專利名稱：一種水溶液凈化處理中減少結(jié)垢的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水凈化領(lǐng)域，本發(fā)明實(shí)施例尤其涉及一種去除幾乎所有的碳?xì)浠衔锖捅晃廴镜乃望}水溶液形成結(jié)垢的離子的方法和系統(tǒng)，比如海水和生產(chǎn)排出水，在一個(gè)自動(dòng)化的過(guò)程中，這個(gè)過(guò)程需要最少的清潔或者用戶干預(yù)，當(dāng)處理海水或高鹽度鹽水時(shí)，將大氣二氧化碳永久封存。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)水資源變得越來(lái)越稀缺，市區(qū)飲用水輸水系統(tǒng)不斷地老化，水井和水庫(kù)的用水量不斷增大以及生理鹽水的污染，水凈化技術(shù)迅速成為了現(xiàn)代生活的一個(gè)重要方面。然而，阻礙水凈化技術(shù)發(fā)展的，往往是碳?xì)浠衔?、形成結(jié)垢和隨后的熱交換器或膜中的結(jié)垢。另外，家用電器如熱水器和洗衣機(jī)在使用硬水時(shí)同樣受到結(jié)垢的影響，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中接觸熱水溶液時(shí)也會(huì)面臨這個(gè)問(wèn)題。在海水淡化廠和石油天然氣開(kāi)采作業(yè)處理生產(chǎn)排出水中結(jié)垢的問(wèn)題尤為重要。需要一個(gè)去除水溶液中碳?xì)浠衔锖托纬山Y(jié)垢的離子的方法。水的硬度一般定義為鈣、鎂離子，及其他在水中的二價(jià)離子的總濃度，并通常表示為每百萬(wàn)份水中這些離子的含量或者等價(jià)為碳酸鈣的含量。水溶解了大氣二氧化碳產(chǎn)生了碳酸根，由此形成了鈣和鎂的碳酸鹽等結(jié)垢。加熱之后，鈣和鎂的碳酸鹽的溶解度迅速變小，沉淀成為結(jié)垢?，F(xiàn)實(shí)中，水溶液中析出的結(jié)垢包括任何化合物。因此，鐵磷酸鹽或硫酸鈣(石膏)也會(huì)形成結(jié)垢。表格I列出的化合物在水中的低溶解度，因此能夠形成結(jié)垢。這里的低溶解度由溶度積定義，也就是說(shuō)，特定化學(xué)品的陽(yáng)離子和陰離子濃度的乘積；反之，溶解度通常表示為摩爾每升(mol/1)。表I-各種化合物的溶度積(Solubility Products)化合物化學(xué)式Ksp (25°C)
氫氧化鋁Al(OH)33* IO-34
磷酸鋁AlPO49.84* IO'21
溴酸鋇Ba(BrO3)22.43* 10_4
碳酸鋇BaCO32.58M0—9
鉻酸鋇BaCrO41.17*10_1Q氟化鋇BaF21.84* IO'7
八水氫氧化鋇Ba(0H)2*8H202.55* 10_4
碘酸鋇Ba(IO3)24.01*10_9
一水碘酸鋇Ba(I03)2*H201.67*10_9
鉬酸鋇BaMoO43.54*10_8
硝酸鋇Ba(NO3)24.64*10-3
硒酸鋇BaSeO43.40* IO"8
硫酸鋇BaSO41.08* IO-10 亞硫酸鋇BaSO35.0* 10-1°
氫氧化鈹Be(OH)26.92*10_22
砷酸鉍BiAsO44.43* 10_10
碘化鉍BH7.71* IO-19砷酸鎘Cd3(AsO4)22.2* 10_33
碳酸鎘CdC031.0*10_12
氟化鎘CdF26.44*10-3
氫氧化鎘Cd(OH)27.2* 10_15
碘酸鎘Cd(IO3),2.5* IO-8
三水草酸鎘CdC204*3H201.42*10-8 磷酸鎘Cd3(PO4)22.53*10_33
