[发明专利]渗透分离系统和方法

说明书

技术领域

本发明的一个或多个方面大体涉及渗透分离。更具体地，本发明的一个或多个方面涉及利用设计的渗透工艺（例如正向渗透）将溶质从水溶液中分离出来的用途。

背景技术

正向渗透已被用于脱盐。通常，正向渗透脱盐工艺涉及具有被半透膜分隔开的两个室的容器。一个室包含海水，另一个室包含浓溶液，由此在海水和浓溶液之间产生浓度梯度。该梯度驱动海水中的水穿过膜进入到浓溶液中，所述膜选择性地允许水通过而不允许盐通过。逐渐地，进入浓溶液中的水将该溶液稀释。然后将溶质从该稀释的溶液中移除，以产生适饮水（potable water）。

发明内容

本发明的数个方面大体上涉及设计的渗透系统和方法，包括正向渗透分离、直接渗透浓缩、压力辅助正向渗透（pressure assisted forward osmosis）和压力延缓渗透（pressure retarded osmosis）。

根据一种或多种实施方式，用于从第一溶液中渗透提取溶剂的系统可包括：第一室，所述第一室具有与第一溶液源流体连接的入口；第二室，所述第二室具有与浓驱动溶液源流体连接的入口，所述浓驱动溶液包含摩尔比至少为1:1的氨和二氧化碳；半透膜系统，所述半透膜系统将所述第一室与所述第二室隔开；分离系统，所述分离系统流体连接到所述第二室的下游，所述分离系统包括蒸馏塔，所述分离系统被设置为接收来自所述第二室的稀驱动溶液以及回收驱动溶质和溶剂流；再循环系统，所述再循环系统包括吸收器，所述再循环系统被设置为便于将所述驱动溶质再引入到所述第二室，以维持所需的摩尔比；以及低品位热源（source of low grade heat），所述低品位热源与所述分离系统进行热交换。

在一些实施方式中，所述系统可进一步包括驱动溶液储存系统，所述驱动溶液储存系统与所述浓驱动溶液源流体连通。所述驱动溶液储存系统可包括至少一个囊（bladder）。所述驱动溶液储存系统可包含在容器（vessel）中，所述容器进一步包括第一溶液储存囊和稀驱动溶液储存囊中的至少一个。在至少一种实施方式中，所述蒸馏塔可位于地平面以下。所述半透膜系统可包括浸于槽中的膜组件。所述槽可包括第一浓度区和第二浓度区。所述膜组件可包括多个平片膜（flat sheet membranes）。在一些实施方式中，所述系统可进一步包括气体冲洗系统（gas scour system）。所述系统可进一步包括预处理系统，所述预处理系统与所述第一溶液流体连通，所述预处理系统选自于由离子交换、化学软化、纳米过滤、阻垢剂（anti-scalants）和沉淀单元操作装置组成的组。在至少一种实施方式中，所述系统可进一步包括与所述分离系统协作的盐结晶器。所述系统可进一步包括pH计、离子探针、傅立叶变换红外光谱仪和流速计探针（flow rate meter probe）中的至少一种。

根据一种或多种实施方式，正向渗透分离工艺可包括：在半透膜的第一侧上引入第一溶液；在所述半透膜的第二侧上引入包含摩尔比至少为1:1的氨和二氧化碳的浓驱动溶液，以维持穿过所述半透膜所需的渗透浓度梯度；促使所述第一溶液的至少一部分的流（flow）穿过所述半透膜，以在该半透膜的第一侧上形成第二溶液，并在该半透膜的第二侧上形成稀驱动溶液；将至少一部分所述稀驱动溶液引入分离操作装置，以回收驱动溶质和溶剂流（stream）；将所述驱动溶质再引入所述半透膜的第二侧，以维持所述浓驱动溶液中所期望的氨对二氧化碳的摩尔比；收集所述溶剂流；以及控制所述半透膜的生物积垢（biological fouling）。

在一些实施方式中，控制生物积垢涉及使所述第一溶液脱气。控制生物积垢也可涉及调节所述半透膜环境中的渗透压。在至少一种实施方式中，控制生物积垢涉及亚硫酸盐还原、生物处理、渗透震扰（osmotic shock）、曝气（aeration）、产物水的通量和添加亚硫酸氢盐中的至少一种。

以下详细讨论这些示例性方面和实施方式的其它方面、实施方式和优点。此外，应理解上述信息和以下详细描述都仅为各个方面和实施方式的解释性实例，旨在提供用于理解要求保护的方面和实施方式的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供各个方面和实施方式的阐述和进一步理解，将其并入并构成该申请文件的一部分。附图以及该申请文件的剩余部分用来解释所描述和要求保护的方面和实施方式的原理和操作。

附图说明