CN112805245B - 用于监测ro和nf膜的预测性工具 - Google Patents

Abstract

一种用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜和/或纳滤(NF)膜的脱盐或水软化设备的膜的积垢的预测性系统，所述系统包括：一个或多个UF膜堆，所述一个或多个UF膜堆包括多个UF单元，每一UF单元中包含多个UF膜；一个或多个RO/NF膜堆，所述一个或多个RO/NF膜堆包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO单元，其中每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF单元，其中每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合；UF传感器和/或RO/NF传感器；以及控制器，所述控制器包括与所述UF传感器和/或所述RO/NF传感器信号通信的处理器。

Description

用于监测RO和NF膜的预测性工具

相关申请的交叉引用

不适用。

技术领域

本公开内容涉及一种用于监测脱盐或水软化设备的超滤(UF)、反渗透(RO)和纳滤(NF)膜的预测性方法、系统和工具。更具体来说，本公开内容涉及一种使得能够针对一个或多个UF或RO/NF膜堆预测指示所述一个或多个UF或RO/NF膜堆或者其组或阵列的清洁之前的时间的方法、系统和工具。再更具体来说，本公开内容涉及一种用于针对一个或多个UF或RO/NF膜堆预测指示清洁之前的时间，并且安排适当清洁例程和/或用于此清洁的时间的方法、系统和工具。

背景技术

可以通过向储层中注入低盐度淡化或软化水的连续流或段塞流来实施增强石油回收(EOR)。对于注入水，存在提供增强石油回收的益处、同时减轻地层损坏的风险的最佳组成（例如，最佳盐度），并且由于岩石组成跨越储层在空间上变化（在竖直和横向方向两者上），所述最佳组成可以在单个储层内变化。例如，在含油地层包括包含高含量膨胀粘土的岩石的情况下，当注入水具有在从约200至10,000 ppm的范围内的总溶解固体(TDS)含量以及低盐度或软化注入水中的多价阳离子的浓度与储层的原生水中的多价阳离子中的浓度的特定比例（例如，小于1或小于0.9）时，可以避免地层损坏，同时仍然从所述地层释放石油。

发明内容

本文中公开一种用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的预测性系统，所述系统包括：一个或多个UF膜堆（skid），所述一个或多个UF膜堆包括多个UF单元，每一UF单元中包含多个UF膜；一个或多个RO/NF膜堆，所述一个或多个RO/NF膜堆包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO单元，其中每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF单元，其中每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合；UF传感器，所述UF传感器被配置成测量所述一个或多个UF膜堆中的每一者的入口温度、入口压力、出口压力、流率中的一者或多者或者其组合；RO/NF传感器，所述RO/NF传感器被配置成测量所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的入口温度、进料压力、出口压力、进料流率、渗透物流率、渗透物流中的总溶解固体(TDS)或其组合；或者其组合；以及控制器，所述控制器包括与所述UF传感器、所述RO/NF传感器或其组合信号通信的处理器，其中所述控制器被配置成：从所述UF传感器、所述RO/NF传感器或两者中的一者或多者接收数据；利用来自所述UF传感器中的一者或多者的所述数据针对所述一个或多个UF膜堆中的每一者计算一个或多个UF参数；将所述一个或多个UF参数中的每一者与性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述UF膜堆的原位清洁(CIP)的时间；预测UF膜堆的一个或多个参数将达到所述性能阈值之前的所估计时间；利用来自所述RO/NF传感器中的一者或多者的所述数据计算一个或多个RO/NF参数；将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)的时间；以及预测RO/NF膜堆的一个或多个参数将达到所述性能阈值之前的所估计时间。

本文中还公开一种用于监测包括反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的方法，所述方法包括：针对一个或多个RO/NF膜堆预测指示所述一个或多个RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)之前的时间，其中所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO单元，并且每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF单元，并且每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合，其中所述预测包括：计算和/或监测一个或多个RO/NF参数；将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆基于所述参数的原位清洁(CIP)的时间，并且估计所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其性能阈值之前的时间；以及将指示所述一个或多个RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)之前的所述时间预测为从所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其性能阈值之前的所估计时间之中估计的最低时间。

本文中进一步公开一种可操作用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的计算机系统，所述系统包括：包括处理器的控制器，所述控制器被配置成：接收以下作为输入：针对包括多个UF单元的一个或多个UF膜堆接收入口温度、入口压力、出口压力、流率或其组合，其中每一UF单元中包含多个UF膜；针对包括一个或多个RO/NF阵列的一个或多个RO/NF膜堆接收所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的入口温度、进料压力、出口压力、进料流率、渗透物流率、渗透物流中的总溶解固体(TDS)或其组合，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO单元，每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF单元，每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合；或其组合；利用所述输入：针对所述一个或多个UF膜堆计算和/或监测所述一个或多个UF膜堆中的每一者的一个或多个UF参数，针对所述一个或多个RO/NF膜堆计算和/或监测一个或多个RO/NF参数；或者其组合；比较：将所述一个或多个UF参数中的每一者与其性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述UF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测UF膜堆的一个或多个参数中的每一者将达到其性能阈值之前的所估计时间；将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与其性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测RO/NF膜堆的一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其性能阈值之前的所估计时间；或者其组合；以及将指示所述一个或多个RO/NF膜堆、UF膜堆或两者中的每一者的原位清洁(CIP)之前的时间预测为从所述一个或多个RO/NF参数或UF参数中的每一者分别将达到其性能阈值之前的所估计时间之中估计的最低时间。

虽然公开多个实施例，但是根据以下具体实施方式，再其他实施例对所属领域的技术人员来说将变得显而易见。如将显而易见的，如本文中公开的某些实施例能够在各种方面修改，而不背离如本文中呈现的权利要求的精神和范围。因此，下文中的具体实施方式将被视为本质上是说明性、而非限制性的。

附图说明

以下图示出本文中公开的主题的实施例。通过结合附图参考以下描述，可以理解所要求保护的主题，在附图中：

图1是根据本公开内容的一实施例的用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的预测性系统I的示意图；

图2是根据本公开内容的一实施例的UF区段20的示意图；

图3是根据本公开内容的一实施例的RO/NF阵列30A的示意图；并且

图4是根据本公开内容的一实施例的用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的方法II的框图。

具体实施方式

如本文中所利用的，“膜”是指用于微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)或纳滤(NF)的元件。在技术上，MF/UF元件可以分类为过滤器，但是为简单起见，在本文中称为膜。

“高盐度给水”或“给水”是脱盐或水软化设备的给水，并且对于脱盐设备，通常是海水(SW)、河口水、含水层水或其混合物；并且对于水软化设备，可以是或者可以进一步包括采出水。

“低盐度”水是从高盐度给水或PW中去除盐（例如，NaCl）或其他总溶解固体(TDS)的至少一部分产生的水。如本文中所使用的，低盐度水可以是具有小于10,000、7,500或5,000或者在从200至10,000、从500至5,000或从1,000至5,000 ppm的范围内的盐度或TDS含量的水。

“软化水”是从高盐度给水或PW中去除至少一些量的硬度离子（例如，多价阳离子，包括镁和钙）产生的水。如本文中所利用的，软化水可以是具有小于或等于约1格令/加仑(gpg)或17.0 ppm (mg/L)的硬度（例如，按格令/加仑（或ppm）表示为碳酸钙当量）的水。

“超滤(UF)过滤单元”包括包含一个或多个UF元件的压力容器。UF阵列可以包含例如布置成组的多个压力容器。

“反渗透(RO)过滤单元”包括包含一个或多个RO膜元件的压力容器、替代性地称为壳体。RO阵列可以包含例如布置成组的多个压力容器。

“纳滤(NF)过滤单元”包括包含一个或多个NF元件的压力容器。NF阵列可以包含例如布置成组的多个压力容器。

UF、RO和NF单元可以串联布置成单元行，并且脱盐或水软化设备的RO“组”可以包括多个RO单元或其行。类似地，脱盐或水软化设备的NF“组”可以包括多个NF单元或其行。同样地，脱盐或水软化设备的UF“组”可以包括多个UF单元或其行。

脱盐或水软化设备的RO“级”或“阵列”是并联连接在一起的RO过滤单元、组或行的群组。类似地，脱盐或水软化设备的NF“级”或“阵列”是并联连接在一起的NF过滤单元、组或行的群组。因此，“级”或“阵列”可以包括多个单元、行或组。例如，RO膜堆可以包括第一级RO（或“第一RO阵列”）和第二级RO（或“第二RO阵列”），如参考图3的实施例所述。

“TDS含量”是含水流的总溶解固体含量，并且通常具有mg/L的单位。

单位“ppmv”是基于体积的百万分之一，并且大致等效于单位“mg/L”。除非另有说明，否则当在本文中利用时，“ppm”意指“ppmv”。

“跨膜压力”(TMP)是跨越过滤膜的压力差，并且“差压”(DP)是沿着膜的纤维的压力降。跨越RO或NF膜的净驱动压力(NDP)考虑膜堆进料压力、进料与排出流之间的压力降、渗透压和渗透物背压。

可以通过利用多种过滤器或膜的多个过滤或膜过程来生产低盐度或软化水。例如，可以使用微滤(MF)、超滤(UF)、正渗透或反渗透(RO)、纳滤(NF)或其组合的组合生产低盐度或软化水，这些中的每一者采用特定元件或膜。这些膜例如因结垢和生物积垢、老化和损坏（例如物理损坏）而易于积垢。用以确定如何以及何时清洁和/或更换各种膜的膜管理对于维持用于下游EOR的低盐度或软化水的生产能力和组成很重要。由于膜（例如，包括所述膜的行、组、阵列或膜堆）的清洁可能涉及原位清洁(CIP)膜堆，并且由于在低盐度或软化水生产位置（例如，海上平台）处可用的此类CIP膜堆的数目可能受限，因此安排各种膜的清洁可能很复杂，并且如果未正确地管理，则可能导致所期望量或组成的低盐度或软化EOR水的生产的瓶颈。例如，如果膜的行、组、阵列或膜堆在已经发生故障情况并且必须使所述单元脱机之前未安排清洁，则可能出现多个行、组、阵列或膜堆同时脱机进行清洁，在此情况下，保持在线的单元可能不足以为低盐度或软化水提供所期望生产能力或组成。

如本文中所述，一种用于监测脱盐或水软化设备的膜的性能的预测性方法、系统和工具可以基于关键性能指标或参数和其趋势，可以监测所述关键性能指标或参数和其趋势以提供与预测所述膜何时需要清洁或更换相关的警报，并且任选地进一步建议所监测参数的变化的原因（例如，所观察到趋势的原因），建议合适清洁例程，和/或安排用于或起始所述清洁的时间。本公开内容涉及用于监测脱盐或水软化（例如，硫酸盐还原设备(SRP)）的膜的预测性方法、系统和工具（例如，软件）。所述膜可以包括超滤(UF)、反渗透(RO)和/或纳滤(NF)膜。经由本文中公开的方法、系统和工具，可以监测各种关键性能指标或‘参数’和趋势，提供警报，并且手动或自动建议和/或起始或实施对其的适当响应。在一个或多个实施例中，本文中公开的性能监测系统可以是完全自动化的，由此将对趋势或警报的根本原因分析输入到系统中，并且所述系统输出指令或自动起始对设备的改变以处理警报情况。

本文中公开的预测性监测系统、方法和工具可以用于监测膜的积垢、老化、损坏和清洁。在一个或多个实施例中，所述系统可以针对UF单元的群组（例如，UF膜行、组或膜堆）、RO单元的群组（例如，RO级、组或阵列）和/或NF单元的群组（例如，NF级、组或阵列）的清洁自动实现适当清洁例程和/或选择或预测日期（即，安排时间）。在一个或多个实施例中，可以利用所述系统来实现用于按组关闭过滤单元、RO/NF单元、单元群组或个别单元以确定弄脏或受损膜元件所处的位置的协议。所述系统还可以可操作以提供何时更换老化膜的所建议时间。

