使用低能量進(jìn)料間隔件的膜過濾的制作方法
【專利摘要】在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供一種膜過濾元件。所述元件可以包括至少一個(gè)進(jìn)料間隔件，所述至少一個(gè)進(jìn)料間隔件包括第一組平行股線，所述第一組平行股線在第一方向上延伸并且包括具有第一厚度的多根第一股線和具有小于所述第一厚度的第二厚度的多根第二股線。第二組平行股線可以在橫向于所述第一方向的第二方向上延伸。所述第二組平行股線可以包括具有第三厚度的多根第三股線和具有小于所述第三厚度的第四厚度的多根第四股線。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一組股線和所述第二組股線包括交替的厚股線和薄股線，這些交替的厚股線和薄股線減少了膜過濾系統(tǒng)中的壓降。
【專利說明】使用低能量進(jìn)料間隔件的膜過濾 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001] 本申請(qǐng)要求2012年6月26日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/690, 419的權(quán)益，其披露 內(nèi)容以其全文通過引用結(jié)合在此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于膜過濾諸如反滲透系統(tǒng)的擠出網(wǎng)狀物。

【背景技術(shù)】
[0003] 膜過濾是一種用于將進(jìn)料或進(jìn)入物、液體分離成產(chǎn)品流和濃縮物流的過程。典型 地，進(jìn)料流是需要過濾或脫鹽以使得其可以用于飲用、農(nóng)業(yè)以及工業(yè)應(yīng)用的水。在膜過濾 中，膜充當(dāng)允許某些化合物穿過同時(shí)排斥其他化合物的屏障。一種類型的膜過濾是反滲透 (R0)過濾，該反滲透過濾是一個(gè)壓力驅(qū)動(dòng)過程。在滲透過程中，水由于滲透壓而將從一個(gè)高 溶質(zhì)濃度區(qū)域擴(kuò)散到一個(gè)低濃度區(qū)域，直到達(dá)到滲透均衡。反滲透是以下過程，其中壓力被 施加到高溶質(zhì)濃度體積上以便克服滲透壓并且迫使處于高溶質(zhì)濃度的水?dāng)U散穿過膜到達(dá) 低溶質(zhì)體積，從而留下溶質(zhì)。用于R0過濾的膜非常有選擇性并且?guī)缀醪辉试S溶質(zhì)穿過。
[0004] 一種類型的R0過濾系統(tǒng)被稱為螺旋纏繞元件系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，一個(gè)或多個(gè)膜包 (membraneenvelope)被包繞在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的收集管周圍。每個(gè)膜包包括兩個(gè)膜外表面和其 間的一個(gè)滲透片，該滲透片與收集管的側(cè)壁中的多個(gè)孔連通。一個(gè)進(jìn)料間隔件被布置在每 個(gè)膜包的一側(cè)上，這樣使得當(dāng)膜包被包繞在收集管周圍時(shí)，以膜包的交替層和進(jìn)料間隔件 形成螺旋構(gòu)型。該收集管、這個(gè)或這些膜包以及這個(gè)或這些進(jìn)料間隔件組合以便形成一個(gè) 螺旋纏繞元件。典型地，多個(gè)元件被串聯(lián)和并聯(lián)地組合以便處理更大量的進(jìn)料液體。
[0005] 在使用中，將螺旋纏繞元件放置在一個(gè)壓力容器中，并且在壓力下將含有高濃度 溶質(zhì)的水（稱為進(jìn)料水）泵送到壓力容器的一端中。進(jìn)料水通過由進(jìn)料間隔件形成的膜包 之間的通道進(jìn)入螺旋纏繞膜并且平行于收集管的軸線行進(jìn)。進(jìn)料水的一部分由于進(jìn)料水超 過滲透壓的高壓而擴(kuò)散穿過膜并且進(jìn)入滲透片中。滲透片在螺旋方向上引導(dǎo)水，直到水到 達(dá)收集管并且隨后軸向地行進(jìn)到螺旋纏繞元件的末端。沒有擴(kuò)散穿過膜的進(jìn)料水繼續(xù)在軸 向方向上行進(jìn)并且典型地被轉(zhuǎn)移到與第一螺旋纏繞元件串聯(lián)連接的另一個(gè)螺旋纏繞元件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供一種螺旋纏繞過濾元件，所述螺旋纏繞過濾元件包括： 一個(gè)中央收集管，所述中央收集管具有被限定在其中的至少一個(gè)孔；至少一個(gè)膜包，所述至 少一個(gè)膜包被附接到所述中央收集管上并且具有由一個(gè)間隔件隔開的兩個(gè)膜片，所述至少 一個(gè)膜包被構(gòu)造成包繞在所述中央收集管周圍以便形成螺旋；以及至少一個(gè)進(jìn)料間隔件， 所述至少一個(gè)進(jìn)料間隔件被構(gòu)造成在被包繞在所述中央收集管周圍時(shí)鄰近至少一個(gè)膜片 被布置并且形成接收有待過濾的液體的一個(gè)通道。所述進(jìn)料間隔件可以包括網(wǎng)狀物，所述 網(wǎng)狀物包括第一組平行股線，所述第一組平行股線在第一方向上延伸并且包括具有第一厚 度的多根第一股線和具有小于所述第一厚度的第二厚度的多根第二股線；以及第二組平行 股線，所述第二組平行股線在橫向于所述第一方向的第二方向上延伸。所述第一組股線和 所述第二組股線可以始終位于彼此的同一側(cè)上。
