H_g＝附接区域的高度

M_e＝有效膜面积

M_g＝附接膜面积

W＝膜组件总宽度。

用于计算所公开的波纹膜设计中的有效膜面积的公式的推导如下所示：

为找出确定能够装配在总宽度为W的组件内的弯部数量(n)的公式：

由于W＝n(s+t)-s，

因此，能够装配到一个宽度为W的组件中的弯部总数或波纹总数等于：

为找出每个弯部的C长度：

由于：

参照图8B，中央膜板上的波纹状弯部的放大图示出了沿边缘附接的两层膜，其中：

t＝板厚

R＝曲线半圆的半径

2R＝膜板各直线部分之间的间隙

弧长＝pi*R(或πR)

C＝膜板直线部分的长度

W＝膜组件总宽度

H＝膜组件总高度

H_e＝有效膜高度

n＝每个组件的总弯部数量。

用于计算有效膜面积的公式为：

有效膜面积＝2H_e[nC+πR(n-1)-0.06]。

而R的公式是从组件总宽度的公式推导出的：

W＝nt+(2R-t)*(n-1)；因此，

R＝(w-t)/(2*(n-1))。

为了优化设计，输入弯部数量(n)，然后选择膜板的厚度(t)。一旦选择了这两个标准，就能够确定R，并使用上面公式确定有效膜面积。

作为参考，该公式的推导如下所示：

有效膜高度×(内膜总长度+外膜总长度)

＝H_e×[n×C+(内弧长×(n-1))-附接膜面积]+

H_e×[n×C+(外弧长×(n-1))-附接膜面积]

＝H_e×[nC+π(R-t/2)(n-1))-0.06]+H_e×[nC+π(R+t/2)(n-1))-0.06]

＝H_e[2nC+2πR(n-1)-0.12]

＝2H_e[nC+πR(n-1)-0.06]←

示例2–常规平板设计的计算

为了比较具有相同尺寸和占用面积的所公开的浸没式组件(波纹设计)与常规板框设计之间的总有效膜面积；两种设计中组件的总高度、宽度和深度都保持相等。在计算有效膜面积时，两种设计之间的膜板的间距和厚度也保持相同。

图9A示出了具有膜总数等于m的平板膜的常规设计的俯视示意图。图9B是用于常规组件的膜片的前视示意图。图9C是用于常规组件的膜的侧视示意图。参照图9A-9C，下面示出了用于在常规设计中计算总有效膜面积的公式，其中：

A₂＝常规设计中每个组件的总有效膜面积

m＝装在一个组件中的膜元件总数

s＝膜之间的间距

t＝附接有两个膜片的膜板框的厚度

D＝膜总深度

H＝膜总高度

H_e＝膜片的有效高度，不包括附接区域

M_e＝有效膜面积

M_g＝附接膜面积

W＝膜总宽度

W_e＝组件中单个元件的有效宽度＝元件总宽度-附接区域

W_g＝附接膜的宽度。

计算市售常规膜设计中的有效膜面积(A₂)的公式的推导如下所示：

有效膜面积(A₂)

＝元件总数×有效膜宽度×有效膜高度

→A₂＝2×m×H_e×W_e →公式4

示例3–中间设计的计算

为了比较，计算了中间设计的有效膜面积。在中间设计中，平膜板将沿组件的较短尺寸而不是常规设计中的较长边延伸，并且将具有相同的尺寸和占用面积；其中为了提供膜面积的直接比较，在所公开的浸没式设计和常规设计的计算中使用相同的总高度、宽度和深度。所考虑的中间设计将具有与波纹设计上的弯部数量相同的片数，但是将在膜片的所有侧面上具有附接边缘而没有波纹。

图10A示出了中间设计膜片的俯视示意图，其中膜的总数等于m。图10B是用于中间设计的膜的前视示意图。图10C是用于中间设计的膜的侧视示意图。参照图10A-10C，下面示出了用于计算中间设计的膜的总有效膜面积的公式，其中：

A₃＝中间设计中每个组件的总有效膜面积

k＝装在一个组件中的膜板总数

D＝组件的总深度

D_e＝组件的有效深度，不包括附接区域＝D–D_g

D_g＝膜在膜板上的附接深度(该值在板的每侧上取2cm)

H＝膜总高度

H_e＝膜片的有效高度，不包括附接区域

M_e＝有效膜面积

M_g＝附接膜面积

W＝膜总宽度。

下面示出为计算中间设计中有效膜面积的公式的推导，其中，平膜板沿着组件的较短尺寸延伸：

有效膜面积(A₃)