硫化鎘CdS 1*10_27
高氯酸銫CsClO43.95*10_3
高碘酸銫CsIO45.16*10-6
碳酸鈣(方解石)CaCO33.36*10-9
碳酸鈣(文石)CaCO36.0*10-9
氟化鈣CaF23.45* IO-11
氫氧化鈣Ca(OH)25.02*10-6
碘酸鈣Ca(I03)26.47*10-6
六水碘酸鈣Ca(I03)2x6H207.10*10-7
鉬酸鈣CaMoO1.46*10_8
一水草酸鈣CaC204*H202.32*10-9
磷酸鈣Ca3(PO4)22.07* IO-33
硫酸鈣CaSO44.93*10-5
二水硫酸鈣CaS04*2H203.14*10-5
半水硫酸鈣CaS04*0.5H203.1^10'7

砷酸鈷(II)Co3(AsO4)26.80*IO'29
碳酸鈷(II)CoCO31.0*10_10
氫氧化鈷(II)(藍(lán)色)Co(OH)25.92*10_15
二水碘酸鈷(II)Co(IO3)2^H2O1.21*10-2
磷酸鈷Co3(PO4)22.05*10_35
硫化鈷(II) (a)CoS5*10_22
硫化鈷(II) (P)CoS3*10_26
溴化亞銅(I)CuBr6.27* IO'9
氯化亞銅(I)CuCl1.72*10-7
氰化亞銅(I)CuCN3.47*IO'20
氧化亞銅(I)Cu2O2*Kr15
碘化亞銅(I)CuI1.27*IO-12
硫氰酸亞銅(I)CuSCN1.77*10_13
砷酸銅(II)Cu3(AsO4)27.95^10'36
氫氧化銅(II)Cu(OH)24.8*10-2°
一水碘酸銅(II)Cu(IO3)2XH2O6.94* 10_8
草酸銅(TI)CuC2O44.43*10_10
磷酸銅(II)Cu3(PO4)21.40*IO'37
硫化銅(II)CuS8*10_37
氫氧化銪(III)Eu(OH)39.38*IO'27
氫氧化鎵(III)Ga(OH)37.28*IO'36
碳酸亞鐵(II)FeCO33.13^10'11

氟化亞鐵(II)FeF22.36*10-6
氫氧化亞鐵(II)Fe(OH)24.87*10_17
硫化亞鐵(II)FeS8*IO-19
氫氧化鐵(III)Fe(OH)32.79*10_39
二水磷酸鐵(III)FeP04x2H209.91*10_16
碘酸鑭La(I03)37.50* IO-12
二溴化鉛(II)PbBr26.60*IO'6
碳酸鉛(II)PbCO37.40* 10_14
氯化鉛(II)PbCl21.70M0-5
鉻酸鉛(II)PbCrO43*10_13
二氟化鉛(11)PbF23.3=40-8
氫氧化鉛(II)Pb(OH)21.43* I O'20
碘酸鉛(II)Pb(I03)23.69*10'13
二碘化鉛(II)PbI29.8*IO"9
草酸鉛(II)PbC2O48.5*10-9
砸酸鉛(II)PbSeO41.37*10-7
硫酸鉛(TI)PbSO42.53*10_8
硫化鉛(II)PbS3*IO-28
碳酸鋰Li2CO38.15*10-4
氟化鋰LiF1.84*10-3
磷酸鋰Li3PO42.37*10-4磷酸銨鎂MgNH4PO43* IO-13

碳酸鎂MgCO36.82*10-6
三水碳酸鎂MgC03*3H202.38*10-6五水碳酸鎂MgC03*5H203.79*10-6氟化鎂MgF25.16*10_n氫氧化鎂Mg(OH)25.61*10_12二水草酸鎂MgC2O4CH2O4.83* IO'6
磷酸鎂Mg3(P04)21.04*10-24
碳酸錳(II)MnCO32.24*10_n
碘酸錳(II)Mn(IO3)24.37* 10_7
氫氧化錳(II)Mn(OH)22*10_13 二水草酸錳(11)MnC2O4^H2OL7(m0-7