[0007] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供一種擠出網(wǎng)狀物，所述擠出網(wǎng)狀物包括第一組平行股 線，所述第一組平行股線在第一方向上延伸并且包括具有第一厚度的多根第一股線和具有 小于所述第一厚度的第二厚度的多根第二股線；以及第二組平行股線，所述第二組平行股 線在橫向于所述第一方向的第二方向上延伸并且包括具有第三厚度的多根第三股線和具 有小于所述第三厚度的第四厚度的多根第四股線。所述第一組股線和所述第二組股線可 以始終位于彼此的同一側(cè)上，并且所述第一組平行股線可以包括交替的第一股線和第二股 線，并且所述第二組平行股線可以包括交替的第三股線和第四股線。
[0008] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供一種螺旋纏繞過濾元件，所述螺旋纏繞過濾元件包括： 一個(gè)中央收集管，所述中央收集管具有被限定在其中的至少一個(gè)孔；至少一個(gè)膜包，所述至 少一個(gè)膜包被附接到所述中央收集管上并且具有由一個(gè)間隔件隔開的兩個(gè)膜片，所述至少 一個(gè)膜包被構(gòu)造成被包繞在所述中央收集管周圍以便形成一個(gè)螺旋；以及至少一個(gè)進(jìn)料間 隔件，所述至少一個(gè)進(jìn)料間隔件在被包繞在所述中央收集管周圍時(shí)鄰近至少一個(gè)膜片被布 置并且形成接收有待過濾的液體的一個(gè)通道。所述進(jìn)料分離裝置可以包括一個(gè)擠出網(wǎng)狀 物，所述擠出網(wǎng)狀物包括第一組平行股線，所述第一組平行股線在第一方向上延伸并且包 括具有第一厚度的多根第一股線和具有小于所述第一厚度的第二厚度的多根第二股線；以 及第二組平行股線，所述第二組平行股線在橫向于所述第一方向的第二方向上延伸并且包 括具有第三厚度的多根第三股線和具有小于所述第三厚度的第四厚度的多根第四股線。所 述第一組股線和所述第二組股線可以始終位于彼此的同一側(cè)上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的反滲透螺旋纏繞元件的剖視圖；
[0010] 圖2是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的網(wǎng)狀物的透視圖；
[0011] 圖3是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的網(wǎng)狀物的頂視圖；
[0012] 圖4是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的相鄰膜片之間的網(wǎng)狀物的截面；
[0013] 圖5是相鄰膜片之間的現(xiàn)有技術(shù)網(wǎng)狀物的截面；并且
[0014] 圖6是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的相鄰膜片之間的網(wǎng)狀物的截面的照片。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 根據(jù)所要求的，在此披露本發(fā)明的詳細(xì)的實(shí)施例；然而，應(yīng)理解的是，這些披露的 實(shí)施例僅是本發(fā)明的示例，可以將它們以不同的并且是可替代的形式實(shí)施。這些圖不是必 須按比例的；為了顯示具體元件的細(xì)節(jié)，一些特征可能被夸大或縮小。因此，在此披露的具 體結(jié)構(gòu)的和功能的細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而是僅作為一種代表基準(zhǔn)用于傳授給本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員以多樣化地使用本發(fā)明。
[0016] 除了在實(shí)施例中或以其他方式明確說明的地方之外，在描述本發(fā)明的最寬范圍 中，本說明書中表示材料數(shù)量或反應(yīng)條件和/或用途的所有數(shù)值量將被理解為由詞語"約" 修飾。在所述數(shù)值限制內(nèi)的實(shí)踐通常是優(yōu)選的。另外，除非明確進(jìn)行相反的陳述，否則：百 分比、"的一部分"以及比值是按重量計(jì)；術(shù)語"聚合物"包括"低聚物"、"共聚物"、"三元共 聚物"等；適用于或優(yōu)選用于與本發(fā)明有關(guān)的一個(gè)給定目的的材料群組或類別的描述暗示 著該群組或類別的成員中的任何兩個(gè)或更多個(gè)的混合物是同樣適合的或優(yōu)選的；化學(xué)術(shù)語 中組分的描述是指添加到描述中所指定的任何組合中的組分，并且不一定排除混合之后混 合物的組分之間的化學(xué)交互作用；并且首字母縮略詞或其他縮寫的第一定義適用于同一縮 寫在此的所有隨后使用并且加上必要的變更以便適用于初始定義縮寫的正常語法變異。
