專利名稱：纖維監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種在纖維膜過濾系統(tǒng)中探測斷裂纖維位置的方法。
本發(fā)明已發(fā)展到用于與廢水處理有關(guān)的領(lǐng)域，并且下文將參照該用途來說明，然而應(yīng)該看到本發(fā)明并不局限于這種特殊的領(lǐng)域。
纖維膜過濾是一種成熟的方法，它使用大量空心管狀的微孔纖維，每根纖維都允許濾液通過纖維壁上的微孔從纖維外部流入纖維內(nèi)部，而從過濾中濾掉雜質(zhì)。例如，微孔的直徑大約是0.2微米。
實(shí)際上，數(shù)千根纖維捆在一起，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)裝成一個(gè)組件。該殼體通常是圓柱形的，而且纖維沿殼體的縱向延伸，殼體兩端被封住，在每端通常用樹脂封口，或者用稱作孔塞的封口的類似物封口?？招睦w維的兩端貫通并包在封口塞內(nèi)，以使纖維內(nèi)部在端部與組件的外部相通，因而允許濾液從兩個(gè)端點(diǎn)位置流出。換句話說，每根纖維的兩端都可以貫穿封口并與組件一端的外部相通，或者纖維在其一端可以貫穿封口，而另一端被封住。
實(shí)際上這些組件通常排成“束”(但不是必需的)，每束都包括一排組件，它們共有一個(gè)支管，這些管束組成一個(gè)組件陣。
在使用中，進(jìn)料或流體被引入到纖維外部與組件殼內(nèi)部之間的空間。濾液通過纖維的微孔膜流入纖維內(nèi)部，而后沿著纖維的長度方向流過封口塞到組件的外部，通常流入支管。
廢水過濾系統(tǒng)可以由數(shù)百個(gè)組件組成，每個(gè)組件包含有數(shù)千根纖維。雖然在這些系統(tǒng)中出現(xiàn)斷裂是罕見的，但是一根纖維的斷裂或破裂可能危及整個(gè)系統(tǒng)的完善，這是由于它讓未經(jīng)過濾的液體進(jìn)入斷裂纖維的內(nèi)部，因此而污染了濾液。
例如，由于液體中存在尖的或硬的顆粒，或者其它原因，纖維可能斷裂。在這種情況下，在數(shù)千根纖維中識別斷裂的纖維是很困難的。
一種用于識別含有斷裂纖維組件的已知試驗(yàn)是擴(kuò)散空氣流動(dòng)試驗(yàn)(DAF)。在這種試驗(yàn)中，在纖維與一個(gè)選定的組件或多個(gè)組件的殼體之間的空間中注入空氣，并且對纖維內(nèi)部注入壓縮空氣。浸濕纖維膜以使微孔充滿液體，測量出空氣從纖維內(nèi)部擴(kuò)散到纖維外部的速率。在沒有任何斷裂纖維的情況下這個(gè)速率與一個(gè)參考值有關(guān)，該參考值表示對特定膜在給定的壓差下從纖維內(nèi)部向纖維外部予期的擴(kuò)散流動(dòng)。
如果超過了確定的壓力，擴(kuò)散流就會由于在孔中氣泡的產(chǎn)生而受到擾亂，注意到這點(diǎn)是重要的。這就是膜的氣泡點(diǎn)而且由下列方程式確定P＝ (4.COS(θ).β.γ)/(d)式中，P＝氣泡點(diǎn)壓力θ＝浸濕角β＝被超德(Bechold)表面張力系數(shù)
γ＝浸濕液體的表面張力d＝孔的直徑無疑，如果存在斷裂纖維，則測量的速率將會偏高，這是由于它還包括了一個(gè)由于氣流通過斷裂流動(dòng)與擴(kuò)散流穿過孔相反的分量。
當(dāng)這個(gè)方法用于識別包含有斷裂纖維的組件時(shí)，它有某些缺點(diǎn)而且不能推廣到識別出單根斷裂的纖維。
本發(fā)明的任務(wù)是至少要對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)進(jìn)行某些改進(jìn)。
按照第一種方式，本發(fā)明是一種在纖維膜過濾組件中探測出斷裂纖維位置的方法，該組件包括一個(gè)包住大量空心微孔纖維的殼體，這些纖維在過濾時(shí)能讓濾液通過纖維膜而濾掉濾液中的雜質(zhì)，每根纖維的內(nèi)部都與支管相通，而且纖維和殼之間的空間與支管隔絕，所述的方法包括下列步驟將受壓氣體送到纖維與殼體之間的空間并浸濕每根纖維的端部;