＝膜元件总数×有效膜深度×有效膜高度

→A3＝2×k×H_e×D_e →公式5

用于计算能够装在图10的中间设计的一个组件内的板的数量的公式如下所示：

W＝k(s+t)-s，则：

示例4-有效膜面积增加百分比的计算：

下表中的计算结果表明，与市售的相同尺寸的浸没式正向渗透平板组件相比，波纹设计提供每个组件多134％的有效膜面积，直接使组件的性能加倍。在下面的表1和表2的计算中，用于常规设计和波纹设计的元件的板厚度(t)和膜间距(s)保持一致。在以下所有计算中，对于所有设计，以下参数的值与常规平板设计所使用的值保持相同，以便提供一致的数据进行比较。

深度(D)＝8.5cm

宽度(W)＝46cm

H(高度)＝44cm

H_e＝H-H_g(附接高度)＝44cm-6cm＝38cm(有效高度)

在下表1中，示出了基于市售设计的浸没式正向渗透平板组件(图9A-9C中所示的)的有效膜面积的计算。在市售组件中，有6个膜片，每个膜片都在所有四个边缘上密封。有效膜面积为1.26m²。

表1：市售正向渗透平板浸没式组件的规格

1	常规浸没式FO组件	测量值/单元
			m	每个组件的实际总元件数量	6个元件
t	组件中每个元件的测量厚度	0.3556cm
			S	组件中元件之间的测量间距	0.5334cm
D	测量出的组件总深度，不包括入口和出口	8.5cm
			W	测量出的组件总宽度	46cm
W<sub>g</sub>	每个元件中从每侧取3cm的附接宽度	6cm
			We	每个元件中的有效宽度＝W-Wg	40cm
H	测量出的每个元件的总高度	44cm
			H<sub>g</sub>	每个元件中从每侧取3cm的附接高度	6cm
H<sub>e</sub>	每个元件中的有效高度＝H-Hg	38cm
			A<sub>2</sub>	市售产品片中给定的有效膜面积	1.26m<sup>2</sup>

下表2总结了对于组件的所要求保护的浸没式波纹设计(图8A-8D所示)的计算，该组件具有与表1的市售组件相同的长度、高度和宽度(占用面积)的单元尺寸。如表2所示，浸没式波纹设计的活性面积(2.34m²)比市售平板框设计(1.26m²)大得多，对于相同尺寸的组件，有效膜面积增加了134％。

表2：要求保护的波纹设计的计算

这里将所公开的浸没式波纹膜板框设计的产能与相同尺寸的市售(FO)组件进行比较，以便在均一规模下比较生产效率；然而，波纹膜板框设计能够根据具体的处理应用而增大或减小尺寸，并且不限于单个单元尺寸。

如下表3所示，中间设计的面积比市售配置的面积小32％。中间设计(图10A-10C中所示)具有在所有边缘上密封的平板(类似于市售设计)，并且具有与所公开的波纹设计中的弯部数量相等的板数量。有效面积的减少是由在多个板中每个板上进行膜边缘胶合而损失的膜面积所致。

表3：中间设计的计算

波纹设计提供了将每个组件的产能提高三倍的直接方法，这是通过增加装填到单个组件中的活性膜面积来实现的。波纹设计还通过相较于常规设计在保持组件尺寸(W、D、H和H_e)不变的情况下减小膜板的厚度(t)和减小弯部之间的间距来增加表2中示例的产量。

下表4示出，将“t”从0.35cm减小到0.2cm并且将“s”从0.53cm减小到0.4cm，会使有效膜面积增加超过3倍(约250％)，而不会影响组件的占用面积，即组件的尺寸保持不变，同时，由于所产生的弯部数量(n)的增加，每个组件的膜装填密度增加至三倍。波纹设计中弯部数量(n)的增加类似于常规设计中膜元件的数量的增加。然而，即使使用更小值的板厚(t)和元件之间的间距(s)，常规设计中元件数量的增加也不会增加组件的装填密度而不增加组件的占用面积。表4中的计算示出了当膜元件的厚度“t”和弯部之间的间距“s”在上表2的尺寸中减小时的波纹膜设计的有效膜面积。

表4：带有修改的厚度和间距的波纹设计的有效膜面积的计算

通过调节“t”和“s”的值能够实现活性膜面积的进一步增加。例如，参照表4中的组件，将“s”从0.4cm减小到0.2cm会使活性膜面积增加到常规组件的414％。

示例5-市售MBR与所公开的波纹设计的比较

与提供70平方米总活性膜面积的市售的膜生物反应器(MBR)废水处理组件进行了另一性能比较。所提出的设计将活性膜面积增加了219％，达到223平方米的活性膜面积。表5和表6分别提供了市售MBR组件的规格以及所公开的波纹设计的计算。

