CN1386070A - 多级过滤和软化模件以及除垢操作的简化 - Google Patents

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Abstract

一种过滤模件,包括许多悬置在一对相对集管之间的空心纤维那诺过滤或逆渗透薄膜。薄膜的腔为滞留液或供水侧。薄膜成组布置、例如一圆柱体的扇形部,从而形成前后级。一渗透液收集室与各级直接连通。各级由盖帽连接,这些盖帽在模件两端一般有隔离器。该模件用来过滤水,当装有可选择性地阻挡造成硬度的盐的空心纤维薄膜时也可用来除去硬度。讨论了使用酸性溶液或二氧化碳气体的各种清洗方法。清洗方法包括:渗透过程中在供水中连续或定期加入酸;在不渗透时用酸性溶液冲洗模件;在不渗透时在模件中保持酸性溶液或二氧化碳气体预定时间,然后冲洗。还公开了一种过滤系统。

Description

多级过滤和软化模件以及除垢操作的简化
发明领域
本发明涉及一种多级那诺过滤(nanofilfration)或逆渗透薄膜模件、使用这一模件过滤水或除去硬度的过程、清洁这一模件或保持这一模件的渗透性的过程以及特别用于家庭和小型办公楼的小规模系统。
发明背景
空心纤维半渗透薄膜用来过滤富含固体粒子的流体。那诺过滤和逆渗透范围的薄膜也用于分离盐。例如，美国专利第5,152,901号说明的一种那诺过滤薄膜材料能滤去悬浮固体粒子和大有机分子，并在一般渗透钠盐的同时一般阻挡钙盐。美国专利第4,812,270和5,658,460号也说明了用来阻挡盐的薄膜。具有类似特性的薄膜如Stork Friesland’s NR015-500市面上有售。
上述薄膜可使用外流式空心纤维。空心纤维悬置在一对相对集管之间。这两个集管使薄膜的腔与其外表面保持隔开。从而，加压水可供应给薄膜一端的腔、可收集离开薄膜外表面的渗透液以及可从薄膜另一端的腔抽取浓缩物或滞留液。
但是，空心纤维薄膜的各种特性使得它们很难使用在这种外流式中。例如，空心纤维的内径小，从而在长空心纤维的出口端造成很大压力降而流量大大下降。当供水水压低时这一问题尤其严重。
美国专利第5,013,437号说明了一种减轻长纤维中水压和流量损耗问题的方法。在该专利的一实施例中，把外流式空心纤维过滤模件分成两级。第一级的滞留液变成第二级的供水。第一与第二级表面积之比最好为1.5∶1至2.25∶1。这有助于提高第一级滞留液在变成第二级的供水时的压力和速度，使得这两个级的压力降更接近相等。但是，这两极布置成同心，渗透液、特别是第二级的渗透液必须沿纤维外表面才能流到出口孔。在空心纤维薄膜的合理封装密度下，如用来过滤液体，渗透液流中的水压损耗会很大。因此第二级薄膜之间横跨薄膜的压力差减小。此外，很难如’437模件要求的那样把纤维封装在一环形圈中。
在使用卷绕成螺旋状的薄膜的大规模系统中也使用类似原理。在各级中布置大量薄膜模件。每一后级的模件数比其前级少，前级的滞留液变成后级的供水。这类系统又大又复杂，不适用于家庭或小型商业机构。
小规模那诺过滤或逆渗透薄膜过滤系统的制造商为了解决上述问题，一般使用单级过滤模件，把滞留液重复循环到供水进口，以提高供水流速和横跨薄膜的压力。在这种系统中，供水/滞留液的最低速度为约3-10ft/s。这一技术需要使用高阻挡薄膜，每一循环的萃取率非常低。从而导致薄膜很快变脏，从而需要经常清洗或更换薄膜。能量成本和所需水压也很高。
半渗透薄膜的另一个特性是随着时间推移，薄膜中的微孔变脏，特别是当薄膜用来软化水时，由于结碳酸盐而变脏。在大规模系统中，可使用树脂交换层局部软化供水或在供水中加入防结垢剂来解决结碳酸盐问题。这一技术一般过于复杂以致无法在小规模系统、特别是家庭中使用。
发明内容
本发明的一个目的是对现有技术作出改进。本发明的另一个目的是提供一种薄膜过滤模件，特别是一种可用于小规模过滤或水软化的薄膜过滤模件。本发明的另一个目的是提供一种清洗一薄膜模件、特别是用于水软化的薄膜模件或减少其结垢的过程。本发明的另一个目的是提供一种小规模过滤或水软化系统。这些目的由权利要求所述特征、步骤或这两者的种种组合实现。以下概述可不包括本发明所有必要特征，这所有必要特征可归属于以下特征的次组合或与本申请其他部分所述特征的组合。
在各方面，本发明提供一种过滤模件，包括悬置在一对相等集管之间的许多空心纤维那诺过滤或逆渗透薄膜。薄膜的外表面与集管之间密封，而薄膜的腔在集管的远端面上开口。
在该模件中，空心纤维薄膜分组成多个前级或后级(有些级既是前级又是后级)。空心纤维薄膜的腔在各级的第一端和第二端上开口。流体在集管的远端面上从一级流到另一级。一模件供水进口与第一级的第一端连通。其余各级串联在第一级后，每一前级的第二端与其后级的第一端连通。一模件出口与最后一级的第二端连通。这些级四周有一渗透液收集室与各级连通。每一前级的薄膜的表面积为其直接后级的薄膜的表面积的1-2.5倍，各级表面积从第一级到最后一级减小。
为在各级之间形成连接，第一盖帽盖住一集管的远端面，第二盖帽盖住另一集管的远端面。渗透液收集室包括两集管近端面与一外壳之间的空间。在一个或两个盖帽中的隔离器在保持每一前级第二端与其直接后级第一端液体连通的同时把各组薄膜组合成级。一般位于盖帽中的模件进口和模件滞留液出口分别与第一级的第一端和最后一级的第二端连通。因此供水进入第一级的第一端后不渗透部分从第一级的第二端流出。然后第二端盖帽把供水/滞留液引向第二级的第一端。在第二级中不渗透的水到达第一盖帽。在一个两级装置中，不渗透的水然后流出该模件。在一个两级以上模件中，第一盖帽再次把供水/滞留液引向另一级的第一端后不渗透水流到第二盖帽，如此等等，直到到达最后一级的第二端。
各级布置成：所有级都与模件的周边邻接，级际液流一般与模件周边平行。例如，各级可构作成一圆柱体的扇形部。在直径一般等于小于3″的较小模件中，薄膜可用两集管中的星形轮分割成各级。在较大模件中，各组薄膜可分别或同时封装在一对对相对套圈中，这些套圈可呈扇形。一旦封装在一对对套圈中，可对薄膜上涂料。然后把一对对套圈粘结成一对集管，套圈呈扇形时集管呈圆柱形。一对对套圈比圆柱形大集管容易处理，特别是，在对薄膜上涂料时便于干燥。可把套圈的边或插入套圈中的分割器用作隔开各级的隔离器。
在一实施例中，各级之间的隔离器上装有阀，当供水反方向、从而从滞留液出口流入模件中时，隔离器把各组薄膜重新组合成有第一端和第二端的第二前级和第二后级。隔离器保持每一第二前级的第二端与每一第二后级的第一端之间一般与模件周边平行的流路打开。在重新组合薄膜时，每一第二前级的薄膜的表面积为其第二后级的薄膜的表面积的1至2.5倍，各级表面积从第一级到最后一级减小。为此使用在一个方向上打开的单向阀，薄膜的组合和重新组合由在模件中流动的液体的作用实现，即，当压力差与阀打开方向相同时打开阀，压力差与阀打开方向相反时关闭阀。