硫化錳(II)(粉紅色)MnS3*10_n
硫化錳(II)(綠色)MnS3*10_14
溴化汞(I) Hg2Br26.40* 10_23
碳酸汞Hg2CO33.6*10'17
氯化汞(I)Hg2Cl21.43* 10_18
氟化汞(T)Hg2F23.10*10_6碘化汞(I)Hg2I25.2*10_29
草酸汞(I)Hg2C2O41.75*10_13
硫酸汞(I)Hg2SO46.5*10-7
硫氰化汞(I)Hg2(SCN)23.2*10-20
溴化汞(II)HgBr26.2*IO'20

氧化汞(II)HgO3.6*10-26
碘化汞(II)HgI22.9*10_29
硫化汞(II)(黑色)HgS2*10_53
硫化汞(II)(紅色)HgS2*10-54
碳酸釹Nd2(CO3)31.08* IO-33
碳酸鎳(II)NiCO31.42*10-7
,化鎳(II)Ni(OH)25.48* 10_16
碘酸鎳(II)Ni(IO3)24.7*10-5 磷酸鎳(II)Ni3(PO4)24.74*IO'32
硫化鎳(II)NiS4* IO'20
硫化鎳(P)NiS1.3* 10_25
硫氰化鈀(II)Pd(SCN)24.39*IO-23
氯鉑酸鉀K2PtCl67.48*10-6
高氯酸鉀KClO41.05*10-2
高碘酸鉀KIO43.71*10-4
氫氧化鐠Pr(OH)33.39* IO'24
碘酸鐳Ra(TO3)21.16^10-9
硫酸鐳RaSO43.66* IO-11
高氯酸銣RuClO43.00*10-3
氟化鈧ScF35.81*10_24
氫氧化鈧Sc(OH)32.22* 10_31
乙酸銀(I)AgCH3COO1.94*IO'3

砷酸銀(I)Ag3AsO41.03x*10_22
溴酸銀(I)AgBrO35.38^10'5
溴化銀(I)AgBr5.35*10_13
碳酸銀(I)Ag2CO38.46* 10_12
氯化銀(I)AgCl1.77*10-10
鉻酸銀(I)Ag2CrO41.12*10_12
氰化銀(I)AgCN5.97*10_17 碘酸銀(I)AgIO33.17*10_8
碘化銀(I)AgI8.52*10_17
草酸銀(I)Ag2C2O45.40*IO'12
磷酸銀(I)Ag3PO48.89*10-17
硫酸銀(I)Ag2SO41.20*10_5
亞硫酸銀(I)Ag2SO31.50*10_14
硫化銀(I)Ag2S8*10_51
硫氰化銀(I)AgSCN1.03*10'12
砷酸鍶Sr3(AsO4)4.29*10_19碳酸鍶SrCO35.60* 10_10
氟化鍶SrF24.33*10-9
碘酸鍶Sr(IO3)21.14*10-7
一水碘酸鍶Sr(I03)2*H203.77*10-7
六水碘酸鍶Sr(I03)2*6H204.55*10-7
草酸鍶SrC2O45*10-8

硫酸鍶SrSO43.44*10-7
溴酸鉈TlBrO31.10*10-4
溴化鉈(I)TlBr3.71*10-6
氯化鉈(I)TlCl1.86*10_4
鉻酸鉈(I)Tl2CrO48.67* 10_13
氫氧化鉈(I)Tl(OH))31.68*10-44
碘酸鉈(I)TlIO33.12*10-6
碘化鉈(I)TH5.54*10-8
氰化鉈(I)TlSCN1.57*10'4
硫化鉈(I)Tl2S6* IO22
氫氧化錫(11)Sn(OH)25.45* I Cr27
碳酸釔Y2(CO3)31.03* 10_31
氟化釔YF38.62* IO'21
氫氧化釔Y(OH)31.00* IO-22
碘酸釔Y(IO3)31.12*10-10
砷酸鋅Zn3(As04)22,8* IO'28
碳酸鋅ZnCO31.46*10'10
一水碳酸鋅ZnCCVH2O5.42=40-11
氟化鋅ZnF3.04* IO'2
氫氧化鋅Zn(OH)23*10_17
