1.通常希望净化含有不合需要的颗粒的水。去除不合需要的颗粒的一种有用方法是错流过滤，其中水越过过滤介质的表面。一部分水穿过过滤介质，并最终作为渗透物而被收集，所述渗透物作为净化水而积累。大颗粒不能穿过过滤介质，并留在正经过过滤介质表面的水中。没有进入到过滤介质中的水继续越过过滤介质的表面，携带剩余的大的不合需要的颗粒，并最终作为滞留物而被收集。
2.在一些类型的错流过滤中，过滤介质是具有平行狭槽的规则阵列的膜。水沿与狭槽的长尺寸垂直的方向流过膜的表面。比狭槽的最小尺寸小得多的水和颗粒穿过狭槽。比狭槽的最小尺寸大得多的颗粒被拒绝；也就是说，它们留在滞留物中。在某些情形下，因为水和颗粒流过狭槽，所以比狭槽稍小的一些颗粒也被拒绝；也就是说，它们不能进入狭槽，并留在滞留物中。
3.希望尽可能多的颗粒留在滞留物中，以使得渗透物尽可能纯净。过去，设想到通过增大水流过膜的表面的速度来增加对小颗粒的拒绝。这种方法需要不合需要地高的能耗，并在膜上产生不合需要的磨损。过去，替代性地设想到制造具有较小狭槽的膜。这种膜难以制造，并降低了过滤器的吞吐量。
4.希望提供具有改进过滤过程的狭槽的大小和布置的膜。希望提供如下狭槽的大小和布置，所述狭槽的大小和布置优选在不需要水高速流过膜的表面的情况下和/或在不需要减小狭槽的宽度的情况下提高膜拒绝直径尽可能小的颗粒的能力。希望提供提高膜拒绝直径尽可能小的颗粒的能力的过滤条件。
6.本发明的第一方面是一种过滤网，所述过滤网具有多个狭槽，每个狭槽具有长度为l的最长主轴线，并且每个狭槽具有垂直于a1并且长度为w的第二轴线，其中所述狭槽被布置成使得
7.所有所述轴线.所述狭槽被设置成多个行，其中在每一行内，所述轴线共线；其中相邻狭槽的中心点之间在所述轴线的方向上的距离为xp；其中xp大于w；
9.所述狭槽被设置成多个列，其中在每一列内，所述轴线共线；其中相邻狭槽的最近圆周点之间在所述轴线的方向上的距离为yp；
15.其中一部分所述给水以速度vr穿过所述狭槽，并且其中商vt/vr为1至100。
16.本发明的第三方面是一种过滤网，所述过滤网具有多个狭槽，每个狭槽具有长度为l的最长主轴线，并且每个狭槽具有垂直于a1并且长度为w的第二轴线，其中所述狭槽被布置成使得
17.所有所述轴线.所述狭槽被设置成多个行，其中在每一行内，所述轴线共线；其中相邻狭槽的中心点之间在所述轴线的方向上的距离为xp；其中xp大于w；
19.所述狭槽被设置成多个列，其中在每一列内，所述轴线共线；其中相邻狭槽的最近圆周点之间在所述轴线的方向上的距离为yp；
25.其中一部分所述给水以速度vr穿过所述狭槽，并且其中商vt/vr为1至100。
27.图1是作为本发明的实施例的过滤网的俯视图。图2是过滤网中的单个狭槽的俯视图。图3a是过滤组件的局部立体剖视图。图3b是包括清洁组件的图3a的过滤组件的立体图。图4是单个狭槽的侧视图，示出了单个颗粒。
29.本发明涉及过滤网的使用。优选过滤网由金属制成、优选由耐腐蚀金属制成、更优选由耐腐蚀钢制成、更优选由耐腐蚀镍钢制成。优选地，过滤网的厚度为0.2mm至0.4mm。过滤网具有顶表面和底表面，给水将流过所述顶表面并且渗透物将从底表面去除。过滤网的实心部分在本文中被称为“基底”。
30.过滤网具有多个孔。每个孔都是穿过过滤网的整个厚度的开口。顶表面处的孔的开口的形状可以与底表面处的开口的形状相同或不同。优选地，底表面处的孔的开口大于顶表面处孔的开口。
32.通过顶表面处的开口(在本文中被称为“狭槽”)来表征孔是有用的。通过确定最长主轴线)来表征狭槽是有用的，所述最长主轴线是穿过中心点并且在狭槽的圆周上具有其端点的最长线段。中心点是如下确定的：设想假想圆盘，所述假想圆盘具有呈狭槽的形状的均匀截面；确定垂直于截面并穿过圆盘的质心的轴线。此轴线在截面上的位置是中心点。轴线的长度(即，位于狭槽的圆周上的端点之间的长度)为l。第二轴线，穿过中心点，位于狭槽的平面上，在狭槽的圆周上具有其端点，并且具有长度w。优选地，狭槽具有卵形或椭圆形的形状。