上述模件用来过滤水，当装有可选择性地阻挡造成硬度的盐的空心纤维薄膜时，也可用来除去硬度。待过滤的水流过串联的各级，同时从薄膜外表面收集经过滤和软化的渗透液。薄膜的渗透率约为至少0.1gfd/psi或更多一点，总阻挡率等于大于80％。供水/滞留液在薄膜的腔中的最小流速可以为0.15ft/s至0.6ft/s之间。
在其他各方面，本发明提供一种包括一薄膜模件的逆渗透或那诺过滤设备。如上所述，该过滤模件可有悬置在相对两集管之间的空心纤维薄膜的多个前级或后级。该模件有一模件供水进口、一模件滞留液出口和一渗透液出口。一供水通道使模件供水进口与一加压水源如井泵或城市供水连通，城市供水也可用一辅助泵提高水压。渗透液出口最好连接到一渗透液箱，例如压力与箱中水量有关的膜式箱或气垫箱。当渗透液箱中的压力达到预定值时，供水一侧的泵都关闭，模件滞留液出口关闭。最好是，薄膜的最小渗透率为0.1gfd/psi，最小阻挡率为80％，最小硬度阻挡率为70％。供水/滞留液的最小流速最好为0.15至0.6ft/s之间，更好为0.2ft/s至0.3ft/s之间。供水/滞留液流过模件不再循环，整个模件的压力降最好为30psi至120psi之间。
在本发明的其他方面中，说明了清洗薄膜表面和减少其上结垢的过程。特别在模件用来生成软化渗透液时，会在薄膜中生成碳酸盐垢。为了控制结垢，合适的清洗化学物，如在水中生成酸的类物化学物如二氧化碳或柠檬酸被注入模件的供水/滞留液一侧，如使用二氧化碳气体，则溶解在供水之类液体中。可用一可控清洗化学物加入系统把含有清洗化学物的流体注入加压供水中或模件的供水/滞留液一侧中。
在与渗透同时的连续方法中，在该设备生成渗透液的同时把清洗化学物连续注入供水中。当清洗化学物为二氧化碳时，二氧化碳的注入数量最好使得供水的Langelier结垢指数为0或接近0的负值。二氧化碳也可只注入模件的后面几级中。在与渗透同时的非连续方法中，在该设备生成渗透液的同时定期把清洗化学物如二氧化碳注入供水中。在另一种方法中，模件中的流向反转，此时，清洗化学物如二氧化碳从有时是滞留液出口的口注入模件中。
在无渗透的连续方法中，在该设备不生成渗透液时，清洗化学物如二氧化碳被基本上连续地注入供水中。滞留液出口更完全地打开，使得供水/滞留液冲洗模件的腔一侧后排至排放装置。在保持和冲洗方法中，也暂时停止渗透液的生成后把滞留液出口更完全地打开。含有清洗化学物如二氧化碳的流体流入模件进口，为此例如把二氧化碳压缩气体注入供水水流中，冲洗模件进口的腔一侧。含有清洗化学物的流体排出薄膜的腔中的供水/滞留液，直到清洗化学物充满空心纤维薄膜的腔的大部分或最好全体。然后停止含有清洗化学物的流体的流动，使清洗化学物与污垢作用选定保持时间。也可然后用供水冲洗模件。该选定保持时间一般为1至30分钟或10至20分钟之间。该保持和冲洗方法定期进行，例如在对渗透液需求低的情况下每天进行一次。
在气体清洗方法中，二氧化碳气体进入模件的供水/滞留液一侧后排出供水/滞留液。该气体在模件中在压力下保持一段时间后用供水排出。为增加清洗次数，该过程可反复进行。
本申请书中的加仑指美制加仑。
附图简要说明
下面结合附图说明本发明各实施例。
图1为一可用作一个四级模件的过滤模件的局部剖视正视图。
图2为图1模件顶盖除去后的俯视图。
图3和4分别示出一个四级模件中的正向和反向流。
图5为另一过滤模件的端视图。
图6为沿图5中A-A线剖取的图5过滤模件的剖面图。
图7和8示出用来界定、分开图5过滤模件各级的第一和第二端帽密封圈。
图9为图5过滤模件的纤维之间的隔离器的横截面图。
图10为另一模件各部件的局部剖视立体图。
图11A、B、C为用于图10模件的套圈的俯视图、正视图和立体图。
图12为本发明一过滤系统的示意图。
图13为不同薄膜清洗方法的二氧化碳消耗的比较图。
图14为在薄膜清洗的保持和冲洗方法中保持时间对薄膜渗透率的影响的比较图。
图15示出供水/滞留液的最小流速对薄膜模件渗透率的影响。
对实施例的说明
模件设计
图1和2示出一多级过滤模件10的一般结构。模件10具有多个悬置在两相对集管14之间的过滤空心纤维薄膜12。薄膜为逆渗透或那诺过滤、最好是那诺过滤范围，更好能选择性地保留造成硬度的盐，渗透经软化的水。薄膜12的两端16密集地封装在集管14中，使得其外表面与集管14之间密封，薄膜12的腔在集管14的远端面上开口。第一盖帽20和第二盖帽22盖住集管14的远端面而与集管14之间密封。薄膜12分成若干组24，各组之间由集管14中不封装薄膜12的区域隔开。在封装过程中把组的两端包住在一可膨胀塑料网中，从而使薄膜12保持在组24中。端帽20、22之一或两端帽中的隔离器26(也可作为端帽20、22的一部分)从端帽20、22的远端面伸展到密封地接触集管14的没有薄膜12的某些或所有区域。或者，隔离器26也可在封装时插入集管14中，在这种情况下，隔离器26分开薄膜12的组24，然后粘结到集管14上。某些或所有隔离器26可有开口，开口中可有一个或多个单向阀28如瓣阀。以独立或空间上隔开的各组24布置、封装薄膜严格来说并不必要，但可使隔离器26更好地隔离各组24，减小或防止薄膜12在各组24之间跨接。
模件10的周边上套有一壳体30。壳体30内在两集管14近端面之间不为薄膜12占据的空间形成一渗透液室32。渗透液室32包括薄膜12周围空间，也可包括模件10周边旁与各组薄膜12直接流体连通的开放空间。可从一与渗透液室32连通的渗透液出口34取得模件10中的渗透液。因此经一组24中的薄膜12渗透的水可经阻力最小的路径直接流到渗透液出口34，无需以先定的路径流过各组24。这可如图所示把各组薄膜12布置成一圆柱体的各扇形部予以实现。也可使用其他结构。例如，在一方形或长方形模件中，各种大小的薄膜12组可位于模件中心线的两边上。供水从一模件供水进口36流入盖帽20、22之一中。离开模件10的滞留液从也位于盖帽20、22之一内的模件出口38流出。
图3和4示出5组24a、b、c、d、e薄膜12(未示出)如何在正向和反向上生成4级流。一般来说，不管供水在第一方向还是在反向上流动，隔离器26把薄膜12的各组24组合成前级或后级(I、II、III等等)，某些级既是前级又是后级。隔离器26还使由盖帽20、22生成、每一前级第二端与其后级第一端之间的流路保持连通。各级之间的该连通使得滞留液/供水的级际流一般与模件10的周边平行。例如，在各级呈所示扇形的情况下，级际流围绕模件中心流动，尽管级际流不必是完美的弧形。每一前级薄膜的表面积为其后级薄膜表面积的1-2.5倍，各级的表面积从第一级到最后一级减小。可通过选择各级的精确大小使得流速在整个模件10中基本不变，尽管渗透时各级之间的流速有微小变动。模件的级数可多可少。在供水水压低的情况下，例如在家中光靠城市供水水压、不再使用辅助泵的情况下可使用5-8级的模件。也可使用10级或10级以上的模件，但这种模件过于复杂，而益处提高不多。
在图3和4模件10中，各组的大小分别为薄膜总数量大小的1/8、1/4、1/4、1/4和1/8。隔离器26包括在所示部位上的固体粒子隔离器40和单向隔离器42。单向隔离器42容许在所示方向上流动。隔离器26、40、42按照供水水流方向把各组24分隔成级I、II、III和IV。