監(jiān)視這些纖維的端部，因?yàn)闅馀莸男纬墒怯袛嗔牙w維的征兆，而且封住斷裂的纖維。
按照第二種方式，本發(fā)明是一種從全套組件中識別出含有斷裂組件的子集的方法，每個(gè)組件包括一個(gè)包住大量空心微孔纖維的殼體，這些纖維在過濾時(shí)能讓濾液通過纖維膜而濾掉濾液中的雜質(zhì)，每根纖維的內(nèi)部都與支管相通而且纖維與殼體之間的空間與支管隔絕，所述的方法包括下列步驟在纖維與殼體之間或與子集的殼體之間的空間內(nèi)注入液體;
將低于膜的標(biāo)定氣泡點(diǎn)的壓力的氣體送給子集中纖維的內(nèi)部;
測量由于氣體從纖維內(nèi)部流到纖維外部所產(chǎn)生的液體從纖維與殼體之間或與子集的殼體之間的空間排出的速率;
把測量的液體排出速率與參考速率比較;
利用該比較結(jié)果評定在子集中是否存在斷裂纖維。
例如，該子集可以是由一個(gè)組件陣組成的一套組件中選出的一束組件，或者也可以是在由一束組件構(gòu)成的一套組件中被識別出有斷裂的單個(gè)組件構(gòu)成的子集。斷裂可以是一根斷裂的纖維，也可以是在封裝中的破漏，或者是“O”形泄漏環(huán)，或者是類似的泄漏。
纖維的內(nèi)部可以注入液體，讓空氣送給纖維與殼體之間或與子集殼體之間的空間，然后測量流體從纖維內(nèi)部排出的速率并和標(biāo)準(zhǔn)速率比較，在這個(gè)意義上本發(fā)明的第二種方式中的步驟能倒過來是很好理解的。
按照第三種方式，本發(fā)明是一種從一套組件中識別含有斷裂的組件的子集的方法，所述的方法包括下列步驟在纖維與殼體之間或與整套組件的殼體之間的空間注入液體;
把低于膜標(biāo)定氣泡點(diǎn)的壓力的氣體送給全套纖維的內(nèi)部;而且使用傳感器測定在全套中的一個(gè)子集中是否有氣泡形成。
例如，該全套裝置可以是由組件構(gòu)成的組件陣，子集中一束組件，傳感器可以用于產(chǎn)生表示在一束組件中形成氣泡的信號，這預(yù)示著該束組件包含有斷裂的纖維。另一方面，全套組件也可以是一束組件，此時(shí)子集就是單個(gè)的組件，而傳感器的信號表示存在或不存在象組件中的斷裂纖維這樣的斷裂。
傳感器可以是加速度表、麥克風(fēng)或其它與適當(dāng)?shù)男盘柼綔y電路相連的傳感器，例如聲波測試器。
傳感器可以和組件的殼體接觸并且用于檢測在斷裂纖維與殼壁之間的液體中氣泡的形成。
另外，傳感器還可以用于近似測定組件內(nèi)斷裂纖維的位置。
現(xiàn)在僅以實(shí)施例的方式敘述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，參照附圖

圖1是用本發(fā)明試驗(yàn)型過濾組件的透視圖。
圖2是圖1的所示組件的分解圖。
圖3是沿著圖2中3-3線的示意切面圖。
參看附圖，這里表示出組件2，它包括兩端具有支管6、8的殼體4。
參看圖2，這里表示出組件2一端的分解圖。殼體4包住大量的縱向延伸的管狀多孔纖維10。
參看圖3，這里示意性地表示出帶有少量纖維的圖2的局部橫切面圖。空心纖維10的端部延伸穿過并被包在由樹脂或類似材料制成的封口塞12內(nèi)。封口塞12被包在套14內(nèi)，并防止液體在支管6與纖維10和殼體4中間的空間之間流出。然而，纖維10穿過封口塞12，因此纖維10的內(nèi)部和支管6之間很容易溝通。
實(shí)際上，常規(guī)的DAF試驗(yàn)通常都作為維修程序的一部分。
換言之，可以經(jīng)常使用壓力衰減試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中，使受壓空氣通過膜擴(kuò)散所消耗的時(shí)間長短用來表明是否存在斷裂的纖維。如果這些系統(tǒng)試驗(yàn)未能探測出斷裂存在，那么，通過監(jiān)控濾液質(zhì)量將會檢測出有無斷裂。
