申请日2012.04.23
公开(公告)日2014.01.01
IPC分类号B01D11/00; C02F1/28; B01D37/00
摘要
本发明公开了用于正渗透水净化或脱盐的改进的系统和方法。根据一种实施方式，提供用于净化受污染水的方法，其中包含水且具有第一渗透压的受污染原料溶液物流经过半透膜到达具有汲取溶液物流的汲取侧，该汲取溶液物流在半透膜的汲取侧上具有第二渗透压。稀释的汲取溶解物流被加热、聚结和冷却以产生冷却的单相富水物流，其被净化而产生水产品流。
权利要求书
1.用于净化受污染水的方法，包括：
在半透膜的原料侧上提供包含水且具有第一渗透压的受污染原料溶 液物流;
在半透膜的汲取侧上提供包含汲取溶质且具有第二渗透压的汲取溶 液物流;
使水经过半透膜到汲取侧而产生稀释的汲取溶液物流;
加热该稀释的汲取溶液物流以过饱和该稀释的汲取溶液物流;
使该稀释的稀汲取溶液物流中的汲取溶质沉淀而产生沉淀的两相流 出物流;
聚结在该沉淀的两相流出物流中的汲取溶质而产生聚结的流出物 流;
将聚结的汲取溶质与聚结的流出物流分离而产生包含水和残余汲取 溶质的富水物流以及包含聚结的汲取溶质和水的富溶质物流;
冷却该富水物流以产生冷却的单相富水物流;并且
将该残余汲取溶质与该冷却的单相富水物流分离而产生残余汲取溶 质物流和净化的水产品流。
2.权利要求1的方法，进一步包括：
冷却该富溶质物流以产生包含汲取溶质和水的冷却的富溶质物流;
合并残余汲取溶质物流与冷却的富溶质物流以产生重构的汲取溶 液;并且
将重构的汲取溶液再循环到半透膜的汲取侧。
3.权利要求1的方法，其中加热稀释的汲取溶液包括在换热器网 络中加热稀释的汲取溶液。
4.权利要求1的方法，其中聚结汲取溶质包括在聚结器中聚结汲 取溶质。
5.权利要求1的方法，其中将聚结的汲取溶质与聚结的流出物流 分离包括在重力相分离器中将聚结的汲取溶质与聚结的流出物流分 离。
6.权利要求1的方法，其中冷却富水物流包括在该换热器网络中 冷却富水物流。
7.权利要求1的方法，其中将残余汲取溶质与冷却的单相富水物 流分离包括在纳滤器、超滤器或反渗透模块中将残余汲取溶质与冷却 的单相富水物流分离。
8.权利要求2的方法，其中冷却富溶质物流包括在该换热器网络 中冷却富溶质物流。
9.权利要求4的方法，其中汲取溶质的浊点温度为40℃-90℃， 并且聚结器的操作温度小于150℃。
10.权利要求1的方法，其中富水物流中的残余汲取溶质的浓度 为小于5%重量溶解的溶质。
11.权利要求1的方法，其中单相冷却的富水物流的渗透压小于 50mOsm。
12.权利要求1的方法，其中富溶质物流中的溶质浓度为大于60% 重量溶解的溶质。
13.权利要求1的方法，其中汲取溶质是低分子量二醇的无规或 序列共聚物。
14.权利要求13的方法，其中该无规或序列共聚物的分子量为大 于500并且40%重量溶解的溶质的渗透压为大于30atm。
15.权利要求13的方法，其中该低分子量二醇是乙二醇和丙二醇 并且汲取溶质的浊点温度、溶解度和渗透压通过调节乙二醇与丙二醇 之比并且通过调节汲取溶质的分子量来控制。
16.权利要求1的方法，进一步包括测量富水物流中残余汲取溶 质的浓度或渗透压并且通过调节聚结器的操作温度控制残余汲取溶质 的浓度或渗透压。
17.权利要求1的方法，进一步包括控制汲取溶液物流的流速以 保持稀释的汲取溶液物流中的汲取溶质的预定浓度。
18.权利要求4的方法，其中聚结器被分隔成包含疏水性聚结成分 用于聚集汲取溶质的顶部部分以及包含亲水性聚结成分用于水聚集的底 部部分，其中选择疏水性聚结成分的疏水性程度和亲水性聚结成分的亲 水性程度以聚结汲取溶质到大于10μm。
19.权利要求3的方法，其中该换热器网络包括至少两个换热器。
20.权利要求7的方法，其中纳滤器、超滤器或反渗透工艺包括 小于2000的分子量截止，小于50%的NaCl截留和大于95%的汲取 溶质截留。
21.权利要求1的方法，其中该方法中的汲取溶质的微生物浓度使 用UV消毒器或者生物杀灭剂来控制。
22.权利要求7的方法，其中使用先进的氧化方法或者吸附系统以 从纳滤器、超滤器或反渗透模块的过滤器渗透物中除去残余汲取溶质。
23.用于净化受污染水的系统，包括：
包括原料侧和汲取侧的半透膜，该原料侧用于接受包含水且具有第 一渗透压的受污染原料溶液物流，该汲取侧用于接受包含汲取溶质且具 有第二渗透压的汲取溶液物流，其中该半透膜被配置为使来自受污染原 料溶液物流的水经过而到达汲取侧以产生稀释的汲取溶液物流;
第一换热器，配置用于加热稀释的汲取溶液物流;