在图3中，供水首先从第一盖帽20中的模件供水进口36流入组24a。供水还流入组24b，组24a和24b一起形成级I。因此第一盖帽20中的模件供水进口36与级I的第一端连通。供水/滞留液流到第二盖帽22处级I的第二端后流到构成级II的组24c的第一端。供水/滞留液因级I压力较大无法经单向隔离器42流回级I，级I的压力较大是流体从级I流到级II的前提。供水/滞留液流到第一盖帽20处级II的第二端后流到构成级III的组24d的第一端。流到级III第二端的供水/滞留液流到第二盖帽22后流到构成级IV的组24e的第一端。流到级IV第二端的供水/滞留液流到第一盖帽20后从模件滞留液出口38流出模件10。在所有级中，渗透液从每一级直接流到渗透液室(未示出)后从渗透液出口(未示出)流出。级I、II、III和IV分别占薄膜总量的3/8、1/4、1/4和1/8。
在图4中，供水和滞留液的流向相反。当供水反方向流入模件10时，隔离器26、40、42由于在模件10中流动的液体的作用把各组24薄膜12重新组合成第二前级和后级。特别是，供水首先从第一盖帽20中的模件滞留液出口38流入组24e。供水可流入组24d，组24d和24e构成级I。供水/滞留液在级I中流到第二盖帽22后流到构成级II的组24c。供水/滞留液在级II中流回第一盖帽20后流到构成级III的组24b。在级III中流动的供水/滞留液流到第二盖帽22后流到构成级IV的组24a。级IV中的供水/滞留液流回第一盖帽20后从模件供水进口36流出模件10。因此级I、II、III和IV分别占薄膜总量的3/8、1/4、1/4和1/8。如上所述，由于各级I、II、III和IV之间存在压力梯度，在单向隔离器42处不会出现返流。
为在模件10中改变流向，模件10的供水管和滞留液管上装有一般为电磁阀的阀，从而使每管或是与模件供水进口36或是与模件滞留液出口38连接。这些阀由一个PLC或定时器同时开动，使得供水管和滞留液管不同时连接到模件10上同一点上。当模件10用来软化水时，待过滤的水流入能有选择性地阻挡即保留造成硬度的盐的薄膜的腔的第一端。经软化的渗透液从薄膜12的外表面收集，滞留液从薄膜12的腔的第二端收集后流出模件10或流到下一级。因此造成硬度的盐累积在薄膜12的腔中、特别是最后一级中。周期性地改变空心纤维薄膜中的供水流向使得待过滤水流入腔的第二端、滞留液从腔的第一端流出有助于结垢分布得更均匀，从而延长模件10的寿命。
尽管逆向流有其优点，但也可把模件构作成用于单向流体。这类模件的使用寿命比逆向流模件短，但其结构简单，特别是小系统，其性价比更高。图5-9示出用于4级单向流的第二模件110。级数可不同，各级可采用其它形状。
许多过滤空心纤维薄膜12悬置在第一分段集管114a与第二分段集管114b之间。与前面一样，薄膜12的两端16密集地封装在分段集管114a、b中，从而其外表面与分段集管114a、b隔绝，其腔开口在分段集管114a、b的远端面117、119上。第一端帽122a(未示出)和第二端帽122b盖住集管114a、b的远端面。第一密封圈124(未示出)装在第一盖帽122a与第一分段集管114a之间。类似地第二密封圈126装在第二盖帽122b与第二分段集管114b之间。旋紧盖帽122时，在分段集管114a、b与盖帽122之间形成一密封，以使每个分段集管114a、b外圆周与相邻的盖帽隔绝，在第二模件110每一端各级之间界定流体的一密封室。密封圈124、126的厚度选择成略大于避免级际流的水压损耗过大所需最小值，以避免不必要地提高第二模件110供水/滞留液一侧水量。要求避免不必要地提高第二模件110供水/滞留液一侧水量，因为这有助于减少下述某些清洗方法中所需清洗液的数量。但是，对大的第二模件110而言，避免级际流水压损耗过大需要厚的密封圈、组合使用密封圈和垫圈或挖空端帽122以增加可用于级际流的空间。
第二模件110还有一外壳128。外壳128两端各固定一与端帽122螺纹连接的辅助壳体129。外壳128和辅助壳体129的内表面都有凹槽，以与固化在壳体128、129中的分段集管114更牢固连接。第二集管114中也可埋置一中央支撑管130加强和支撑第二模件110。外壳128中装有一渗透液出口34。或者，中央支撑管130也可在两分段集管114之间多孔或从第二模件110伸出或与集管114之一中的一个中央开口连通。这样，渗透液可经中央支撑管130而不是壳体128上的渗透液出口34流出，从而避免因钻渗透液出口孔而降低外壳128的强度，而且，在级数为偶数的第二模件110中，所有连接(供水、渗透液和滞留液)可都制作在第二模件110的一端上。
特别参见图6和9，也可有翅片136沿中央支撑管130的纵向伸入分段集管114中并沿径向从中央支撑管130伸到接近外壳128处。任选翅片136把薄膜12包含在一圆柱体的与级1-4对应的扇形中而有助于封装。该目的也可用分段集管114中的星形轮实现。也可不使用翅片136或星形轮来适当封装薄膜12，而靠密封圈124、126界定各级。但是，翅片136或星形轮更便于处置薄膜12(例如，为便于处置，级1分成两部分)、减少横跨在各级之间的随机薄膜12的数量或可能性并尽量减少所浪费的薄膜12的数量，因为薄膜两端16之一被一个密封圈124、126密封。翅片136或星形轮还造成可在分段集管114的远端面上看到各级，从而无需转位装置就可相对各级对密封圈124、126进行正确定位。但是，密封圈124、126也可转位，防止它们装错方向。
图7和8示出第一密封圈124和第二密封圈126与各级的相对位置。翅片136中心的位置用虚线表示。各级表面积之比为3.8∶2.4∶1.2∶1。第一盖帽122a中钻有一供水进口，在第一盖帽122a旋紧时与级1连通。同样，在第二盖帽122b中钻有一供水/滞留液出口(未示出)，在第二盖帽122b旋紧后与级4连通。
图10示出第三模件410的各部分。第三模件410专为较大模件如直径大于3或4英寸的模件设计。该设计便于薄膜12封装后在空心纤维薄膜12的内表面上涂以普通聚酰胺化学物制成逆渗透或那诺过滤薄膜12。特别是，该模件在上涂料前必须充分干燥，但薄膜12对热敏感，无法在高温下干燥。过度干燥还造成微孔干燥，导致渗透率下降。此外，薄膜12涂胺以形成稳定的聚合物层后需要干燥。本发明人发现，很难干燥大量薄膜，特别是装在模件一壳体中的大量薄膜。封装在集管之间的开放小单元薄膜容易干燥，需要时，可用风扇吹干纤维，加快干燥过程。
