本發(fā)明針對(duì)了一種包括超濾膜模塊和含有弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的可加壓儲(chǔ)槽兩者的水處理裝置。

背景技術(shù)：

“超濾”是一種在半透膜的一側(cè)對(duì)進(jìn)料溶液施加壓力的膜基分離方法。所施加的壓力導(dǎo)致“溶劑”(例如水)通過(guò)膜(即形成“滲透”液)而“溶質(zhì)”(例如鹽)則不能通過(guò)膜因此被濃縮在剩余的料液中(即形成“濃縮”液)。為克服溶劑從低濃度向高濃度移動(dòng)的自然驅(qū)動(dòng)力，所施加的進(jìn)料壓力必須超過(guò)滲透壓。出于該原因，術(shù)語(yǔ)“超濾”通常與“反滲”互換使用。大多數(shù)利用超濾的水處理裝置是在錯(cuò)流模式下操作，其大部分的進(jìn)料通過(guò)膜表面，少部分則以“滲透”方式通過(guò)膜。見(jiàn)下例：us4711723、us4713175、us4842724、us5296148、us7267769和cn2839254。

進(jìn)料溶液通過(guò)膜的百分比被稱為“回收”或“回收率”。取決于進(jìn)料的成分，較高回收率下的操作可導(dǎo)致結(jié)垢，因?yàn)檫M(jìn)料中的鹽被濃縮至超出其溶解限度。大規(guī)模脫鹽系統(tǒng)中的個(gè)體模塊通常被設(shè)計(jì)為以10-20％的回收率連續(xù)運(yùn)行。已知在此類高回收系統(tǒng)中避免結(jié)垢的方法有：給予阻垢劑、給予酸從而降低ph、進(jìn)料倒流、在一個(gè)濃縮液循環(huán)回路內(nèi)合并沉淀與過(guò)濾，以及將供水或循環(huán)的濃縮液任何之一軟化。見(jiàn)下例：us6461514、us5501798、us5925255、us8137539和us7459088。減少二價(jià)陽(yáng)離子的軟化法包括納濾、石灰軟化、采用強(qiáng)酸性樹脂、電去離子以及弱酸性陽(yáng)離子交換。在使用時(shí)，采用回收鹽對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行再生(us8679347)。

住宅系統(tǒng)內(nèi)采用的小的反滲模塊的回收率通常被設(shè)計(jì)為20-35％。明顯較高的回收率(例如超過(guò)35％)經(jīng)常受限于結(jié)垢，正如大多數(shù)未軟化的住宅用水含有大量鈣離子和碳酸氫根離子一樣。通過(guò)高回收率操作增加該濃度尤其會(huì)導(dǎo)致caco3結(jié)垢。與工業(yè)用的水處理裝置中采用的減垢技術(shù)不同，在設(shè)計(jì)小型住宅用膜系統(tǒng)時(shí)，由于尺寸、成本和復(fù)雜性受到約束，因此設(shè)計(jì)選擇更為受限。消費(fèi)者難以獲得并使用活性化學(xué)品(例如酸和抗結(jié)垢劑)。偶爾也會(huì)使用包括采用新鮮進(jìn)料或滲透水沖洗膜模塊的進(jìn)料側(cè)(us4650586、wo2007018561、us20110163016以及us8323484)和快速再循環(huán)(us6074551)在內(nèi)的替代技術(shù)。然而，這些選擇需要其他部件并且會(huì)降低系統(tǒng)的有效回收率。在反滲透之前對(duì)供水進(jìn)行離子交換處理，但是這種方法受空間和容量之間權(quán)衡和離子交換樹脂的再生難度所限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明包括一種水處理裝置，其包括螺旋卷繞超濾膜模塊，所述模塊連接到：i)進(jìn)料管線，其適于連接到加壓供水源，ii)滲透管線，其適于連接到處理過(guò)的水的分配器及iii)濃縮管線，其適于連接到排水管。所述裝置的特征在于，包括含有弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的可加壓儲(chǔ)槽，并且進(jìn)一步包括至少一個(gè)閥，其將加壓供水水流沿所述進(jìn)料管線選擇性地分流通過(guò)儲(chǔ)槽并且在通過(guò)所述超濾膜模塊前返回到所述進(jìn)料管線。本發(fā)明還包括一種所述裝置的操作方法。描述了多個(gè)實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