二水碘酸鋅Zn(I03)2*2H204.1 *10-6
二水草酸鋅ZnC2O4CH2O1.38*10-9

硒化鋅ZnSe3.6*10-26
一水硒化鋅ZnSe*H201.59*10'7
硫化鋅(a)ZnS2* IO-25
硫化鋅((3)ZnS3*10_23傳統(tǒng)的除垢技術(shù)包括化學(xué)和電磁方法。化學(xué)方法利用調(diào)整pH值、磷酸鹽化學(xué)封存、沸石及類似的或者離子交換，又或者這些方法的結(jié)合。通常，化學(xué)方法通過(guò)降低PH值和利用化學(xué)封存防止結(jié)垢的形成，但是它們并不是百分之百的有效。電磁方法依賴于電磁激發(fā)鈣或鎂的碳酸鹽生成，從而形成晶體形式且不附在壁上。例如，電磁激發(fā)有利于沉淀生成文石而不是方解石，前者是一種更柔軟，更不易貼在壁上的碳酸鈣。然而，電磁方法只在相對(duì)短的距離和時(shí)間內(nèi)有效。需要一種永久除去受污染水溶液、海水、生產(chǎn)水中的結(jié)垢的進(jìn)一 步處理。碳?xì)浠衔镂廴臼撬泽w系中的另一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，尤其是當(dāng)這些碳?xì)浠衔锏臐舛瘸^(guò)在水中或單獨(dú)石油的溶解度時(shí)作為獨(dú)立液滴或獨(dú)立液相，如通常情況下的生產(chǎn)排出水——來(lái)自于汽和油提取操作。通常情況下，石油作為一種獨(dú)立液相通過(guò)一系列利用密度差得機(jī)器設(shè)備分離油，比如API分離器、旋流器、浮選機(jī)等等，但是它們對(duì)碳?xì)浠衔锏拇媪粢廊挥绊懖淮蟆Ｒ虼?，即使?jīng)過(guò)機(jī)械處理，生產(chǎn)排出水仍含有令人反感的氫氧化合物且不能飲用。需要一種能永久地降低水性體系中碳?xì)浠衔锏奈廴舅降姆椒?。此外，自工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)活動(dòng)的增多導(dǎo)致二氧化碳?xì)怏w在大氣中的水平劇增，并且人們普遍認(rèn)為二氧化碳的增加導(dǎo)致了全球變暖。人們提出了許多封存二氧化碳的方法，如深井注射，但這些方法不能保證永久封存這樣的溫室氣體。需要一種能夠合算的、永久的方法，且該方法包含的化學(xué)產(chǎn)品不易分解且便于運(yùn)輸和存儲(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種永久去除水溶液中碳?xì)浠衔锖陀菜煞值母倪M(jìn)方法，通過(guò)機(jī)械手段去除獨(dú)立石油污染物的一個(gè)綜合過(guò)程，使這些離子以不溶性碳酸鹽的形式沉淀然后加熱再沉淀其他離子。因?yàn)橛菜煞职次恢玫牟煌煌景l(fā)明的沉淀步驟首先加入一定量的碳酸氫鹽或二價(jià)陽(yáng)離子，比如鈣或鎂，形成不溶性的鈣或鎂的碳酸鹽。通過(guò)噴射二氧化碳?xì)怏w的水溶液或直接以碳酸氫鈉或其他可溶性碳酸氫化學(xué)品等形式加入碳酸氫根離子。在可替代的實(shí)施方案中，加入氫氧根離子(以NaOH的形式)與鎂離子發(fā)生相似的反應(yīng)生成氫氧化鎂。通過(guò)石灰或堿性化合物等方式加入鈣或鎂離子。在這個(gè)過(guò)程中沉淀的第二步，調(diào)整水溶液的PH值約為9. 2或更高，最好是10. 2到10. 5或更高的范圍，更有利于碳酸鹽沉淀。第三步，去除或過(guò)濾以上步驟所產(chǎn)生的沉淀。第四步，將水溶液加熱到120°C，保持5到10分鐘，促進(jìn)不溶性硫酸鹽或類似物的沉淀。