[发明专利]控制在膜系统操作中的结垢的方法和系统

说明书

发明领域

本发明涉及膜系统操作，且更具体地讲，涉及用于控制在膜系统操作中的结垢的方法和系统。

背景

膜技术包括借助于渗透膜用于在两部分之间输送物质的所有工艺工程措施。其在包括膜工艺的膜系统操作中获得实际应用，诸如但不限于反渗透(RO)、超滤(UF)、微滤(MF)等。

未净化的海水含有微溶的盐，诸如碳酸盐垢、硫酸盐垢、生物垢等，它们具有极低的溶解度，由此构成膜系统操作中使用的渗透膜的膜表面上结垢的极高特定潜在性。这些盐在废水中的浓度随产物水除去的程度而增加。高浓度的低溶解度盐导致盐在膜表面上沉淀和结晶。该现象被称为膜垢形成。类似地，在供水中的有机盐和微生物也沉积在膜表面上和间隔物上，且该现象被称为膜生垢。膜生垢(fouling)/结垢(scaling)引起较高能源使用和膜的较短寿命，这是因为需要更经常地清洁。

不溶于水的诸如碳酸钙、硫酸钡等的无机盐可变得过饱和且导致它们沉淀。因此，用结垢控制化学品处理送往膜工艺的供水以避免这些盐在膜表面上沉淀。这些结垢控制化学品被称作阻垢剂。阻垢剂吸附到垢的生长位置且防止垢进一步生长、结晶和沉淀。所选择的阻垢剂的类型控制着在垢与阻垢剂之间的扩散动力学反应的程度。并且，为了避免有机内含物沉积在膜表面上，用作为阻垢剂的碱性溶液处理供水。因此，阻垢剂的选择及其剂量在膜的结垢/生垢控制以便膜更好地起作用和操作方面非常重要。

目前，所使用的阻垢剂的类型及其剂量基于来自膜生产商、化学品供应商、顾问和供水品质的提议。沉积在膜中的垢根据供水品质可主要为碳酸盐垢、硫酸盐垢、生物垢等。在工业应用中，阻垢剂基于主要存在于供水中的组分的类型而给出建议。例如，对于硫酸盐垢和有机垢建议氢氧化钠，对于碳酸盐垢等建议盐酸。所提议的阻垢剂将仅溶解特定的组分，而可能不会溶解在垢中存在的所有组分。因此，可能需要使用具有特定组成的阻垢剂的混合物，以溶解并除去存在于垢中的所有组分。

阻垢剂与供水一起投配以保持其在废料流中的浓度处于特定值。因为一些阻垢剂无法通过市场上可得到的传感器测量，所以投配固定过量的阻垢剂以防止膜结垢和随后的损伤。该技术基于经验法则且具有一些缺点，如过量使用阻垢剂，这是高度浪费的，其并不考虑膜的当前情况或状况来估计溶解在膜表面上的现有垢沉淀物和晶体所需要的阻垢剂的量。必须注意到，虽然在实践中，投配固定过量的阻垢剂，但在产物水和废料流中存在的阻垢剂的量应该在如由世界卫生组织(WHO)所提议的容许极限内，使得不需要任何后处理操作来除去这些阻垢化学品。

本发明的目的在于选择恰当的阻垢剂及其最佳剂量。膜清洁化学及其动力学在判断阻垢剂的恰当选择方面极其重要，而阻垢剂的剂量基于膜生垢状况来估计。

本发明的目标

本发明的一个目标在于提供控制结垢的方法，其中适当地选择膜系统操作所需要的阻垢剂。

本发明的另一目标在于提供控制结垢的方法，其中适当地估计膜系统操作所需要的阻垢剂的组合物。

本发明的一个目标还在于提供控制结垢的方法，其中确定膜系统操作所需要的阻垢剂的估计组合物的最佳剂量。

本发明的又一目标在于提供用于在膜系统操作中进行根据本发明的控制结垢的方法的系统。

发明概述

因此，本发明提供控制在膜系统操作中的结垢的方法。所述方法由在工厂的控制系统中的模型进行。所述方法包括选择与垢的一种或多种组分对应的一种或多种阻垢剂的步骤。这基于供水情况、膜材料、膜生垢状况和关于在阻垢剂与垢的组分之间的反应的动力学研究中的一项或多项。估计一种或多种所选择的阻垢剂的组合物基于总结垢速率常数。施用所述估计的一种或多种阻垢剂的组合物的剂量。

因此，本发明还提供根据本发明的方法控制在膜系统操作中的结垢的系统。所述系统具有控制系统，所述控制系统具有模型，且包括一个或多个用以获得工厂数据的传感器。在本发明的系统中，提供阻垢剂选择单元以选择与垢的一种或多种组分对应的一种或多种阻垢剂。提供阻垢剂估计单元以估计一种或多种所选择的阻垢剂的组合物。提供阻垢剂剂量控制单元以施用和/或控制所述估计的一种或多种阻垢剂的组合物的剂量。所述控制系统对应于分布式控制系统、可编程逻辑控制器或任何其他基于微处理机的嵌入系统。所述系统的模型迎合(caters to)阻垢剂选择单元、阻垢剂估计单元和阻垢剂剂量控制单元中的一个或多个。

附图简述

参考附图，其中：

图1示出了控制在膜系统操作中的结垢的系统。

发明详述