所述附圖并非按比例繪制，并且包括理想化的視圖從而便于描述。在可能的情況下，所有附圖和書面描述中均采用相同的數(shù)字從而指代相同或相似的特征。

圖1是螺旋卷繞模塊的透視、局部剖視圖。

圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

圖3是另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中兩個(gè)閥被定位在沖洗模式下操作。

圖4是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中存在一個(gè)將加壓供水水流分流加壓儲(chǔ)槽的單閥。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明包括一個(gè)適用于反滲透(ro)和納濾(nf)的螺旋卷繞模塊(“元件”)。幾乎所有的溶解鹽都是相對(duì)不透過(guò)ro膜的，其通常會(huì)阻擋超過(guò)約95％的具有一價(jià)離子的鹽如氯化鈉。ro膜通常也會(huì)阻擋超過(guò)約95％的無(wú)機(jī)分子以及分子量大于約100道爾頓的有機(jī)分子。nf膜具有比ro膜更高的可滲透性，其通?？勺钃跣∮诩s95％的具有一價(jià)離子的鹽，同時(shí)根據(jù)二價(jià)離子的種類阻擋超過(guò)約50％(并且通常超過(guò)90％)的具有二價(jià)離子的鹽。nf膜通常也會(huì)阻擋納米范圍內(nèi)的微粒以及分子量大于約200至500道爾頓的有機(jī)分子。出于本說(shuō)明書的目的，術(shù)語(yǔ)“超濾”包括反滲透(ro)和納濾(nf)二者。

螺旋卷繞模塊為超濾膜提供最常見(jiàn)的配置。其構(gòu)造在其他文獻(xiàn)中已有描述(us6881336、us8142588及us8496825)。一種代表性的螺旋卷繞模塊(12)如圖1所示，其是通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)膜包膜(2)和進(jìn)料腔墊片(“進(jìn)料墊片”)(3)纏繞在滲透物收集管(4)上形成。每個(gè)膜包膜(2)優(yōu)選包含兩個(gè)圍繞在滲透物通道墊片(“滲透墊片”)(6)上大致呈矩形的膜片(5)。這種夾心型結(jié)構(gòu)通過(guò)例如密封劑(7)被固定在一起，其沿著三條邊形成包膜，而第四條邊鄰接滲透物收集管(4)，使得包膜的內(nèi)部部分與沿滲透物收集管(4)的長(zhǎng)度延伸的多個(gè)開(kāi)口形成流體連通。進(jìn)料墊片(3)在膜片(5)之間形成自由容積從而便于進(jìn)料液流動(dòng)。通常，進(jìn)料流在模塊(12)內(nèi)呈軸向分布(即與滲透物收集管(4)平行)，從上游入口(8)流向下游出口(9)。螺旋卷繞模塊具有與圖1不同的流動(dòng)進(jìn)料流動(dòng)模式(例如us20040222158、us8337698)，其可用于上游入口(8)和/或下游出口(9)之間的不同位置。

本發(fā)明特別適用于為住宅用途設(shè)計(jì)的水處理裝置，例如膜面積小于2m²并且更優(yōu)選小于1m²的裝置。這種模塊的長(zhǎng)度優(yōu)選為小于0.5m。一種代表性的超濾模塊包括filmtec^tm1812配置(例如tw30-1812)，其標(biāo)稱直徑為1.8英寸(4.6cm)，并且標(biāo)稱長(zhǎng)度為12英寸(30cm)。