第三模件410由多个部件411(示出10个)构成。每一部件411包括封装在一对相对套圈440中的一组薄膜(未示出)。这些套圈440最好为一圆柱体的扇形部，尽管也可使用其他形状。套圈440把该组薄膜12的最大尺寸限制在可成功上涂料的尺寸上。例如，套圈440的形状和大小可选择成：没有薄膜12离开该束薄膜12的边缘大于35mm。各部件411可分别封装、上涂料后装配在一起，制成第三模件410的一复合集管414。或者，也可用下述过程把各部件411封装在第三模件410内，该过程可在封装各部件后相互分开部件411、分开地在各部件411的薄膜12上涂上涂料，然后把部件411重新装配成第三模件410。与第二模件110一样，把密封圈和端帽(未示出)装在第三模件410的两端上，把薄膜分组成各级。套圈440的边缘提供了级之间的自然分隔。如需要在其他部位分开，可在封装时在一对或多对套圈440中滑入挡板442。因此根据上涂料(特别是干燥)因素决定套圈440的大小，但级的数量或大小不受套圈440的大小或数量的限制。
当用单一大小和形状的部件411制作第三模件410时，可使用有助于生成质量均匀的第三模件410的上涂料的和封装的夹具。特别当使用大量套圈440时，便于制作生成多级第三模件410的密封圈。例如，如每一复合集管414有8个套圈440，可使用第三模件410生成图1-4所示使用密封圈或隔离器的一个4级模件，这些附图示出隔离器40、42。
下面详细说明第三模件410的制作方法。所示第三模件410在两复合集管414的远端面之间的长度为约35英寸，把一8″直径灰PVC管用作模件壳体430。每一复合集管414由10个套圈440构成，其中封装有薄膜的多对相对套圈形成10个部件411，每一个部件含有约1600个内径约为0.4mm的空心纤维薄膜(未示出)。
每一部件411装在一夹具中，该夹具保持一对套圈440的两远端面分开约35英寸。先用一弹性带或其他带缚紧薄膜两端，使薄膜能插入套圈440中。用另一弹性带或其他带把该束薄膜缚到该夹具上后把该夹具放平在一桌子上。然后切割薄膜12，使薄膜伸出套圈40远端面约1英寸。然后立直夹具。为封闭纤维两端，把一小盘或小杯中的约5mm硅酮放到纤维底端上。硅酮在每根纤维周围升高约10mm。多余的硅酮排走。硅酮一旦固化而不流动，翻转夹具，在另一端重复该过程。
为封装部件411，把所有10个部件放入一封装模具中暂时形成两复合集管414。该封装模具由两半模构成，使得部件411可放入置于一台面上的两半模中，在该模具的两端和套圈440的两远端面之间留出合适空间。可在相邻套圈440或一部件411的该对套圈440之间插入合适的临时衬垫，以保持套圈440和薄膜12的正确定位。一旦所有部件411和衬垫装入封装模具的两半模中，把这两半模夹紧在一起，使得部件411和衬垫挤紧。
然后把装配好的模具放入一离心机中。该离心机最好装有一从一个或多个孔喷注树脂的浇注夹具。可把树脂同时加到两端或交替少量加到两端，直到注入总量的树脂。离心机的转速约为300RPM，因此作用在树脂上的力不小于40G。树脂固化到不流动的程度后离心机停止转动，然后卸去模具。但是，最好是，在树脂完全固化后才从模具中取出第三模件410。树脂也可静态地(不靠离心力)注入封装模件的两端。首先封装一端，然后模件反转180°，封装另一端。
树脂一旦完全固化，从模件中取出部件411，但它们仍被一薄层树脂粘在一起。比方说用一带锯锯去两端上多余树脂，露出纤维的开口两端。带锯的刀刃应在套圈440的远端上锯开树脂，留下的树脂足以把套圈440固定在一起，但又便于彼此分开部件411。
部件411彼此分开后，每一套圈440周围临时套测试帽测试每一部件411的完整性和初始渗透率。在完整性测试过程中，始沸点低的薄膜12切开后用硅酮密封。也可用测试帽进行泄漏、压实、上涂料和阻挡率/渗透率测试。
薄膜12上涂料前须干燥。为此，卸下测试帽之一，排空纤维中的多余液体。然后从一测试帽用HEPA过滤空气或氮气洗涤薄膜的腔，直到薄膜12摸上去稍有阻力。然后取下这另一测试帽，用风扇进一步吹干薄膜12约30分钟到1小时，使得薄膜12之间的通风更好。对于小部件411即厚度不到约2″或3″的部件，无需烤箱。
继续上涂料并施加胺溶液，然后如上所述干燥，而后施加有机溶液。随后如上所述干燥。这两种溶液都可用氮气压入薄膜12的腔中后用测试帽在腔中保持所需时间。对腔上涂料后，薄膜12可用水漂洗外表面后浸入30％的甘油溶液中保护纤维，然后进一步如上所述干燥，只是部件411经空气干燥后放入一烤炉中。部件411一旦干燥，可更换测试端帽，测试部件411的渗透率和阻挡率。然后把部件411重新浸入甘油中，重新干燥。然后可把部件411粘在一起后进入模件壳体430，在该例中模件壳体为40号PVC灰管。
过滤和清洗系统和过滤过程
图12示出一过滤设备300。过滤设备300特别可用于一住户、一组住户或一小商业楼的入口处。过滤设备300通过除去悬浮固体粒子生成经过滤的渗透液，也可通过除去造成硬度的盐生成软化的渗透液。设备300包括一过滤模件336，该过滤模件包括一引入供水的供水进口334、一取出滞留液的滞留液出口338和一取出经处理渗透液的渗透液出口348。过滤模件336可为各种公知的那诺过滤或逆渗透模件。例如，过滤模件336可为一卷绕成螺旋形的那诺过滤薄膜模件或一组这样的模件，也可为按照上述模件10、110、210或410的许多空心纤维薄膜。
一供水通道310与过滤模件336的供水进口334连通。设备300还包括把一种或多种清洗化学物注入过滤模件336上游供水通道310中的清洗化学物加入系统316。该清洗化学物加入系统316用来把含有清洗化学物的流体输入供水通道310中。该流体可为液体，该液体可为酸如柠檬酸或碳酸；也可为气体如二氧化碳气体。
该清洗化学物加入系统316可采用多种形式。当清洗化学物为液体如柠檬酸时，可使用各种装置，例如定量输送泵或与供水通道310中一文丘里管连接的储槽。当清洗化学物为二氧化碳气体或把二氧化碳气体溶解在供水中生成的碳酸时，该清洗化学物加入系统316可如图12所示。在图12中，一加压气缸317用来盛装食用压缩二氧化碳气体。一个二氧化碳通道318在过滤模件336上游一点处使二氧化碳气缸317与供水通道310连通。最好是，二氧化碳通道318与供水通道310的连通点也在泵、阀等的上游，使得这些泵、阀也受二氧化碳的清洗。气缸317下游也可有二氧化碳压力调节器320和/或二氧化碳流率控制器324把气体保持在合适的压力和流率上。在气缸317与供水通道310之间还用一个二氧化碳阀326、最好是电磁阀接通或切断二氧化碳气流。二氧化碳阀326可按照下述各种清洗方法的需要与一微处理器、一定时器或一压力传感器中的一个或多个连接。当用溶液中的二氧化碳进行清洗时，可用一个二氧化碳起泡装置325稳定二氧化碳引入供水处的细小气泡，以加快二氧化碳气体的溶解。二氧化碳起泡装置325可由多孔空心纤维薄膜或多孔陶瓷管或一把陶瓷或不锈钢用作填充材料的填充层构成。
过滤模件336的上游可有一最好包括一合适过滤介质和一活性碳棒的预过滤器314。该过滤介质除去颗粒物质、一般为直径大于薄膜12内径约1/10的颗粒物质。活性碳棒除去氯。可选用一个或多个预过滤器压力变送器338监测供水压力和预过滤器314上的水压损耗。