第五步，沉淀或過(guò)濾高溫形成的沉淀物。最后，通過(guò)汽提(steam stripping)去除水溶液中剩余的碳?xì)浠衔铩１景l(fā)明實(shí)施例提供了一種去除自來(lái)水、被污染水溶液、海水和鹽水中形成結(jié)垢的化合物的方法，包括首先通過(guò)二氧化碳?xì)怏w噴射加入碳酸根離子或加入一定量二價(jià)陽(yáng)離子如鈣鎂離子，然后調(diào)整PH值到10. 2或更高，沉淀或過(guò)濾這些鈣碳酸鹽和鎂碳酸鹽，從而永久封存大氣二氧化碳，第二個(gè)是熱處理步驟，將水溶液的溫度提高到100°C到120°C的范圍持續(xù)5分鐘到10分鐘，從而促進(jìn)不溶性硫酸鹽及類似物進(jìn)一步沉淀，然后通過(guò)過(guò)濾或沉淀去除這些水垢。在另一方面，加入替代鈣鎂離子的二價(jià)陽(yáng)離子，如鋇、鎘、鈷、鐵、鉛、錳、鎳、鍶或鋅等，形成溶解度低的碳酸鹽。在另一方面，加入替代鈣鎂離子的三價(jià)陽(yáng)離子，如鋁或釹，形成溶解度低的碳酸鹽或氫氧化物。在另一方面，加入可溶性碳酸氫根離子替代二氧化碳噴射方法，如鈉、鉀或碳酸氫銨。在另一方面，除了沉淀或過(guò)濾方法析出碳酸鹽及結(jié)垢外，采用其他方法，如離心方法。 在另一方面，利用廢熱和熱管的熱量加熱提高水溶液的溫度。在另一方面，通過(guò)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)成分、氣體和不揮發(fā)性有機(jī)成分除氣，同時(shí)去除高溫結(jié)垢，如不溶性硫酸鹽和碳酸鹽，達(dá)到IOppm的水平。在另一方面，在傳統(tǒng)的海水淡化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣二氧化碳的永久封存，如多級(jí)閃蒸(MSF)，多效蒸餾(MED)設(shè)備，蒸汽壓縮(VC)的海水淡化系統(tǒng)。在另一方面，傳統(tǒng)的海水淡化系統(tǒng)永久去除結(jié)垢鹽。在另一方面，去除石油和天然氣開(kāi)采作業(yè)的生產(chǎn)排出水中的不良碳?xì)浠衔锖徒Y(jié)垢。在另一方面，在居民用水凈化系統(tǒng)中，去除自來(lái)水、市政用水和井水含有令人反感的硬水成分，如鈣或鎂。在另一方面，熱管提供回收除垢和除去碳?xì)浠衔锊僮髦械臒崃俊Ｔ诹硪环矫?，有價(jià)值的鹽類結(jié)垢可以回收。在另一方面，結(jié)垢化合物沉淀物為非粘性，易過(guò)濾，并能最終除去。在另一方面，利用現(xiàn)有電廠的廢熱，并永久封存這些電廠產(chǎn)生的二氧化碳。在另一方面，在進(jìn)一步處理之前，從海水和生產(chǎn)水中除去氧氣和溶解空氣，以減少腐蝕和維修問(wèn)題。在另一方面，結(jié)垢化合物依次沉淀和去除，所以他們就能夠加以利用和在下游工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重新利用。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一種從水溶液中除去結(jié)垢化合物的方法，包括加入足以在堿性PH值條件下引起第一結(jié)垢化合物沉淀的化學(xué)量的至少一種離子到所述溶液中；調(diào)整所述溶液的PH值到堿性pH值，從而沉淀出第一結(jié)垢化合物；從所述溶液中除去第一結(jié)垢化合物；加熱所述溶液到足夠引起從所述溶液中沉淀出第二結(jié)垢化合物的溫度；及從所述溶液中除去第二結(jié)垢化合物。在另一方面，所述離子選自由碳酸根離子和二價(jià)陽(yáng)離子組成的群組?？蛇x擇地，碳酸根離子為碳酸氫根離子。