[发明专利]寿命延长的水软化系统、装置及其方法

说明书

相关参照

[0001]本申请要求申请号为60/698,652、申请日为2005年7月12号的美国临时申请的优先权，在此引用其全文作为参考。

技术领域

[0002]本发明涉及水处理的方法和系统。具体地，本发明涉及软化饮用水的方法和系统，并涉及延长水软化系统工作寿命的方法和系统；更具体地，本发明涉及在从饮用水中去除离子时比传统软化系统具有更低的水损失的方法和系统。

背景技术

[0003]含有较高浓度钙和镁离子的水被叫做“硬水”，因为这两种离子能与其它离子或化合物结合，形成硬的、不希望出现的水垢。数以百万计的家庭使用硬水供给，特别是那些使用地下水的家庭，例如，使用住宅水井或将其作为市政供水的一部分的那些家庭。硬水会在水槽和器皿的周围形成不希望出现的薄膜，并且会在衣物上形成硬水沉积物，导致变色并降低织物的柔软度。另外，使用硬水时，一些肥皂和清洁剂不能像使用软水时一样有效。在此情况下，不舒服或不美观的肥皂薄膜可能残留在清洁过的人体或物品上。

[0004]大约百分之七至百分之十二的私人家庭使用水软化剂。在乡村地区，水软化剂的使用比率比城市中更高，估计约百分之三的城市居民使用水软化剂。仅在美国，估计每年售出一百万离子交换水软化剂，而且数亿美元花费在盐上。这些软化剂多被用在以地下水作为其水供给的家庭及小型商业单位。

[0005]尽管离子交换软化剂适合于多种应用场合，但有很多明显的限制。特别是，因为盐水排放，离子交换水软化处理导致排放水中盐分的净增加。对于适用反盐水排放规定的区域，排放盐分的净增加是一棘手问题。这些规定通常适用在那些利用排放水作为农业用水、并期望避免因使用排放水而带来的土地盐分过度增加的区域。另外，离子交换软化剂在离子交换树脂再生或重新装填时需要经常性地更换钠盐，从而产生与购买盐相关的养护费用。

[0006]考虑到与硬水有关的重要问题以及离子交换水软化剂的限制，目前采用纳米过滤元件(纳滤元件)软化居住用水的水软化剂的研发制造在不断发展，因为其压力相对较低，而效率相对更高。在此领域内，发明名称为纳米过滤水软化装置及方法、发明人为Muralidhara等的美国专利申请第09/909488号值得特别关注。然而，尽管目前软化处理技术取得了重要的进步，但仍然需要对采用纳米过滤器元件软化水的方法及系统进行改进，特别是需要能减少更换频率、寿命更长的薄膜元件。

发明内容

[0007]本发明的一些具体实施方式涉及软化水的方法及系统，特别是涉及能防止废水流中离子增加的软化水的方法及系统。该系统采用纳米过滤器元件来有选择地去除硬离子，特别是大的离子(例如钙和镁的二价离子)，从而实现水的软化，但不增加废水流中的盐分。

[0008]另外，本发明的其它具体实施方式提供了延长软化处理系统中纳米过滤器元件的工作寿命的方法和系统，以及提高软化系统性能的方法和系统。这些方法和系统对于具有一个、两个以及特别是三个或更多个串联在一起的纳米过滤(薄膜)元件的多元件纳米过滤系统尤其有益。在这些纳米过滤软化系统中，饮用水进入第一纳米过滤元件并被分离成被软化的过滤水流以及包含有保留的钙和镁离子的浓缩水流。被软化的过滤水流可以使用，而来自于第一纳滤元件的浓缩水流被运送到第二纳米过滤元件。在第二纳米过滤元件处，来自于第一纳米过滤元件的浓缩水被再次分离成被软化的过滤水流以及包含有保留的钙和镁离子的浓缩水流。在第三元件系统处，自于第二纳米过滤元件的浓缩水流被运送到第三纳米过滤元件处并被再次分离成被软化的过滤水流以及包含有保留的钙和镁离子的浓缩水流。

[0009]多纳米过滤元件的使用是有利的，因为其可实现更有效的水利用，并因此可使更少的水被排放到废水流中。然而，每个后续的纳米过滤元件都要接收浓度逐渐增大的钙和镁。这会造成多种不同的问题，最显著的问题是薄膜上含有钙和镁沉积物的污垢。因此，例如在一个三元件系统中，第三元件会在纳米过滤元件的薄膜表面形成显著的钙沉淀，从而明显降低薄膜的流通量。在一些情况下，这些沉淀会造成薄膜上的污垢达到一定程度并导致纳米过滤元件被过早更换。