如在下文中详细论述，本公开内容的方法、系统和工具实现对膜的主动性或预测性、而非仅反应性性能监测。所述方法、系统和工具可以用于监测各种关键性能指标或参数和其趋势，并且从而检测膜的群组（例如，行、组、级、阵列或膜堆）内的膜损坏、积垢和老化。在一个或多个实施例中，可以使用性能监测来监测个别膜堆或阵列性能，并且确定和/或起始合适清洁程序（例如，监测反洗(BW)的频率、起始化学增强反洗(CEB)、针对UF膜的群组起始原位清洁(CIP)、确定所利用化学药品等等），或针对RO/NF膜的群组的合适清洁程序（例如，CIP的频率、所利用化学药品等等）。在一个或多个实施例中，所述方法、系统和工具可以可进一步操作以监测清洁程序的有效性，并且预测膜更换。

本文中公开一种用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的预测性系统。在一个或多个实施例中，所述预测性系统包括：一个或多个UF膜堆；一个或多个RO/NF膜堆；或者其组合；一个或多个UF传感器；一个或多个RO/NF传感器；或者其组合；以及包括处理器的控制器。现在将参考图1进行对用于监测脱盐或水软化设备的膜的积垢的预测性系统的描述，图1是根据本公开内容的一实施例的用于监测包括UF膜、RO膜、NF膜或其组合的脱盐或水软化系统（由虚线框12指示）的膜的积垢的预测性系统I的示意图。

在一个或多个实施例中，本公开内容的预测性系统包括一个或多个UF膜堆、一个或多个RO/NF膜堆或者其组合。UF膜堆布置在RO/NF膜堆的上游，以便从高盐度给水中去除悬浮固体。所述一个或多个UF膜堆中的每一者包括多个UF容器或‘单元’，并且每一UF单元中包含多个UF元件或过滤器（在本文中也称为UF‘膜’）。所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO容器或‘单元’，其中每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF容器或‘单元’，其中每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合。在一个或多个实施例中，RO/NF膜堆仅包括RO单元，或者仅包括NF单元。例如，当所述系统包括包含UF单元和NF单元、但无RO单元的SRP时，‘RO/NF’膜堆可以仅包括NF单元/阵列，并且可能缺少RO单元/阵列。在其他实施例中，RO/NF膜堆可以包括RO单元和NF单元两者，包括其任何比例或混合物。

本公开内容的预测性系统可以包括超滤区段的一个或多个UF膜堆，如由图1中的虚线框20所指示。所述一个或多个UF膜堆中的每一者中包含多个UF过滤器22'。尽管在技术上是过滤器，但是UF过滤器在本文中也可以称为UF‘膜’。所述预测性系统可以包括任何数目个UF膜堆。例如，如图1中所示，预测性系统可以包括三个UF膜堆20A、20B和20C。每一UF膜堆20A/20B/20C中包含多个UF容器或单元22，其中在图1的实施例中，针对膜堆20A膜堆指示三个UF单元（UF单元22A、22B和22C）。每一UF单元或容器22A/22B/22C中包含多个UF元件或过滤器（在本文中也称为UF膜）22'。（UF膜堆20A、20B、20C可以包含相同或不同数目和/或布置的UF单元；UF单元22A、22B、22C可以包含相同或不同数目和/或布置的UF膜22'。）图2绘示包括8个超滤膜堆20A-20H的UF区段20。每一UF膜堆20A-20H中包含多个UF容器或单元22，并且每一UF单元或容器22中包含多个UF元件或过滤器22'。

本公开内容的预测性系统可以包括RO/NF区段中的一个或多个RO/NF膜堆，如由图1中的虚线框30所指示。所述系统可以包括任何数目个RO/NF膜堆。每一RO/NF膜堆包括一个或多个RO/NF阵列，并且所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括多个RO容器或单元、多个NF容器或单元或者其组合。RO/NF膜堆可以包括任何数目个RO/NF阵列，RO/NF阵列包括任何数目个RO阵列和/或NF阵列。例如，如图1中所示，本公开内容的预测性系统可以包括三个RO/NF膜堆，如由图1的实施例中的框30A、30B和30C所指示。每一RO/NF膜堆可以包括一个或多个RO阵列、一个或多个NF阵列或者其组合。在图1的实施例中，第一RO/NF膜堆30A包括第一RO阵列31A1和第二RO阵列31A2，每一RO阵列31A1和31A2中包含多个RO单元或容器33，并且每一RO单元或容器33中包含多个RO膜31'。在图1的实施例中，第一RO/NF膜堆30A进一步包括NF阵列32A。每一NF阵列32A包括多个NF单元，并且每一NF单元中包含多个NF膜。例如，NF阵列32A包含多个NF单元36，每一NF单元中包含多个NF膜32'。（RO/NF膜堆30A、30B、30C可以各自包含相同或不同数目和/或布置的可操作以分别在管线25A、25B和25C中提供RO/NF水的RO单元/阵列和/或NF单元/阵列；RO阵列（NF阵列）可以各自包含相同或不同数目和/或布置的RO单元33（NF单元36）；RO单元33（NF单元36）中可以各自包含相同或不同数目或布置的RO膜31'（NF膜32'）。图3绘示RO/NF阵列30A，其包括第一RO阵列31A1、第二RO阵列31A2和NF阵列32A。参考回到图1，每一RO阵列31A1和31A2中包含多个RO容器或单元33，并且每一RO单元或容器33中包含多个RO元件或过滤器31'；NF阵列32A中包含多个NF容器或单元36，并且每一NF容器或单元36中包含多个NF元件或过滤器32'。

UF单元22和膜22'可以是本领域技术人员已知的任何UF单元和膜。在一个或多个实施例中，UF单元或膜包括如在公开为WO/2018/015223的国际专利申请No.PCT/EP2017/067443中所描述的死端膜（dead-end membrane），为了不违背本公开内容，所述国际专利申请的公开内容借此以全文引用方式并入本文中。在UF膜堆内，从经由UF给水入口管线10引入的给水中去除颗粒，以提供经由UF出口管线15从UF膜堆去除的UF渗透水。例如，给水可以分别经由管线10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H引入到UF膜堆20A、20B、20C、20D、20E、20F、20G、20H中，并且分别经由UF出口管线15A、15B、15C、15D、15E、15F、15G、15H从UF膜堆20A、20B、20C、20D、20E、20F、20G、20H去除超滤水。可以组合UF出口管线15A、15B、15C、15D、15E、15F、15G、15H中的UF水以提供UF管线15中的UF水。给水管线10中的给水可以包括海水(SW)、含盐水、含水层水、PW或其组合，并且可以经由一个或多个高压泵（例如，海水提升泵）、热交换器等等引入到UF膜堆。例如，如图2的实施例中所示，来自管线5中的给水进料泵和粗过滤器的给水的部分5A可以在经由管线10引入到UF膜堆中之前通过热交换器6。可以利用管线5B来绕过热交换器6。UF水可以在经由UF管线15引入到下游RO/NF区段30之前存储在缓冲槽23中。

RO/NF单元33和膜31'可以是本领域技术人员已知的任何RO/NF单元和膜。在一个或多个实施例中，所述RO/NF单元或膜是交叉流膜，在一个或多个实施例中，所述交叉流膜可以包括一个流入口和两个出口。RO/NF区段30的RO/NF膜堆被配置成降低经由管线15引入到其的水的盐度和/或硬度，并且在管线25中提供降低盐度或软化水。例如，如图1的实施例中所示，UF渗透物管线15中的UF渗透水可以分别经由RO/NF进料管线16A、16B和16C引入到RO/NF膜堆30A、30B和30C中。如图3的实施例中更详细示出的，每一RO/NF膜堆（例如RO/NF膜堆30A）可以可操作以产生管线38A中的RO渗透水和/或管线38A'中的NF渗透水。在一个或多个实施例中，可以组合RO和NF水以提供具有所期望盐度和/或TDS含量的RO/NF水。

如图3的实施例中所示，UF水可以经由RO/NF进料管线16A和泵P1引入到第一RO阵列31A1中，并且可以经由第一RO阵列浓缩物出口管线34A1从第一RO阵列31A1去除来自第一RO阵列31A1的浓缩物。第一RO阵列浓缩物的第一部分34A1’可以用作第二RO阵列31A2的进料，并且第一RO阵列浓缩物的其余部分34A1”用作NF阵列32A的进料。经由第一RO阵列渗透物管线35A1从第一RO阵列31A1去除的RO渗透物可以与第二RO阵列渗透物管线35A2中来自第二RO阵列31A2的渗透物组合。可以经由第二RO阵列浓缩物管线34A2从第二RO阵列31A2去除来自第二RO阵列31A2的浓缩物，并且一部分经由管线39A发送进行处置（例如，海水倾倒），一部分经由管线34A2'再循环，或两者。经由NF渗透物管线35A从NF阵列32A去除的NF渗透物的一部分可以经由NF渗透水管线38A'与RO渗透物管线38A中的RO渗透水组合、经由管线39B处置（例如，倾倒到大海中），或者其组合。管线25A中的RO/NF水的一部分可以经由管线25A'用于低盐度或软化水EOR，一部分经由管线39C发送进行处置（例如，经由倾倒到大海），或者其组合。

NF阵列可以提供比RO水具有更高盐度或TDS的NF水。例如，管线38A中的RO渗透水可以具有小于或等于约300、250、200 ppm或者在从约10至约8,000、从约20至约5,000或从约50至约4,000 ppm的范围内的盐度或总溶解固体(TDS)含量。管线38A'中的NF渗透水可以具有小于或等于约30,000、25,000或20,000 ppm或者在从约10,000至约80,000、从约15,000至约70,000或从约20,000至约60,000 ppm的范围内的盐度或总溶解固体(TDS)含量。可以利用管线38A中的RO水与管线38A'中的NF水的掺和来在管线25A中提供具有所期望盐度或TDS的RO/NF水。例如，RO/NF区段30可以在管线25中（或者在进一步包括PW水的流中）提供具有目标盐度或总溶解固体(TDS)的RO/NF水以供在EOR期间注入到储层中。低盐度或软化EOR水的目标盐度可以小于或等于约10,000、7,500或5,000，或者在从200至10,000、从500至5,000或从1,000至5,000 ppm的范围内。阈值盐度或TDS（其可以是高于目标盐度或TDS的盐度或TDS）可以是仍然预期低盐度或软化水的EOR效果发生的最大盐度或TDS。在一个或多个实施例中，阈值盐度或TDS小于或等于约10,000、8,000、7,500或5,000 ppm。

本公开内容的系统可以包括例如布置成任何数目或布置的行、组、级、阵列或膜堆的任何数目个UF、RO和/或NF单元。在一个或多个实施例中，所述系统包括三个RO/NF膜堆，每一RO/NF膜堆包括水平地布置RO单元行和多个NF单元。这些单元可以在竖直进料、截留物和渗透物集管的任一侧上布置成两组水平行（第一和第二组）。在一个或多个实施例中，膜堆的每一组可以单独装设阀，使得所述组个别地隔离，从而允许单独冲洗和清洁膜堆的每一组。无限制地，这可以提供以下优点：(a) 减小CIP膜堆的清洁槽的大小（在下文中进一步论述），同时维持交叉流清洁速度；(b)减小用于使清洁流体循环的泵的大小；(c)允许RO/NF膜堆的一组在操作，而另一组脱机进行清洁。在其他实施例中，RO/NF膜堆包括可各自独立地隔离的三个或更多个组。下文简要论述的UF、RO和NF单元的许多其他布置是可能的，并且此类布置在本公开内容的范围内。

如图3中详述，RO/NF膜堆的每一组可以是包括第一RO阵列31A1、第二RO阵列31A2和NF阵列32A的多级阵列。第一和第二RO阵列31A1和31A2串联布置，其中来自第一RO阵列31A1的截留物用作第二RO阵列31A2的进料。第一RO阵列31A1也与NF阵列32A串联布置，其中来自第一RO阵列31A1的截留物的一部分用作NF阵列32A的进料。除能够使RO/NF膜堆的一组在生产中、并且隔离另一组进行清洁以外，还可以单独隔离每一组的阵列，从而允许单独清洁和冲洗每一阵列。如下文更详细论述，这可以允许清洁化学过程以每一阵列的膜上存在的特定污垢为目标。在一个或多个实施例中，RO/NF膜堆的第一RO阵列31A1可以与第二RO阵列31A2和NF阵列32A分开清洁。如果所述组的第二RO阵列31A2和NF阵列32A往往具有相同污垢，则可以同时清洁它们。然而，在一个或多个实施例中，NF阵列32A可以与第二RO阵列31A2分开清洁。当可以用RO渗透物38A与采出水(PW)的掺和替代RO渗透物38A与NF渗透物38A'的掺和时，与第二RO阵列31A2分开地给NF阵列32A装设阀可以允许所述组的NF阵列32A在低盐度或软化水注水的寿命中稍后脱机。