圖2、圖3和圖4示意性地闡明了本發(fā)明的各種實(shí)施例。水處理裝置(10)包括螺旋卷繞超濾膜模塊(12)，所述模塊(12)連接到進(jìn)料管線(14)，其適于連接到加壓供水源(未顯示)。供水源不受特別限制，并且包括市政或家庭飲用供水，其優(yōu)選以大于10psi并且更優(yōu)選為大于20psi的壓力提供。(在許多申請(qǐng)中，優(yōu)選進(jìn)料壓力小于100psi或小于60psi)。模塊(12)還連接到滲透管線(16)，其適于連接到處理過(guò)的水的分配器(例如水龍頭，未顯示)；和濃縮管線(18)，其適于連接到排水管或處理儲(chǔ)存容器。管線(14，16，18)可包含傳統(tǒng)的管道或軟管(例如銅、聚乙烯、pvc等)以及常規(guī)用于此類用途的連接器，例如住宅家庭ro處理系統(tǒng)中通常采用的那樣。對(duì)于設(shè)計(jì)用于在較高壓力下操作的系統(tǒng)，可能需要替代材料。螺旋卷繞模塊(12)可封裝在殼體內(nèi)或裝配在具有流體入口和出口的殼體內(nèi)，從而與本領(lǐng)域常用的管線(14，16，18)相連。盡管只需要一個(gè)單一模塊(12)，但是在本領(lǐng)域內(nèi)，在普通外殼或壓力容器內(nèi)可能會(huì)將多個(gè)模塊串聯(lián)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，裝置(10)僅包括一個(gè)單一的螺旋卷繞模塊(12)。

在一組優(yōu)選的實(shí)施例中，裝置(10)適于提供超過(guò)40％的回收率。出于該目的，濃縮管線(18)可包括限制進(jìn)料流的限流器(20)，并且優(yōu)選限流器(20)和模塊(12)被選擇為當(dāng)在25℃和ph8下用500ppmnahco3以20gfd運(yùn)行模塊(12)時(shí)提供大于40％的回收率。在一些實(shí)施例中，限流器(20)和模塊(12)可被選擇為當(dāng)在25℃和ph8下用500ppmnahco3以20gfd運(yùn)行模塊(12)時(shí)提供超過(guò)50％、60％或甚至70％的回收率。在以更具典型性的水(例如含有鈣離子和碳酸氫根離子)進(jìn)行的如此高回收率的操作中，限流器(20)內(nèi)的結(jié)垢形成有可能導(dǎo)致無(wú)法操作。因此在優(yōu)選的實(shí)施例中，限流器可以是至少0.5m、優(yōu)選至少1m長(zhǎng)并且最小直徑至少為1mm的管。

進(jìn)一步地，裝置(10)包括一個(gè)含有弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂(25)的可加壓儲(chǔ)槽(22)。pka值大于4的陽(yáng)離子交換樹脂被認(rèn)為具有弱酸性，可以根據(jù)本發(fā)明采用。合適的弱酸性陽(yáng)離子(wac)可以包括但不限于：dowex^tmmac-3、imac^tmhp333、lewatit^tmcnp-80，以及amberlite^tmirc-86。優(yōu)選食品級(jí)弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂(例如amberlite^tmfpc-3500)。此類樹脂及其制備的其它例子在us3156644和us3492159中有描述。在優(yōu)選的實(shí)施例中，弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂(25)含有主要以氫形式存在的可電離的羧基。所述樹脂可以是固體交聯(lián)微粒(例如珠從的苯乙烯-二乙烯基苯交聯(lián)基質(zhì))。所述樹脂可以是大孔網(wǎng)狀或凝膠，但是優(yōu)選凝膠，因?yàn)槠湓谶\(yùn)輸過(guò)程中包括更少的夾帶水。用戶可以從裝置(10)上拆下儲(chǔ)槽(22)從而有助于重新填充或更換樹脂。然而，含有弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的可加壓儲(chǔ)槽優(yōu)選對(duì)于終端用戶以不可逆方式密封，諸如通過(guò)形成具有入口(26)和出口(28)的封裝或永久密封的產(chǎn)品。