下表示出了在废水处理MBR系统中应用的所提出的设计与常规平板设计之间的比较。与市售的MBR组件进行比较。表5示出了市售的MBR组件的总膜面积。

表5：市售浸没式平板MBR组件的规格

5	与市售的平板式MBR系统的比较	测量值/单元
			H	H：总体组件高度H	210cm
L	L：总体组件长度L	95em
			W	W：总体宽度，包括入口/出口端口	81cm
	每个组件的膜元件的数量	50个元件
			A<sub>5</sub>	A<sub>5</sub>＝每个组件的总膜面积是	70m<sup>2</sup>

下表6示出了所公开的波纹模型的有效膜面积，其具有与上表5中总结的市售组件相同的尺寸。通过利用所公开的波纹膜板框设计，相同尺寸组件的有效膜增加了219％。有效膜面积的增加将导致所公开的波纹膜板框组件的产能相应增加。这里将所公开的波纹膜板框设计的产能与相同尺寸的市售平板式MBR组件进行比较，以比较均一规模下的生产效率；然而，波纹膜板框的设计能够根据具体的处理应用而增大或减小尺寸，并且不限于单个单元尺寸。

表6：与市售MBR组件相比较的废水处理组件的波纹设计。

通过调节“t”和“s”的值能够实现活性膜面积的进一步增加。例如，参照表6中的组件，将“s”和“t”减小到0.2cm会使活性膜面积增加到常规组件的933％。

尽管以上示例基于浸没式波纹设计与其他浸没式设计的比较，但是由于波纹膜的活性面积增加，因此非浸没式波纹设计相较于其他非浸没式波纹设计表现出类似优点。具体而言，与常规的非浸没式设计相比，此非浸没式设计的活性膜面积增加了200％以上。

应该认识到，结合以上示例描述的尺寸仅是示例性的，并且能够使用多种不同的尺寸来实现所公开的组件。应当理解，不同尺寸的组件将取决于其具体尺寸而具有不同量的活性膜面积增加。

尽管本文公开的发明易于进行各种修改和替代形式，但是其具体实施例已经通过示例在附图中示出并且在本文中进行了详细描述，因此这些修改和替代形式都应理解为存在并且在所描述和要求保护的本发明的范围内。此外，这样的细节被理解为是可变的或可修改的，同时仍然符合本文阐述并由权利要求书覆盖的本发明的范围。然而，应理解，本文对具体实施方式的描述并非旨在将本发明限制为所公开的特定形式，相反，意图是涵盖落在如所附权利要求书所限定的本发明精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。

Claims (20)

1.一种水处理装置(100、100B、100C、100D)，包括：

(a)波纹膜板框芯部(115)，其具有平行的成排折叠部并且包括：

波纹框(116)，其具有波纹状的底框构件(116A)、波纹状的顶框构件(116C)、垂直的左侧框构件(116D)和垂直的右侧框构件(116B)，并且具有前侧、后侧、底侧、顶侧，并且所述底框构件(116A)、顶框构件(116C)、左侧框构件(116D)和右侧框构件(116B)限定开放的中央区域；

波纹状的第一膜片(114A)，其具有沿着顶框构件(116C)、底框构件(116A)、左侧框构件(116D)和右侧框构件(116B)附接到波纹框(116)的前侧的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘；

第二膜片(114B)，其具有沿着顶框构件(116C)、底框构件(116A)、左侧框构件(116D)和右侧框构件(116B)附接到波纹框(116)的后侧的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘；

所述第一膜片(114A)和第二膜片(114B)在波纹框(116)的开放的中央区域中形成用于收集渗透流体的膜腔空间(128B)，

所述波纹膜板框芯部(115)被密封以防止待处理流体在未通过波纹状的第一膜片(114A)和第二膜片(114B)之一的情况下进入膜腔空间(128B)，并且

所述第一膜片(114A)和第二膜片(114B)的区域形成为与膜腔空间(128B)共同延伸并提供活性膜区域(128)，其中，第一膜片(114A)和第二膜片(114B)的附接到框(116)的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘是非活性膜区域；

(b)流体出口歧管(118)，其附接到波纹膜板框芯部(115)的顶框构件(116C)的顶侧，并且具有内部空间(152)和流体出口端口(120)，所述内部空间经由顶框构件(116C)中的一个或更多个开口接收来自膜腔空间(128B)的渗透流体，所述流体出口端口用于从流体出口歧管(118)的内部空间(152)去除渗透流体；以及

