用于反渗透系统的歧管块体的制作方法

专利名称：用于反渗透系统的歧管块体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于反渗透系统的歧管块体，特别是包括具有整体流动通路的结构化部件的歧管块体，其中这种歧管块体能够用来构造反渗透系统。
背景技术：
反渗透(RO)工艺通过从水源中移除约90%的大部分溶解物质如离子、有机物质及生物病菌来净化水。在该工艺中，反渗透膜将加压进水流分离成净化渗透流和包含被移除物质的浓缩流。RO系统一般包括泵、一个或多个含膜组件以及关联的管道和控制器。该泵使进水加压并循环通过膜组件。供应至泵的进水通常通过化学和/或过滤方法预处理以除去或减少胶状或颗粒污染物、可能沉淀在膜表面的无机化合物如钙、钡或铁盐或硅石，或能为微生物提供营养的可溶有机材料。例如，可以通过凝聚剂或絮凝剂、单级或两级颗粒介质、圆筒过滤器或超滤或微孔膜过滤、或它们的某些组合来处理进水。虽然在反渗透操作中，操作者可能普遍采用直流操作，但也可以采用浓缩液回流 (再循环)，其中浓缩液返回到进料储存罐。在相对小的应用中，比如采用间歇或非连续性排放的废水处理中，普遍采用分批或半分批方法。分批操作是指进料被收集或储存在罐箱或其它贮存器中，并且被周期性地处理。在半分批模式中，进料箱在操作过程中用进料流进行补充。RO系统可以具有单级或多级。在单级系统中，进料通过一个或多个并联设置的压力容器。每个压力容器具有一个或多个串联的膜组件。级数被定义为进料在离开系统前通过的单个级的数量。渗透液分级系统采用来自第一级的渗透液作为第二级的进料，如果采用多个级，则将前一级的渗透液作为下一级的进料。在废液分级系统中，将一级的废液流送做后续级的进料流，通常是下一级。废液、浓缩液和滞留液及类似术语在RO工艺中具有相同的意思。含膜组件可以为螺旋卷绕平板膜组件、空心纤维组件或框架型盒。组件一般支撑在金属框架上(也可以用其它材料)，并连接各种管道及电力和/或气动控制管线。对于包含多个组件的系统，增加了管道和控制配线或气动管线的复杂性，操作者需寻找简化系统设计和结构的方法。美国专利4，741，823描述了一用于横向流膜系统流动控制歧管块体。该流动控制歧管块体整合了大量的管件及其它系统操作元件，包括各种进口、浓缩液、渗透液和再循环管道以及各种止回阀、流动控制孔、传导探针、阀门等。该块体还具有歧管块体内的预置浓缩液孔和预置再循环孔以消除系统的技术监测、维护或调整。美国专利5，045，197描述了一种单一集管歧管，其将多个系统部件整合到相对紧凑且有条理的、适合于简易组装的包装中。该集管歧管具有简化的结构，具有用于将自来水或类似物的进料引导通过一系列过滤和反渗透级的单条加长的汇集管通道，其中这些级由歧管支撑以方便通达和周期性更换过滤和反渗透介质。美国专利6，436，282描述了一种半透膜过滤系统，其可以包括RO之前和RO之后的过滤单元，利用歧管和单个控制模块，该控制模块包括系统的所有的基础阀门和流动控制部件(除了用户的开-关旋钮控制器)。该控制模块利于通达以方便维修和更换模块。 该歧管可操作地连接到膜过滤单元并包括用于将加压原水流引导到膜过滤单元的供给流路径，用于将膜渗透液(净水)引导到加压储罐的渗透流路径，用于将膜浓缩液引导到排放口的盐水流路径。该控制模块包括可拆卸的外壳，其与歧管直接相连并在其中完全围封响应压力的供给流截止阀、盐水流控制阀和渗透流止回阀，以及歧管和多个阀门之间相应的相互连接件。美国专利7，387，210描述了一种组合式滤筒和歧管。该歧管显著地便于防故障和无滴漏滤筒的移除和更换。该歧管连接到合适的水源并包括入口和出口配件以快速和简便地与滤筒上的进水端口和出水端口分别连接。