[0017] 參照?qǐng)D1，示出一種反滲透（R0)系統(tǒng)螺旋纏繞元件1。雖然示出一個(gè)R0系統(tǒng)，但 相同的一般構(gòu)型總體上可適用于多種膜過濾系統(tǒng)。螺旋纏繞元件（所述元件）1典型地被 配置成被放置在一個(gè)壓力容器2 (未示出）中。元件1包括至少一個(gè)膜包4,該至少一個(gè)膜 包包括包封一個(gè)間隔件、一般來說一個(gè)滲透片8的兩個(gè)膜片6。滲透片8是沿著一條邊附接 到一個(gè)收集管10上，該收集管具有在軸向方向上間隔開的多個(gè)孔12。一個(gè)進(jìn)料間隔件14 被設(shè)置在每個(gè)膜包4之間，這樣使得每個(gè)膜包4中的至少一個(gè)膜片6是與一個(gè)進(jìn)料間隔件 14相接觸。當(dāng)這個(gè)或這些膜包4和這個(gè)或這些進(jìn)料間隔件14以收集管10為軸向中心處而 被卷成螺旋時(shí)，形成螺旋纏繞元件1。這些進(jìn)料間隔件14在相鄰膜片6之間形成多個(gè)通道 16,從而允許進(jìn)料液體沿著膜片6的表面通過。
[0018] 當(dāng)元件1被放置在一個(gè)壓力容器中時(shí)，進(jìn)料液體在一個(gè)進(jìn)料液體入口端18處在壓 力下被提供并且該液體進(jìn)入由進(jìn)料間隔件14形成的通道16中。該進(jìn)料液體在平行于收集 管10的軸向方向上行進(jìn)。當(dāng)該進(jìn)料液體在膜片6的表面上行進(jìn)時(shí)，該液體的一部分在壓力 下擴(kuò)散穿過膜片6并且進(jìn)入滲透片8中。與進(jìn)料液體相比含有很少或沒有溶質(zhì)的此液體隨 后在螺旋路徑中行進(jìn)穿過滲透片8以及收集管10中的孔12。行進(jìn)穿過收集管10的液體一 般被稱為滲透液體或產(chǎn)品液體。沒有擴(kuò)散穿過膜片6的進(jìn)料液體繼續(xù)在軸向方向上行進(jìn)， 直到該進(jìn)料液體到達(dá)元件1的一個(gè)出口端20。在元件1的出口端20處，產(chǎn)品液體被去除并 且剩余進(jìn)料液體一般被轉(zhuǎn)移到另一個(gè)螺旋纏繞元件1來重復(fù)該過程以便增加產(chǎn)品液體的 產(chǎn)量。
[0019] 一般來說，并且特別是對(duì)于R0過濾來說，膜過濾存在若干挑戰(zhàn)。一個(gè)挑戰(zhàn)是沿著 螺旋纏繞元件的縱向長(zhǎng)度以及在串聯(lián)連接時(shí)從一個(gè)過濾元件到下一個(gè)過濾元件的壓降。進(jìn) 料間隔件是壓降的一個(gè)主要來源，因?yàn)樵撨M(jìn)料間隔件抵制進(jìn)料液體流動(dòng)穿過螺旋纏繞元 件。因此，必須增大R0過濾系統(tǒng)中的壓降，這提高了操作和維護(hù)成本。第二挑戰(zhàn)是積垢，特 別是生物積垢。當(dāng)沉積物在膜上堆積或增長(zhǎng)時(shí)發(fā)生積垢，這可能要求增大進(jìn)料壓力，并且可 能損壞膜或減少膜的壽命。在沉積物本質(zhì)上是生物諸如細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物等時(shí)，發(fā)生生 物積垢。這些微生物可以沉積和/或可以生長(zhǎng)在膜上，從而降低效率并且要求清洗。第三挑 戰(zhàn)是濃差極化，其中膜表面處或附近的鹽濃度增大。這使膜表面處的滲透壓增大并且可以 導(dǎo)致液體傳輸減少并且溶質(zhì)傳輸增加。進(jìn)料間隔件在解決和/或緩解這些問題中起作用。
[0020] 參照?qǐng)D2至圖4,本披露提供一個(gè)進(jìn)料間隔件14,該進(jìn)料間隔件提供相對(duì)高的R0 過濾通量，同時(shí)解決多個(gè)問題諸如壓降、生物積垢以及濃差極化。在至少一個(gè)實(shí)施例中，本 披露的進(jìn)料間隔件14形成為擠出網(wǎng)狀物30,所述擠出網(wǎng)狀物包括第一組股線32和第二組 股線34。在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一組股線32中的股線是彼此平行布置并且在第一方向上 延伸，并且第二組股線34中的股線是彼此平行布置并且在總體上橫向于該第一方向的第 二方向上延伸。在至少一個(gè)實(shí)施例中，該第一方向和該第二方向是基本上垂直的，這樣使得 第一股線32和第二股線34以直角（90° )相交。
[0021] 然而，應(yīng)理解的是，第一股線32和第二股線34可以不同于90°的角度相交。在 一個(gè)實(shí)施例中，第一股線32和第二股線34在平行于元件的縱向軸線的方向上以從60度至120度的角度相交。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一股線32和第二股線34在平行于元件的縱向 軸線的方向上以從65度至110度的角度相交。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一股線32和第二股 線34在平行于元件的縱向軸線的方向上以從70度至100度的角度相交。在另一個(gè)實(shí)施例 中，第一股線32和第二股線34在平行于元件的縱向軸線的方向上以從75度至90度的角 度相交。