在一个或多个实施例中，每一RO单元33和NF单元36分别的RO和NF膜元件31'和32'分别被螺旋缠绕，并且在过滤期间按交叉流模式操作，使得存在进料入口、膜的进料侧上的截留物（浓缩物）出口和膜的渗透物侧上的渗透物出口。

每一RO/NF膜堆（例如，RO/NF膜堆30A）的第一RO阵列（例如，第一RO阵列31A1）可以包括多个并行RO单元33（例如，48个并行RO单元，其中第一组中24个，并且第二组中24个）。在一个或多个实施例中，RO单元33在竖直集管的任一侧上布置成水平行。类似地，RO/NF膜堆的第二RO阵列（例如，RO/NF膜堆30A的第二RO阵列31A2）可以包括多个并行RO单元33（例如，在RO/NF膜堆30A的第二RO阵列31A2中，36个单元）以及多个NF单元36（例如，在RO/NF膜堆30A的NF阵列32A中，4个NF单元）。可以并行操作第二RO阵列（例如，第二RO阵列31A2）的RO单元33和NF阵列（例如，NF阵列32A）的NF单元36。RO/NF膜堆的第二RO阵列（例如，第二RO阵列31A2）的RO单元的一半可以布置在第一组中，并且一半布置在第二组中。所述NF单元可以共同布置在每一组的一个或多个行中。在一个或多个实施例中，三个RO单元（或NF单元）包括一组的行。在一个或多个实施例中，所述NF单元共同布置成行。

对于RO/NF膜堆的每一组，第一RO阵列（例如，第一RO阵列31A1）的RO单元33可以与第二RO阵列（例如，第二RO阵列31A2）的RO单元33和NF阵列（例如，NF阵列32A）的NF单元36分开清洁。例如，当第一RO阵列的RO单元经历与第二RO阵列的RO单元和NF阵列的NF单元不同的污垢时，这可能是期望的，如在下文中更详细论述。

一组的每一行的RO单元和NF单元可以或者可以不个别地进料。在一个或多个实施例中，一行的RO单元（或NF单元）的压力容器在进料侧上互连，其中给水进入第一单元，并且从所述行的第一单元传递到第二单元、并且然后传递到第三单元或更多单元。因此，在一个或多个实施例中，可能或者不可能个别地隔离所述容器。类似地，可能或者不可能隔离RO单元或NF单元中的个别RO元件或NF元件进行清洁。然而，在中心端口式压力容器的情况下，可以利用额外阀装设来允许单独清洁中心端口的每一侧上的膜元件。这可以提供进一步减小清洁槽和泵的大小的优点，但是代价是每一RO/NF膜堆的增加的重量和占用面积。在一个或多个实施例中，如在欧洲专利申请No.17163422.3中所描述的，2个或3个RO元件串联布置在中心端口的任一侧上，为了不违背本公开内容，所述欧洲专利申请的公开内容借此以全文引用方式并入本文中。

如上所述，UF、RO和NF单元的不同布置是可能的，并且此类布置在本公开内容的范围内。在一个或多个实施例中，RO/NF膜堆中RO和NF单元的布置不同于图3的实施例中绘示的布置。例如，RO单元可以在单个级中并联布置。例如，在一个或多个实施例中，可以存在单个RO阵列，其中海水或UF水用作所述阵列的RO单元的进料（单程系统）。类似地，在一个或多个实施例中，所述NF单元可以在单个级中并联布置，其中海水或UF水用作所述阵列的NF单元的进料（单程系统）。如在图1和图3的实施例中所指示，NF单元和RO单元可以布置在相同膜堆中（通常具有比NF单元多的RO单元），在一个或多个实施例中，所述膜堆的每一组或阵列可以包括RO单元和NF单元两者。替代性地，可能存在包括RO单元的一个或多个膜堆以及包括NF单元的单独膜堆。在任何布置中，每一膜堆可以包括至少两个组或阵列的单元，因此允许单独清洁个别组或阵列。

在其他实施例中，系统包括第一NF阵列，其中来自此阵列的截留物用作第二NF阵列的进料。可以进一步存在第三NF阵列，其中来自第二NF阵列的截留物用作第三NF阵列的进料。在此实施例中，由于到其的进料的增加的TDS、盐度或离子强度，第一NF阵列可能易受特定污染物（例如，生物积垢），并且第二和/或第三NF阵列更易受另一污染物（例如，矿物垢）。

在其中RO元件布置在单独膜堆中的一个或多个实施例中，来自第一RO阵列的截留物可以用作第二RO阵列的进料（类似于图3的实施例中的RO阵列的布置）。如上所述，在此类实施例中，由于进料（即，来自第一RO阵列的截留物）的增加的TDS，第一RO阵列可能易受一种污染物（例如，生物积垢），并且第二RO阵列更易受另一污染物（例如，结垢），并且利用本文中公开的预测性方法、系统和工具来确定、安排和/或起始或实施适于所遭遇特定污垢的清洁。

预测性系统I可以进一步包括一个或多个原位清洁(CIP)膜堆70。所述CIP膜堆可以可操作用于RO和NF单元的化学清洁。CIP膜堆70还可以用于UF膜堆的UF（超滤）单元的化学清洁（例如，在某些情况下，不冲洗或反洗）。如经由管线75所指示，CIP 70可以在清洁期间与脱盐或水软化系统的一个或多个UF、RO或NF单元流体地连接。CIP膜堆70可以包括一个或多个清洁槽以及用于存储多种清洁化学药品的浓缩溶液的相关联槽。如在下文中更详细论述，可能存在有限数目个CIP膜堆70（例如，在平台上），并且根据本公开内容的实施例的CIP的安排可以考虑多个可用CIP。例如，单个CIP膜堆70可用于清洁用于海上脱盐设备或SRP设备的RO阵列、NF阵列和UF膜堆。CIP清洁可能花费大量时间，因为其可能涉及排空CIP槽以去除先前化学药品（如果选定清洁例程不需要CIP槽中的化学药品溶液），用渗透物（例如，RO和/或NF渗透物）填充CIP槽，从浓缩物槽添加适当化学药品，并且实施清洁循环和浸泡周期，重新排空所述槽（如果需要），并且用另一化学药品溶液重复所述序列。一旦确定可疑污垢并起始合适清洁程序（例如，如下文中所述，经由人工干预手动起始或经由控制器60自动起始），由CIP提供的清洁循环便可以是自动化的。用于各种污垢并且适于与各种膜一起使用的合适清洁例程（化学药品、清洁和保持时间、压力等等）已知并且由膜的制造商提供，并且本文中将不再详述。

预测性系统I进一步包括一个或多个UF传感器40，UF传感器40被配置成提供关于一个或多个UF膜堆的数据。所述一个或多个UF传感器可以被配置成针对所述一个或多个UF膜堆中的每一者提供例如选自入口温度、入口压力、出口压力、流率或其组合的一个或多个测量结果。如图2的实施例中所指示，超滤区段20可以包括传感器40A、40B、40C和40D。传感器40A-40D可以选自流率传感器、温度传感器、压力传感器、组成传感器或其组合。例如，在例如图2中指示的一个或多个实施例中，传感器40A可以是定位在UF给水入口管线10中并且被配置成测量给水的温度的温度传感器；传感器40B和40C可以是可操作以针对每一膜堆20A-20H分别测量给水的入口压力和滤液的出口压力的压力传感器；传感器40D可以是可操作以针对每一UF膜堆20A-20H测量UF给水入口管线的流率的流率传感器。可以存在各种阀以响应于来自UF传感器40的所测量参数或输入控制流量。例如，阀V1可以可操作以响应于来自温度传感器40A的测量结果在热交换器6周围提供再循环或旁路以调节给水入口管线10中的温度；阀V2可以可操作以响应于来自流率传感器40D、压力传感器40B/40C或其组合的测量结果控制到每一UF膜堆20A-20H的进料流量。可以利用其他传感器、阀以及其位置。

预测性系统I进一步包括一个或多个RO/NF传感器50，RO/NF传感器50被配置成提供关于一个或多个RO/NF阵列的数据。一个或多个RO/NF传感器50可以被配置成例如针对所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者提供选自入口温度、进料压力、出口压力、进料流率、渗透物流率、渗透物流中的总溶解固体(TDS)或其组合的一个或多个测量结果。例如，在例如图3中指示的一个或多个实施例中，传感器50A、50B和50C可以是可操作以针对每一膜堆或阵列测量给水的入口压力以及出口压力的压力传感器；传感器50D可以是可操作以针对一个或多个RO或NF阵列测量水入口管线（例如，RO/NF进料管线16A）的流率的流率传感器；传感器50E可以是可操作以确定来自阵列的渗透物（例如，第一RO渗透物管线35A1中的第一RO渗透物，第二RO渗透物管线35A2中的第二RO渗透物，NF渗透物管线35A中的NF渗透物，或者其组合）中或经掺和RO/NF管线25A中的经掺和RO/NF流的盐度或TDS的组成传感器；传感器50F可以是可操作以测量来自一个或多个阵列的浓缩物（例如，管线34A2中的第二RO阵列浓缩物中）的流率的流率传感器。可以存在各种阀以响应于来自RO/NF传感器50的所测量参数或输入控制流量。例如，阀V4A/V4B可以可操作以响应于来自流率传感器50A的测量结果控制RO/NF进料管线16A中的流率；阀V5/V6可以可操作以响应于来自流率传感器50F的测量结果控制第二RO浓缩物管线34A2和/或排料管线39A中的流率；阀V7可以可操作以响应于来自组成传感器50E的测量结果控制第二NF渗透物管线38A'和NF渗透物排料管线37中的流率（并且因此调节NF与RO水的掺和）；阀V8/V9可以可操作以响应于来自压力传感器50F的测量结果控制经掺和水排料管线39C中的流率；或者其组合。可以利用其他传感器、阀以及其位置。

UF传感器40和RO/NF传感器50可以是本领域技术人员已知的任何传感器。用于确定各种流（例如经掺和低盐度注入水流、RO渗透物流、NF渗透物流）的TDS和/或离子组成的传感器可以根据电导率确定TDS，而可以使用具有特定个别离子或特定类型的个别离子可穿透的膜的玻璃探针确定个别离子的浓度或个别离子的类型。在一个或多个实施例中，除使用化学UF和/或RO/NF传感器以外，水的样本可以发送到实验室用于对其组成的分析，其可以输入到控制器60中（下文中描述）。

预测性系统I进一步包括包含处理器65的控制器60，处理器65与一个或多个UF传感器40、一个或多个RO/NF传感器50或其组合信号通信（由图1中虚线所指示）。控制器60包括处理器或CPU（中央处理单元）65、存储器66（例如，RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器））、HDD（硬盘驱动器）、例如显示器61和网络接口62等I/F（接口）等等，并且可以通过由CPU执行包括存储在ROM中的本文中公开的性能监测工具的软件来实现。所述软件（当在处理器上执行时）可以将处理器65配置成实施本文中描述的任何步骤和方法。

如现在将参照图4的左侧部分进一步描述，控制器60可以被配置成接收和利用来自一个或多个UF传感器40、一个或多个RO/NF传感器50或其组合的数据，图4是根据本公开内容的一实施例的用于监测包括UF膜、反渗透RO膜、NF膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的方法II的框图。如图4的实施例中所指示，控制器60可以被配置成从UF传感器40、RO/NF传感器50中的一者或多者或两者接收数据，如框101处所指示。控制器60可以被进一步配置成利用来自UF传感器40中的一者或多者的数据针对所述一个或多个UF膜堆中的每一者计算和/或监测一个或多个UF参数，并且将所述一个或多个UF参数中的每一者与性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述UF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测UF膜堆的一个或多个参数将达到所述性能阈值之前的所估计时间，利用来自所述RO/NF传感器中的一者或多者的数据计算和/或监测一个或多个RO/NF参数，并且将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测RO/NF膜堆的一个或多个参数将达到所述性能阈值之前的所估计时间；或者其组合，如框102处指示。所述性能阈值可以是膜制造商设置的那些（例如最小和最大进料、跨膜压力和/或差压），并且可以输入作为控制器60的边界值。