儲(chǔ)槽(22)包括供加壓供水用的入口(26)和出口(28)。裝置包括將加壓供水水流沿進(jìn)料管線(14)選擇性地分流通過(guò)入口(26)和出口(28)之間的儲(chǔ)槽(22)的路徑(31')，并在通過(guò)所述超濾膜模塊(12)前返回所述進(jìn)料管線(14)的閥(30，30')。即，儲(chǔ)槽(22)和閥(30，30')位于模塊(12)的上游。儲(chǔ)槽(22)可以進(jìn)一步連接到可提供額外壓力以輔助流體流動(dòng)的任選的增壓泵(33)或氣囊，但是在優(yōu)選的實(shí)施例中，儲(chǔ)槽(22)是被動(dòng)的并且完全依賴于從加壓供水源流向管線(14)的進(jìn)料液體壓力。裝置可進(jìn)一步包括任選的前處理(35)和后處理(35')，諸如多介質(zhì)過(guò)濾器、筒式過(guò)濾器、活性炭床等。除了用于選擇性地直接地使流通過(guò)(31')或圍繞(31)包含弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂(25)的可加壓儲(chǔ)槽(22)到達(dá)路徑的閥(30，30')之外，可采用其他手動(dòng)或自動(dòng)閥(37)以控制總進(jìn)料流和通過(guò)滲透(16)和濃縮(18)管線的相對(duì)量。

圖2闡明了位于不同路徑(31，31')上的兩個(gè)閥(30，30')的實(shí)施例。第一通路(31)繞過(guò)所述含有弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的可加壓儲(chǔ)槽，并且第二通路(31')通過(guò)所述可加壓儲(chǔ)槽。在操作中，位于第一通路(31)中的第一閥(30)通常是打開(kāi)的，同時(shí)產(chǎn)生滲透物以使得水可以直接流到模塊(12)。有大部分供水水流繞過(guò)所述包含弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂(25)的儲(chǔ)槽(22)的操作條件被稱為標(biāo)準(zhǔn)操作模式?；蛘撸谝婚y(30)可以被關(guān)閉從而將進(jìn)料流分流通過(guò)加壓儲(chǔ)槽(22)的第二路徑(31')。有大部分供水水流通過(guò)可加壓儲(chǔ)槽(22)的操作條件被稱為沖洗模式。圖2還顯示了第二通路(31')內(nèi)的第二閥(30')，其在滲透物產(chǎn)生過(guò)程中關(guān)閉，并且在沖洗步驟期間打開(kāi)，將供水導(dǎo)入可加壓儲(chǔ)槽(22)。標(biāo)準(zhǔn)操作模式和沖洗模式二者均可生成滲透物。然而，在優(yōu)選的實(shí)施例中，閥(37)被定位在沖洗模式期間相較于滲透管線(18)濃縮管線(16)內(nèi)的流比例有所增加的位置。更優(yōu)選地，在沖洗模式期間阻止?jié)B透。

將流分流第一或第二通路(31，31')的閥(30，30')被描述為開(kāi)啟或關(guān)閉狀態(tài)，但這些可以理解為相對(duì)位置。例如，可能有少量液體通過(guò)關(guān)閉的閥。出于本文件的目的，關(guān)閉位置的閥具有至少4倍于開(kāi)啟位置的閥的流量。而且，盡管不需要，但是“通常打開(kāi)”或“通常關(guān)閉”的閥可以被機(jī)械地偏置到該狀態(tài)，從而需要能量以維持另一位置。出于該目的，優(yōu)選機(jī)械偏置的(例如彈簧加載的)電磁閥。在操作中，當(dāng)存在進(jìn)料流時(shí)，通常打開(kāi)或通常關(guān)閉的閥優(yōu)選進(jìn)一步在平均至少5倍長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持該配置。