[0022] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，這些股線32和34是多個(gè)擠出聚合物細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，這些擠出 聚合物細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件在離開一個(gè)或多個(gè)擠出模時(shí)或之后不久便交叉并且相交，從而形成網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)。在這個(gè)實(shí)施例中，遍及網(wǎng)狀物30,股線32和34停留在彼此的同一側(cè)上。然而，股線32 和34還可以是由多根擠出股線形成，這些擠出股線在擠出過程中被編織或交織在一起而 不是交叉。股線32和34可以是由任何適合的材料諸如聚烯烴、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、縮 醛、含氟聚合物、聚氨酯以及彈性體制成。在至少一個(gè)實(shí)施例中，股線32和/或34是由聚 丙烯制成。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線32和/或34是由聚乙烯諸如低密度聚乙烯（LDPE)、 高密度聚乙烯（HDPE)或超高分子量聚乙烯（UHMWPE)制成。在至少一個(gè)實(shí)施例中，股線32 和34是由相同的材料制成。然而，在其他實(shí)施例中，可以考慮的是，股線32可以是由與股 線34不同的材料制成。
[0023] 如在圖2至圖4中示例性示出，在至少一些實(shí)施例中，兩組股線32和34均包括至 少兩種不同尺寸的股線。每組股線32和34包括識(shí)別為A的大股線和識(shí)別為B的較小股線。 因此，第一組股線32具有帶有第一厚度的多根第一股線（A股線）和帶有第二厚度的多根 第二股線（B股線），并且第二組股線34具有帶有第三厚度的多根第三股線（A股線）和帶 有第四股線的多根第四股線（B股線）。股線A和B可以獨(dú)立地是任何適合的尺寸，只要A 明顯大于B。
[0024]目前認(rèn)為，所具有的兩組股線32、34均具有交替的A股線和B股線的一個(gè)進(jìn)料間 隔件14是對(duì)R0螺旋纏繞元件來說最有效的構(gòu)型，因?yàn)檫@種構(gòu)型使得壓降減小，同時(shí)仍利用 膜片6維持足夠的支撐點(diǎn)密度，以便維持通道16的完整性。另外，當(dāng)兩組股線32、34具有 交替的A股線和B股線時(shí)，進(jìn)料間隔件14上的流在通道16中是基本上對(duì)稱的并且使每個(gè) 膜片6暴露于類似的條件。然而，在一些實(shí)施例中，一組股線32或股線34可以具有帶有均 勻厚度的股線，例如，僅A股線或僅B股線，而另一組股線32或股線34具有A股線和B股 線兩者，如上所述。在再其他實(shí)施例中，股線32和股線34中的任一種或兩種均可以包括具 有第三厚度的股線或不同于A股線和B股線的C股線。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，股線A具有千分之五至千分之四十英寸或5至40密耳（0. 127 至1.016mm)的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線A具有8至35密耳（0.203至0.889mm)的 厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線A具有10至30密耳（0.254至0.762mm)的厚度。在另一 個(gè)實(shí)施例中，股線A具有15至25密耳（0.381至0.635mm)的厚度。在又一個(gè)實(shí)施例中， 股線A具有20密耳（0. 508mm)的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，股線B具有3至35密耳（0. 076 至0. 889mm)的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線B具有3至25密耳（0. 076至0. 635mm)的 厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線B具有3至20密耳（0.076至0.508mm)的厚度。在另一個(gè) 實(shí)施例中，股線B具有5至15密耳（0. 127至0.381mm)的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線B具有7至12密耳（0. 178至0.305mm)的厚度。在又一個(gè)實(shí)施例中，股線B具有10密耳 (0.254mm)的厚度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，股線32中的A股線和B股線具有與股線34中 的A股線和B股線相同的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線32和34的A股線具有相同的厚 度并且B股線具有不同的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線32和34的B股線具有相同的厚 度并且A股線具有不同的厚度。在又一個(gè)實(shí)施例中，股線32和34的A股線和B股線均具 有不同的厚度。