在一个或多个实施例中，基于所述一个或多个参数中的每一者在积垢速率时间周期内的平均变化计算基于所述参数的积垢速率，并且通过用所述参数在所述积垢速率时间周期内的所述平均变化除所述参数的当前值与所述参数的阈值之间的差来预测膜堆将达到所述参数的性能阈值之前的所估计时间。例如，在一个或多个实施例中，所述积垢速率包括基于归一化差压(DP)在积垢速率时间周期内的平均增加计算的DP积垢速率，并且通过用所述平均DP积垢速率除当前DP与阈值DP之间的差来预测达到DP性能阈值之前的所估计时间。例如，可以监测跨膜压力的变化率，并且通过实时提前预测趋势来提供对何时将出现跨膜压力的最大所准许增加的预测。可以利用本文中公开的方法、系统和工具的预测性方面来突出显示或捕获UF、RO和/或NF膜的积垢速率的增加，并且促进对膜堆的阵列或组何时脱机进行清洁的诊断或使所述诊断自动化，在一个或多个实施例中，这可以实现对膜堆（或另一单元分组，例如其行、组或阵列）的清洁的优化。

举例来说，在一个或多个实施例中，所述一个或多个UF参数选自：归一化进料流率、归一化跨膜压力(TMP)、TMP参考时间周期中的最高归一化TMP、膜堆通量、计算为每表面积的流率除以所述TMP的比膜堆通量、经温度校正的比通量(TCSF)、最低通量参考时间周期中的最低比通量、反洗(BW)频率、CEB频率、常规安排的化学增强反洗(CEB)之后的TMP增加、CIP参考时间周期内CIP（原位清洁）的次数、在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的液体体积、BW持续时间、压力衰减速率(PDR)、增压速率或其组合。在具体实施例中，所述一个或多个UF参数包括所述最低比通量、在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的所述液体体积、BW频率或其组合。

在上述一个或多个实施例中，所述一个或多个UF参数包括UF膜堆通量、计算为每表面积的流率除以所述TMP的比膜堆通量、经温度校正的比通量(TCSF)、最低通量参考时间周期中的最低比通量或其组合。比通量或渗透率是通量（每表面积）除以TMP的量度。此参数将展现TMP趋势的倒数，并且通过考虑TMP和流率的变化，比通量可以提供UF性能的更好表示。例如，比通量的减少可以指示膜积垢，并且通量的增加可以指示膜损坏（或者膜堆BW、CEB或CIP）。比通量或渗透率将随温度变化，并且因此，在一个或多个实施例中，可以监测经温度校正的比通量(TCSF)以考虑温度的变化。监测TCSF可以帮助确保在反洗期间不超过最大TMP。如果反洗在高于此最大限制的TMP下操作，则存在纤维将塌缩和分离的风险。通量的显著增加可以导致过多固体负载，这可以加速积垢。膜制造商可以提供不超过的最大或阈值通量率。

在一个或多个实施例中，所述一个或多个UF参数包括例如经由阀V3在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的液体体积，或BW持续时间。在一个或多个实施例中，可以提供在每一BW或CEB之后重置为零的BW累加器，并且可以针对此累加器提供趋势。通常在特定时间周期内并且利用特定液体体积实施BW或CEB。与此预期时间或液体量的偏离可以指示无效清洁或过度清洁。在一个或多个实施例中，所述一个或多个UF参数包括反洗(BW)或化学增强反洗(CEB)频率。可以定期（例如，每四十分钟一次）或者在超过阈值压力时起始BW或CEB。在一个或多个实施例中，可以监测每天BW或CEB的次数，并且可以利用超过每天BW或CEB的次数的阈值的次数来预测对UF CIP的需求。

举例来说，在一个或多个实施例中，所述一个或多个RO/NF参数选自：所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料压力、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化差压(DP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的净驱动压力（NDP，其等于所述进料压力减去渗透压和渗透物背压）、针对所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的等于所述渗透物流率除以所述进料流率的回收率、来自所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的所述渗透物中的平均TDS、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化透盐率(SP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化渗透物流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的积垢速率、所述RO/NF膜堆中的每一者的CIP清洁频率、是一RO/NF膜堆的出口TDS与RO/NF阵列的相关联组合的所计算平均出口TDS的差的TDS膜堆差异，或者其组合。在具体实施例中，所述一个或多个RO/NF参数选自所述积垢速率、所述CIP清洁频率、所述TDS膜堆差异或其组合。

在一个或多个实施例中，所述一个或多个RO/NF参数包括积垢速率(ROF)。可以基于一参数（例如，DP）在一时间周期（例如，24小时）内的平均增加计算所述积垢速率。如果ROF超过预期值，则可能比定期安排更快地需要CIP。可以利用ROF来预测何时可能需要CIP，并且可以利用警报来显示需要CIP清洁之前的所估计天数。在一个或多个实施例中，所述一个或多个RO/NF参数包括TDS膜堆差异。例如，大于一定量（例如，±10%）的总膜堆TDS可以指示从NF浓缩物（或排出流）34A到NF渗透物流35A的泄漏，这可能导致经掺和RO/NF流25中的高硫酸盐浓度。可以利用警报来指示TDS膜堆差异何时大于一定阈值量（例如，±5%）。

最低比通量参考时间周期可以是任何合适时间周期，例如，24小时。TMP参考时间周期可以是任何合适时间周期，例如，24小时。常规安排的CEB可以例如是每天CEB。CIP参考时间周期可以是任何合适时间周期，例如，三个月。CEB频率可以包括参考时间周期（例如，7天）中CEB的次数。所述RO/NF膜堆中的每一者的CIP清洁频率可以包括每一参考时间周期（例如，一年）CIP清洁的次数。BW频率可以包括参考时间周期中（例如，24小时周期内）BW的次数。

归一化进料流率可以针对参考温度和/或净驱动压力归一化，归一化进料压力可以是针对参考流率归一化的进料压力，归一化SP可以是归一化到参考流率和参考温度的SP，归一化TMP可以是针对参考流率归一化的TMP，归一化DP可以是针对参考温度和参考流率归一化的DP，归一化渗透物流率可以是针对参考温度和参考NDP归一化的渗透物流率，或者其组合。所述参考温度、所述参考流率、所述参考净驱动压力或其组合可以是参考日期和时间（例如，操作的第一天）（例如，首次调试时或膜更换之后）的那些值。

警报系统可以与性能监测组合。在一个或多个实施例中，控制器60可以进一步包括显示器61、网络接口62或两者。处理器65可以产生输出或警报，包括显示器61上针对所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者的显示，经由网络接口62和网络或云63发送的指示所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者已经或即将达到或超过警报水平的电子邮件警报，或两者。还可以利用显示或其他警报（例如，电子邮件）来指示清洁（例如，UF膜的BW、CEB或CIP或者RO/NF膜的CIP）是否有效，或膜更换之前的所预测/所建议时间。

所述警报可以指示所述参数的当前状态或警报水平和/或可以指示所述参数的先前状态或警报水平。在一些实施例中，可以使用数字显示器来提供参数的值或其数字警报水平指示器。所述警报可以提供所监测条件以及所监测条件何时接近或处于故障条件的指示。所述警报还可以指示例如关于清洁的定时的计算失败。许多其他显示和警报是可能的，并且在本公开内容的范围内。

因此，一个或多个参数的自动化警报可以显示在显示器61（其可以是计算机屏幕）上，利用网络接口62和网络或云63经由电子邮件分发给责任方，或两者。在一个或多个实施例中，第一警报水平由控制器60通过显示的变化来处理，而更高警报水平通过显示的另一变化、电子邮件或两者来处理。在一个或多个实施例中，警报可以显示在与之相关联的所监测趋势的图形显示器旁边的屏幕上。在下文中进一步论述的一个或多个实施例中，对警报的所建议或自动化响应还可以被显示（例如，在相同或另一屏幕上）和/或被发送电子邮件。如上所述，可以利用显示或警报来指示CIP清洁之前的所预测时间。

在一个或多个实施例中，控制器60可以提供所显示参数的连续显示，或者可以按变化频率（例如，每天、每周、每两周、每月等等）提供更新。框102处对脱盐或水软化设备的监测可以包括许多警报，所述警报针对系统的不同水平具有不同屏幕或显示器。例如，框102处对膜的性能的监测可以由控制器60经由显示器输出，包括：用于所有UF膜堆20A/20B/20C/等等的屏幕；用于每一UF膜堆的屏幕（例如，用于UF膜堆20A的屏幕或显示器，用于UF膜堆20B的屏幕或显示器，用于UF膜堆20C的屏幕或显示器等等）；用于UF膜堆20A/20B/20C/等等的每一组的屏幕；包括所有RO/NF膜堆30A/30B/30C/等等的所监测参数的屏幕；用于每一RO/NF膜堆的屏幕（例如，用于RO/NF膜堆30A的屏幕或显示器，用于RO/NF膜堆30B的屏幕或显示器，用于RO/NF膜堆30C的屏幕或显示器等等）；用于膜堆的每一阵列的屏幕或显示器（例如，用于第一RO阵列的屏幕或显示器，用于第二RO阵列的屏幕或显示器以及用于NF阵列或阵列的任何其他布置的屏幕或显示器）。如上所述，警报可以显示在上述屏幕上。替代性地，可以例如向工艺工程师发送电子邮件警报。

可以利用本文中公开的方法、系统和工具经由显示器监测和突出显示与膜堆和阵列内的膜损坏和膜积垢有关的趋势。工艺工程师可以使用由所述工具监测的趋势来选择用于UF膜堆的清洁协议（反洗的频率和用清洁化学药品进行清洁（例如，化学增强反洗或CEB）的频率和/或CIP）以及用于RO和NF阵列的清洁协议（例程）（例如，CIP），或者此类响应/协议可以例如通过控制器60自动化。在一个或多个实施例中，所述方法、系统和工具还可以确定清洁的效力。

如上所述，可以针对一个或多个UF参数、一个或多个RO/NF参数或其组合或者其趋势提供警报。通过特定实例，在一个或多个实施例中，可以提供下文所述警报中的一者或多者。

跨膜压力随时间的增加（例如，跨越一组UF单元）。例如，可以针对与所预测跨膜压力曲线的偏离或跨膜压力超过阈值的增加提供警报。如上所述，对于RO和NF阵列，∆P可以相对于温度归一化。

到一组UF单元或者到RO或NF阵列的进料压力的增加。例如，可以针对与所预测进料压力曲线的偏离或超过阈值压力的进料压力提供警报。所述阈值压力可以例如由进料泵或制造商针对膜元件的最大所准许操作压力来决定。

对RO和/或NF渗透物的归一化渗透物流率的不可接受的减小的警报。如上所述，这些渗透物速率可以相对于温度和/或净驱动压力归一化。

RO和/或NF渗透物的回收百分比的警报，其可以确定为（所设定时间周期内[(组合渗透物流的体积/给水的体积) x 100]）。例如，如果回收百分比开始偏离所预测曲线，或者如果接近（例如，在10%内）或达到最小阈值回收百分比，则可以提供警报。

对NF和/或RO阵列的透盐率(SP)的警报。例如，如果达到个别离子（例如，但不限于，硫酸盐和二价阳离子）的总溶解固体含量和/或浓度的上阈值，或者如果透盐率开始偏离所预测趋势，则可以提供警报。

对设备随时间的生产能力的警报。例如，对于所计划维护工作（针对NF阵列、RO阵列和/或UF组），所述生产能力可能在特定时间点降低，使得如果在所述时间周期内要使另一个阵列或组停产进行清洁，则将不能实现最小所需生产能力。在此类实施例中，所述系统可以提供不同显示器或指示器。然后，操作员或系统/工具可以选择另一时间周期进行清洁，并且确定是否可以利用最近安排的时间维持设备的最小生产能力。期望地，在超过最大进料压力或跨膜压力的最大增加的阈值之前，将保留清洁的定时。

在一个或多个实施例中，处理器60可进一步操作以监测所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的趋势，并且将所监测趋势与其存储器66中的数据进行比较以产生指示所述趋势的变化的潜在原因（例如膜积垢的原因）的输出和/或建议和/或自动起始对其的适当响应或对其进行补救。处理器60可以被进一步配置成提供用于对所述UF膜堆中的一者或多者、所述RO/NF膜堆中的一者或多者或其组合实施CIP的所建议安排。处理器60可以基于输入到其存储器中的关于以下的数据建议所述安排：UF CIP和/或RO/NF CIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自所述脱盐或水软化系统的水的生产要求、处理器65预测的指示所述UF膜堆中的所述一者或多者、所述RO/NF膜堆中的所述一者或多者或其组合中的每一者的清洁之前的时间，或者其组合。