聚结器，配置用于聚结稀释的汲取溶液物流中的汲取溶质而产生聚 结的流出物流;
重力相分离器，配置用于将聚结的汲取溶质与聚结的流出物流分离 而产生包含水和残余汲取溶质的富水物流以及包含聚结的汲取溶质和水 的富溶质物流;
第二换热器，配置用于冷却富水物流以产生冷却的单相富水物流; 并且
反渗透模块，配置用于将该残余汲取溶质与该冷却的单相富水物流 分离而产生残余汲取溶质物流和净化的水产品流。
说明书
用于正渗透水处理的反向可溶溶质的回收
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年4月25日提交的名称为“REGENERATION OF RETROGRADE SOLUBLE SOLUTES FOR FORWARD OSMOSIS WATER TREATMENT(用于正渗透水处理的反向可溶溶质的再生)”的美国临时申请 no.61/517,687以及2011年7月15日提交的名称为“RETROGRADE SOLUBLE SOLUTE FOR FORWARD OSMOSIS WATER TREATMENT (用于正渗透水处理的反向可溶溶质)”的美国临时申请no.61/572,394的权益， 这二者的全部内容出于全部目的在此通过引用而被引入本文。
技术领域
本发明涉及海水、微咸水(brackish water)、废水和/或受污染水的脱盐。 更特别地，本发明涉及正渗透脱盐。
背景技术
正渗透在现有技术中是已知的并且由于未来淡水短缺的可能性和对 成本效益脱盐和水净化技术的需求相应提高的原因而已经成为最近研究 的主题。海水、微咸水或者受污染水可通过半透膜汲取水(或溶剂)而 进行净化，该半透膜截留盐和其它污染物(溶质)。这种自然或正渗透方 法不同于被广泛使用的反渗透法，在该反渗透法中，在压力下使水强制 经过类似起作用的半透膜。在正渗透法中，使用汲取溶液通过半透膜汲 取水。该正渗透法并不净化水。正渗透只是将水从一组溶质转移到另一 组溶质。
正渗透的回顾和概述由Miller和Evens在下文中提供：Forward osmosis:A new approach to water purification and desalination(正渗透： 水净化和脱盐的新方法)，Sandia Report SAND2006-4634，2006年7月， 其中讨论了使用反向可溶聚合物汲取溶质的概念。用于实现溶质与水分 离的方法并未被描述。
基于氨-二氧化碳的正渗透系统描述于McGinnis的美国专利No. 7,560,029和6,393,295中，其中溶质的温度依赖性溶解度被用于溶质与水 的部分分离。公开的沉淀溶质是固体盐并且分离的平衡利用蒸馏实现。 Collins的美国专利申请序列号11/632,994也描述了使用盐的温度依赖性 溶解度以将汲取溶质与水分离。
美国专利申请序列号11/796,118描述了另一种正渗透系统，其使用经 涂布的磁性纳米粒子作为汲取溶质。PCT WO/2010/107804描述了使用磁 性粒子作为可控渗透剂。
Chakrabarti的美国专利No.5,679,254描述了使用在水中的聚合物的 温度依赖性溶解度以实现脱盐，不过不是通过正渗透。
Iyer的美国专利No.8,021,553描述了一种系统，该系统使用反向可溶 聚合物溶质和纳滤器用于从产品水分离和回收所产生的溶质胶束。Iyer 详细说明了具有既疏水性又亲水性的组分的汲取溶质。Iyer还公开了通 过在纳滤器上收集沉淀的(或相分离的)汲取溶质并且通过反冲纳滤器 回收溶质来半批量回收溶质。
在此公开了用于正渗透水净化或脱盐的改进的系统和方法。
发明内容
在此公开了用于正渗透水净化或脱盐的改进的系统和方法。根据一 种实施方式，提供用于净化受污染水的方法。该方法包括在半透膜的原 料侧上提供包含水且具有第一渗透压的受污染原料溶液物流并且在半透 膜的汲取侧上提供包含汲取溶质且具有第二渗透压的汲取溶液物流。水 经过半透膜到汲取侧而产生稀释的汲取溶液物流。将该稀释的汲取溶液 物流加热以过饱和该稀释的汲取溶液物流。使该稀释的汲取溶液物流中 的汲取溶质沉淀而产生沉淀的两相流出物流。在该沉淀的两相流出物流 中的汲取溶质聚结而产生聚结的流出物流。聚结的汲取溶质与聚结的流 出物流分离而产生包含水和残余汲取溶质的富水物流以及包含聚结的汲 取溶质和水的富溶质物流。该富水物流被冷却以溶解残余汲取溶质并且 产生冷却的单相富水物流。该残余汲取溶质与该冷却的单相富水物流分 离而产生残余汲取溶质物流和净化的水产品流。
本发明前述的和其它的目标、特征和益处通过本文公开的示例性实 施方式的以下详细描述而变得更加明显。