[0026] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，股線32和34(A和B)具有一個(gè)圓形截面。然而，可以考慮 的是，可以使用任何適合的形狀。當(dāng)這些股線具有圓形截面時(shí)，厚度是通過測(cè)量股線32和 34的直徑來測(cè)量。在其中股線32和34具有圓形截面的一些實(shí)施例中，股線32和34的厚 度貫穿它們的長(zhǎng)度保持基本上恒定。然而，在其他實(shí)施例中，股線32和34可以具有位于相 交點(diǎn)38之間的多個(gè)厚度減小的部分。
[0027] 如在圖4中可以最佳地看出，網(wǎng)狀物30的厚度是不均勻的，因?yàn)榇嬖谌N不同類 型的股線32和34的相交點(diǎn)：A/A、A/B以及B/B。為了進(jìn)行比較，在圖5中示出具有均勻股 線厚度和均勻總厚度的一個(gè)典型的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)料間隔件。在圖6中示出包括具有22密耳 的厚度的A股線和具有12密耳的厚度的B股線的網(wǎng)狀物30的一個(gè)實(shí)例在兩個(gè)膜片之間的 截面。當(dāng)兩根A股線相交時(shí)，網(wǎng)狀物30的厚度是處于其最大值，并且當(dāng)兩根B股線相交時(shí)， 網(wǎng)狀物30的厚度是處于其最小值。如在此所使用，網(wǎng)狀物30的整體厚度是指兩根A股線 的交點(diǎn)38或網(wǎng)狀物30的最大厚度。另外，網(wǎng)狀物30的厚度可能并不始終對(duì)應(yīng)于A股線的 厚度的兩倍。如圖4中所示，這兩根股線可以在相交點(diǎn)38處部分地合并，或彼此"陷入"。 股線32和34的合并量可以基于處理參數(shù)變化。在一個(gè)實(shí)施例中，合并量可以是從0. 1%至 30%。在另一個(gè)實(shí)施例中，合并量可以是從5%至20%。在另一個(gè)實(shí)施例中，合并量可以是 從10%至15%。例如，在各自具有20密耳（0.508mm)的直徑的兩根A股線的交點(diǎn)38處， 網(wǎng)狀物30的厚度可以是34密耳（0. 864mm)而不是40密耳（1. 016mm，每根股線的厚度的兩 倍）。在這個(gè)實(shí)例中，將存在15%的合并。
[0028] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)狀物30具有20至80密耳（0. 508至2. 032mm)的總體 厚度，如在相交點(diǎn)38處測(cè)得。在另一個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)狀物30具有22至65密耳（0. 559至 1. 651mm)的總體厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)狀物30具有25至50密耳（0. 635至1. 270mm) 的總體厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)狀物30具有28至45密耳（0. 711至1. 143mm)的總體 厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)狀物30具有30至40密耳（0. 762至1. 016mm)的總體厚度。
[0029] 在圖2至圖4所示的實(shí)施例中，股線32和34各自具有交替的A股線和B股線， 艮P，股線順序是ABAB……。目前認(rèn)為，一個(gè)交替的股線順序是對(duì)R0螺旋纏繞元件1來說最 有效的順序，因?yàn)榻惶娴墓删€順序提供一個(gè)更加一致的和/或恒定的流量并且在通道16的 湍流形成與支撐之間提供最有效的平衡。然而，也可以考慮其他股線順序，其中多根A股線 是在B股線之間重復(fù)的，或反之亦然（例如，ABBABB或AABAAB)。另外，A股線和B股線可 以成批被安排，例如AABB或AAABB。在圖2至圖4所示的實(shí)施例中，股線32和34具有相同 股線順序，然而股線32和34可以具有不同的股線順序，這些股線序順序可以是以上順序的 任何組合。
[0030] 多組股線32和34中的股線可以在其間具有一個(gè)均勻的間隔，該間隔是股線間隔。 在圖2至圖4所示的實(shí)施例中，股線32和34具有相同的股線間隔，然而，對(duì)于每組股線來 說，股線間隔可以是不同的。股線間隔可以作為每英寸股線數(shù)來測(cè)量。在至少一個(gè)實(shí)施例 中，股線間隔是2至30根股線每英寸。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線間隔是3至25根股線每英 寸。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線間隔是5至20根股線每英寸。在另一個(gè)實(shí)施例中，股線間隔 是7至15根股線每英寸。在又一個(gè)實(shí)施例中，股線間隔是9根股線每英寸。此外，應(yīng)當(dāng)理 解的是，可以使用通過股線32和34相交形成的各種尺寸的開口 40。此外，雖然孔或開口 40在附圖中示出為是方形的，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任何適合的形狀和尺寸。例如，如 果股線32和34是垂直的并且一組股線具有比另一組更小的股線間隔，那么可以形成矩形 開口 40。如果股線32和34不是垂直的，那么開口 40可以具有一個(gè)菱形的形狀。