如上文中所论述，所述警报涉及不利或不健康条件。通常，将所监测参数（例如最大和最小跨膜压力）的阈值条件输入到系统或工具中，其中所述阈值指示故障（不健康或不利）条件。在一个或多个实施例中，本公开内容的方法、系统和工具可操作以对故障条件实施根本原因分析以确定所述条件是关键还是非关键的，并且确定（和/或自动起始）用于解决关键故障条件的策略或程序，例如建议或起始清洁阵列的膜以恢复跨膜压力或更换膜元件。基于经验，可以确定用于处理特定故障条件的策略（根本原因分析），并且将其输入到处理器65中（例如，其存储器66中）以提供用于处理特定故障条件的有效策略。

因此，在一个或多个实施例中，可以利用本公开内容的方法、系统和工具来预测膜阵列、膜堆或组的清洁的定时；要实现的合适清洁例程（例如用于去除微生物和生物软泥，或者用于去除矿物垢等等）；继续清洁多长时间（例如，大约一天）；清洁频率（例如，数月一次）；清洁的频率是否高于预期频率；或者其组合。

因此，可以利用积垢趋势以及关于低盐度或软化水（例如，软化和硫酸盐还原的SRP水）的生产能力的瓶颈的趋势和对低盐度或软化水的需求来预测何时实施和/或安排清洁，使得可以在存在与使膜的一个或多个群组脱机进行清洁相关联的减少的操作影响时进行干预。

在一个或多个实施例中，还可以利用在102处监测的趋势来根据污垢的类型（例如，所述污垢主要是生物垢还是主要是矿物垢）选择适当清洁例程。例如，如在上文中所述，处理器65可以将所监测趋势与数据（例如，处理器65的存储器66中）进行比较以经由显示器61或网络接口62产生指示膜积垢的潜在原因的输出，和/或可以自动起始合适响应（例如，何时清洁一组UF膜堆、RO/NF阵列、要利用的合适清洁例程等等）。在其他实施例中，人类可以使用所监测趋势来确定膜积垢的潜在原因，并且起始合适响应。存储器66或响应指南中的数据可以指示哪些警报是关键的、哪些警报是非关键的，以及对各种警报的适当响应。可以基于设备性能更新所述数据和/或响应手册。

因此，在一个或多个实施例中，所述系统可以进一步是自动化的以基于所监测趋势经由输出提供对警报的适当响应。所述显示可以包括例如膜单元或模块的每一阵列、组或行的图形。通过非限制性实例，可以利用图形来显示跨膜压力随时间的变化。在膜表面上积聚的细菌和生物软泥可能导致与针对矿物结垢预期的曲线不同的“压力”曲线。例如，如果细菌在膜表面上生长，则可以观察到跨膜压力随时间的变化的对数增加，而当水垢趋于更缓慢地积聚时，可能存在TMP随时间的简单线性增加。因此，监测阵列或组的膜元件的跨膜压力的变化率（或其他趋势）可以促进对趋势偏离的来源（例如，积垢、包括生物积垢或结垢、膜损坏等等）进行故障排除并且选择适当清洁例程。例如，如果系统预测（例如，经由包括进料压力和/或透盐率的逐渐增加的所监测趋势）主要存在积聚在RO或NF阵列的膜上的矿物垢，则系统可以自动选择并经由输出提供适于去除矿物垢或以矿物垢为目标的清洁例程（基于制造商推荐、工程师知识等等输入其存储器66中）。替代性地，系统可以预测（例如，经由包括DP和/或SP的快速增加的所监测趋势）主要存在RO/NF阵列的生物积垢，则系统可以选择并经由输出提供适于去除细菌或其他微生物、生物膜和生物软泥的清洁例程。

举例来说，如在图3的实施例中，包括两个RO阵列的系统可能在两个RO阵列中的每一者上经历不同污垢的积聚。例如，第一RO阵列（例如第一RO阵列31A1）的RO膜31'上的污垢可以包括胶体颗粒（无机或有机胶体颗粒）和可以产生生物软泥的细菌。所述细菌（或其他微生物，例如霉菌）通常在膜表面上展现指数生长。可以按与第二RO阵列（例如第二RO阵列31A2）和/或NF阵列（例如NF阵列32A）上的污垢不同的方式去除这些污垢。例如，可以通过利用任选地包括去垢剂（表面活性剂）的高pH（碱性）清洁溶液去除第一RO阵列上的污垢。与第二RO阵列（例如第二RO阵列31A2）的膜31'相比，在第一RO阵列（例如第一RO阵列31A1）的RO膜31'上可能存在较小水垢形成风险，因为到第一RO阵列的进料可以是海水(SW)或UF水，而到此布置中的第二RO阵列和NF阵列的进料可以是来自第一RO阵列的截留物。此截留物可能集中在水垢沉淀前驱体离子（例如Ca²⁺、Mg²⁺和Sr²⁺）中，这可能增加硫酸盐水垢的沉淀、或者在Ca²⁺的情况下第二RO阵列的膜31'上的碳酸钙水垢的风险。还可能存在二氧化硅垢在第二RO阵列的膜31'上沉淀的增加的风险。另外，来自第一RO阵列的截留物中的金属氧化物（例如氧化铁、氧化锰和氧化铝）可以沉淀在第二RO阵列和NF阵列的膜31'的表面上。水垢可能逐渐积聚在第一RO阵列的膜31'上。然而，在如图3的实施例中所示的布置中，水垢处理之间的时间周期可能显著比第二RO阵列或NF阵列长。由于第二RO阵列31A2可以具有降低的细菌污垢风险，因为与UF水相比，细菌生长在较高盐度给水（来自第一RO阵列31A1的RO截留物）中受到抑制，但是随着给水的增加的盐度，水垢沉积的风险增加，因此可以为此利用不同清洁程序。例如，用于第二RO阵列31A2和/或NF阵列32A的清洁水可以主要是酸性溶液或螯合剂溶液，其中酸或螯合剂去除所沉淀盐。由于NF阵列（如第二RO阵列31A2）由来自第一RO阵列31A1的截留物进料，因此积垢问题可能类似，并且可以同时清洁构成第二RO阵列31A2和NF阵列32A的每一组中的单元。然而，在一个或多个实施例中，可以单独隔离NF阵列的单元，并且NF单元/阵列与第二RO单元/阵列分开清洁。一旦选择、安排和起始（例如通过系统/工具和/或人工干预起始）合适清洁例程，CIP的控制系统便可以自动实施CIP。通过监测例如在上述实例中所述的关键性能指标及其趋势，并且将关于各种趋势的根本原因的数据输入到处理器65的存储器66中，所述系统可以是自动化的以鉴于所监测趋势提供和/或起始所建议响应策略。如上所述，系统/工具或工程师可以监测和利用在此实例中利用的除TMP以外的参数来确定对所监测趋势的合适清洁响应。例如，如在上文中详述，由UF和/或RO/NF传感器测量的一个或多个参数可以包括所述流（例如渗透物）中的一者的流率的变化、RO渗透物或NF渗透物的质量变化（例如，这些流中的一个或多个特定离子或特定类型的离子的总溶解固体含量和/浓度等等）。

因此，在一个或多个实施例中，本文中公开的方法、系统和工具是自动化的以将一个或多个参数的所监测趋势与处理器65的存储器66中的数据进行比较，从而将指示各种膜症状（即，微生物/生物积垢或矿物结垢）的各种参数的变化编码。替代性地或另外，所述方法、系统或工具监测一个或多个参数的趋势，并且如在上文中所述在显示器上和/或经由电子邮件警报可视地提供趋势和警报，并且采用人工干预来确定和起始适当响应。

如上所述，所述系统可以是自动化的以基于所监测趋势和先前动作（例如，清洁的次数或频率）、例如基于污垢的积聚速率（如由跨膜压力的增加速率或进料压力的增加速率所证明）、RO或NF渗透物的供应的瓶颈（例如，另一阵列脱机进行清洁或维护）和/或低盐度或硫酸盐还原的软化注入水的所需注入速率的可变性实时提前预测以确定用于清洁膜堆的RO或NF阵列的最佳定时。

尽管涉及膜积垢，但是膜特有的其他故障包括对膜的灾难性物理损坏，例如由进料压力的突然增加引起的撕裂、因高或低pH所致的水解、氧化损坏（例如，因氯所致）或不充分清洁程序。这可能导致来自包含受损膜元件的RO或NF阵列的渗透物中的DP和浓度峰值的下降。浓度峰值在一些高盐度进料通过撕裂绕过膜时出现。这可能导致透盐率的意想不到的增加（由NF或RO阵列产生的渗透物中的盐的浓度的增加）。如上所述，可以使用化学传感器在每一阵列处检测透盐率的增加。在此情况下，警报或故障条件可以包括超过RO或NF渗透物流的TDS、硫酸盐浓度、二价阳离子浓度等等的阈值。在此类情况下，系统/工具可以通过以下来建议或起始此故障条件的解决：使NF或RO阵列的每一组的个别隔离自动化以确定受损膜元件是否仅在膜堆的一组中；或者在所述组包含具有共用供应管线、截留物管线、渗透物管线和阀的压力容器的群组的情况下，隔离每一组中的容器的个别群组（例如一组的水平行）以确定压力容器的哪些群组包含受损膜元件。然后，系统可以指示这些压力容器的隔离和/或提供隔离和更换膜元件的指令。

在UF膜堆的膜元件的物理损坏（例如撕裂或磨损导致给水绕过膜）的情况下，可以响应于可能导致对位于UF膜堆下游的RO/NF膜堆的RO/NF阵列的膜元件的损坏的UF滤液的悬浮固体含量的峰值输出警报。可以通过在UF滤液管线15中具有具有保持绕过UF膜的悬浮颗粒的网目大小的筛网来监测悬浮固体含量的增加，并且通过使用UF传感器40来监测跨越所述筛网的压力。替代性地，可能利用UF传感器40来实时在线或脱机地监测UF滤液的样本的浊度。与上文论述的RO/NF阵列一样，本公开内容的方法、系统和工具可以可操作以实施自动故障分析以确定受损膜元件在UF膜堆中的位置（通过隔离具有共用供应管线、滤液管线和阀的压力容器的膜堆或群组的组（例如膜堆的行））。然后，系统可以输出警报和/或指令以更换受损UF元件，和/或起始膜更换。

除膜积垢和对膜的灾难性物理损坏以外，在一个或多个实施例中，本文中公开的方法、系统和工具可以是自动化的以预测何时由于老化（膜结构随时间的化学和物理降级）而应该更换RO/NF膜。对于UF膜和RO/NF膜两者，存在指示损坏（过早老化）的压力曲线（例如，用于UF膜的TMP曲线，以及用于RO/NF膜的DP曲线）。在一个或多个实施例中，本文中公开的方法、系统和工具实现根据所监测趋势和根本原因分析来延长或最大化CIP之间的间隔，这可以实现由在CIP期间清洁化学药品损坏膜引起的膜的劣化的减少。

在一个或多个实施例中，本文中公开的方法、系统和工具是自动化的以提供UF膜堆和/或RO和/或NF阵列的所计划停机时间的定期（例如，每天、每周、每两周、每月或每季度）咨询，从而实时提前预测以估计何时将需要清洁UF膜堆的组或者RO或NF阵列。在一个或多个实施例中，所述自动化方法、系统和工具可以为UF膜堆的组或者RO/NF膜堆的RO阵列或NF阵列的清洁安排时间。除膜堆或阵列的当前条件（即，其一个或多个参数）以外，所述安排还可以考虑其他UF组或膜堆或者RO和/或NF阵列是否也脱机进行维护或清洁。