33.优选地，w为10μm或更大；更优选地25μm或更大。优选地，w为60μm或更小；更优选地50μm或更小；更优选地40μm或更小。
34.优选地，l为100μm或更大；更优选地200μm或更大；更优选地300μm或更大。优选地，l为1600μm或更小；更优选地800μm或更小；更优选地700μm或更小；更优选地650μm或更小。
35.狭槽被布置成行和列。在每一行内，狭槽的轴线共线。狭槽之间的距离(在本文中标记为xp)是从一个狭槽的中心点到同一行中的最近狭槽的中心点的距离。因为狭槽彼此不同，所以xp大于w。优选地，xp为50μm或更大；更优选地75μm或更大；更优选地100μm或更大。优选地，xp为350μm或更小；更优选地300μm或更小；更优选地200μm或更小；更优选地150
36.设想了两个优选实施例，在本文中标记为“a”和“b”。在a实施例中，l为1600μm或更小，而xp为180μm或更小。在a实施例中，l优选为1200μm或更小。在a实施例中，xp优选为150μm或更小。在b实施例中，l为800μm或更小，并且xp为350μm或更小。在b实施例中，l优选为650μm或更小。在b实施例中，xp优选为200μm或更小。当l为800μm或更小并且xp为180μm或更小时，a实施例和b实施例彼此相同。
37.在每一列内，狭槽的轴线共线。在每一列内，狭槽之间的间隔(在本文中标记为yp)是从狭槽的圆周上的任一点到同一列中的最近狭槽的圆周上的任一点的最短距离。
38.优选地，yp为500μm或更大；更优选地700μm或更大；更优选地900μm或更大。优选地，yp为1400μm或更小；更优选地1200μm或更小；更优选地1000μm或更小。
39.图1和图2中展示了本发明的过滤网，这两个图都示出了过滤网1的顶表面的俯视图。过滤网1具有布置成行(在图1中，水平的)和列(在图1中，竖直的)的各狭槽2。狭槽2是过滤网1的基底4的顶表面中的开口。图2中展示了轴线中展示了参数w、l、xp和yp。
40.优选地，过滤网中的所有狭槽实际上是相同的。设想到狭槽的大小将存在一些变化。优选地，狭槽中的90％或更多将具有l/lav的商为0.8至1.2的l，其中lav是此滤网中的狭槽的平均长度。优选地，狭槽中的90％或更多将具有w/wav的商为0.8至1.2的w，其中wav是此滤网中的狭槽的平均宽度。优选地，xp值中的90％或更多将具有xp/xpav的商为0.8至1.2的xp，其中xpav是此滤网中的所有xp值的平均值。优选地，yp值中的90％或更多将具有yp/ypav的商为0.8至1.2的yp，其中ypav是此滤网中的所有yp值的平均值。在本文中，当过滤网的狭槽被表征为具有w、l、xp和yp时，值wav、lav、xpav和ypav是平均值。
41.本发明的过滤网优选用于从水中去除不合需要的颗粒的错流过滤方法中。如在本文中使用的，“给水”是含有不合需要的颗粒的水。给水旨在通过本发明的过程来过滤。“颗粒”在25℃下为固体。球形颗粒的直径为dp。在本文中所说的非球形颗粒的直径(dp)等于颗粒的最小费雷特(feret)直径(也称为最小卡尺直径)。
42.优选给水含有不合需要的颗粒。优选地，给水含有颗粒，所述颗粒的直径为100μm或更小；更优选地60μm或更小；更优选地40μm或更小；更优选地25μm或更小；更优选地15μm或更小。优选地，给水含有直径为5μm或更大的颗粒。除了这些优选颗粒之外，给水还可能含有比这些优选颗粒大的一些不合需要的颗粒。这些关于颗粒直径的存在的陈述不是关于平均大小的陈述。例如，给水含有直径为5μm至100μm的颗粒的陈述在本文中意味着此类颗粒存在于给水中，而不管是否存在额外的颗粒。
43.图1中展示了错流过滤的执行。给水经过过滤网的顶表面。水越过过滤网的顶表面的行进方向3平行于轴线所展示，dp比w小得多的颗粒可以与来自给水的一部分水一起容易穿过狭槽。可能包含一些小颗粒的水被收集并在本文中标记为“渗透物”。dp比w大得多的颗粒将留在给水中。在给水经过过滤网的表面一次或多次后，仍含有相对大的颗粒的给水接着从与过滤网的接触去除，并且给水则在本文中称为“滞留物”。