[0031] 股線32和34的交替厚度（也稱為交替股線設(shè)計(jì)）在諸如壓降、生物積垢、膜損壞 以及濃差極化等方面提供對(duì)當(dāng)前可用進(jìn)料間隔件的改進(jìn)。以下論述的優(yōu)點(diǎn)涉及為獲得純凈 水或飲用水而對(duì)鹽水進(jìn)行的過濾，然而相同的原理適用于其他進(jìn)料液體的過濾。
[0032] 與自始至終具有均勻股線厚度的常規(guī)進(jìn)料間隔件相比，交替股線設(shè)計(jì)（ASD)導(dǎo)致 壓降減小。在一個(gè)實(shí)施例中，具有一個(gè)ASD進(jìn)料間隔件的一個(gè)膜過濾元件中的壓降比具有 一個(gè)常規(guī)進(jìn)料間隔件（即，具有均勻厚度的股線的一個(gè)進(jìn)料間隔件，如圖5中所示）的相 同元件小至少10%。在另一個(gè)實(shí)施例中，具有一個(gè)ASD進(jìn)料間隔件的一個(gè)膜過濾元件中 的壓降比具有一個(gè)常規(guī)進(jìn)料間隔件的相同元件小至少15%。在另一個(gè)實(shí)施例中，具有一個(gè) ASD進(jìn)料間隔件的一個(gè)膜過濾元件中的壓降比具有一個(gè)常規(guī)進(jìn)料間隔件的相同元件小至少 20 %。在另一個(gè)實(shí)施例中，具有一個(gè)ASD進(jìn)料間隔件的一個(gè)膜過濾元件中的壓降比具有一 個(gè)常規(guī)進(jìn)料間隔件的相同元件小至少25%。在另一個(gè)實(shí)施例中，具有一個(gè)ASD進(jìn)料間隔件 的一個(gè)膜過濾元件中的壓降比具有一個(gè)常規(guī)進(jìn)料間隔件的相同元件小至少30%。在另一個(gè) 實(shí)施例中，具有一個(gè)ASD進(jìn)料間隔件的一個(gè)膜過濾元件中的壓降比具有一個(gè)常規(guī)進(jìn)料間隔 件的相同元件小至少35%。
[0033] 在不受堅(jiān)持任何特定理論的情況下，認(rèn)為壓降減小是至少部分地由于B股線的股 線表面積減少（與具有全部A股線的常規(guī)進(jìn)料間隔件相比）。股線表面積減小導(dǎo)致形狀阻 力減小，從而有助于減小網(wǎng)狀物30對(duì)在其上方并且在膜片6的表面上流動(dòng)的水的阻力。與 常規(guī)進(jìn)料間隔件網(wǎng)狀物（即，具有均勻股線厚度的網(wǎng)狀物）相比的總體網(wǎng)狀物股線表面積 的減小基于A股線和B股線的厚度變化。在至少一個(gè)實(shí)施例中，總體網(wǎng)狀物股線表面積減 少了至少1〇%。在另一個(gè)實(shí)施例中，總體網(wǎng)狀物股線表面積減少了至少25%。
[0034]ASD的另一個(gè)結(jié)果是：與處于同一進(jìn)料速率下的常規(guī)進(jìn)料間隔件相比，鹽水或其 他液體的流速減小。一個(gè)減小的流速意味著膜表面處減小的切應(yīng)力以及鹽水中減小的湍 流。由于切應(yīng)力和湍流在解決多個(gè)問題諸如生物積垢和濃差極化（在下文論述）方面是有 益的，因此有利的是，增大進(jìn)料速率以使流速、切應(yīng)力以及湍流回升至典型水平（即，利用 一個(gè)典型的、均勻的股線厚度進(jìn)料間隔件實(shí)現(xiàn)的那些水平）。然而，當(dāng)使用ASD進(jìn)料間隔件 14時(shí)進(jìn)料速率的增大不會(huì)使壓降增大到比典型螺旋纏繞元件中更高的一個(gè)水平。相反，壓 降可以保持比在典型元件中更低。因此，一個(gè)R0過濾系統(tǒng)可以在比一個(gè)典型系統(tǒng)更高的一 個(gè)進(jìn)料速率下操作，但具有相同的或更低的壓降以及相同的或更好的切應(yīng)力和湍流。可替 代地，過濾系統(tǒng)可以在與一個(gè)典型系統(tǒng)相同的進(jìn)料速率下操作，但壓降減小。因此，任一種 操作方法可以導(dǎo)致較低的能耗。
