[发明专利]用于借助于二级薄膜法处理溶液的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理溶液的方法和设备，其中，在至少一个第一薄膜单元中将供应流分成渗透物流和滞留物流。

背景技术

溶液为混合物，在其中，物质(例如盐或微粒)溶解或细微地分布在液态的溶剂(例如水)中。

为了制造大量产品而必需处理溶液。为此在根据本发明的前序部分的设备和方法中使用薄膜分离法。该方法的特别的优点在于其应付得了不加热的情况且因此相比热分离法通常在能源方面更有利。在薄膜技术中出现两种馏分，其被称为滞留物和渗透物。滞留物流在分离过程中由薄膜挡住。穿过薄膜的液体的部分称之为渗透物。

借助于薄膜法的分离已经尤其开设在食品工程、生物工程以及药学中。根据所使用薄膜的类型能实现选择性地分离单独的物质或者所确定的混合物。

根据分离所基于的驱动力来区分薄膜分离法。在本发明中涉及受压力驱动的工艺，在其中，优选将水使用为溶剂。

泵将尚未经处理的液体(其被称作为供应流)输送给第一薄膜单元。该所谓的薄膜单元可构造成模块，从而可使设备与分离问题的范围逐级地相匹配。分离借助于至少一个半透性的薄膜来实现。泵在半透性的薄膜之前建立压力。在此迫使溶剂且经常迫使溶解物的一部分通过薄膜。

经由选择薄膜可调节被挡住的物质的大小。根据被挡住的分子的大小而在微过滤、超过滤、纳米过滤和反渗透之间进行区分。

使用本发明用来执行反渗透尤其用来海水脱盐而证实为特别有利。如果浓缩的溶液加载有超过渗透压力的压力，则水分子扩散通过薄膜，而溶解的盐被挡住。因此盐溶液在一侧上被浓缩，而在另一侧上获得少盐的水。在所施加的运行压力与起调节作用的渗透压力之间建立有平衡。这种工艺被称为反渗透(英语: Reverse Osmosis－RO)且用于海水脱盐。

薄膜可在其运行时间期间附加有沉积物。为了清洁薄膜可利用周期性地交替不同的运行阶段。在此，在第一运行阶段期间在薄膜一侧上建立高压，使得进行反渗透。在第二运行阶段期间降低压力，从而发生渗透。已经附着在薄膜的表面处的沉积物由于流动方向的换向而脱落。

海水脱盐提供很好的可能性来在缺乏淡水的地区中利用至海洋的连接部(Meeresanbindung)成本有利地以充足的量提供饮用水。在此通常将产生的滞留物引回到海洋中。因为滞留物的盐浓度明显超过自然海水的盐浓度，这尤其在大型设备中可导致生态系统的严重负担。

在文献DE 44 05 365 A1中说明了一种用于根据反渗透的原理进行海水脱盐的方法。在此将高压水流引向渗透设备且分离成无压的净化水和还处在高压下的浓缩物。在该方法中在压力升高之前将低压水流分成两个子流。将第一子流带到高压上。将第二子流导引到管室送料器(Rohrkammeraufgeber)中。在该管室送料器中执行第二子流与浓缩物的高压水流的交换。

文献DE 100 59 536 A1说明了一种用于根据反渗透的原理进行海水脱盐的设备。在此将高压水流引向反渗透单元且分离成渗透物和浓缩物。浓缩物用来进行能量回收。将作为低压水流供给的液体分成两个子流。将第一子流带到高压上。将第二子流导引到换压器中。在换压器中进行低压水流与浓缩物的从反渗透单元流入的高压水流的交换。渗透扩展级(其经由具有升压器的输出管路联接到换压器处)与反渗透单元相关联。

在文献WO 2010/052651 A1中说明了一种根据反渗透的原理工作的系统。该系统包括第一分离单元，在其中，两个腔室由半透性的薄膜隔开。浓缩的液体流和稀释的液体流离开第一分离单元。将稀释的液体流输送给第二分离单元。在第二分离单元上游引开第二浓缩液体流和第二稀释液体流。第二浓缩液体流在净化系统中再次使用。

文献WO 96/05908 A1说明了一种用于利用自清洁的薄膜单元进行水脱盐或软化的设备。在此阻止盐层在薄膜的表面上的合成。为此利用建筑的水消耗的动力学，以便定期冲洗供给水处理单元的薄膜的再循环/存储容器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境友好的薄膜法和带有很高的效率的设备。

根据本发明，该目的由此实现，即将滞留物流的至少一部分至少输送给第二薄膜单元，在其中，在薄膜的一侧上存在滞留物而在另一侧上存在溶液，该溶液的溶解物的浓度低于滞留物的浓度，从而溶液的溶剂通过薄膜且稀释滞留物。

相对于传统的方法和设备来由此降低在滞留物中的溶解物的浓度。在应用用于海水脱盐的本方法时，滞留物的盐浓度因此至少部分地再次与自然海水的盐浓度相匹配。通过稀释而使得将滞留物引入到海水中对生态系统具有明显更小的影响。