本文中还公开一种用于监测包括RO膜、NF膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的方法。现在将参考图4描述此方法，图4是根据本公开内容的一实施例的用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的方法II中的步骤的框图。所述方法可以包括在100处针对一个或多个RO/NF膜堆预测指示所述一个或多个RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)之前的时间，其中所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO单元，并且每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF单元，并且每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合，并且所述方法可以进一步包括对一个或多个RO/NF膜堆安排和/或起始或者实施CIP，如在110处所指示。如在上文中关于图1的控制器60所论述，100处的预测可以包括：计算和/或监测一个或多个RO/NF参数（在102处）；将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆基于所述参数的原位清洁(CIP)的时间，并且估计所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其所述性能阈值之前的时间（在103）；以及将指示所述一个或多个RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)之前的所述时间预测为从所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其所述性能阈值之前的所估计时间之中估计的最低时间（在104）。可以如上文中参考用于监测包括UF膜、RO膜、NF膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的预测性系统I实施所述一个或多个RO/NF参数、所述比较和所述监测。

可以通过考虑RO/NF CIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自所述设备的水的生产要求（例如，对用于低盐度或软化水EOR的经掺和水的需求）、指示所述一个或多个RO/NF膜堆的清洁之前的所预测时间或其组合实现对一个或多个RO/NF膜堆的CIP的安排，使得所述安排允许在所述一个或多个RO/NF膜堆的所述清洁期间维持所述水生产要求，并且确保所安排CIP所需的CIP膜堆的数目小于CIP膜堆的可用数目。在一个或多个实施例中，由于可能存在有限数目个CIP膜堆（例如，在平台上），因此CIP的安排可以考虑可用CIP的数目。

在一个或多个实施例中，如参考图1的实施例所述，所述计算和/或监测、所述比较和所述预测由包括处理器65的控制器60执行。

本文中还公开一种可操作用于监测包括UF膜、RO膜、NF膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的计算机系统。如上文中所述，所述系统包括包含处理器65的控制器60。再次参考图1，处理器65被配置成接收输入（在101处）例如，处理器65可以针对一个或多个UF膜堆接收入口温度、入口压力、出口压力、流率或其组合作为输入；针对一个或多个RO/NF膜堆接收入口温度、进料压力、出口压力、进料流率、渗透物流率、渗透物流中的总溶解固体(TDS)或其组合作为输入；或者其组合。处理器65可以被进一步配置成在102处利用所述输入：针对所述一个或多个UF膜堆计算和/或监测所述一个或多个UF膜堆中的每一者的一个或多个UF参数，针对所述一个或多个RO/NF膜堆计算和/或监测一个或多个RO/NF参数；或者其组合。处理器65可以可进一步操作以在103处比较：将所述一个或多个UF参数中的每一者与其性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述UF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测UF膜堆的一个或多个参数中的每一者将达到其所述性能阈值之前的所估计时间；将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与其性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测RO/NF膜堆的一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其所述性能阈值之前的所估计时间；或者其组合。处理器65可以被进一步配置成在104处将指示所述一个或多个RO/NF膜堆、UF膜堆或两者中的每一者的原位清洁(CIP)之前的时间预测为从所述一个或多个RO/NF参数或UF参数中的每一者分别将达到其所述性能阈值之前的所述所估计时间之中估计的最低时间。

如上文中参考图1的实施例的预测性系统I所论述的，控制器60可以进一步包括显示器或用户接口61、网络接口62或两者，由此处理器65可以产生输出，所述输出包括所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者的显示，指示所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者已经达到或超过警报水平的电子邮件警报，或两者。

在上文中可以参考图1的实施例详细描述所述一个或多个UF参数和所述一个或多个RO/NF参数。如在上文中所论述，处理器65可以可进一步操作以监测所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的趋势，并且将所监测趋势与处理器65的存储器66中的数据进行比较以产生指示针对其指示CIP的UF膜堆和/或RO/NF膜堆的所述膜的所述积垢的潜在原因的输出。处理器65可以被进一步配置成基于输入到处理器65的存储器66中的关于以下的数据提供用于对所述一个或多个UF膜堆中的一者或多者、所述一个或多个RO/NF膜堆中的一者或多者或其组合实施CIP的所建议安排和/或起始对所述一个或多个UF膜堆中的一者或多者、所述一个或多个RO/NF膜堆中的一者或多者或其组合实施CIP：UF膜堆CIP和/或RO/NF膜堆CIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自所述脱盐或水软化设备的水的生产要求、指示所述一个或多个UF膜堆中的所述一者或多者、所述一个或多个RO/NF膜堆中的所述一者或多者或其组合的清洁之前的所预测时间或其组合。

可以利用本文中公开的预测性方法、系统和工具来监测和维持脱盐或水软化设备中的膜的性能。本文中公开的方法、系统和工具利用处理器的性能监测软件来与UF和/或RO/NF传感器相互作用，所述UF和/或RO/NF传感器例如阵列或组中的压力传感器和流率传感器以及确定渗透物和/或截留物/浓缩物的组成（例如，个别离子的TDS或浓度或者个别离子的类型）如何随时间变化的传感器。在一个或多个实施例中，所述性能监测软件产生显示（例如，图形、警报和/或其他显示）以可视地指示每一膜堆的阵列、组或行的性能。此图形或其他显示可以允许操作员或工程师查看在膜表面处发生了什么，并且确定使用哪一清洁例程，或者在一个或多个实施例中，处理器可以实施对所监测参数/趋势的根本原因分析以提供或起始合适响应。

处理器可以监测和/或突出显示一个或多个UF或RO/NF参数中的趋势。性能监测工具预测所述情况何时将变成不可接受的（即，达到所准许最大值或阈值）。这可以允许用户或控制器确定何时起始清洁。所述性能监测工具可以向前推进几天（例如，30天）（即，提供对一个或多个所监测参数的变化率的预测），并且可以在一定时间周期内安排或起始清洁的开始。清洁的所估计时间可以考虑对注入系统随时间所需的低盐度或软化注入水的量的预测以及低盐度注入水的生产的瓶颈（例如当阵列停止工作进行维修或当前存在清洁另一阵列的计划时）等等。以此方式，可以在对注入水存在较少需求时或者不存在水生产的所预测瓶颈时实现清洁。

通过实现对关键性能指标及其趋势的监测，本公开内容的方法、系统和工具可以促进膜管理，从而潜在地降低CIP的频率，并且从而减少膜的老化并增加操作正常运行时间。

上文公开的特定实施例仅是说明性的，因为本公开内容可以按与具有本文中的教示的益处的所属领域的技术人员显而易见的方式不同但等效的方式来修改和实践。此外，除如在以下权利要求书中所描述以外，并不打算限制本文中所示构造或设计的细节。因此，显而易见，可以改变或修改上文公开的特定说明性实施例，并且此类变化被认为是在本公开内容的范围和精神内。由实施例的特征的组合、整合和/或省略产生的替代实施例在本公开内容的范围内。虽然按“具有”、“包括”、“包含”或“包括有”各种组件或步骤的广义术语描述组成和方法，但是所述组成和方法还可以“实质上由各种组件和步骤组成”或“由各种组件和步骤组成”。关于权利要求的任一元件使用术语“任选地”意指需要所述元件，或者替代性地，不需要所述元件，但是两种替代方案都在权利要求书的范围内。

上文公开的数字和范围可以有一定变化。每当公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开落入所述范围内的任何数字和任何所包括的范围。特别地，本文中公开的每一个值范围（形式为“从约a至约b”、或者等效地“从大约a至b”、或者等效地“从大约a-b”）应理解为阐述包括在更宽广值范围内的每一个数字和范围。而且，权利要求书中的术语具有其一般普通含义，除非专利权所有人另外明确和清楚地定义。此外，如在权利要求书中使用的不定冠词“一(a)”或“一(an)”在本文中被定义为意指其引入的一个或多于一个元件。如果本说明书和一个或多个专利或其他文档中的词语或术语的使用存在冲突，则应该采用与本说明书一致的定义。

已经公开多种系统和方法，各种实施例可以包括但不限于：

A：一种用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的预测性系统，所述系统包括：一个或多个UF膜堆，所述一个或多个UF膜堆包括多个UF单元，每一UF单元中包含多个UF膜；一个或多个RO/NF膜堆，所述一个或多个RO/NF膜堆包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO单元，其中每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF单元，其中每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合；UF传感器，所述UF传感器被配置成测量所述一个或多个UF膜堆中的每一者的入口温度、入口压力、出口压力、流率或者其组合中的一者或多者；RO/NF传感器，所述RO/NF传感器被配置成测量所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的入口温度、进料压力、出口压力、进料流率、渗透物流率、渗透物流中的总溶解固体(TDS)或其组合；或者其组合；以及控制器，所述控制器包括与所述UF传感器、所述RO/NF传感器或其组合信号通信的处理器，其中所述控制器被配置成：从所述UF传感器、所述RO/NF传感器或两者中的一者或多者接收数据；利用来自所述UF传感器中的一者或多者的所述数据针对所述一个或多个UF膜堆中的每一者计算一个或多个UF参数；将所述一个或多个UF参数中的每一者与第一性能阈值进行比较，其中所述第一性能阈值指示将实施所述UF膜堆的原位清洁(CIP)的时间；预测所述一个或多个UF参数将达到所述第一性能阈值之前的所估计时间；利用来自所述RO/NF传感器中的一者或多者的所述数据计算一个或多个RO/NF参数；将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与第二性能阈值进行比较，其中所述第二性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)的时间；以及预测所述一个或多个RO/NF参数将达到所述第二性能阈值之前的所估计时间。

B：一种用于监测包括反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的方法，所述方法包括：针对一个或多个RO/NF膜堆预测指示所述一个或多个RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)之前的时间，其中所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO单元，并且每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF单元，并且每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合，其中所述预测包括：计算和/或监测一个或多个RO/NF参数；将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆基于所述参数的原位清洁(CIP)的时间，并且估计所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其所述性能阈值之前的时间；以及将指示所述一个或多个RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)之前的所述时间预测为从所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其所述性能阈值之前的所估计时间之中估计的最低时间。

C：一种可操作用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的计算机系统，所述系统包括：包括处理器的控制器，所述控制器被配置成：接收以下作为输入：针对包括多个UF单元的一个或多个UF膜堆接收入口温度、入口压力、出口压力、流率或其组合，其中每一UF单元中包含多个UF膜；针对包括一个或多个RO/NF阵列的一个或多个RO/NF膜堆接收所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的入口温度、进料压力、出口压力、进料流率、渗透物流率、渗透物流中的总溶解固体(TDS)或其组合，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：多个RO单元，每一RO单元中包含多个RO膜；多个NF单元，每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合；或者其组合；利用所述输入：针对所述一个或多个UF膜堆计算和/或监测所述一个或多个UF膜堆中的每一者的一个或多个UF参数，针对所述一个或多个RO/NF膜堆计算和/或监测一个或多个RO/NF参数；或者其组合；比较：将所述一个或多个UF参数中的每一者与其第一性能阈值进行比较，其中所述第一性能阈值指示将实施所述UF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测所述一个或多个UF参数中的每一者将达到其所述第一性能阈值之前的所估计时间；将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与第二性能阈值进行比较，其中所述第二性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其所述第二性能阈值之前的所估计时间；或者其组合；并且将指示所述一个或多个RO/NF膜堆、UF膜堆或两者中的每一者的原位清洁(CIP)之前的时间预测为从所述一个或多个RO/NF参数或UF参数中的每一者将分别达到所述第一性能阈值或所述第二性能阈值之前的所估计时间之中估计的最低时间。