[0035] 生物積垢是微生物在膜表面上的沉積和/或生長(zhǎng)，這可以導(dǎo)致壓降增大、水穿過 膜的擴(kuò)散減小以及穿過膜的鹽量增大。生物積垢在進(jìn)料間隔件接觸膜的區(qū)域中增加。ASD 導(dǎo)致進(jìn)料間隔件14與膜片6之間的接觸面積減小，并且因此導(dǎo)致生物積垢減少，因?yàn)楣删€ 32和34的B股線并不接觸膜片6。典型的網(wǎng)狀物30自始至終具有均勻的厚度；因此，每個(gè) 相交點(diǎn)38均接觸兩個(gè)相鄰的膜片6。在具有帶有ASD的網(wǎng)狀物30的元件1中，大多數(shù)相交 點(diǎn)38僅接觸一個(gè)相鄰膜片6或不接觸相鄰膜片。如圖4中所示，BB股線的相交點(diǎn)38不接 觸相鄰膜片6中的任一個(gè)，并且AB股線的相交點(diǎn)38僅接觸一個(gè)相鄰膜片6。除了與膜6的 接觸面積減少之外，具有ASD的進(jìn)料間隔件14還導(dǎo)致其中股線較薄的區(qū)域中的水速減小。 高的水速是與更多的生物積垢生長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)，因?yàn)楦嗟臓I(yíng)養(yǎng)素被帶到高水速的區(qū)域。因此， ASD進(jìn)料間隔件14的較低水速意味著在B股線的區(qū)域中存在較少的營(yíng)養(yǎng)素，這減少了那些 區(qū)域中的生物積垢。
[0036] 為進(jìn)一步減少生物積垢堆積，股線32和34可以涂布有一個(gè)低C0F涂層或可以具 有一個(gè)低C0F添加劑包含于它們的組成中。在一個(gè)實(shí)施例中，低C0F添加劑是UHMWPE( - 般具有1至6百萬Da的分子量）。在另一個(gè)實(shí)施例中，低C0F添加劑是聚四氟乙烯（PTFE， 也稱為特氟綸）。如果存在的話，低C0F添加劑可以按重量計(jì)占進(jìn)料間隔件14的0. 1 %至 10%。在另一個(gè)實(shí)施例中，低C0F添加劑可以按重量計(jì)占進(jìn)料間隔件14的1 %至7. 5%。 在另一個(gè)實(shí)施例中，低C0F添加劑可以按重量計(jì)占進(jìn)料間隔件14的約5 %。低C0F添加劑 可以包括活性組分和非活性組分。在一個(gè)實(shí)施例中，低C0F添加劑按重量計(jì)包括0. 1 %至 75%的活性組分。在另一個(gè)實(shí)施例中，低C0F添加劑按重量計(jì)包括1 %至50%的活性組分。 在另一個(gè)實(shí)施例中，低C0F添加劑按重量計(jì)包括10 %至40%的活性組分。在另一個(gè)實(shí)施例 中，低C0F添加劑按重量計(jì)包括約25%的活性組分。低C0F添加劑的其余部分（balance) 可以是一種非活性載體，如一種載體樹脂。該載體樹脂可以是一種聚烯烴，例如LDPE、HDPE 或聚丙烯（PP)。
[0037] 減少生物積垢可以減小一個(gè)膜過濾元件每年所需的膜清洗周期數(shù)。用于清洗膜的 化學(xué)品可以導(dǎo)致膜損壞，因此生物積垢減少還可以減少膜損壞。除了減少生物積垢之外，具 有ASD的進(jìn)料間隔件14與膜片6之間的接觸面積減小也減少膜損壞。較少的接觸膜片6 的交點(diǎn)38導(dǎo)致進(jìn)料間隔件14與膜片6之間發(fā)生較少的刮擦和摩擦。
[0038] 另外，由于因ASD進(jìn)料間隔件14的使用而導(dǎo)致壓降減?。粚?duì)于一個(gè)另外相似的元 件1，進(jìn)料間隔件14可以被制作得比常規(guī)進(jìn)料間隔件更薄。如果一個(gè)常規(guī)進(jìn)料間隔件被制 作得較薄以便具有與ASD進(jìn)料間隔件14相同的厚度，那么在元件1中可能存在不可接受的 壓降。具有一個(gè)較薄進(jìn)料間隔件14允許更多的膜包4被包繞在收集管10周圍，從而增加 典型地具有約16英寸的最大直徑的元件1內(nèi)膜片6表面積的量。 實(shí)例1
[0039] 使用ASD進(jìn)料間隔件纏繞兩個(gè)半咸水反滲透（BWR0)過濾系統(tǒng)并且與使用具有均 勻厚度的常規(guī)進(jìn)料間隔件的兩個(gè)BWR0過濾系統(tǒng)進(jìn)行比較。這些過濾元件的直徑為8英寸 并且長(zhǎng)度為40英寸，并且在以下在表1中示出的條件下并行測(cè)試一小時(shí)。ASD進(jìn)料間隔件 和常規(guī)進(jìn)料間隔件兩者均具有34密耳（約0. 86mm)的厚度并且具有25個(gè)膜片和12個(gè)進(jìn) 料間隔件。以下在表2中示出該測(cè)試的結(jié)果。ASD進(jìn)料間隔件和常規(guī)進(jìn)料間隔件的排斥率 (例如，被阻止穿過膜片的溶質(zhì)的百分比）是相似的。具有ASD進(jìn)料間隔件的元件具有略微 更高的流量（基于m3/天）。與具有一個(gè)傳統(tǒng)間隔件的元件相比，具有ASD間隔件的元件的 壓降（AP)示出約23. 3%的平均降低。

【權(quán)利要求】
1. 一種螺旋纏繞過濾元件，包括： 一個(gè)中央收集管，所述中央收集管具有被限定在其中的至少一個(gè)孔； 至少一個(gè)膜包，所述至少一個(gè)膜包被附接到所述中央收集管上并且具有由一個(gè)間隔件 隔開的兩個(gè)膜片，所述至少一個(gè)膜包被構(gòu)造成包繞在所述中央收集管上以便形成螺旋；以 及 至少一個(gè)進(jìn)料間隔件，所述至少一個(gè)進(jìn)料間隔件被構(gòu)造成在包繞在所述中央收集管周 圍時(shí)鄰近至少一個(gè)膜片被布置并且形成用于接收有待過濾的液體的一個(gè)通道，所述進(jìn)料間 隔件包括網(wǎng)狀物，所述網(wǎng)狀物包括： 第一組平行股線，所述第一組平行股線在第一方向上延伸，并且包括具有第一厚度的 多根第一股線和具有小于所述第一厚度的第二厚度的多根第二股線；以及 第二組平行股線，所述第二組平行股線在橫向于所述第一方向的第二方向上延伸； 其中所述第一組股線和所述第二組股線始終位于彼此的同一側(cè)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的螺旋纏繞過濾元件，其中所述第二組平行股線包括具有第三厚 度的多根第三股線和具有小于所述第三厚度的第四厚度的多根第四股線。