进入过滤模件336中的供水有压力，一般为40psi-200psi。供水水源可为加压城市供水管道310或一井泵(未示出)。如供水水源为加压城市供水管道，设备300可在过滤模件336上游用一水泵330提高供水进口334处的水压。如使用水泵330，可用一泵压变换器332监测过滤模件336紧上游处的水压。
一滞留液通道340连通滞留液出口338与一排污管346。用一阀342、最好是一电磁阀开关滞留液的流动。滞留液通道340中还有一滞留液流体控制机构344如一流孔、一面积可变流孔或一控制阀用来调节滞留液流率。该滞留液流体控制机构344最直接地控制过滤设备300的萃取比(所生成的渗透液与所输入的供水的比)。尽管在某些设备中一单面积孔足够使用，但一可变装置用于下述在不进行渗透时的清洗方法、保持对萃取比进行更好控制。特别是，当随着供水水压与渗透液水压之差减小滞留液控制机构344保持滞留液的最小流率以保持所需供水/滞留液最小流速时，最好使用可变装置，这在下文讨论。
一渗透液通道350与过滤模件336的渗透液出口348连通。该渗透液通道350可直接与一渗透液分配系统或一缓冲箱连接，该缓冲箱最好为这样一个箱，其中的水压随着该箱中的渗透液的体积的增加而增加。例如，可在过滤模件336下游使用一有进口360的膜式箱362。可用一水压变换器361监测该膜式箱362中的水压。
设备300在过滤模件336下游还可包括一系统旁通阀356，在清洗或模件失灵、更换或维修时切断向用户供应渗透液。当系统旁通阀356关闭、旁通通道368中的旁通阀370打开时，旁通通道368连通供水通道310与渗透液通道350。
设备300阻挡可包括病菌、重金属或造成硬度的盐的悬浮固体粒子，从而生成过滤或软化的渗透液。过滤时，阀312、342、356和358打开，旁通阀370关闭。起初，供水流过供水通道310。也可用水泵330提高供水进口334处的供水水压。从而，加压水供应给模件336的供水边，从渗透液出口348收集离开薄膜外表面的渗透液，渗透过程中滞留液不断从滞留液出口338流出。经过滤的渗透液经渗透液通道350流入加压膜式箱362或直接流向用户，这决定于是否使用加压膜式箱(或其他类似箱)和对渗透液的不时需求。滞留液的流率用滞留液控制机构344控制。在工业或商业环境中，设备300一般连续工作。然而，工作将取决于设计参数、操作参数、系统容量和系统上的需求量。设备300可包括过滤模件366下游、监测渗透液流率的流率变换器352和监测该系统的完整性的渗透传感器354。
在一实施例中，设备300用来为一幢房子提供过滤和软化水。过滤模件336为上述多级模件10、110、410。薄膜12的最小渗透率为0.1gfd/psi，最小硬度阻挡率约为75％。过滤模件336的薄膜表面积为100-500平方英尺，分成5-8级、最好为6-8级。过滤一遍、滞留液不反复循环、供水/滞留液最小流速低、萃取率高。供水/滞留液的最小流速一般为0.15至0.6ft/s之间，更一般为0.2ft/s-0.3ft/s。供水水压为60psi-150psi。这一水压在城市供水水压范围内，无需使用水泵330。
在该实施例中，设备300一般每天工作1-6小时、更一般每天工作2-3小时。过滤过程受水箱水压变换器361控制，该变换器受一可编程逻辑控制器或一与各阀连接的电路(均未示出)操纵。水箱水压变换器361使得过滤在一预定最小水压下开始，在一预定最大水压下停止。过滤停止时，如使用水泵330(或使用井泵)，关掉该水泵，阀342和358关闭。
渗透液通道350可与一家庭供水管线(未示出)连通。但最好使用膜式水箱362。设备300长期工作，但在0.5gal/min至7.0gal/min之间、更好为1gal/min至3gal/min之间的供水流率下。因此，使用膜式水箱362存储经处理渗透液，直到用户需要使用渗透液。膜式水箱362经水箱进口360与渗透液通道350连通。渗透液通道350在加压膜式水箱362下游与家庭供水管线连接。膜式水箱362的容量为5gal至100gal之间、一般为30gal至70gal之间、更一般为50gal至60gal之间。
清洗过程
为进行清洗、减少结垢、延长逆渗透或那诺过滤模件的寿命，下述各种方法向这类模件提供清洗化学物。当使用该模件生成软化渗透液时这些方法特别有用，还使用清洗化学物控制结垢。为减少碳酸盐水垢，清洗化学物最好为酸或在水中生成酸的物质。
清洗化学物举例说有柠檬酸，它可除垢，还可除去某些金属。也可使用二氧化碳，二氧化碳对除去碳酸盐水垢特别有效。二氧化碳对非常硬的水还用缓冲能力自限制，即过量的二氧化碳不会造成pH值过低和降低水质。此外，食用二氧化碳对人体无害，家庭中可用压缩气体瓶获得。供给模件的碳酸的pH值可为4.5-6.5、一般为5.0-6.0。供给模件的柠檬酸的pH值一般为2.5-3.0。
可用各种清洗方法除去或减少过滤模件336中的结垢。在渗透同时进行的连续方法中，打开清洗化学物加入系统316在整个过滤过程中连续加入清洗化学物。如清洗化学物为二氧化碳，每当阀342和358打开、即在预定最小压力下打开，在预定最大压力下关闭时打开与水箱水压变换器361连接的二氧化碳阀326。二氧化碳流率控制器324设定成引入所需流量的二氧化碳。二氧化碳压力调节器320和二氧化碳流率控制器324可预先设定成在各种运转状态下均满足要求的单一设定值。也可连接二氧化碳压力调节器320与二氧化碳流率控制器324对供水的绝对压力、供水与渗透液的压力差或渗透液流率中的一个或多个作出响应，使得在单位供水体积中注入的二氧化碳数量大致保持不变。
待加入的清洗化学物的数量须在每次安装后一般为6个月到一年的寿命期中薄膜变脏的程度不至于使渗透率下降到无法使用的程度。在该寿命期到期时，可取出薄膜进行强力清洗。例如，可加入二氧化碳，使得Langlier指数为0或接近0的负值，此时供水不结垢，腐蚀性极低。二氧化碳把结垢的不溶解碳酸钙转变成溶解的碳酸氢钙。如此，加入二氧化碳可降低不溶解碳酸钙的浓度，从而降低结垢率。供水中多余的二氧化碳还可清洗已除垢的薄膜表面，恢复薄膜的至少一部分渗透率。由于结垢盐类的浓度在一多级过滤模件336的后面几级中增加，因此，过滤模件336前面几级中的结垢可不予重视。在这种情况下，可改变二氧化碳通道318的位置，只在后面几级或最后一级的上游把二氧化碳直接供应给过滤模件336，从而减少二氧化碳的用量。为减少二氧化碳用量，也可把二氧化碳通道318分成几路，同时把二氧化碳注入供水通道310和过滤模件336最后一级或后面几级的上游。
在渗透同时进行的非连续方法中，定期在供水中加入清洗化学物。例如，可在1-3小时的时间间隔中加入二氧化碳5-30分钟。为此在一连续工作的过滤系统300中用一定时器或微处理器(未示出)与二氧化碳阀326连接。如该过滤系统不连续工作，该定时器或微处理器与水箱水压变换器361连接，从而只在阀342和358打开时才走时，每当阀342和358关闭时二氧化碳阀326关闭。