枢轴歧管帽设置在歧管上，以在覆盖并保持滤筒与歧管配件和水源之间的正确连接关系的正常封闭或降低位置和在允许滤筒与歧管分离之前断开水源的开启或升高位置之间进行枢转运动。滤筒入口端口和出口端口处的止回阀阻止水从移开的滤筒中泄漏。现有技术中的歧管是根据具体应用被设计和制造的。它们不能按预期的根据流态的变化进行重新设计。例如，它们不能从串联布置变为并联布置，反之亦然。在现有技术的歧管中，超出所用歧管的容量的组件只能通过增加另外的独立的歧管来增加。也就是，没有办法解决增量增加。本发明的实施例可以根据系统需求的变化进行重新配置。如同将要描述的，本说明的歧管块体允许组件增加或减少、变化流态，且设计的系统容易修改。该歧管块体还可以用作系统的结构部件，从而减少铁结构的量。还有一个对于操作者的优点就是简化了管道的布置。可以预料本发明将明显降低制造同样尺寸的RO系统的材料和人工成本。本发明还能降低更换进料泵和/或RO元件所需的劳力。


图Ia示出了该歧管块体的三维视图。图Ib示出了渗透液通道中的流动。图Ic是歧管块体的剖视图，示出了弯头装置。图2a_2f示出了各种流动结构的六个剖视图。图3示出了两个具有互连管段的歧管块体。图4示出了两个具有用于对准的凸起和孔装置的歧管块体。图5示出了双排背对背用螺栓和螺母连接的块体。图6a示出了夹持在两个竖直构件之间的两套双排块体作为结构化构件。
图6b示出了用于增加刚性的侧板附连的分解图。图6c示出了完整的RO系统的结构。图7是具有五个元件的RO系统的工艺示意图。图8示出了图6a，b，c中的歧管块体底部装置的高压流动。图9示出了具有附连的外壳的完整的RO系统。图10是具有七个RO元件以3-2-11构造的RO系统的工艺示意图。

发明内容
本发明的实施例是具有整体流动通道的浇注成型歧管块体。该块体被用于RO系统的制造和操作。该块体可以作为结构化构件以增加所制造系统的刚性。包含壳体的膜组件连接到该块体，进料、废液和渗透液流通过整体流动通道被传递通过系统。
具体实施例方式反渗透系统以多种尺寸来使用，从家庭餐饮的下水系统到大型海水脱盐车间。不同尺寸的系统有其自身的设计需求。普通的封装型RO系统，输出量从约1加仑/分钟( 4L/min)到约25加仑每分钟( lOOL/min)，被用于多种工业应用中。这些系统的使用者一般需求操作简易、紧凑和经济的设备。大部分情况下，系统制造者必须提供用户定制设计的系统以满足用户的具体需求。由于这些系统经常由缺乏经验的工人以多次间歇工序操作， 用户希望该系统能够易于变换输出和日常维护。为了满足这些不同需求，在此描述的新颖的歧管块体的多个实施例的发明人发现 RO系统可以设计和制造成具有改善的可达性，易于现场制造和改型，以及具有紧凑的结构。本发明的实施例覆盖了具有内部流动通道的模制的模块化歧管块体的应用，以提供用于RO外壳和进料泵的结构支撑的一部分，从而消除或降低对金属框架的需求。另外， 本发明的实施例还覆盖了利用模制的模块化歧管块体提供泵和外壳之间的流动连接以及与外壳之间的连接，从而降低了所需的制造管道的数量。此外，本发明的实施例还提供了流动控制器和仪表的定位。反渗透(RO)系统的重要部件包括置于压力容器(壳体)内的膜组件，和加压进料泵。这些部件通常地设置在金属框架上并且用管道连接。该管道通常由塑料或金属部件组装。其他系统部件例如仪表和控制器安装在管道上或框架上。图Ia到Ic示出了歧管块体的实例，其具有两条内部流动通道一条用于通向元件的高压进料流，另一条用于来自元件的渗透液。各流动通道，或流通通路(指代同一对象的术语)，具有与在前或在后块体或设备连接的至少一个进入端口和一个排出端口。