实施例A、B和C中的每一者可以具有以下额外元素中的一者或多者：

元素1：其中所述控制器进一步包括显示器、网络接口或两者，并且其中所述处理器被配置成产生输出，所述输出包括所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者的警报显示，指示所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者已经达到或超过警报水平的电子邮件警报，或两者。元素2：其中所述控制器被进一步配置成：提供所显示参数的连续显示，并且其中所述警报提供所显示参数的值与其阈值的接近程度的视觉指示。元素3：其中所述控制器被配置成提供所显示参数的值、但是所述值小于或等于其所述警报水平。元素4：其中所述控制器被配置成基于所述一个或多个参数中的每一者或所述参数在积垢速率时间周期内的平均变化中的至少一者计算积垢速率，并且其中所述控制器被配置成通过用所述参数在所述积垢速率时间周期内的所述平均变化除所述参数的当前值与所述参数的阈值之间的差来预测膜堆将达到所述参数的性能阈值之前的所估计时间。元素5：其中所述积垢速率包括基于归一化差压(DP)在积垢速率时间周期内的平均增加计算的DP积垢速率，并且其中通过用所述平均DP积垢速率除当前DP与阈值DP之间的差来估计达到DP性能阈值之前的时间。元素6：其中所述控制器可进一步操作以监测所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的趋势，并且将所述所监测趋势与其存储器中的数据进行比较以产生指示所述膜积垢的潜在原因的输出。元素7：其中所述控制器被进一步配置成基于输入到其存储器中的关于以下的数据提供用于对所述UF膜堆中的一者或多者、所述RO/NF膜堆中的一者或多者或其组合实施CIP的所建议安排：UF CIP和/或RO/NF CIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自所述脱盐或水软化系统的水的生产要求、指示所述UF膜堆中的所述一者或多者、所述RO/NF膜堆中的所述一者或多者或其组合中的每一者的清洁之前的所述所预测时间，或者其组合。元素8：其中所述一个或多个UF参数选自：归一化进料流率、归一化跨膜压力(TMP)、TMP参考时间周期中的最高归一化TMP、膜堆通量、计算为每表面积的流率除以所述TMP的比膜堆通量、经温度校正的比通量(TCSF)、最低通量参考时间周期中的最低比通量、反洗(BW)频率、CEB频率、常规安排的化学增强反洗(CEB)之后的TMP增加、CIP参考时间周期中CIP的次数、在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的液体体积、BW持续时间、压力衰减速率(PDR)、增压速率或其组合；其中所述一个或多个RO/NF参数选自：所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料压力、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化差压(DP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的净驱动压力（NDP，其等于所述进料压力减去渗透压和渗透物背压）、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的等于所述渗透物流率除以所述进料流率的回收率、来自所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的所述渗透物中的平均TDS、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化透盐率(SP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化渗透物流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的积垢速率、所述RO/NF膜堆中的每一者的CIP清洁频率、是一RO/NF膜堆的出口TDS与其他RO/NF膜堆中的一者或多者的出口TDS的差的TDS膜堆差异或其组合；或其组合。元素9：其中所述一个或多个UF参数包括所述最低通量参考时间周期中的所述最低比通量，并且其中所述最低比通量参考时间周期为24小时，其中所述TMP参考时间周期为24小时，其中常规安排的CEB为每日CEB，其中CIP参考时间周期为三个月，或者其组合。元素10：其中所述一个或多个UF参数包括所述最低比通量、在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的所述液体体积、BW频率或其组合。元素11：其中所述一个或多个RO/NF参数选自所述积垢速率、所述CIP清洁频率、所述TDS膜堆差异或其组合。元素12：其中所述归一化进料流率针对参考温度和/或净驱动压力归一化，其中所述归一化进料压力是针对参考流率归一化的进料压力，其中所述归一化SP是归一化到参考流率和参考温度的SP，其中所述归一化TMP是针对参考流率归一化的TMP，其中所述归一化DP是针对参考温度和参考流率归一化的DP，其中所述归一化渗透物流率是针对参考温度和参考NDP或其组合归一化的渗透物流率，并且其中所述参考温度、所述参考流率、所述参考净驱动压力或组合是操作的第一天的那些值。元素13：其中所述CEB频率包括7天内CEB的次数，其中所述RO/NF膜堆中的每一者的所述CIP清洁频率包括每年CIP清洁的次数，其中所述BW频率包括24小时周期内BW的次数，或者其组合。

元素14：其中比较进一步包括基于所述一个或多个RO/NF参数中的至少一者通过计算所述参数在积垢速率时间周期内的平均变化确定积垢速率，并且通过用基于所述参数的所述积垢速率除所述至少一个参数的所述当前值与所述参数的所述阈值之间的差来估计所述至少一个参数将达到其性能阈值之前的所述时间。元素15：其中所述一个或多个参数包括所述归一化差压(DP)，其中所述积垢速率包括基于归一化DP在积垢速率时间周期内的平均增加计算的DP积垢速率，并且其中通过用所述平均DP积垢速率除当前DP与阈值DP之间的差来估计达到DP性能阈值之前的时间。元素16：其中监测包括监测所述一个或多个RO/NF参数的趋势以确定所述膜的所述积垢的潜在原因。元素17：进一步包括通过考虑RO/NFCIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自所述设备的水的生产要求、指示所述一个或多个RO/NF膜堆的清洁之前的所预测时间或其组合对一个或多个RO/NF膜堆安排CIP，使得所述安排允许在所述一个或多个RO/NF膜堆的所述清洁期间维持所述水生产要求，并且所安排CIP所需的CIP膜堆的数目小于CIP膜堆的可用数目。元素18：其中所述计算和/或监测、所述比较和所述预测由包括处理器的控制器执行。元素19：其中所述一个或多个RO/NF参数选自：所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料压力、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化差压(DP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的净驱动压力（NDP，其等于所述进料压力减去渗透压和渗透物背压）、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的等于所述渗透物流率除以所述进料流率的回收率、来自所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的所述渗透物中的TDS、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化透盐率(SP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化渗透物流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的积垢速率、所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者的CIP清洁频率、是一RO/NF膜堆的出口TDS与其他RO/NF膜堆中的一者或多者的出口TDS的差的TDS膜堆差异或其组合。元素20：其中所述一个或多个RO/NF参数选自所述一个或多个RO/NF阵列的所述积垢速率、每一RO/NF膜堆的所述CIP清洁频率、所述TDS膜堆差异或其组合。元素21：其中所述归一化进料压力是针对参考流率归一化的进料压力，其中所述归一化进料流率是针对参考温度和/或NDP归一化的进料流率，其中所述归一化SP是归一化到参考流率和参考温度的SP，其中所述归一化DP是针对参考温度和参考流率归一化的DP，其中所述归一化渗透物流率是针对参考温度和参考NDP或其组合归一化的渗透物流率，并且其中所述参考温度、所述参考流率、所述参考净驱动压力或组合是操作的第一天的那些值。元素22：其中所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者的所述CIP清洁频率是每年CIP的次数。

元素23：其中基于所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的每一者在积垢速率时间周期内的平均变化计算所述参数的积垢速率，并且其中通过用所述参数在所述积垢速率时间周期内的所述平均变化除所述参数的当前值与所述参数的阈值之间的差来预测所述膜堆将达到所述参数的性能阈值之前的所述所估计时间。元素24：其中所述处理器可进一步操作以监测所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的趋势，并且将所述所监测趋势与所述处理器的存储器中的数据进行比较以产生指示针对其指示CIP的UF膜堆和/或RO/NF膜堆的所述膜的所述积垢的潜在原因的输出。元素25：其中所述处理器被进一步配置成基于输入到所述处理器的存储器中的关于以下的数据提供用于对所述一个或多个UF膜堆中的一者或多者、所述一个或多个RO/NF膜堆中的一者或多者或其组合实施CIP的所建议安排：UF膜堆CIP和/或RO/NF膜堆CIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自所述脱盐或水软化设备的水的生产要求、指示所述一个或多个UF膜堆中的所述一者或多者、所述一个或多个RO/NF膜堆中的所述一者或多者或其组合的清洁之前的所预测时间或其组合。元素26：其中所述一个或多个UF参数包括所述最低比通量、在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的所述液体体积、BW频率或其组合。元素27：其中所述一个或多个RO/NF参数选自所述积垢速率、所述CIP清洁频率、所述TDS膜堆差异或其组合。元素28：其中所述最低比通量参考时间周期为24小时，其中所述TMP参考时间周期为24小时，其中常规安排的CEB为每日CEB，其中CIP参考时间周期为三个月，或者其组合。元素29：其中所述参考温度、所述参考流率、所述参考净驱动压力或组合是操作的第一天的那些值。元素30：其中所述CEB频率包括7天内CEB的次数，其中所述RO/NF膜堆中的每一者的所述CIP清洁频率包括每年CIP清洁的次数，其中所述BW频率包括24小时周期内BW的次数，或者其组合。

虽然已经显示和描述某些实施例，但是本领域技术人员可以在不背离本公开的教示的情况下做出对其的修改。

一旦完全了解以上公开内容，许多其他修改、等效物和替代物对所属领域的技术人员来说便将变得显而易见。打算将以下权利要求书解释为在适用的情况下包含此类修改、等效物和替代物。因此，保护范围不受上文阐述的说明书的限制、而是仅受所附权利要求书的限制，所述范围包括权利要求书的主题的等效内容。

Claims (38)

1.一种用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的预测性系统，所述系统包括：

一个或多个UF膜堆，所述一个或多个UF膜堆包括多个UF单元，每一UF单元中包含多个UF膜；

一个或多个RO/NF膜堆，所述一个或多个RO/NF膜堆包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：

至少一个RO阵列，其包括多个RO单元，其中每一RO单元中包含多个RO膜，

至少一个NF阵列，其包括多个NF单元，其中每一NF单元中包含多个NF膜，或者其组合，以及

其中，所述一个或多个RO/NF阵列中的至少一个包括与一个或多个RO阵列流体地连接的一个或多个NF阵列，使得来自所述一个或多个RO阵列的RO浓缩物被馈送到所述一个或多个NF阵列；

UF传感器，所述UF传感器被配置成测量所述一个或多个UF膜堆中的每一者的入口温度、入口压力、出口压力、流率或者其组合中的一者或多者；

RO/NF传感器，所述RO/NF传感器被配置成针对所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者测量入口温度、进料压力、出口压力、进料流率、渗透物流率、渗透物流中的总溶解固体(TDS)或其组合；或者

其组合；以及

控制器，所述控制器包括与所述UF传感器、所述RO/NF传感器或其组合信号通信的处理器，其中所述控制器被配置成：

从所述UF传感器、所述RO/NF传感器或UF传感器和RO/NF传感器中的一者或多者接收数据；

利用来自所述UF传感器中的一者或多者的数据针对所述一个或多个UF膜堆中的每一者计算一个或多个UF参数；

将所述一个或多个UF参数中的每一者与第一性能阈值进行比较，其中所述第一性能阈值指示将实施UF膜堆的原位清洁(CIP)的时间；

预测所述一个或多个UF参数将达到所述第一性能阈值之前的所估计时间；

利用来自所述RO/NF传感器中的一者或多者的数据计算一个或多个RO/NF参数；

将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与第二性能阈值进行比较，其中所述第二性能阈值指示将实施RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)的时间；以及

预测所述一个或多个RO/NF参数将达到所述第二性能阈值之前的所估计时间。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步包括显示器、网络接口或显示器和网络接口，并且其中所述处理器被配置成产生用于所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者的输出，指示所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者已经达到或超过警报水平的电子邮件警报，或两者。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器被进一步配置成：提供所显示参数的连续显示。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制器被配置成当所显示参数的值大于阈值水平、但是因此小于或等于所述警报水平时，提供第一警报显示。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成基于所述一个或多个参数中的每一者或所述参数在积垢速率时间周期内的平均变化中的至少一者计算积垢速率，并且其中所述控制器被配置成通过用所述参数在所述积垢速率时间周期内的所述平均变化除所述参数的当前值与所述参数的阈值之间的差来预测膜堆将达到所述参数的性能阈值之前的所估计时间。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述积垢速率包括基于归一化差压(DP)在积垢速率时间周期内的平均增加计算的DP积垢速率，并且其中通过用所述平均DP积垢速率除当前DP与阈值DP之间的差来估计达到DP性能阈值之前的时间。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被进一步配置成监测所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的趋势，并且将所监测趋势与其存储器中的数据进行比较以产生指示膜积垢的潜在原因的输出。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被进一步配置成提供用于对所述UF膜堆中的一者或多者、所述RO/NF膜堆中的一者或多者或其组合实施CIP的所建议安排，其中用于实施CIP的所述所建议安排基于输入到其存储器中的关于以下的数据：UF CIP和/或RO/NF CIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自脱盐或水软化系统的水的生产要求、所述UF膜堆中的所述一者或多者、所述RO/NF膜堆中的所述一者或多者或其组合中的每一者的清洁之前的所预测时间。

9.根据权利要求1所述的系统，

其中所述一个或多个UF参数选自：归一化进料流率、归一化跨膜压力(TMP)、TMP参考时间周期中的最高归一化TMP、膜堆通量、计算为每表面积的流率除以所述TMP的比膜堆通量、经温度校正的比通量(TCSF)、最低通量参考时间周期中的最低比通量、反洗(BW)频率、CEB频率、常规安排的化学增强反洗(CEB)之后的TMP增加、CIP参考时间周期中CIP的次数、在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的液体体积、BW持续时间、压力衰减速率(PDR)、增压速率或其组合；