如果檢測到或懷疑系統(tǒng)中存在斷裂的纖維，按照本發(fā)明的第二種和/或第三種方式可以識別出含有斷裂纖維的組件。然后被識別出的組件可以借助于閥來隔離，而且隨后替換下來，或按照本發(fā)明的第一種方式進(jìn)行修理。
按照本發(fā)明的第二種方式，選定的組件在纖維10和殼體4之間注入水，并把低于標(biāo)定氣泡點(diǎn)壓力的空氣送到纖維內(nèi)部?？諝鈴睦w維內(nèi)部向外擴(kuò)散使水排出，而且可以測量排出的速率。在優(yōu)選出實(shí)施例中，用從纖維和殼體之間的空間接出并與之相通的垂直管來測量排出的速率。由于水被排去，水在垂直管中的液位將升高。通過測量水位在兩個(gè)予定點(diǎn)之間升高所消耗的時(shí)間，例如借助于該管中間隔配置水位測定傳感器，能很容易地測量出排出的速率。
例如，把壓力為80-100Kpa的空氣提供給60個(gè)組件中的纖維內(nèi)部(膜的表面積為120米2)。在這個(gè)尺寸下整個(gè)系統(tǒng)排出的標(biāo)準(zhǔn)速率近似于1毫升/秒。如果存在一根斷裂的纖維(在約為160000根纖維中)，那么，流動(dòng)的速率能增加到2.5毫升/秒。這就會給出一個(gè)有關(guān)完整性問題的早期警告。
如果排出速率超過參考值，則可識別出含有斷裂纖維的組件，按照本發(fā)明的第一種方式，纖維和殼體之間中的水被壓縮空氣取代并浸濕了纖維的端部。通過監(jiān)測纖維端部的氣泡，能識別出斷裂的纖維并隨后封住它。用銷釘插入斷裂纖維的端部能較好地封住這根纖維，或者用焊接、粘接、夾緊、化學(xué)處理或其它封住的方法封住。
按照本發(fā)明的第二種方式，從很多組件中識別出含有斷裂纖維的單個(gè)組件與傳統(tǒng)的DAF試驗(yàn)的區(qū)別在于，與DAF試驗(yàn)相比纖維和殼體內(nèi)部之間的空間是注入液體，而DAF試驗(yàn)用的是空氣。這有很多優(yōu)點(diǎn)減少了擴(kuò)散空氣本底由于液體的超飽和引起的流動(dòng)，由于省去了測量擴(kuò)散流，因而降低了對膜尺寸的敏感度。
由于避免了膜干透的趨勢，因而更可靠并可重復(fù)地流過泄漏處，由于把困難地測量低壓空氣流變成更容易地測量液體流，能在現(xiàn)場簡單且精確地進(jìn)行測量，由于在組件陣上方用了一個(gè)出口并測量穿過膜的空氣流、測量流過閥門的水流，因而降低了對閥門泄漏的靈敏感(水的粘度大約比空氣粘度大55倍，因此閥門泄漏就相應(yīng)比較低)。
這種探測斷裂纖維的方法同樣可應(yīng)用于一束組件中的單個(gè)組件，或組件陣中的一束組件或整套組件中任選的子集，這是很好理解的，雖然它優(yōu)先在纖維殼體側(cè)面使用液體并對纖維內(nèi)部加壓，該方法也可以處理成對殼體側(cè)加壓，并用液體通向纖維內(nèi)部。
按照本發(fā)明的第三種方式，選定的組件在纖維10和殼體4之間充水，而且把低于標(biāo)準(zhǔn)氣泡點(diǎn)壓力的空氣提供給纖維內(nèi)部。如果存在斷裂纖維，通常形成氣泡并伴隨有氣泡形成的聲波，借助于聲納分析儀和/或加速度表就能從殼體外面檢測出來。把產(chǎn)生的聲譜和予定的聲譜進(jìn)行比較通常就能完成聲音分析，予定聲譜具有的譜界包含了完善、合格條件的微孔膜所應(yīng)有的范圍。
如果在予定的譜界內(nèi)產(chǎn)生的能量大于參考值，則纖維和殼體之間的水被壓縮空氣所取代，并浸濕了纖維的端部?？勘O(jiān)視纖維端部的氣泡能識別出斷裂的纖維并隨后象上述的那樣封住它。