高压流动通道引导流体转过90°的弯，该流动结构在管道术语中被称为“弯头”(elbow)。该弯头通过在浇注前将可拆卸插入件置入模型中而形成。渗透液流动通道为具有渗透液进入端口的直通管，如图Ib所示。此处描述的歧管块体具有多个目的。它可以作为系统的结构构件。基于这个目的， 其具有如图1和4所示的积木式结构。块体的实际强度和承载性能将取决于构造细节，例如块体尺寸、壁厚以及制造该块体所使用的材料类型。优选的块体设计是大致为坚固的矩形件。但是，在某些应用也可以考虑其他形状。例如，大致圆柱形的元件，或者具有改进六边形横截面的元件，在某些设计中可能有好处。另外，也可增加加强结构或设计元件。这些可以包括，但不限于，从块体底部到顶部的柱，角撑和/或桁架，以及横梁。该块体可以制造成具有直通通道用于引导电力或气动管线或管道，以包覆和保护这些管线。歧管块体的另一个目的是提供组件和泵和液体传递通道的相互连接件。在图1-5 及8中显示了流动通路或通道及关联的入口和出口的一种基本的、非限制性的设计，其中示出了高压流和渗透液流。该模块化块体可以用不同材料和不同工艺制造。例如，金属歧管，可以用熔融金属模制成型并最后加工，或通过固体金属加工。但是，在大多数水处理应用中，由于费用和耐腐蚀性的原因，非金属材料是更为优选的。热塑性材料的浇注成型是一种优选的方法，可行的材料包括塑料，如聚苯醚、聚酰胺、聚砜和聚醚砜。可以加入填料，如矿物填料、玻璃或碳纤维，以增加机械强度。矿物填料可以是常用于强化热塑性聚合物的那些填料，如碳酸盐， 硅酸盐，硅石，以及钡或二氧化钛。其它形式的歧管块体可以通过改变模型中的插入件进行成型。图2示出了具有不同的高压通道结构的实例“直行三通”，“右弯头”，“左弯头”，“右向三通”，“左向三通”，等等。所有形式具有相同的外观和基本相同的机械强度。它们可以是流体连接的，作为一个实施例，通过具有0型密封环的模制的相互连接的管段(相互连接件)来流体相连，如图3 所示。相互连接是指例如将一个块体的端口连接到另一个块体或外壳的端口。例如将一个块体的出口端口与相邻块体的入口端口相互连接(如通过如图3所示的相互连接管段进行连接)。其他相互连接方法也是可行的。相互连接管段可以是T型管，其具有连接到组件的侧部。这将简化成型过程，因为流动通道在很多情况下是直通的。在一些情况下，相互连接件可以为三片夹持设计，像卫生夹持配件或类似物。这些夹持配件系统具有两个开槽的套环，各自连接到被插入块体的连接件，垫圈安装在套环和夹持器之间以挤压垫圈并使套环保持在一起形成防漏连接。替代地，歧管块体的入口和出口可以具有用于0型环或其他垫圈类型的圆形槽。 在这种设计中，垫圈或0型环可以设置在配套的槽中，例如块体通过如图6a所示的螺杆和螺母的方式紧密结合一起并被牢固地保持。块体可以采用各种形式的不同模具直接模制成所需的结构。为了方便使用，每种结构可以通过将染料加入到浇注塑料中以用颜色进行编码，或者用其它方式标注块体。块体可以和流动通道分别模制成型，在系统制造过程中组合成所需的特定的歧管。例如，模制成型的流动通道可以设计为被连接或插入预先模制成的块体中配套的装配件中，如果需要，通过螺钉或螺栓器件进行固定，或者用热力学或溶剂方法熔合。块体可以模制成具有普通流动通道如T形管，然后在系统制造过程中将不需要的通道堵上。插塞可以通过热焊接或溶剂焊接被永久地安装，或者为可拆卸的。后者的一个实例是将螺纹插塞拧进流动通道内的模制螺纹中。模块化块体可以以多种几何方式组合。作为一个实例，模块化块体的线性组合可以通过使相互连接件和与模制孔配套的模制凸起对准，如图4所示。图5示出了双排背对背用螺栓和螺母连接的块体。