其中所述一个或多个RO/NF参数选自：所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料压力、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化差压(DP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的净驱动压力(NDP，其等于进料压力减去渗透压和渗透物背压)、针对所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的等于所述渗透物流率除以所述进料流率的回收率、来自所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的所述渗透物中的平均TDS、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化透盐率(SP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化渗透物流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的积垢速率、所述RO/NF膜堆中的每一者的CIP清洁频率、为RO/NF膜堆的出口TDS与其他RO/NF膜堆中的一者或多者的出口TDS的差的TDS膜堆差异或其组合；

或者其组合。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述一个或多个UF参数包括所述最低通量参考时间周期中的所述最低比通量，并且其中所述最低比通量参考时间周期为24小时，其中所述TMP参考时间周期为24小时，其中常规安排的CEB为每日CEB，其中CIP参考时间周期为三个月，或者其组合。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述一个或多个UF参数包括所述最低比通量、在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的所述液体体积、BW频率或其组合。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述一个或多个RO/NF参数选自所述积垢速率、所述CIP清洁频率、所述TDS膜堆差异或其组合。

13.根据权利要求9所述的系统，其中所述归一化进料流率针对参考温度和/或净驱动压力归一化，其中所述归一化进料压力是针对参考流率归一化的进料压力，其中所述归一化SP是归一化到参考流率和参考温度的SP，其中所述归一化TMP是针对参考流率归一化的TMP，其中所述归一化DP是针对参考温度和参考流率归一化的DP，其中所述归一化渗透物流率是针对参考温度和参考NDP或其组合归一化的渗透物流率，并且其中所述参考温度、所述参考流率、参考净驱动压力或组合是操作的第一天的那些值。

14.根据权利要求9所述的系统，其中所述CEB频率包括7天内CEB的次数，其中所述RO/NF膜堆中的每一者的所述CIP清洁频率包括每年CIP清洁的次数，其中所述BW频率包括24小时周期内BW的次数，或者其组合。

15.一种用于监测包括反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的方法，所述方法包括：

针对一个或多个RO/NF膜堆预测指示所述一个或多个RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)之前的时间，其中所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者包括一个或多个RO/NF阵列，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：至少一个RO阵列，其包括多个RO单元，并且每一RO单元中包含多个RO膜；至少一个NF阵列，其包括多个NF单元，并且每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合，其中，所述一个或多个RO/NF阵列中的至少一个包括与一个或多个RO阵列流体地连接的一个或多个NF阵列，使得来自所述一个或多个RO阵列的RO浓缩物被馈送到所述一个或多个NF阵列，以及其中所述预测包括：

计算和/或监测一个或多个RO/NF参数，

将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与性能阈值进行比较，其中所述性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆基于所述参数的原位清洁(CIP)的时间，并且估计所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其性能阈值之前的时间，以及

将指示所述一个或多个RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)之前的所述时间预测为从所述一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其性能阈值之前的所估计时间之中估计的最低时间。

16.根据权利要求15所述的方法，其中比较进一步包括基于所述一个或多个RO/NF参数中的至少一者通过计算所述参数在积垢速率时间周期内的平均变化确定积垢速率，并且通过用基于所述参数的所述积垢速率除所述至少一个参数的当前值与所述参数的所述阈值之间的差来估计所述至少一个参数将达到其性能阈值之前的所述时间。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述一个或多个参数包括归一化差压(DP)，其中所述积垢速率包括基于归一化DP在积垢速率时间周期内的平均增加计算的DP积垢速率，并且其中通过用所述平均DP积垢速率除当前DP与阈值DP之间的差来估计达到DP性能阈值之前的时间。

18.根据权利要求15所述的方法，其中监测包括监测所述一个或多个RO/NF参数的趋势以确定所述膜的所述积垢的潜在原因。

19.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括通过考虑RO/NF CIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自所述设备的水的生产要求、指示所述一个或多个RO/NF膜堆的清洁之前的所预测时间或其组合在一个或多个RO/NF膜堆上安排CIP，使得所述安排允许在所述一个或多个RO/NF膜堆的所述清洁期间维持水生产要求，并且针对所安排CIP所需的CIP膜堆的数目小于CIP膜堆的可用数目。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述计算和/或监测、所述比较和所述预测由包括处理器的控制器执行。

21.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个RO/NF参数选自：所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料压力、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化进料流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化差压(DP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的净驱动压力(NDP，其等于进料压力减去渗透压和渗透物背压)、针对所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的等于所述渗透物流率除以所述进料流率的回收率、来自所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的所述渗透物中的TDS、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化透盐率(SP)、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的归一化渗透物流率、所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者的积垢速率、所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者的CIP清洁频率、为RO/NF膜堆的出口TDS与其他RO/NF膜堆中的一者或多者的出口TDS的差的TDS膜堆差异或其组合。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或多个RO/NF参数选自所述一个或多个RO/NF阵列的所述积垢速率、每一RO/NF膜堆的所述CIP清洁频率、所述TDS膜堆差异或其组合。

23.根据权利要求21所述的方法，其中所述归一化进料压力是针对参考流率归一化的进料压力，其中所述归一化进料流率是针对参考温度和/或NDP归一化的进料流率，其中所述归一化SP是归一化到参考流率和参考温度的SP，其中所述归一化DP是针对参考温度和参考流率归一化的DP，其中所述归一化渗透物流率是针对参考温度和参考NDP或其组合归一化的渗透物流率，并且其中所述参考温度、所述参考流率、参考净驱动压力或组合是操作的第一天的那些值。

24.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或多个RO/NF膜堆中的每一者的CIP清洁频率是每年CIP的次数。

25.一种能够操作用于监测包括超滤(UF)膜、反渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜或其组合的脱盐或水软化设备的膜的积垢的计算机系统，所述系统包括：

包括处理器的控制器，所述控制器被配置成：

接收以下作为输入：

针对包括多个UF单元的一个或多个UF膜堆接收入口温度、入口压力、出口压力、流率或其组合，其中每一UF单元中包含多个UF膜；

针对包括一个或多个RO/NF阵列的一个或多个RO/NF膜堆，其中所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者包括：至少一个RO阵列，其包括多个RO单元，每一RO单元中包含多个RO膜；至少一个NF阵列，其包括多个NF单元，每一NF单元中包含多个NF膜；或者其组合，以及其中，所述一个或多个RO/NF阵列中的至少一个包括与一个或多个RO阵列流体地连接的一个或多个NF阵列，使得来自所述一个或多个RO阵列的RO浓缩物被馈送到所述一个或多个NF阵列：针对所述一个或多个RO/NF阵列中的每一者接收入口温度、进料压力、出口压力、进料流率、渗透物流率、渗透物流中的总溶解固体(TDS)或其组合；

或者其组合，

利用所述输入：

针对所述一个或多个UF膜堆计算和/或监测所述一个或多个UF膜堆中的每一者的一个或多个UF参数，

针对所述一个或多个RO/NF膜堆计算和/或监测一个或多个RO/NF参数；

或者其组合；

比较：

将所述一个或多个UF参数中的每一者与第一性能阈值进行比较，其中所述第一性能阈值指示将实施所述UF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测所述一个或多个UF参数中的每一者将达到所述第一性能阈值之前的所估计时间；

将所述一个或多个RO/NF参数中的每一者与第二性能阈值进行比较，其中所述第二性能阈值指示将实施所述RO/NF膜堆的原位清洁(CIP)的时间，并且预测RO/NF膜堆的一个或多个RO/NF参数中的每一者将达到其所述第二性能阈值之前的所估计时间；

或者其组合；以及

将指示所述一个或多个RO/NF膜堆、UF膜堆或两者中的每一者的原位清洁(CIP)之前的时间预测为从所述一个或多个RO/NF参数或UF参数中的每一者将分别达到所述第一性能阈值或所述第二性能阈值之前的所述所估计时间之中估计的最低时间。

26.根据权利要求25所述的系统，其中所述控制器进一步包括显示器、网络接口或两者，并且其中所述处理器产生输出，所述输出包括：所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者的警报显示；指示所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的至少一者已经达到或超过警报水平的电子邮件警报；或两者。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述控制器提供每一所显示参数的连续显示。

28.根据权利要求27所述的系统，其中当所显示参数的值大于阈值、但是小于或等于其所述警报水平时，显示第一警报。

29.根据权利要求25所述的系统，其中基于所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的每一者在积垢速率时间周期内的平均变化计算所述参数的积垢速率，并且其中通过用所述参数在所述积垢速率时间周期内的所述平均变化除所述参数的当前值与所述参数的阈值之间的差来预测所述膜堆将达到所述参数的性能阈值之前的所估计时间。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述积垢速率包括基于归一化差压(DP)在积垢速率时间周期内的平均增加计算的DP积垢速率，并且其中通过用平均DP积垢速率除当前DP与阈值DP之间的差来估计达到DP性能阈值之前的时间。

31.根据权利要求25所述的系统，其中所述处理器能够进一步操作以监测所述一个或多个UF参数、所述一个或多个RO/NF参数或其组合中的趋势，并且将所监测趋势与所述处理器的存储器中的数据进行比较以产生指示针对其指示CIP的UF膜堆和/或RO/NF膜堆的所述膜的积垢的潜在原因的输出。

32.根据权利要求25所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成基于输入到所述处理器的存储器中的关于以下的数据提供用于对所述一个或多个UF膜堆中的一者或多者、所述一个或多个RO/NF膜堆中的一者或多者或其组合实施CIP的所建议安排：UF膜堆CIP和/或RO/NF膜堆CIP的所估计持续时间、一个或多个CIP膜堆的可用性、来自所述脱盐或水软化设备的水的生产要求、指示所述一个或多个UF膜堆中的所述一者或多者、所述一个或多个RO/NF膜堆中的所述一者或多者或其组合的清洁之前的所预测时间或其组合。

33.根据权利要求25所述的系统：

其中所述一个或多个UF参数选自：归一化进料流率、归一化跨膜压力(TMP)、TMP参考时间周期中的最高归一化TMP、膜堆通量、计算为每表面积的流率除以所述TMP的比膜堆通量、经温度校正的比通量(TCSF)、最低通量参考时间周期中的最低比通量、反洗(BW)频率、CEB频率、常规安排的CEB之后的TMP增加、CIP参考时间周期中CIP的次数、在反洗(BW)或化学增强反洗(CEB)期间引入到UF膜堆中的液体体积、BW持续时间、压力衰减速率(PDR)、增压速率或其组合；

其中所述一个或多个RO/NF参数选自：到所述一个或多个阵列中的每一者的归一化进料压力、归一化进料流率、所述一个或多个阵列中的每一者的归一化差压(DP)、所述一个或多个阵列中的每一者的净驱动压力(NDP，其等于进料压力减去渗透压和渗透物背压)、针对所述一个或多个阵列中的每一者的等于所述渗透物流率除以所述进料流率的回收率、来自所述一个或多个阵列中的每一者的渗透物中的TDS、所述一个或多个阵列中的每一者的归一化透盐率(SP)、归一化渗透物流率、所述RO/NF膜堆中的每一者的CIP清洁频率、所述一个或多个阵列中的每一者的积垢速率、是RO/NF膜堆的出口TDS与其他RO/NF膜堆中的一者或多者的出口TDS的差的TDS差异或其组合；

或者其组合。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所述一个或多个UF参数包括所述最低比通量、在BW或CEB期间引入到UF膜堆中的所述液体体积、BW频率或其组合。

35.根据权利要求33所述的系统，其中所述一个或多个RO/NF参数选自所述积垢速率、所述CIP清洁频率、所述TDS膜堆差异或其组合。

36.根据权利要求33所述的系统，其中所述最低比通量参考时间周期为24小时，其中所述TMP参考时间周期为24小时，其中常规安排的CEB为每日CEB，其中CIP参考时间周期为三个月，或者其组合。

37.根据权利要求33所述的系统，其中所述参考温度、参考流率、参考净驱动压力或组合是操作的第一天的那些值。

38.根据权利要求33所述的系统，其中所述CEB频率包括7天内CEB的次数，其中所述RO/NF膜堆中的每一者的所述CIP清洁频率包括每年CIP清洁的次数，其中所述BW频率包括24小时周期内BW的次数，或者其组合。

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