44.一种适用于执行错流过滤的设备被称为水力旋流器，并且在us8,663,472中描述了适当示例。图3a和图3b示出了水力旋流器的相关部分。过滤组件26位于涡流室(未展示)内，并且水围绕过滤网1的外部循环，如图3b中的顺时针箭头所示。水力旋流器可以包括用
于从过滤组件26的过滤网1的表面去除碎屑的清洁组件68。图3b中展示出了代表性实施例，其中清洁组件68安装在过滤组件26的顶表面上，并包括径向向外延伸的一个或多个辐条70。刷子72从辐条70的端部向下延伸，并接合(例如，触碰或非常靠近)过滤网1的表面。虽然被示出为刷子72，但是可以包括替代性的清洁装置，包括擦拭器、橡皮刷或刮擦器。在大多数实施例中，使用了2个至50个刷子、优选地18个至24个刷子。如曲线的表面，并且例如通过在表面附近产生湍流或者通过直接接触表面来去除碎屑。一个或多个桨叶74可以安装到至少一个辐条70的端部，以使得流入涡流室中的流体使清洁组件68围绕过滤组件26旋转。将桨叶74围绕过滤组件均匀地间隔开增加了清洁组件68的旋转移动的稳定性，并且可以帮助在涡流室中维持涡流流体流动。虽然被示出为从过滤网1的表面径向向外延伸，但是桨叶可以倾斜(例如，相对于径向轴线
45.虽然本发明不限于任何具体理论，但是认为本发明利用被称为“颗粒撇除(particle skimming)”的现象，所述现象例如描述在dinther等人在journal of membrane science[膜科学期刊]中的两篇文章中(第371卷，第20至27页，2011年；以及第440卷，第58至66页，2013年)。参考图4，考虑在没有颗粒撇除现象的情况下，dp小于w的颗粒将穿过狭槽进入渗透物中，而dp大于w的颗粒将被保留。然而，在正确条件下，例如，在可能存在于水力旋流器中的条件下，dp略小于w的颗粒将被保留。
图4中展示了颗粒5穿过狭槽2。包含颗粒5的给水以速度vt沿着基底4的表面扫过。速度vt的方向3与图1中指示流动方向的大箭头3相同。穿过狭槽2的颗粒5将与也穿过狭槽2的水一起以速度vr行进。
当使用刷子72时，刷子的速度决定vt。在此类实施例中，vt＝f*2*π*r，其中f是清洁组件68的旋转频率(以周期/秒为单位)，并且r是过滤组件26从旋转轴线]
速度vr由从设备去除渗透物的速率决定。典型地，渗透物用泵去除。速度vr＝m/s，其中m是渗透物速率(立方厘米/秒)，并且s是狭槽的总表面积。
用速度商vq＝vt/vr来表征设备的操作是有用的。优选地，vq为1或更高；更优选地2或更高；更优选地5或更高；更优选地10或更高。优选地，vq为100或更低；更优选地75或更低；更优选地50或更低；更优选地30或更低。
制造具有不同水平间距xp和狭槽长度l的滤网来进行测试。狭槽宽度w和竖直间距yp分别保持在40μm和500μm不变。速度商保持在约30不变。
tm plus过滤器(它是错流过滤器)构成，所述水箱能够制备受控的测试水混合物。使用tequatic
tm plus过滤器和测试水的样品来过滤测试水，并收集经过滤的水以进行粒度分布(psd)测试。psd给出了流体悬浮液中存在的各种大小的颗粒的相对比例的分解(breakdown)。使用被称为qicpic的设备来确定psd，所述设备使用动态图像分析(dia)的原理来确定psd。
对于每个滤网，在不合需要的颗粒的每个颗粒直径下，确定“过滤效率”。过滤效率是留在滞留物中的此直径的颗粒的百分比。
给定实验的过滤效率结果的一个重要方面是80％截止值，这是指一定颗粒直径，在所述颗粒直径以上，颗粒中的80％或更多留在滞留物中。对于直径非常小的颗粒，几乎所有颗粒都将穿过狭槽，很少的颗粒将留在滞留物中，并且过滤效率将非常低。对于直径非常大的颗粒，几乎所有颗粒都将留在滞留物中，并且过滤效率将接近100％。对于某一具体直径，颗粒中的80％将留在滞留物中，并且此直径的过滤效率为80％。较小颗粒将具有较低过滤效率，而较大颗粒将具有较高过滤效率。颗粒中的80％留在滞留物中的直径是“80％截止值”。较低的80％截止值是理想的，这是因为较低的80％截止值意味着较多不合需要的颗粒留在滞留物中，从而使得渗透物较接近纯水。