(c)基部(102、106)，其附接到波纹膜板框芯部(115)的底框构件(116A)的底侧。

2.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述基部包括气体入口歧管，所述气体入口歧管具有用于接收气体的内部空间、气体入口端口、以及位于气体入口歧管的顶面上的多个气体出口，所述多个气体出口定位成邻近于波纹膜板框芯部的外部排出气体，所述气体入口歧管和所述气体出口与膜腔空间隔离。

3.根据权利要求2所述的水处理装置，其中，所述基部还包括附接至底框构件的流体入口歧管，其中，所述底框构件的一部分延伸穿过气体入口歧管以与流体入口歧管接触，同时保持与气体入口歧管的内部空间中的气体隔离，所述流体入口歧管具有用于接收流体的内部空间、流体入口端口、以及位于顶面上的一个或更多个开口，所述一个或更多个开口邻近底框构件中的多个开口，来自流体入口歧管的流体能够通过所述多个开口流入波纹膜板框芯部的膜腔空间中。

4.根据权利要求2所述的水处理装置，其中，所述气体是空气、氮气、饱和二氧化碳或不饱和二氧化碳。

5.根据权利要求3所述的水处理装置，其中，所述流体入口歧管中的流体是汲取流体或冷却剂流体。

6.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，在第一膜片与第二膜片之间的膜腔空间中定位有从穿孔膜板和非织造网格型间隔片中选择的间隔件，其中，所述间隔件附接至框构件。

7.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述第一膜片和第二膜片选自正渗透膜、反渗透膜、膜蒸馏膜、纳滤膜、微滤膜或超滤膜。

8.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，待处理的浸没流体是咸水、微咸水、生活废水、工业废水、采出水、制药流体以及食品和饮料流体。

9.根据权利要求1所述的水处理装置，还包括：

壳体，其具有用于接收待处理流体的入口端口、用于输出待处理流体中的一些的出口端口、以及气体出口端口，其中，所述壳体以气密方式附接到流体出口歧管和基部。

10.一种水处理方法，包括以下步骤：

a)提供具有波纹膜板框芯部(115)的水处理装置(100、100B、100C、100D)，所述波纹膜板框芯部包括：

(i)波纹框(116)，其具有波纹状的底框构件(116A)、波纹状的顶框构件(116C)、垂直的左侧框构件(116D)和垂直的右侧框构件(116B)，并且具有前侧、后侧、底侧、顶侧，并且所述底框构件(116A)、顶框构件(116C)、左侧框构件(116D)和右侧框构件(116B)限定开放的中央区域；

(ii)波纹状的第一膜片(114A)，其具有沿着顶框构件(116C)、底框构件(116A)、左侧框构件(116D)和右侧框构件(116B)附接到波纹框(116)的前侧的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘；

(iii)第二膜片(114B)，其具有沿着顶框构件(116C)、底框构件(116A)、左侧框构件(116D)和右侧框构件(116B)附接到波纹框(116)的后侧的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘；

所述第一膜片(114A)和第二膜片(114B)在波纹框(116)的开放的中央区域中形成用于收集渗透流体的膜腔空间(128B)，

所述波纹膜板框芯部(115)被密封以防止待处理流体在未通过波纹状的第一膜片(114A)和第二膜片(114B)之一的情况下进入膜腔空间(128B)，并且

所述第一膜片(114A)和第二膜片(114B)的区域形成为与膜腔空间(128B)共同延伸并提供活性膜区域(128)，其中，第一膜片(114A)和第二膜片(114B)的附接到框(116)的顶部边缘、底部边缘、左侧边缘和右侧边缘是非活性膜区域；

(iv)流体出口歧管(118)，其附接到波纹膜板框芯部(115)的顶框构件(116C)的顶侧，并且具有内部空间(152)和流体出口端口(120)，所述内部空间经由顶框构件(116C)中的一个或更多个开口接收来自膜腔空间(128B)的渗透流体，所述流体出口端口用于从流体出口歧管(118)的内部空间(152)去除渗透流体；以及

(v)基部(102、106)，其附接到波纹膜板框芯部(115)的底框构件(116A)的底侧；

b)提供用于经由流体出口端口(120)从流体出口歧管(118)去除渗透流体的导管；

c)对流体出口端口(120)施加抽吸或负压；

d)将水处理装置(100、100B、100C、100D)暴露于待处理流体；以及

e)通过将气体输送到气体入口歧管(106)而经由流体出口端口(120)从流体出口歧管(118)去除渗透流体。

11.根据权利要求10所述的水处理方法，其中，所述气体入口歧管具有用于接收气体的内部空间、用于将气体输送至气体入口歧管的气体入口端口，以及用于将气体输送至气体入口端口的导管，其中，气体入口歧管的顶面上的多个气体出口定位成与膜腔空间隔离地邻近于波纹膜板框芯部的外部排出气体。