當(dāng)圖2的裝置處于標(biāo)準(zhǔn)操作模式時(shí)，閥(30)打開(kāi)以繞過(guò)儲(chǔ)槽以使得供水沿著進(jìn)料管線(14)流入第一通路(31)。該第一通路(31)的進(jìn)料流被導(dǎo)入模塊(12)從而生成分別通過(guò)管線(16，18)離開(kāi)模塊的滲透物和濃縮物流。當(dāng)在沖洗模式下操作時(shí)，閥(30，30')被致動(dòng)以引導(dǎo)進(jìn)料水流通過(guò)儲(chǔ)槽(22)，其中二價(jià)陽(yáng)離子可以在其進(jìn)入模塊(12)之前優(yōu)先從進(jìn)料溶液中移除。圖3顯示具有定向?yàn)榕c沖洗模式一致的閥(30，30')的替代設(shè)計(jì)，其中在進(jìn)入模塊(12)之前，供水通過(guò)第二路徑(31')和可加壓儲(chǔ)槽(22)。

圖4闡明了另一個(gè)實(shí)施例，其中圖2中闡述的第二閥(30')不存在。在這種情況下，優(yōu)選流經(jīng)第一通路(31)的阻力比流經(jīng)第二通路(31')的阻力小20％，更優(yōu)選小于10％或小于5％。以這種方式，在標(biāo)準(zhǔn)操作模式下，仍將有較小體積的流體流過(guò)第二通路(31')。關(guān)閉第一閥(30)將導(dǎo)致沖洗模式，選擇性地將加壓供水水流導(dǎo)入含有弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的儲(chǔ)槽。采用相同的施加壓力，整體進(jìn)料流速和模塊內(nèi)的壓力兩者均會(huì)因第二通路(31')內(nèi)的阻力而減小。出于本發(fā)明的目的，通路阻力包括閥的阻力。

本發(fā)明裝置的操作方法包括標(biāo)準(zhǔn)操作模式、沖洗模式及休眠模式，其中在所述標(biāo)準(zhǔn)操作模式中，大部分的加壓供水繞過(guò)所述儲(chǔ)槽，在所述沖洗模式中，大部分的加壓供水通過(guò)所述儲(chǔ)槽，并且在所述休眠模式中，沒(méi)有加壓供水通過(guò)所述模塊?？梢酝ㄟ^(guò)控制電路(未顯示)控制閥(30，30')，該控制電路可以被編程為基于各種標(biāo)準(zhǔn)即一天中的時(shí)間、處理的水體積、自上次沖洗的時(shí)間、模塊上的壓降等在沖洗模式中操作閥(30，30')。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在滲透物產(chǎn)生模式、超過(guò)1分鐘或甚至超過(guò)5分鐘的高回收率下操作裝置，而進(jìn)料水繞過(guò)所述可加壓儲(chǔ)槽(22)。然后，通過(guò)定位閥(30，30')開(kāi)始沖洗模式以引導(dǎo)供水水流通過(guò)可加壓儲(chǔ)槽(22)。在該實(shí)施例中，沖洗模式的持續(xù)時(shí)間優(yōu)選為小于1分鐘、小于30秒、小于10秒或甚至小于5秒。在沖洗了模塊(12)的進(jìn)料側(cè)后，閥被切換回來(lái)，并且標(biāo)準(zhǔn)操作模式再次開(kāi)啟。優(yōu)選地，沖洗模式耗費(fèi)的平均時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)模式耗費(fèi)的時(shí)間的1％與20％之間。優(yōu)選地，基于從最后一次沖洗模塊以來(lái)的時(shí)間，序列在操作期間內(nèi)是周期性的。在一個(gè)實(shí)施例中，在沖洗步驟的一部分期間，濃縮管線(18)的阻力降低。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，可加壓儲(chǔ)槽內(nèi)的液體體積超過(guò)在沖洗模式中通過(guò)模塊的液體體積。