在另一方面，二價(jià)陽(yáng)離子選自由鈣離子和鎂離子組成的群組。在另一方面，所述化學(xué)量為足以將所述第一結(jié)垢化合物中選自由鋇、鎘、鈷、鐵、鉛、錳、鎳、鍶、鋅組成的群組的二價(jià)陽(yáng)離子替代為所述二價(jià)陽(yáng)離子。在另一方面，所述化學(xué)量為足以將所述第一結(jié)垢化合物中選自由鋁和釹組成的群組的三價(jià)陽(yáng)離子替代為所述二價(jià)陽(yáng)離子。在另一方面，所述加入至少一種離子包括使用二氧化碳?xì)怏w噴射水溶液。在另一方面，二氧化碳是大氣二氧化碳。在另一方面，所述加入至少一種離子包括加入一種選自由碳酸氫鈉、碳酸氫鉀和碳酸氫銨組成的群組的可溶性碳酸氫根離子到所述溶液。在另一方面，所述加入至少一種離子包括加入一種選自由CaO、Ca (OH) 2、Mg(OH)2和MgO組成的群組的化合物到所述溶液。在另一方面，堿性pH值大約為9. 2或更高。 在另一方面，所述第一結(jié)垢化合物選自由碳酸鈣和碳酸鎂組成的群組。在另一方面，調(diào)整所述溶液的pH值包括加入一種選自由CaO和NaOH組成的群組的化合物到所述溶液。在另一方面，除去所述第一結(jié)垢化合物至少包括以下一種方法過(guò)濾、沉淀或離心。在另一方面，加熱溫度范圍大概為100°C到120°C。在另一方面，發(fā)電廠及類似的工業(yè)過(guò)程利用廢熱完成對(duì)溶液的加熱。在另一方面，加熱溫度范圍的維持時(shí)間為5分鐘到10分鐘左右。在另一方面，第二結(jié)垢化合物包括硫酸鹽化合物。在另一方面，除去第二結(jié)垢化合物的方法至少包括以下一種過(guò)濾、沉淀和離心。在另一方面，加熱溶液另外包括將溶液與蒸汽接觸，對(duì)溶液中揮發(fā)性有機(jī)成分(揮發(fā)性有機(jī)化合物)、氣體和不揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行除氣，達(dá)到IOppm以下水平。在另一方面，在加入至少一種離子之前，先除去水溶液中的污染物。在另一方面，所述污染物選自由固體顆粒和碳?xì)浠衔镆旱谓M成的群組。在另一方面，所述水溶液選自由自來(lái)水、受污染水溶液、海水及受碳?xì)浠衔镂廴镜柠}水組成的群組。在另一方面，在除去第二結(jié)垢化合物之后，給水溶液除氣，所述除氣用于從水溶液中除去碳?xì)浠衔?。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一種獲取結(jié)垢化合物的方法，包括提供水溶液；加入足以在堿性PH值下能夠引起第一結(jié)垢化合物沉淀的化學(xué)量的至少一種離子到所述溶液；調(diào)整溶液的pH值到堿性pH值，從而沉淀出第一結(jié)垢化合物；從所述溶液中去除第一結(jié)垢化合物，加熱所述溶液到足夠引起從所述溶液中沉淀出第二結(jié)垢化合物的溫度；及從所述溶液中除去第二結(jié)垢化合物；回收第一結(jié)垢化合物；回收第二結(jié)垢化合物。在另一方面，第一和第二結(jié)垢化合物選自由如表I所列化合物組成的群組。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供了一種封存大氣二氧化碳的方法，包括提供一種含有至少一種能夠形成二氧化碳封存化合物的、以碳酸根離子形式存在的離子的水溶液；加入足以在堿性PH值下引起二氧化碳封存化合物沉淀的化學(xué)量的碳酸根離子到所述溶液中；將溶液的PH值調(diào)整到堿性pH值，從而沉淀出所述二氧化碳封存化合物；及從所述溶液中除去二氧化碳封存化合物；其中加入碳酸根離子包括加入大氣二氧化碳到所述溶液，所述大氣二氧化碳被封存于二氧化碳封存化合物中。