[发明专利]高效回收饮用水方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2011年8月17日提交的美国临时专利申请61/524,554的优先权，该申请通过引用整体并入本文中。

技术领域

本发明主要涉及基于膜的水净化过程。特别是，本发明包括为提高用于净化饮用水的“全屋RO”系统的效率设计的方法、工序和系统。

背景技术

硬度前体如钡、钙、镁、铁、硅、碳酸盐和碳酸氢盐、氟化物、硫酸盐常在地表水源、水井和地下蓄水层和含水的工业排放物例如冷却塔排出物中找到。

这些微溶的污染物限制了经反渗透（RO）和纳滤（NF）膜净化、脱盐的渗透液的百分回收率，因为它们在浓度大时倾向于形成结垢化合物，沉积在膜的表面并缩短其使用寿命或需要非常频繁地清洗膜。

简单的RO膜系统通常会达到大约70%的最大渗透回收率。传统家庭型RO系统也称为全屋RO系统，通常以25%-50%的渗透回收率运作。但是，在这些低渗透回收率下，每产生1加仑的净化或脱盐的饮用水会浪费1-3加仑的水。这种低膜渗透回收率旨在完全降低污垢物质（包括天然有机物质、胶体物质和结垢化合物）的积聚，从而减少维护并降低清洗和更换昂贵的RO膜的频率。这种低膜渗透回收率还使设计人员能够简化RO系统设计，因其不使用预处理化学药品和膜清洗化学药品。但是，这些优点被这些基本家庭或“全屋”RO系统差的性能所抵消，因为这些系统产生大量废弃的RO废水，并且其使用的入流水（例如自来水或井水）的体积比最终用户实际消费的体积大得多。在这种方式下，任何节省下来的系统成本都被更高成本的入流水和污水排放成本所抵消。

目前在这些家庭RO系统设计中的改进包括在一些“全屋”RO系统中，在经RO膜处理前，使用离子交换软化树脂作预处理，以除去入流水带来的硬度，从而使RO膜可以达到较高的渗透回收率。这些改进系统的RO渗透回收率达到60%-70%，但仍旧浪费30%-40%的入流水作为RO废水排出。此外，水软化剂离子交换树脂必须周期性再生，再生过程通过使用高达10%强度的商业（即氯化钠）盐溶液以保证有效再生，漂洗IX树脂并在再生循环之间恢复树脂容量。进一步，其必须使用淡水或高质量RO渗透液来制备再生盐溶液，从而净化水的净回收率进一步再降低2-5%，同时浪费昂贵的化学制品并将钠和氯离子释放到接收的地表水中，对环境和人的健康造成不利影响。

除了上述说明，还值得注意的是，过去开发合适RO系统的尝试已关注以下方面：提高膜处理产出水的回收率，通过使用RO浓缩液，使得作为RO预处理的SAC IX树脂再生，来解决与商业盐有关的问题，尽管人们在这个领域作出了很多努力，但是这些处理仍然低效。例如，它们不能够在获得高度理想范围的膜系统产出水回收率（即>90%，甚至>95%）的同时再利用膜浓缩液来使IX树脂再生，从而进一步提高净产出水回收率以及排除用于使IX树脂再生的商业盐的使用。同样已知的是，与地表水相关以及更特别地与地下水相关的入流水的质量，特别是总溶解固体（TDS）和硬度浓度及其它多价阳离子和二氧化硅的浓度会随时间（例如五年时间）变化。因此，之前在RO领域的工作不能解决入流水质量变化性的问题，也不能解决对可靠的过膜前和过膜后的水软化能力的需要，以使硬度和其它胶体多价离子对膜渗透流量的不利影响最小化。本发明符合这些和其他需求。

发明内容

本发明通过提供一改进的经济的系统和方法用于净化地表水、地下水、城市和工业废水，生产净化的或脱盐的饮用水或工业用水，解决了正在发生的长期感到的需要。取决于入流水的TDS，所述系统和方法获得大于入流水体积的90%甚至大于95%的高产出水回收率，同时其使用膜浓缩液来再生IX树脂，从而避免了使用商业盐。

这一发明同时结合了增强的预处理和过膜后处理，以能够控制污垢和结垢物质，从而有助于膜系统以最小的膜清洗或更换频率长期运作。通过这种方式，本发明节约了入流水和废水处理成本，还减少了化学药品对环境的不利影响。作为维护低和水成本减少的结果，本发明理想地适用于家庭、餐馆、多元住宅和商业建筑、灌装水厂和食品饮料制造厂。在这方面，本发明提供了一饮用水系统和一方法，其中通过从入流水和膜浓缩液中连续除去污垢和结垢化合物，然后循环利用低硬度膜浓缩液并与入流水共混，膜渗透回收率得到最大化。