在另一個(gè)實(shí)施例中，供水在即將開(kāi)始休眠模式之前通過(guò)包含弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的儲(chǔ)槽，從而將其保留在模塊中。在這種情況下，在退出模塊(12)前允許將不含二價(jià)陽(yáng)離子的供水從儲(chǔ)槽(22)流向模塊(12)，并在模塊(12)中保留一段時(shí)間(例如在休眠模式期間幾分鐘到數(shù)小時(shí))。這可以通過(guò)在剛生產(chǎn)完滲透物或生產(chǎn)滲透物的最后進(jìn)入沖洗模式來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘撸@可以通過(guò)在裝置不活動(dòng)時(shí)激活沖洗模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，在飲用水消耗需求低的晚上。沖洗可受一天中的時(shí)間、最后一次沖洗以來(lái)的持續(xù)時(shí)間，或響應(yīng)于產(chǎn)生滲透物的時(shí)間消耗而觸發(fā)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，沖洗是在不存在滲透時(shí)發(fā)生的。通過(guò)在休眠模式之前不久提供沖洗模式，可以延長(zhǎng)模塊(12)內(nèi)的膜(5)和進(jìn)料墊片(3)與較低ph和無(wú)鈣的供水接觸的時(shí)間。與浸泡在新鮮供水或甚至滲透水中相比，逆轉(zhuǎn)沉積結(jié)垢的可能性更大。進(jìn)一步地，與浸泡在滲透水中相比，可維持更高的回收率。

在沖洗模式稍先于休眠模式的實(shí)施例中，系統(tǒng)處于沖洗模式的時(shí)間優(yōu)選小于2分鐘、小于1分鐘，甚至小于30秒。在優(yōu)選的實(shí)施例中，在沖洗模式期間，小于1升的供水、甚至小于200ml的供水通過(guò)超濾模塊。更優(yōu)選地，在沖洗模式下通過(guò)模塊的供水體積小于模塊的進(jìn)料墊片自由容積(超濾模塊的進(jìn)料側(cè)可能包含的液體體積)的4倍，更優(yōu)選小于2倍。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在高回收率下操作的裝置的限流器(20)中也可形成結(jié)垢，并且優(yōu)選地，沖洗模式還提供在限流器中具有更小結(jié)垢可能性的進(jìn)料溶液，使得它也可以長(zhǎng)時(shí)間浸泡。在優(yōu)選的實(shí)施例中，休眠模式超過(guò)一小時(shí)。

當(dāng)沖洗模式處于休眠模式之前時(shí)，可以使所有模塊的進(jìn)料墊片自由容積包含由弱酸性離子交換樹脂處理的液體，以使得在休眠模式下結(jié)垢可以溶解。然而，對(duì)于除去結(jié)垢而言，最重要的區(qū)域在模塊的進(jìn)料墊片(3)的下游出口(9)附近。在一個(gè)實(shí)施例中，休眠模式在沖洗模式后立即開(kāi)始。然而，當(dāng)大多數(shù)加壓供水繞過(guò)儲(chǔ)槽時(shí)，兩種模式也可能在短期內(nèi)分開(kāi)。這可以通過(guò)使樹脂處理過(guò)的水的塞子沿進(jìn)料管線移動(dòng)并進(jìn)入模塊來(lái)盡可能減少樹脂的使用。也可以用更短的持續(xù)時(shí)間的沖洗模式將樹脂處理過(guò)的水的塞子插入模塊最有問(wèn)題的區(qū)域。

可以沿著裝置定位傳感器(34)從而向控制單元提供反饋，作為致動(dòng)閥(30，30')的常規(guī)部分。響應(yīng)于離子混合變化的濃縮管線(18)中的傳感器(34')有助于明確通過(guò)儲(chǔ)槽的進(jìn)料流的適當(dāng)時(shí)間，以使得改進(jìn)的進(jìn)料在進(jìn)入休眠模式之前填充模塊(12)。例如，離開(kāi)超濾模塊的酸度增加(和鈣離子減少)可以通過(guò)在濃縮管線(18)內(nèi)增加電導(dǎo)率或降低ph來(lái)檢測(cè)。