在另一方面，所述水溶液選自由受污染的水溶液、海水及被碳?xì)浠衔镂廴镜柠}水組成的群組。在另一方面，堿性pH值約9. 2或更高。在另一方面，所述二氧化碳封存化合物選自由碳酸鈣和碳酸鎂組成的群組。在另一方面，除去所述二氧化碳封存化合物至少包括以下一種方法過(guò)濾、沉淀或離心。加熱所述溶液還包括將所述溶液與蒸汽接觸，從而從所述溶液中將揮發(fā)性有機(jī)成分、氣體和不揮發(fā)性有機(jī)化合物去除到低于IOppm的水平。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供一種除去水溶液中結(jié)垢化合物的設(shè)備，其特征在于，包括水溶液入口 ；二氧化碳?xì)怏w源；與所述入口和所述二氧化碳?xì)怏w源流體連通的第一 罐體；PH值提高劑源；與所述pH值提高劑源和所述第一罐體流體連通的第二罐體；與所述第二罐體流體連通的過(guò)濾器，用于從所述第二罐體中的溶液中分離出第一結(jié)垢化合物；與所述過(guò)濾器流體連通的壓力容器，用于將所述壓力容器中的溶液加熱到100°C到120°C之間的一個(gè)溫度；及與所述壓力容器流體連通的過(guò)濾器，用于從所述壓力容器中的液體中分離出第二結(jié)垢化合物。在另一方面，設(shè)備另外還包括與所述入口和第一罐體流體連通的除油器，用于從所述溶液中除去一種選自固體顆粒和碳?xì)浠衔镆旱谓M成的群組的污染物。在另一方面，設(shè)備另外還包括在所述壓力容器的下游并與之流體連通的除氣器，用于從所述溶液中除去碳?xì)浠衔?。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供了一種在二氧化碳封存化合物中封存大氣二氧化碳的設(shè)備，包括包含至少一種能夠形成二氧化碳封存化合物的、以碳酸根離子存在的離子的水溶液入口 ；大氣二氧化碳?xì)怏w源；與所述入口和所述二氧化碳?xì)怏w源流體連通的第一罐體；PH值提高劑源；與所述pH值提高劑源和所述第一罐體流體連通的第二罐體；與所述第二罐體流體連通的過(guò)濾器，用于從所述第二罐體中的溶液中分離出二氧化碳封存化合物。所述設(shè)備另外包括與所述入口和第一罐體流體連通的除油器，用于從所述溶液中除去一種選自由固體顆粒和碳?xì)浠衔镆旱谓M成的群組的污染物。


圖I是一個(gè)用于執(zhí)行綜合預(yù)處理方法的設(shè)備示意圖。圖2是一個(gè)除油器的示意圖。圖3是表示pH值與水溶液中碳酸、碳酸氫根離子及碳酸離子濃度關(guān)系的圖表。圖4是除氣器或沉淀器的示意圖。圖5是應(yīng)用到居民生活用水凈化系統(tǒng)的除垢方法的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在這里揭示的實(shí)施例在某些情況下以示例形式或參考一個(gè)或多個(gè)附圖。但是，任何一個(gè)具體實(shí)施例僅僅作為例子說(shuō)明，而不能表示本發(fā)明的全部范圍。根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例，下面的討論提到受污染水溶液的除垢和預(yù)處理方法的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。參考標(biāo)號(hào)如圖1-5所標(biāo)示。含有碳?xì)浠衔锖推渌廴疚锏暮Ｋ?10)或鹽水(20) (saline aquifer water)通過(guò)泵(30)輸送到預(yù)處理系統(tǒng)。受污染的入口水在除油器(40)中進(jìn)行第一次處理除去固體顆粒(42)，如沙子和其他固體廢棄物，以及可見(jiàn)的油滴(44)，從而提供一種幾乎無(wú)可見(jiàn)油的水性產(chǎn)品。所述除油器(40)利用密度差進(jìn)行操作。輸入的受污染水(41)通過(guò)放大的孔進(jìn)入所述除油器(40)而大大減小流速，從而使固體顆粒(42)離開(kāi)懸浮液，該懸浮液通過(guò)固體廢物管(43)流出除油器。一旦固體顆粒除去，受污染水溶液流進(jìn)幾個(gè)傾斜沉降通道