图6a示出了四排块体位于两个竖直定向的金属通路中，并用螺杆和螺母夹持就位。在该实例中，块体对于结构的机械强度是必要的。对于较大系统，或者需要更大强度的情况下，可以如图6b所示连接侧板。RO系统的完整的支撑结构表示在图 6c中。图7示出了具有六个壳体的RO系统的流程示意图的实例。第一壳体包含水下高压泵，其余壳体包含设置成1-1-1-1-1结构的RO元件，也就是说串联设置。图8示出了图 6a到6c所示的RO系统中的歧管块体底部装置的高压流动通道。在该实例中，从5th(即最后一个RO壳体)排放的污水的一部分被再循环回到进料泵的吸管以增加水的回收。循环的流速由插入两个块体之间的孔或流动控制阀控制。剩余的污水通过另外的流动调节孔板或流动控制阀进行降压并排放。歧管块体上部的装置中同样发生流动。块体的上部和下部装置根据图7所示的流程示意图引导高压流动通过RO壳体。该尺度的系统不需要增加额外的制造管道。图9示出了本发明的RO系统与RO组件外壳相连接。所述外壳与歧管块体通过相互连接件流体连接，并通过夹持器固定到支撑结构。RO元件能够通过放开夹持器和“拔掉” 壳体方便地拆卸以进行装置外清洗或更换。在所示的设计中，水下泵被安装在第一壳体中。 在需求低噪声和振动的地方，这些泵是优选的。另外，通过断电操作并通过从相互连接件中拉下壳体将组件从歧管块体中移开，该泵能够轻松地拆卸以更换或维护。在图3中所示，相互连接件连接两个块体。同样的相互连接件可以用于将壳体的进料端口或废液端口连接到高压通路的垂直端口。在图9中每个壳体有一个RO元件。增加每个容器中的元件数量不会有障碍，只要有竖直空间能够容纳加长的壳体即可。在设计RO系统时，RO元件的数量和布置的确定需符合产物流速、回收和产物质量的规范。图10是具有七个RO元件以3-2-1-1构造的工艺示意图的实例。膜过滤净化水领域的技术人员会认识到，通过正确地选择和布置具有不同的内部流动通道的模块化块体，几乎所有RO容器的布置都能实现。虽然相对于一般的小到中型的成套RO系统进行了描述，但是该歧管块体的特征能够通过改变系统中的块体的尺寸和数量而适应更大或更小的系统。对于每个壳体中具有多元组件的大型系统，例如每个壳体中有3-560英寸长的螺旋形组件，需要不同的结构。在这种情况下通常将壳体水平排列，块体之间的距离很大，需要在块体之间设置管道。由于较大的流动，可能需要更大的流动通道和块体。已经针对RO系统描述了本文所述实施例的特征，但是水过滤领域的技术人员能显而易见地认识到，采用块体构建的系统可以设计用于超滤膜和微孔膜应用，或者用于向 RO系统增加预过滤筒，不论是超滤、微孔还是无纺织物过滤器。所给出的实例是用于说明而非限制。图6c中的竖直通路和侧板可以例如用玻璃增强塑料通过浇注成型制造。从而该RO系统的结构部件可以基本上为非金属的，并因此比传统的焊接和涂漆的不锈钢框架更加耐腐蚀。本发明的创新之处包括提供具有不同内部流通通道的模块化块体，其能连接起来为壳体中的RO元件提供具有不同流动结构的流动歧管。此外，本发明的模块化块体被模制成具有相同的外部尺寸和联锁特征，从而可以机械连接和固定以形成RO壳体的基本结构支撑部分。其中一个壳体可容纳进料加压泵。另外，本发明提供了用于由多排歧管块体组成的RO系统的结构框架，通过连接到歧管块体和竖直结构元件的螺杆和侧板，夹持在所述
8排的端部的竖直结构元件之间。竖直结构元件和侧板可以是金属的或非金属的。
权利要求