為了有效地使用樹脂容量，優(yōu)選地，模塊具有低的總進(jìn)料墊片自由容積。優(yōu)選地，進(jìn)料墊片自由容積小于每平方米膜0.2、0.15或甚至小于0.1升。一種可以實(shí)現(xiàn)該目的的方式是使用薄的進(jìn)料墊片?？商娲鼗蛘吡硗?，可以通過(guò)使用在一個(gè)或兩個(gè)方向上具有增加的厚度或每英寸股線數(shù)的雙向網(wǎng)來(lái)獲得具有低進(jìn)料墊片容積的模塊。這樣的墊片可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法(例如us4861487a、us6881336、us7459082、us8361318)構(gòu)建。膜的高滲透性(a值)也可以有助于限制理想模塊流速所需的進(jìn)料墊片面積。filmtec^tmtw30-1812-100模塊中使用的膜是最高滲透性的市售反滲透膜(a值gfd/psi)。然而，如us5876602和us6171497中所述，用氯處理這種或類似的膜可以顯著增加其流量，導(dǎo)致a值大于0.55gfd/psi(13.5l/m²/hr/bar)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，進(jìn)料墊片厚度與膜的a值的比值小于60巴秒。不幸的是，即使降低在常規(guī)流動(dòng)下操作的壓力，高滲透性膜可以通過(guò)使?jié)B透物墊片內(nèi)的流體分布不均勻而增加結(jié)垢可能性，其在靠近滲透管處具有更多的通量。在一個(gè)實(shí)施例中，與常規(guī)設(shè)計(jì)相反，滲透物墊片具有比進(jìn)料墊片更大的厚度。例如，一個(gè)12mil(0.30mm)的滲透性經(jīng)編針織物(tricot)材料可與10mil(0.25mm)厚的進(jìn)料墊片網(wǎng)組合使用。

所述主題裝置特別適用于排除泵的住宅應(yīng)用，其僅僅依賴于在線自來(lái)水源的壓力(例如10至60psi)?？商娲鼗蛄硗猓b置可以排除用于儲(chǔ)存滲透物的任何箱(38)。在這種應(yīng)用中，裝置可以安裝在用于處理飲用水的水池下面，或者與諸如制冰機(jī)和洗碗機(jī)等設(shè)備相關(guān)聯(lián)使用。在其他實(shí)施例中，組件可選地包括一個(gè)或多個(gè)泵或附加處理單元，例如位于螺旋卷繞膜模塊上游的微濾筒或下游的uv滅菌器。

為了更好地理解本發(fā)明，可以考慮用強(qiáng)酸性樹脂和弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂二者進(jìn)行操作。在住宅用水處理中，進(jìn)料組成可能會(huì)發(fā)生顯著變化，這種不可預(yù)測(cè)性是使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同于大型系統(tǒng)的幾個(gè)問(wèn)題之一。已選擇具有表i所示的初始成分的供水進(jìn)行討論。它在22℃和ph7.9下具有-0.106的lsi(朗格利爾飽和指數(shù))。據(jù)陶氏化學(xué)公司(dowchemical)的rosa(反滲透系統(tǒng)分析)軟件(版本8.0)預(yù)測(cè)，在50％的回收率之后，廢棄物中的離子濃度可能是兩倍高，并且對(duì)應(yīng)于略高的ph8.2和0.764的lsi。lsi值大于零表明環(huán)境有利于結(jié)垢。對(duì)于相對(duì)高容量的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂(amberjet^tm1600h)和弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂(imac^tmhp333)，比較了在處理該供水并避免結(jié)垢方面的能力。