3. 如權(quán)利要求1所述的螺旋纏繞過濾元件，其中所述第一組平行股線包括交替的第一 股線和第二股線。
4. 如權(quán)利要求2所述的螺旋纏繞過濾元件，其中所述第一組平行股線包括交替的第一 股線和第二股線，并且所述第二組平行股線包括交替的第三股線和第四股線。
5. 如權(quán)利要求2所述的螺旋纏繞過濾元件，其中這些第一股線和這些第三股線具有5 至40密耳的厚度，并且這些第二股線和這些第四股線具有3至35密耳的厚度。
6. 如權(quán)利要求2所述的螺旋纏繞過濾元件，其中這些第一股線和這些第三股線具有8 至35密耳的厚度，并且這些第二股線和這些第四股線具有5至15密耳的厚度。
7. 如權(quán)利要求2所述的螺旋纏繞過濾元件，其中這些第一股線和這些第三股線具有10 至30密耳的厚度，并且這些第二股線和這些第四股線具有7至12密耳的厚度。
8. 如權(quán)利要求2所述的螺旋纏繞過濾元件，其中這些第一股線和這些第三股線具有相 同的厚度，并且這些第二股線和這些第四股線具有相同的厚度。
9. 如權(quán)利要求2所述的螺旋纏繞過濾元件，其中所述網(wǎng)狀物在這些第一股線與這些第 三股線的交點(diǎn)處具有25至50密耳的總厚度。
10. 如權(quán)利要求1所述的螺旋纏繞過濾元件，其中所述第一組平行股線垂直于所述第 二組平行股線。
11. 如權(quán)利要求1所述的螺旋纏繞過濾元件，其中所述第一組平行股線與所述第二組 平行股線在平行于所述元件的縱向軸線的方向上以65至110度的角度相交。
12. 如權(quán)利要求1所述的螺旋纏繞過濾元件，其中與具有其中股線具有基本上完全相 同厚度的進(jìn)料間隔件的相同螺旋纏繞過濾元件相比，所述螺旋纏繞過濾元件的壓降減少了 至少10%。
13. 如權(quán)利要求1所述的螺旋纏繞過濾元件，其中所述進(jìn)料間隔件包括按重量計(jì)0. 1% 至10 %的超高分子量聚乙烯。
14. 一種擠出網(wǎng)狀物，包括： 第一組平行股線，所述第一組平行股線在第一方向上延伸，并且包括具有第一厚度的 多根第一股線和具有小于所述第一厚度的第二厚度的多根第二股線；以及 第二組平行股線，所述第二組平行股線在橫向于所述第一方向的第二方向上延伸，并 且包括具有第三厚度的多根第三股線和具有小于所述第三厚度的第四厚度的多根第四股 線. 其中所述第一組股線和所述第二組股線始終位于彼此的同一側(cè)上，并且所述第一組平 行股線包括交替的第一股線和第二股線并且所述第二組平行股線包括交替的第三股線和 第四股線。
15. 如權(quán)利要求14所述的擠出網(wǎng)狀物，進(jìn)一步包括按重量計(jì)0. 1 %至10%的超高分子 量聚乙烯。
16. 如權(quán)利要求14所述的擠出網(wǎng)狀物，其中這些第一股線和這些第三股線具有5至40 密耳的厚度，并且這些第二股線和這些第四股線具有3至35密耳的厚度。
17. 如權(quán)利要求14所述的擠出網(wǎng)狀物，其中這些第一股線和這些第三股線具有8至35 密耳的厚度，并且這些第二股線和這些第四股線具有5至15密耳的厚度。
18. 如權(quán)利要求14所述的擠出網(wǎng)狀物，其中所述網(wǎng)狀物在所述第一組平行股線與所述 第二組平行股線的交點(diǎn)處具有25至50密耳的總厚度。
19. 如權(quán)利要求14所述的擠出網(wǎng)狀物，其中所述第一組平行股線與所述第二組平行股 線在平行于所述元件的縱向軸線的方向上以65至100度的角度相交。
20. -種螺旋纏繞過濾元件，包括： 一個(gè)中央收集管，所述中央收集管具有被限定在其中的至少一個(gè)孔； 至少一個(gè)膜包，所述至少一個(gè)膜包被附接到所述中央收集管上并且具有由一個(gè)間隔件 隔開的兩個(gè)膜片，所述至少一個(gè)膜包被構(gòu)造成包繞在所述中央收集管上以便形成螺旋；以 及 至少一個(gè)進(jìn)料間隔件，所述至少一個(gè)進(jìn)料間隔件在包繞在所述中央收集管周圍時(shí)鄰近 至少一個(gè)膜片被布置并且形成用于接收有待過濾的液體的一個(gè)通道，所述進(jìn)料間隔件包括 網(wǎng)狀物，所述網(wǎng)狀物包括： 第一組平行股線，所述第一組平行股線在第一方向上延伸，并且包括具有第一厚度的 多根第一股線和具有小于所述第一厚度的第二厚度的多根第二股線；以及 第二組平行股線，所述第二組平行股線在橫向于所述第一方向的第二方向上延伸，并 且包括具有第三厚度的多根第三股線和具有小于所述第三厚度的第四厚度的多根第四股 線. 其中所述第一組股線和所述第二組股線始終位于彼此的同一側(cè)上。
【文檔編號(hào)】B01D61/02GK104411385SQ201380034171
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】A·J·基德韋爾 申請(qǐng)人:康韋德塑料制品有限公司