这些实验的测试水混合物由水和砂(比重2.65)构成，砂的粒度是5μm至40μm。
制造并测试具有不同狭槽长度(400μm至1600μm)和x节距(150μm至450μm)的过滤网。基底是带有镍铬涂层的不锈钢。过滤网的厚度为0.2mm。通过激光冲击钻孔在矩形阵列上形成狭槽，如图1所示。狭槽具有卵形形状。针对每个滤网而确定过滤效率曲线％截止值。每个滤网进行4至6次重复测试。每个滤网的平均80％截止值如下：
(80％截止值(μm))＝7.5808+0.02848*(狭槽长度(μm))+0.05647*(x节距(μm))+(-0.00007484)*(狭槽长度(μm))*(x节距(μm))
所述模型得出了各种结论。例如，当狭槽长度低于750μm时，降低xp使得提高过滤效率(即，降低80％截止值)。表2中示出了针对两个滤网从此模型得出的一些代表性结论，两个滤网的l＝600μm并且xp＝150μm或350μm。
在每个粒度下，具有较低xp的经验模型滤网的过滤效率高于具有较高xp的滤网。具有较低xp的滤网的80％截止值为24μm，而具有较高xp的滤网的80％截止值为28μm。
这种效应在狭槽长度的较小值下较明显。也就是说，针对低于600的狭槽长度值，
使用较小狭槽长度会导致80％截止值对xp的较高依赖性，其中较低xp值产生较低80％截止值。应注意，使用具有低xp的过滤网可以产生低80％截止值，而不需要高vq值并且不需要降低w。
利用周期性和对称的边界条件，建立了中尺度计算流体动力学(cfd)模型，所述模型聚焦于滤网中的少量狭槽和滤网表面的两侧上的流体区域。使用离散元模型(dem)方法来捕捉颗粒运动。在star-ccm+软件包v11.02(西门子plm软件)中运行耦合的瞬态cfd-dem湍流模拟。
计算体积包括滤网的接近几何区域的竖直中心而定位的代表性体积元素(rve)部分。颗粒的注入点接近狭槽。所述模型包括四行十个狭槽，每个狭槽都有周期性和对称的边界，以表示滤网几何形状的其余部分。离心流模式将穿过周期性面，以使得离开后一组周期性面的流体和颗粒都将以相同速度向量重新出现在前侧。在流体和颗粒的动量方程中，由于滤网的曲率所引起的离心力作为源项fc而被捕捉。狭槽的几何参数(参见图1和图4)包括：滤网/狭槽深度d；狭槽增长角a；狭槽宽度w；狭槽长度l；以及宽度方向上的节距(间距)xp与长度方向上的节距(间距)yp两者。在这个计算研究期间，d、a和w保持不变。d、a和w的值如下：
如上文所定义，vt＝f*2*π*r，并且vr＝m/s并且速度商是vq＝vt/vr。
流体特性(密度和粘度)是水的特性。颗粒特性是二氧化硅(砂)的特性。假设这些颗粒是具有六种不同直径的球形砂粒：10μm、15μm、20μm、25μm、30μm和40μm；近似初始粒度分布分别为：20％、20％、20％、20％、10％和10％。不锈钢材料特性适用于滤网。
计算模型预测随时间而变的过滤效率。指示性预测是在0.04秒，这表示给定狭槽处从刷子的一次划过到下一次的时间。此预测在本文中用作过滤效率的计算模型的预测。
计算模型能够预测各种参数的影响。例如，针对l＝828μm和yp＝985μm而进行以下预测。
在vq＝10下，计算模型预测以下过滤效率结果(0.04秒时的过滤效率)。
预测xp＝135μm的滤网性能较好，特别是对于dp＝15μm的颗粒来说。此外，30的vq
分析计算模型的预测的另一有用方式是观察所述模型可以预测随颗粒直径而变的过滤效率(在0.04秒)，并且因此所述模型可以预测每个虚拟滤网的80％截止值。上述两个虚拟滤网的80％截止值如下：
vq＝10vq＝30v滤网#xp(μm)80％截止值80％截止值v118517.4μm16.7μmv213516.8μm14.6μm
较低xp值产生较合需要的较低80％截止值。较高vq值产生较合需要的较低80％截止值。
预期l为800μm或更小的滤网也会出现相同趋势。也就是说，预期当降低xp时，落在本发明的边界内的滤网也将示出较低80％截止值。bob手机网页版登录入口bob手机网页版登录入口