表i：

氫形式的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂可與k⁺、na⁺、mg²⁺、sr²⁺以及ca²⁺交換，總計(jì)3.035meq/l。amberjet^tm1600h具有約1.75eq/l的操作能力，因此1升可以處理(1.75*1000/3.035＝288l)的進(jìn)料。相反，使用弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂，只有與碳酸氫鹽堿度(臨時(shí)硬度)相關(guān)的ca²⁺、ba²⁺以及sr²⁺被除去并且被h⁺代替，從而將流出液ph降至4-5。僅去除與碳酸氫鹽結(jié)合的那些形成結(jié)垢的陽(yáng)離子，并且當(dāng)ph達(dá)到約4.2時(shí)，該過(guò)程停止，其中羧基不再解離。由于可能結(jié)垢的水是那些同時(shí)具有鈣和堿度的水，因此這種樹脂類型對(duì)于預(yù)期用途特別有效。在感興趣的情況下，與弱酸性陽(yáng)離子樹脂的交換受碳酸鹽和碳酸氫鹽(1.72meq/l)的限制，因此僅除去約一半的3.035meq/l的二價(jià)陽(yáng)離子。然而，ph和結(jié)垢潛力兩者都顯著降低，使得預(yù)測(cè)的lsi將基本上為負(fù)，并且可以重新溶解caco3。假設(shè)堿度泄漏終點(diǎn)為50％，則hp333加工能力為2.2eq/l，這表明1升這種樹脂可以從供水中去除1280l的臨時(shí)硬度。

結(jié)果表明，弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂適用于處理的水量為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂水量的約4.4倍。對(duì)于在其壽命內(nèi)產(chǎn)生10,000l滲透物的住宅超濾模塊，50％的回收率將相當(dāng)于進(jìn)料流量的兩倍(20,000l)。所描述的兩種方法之一包括在標(biāo)準(zhǔn)操作模式和沖洗模式之間間歇地切換。對(duì)于所考慮的情況，假設(shè)存在一升樹脂并且沒(méi)有再生能力，兩種模式中的每種模式的持續(xù)時(shí)間的比值約為15。許多水將自然具有顯著更多的鈣、碳酸氫根離子或更高的ph，并且這些因素可以增加樹脂消耗的速率。根據(jù)系統(tǒng)中的其他因素，可以進(jìn)一步提高比值，或者采用弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂的替換濾芯將允許在模塊使用壽命期間增加沖洗。

操作的替代方法包括在休眠模式之前提供短沖洗模式，使得模塊的至少一部分(并且優(yōu)選地還包括濃縮管線中的限流器)可以用處理過(guò)的進(jìn)料溶液填充，其可以幫助去除潛在的結(jié)垢。如果tw30-1812-75模塊由0.3m²的90％空隙、0.43mm(17mil)厚的進(jìn)料墊片構(gòu)成，則模塊的進(jìn)料墊片自由容積為0.116l。對(duì)于之前提及的1l的hp333樹脂采用1280l處理容量，兩個(gè)模塊容積的進(jìn)料可以通過(guò)模塊沖洗超過(guò)5000次。如果將10,000l滲透液分布于約5年中處理，則可以每8小時(shí)制定一次沖洗模式。此外，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)操作，樹脂性能計(jì)算通常會(huì)假設(shè)泄漏終點(diǎn)分?jǐn)?shù)(例如50％)。例如，假設(shè)hp333的工作能力為2.2eq/l(基于50％的泄漏終點(diǎn))，但總交換容量實(shí)際上為3.85eq/l。與典型的離子交換操作不同，所公開(kāi)的方法包括在沖洗之前在儲(chǔ)槽內(nèi)的進(jìn)料溶液和樹脂之間進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間接觸，因此形成結(jié)垢離子的消耗實(shí)際上可能更大。當(dāng)與采用新鮮進(jìn)料或產(chǎn)生的滲透物填充進(jìn)料墊片相比，該方法可具有更大的除垢潛力。與使用生產(chǎn)的滲透物相比，等效的沖洗步驟對(duì)系統(tǒng)回收具有較小的負(fù)面影響。通過(guò)使用具有更高的透水性的膜或降低每平方米膜的進(jìn)料墊片容積的模塊，可以進(jìn)一步降低本方法所需的樹脂容量。

本發(fā)明已描述了許多實(shí)施例，并且在一些情況下，某些實(shí)施例、選擇、范圍、成分或其他特征已被表征為“優(yōu)選”。這種“優(yōu)選”特征的指定不應(yīng)該被解釋為本發(fā)明的基本或關(guān)鍵方面。上述每一個(gè)專利和專利申請(qǐng)中的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。