[发明专利]渗透驱动膜工艺和系统以及用于驱动溶质回收的方法

说明书

本申请是申请日为2011年9月21日、发明名称为“渗透驱动膜工艺和系统以及用于驱动溶质回收的方法”的申请号为201180055891.5的专利申请的分案申请。

技术领域

通常，本发明涉及渗透驱动膜工艺，更特别地涉及用于渗透驱动膜工艺的驱动溶质回收技术。

背景技术

通常，渗透驱动膜工艺涉及由半透膜分隔的两种溶液。一种溶液可为例如海水，而另一种溶液为浓溶液，以在海水与浓溶液之间产生浓度梯度。该梯度从海水中将水驱动通过膜而进入浓溶液，所述膜选择性地允许水而不是盐通过。逐步地，进入浓溶液的水稀释所述溶液。溶质则需要从该稀释的溶液中去除以产生饮用水。传统上，饮用水例如经由蒸馏而获得，然而，溶质通常不回收和再循环。

发明内容

本发明通常涉及渗透驱动膜系统和方法，例如，正向渗透(FO)、压力延缓渗透(PRO)、渗透稀释(OD)、直接渗透浓缩(DOC)等，并涉及用于渗透驱动膜系统/工艺中的驱动溶质回收的系统和方法。

在一方面，本发明涉及一种正向渗透分离工艺的方式的渗透驱动膜工艺。所述工艺包括如下步骤：在半透膜的第一侧上引入第一溶液；检测所述第一溶液的至少一种特性；基于所述至少一种检测特性选择包含氨和二氧化碳的浓驱动溶液的摩尔比；在所述半透膜的第二侧上引入包含所选摩尔比的氨和二氧化碳的浓驱动溶液，以保持穿过半透膜所需的渗透浓度梯度；促进所述第一溶液的至少一部分流动穿过所述半透膜，以在半透膜的第一侧上形成第二溶液，并在半透膜的第二侧上形成稀释的驱动溶液；将稀释的驱动溶液的至少一部分引入分离操作，以回收驱动溶质和溶剂流；将所述驱动溶质再引入半透膜的第二侧，以保持浓驱动溶液中氨与二氧化碳的所选摩尔比；以及收集溶剂流。

在各个实施例中，所述分离操作包括使用吸收器，所述吸收器构造为将驱动溶质凝结至浓驱动溶液中。溶剂流、稀释的驱动溶液或浓驱动溶液可用作吸收器中的吸收剂。吸收器可使用冷却。在一些实施例中，所述工艺还可包括使用气体压缩机或蒸汽喷射机压缩气体流的步骤以促进驱动溶质再吸收至浓驱动溶液中，所述气体流由从稀释的驱动溶液中分离驱动溶质而形成，所述气体压缩机或蒸汽喷射机由作用在吸收液体流上的液压驱动。所述工艺还可包括在第一溶液上施加压力的步骤，以提高或导致通量通过半透膜而进入浓驱动溶液中。所述工艺还可包括选择具有驱动溶质的浓驱动溶液的步骤，所述驱动溶质的特征在于能够通过使用催化剂而促进将其从溶液中去除或引入溶液中，特征在于能够通过可再利用的物理或化学试剂而促进将其从溶液中去除或引入溶液中，或者特征在于能够通过电能量场、磁能量场或其他环境变化而促进将其从溶液中去除或引入溶液中，从而增加驱动溶质分离的敏感性以促进驱动溶质的去除和再利用。

在另外的实施例中，所述工艺还可包括如下步骤：检测相对于第一溶液和浓驱动溶液中的至少一种的体积变化，并响应所检测的变化而改变与半透膜相关的流动通道以保持所需的流动特性。在其他实施例中，所述工艺还可包括使用催化剂、试剂、可消耗再利用材料、电能量场或磁能量场来促进驱动溶质去除或吸收的步骤。在其他实施例中，所述工艺还可包括通过使用机械蒸气再压缩、热蒸气再压缩、真空蒸馏、气扫式蒸馏、渗透蒸发(pervaporation)和/或闭循环热泵中的至少一种来降低工艺能量的步骤。所述工艺还可包括使用二氧化碳沉淀驱动溶质以及使用氨再吸收沉淀以用于压力延缓渗透的步骤。所述工艺还可包括将接种浆体引入第一溶液的步骤。在至少一个实施例中，所述工艺还包括在第一操作工艺中利用第一溶液中盐的过饱和以及在返回至用于再饱和的第一操作之前在第二操作工艺中利用盐的去饱和的步骤。

在另一方面，本发明涉及一种用于从第一溶液中渗透提取溶剂的系统。所述系统包括：第一室，所述第一室具有流体连接至第一溶液源的入口；第二室，所述第二室具有流体连接至浓驱动溶液源的入口，所述浓驱动溶液包含摩尔比为至少1:1的氨和二氧化碳；半透膜系统，所述半透膜系统分隔所述第一室和所述第二室；分离系统，所述分离系统流体连接所述第二室的下游，并构造为从所述第二室接收稀释的驱动溶液且回收驱动溶质和溶剂流；和再循环系统，所述再循环系统具有吸收器，所述吸收器构造为促进将驱动溶质再引入所述第二室以保持浓驱动溶液中氨与二氧化碳的摩尔比。在一个实施例中，所述分离系统包括蒸馏塔。