其他清洗方法在渗透停止时不时进行。一般定期进行这些方法。例如，可在连续工作的工业或商业系统中在1-4小时间隔中进行10-30分钟二氧化碳清洗，防止变脏和除去上次清洗后可能生成的少量水垢。清洗的时间间隔也可更长、即每天一次，但每次清洗时除垢更彻底。每天清洗一次的方法特别适用于家庭，因为清洗可在对水的需求小的时间、例如2：00am-4：00am中进行。一般来说，清洗的频率和强度决定于设计参数、工作参数、该系统的容量和对该系统的需求。
在不渗透时的连续方法中，一定时器或微处理器(未示出)在预定时间启动清洗步骤。渗透液阀358关闭但滞留液阀342保持打开，继续供水。清洗化学物加入系统316工作，把清洗化学物输入流经过滤模件336的供水/滞留液一侧的供水中。例如，如使用二氧化碳，二氧化碳阀326打开，把二氧化碳输入流经过滤模件336供水/滞留液一侧的供水中。滞留液流率控制机构344如为可变的，可在清洗一开始后打得更开，以提高二氧化碳流入过滤模件336的流速，直到二氧化碳流过整个模件。然后可调节滞留液流率控制机构344和/或二氧化碳压力调节器320或二氧化碳流率控制器324，以获得所需二氧化碳浓度和接触时间。
在保持和冲洗方法中，仍由一定时器或微处理器(未示出)在预定时间启动清洗步骤。渗透液阀358关闭，但继续供水。在清洗化学物加入系统316把清洗化学物注入流入过滤模件336中的供水中的同时短时打开滞留液阀342，把滞留液冲出模件336。例如，打开二氧化碳阀326。两阀保持打开，直到二氧化碳流经过滤模件336的大多数供水/滞留液一侧、最好是至少直到二氧化碳到达滞留液出口338。首先关闭滞留液阀342，使得过滤模件336供水/滞留液一侧的水压增加到供水水压，然后关闭二氧化碳阀326。把含有二氧化碳的水在过滤模件中保持1-60分钟、一般为10-30分钟。柠檬酸反应较慢，保持时间一般为1-2小时。经足够时间后，设备300恢复过滤，恢复由水箱水压变换器361进行控制。在恢复过滤前，可短时打开滞留液阀342和使供水流过过滤模件336，把过滤模件336中的液体冲出设备300。这一步骤一般并非必需，因为二氧化碳已大致用完。此外，在上述家用系统中，清洗在非用水高峰时进行，不太可能马上需要用水，多余的二氧化碳只是继续与水垢反应。
用二氧化碳气体进行清洗
在另一种清洗方法中，清洗过滤模件336时在过滤模件336的供水/滞留液一侧保持加压二氧化碳气体。仍参见图12，仍使用清洗化学物加入系统316，只是无需二氧化碳起泡装置325。
为进行这一清洗方法，首先关闭供水阀380和渗透液阀358，切断过滤模件336与供水管线310的连接。打开二氧化碳阀326和滞留液阀342预定时间，使二氧化碳气体排出过滤模件336中的供水/滞留液。例如，除了由薄膜12的微孔或薄膜12表面上水膜或过滤模件336的供水/滞留液一侧的其他部分中的表面张力保留的供水/滞留液，所有供水/滞留液被排出过滤模件336的供水/滞留液一侧。调节调节器320把气压保持在10kPa-100kPa、一般为10-50kPa的范围中。一旦供水/滞留液排出，关闭滞留液阀342和二氧化碳阀326，使过滤模件336中充满二氧化碳历时1-40分钟、一般约5-30分钟，此时二氧化碳与结垢化合物反应。然后打开供水阀380和滞留液阀342，冲洗过滤模件336。用过滤模件336供水/滞留液一侧体积的1-10倍、最好是1-2倍的水量冲洗过滤模件336，然后关闭供水阀380和滞留液阀342中的一个或两个，停止冲洗。在过滤模件336中保持二氧化碳、然后用供水冲洗这一周期视结垢程度反复进行1-5次。当该清洗方法用作维护清洗时，当过滤模件336结垢成其初始渗透率的约80-90％时进行1或2个周期的清洗即可。在其他清洗下，当过滤模件336结垢成其初始渗透率的30-80％时一般必须进行2-5个周期的清洗。
在冲洗和保持方法中，与把二氧化碳溶解在供水中比较，气体二氧化碳清洗方法的二氧化碳用量减少。这是因为二氧化碳只溶解在薄膜12的微孔中或表面上的水中。例如，如在一试验过滤系统中的实验过滤模件336有500个长度约1米的空心纤维薄膜12，在同等清洗效果下，把二氧化碳气体溶解在供水中的一个冲洗和保持清洗周期一般需要约1-2Std.L，而二氧化碳气体直接进入过滤模件336中的一个冲洗和保持周期只使用约0.07-0.1Std.L。在商进化实施例中，本发明人预期，在同等清洗效果下，二氧化碳用量的差别没有这么大，但在冲洗和保持方法中的二氧化碳气体用量仍需使用溶解在供水中的二氧化碳的冲洗和保持方法的一半。在某些实施例中，从运行和控制装置的成本考虑，使用溶解在供水中的二氧化碳为佳，但在其他情况下，由于二氧化碳用量减少，直接使用二氧化碳气体为佳。
上述方法可组合使用，例如在渗透的同时在供水中连续加入清洗化学物和在停止渗透的同时定期强力除垢。上述各种方法也可与上述逆流组合，特别对于流向相反时各级重新组合的模件10而言。如在供水中连续加入二氧化碳，在模件供水进口334和模件滞留液出口338之间与供水一起交替供应清洗化学物。因此，模件336的第一级和最后一级在高浓度清洗化学物的较低硬度水与低浓度清洗化学物的较高硬度水之间交替，清洗化学物的浓度在模件336中流动时减小。因此，清洗化学物加入到供水中，同时供水至少在液流刚反向后首先流入模件结垢最重的部分。
如定期加入清洗化学物，液流也与在供水中加入清洗化学物同时定期反向。因此，在一天的大部分时间中，供水正向流动，最后一级结垢。在用水低峰期，流向相反，把清洗化学物加入供水中。因此在供水首先流入模件结垢最重部分时清洗化学物加入供水中。
例子
例1
图13为在停止渗透时进行的两种清洗方法的二氧化碳用量比较图，第一种方法为不渗透时的连续方法，第二种方法为保持和冲洗方法。y轴表示渗透率复原，x轴表示以磅(1b)为单位的二氧化碳用量。黑菱形和黑方形表示以不渗透时的连续方法除垢的两模件。空白菱形和方形表示以保持和冲洗方法除垢的相同两模件。薄膜结垢程度与模件工作16小时对应，供水为合成溶液，水压为100psi，温度为7-10℃，滞留液流出流速为0.19ft/s。清洗条件包括：供水水压为100psi，温度为20-25℃，供水为含有二氧化碳气泡的工业用水，pH值为6.0-5.5，流速为0.64ft/s(在冲洗或不渗透时的连续清洗过程中)，冲洗时间为1分钟，保持时间为1-40分钟，流动时间(在不渗透时的连续方法中)为5-30分钟、如下表所示，两模件的特性稍有不同。
薄膜特性 模件A(菱形) 模件B(方形)
表面积(平方米) 0.804  0.801
横截面面积(平方米) 0.86E-5  0.85E-5
渗透率(L/m2/h/bar) 3.75  4.08
硬度总衰减(％) 70.4  74.2
两种方法在模件除垢上都取得成功。但是，总的情况是，保持和冲洗方法所需二氧化碳比连续方法少得多。
例2