如上文所述，這個(gè)方法也可以通過壓縮纖維的殼體側(cè)面來處理，而且提供液體滯留在纖維內(nèi)側(cè)，在這種情況下，傳感器用來檢測支管中的氣泡等。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中(未描述)，從傳感器中引出一束聲納以便支管的縱向延伸。檢測裝置適于測量相對端聲納束的強(qiáng)度。該檢測裝置發(fā)出一個(gè)信號以響應(yīng)氣泡產(chǎn)生的聲束的干擾。在檢測器檢測反射信號的情況下，從氣泡反射回來的信號表示出氣泡到檢測器之間的距離，從而識別出正排出氣泡的支管組件。同樣，也檢測出組件陣中排出氣泡的支管。
本發(fā)明的第二種和第三種方式當(dāng)然能結(jié)合使用。
很好理解，用于檢測氣泡的方法可以不用聲音，例如可以用導(dǎo)電率、電容量、濃度、光的透明度、光的反射或其它物理變化來檢測氣泡。合適的光、電或其它傳感器和電路也可用于氣泡檢測。如果支管是透明的，可用肉眼來發(fā)現(xiàn)氣泡。
雖然首先用發(fā)現(xiàn)有一個(gè)或多個(gè)斷裂纖維的組件的術(shù)語描述了本發(fā)明，組件斷裂可以從“O”形環(huán)狀裂縫的泄漏中產(chǎn)生，或從其它的泄漏中產(chǎn)生，而且該方法也適于識別這樣的斷裂組件或子集。
對于本領(lǐng)域中的那些有經(jīng)驗(yàn)的人來講，從本發(fā)明的闡述中很明顯能看出本發(fā)明可以以其它的方式使用并應(yīng)用于其它用途。
權(quán)利要求
1.一種在纖維膜過濾組件中探測斷裂纖維位置的方法，該組件包括一個(gè)包住大量空心微孔纖維的殼體，這些纖維適于在過濾時(shí)讓濾液流過纖維膜而濾掉濾液中的雜質(zhì)，每根纖維的內(nèi)部都與支管相通并且纖維和殼體之間的空間與支管隔絕，所述的方法包括下列步驟向纖維和殼體之間的空間送受壓氣體并浸濕纖維的端部；而且監(jiān)視纖維端部是否形成顯示斷裂纖維的氣泡。
2.如權(quán)利要求1所述的探測斷裂纖維位置的方法，其中把銷釘軸向插入斷纖維的端部封住已斷裂的纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的探測斷裂纖維位置的方法，其中用焊接、粘接、夾緊或化學(xué)處理的方法封住斷裂的纖維。
4.一種從整套組件中識別含有斷裂纖維組件的子集的方法，每個(gè)組件包括一個(gè)包住大量空心微孔纖維的殼體，這些纖維適于在過濾時(shí)讓濾液流過纖維膜而濾掉濾液中的雜質(zhì)，每根纖維的內(nèi)部都與支管相通并且纖維與殼體之間的空間與支管隔絕，所述的方法包括下列步驟向纖維和殼體之間或者和子集的殼體之間的空間注入液體;把低于膜的標(biāo)定氣泡點(diǎn)的壓力的氣體送到子集中纖維的內(nèi)部;測量由于氣體從纖維內(nèi)部移到纖維外部所引起的液體從纖維和殼體之間或者和子集的殼體之間的空間中排出的速率;而且把測量的液體排出速率和一個(gè)參考的排出速率進(jìn)行比較。
5.一種從整套組件中識別含有斷裂纖維組件的子集的方法，所述的組件包括一個(gè)包住大量空心微孔纖維的殼體，這些纖維適于在過濾時(shí)讓濾液流過纖維膜而濾掉濾液中的雜質(zhì)，每根纖維的內(nèi)部都與支管相通并且纖維與殼體之間的空間與支管隔絕，所述的方法包括下列步驟向子集中的纖維內(nèi)部注入液體;把低于膜的標(biāo)定氣泡點(diǎn)的壓力的氣體送到子集中纖維的外部;測量由于氣體從纖維外部移到纖維內(nèi)部所引起的液體從纖維內(nèi)部排出的速率;把測量的液體排出速率和一個(gè)參考的排出速率進(jìn)行比較，應(yīng)用比較值到判定在子集中是否存在斷裂纖維。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，還包括在測量速率超過參考速率的地方隔絕子集的步驟。
7.如權(quán)利要求4到6中的任何一個(gè)所述的方法，其中子集是從由組件陣組成的整套組件中選出的一束組件。
