[实用新型]用于提高盐水浓度的渗透驱动膜系统和处理

说明书

技术领域

一般地，本实用新型涉及渗透驱动膜系统和处理，更加特别地涉及为了零废液排放(ZLD)利用渗透驱动膜系统和处理增大盐水浓度。本实用新型还涉及用于渗透驱动膜系统和处理的相关的驱动溶质回收技术。

背景技术

一般而言，渗透驱动膜处理涉及由半透膜分隔的两种溶液。一种溶液可以例如是海水，而另一种溶液是浓溶液(concentratedsolution)，其用于在海水与该浓溶液之间产生浓度梯度。该梯度驱动海水中的水穿过膜而进入浓溶液，所述膜选择性地允许水经过不允许盐经过。逐渐地，进入浓溶液的水稀释所述溶液。然后需要从稀释溶液中去除溶质以产生饮用水。通常，例如经由蒸馏获得饮用水；然而，溶质通常不被回收和再利用。

在使用蒸馏和低品位热量以回收驱动溶质的某些现有技术的系统中，必须在真空下进行冷凝和吸收步骤，以求使驱动溶质回收最大化。举例来说，将分液罐(knock-outpot)和排放器(eductor)(使用空气作为传动介质)设于冷凝和/或吸收处理的下游，以求提高驱动溶质回收。然而，这种配置需要排出无法冷凝的气体，也会造成驱动溶质的损失和可能的环境问题。此外，现有技术的驱动溶质回收系统需要相当大的能量输入(例如，直接水蒸气或电)，这使回收处理效率低且昂贵。

此外，用于浓缩供料流的许多现有技术一般(尤其是在未使用复杂的和/或能量非常密集型的设备的情况下)不能从所述流中充分去除所有水或其它溶剂(即，ZLD)，而上述设备又使得将供料流的浓缩最大化以满足ZLD的要求变得昂贵且不实用。

实用新型内容

本实用新型一般地涉及下述系统和方法：所述系统和方法用于使盐水浓度提高至ZLD或接近ZLD条件以及用于回收/再利用在这些系统和方法中使用的驱动溶液。所述驱动溶液用于各种渗透驱动膜系统和方法，例如：正渗透(FO)、压力阻尼渗透(PRO)、渗透稀释(OD)、直接渗透浓缩(DOC)或依赖于溶液中溶质的浓度(或浓度的可变性)的其它处理。用于驱动溶质回收的系统和方法可以被并入各种渗透驱动膜系统/处理。在美国专利第6391205、7560029和9039899号、美国专利公开第2011/0203994、2012/0273417和2012/0267306号和PCT公开第WO2015/157031号中公开了渗透驱动膜系统/处理的示例；这些专利的全部内容以引用的方式并入本文。此外，在美国专利第8246791和9044711号中公开了各种驱动溶质回收系统；这些专利的全部内容也以引用的方式并入本文。

一般地，使用的驱动溶液是水溶液，即，溶剂是水；然而，在一些实施例中，驱动溶液例如是使用有机溶剂的非水溶液。驱动溶液旨在含有相对于供料或第一溶液更高的浓度的溶质以此在渗透驱动膜系统内产生渗透压。渗透压可以用于包括脱盐、水处理、溶质浓缩、发电和其它用途在内的各种用途。在一些实施例中，驱动溶液可以包括一种或多种可去除溶质。在至少一些实施例中，可以使用可热去除(热分解)的溶质。例如，驱动溶液可以包括热分解盐溶液，诸如在美国专利第7560029号中公开的那些溶液。其它可能的热分解盐包括各种离子形态，例如氯化物、硫酸盐、溴化物、硅酸盐、碘化物、磷酸盐、钠、镁、钙、钾、硝酸盐、砷、锂、硼、锶、钼、锰、铝、镉、铬、钴、铜、铁、铅、镍、硒、银和锌等。

一般地，供料溶液或第一溶液可以是期望进行分离、浓缩、净化或其它处理的含有溶剂和一种或多种溶质的任何溶液。在一些实施例中，第一溶液可以是非饮用水，例如海水、盐水、微咸水、中水和一些工业水等。在其它实施例中，第一溶液可以是期望浓缩、隔离或回收的含有诸如目标种类等一种或多种溶质的处理液流。所述液流可以来自工业处理，例如药物或食物级应用。所述目标种类可以包括药物、盐、酶、蛋白质、催化剂、微生物、有机化合物、无机化合物、化学前驱体、化学产品、胶体、食物产品或污染物。第一溶液可以从上游单元操作(例如工业设备等)或任何其它来源(例如海洋等)被传送至正渗透膜处理系统。

在一个方面，本实用新型涉及一种渗透驱动膜系统及相关方法。一般地，所述系统包括：一个或多个正渗透膜模块，每个模块包括一个或多个膜，供料溶液的来源与所述一个或多个膜的一侧流体连通，浓缩的驱动溶液的来源与所述一个或多个膜的另一侧流体连通；和驱动溶液回收系统，其与正渗透膜模块流体连通。