图14示出保持和冲洗方法中保持时间对薄膜渗透率的影响。y轴表示渗透率提高百分比，x轴表示以分钟为单位的保持时间。在这些实验中，所有薄膜用硬度为1200mg/L的碳酸钙合成溶液结垢16小时，以模拟一萃取率为80-90％的多级模件的最后一级。每一数据点示出在消耗0.003磅二氧化碳后获得的渗透率提高量。薄膜结垢的测试条件包括：供水水压为100psi，温度为7-10℃，历时16小时，供水为合成溶液，出口处流速为0.19ft/s。薄膜清洗的测试条件包括：供水水压为100psi，温度为20-25℃，供水水流包括pH值为5.5-5.0的工业用水和二氧化碳，冲洗时出口流速为0.64ft/s，冲洗时间为1分钟，保持时间为1-40分钟。如上表所示，测试特性不同的两模件。该图表明，保持时间超过约15-20分钟时，薄膜渗透率的提高从最高点下降。
例3
图15示出一单级过滤模件的供水/滞留液流出流速对该过滤模件的渗透率的影响。y轴表示渗透率(L/m2/h/bar)，x轴表示出口流速(ft/s)。测试条件包括：模件压力为100psi，温度为25-30℃，历时4-6小时，用总硬度为1200mg/L的碳酸钙合成供水溶液模拟一萃取率为80-90％的多级模件的最后一级。测试尺寸不同的三个模件。这些模件的详细情况见下表。
薄膜特性 模件A(菱形) 模件B(方形) 模件C(三角形)
表面积(平方米) 0.808  0.797  0.621
横截面模件(平方米) 8.55E-5  8.48E-5  8.16E-5
渗透率(gfd/psi) 0.097  0.149  0.122
总硬度衰减(％) 88  79.4  81.4
该图表明，当出口流速超过约0.2ft/s(最小供水/滞留液流速)时，出口流速的提高对薄膜渗透率的影响不大。出口流速低于约0.15ft/s时渗透率下降，迅速结垢。
例4
在一组4个测试中，使用内径为0.5mm、上涂料后选择性地阻挡(即保留)造成硬度的盐的那诺过滤薄膜。在这些测试中使用薄膜过滤和软化非常硬、结垢严重的供水，其总硬度超过3000mg/L。工作6小时后，薄膜中的流量有各种程度的显著下降。用pH值为6.3的二氧化碳溶液在薄膜中循环。在这些测试的三个测试中，薄膜中的流量完全复原。
例5
两Desal DL1812卷绕成螺旋形的那诺过滤模件工作在50％萃取率和约99psi TMP下。供水以正Ryznar指数自然结垢。二氧化碳连续注入模件之一的供水中，将其pH值从8.0减小到6.5。供水中不加入二氧化碳的模件的流量稳定在0.20gfd/psi。供水中加入二氧化碳的模件的流量稳定在0.26gfd/psi，提高30％。
例6
用空心纤维薄膜的那诺过滤模件测试二氧化碳气体清洗。该模件有约600个内径约为0.4mm的纤维，总表面积约为0.8平方米。用该模件过滤碳酸钙总硬度为1500-1700mg/L的供水。纤维中最小供水/滞留液流速约为0.06m/s。供水管线和渗透液管线中的各阀关闭后进行清洗。然后把一个二氧化碳加压气源连接到滞留液排放管线中后在供水管线中打开排放阀，使得二氧化碳气体排出模件中的供水/滞留液。二氧化碳气体在50kPa压力下在模件中保持20分钟。然后用低硬度水冲洗模件。在模件中保持加压二氧化碳后冲洗模件这一周期反复进行多次。然后恢复使用该模件。
该模件的初始渗透率为2.8L/m2/h/bar。在过滤一段时间后，模件的渗透率为2.4L/m2/h/bar。模件用二氧化碳气体清洗后的渗透率为2.8L/m2/h/bar。因此二氧化碳气体清洗把模件成功地恢复到其初始渗透率。
例7
用合成硬水溶液弄污一表面积为0.76平方米、硬度总衰减为76％、初始渗透率为2.11L/m2/h/bar的硬度阻挡那诺薄膜模件。在结垢期结束时，测得模件渗透率为1.65L/m2/h/bar。然后使用冲洗和保持方法用合成硬水溶液中的二氧化碳溶液清洗。冲洗水量为模件供水/滞留液一侧体积的2-3倍，保持时间为20分钟。清洗后，使用合成硬水溶液测得模件的渗透率为1.92L/m2/h/bar。然后重新用合成硬水溶液弄污同一模件。结垢期结束时模件渗透率为1.6L/m2/h/bar。然后使用冲洗和保持方法用二氧化碳气体清洗模件。清洗后，使用合成硬水溶液测得模件的渗透率为1.84L/m2/h/bar。
可在由后附权利要求限定的本发明范围内对上述实施例作出种种修正。

Claims (42)

1.一种过滤模件，包括：
(a)一对相对的集管；
(b)多个空心纤维薄膜，这些薄膜封装在集管中，使得薄膜的腔通向集管的远端面；
(c)一个伸展在集管之间且具有一渗透液出口的壳体，该壳体限定一渗透液收集室，该渗透液收集室与薄膜外部连通；
(d)装在每个集管上的一个或多个盖帽，这些盖帽(i)盖住集管的远端面，(ii)包括一个或多个把薄膜分成连续级的隔离器，每一级具有第一端和第二端，薄膜的腔在第一端和第二端上与一个盖帽连通，以及(iii)在每一前级的第二端与每个后级的第一端之间形成方向一般与模件周边平行的流体流路；
(e)在第一级第一端上与第一级薄膜的腔连通的一个模件供水进口；以及
(f)在最后一级第二端上与最后一级薄膜的腔连通的一个模件出口。
2.按权利要求1所述的模件，其特征在于：每一前级的薄膜的表面积为其后级的薄膜的表面积的1至2.5倍，各级表面积从第一级到最后一级减小。
3.按权利要求2所述的模件，其特征在于：
(a)隔离器上装有阀，这些隔离器布置成：当供水以反向流入模件，进入模件滞留液出口时，隔离器(i)把薄膜重新组合成具有第一端和第二端的第二前级和第二后级，薄膜的腔通向所述的端，以及(ii)在每个第二前级的第二端与每个第二后级的第一端之间形成流路，该流路有助于级际流与模件周边大致平行；以及
(b)每个第二前级的薄膜的表面积为第二直接后级的薄膜的表面积的1至2.5倍，各第二级表面积从第一级到最后一级减小。
4.按权利要求3所述的模件，其特征在于：所述阀为单向阀，其打开方向使得权利要求1的组合和权利要求3的重新组合由在各级中流动的液体的作用实现。
5.按权利要求1所述的模件，其特征在于：所述薄膜为逆渗透或那诺过滤薄膜。
6.按权利要求1所述的模件，其特征在于：所述集管的横截面呈圆形，各级呈一圆柱体的扇形部分。
7.按权利要求1所述的模件，其特征在于：每一个集管由彼此连接的多个独立套圈构成，薄膜封装在包括每个集管中的一个套圈的相对的多对套圈中。
8.按权利要求7所述的模件，其特征在于：集管具有圆柱形的横截面，套圈形状呈一个圆柱体的扇形部分。
9.按权利要求8所述的模件，其特征在于：所有套圈的形状和大小相同。
10.按权利要求8所述的模件，其特征在于：每一封装在一套圈中的薄膜离开封装在该套圈中的该束薄膜的边缘的距离不大于约35mm。
11.按权利要求7所述的模件，其特征在于：薄膜为逆渗透或那诺过滤薄膜。
12.按权利要求7所述的一种制作模件的方法，包括下列步骤：
a)提供大小和形状相同的多个套圈，该多个套圈的数量足够制作集管对；
b)把薄膜封装入相对的多对套圈中；
c)对单独的相对的多对套圈中的薄膜按需要上涂料或进行各测试步骤；
d)把相对的多对套圈粘在一起，形成所述相对集管对；
e)把集管装在两端中的端帽上；
f)安装端帽。
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于：在把所述套圈固定在一封装夹具中时，同时把薄膜封装在所有相对的多对套圈中，然后在按需要对薄膜上涂料或进行测试步骤前互相分开相对的多对套圈。