12.根据权利要求11所述的水处理方法，还包括以下步骤：

提供附接至底框构件的流体入口歧管，所述流体入口歧管具有用于接收流体的内部空间、流体入口端口以及与底框构件中的多个开口相邻的位于顶面上的开口，底框构件中的所述多个开口允许流体流入波纹膜板框芯部的膜腔空间中，并且所述气体入口歧管定位于流体入口歧管和底框构件之间，所述气体被保持与流体歧管和波纹膜板框芯部的膜腔空间隔离；

提供导管以经由流体入口端口将流体输送到流体入口歧管；以及

向流体入口歧管输送汲取流体或冷却剂流体，所述汲取流体或冷却剂流体增强渗透流体进入膜腔空间中的运动。

13.根据权利要求11所述的水处理方法，其中，在第一膜片和第二膜片之间的膜腔空间中定位有从穿孔膜板和非织造网格型间隔片中选择的间隔件，其中，所述间隔件附接至或未附接至框构件。

14.根据权利要求10所述的水处理方法，其中，所述膜片选自正渗透膜、反渗透膜、膜蒸馏膜、纳滤膜、微滤膜或超滤膜。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的水处理方法，其中，所述待处理流体是咸水、微咸水、生活废水、工业废水、采出水、制药流体以及食品和饮料流体。

16.一种水处理装置(100、100C)，包括：

(a)波纹膜板框芯部(115)，包括：

波纹框(116)，其具有波纹状的底框构件(116A)、波纹状的顶框构件(116C)、垂直的左侧框构件(116D)和垂直的右侧框构件(116B)；

波纹状的第一膜片(114A)，其附接到顶框构件(116C)、底框构件(116A)、左侧框构件(116D)和右侧框构件(116B)的前侧；

第二膜片(114B)，其附接到顶框构件(116C)、底框构件(116A)、左侧框构件(116D)和右侧框构件(116B)的后侧，其中，所述第一膜片(114A)和第二膜片(114B)形成膜腔空间(128B)，所述膜腔空间被密封以防止待处理流体在未通过波纹状的第一膜片(114A)和第二膜片(114B)之一的情况下进入膜腔空间(128B)；

(b)流体出口歧管(118)，其附接到顶框构件(226C)的顶侧，并且具有内部空间和流体出口端口(120)，所述内部空间经由波纹框的顶框构件(116C)中的一个或更多个开口接收来自膜腔空间(128B)的渗透流体，所述流体出口端口用于从流体出口歧管(118)的内部空间(152)去除渗透流体；

(c)流体入口歧管(102)，其附接到底框构件(116A)，并且具有用于接收流体的内部空间(148)、流体入口端口(104)以及位于顶面上的与底框构件(116A)中的多个开口相邻的一个或更多个开口，底框构件(116A)中的所述多个开口允许流体流入波纹膜板框芯部(115)的膜腔空间(128B)中；以及

(d)气体入口歧管(106)，其定位于流体入口歧管(102)和底框构件(116A)之间，并且具有用于接收气体的内部空间(148)、气体入口端口(108)和位于气体入口歧管(106)的顶面上的多个气体出口(110)，所述多个气体出口定位成邻近于第一膜片(114A)和第二膜片(114B)的外部排出气体，所述气体入口歧管(106)和所述多个气体出口(110)与膜腔空间(128B)隔离。

17.根据权利要求16所述的水处理装置，其中，在第一膜片和第二膜片之间的膜腔空间中定位有从穿孔膜板和非织造网格型间隔片中选择的间隔件，其中，所述间隔件附接至或者未附接至框构件。

18.根据权利要求16所述的水处理装置，其中，所述膜片选自正渗透膜、反渗透膜、膜蒸馏膜、纳滤膜、微滤膜或超滤膜。

19.根据权利要求16所述的水处理装置，其中，所述波纹膜板框芯部中的波纹膜片的活性面积是具有相等高度、宽度和深度的平板式板框组件的活性膜面积的200％以上。

20.根据权利要求16所述的水处理装置，还包括：

壳体，其具有用于接收待处理流体的入口端口、用于输出待处理流体中的一些的出口端口以及气体出口端口，其中，所述壳体以气密方式附接到流体出口歧管和基部。

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