8.如權(quán)利要求4到6中的任何一個(gè)所述的方法，其中子集是從由一束組件中選出的一個(gè)組件。
9.如權(quán)利要求4到8中的任何一個(gè)所述的方法，其中通過設(shè)置一個(gè)與液體相通的管子并計(jì)算管中的液位在兩個(gè)予定點(diǎn)之間升高所消耗的時(shí)間來測量排出速率。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中水位是靠管中相隔設(shè)置的液位測定傳感器來測定的。
11.一種從整套組件中識別含有斷裂纖維組件的子集的方法，每個(gè)組件包括一個(gè)包住大量空心微孔纖維的殼體，這些纖維適于在過濾時(shí)讓濾液流過纖維膜而濾掉濾液中的雜質(zhì)，每根纖維的內(nèi)部都與支管相通并且纖維與殼體之間的空間與支管隔絕，所述的方法包括下列步驟向纖維和殼體之間或者和整套的殼體之間的空間注入液體;把低于膜的標(biāo)定氣泡點(diǎn)的壓力的氣體送到整套組件的纖維的內(nèi)部;檢測在整套組件的子集中是否在形成氣泡。
12.一種從整套組件中識別含有斷裂纖維組件的子集的方法，每個(gè)組件包括包住大量中空微孔纖維的殼體，這些纖維適于在過濾時(shí)讓濾液流過纖維膜而濾掉濾液中的雜質(zhì)，每根纖維的內(nèi)部都與支管相通并且纖維和殼體之間的空間與支管隔絕，所述的方法包括下列步驟在全套的纖維內(nèi)部注入液體;把低于膜的標(biāo)定氣泡點(diǎn)的壓力的氣體提供給纖維與殼體之間或與整套組件的殼體之間的空間內(nèi);檢測在整套組件的子集中是否形成氣泡。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中整套組件是由組件組成的組件陣，子集是一束組件。
14.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中整套組件是一束組件，子集是單個(gè)組件。
15.如權(quán)利要求10到14中任何一個(gè)所述的方法，其中用傳感器測定氣泡。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述的傳感器是加速度表或麥克風(fēng)。
17.如權(quán)利要求15或16當(dāng)從屬于權(quán)利要求11時(shí)所述的方法，其中傳感器與組件的殼體接觸并用來檢測斷裂纖維與殼體壁之間的液體中氣泡的形成。
18.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中用聲納、導(dǎo)電體、電容量、光的透明度、光反射或者粘度的測量方法來發(fā)現(xiàn)氣泡。
19.如權(quán)利要求15到17中任何一個(gè)所述的方法，其中用傳感器近似測定斷裂纖維在組件中的位置。
20.一個(gè)把如權(quán)利要求4或5所述方法中的識別含有斷裂纖維組件的步驟和如權(quán)利要求1到3中任何一個(gè)所述的測定斷裂纖維的方法相結(jié)合的方法。
21.一個(gè)把如權(quán)利要求11或12所述方法中的識別含有斷裂纖維組件的步驟和如權(quán)利要求1到3中任何一個(gè)所述的測定斷裂纖維的方法相結(jié)合的方法。
全文摘要
把受壓氣體送到纖維10和殼體4之間的空間、浸濕纖維10的端部并監(jiān)視纖維端部氣泡的形成，以此在膜過濾組件2中測定斷裂的空心纖維的位置。
文檔編號G01N21/59GK1088846SQ9312074
公開日1994年7月6日 申請日期1993年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月2日
發(fā)明者漢弗萊·J·J·德拉蒙德, 托德·K·A·費(fèi)希爾, 邁克爾·R·L·塞爾比 申請人:梅姆泰克有限公司