[发明专利]正渗透分离法

说明书

本申请是申请号为200980132251.2、申请日为2009年6月22日、发明名称为“正渗透分离法”的申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2008年6月20日提交的美国临时专利申请序号61/074,195和2008年6月20日提交的美国临时专利申请序号61/074,199的优先权；二者均全文经此引用并入本文。

技术领域

概括而言，本发明一个或多个方面涉及渗透分离。更特别地，本发明一个或多个方面涉及在高纯用途中，例如在食品和药品工业中，使用工程化渗透法（例如正渗透）从用于废水净化和产品回收的水溶液中分离溶质。

背景技术

在各种用途中，可能希望浓缩溶液中存在的所需物质。在一些常规技术中，可以施加热以改变溶剂的状态，以将其从溶液中除去，由此提供较高浓度的所需物质。其它常规方法涉及用于使溶剂穿过溶剂可透但所需物质不可透的膜的液压驱动膜法。在废水处理的情况下，膜生物反应器已广泛替代用于从废水流中除去有机物的传统二级废水处理法。液压驱动的膜系统常用于从生物活性溶液中分离水，其中有机物作为食物被微生物消耗，然后这些微生物以沉淀的形式单独除去。

发明概要

概括而言，本发明涉及溶液中的溶质的渗透分离系统和方法。

根据一个或多个实施方案，公开了正渗透分离法。该方法可包括在半透膜的第一侧上引入包含溶剂和至少一种目标物质的第一溶液。该方法可进一步包括在所述半透膜的第二侧上引入以至少1:1的摩尔比包含氨和二氧化碳的第二溶液，由此跨过该半透膜形成渗透浓度梯度，这促使第一溶液的至少一部分溶剂流过该半透膜，以形成在该半透膜的第一侧上的第三溶液和在该半透膜的第二侧上的第四溶液。该方法可进一步包括促使至少一部分第四溶液流向分离操作，由此生成吸引溶质（draw solutes）和溶剂流。该方法可进一步包括将所述吸引溶质送回所述半透膜的第二侧。该方法可进一步包括从第三溶液中回收所述至少一种目标物质。

在一些实施方案中，第一溶液可以是水溶液。在至少一个实施方案中，第一溶液可包含来自药品或食品级操作的料流。目标物质可包含盐、糖、酶、蛋白质或微生物。在一些实施方案中，在半透膜的第一侧上引入第一溶液包括将该半透膜浸在第一溶液中。引入第二溶液可包括沿半透膜的第二侧传送第二溶液。在至少一个实施方案中，连续引入第一溶液。

在一个或多个实施方案中，将至少一部分第四溶液引入分离操作包括将至少一部分第四溶液引入蒸馏塔、膜蒸馏系统、或渗透蒸发或全蒸发系统。在一些实施方案中可以向该分离操作供应废热。在至少一个实施方案中，该方法可进一步包括处理该溶剂流的步骤。

在一些实施方案中，回收所述至少一种目标物质包括将第三溶液引入沉降器、旋液分离器、沉淀器或力梯度操作。在一些实施方案中，该方法可进一步包括将所述至少一种回收的目标物质引入进一步的处理单元。可以将所述至少一种处理过的目标物质供应给下游使用点。

根据一个或多个实施方案，公开了正渗透废料处理法。该方法可包括在半透膜的第一侧上引入包含溶剂和至少一种成分的第一溶液。在一些实施方案中，该方法可进一步包括在所述半透膜的第二侧上引入以至少1:1的摩尔比包含氨和二氧化碳的浓缩吸引溶液，以保持跨过该半透膜的渗透浓度梯度。在一些实施方案中，该方法可进一步包括促使第一溶液的至少一部分溶剂流过所述半透膜，以形成在该半透膜的第一侧上的第二溶液和在该半透膜的第二侧上的稀释吸引溶液。在一些实施方案中，该方法可进一步包括将至少一部分稀释吸引溶液引入分离操作，由此生成吸引溶质和溶剂流。在一些实施方案中，该方法可进一步包括将所述吸引溶质送回所述半透膜的第二侧。在一些实施方案中，该方法可进一步包括从第二溶液中除去所述至少一种成分。

在一些实施方案中，第一溶液包含废水。第一溶液可包含盐、有机物、悬浮胶体或生物有机体。在至少一个实施方案中，在半透膜的第一侧上引入第一溶液包括将该半透膜浸在第一溶液中。引入浓缩吸引溶液可包括沿半透膜的第二侧传送浓缩吸引溶液。在至少一个实施方案中，连续引入第一溶液。

在一些实施方案中，将至少一部分稀释吸引溶液引入分离操作包括将至少一部分稀释吸引溶液引入蒸馏塔、膜蒸馏系统、或渗透蒸发或全蒸发系统。该方法可进一步包括向所述分离操作供应废热的步骤。在至少一个实施方案中，该方法可进一步包括处理所述溶剂流。除去所述至少一种不合意成分可包括将第二溶液引入沉降器、旋液分离器或泄料操作。可以将所述至少一种不合意成分引入进一步的处理操作。