14.一种过滤模件，包括：
(a)一对相对的集管；
(b)多个空心纤维薄膜，这些薄膜封装在所述集管中，使得薄膜的腔通向所述集管的远端面；
(c)一个伸展在所述集管之间且具有一渗透液出口的壳体，该壳体限定一渗透液收集室，该渗透液收集室与薄膜外部连通；
(d)装在每个集管上的一个或多个盖帽，所述盖帽盖住所述集管的远端面；
(e)一个将供水流入薄膜的腔中的模件供水进口；以及
(f)一供薄膜的腔中的滞留液流出模件的模件出口，
其特征在于：每一个集管由彼此连接的多个独立套圈构成，薄膜封装在包括每个集管中的一个套圈的相对的多对套圈中。
15.按权利要求14所述的模件，其特征在于：集管具有圆柱形横截面，所述套圈呈一圆柱体的扇形部分。
16.按权利要求15所述的模件，其特征在于：所有套圈的形状和大小都相同。
17.按权利要求15所述的模件，其特征在于：套圈封装一个长度不大于3英寸的弦。
18.按权利要求14所述的模件，其特征在于：薄膜为逆渗透或那诺过滤薄膜。
19.一种按权利要求14制作模件的方法，包括下列步骤：
a)提供大小和形状相同的多个套圈，这多个套圈的数量足够制作所述的集管对；
b)把薄膜封装在相对的多对套圈中；
c)对单个相对的多对套圈进行所需的薄膜上涂料或各测试步骤；
d)把相对的多对套圈粘在一起，形成所述的相对集管对；
e)把集管装在两端中的端帽上；
f)安装端帽。
20.按权利要求19所述的方法，其特征在于：在把套圈固定在一封装夹具中时，同时把薄膜封装入所有相对的多对套圈中，然后在按需要对薄膜上涂料或进行测试步骤前互相分开相对的多对套圈。
21.一种过滤水以除去硬度的过程，包括下列步骤：
(a)使待过滤的水流入一外流式空心纤维薄膜的模件的一个第一端，这些薄膜可选择性地阻挡造成硬度的盐；
(b)从薄膜的外表面收集软化的渗透液；
(c)从所述模件的第二端收集滞留液；以及
(d)定期改变通过模件的供水的流向，使得待过滤水流入所述模件的第二端，滞留液从所述模件的第一端流出。
22.按权利要求1所述的过程，其特征在于：模件为按权利要求3所述的模件。
23.一种除去硬度的过滤过程，包括下列步骤：
(a)提供按权利要求1所述的模件，该模件的硬度阻挡率至少为
75％，初始渗透率大于0.1gfd/psi；
(b)使供水流入所述模件供水进口以使供水流经模件一次；
(c)从模件出口排出滞留液；以及
(d)从渗透液出口排出渗透液，
其特征在于，任何一级中的供水/滞留液最小流速在约0.15和0.6ft/s之间。
24.按权利要求23所述的过程，其特征在于：任何一级中的供水/滞留液最小流速在约0.2和0.3ft/s之间。
25.一种过滤水以除去硬度的过程，包括下列步骤：
(a)使待过滤水再次流入一个空心纤维薄膜模件的供水或滞留液一侧，所述薄膜的该供水或滞留液一侧为其腔，所述薄膜可选择性地阻挡造成硬度的盐；
(b)从薄膜的渗透液一侧收集软化渗透液；
(c)从模件中收集滞留液；以及
(d)在供水流入空心纤维薄膜的腔中之前把二氧化碳加入供水中。
26.按权利要求25所述的过程，其特征在于：二氧化碳被连续加入供水中，其数量使得Langelier指数为0或接近0的负值。
27.按权利要求25所述的过程，其特征在于：当对渗透液的需求低时不时在供水中加入二氧化碳，当二氧化碳加入供水中时或是不生成渗透液或是所生成的渗透液不予使用。
28.按权利要求25所述的过程，其特征在于：进一步包括：定期使通过模件的供水流向改变方向；当待过滤的水反向流入模件中时在待过滤水中加入二氧化碳。
29.按权利要求21所述的过程，其特征在于：进一步包括：当待过滤的水反向流入模件中时在待过滤水中加入二氧化碳。
30.一种可除去供水中的硬度的那诺过滤或逆渗透设备，包括：
(a)一个可阻挡硬度的那诺过滤或逆渗透过滤模件，其具有一个引入供水的模件供水进口、一个排出含有硬度的滞留液的模件出口和一排出经处理的渗透液的渗透液出口；
(b)一个与该过滤模件的模件供水进口连通以将加压供水输入模件流过一遍的供水通道；
(c)一个把含有二氧化碳的流体注入加压供水中的可控二氧化碳加入系统，该系统具有至少一个排出该流体的出口；以及
(d)一个连通该二氧化碳加入系统与所述该供水通道或所述那诺过滤模件的二氧化碳通道。
31.按权利要求30所述的设备，其特征在于：进一步包括：
(a)一个与渗透液出口连通的渗透液通道；以及
(b)一个存储经处理渗透液的加压膜式水箱，该水箱具有一个与该渗透液通道连通以接收和除去渗透液的水箱进口。
32.按权利要求31所述的设备，其特征在于：供水的水压只是城市供水水压。
33.按权利要求32所述的设备，其特征在于：那诺过滤模件为按权利要求1所述的模件。
34.一种过滤过程，包括下列步骤：
渗透过程为
(a)使待过滤加压水流入一薄膜模件的供水/滞留液一侧，这些薄膜可选择性地阻挡硬度；
(b)从该模件的渗透液一侧收集软化渗透液；
(c)收集模件中的滞留液；以及
(d)定期停止渗透；
(i)把一为酸或在水中形成酸的流体注入该模件的供水/滞留液一侧；
(ii)在模件的供水/滞留液一侧中以选定的时间保持该为酸或在水中形成酸的流体；以及
(iii)在该选定时间结束后从该模件的供水/滞留液一侧冲洗所述为酸或在水中形成酸的流体。
35.按权利要求34所述的过程，其特征在于：在模件供水/滞留液一侧中注入所述为酸或在水中形成酸的流体的时间足以替换模件的供水/滞留液一侧上的供水/滞留液。
36.按权利要求35所述的过程，其特征在于：所述流体呈酸性，其pH值为4.5至6.5之间。
37.按权利要求36所述的过程，其特征在于：所述选定时间为20至30分钟之间。
38.一种过滤过程，包括下列步骤：
渗透过程为
(a)使待过滤加压水流入一薄膜模件的供水/滞留液一侧，这些薄膜可选择性地阻挡硬度；
(b)从该模件的渗透液一侧收集软化渗透液；
(c)从模件中收集滞留液；以及
(d)定期停止渗透；
(i)把在水中形成酸的气体注入所述模件的供水/滞留液一侧一段足够的时间以基本上替换该模件供水/滞留液一侧的供水/滞留液；
(ii)在该模件的供水/滞留液一侧中以选定的时间保持在水中形成酸的所述气体；以及
(iii)在该选定时间结束后从所述模件的供水/滞留液一侧冲洗所述的为酸或在水中形成酸的流体。
39.按权利要求38所述的过程，其特征在于：所述的在水中形成酸的气体为二氧化碳气体。
40.按权利要求39所述的过程，其特征在于：该选定时间为20至30分钟之间。
41.按权利要求40所述的过程，其特征在于：在5至50psi压力下以选定的时间把所述二氧化碳气体保持在空心纤维薄膜的腔中。
42.按权利要求42所述的过程，其特征在于：所述二氧化碳气体在薄膜微孔中的水中生成酸，该酸pH值为4.5至6.5之间。
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