1.一种高压膜过滤系统，包括包含膜组件的壳体，所述壳体具有加压进料水的入口端口、净化水渗透液的出口端口和浓缩水的出口端口 ；和至少两个歧管块体，所述块体至少具有通过整体流动通路与出口端口流体连接的高压入口端口，以及通过整体流动通路与渗透液出口端口流体连接的净化水渗透液的入口端口，一个块体的高压入口端口与待净化的加压水源流体连接，所述一个块体的出口端口与该壳体的入口端口流体连接，以及该壳体的浓缩液出口端口与另一块体的加压水的入口端口流体连接，加压水从这里被传送到该块体的浓缩液出口端口，以及该壳体的渗透液出口端口与所述另一块体的入口端口流体连接，该渗透液从这里被传送到渗透液出口端口，以提供净化的水产品。
2.根据权利要求1所述的系统，其中该高压膜过滤系统包括反渗透膜过滤系统。
3.根据权利要求2所述的系统，其中加压水由包含在与所述一个块体流体连接的壳体内的水下泵提供。
4.根据权利要求2所述的系统，其中浓缩液出口与加压进料流体连接，以提供一部分用于再循环的浓缩液流。
5.根据权利要求2所述的系统，其中块体包括系统的结构化构件。
6.根据权利要求2所述的系统，其中块体由热塑性聚合物浇注成型。
7.根据权利要求6所述的块体，其中热塑性聚合物是聚砜、聚醚砜、聚酰胺或聚苯醚。
8.根据权利要求6所述的块体，其中聚合物为填充的聚砜、聚醚砜、聚酰胺或聚苯醚。
9.根据权利要求8所述的块体，其中填充聚合物是用短玻璃纤维、碳纤维或矿物填料颗粒填充的。
10.一种能够增加反渗透系统的结构刚性的歧管块体，所述块体具有至少一个整体流动通路，所述通路具有至少一个可流体互连的入口端口和至少一个可流体互连的出口端口，所述块体是具有至少两个所述块体的反渗透系统的部件，其中所述块体为该系统提供流动通路。
11.根据权利要求10所述的块体，其中块体由热塑性聚合物浇注成型。
12.根据权利要求11所述的块体，其中热塑性聚合物是聚砜、聚醚砜、聚酰胺或聚苯醚。
13.根据权利要求11所述的块体，其中聚合物为填充的聚砜、聚醚砜、聚酰胺或聚苯醚。
14.根据权利要求13所述的块体，其中填充聚合物是用短玻璃纤维、碳纤维或矿物填料颗粒填充的。
15.根据权利要求11所述的块体，其中流动通路选自由T形件、弯头、直路径及其组合所构成的组。
16.一种能够增加反渗透系统的结构刚性的歧管块体，具有至少一个整体高压流动通路，所述高压流动通路具有至少一个可流体互连的入口端口和至少一个可流体互连的出口端口，以及整体低压流动通路，所述低压流动通路具有至少一个可流体互连的入口端口和至少一个可流体互连的出口端口，所述块体是具有至少两个所述块体的反渗透系统的部件，其中所述块体为该系统提供流动通路。
17.根据权利要求16所述的块体，其中块体由热塑性聚合物浇注成型。
18.根据权利要求17所述的块体，其中热塑性聚合物是聚砜、聚醚砜、聚酰胺或聚苯醚。
19.根据权利要求18所述的块体，其中聚合物为填充的聚砜、聚醚砜、聚酰胺或聚苯醚。
20.根据权利要求19所述的块体，其中填充聚合物是用短玻璃纤维、碳纤维或矿物填料颗粒填充的。
21.根据权利要求16所述的块体，其中流动通路选自由T形件、弯头、直路径及其组合所构成的组。
全文摘要
歧管块体是加压膜水处理系统，优选反渗透系统中优选浇注成型的热塑性部件。歧管块体包括具有至少一个整体流动通路的系统结构构件。每个通路具有一个或多个可流体互连的入口端口和可流体互连的出口端口。该歧管块体提供组件和泵的相互连接以及液体传输通道之间的相互连接。所描述的新颖的歧管块体允许RO系统进行设计和制造成具有改善的可达性，易于现场制造和改型，以及具有紧凑的结构。
文档编号C02F1/44GK102264457SQ200980143591
公开日2011年11月30日 申请日期2009年11月2日 优先权日2008年10月31日
发明者J·特勒恰克, 梁荔乡 申请人:西门子工业公司