(49)，在這里流量(47)變成層流和足夠慢使油滴(44)和(45)凝聚和升高直到流出除油器的頂部(46)，脫油溶液從除油器的底部(48)流出。接著，脫油的海水或受污染的鹽水開(kāi)始除垢。所述除垢方法的基本原則是促進(jìn)形成結(jié)垢的化合物生成不溶性碳酸鹽沉淀物。為此，可以考慮碳酸(H2CO3)、碳酸氫根離子(HCO3-)、碳酸根離子(C032_)活度系數(shù)作為pH值函數(shù)，如圖3所示。當(dāng)pH值低于6. 0，主要是碳酸；當(dāng)口11值在6.0和10. 0之間，以碳酸根離子為主；ipH值在10. 3以上時(shí)，以碳酸根 離子為主。所述方法供一定量的二氧化碳，從而使得PH值調(diào)整到9. 2以上，最好是10. 2以上時(shí)，受污染水溶液中的二價(jià)陽(yáng)離子特別是鈣離子和鎂離子將會(huì)以不溶性碳酸鹽的形式沉淀。絕大部分鹽水包括海水，含有的鈣離子和鎂離子超過(guò)碳酸氫根離子。因此，大部分鹽水需要額外的碳酸根離子形成結(jié)垢沉淀，最實(shí)用的提供碳酸根離子的方法是以二氧化碳溶于水變成碳酸氫根離子；通過(guò)堿性PH值的調(diào)整，立即按照它們的溶解度形成鈣或鎂的沉淀。大氣二氧化碳的使用提供了一種永久封存該有害溫室氣體的方法。然而，一些鹽水中含有過(guò)多的碳酸氫根離子，特別是那些與油氣田中的生產(chǎn)水含有的天然堿。在出現(xiàn)碳酸氫根離子出現(xiàn)過(guò)剩的情況下，可以利用氧化鈣調(diào)整鹽水的組成，這可以提供二價(jià)離子和提高PH值到堿性范圍?；氐綀D1-5，一旦進(jìn)入的受污染水已經(jīng)脫油，便進(jìn)入一個(gè)攪拌槽或靜態(tài)混合器
(50)，在那里噴射的二氧化碳￠0)提供一定量的碳酸根離子從而導(dǎo)致鈣離子和鎂離子的初步沉淀成不溶性碳酸鹽。碳酸溶液通過(guò)泵注入到另一個(gè)攪拌槽或靜態(tài)混合器(80)中，在反應(yīng)器中利用PH值增加劑氧化鈣，氫氧化鈉(但最好使用氫氧化鈉)調(diào)整pH值。經(jīng)調(diào)整達(dá)到堿性邊緣，但最好PH值達(dá)到10. 2以上，鹽水或受污染水溶液將會(huì)迅速形成不溶性碳酸鹽之類的沉淀(Iio),然后再通過(guò)帶、碟或桶過(guò)濾器(100),或逆流傾析管(counter-currentdecantation vessel)，或增稠劑過(guò)濾或沉淀。經(jīng)過(guò)調(diào)整pH值初步沉淀結(jié)垢和通過(guò)沉淀或過(guò)濾除去這些結(jié)垢，干凈的水溶液進(jìn)入反應(yīng)器(120)，這里將通過(guò)加熱產(chǎn)生第二結(jié)垢化合物沉淀。外部熱源(130)，可以來(lái)自發(fā)電廠或工業(yè)廠房熱管的廢蒸汽的熱量，加熱反應(yīng)器的溫度到120°C，這需要一個(gè)壓力溫度下熱反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。在這些條件下，某些不溶性硫酸鹽，如硫酸鈣(石膏)，會(huì)因?yàn)樗鼈兊娜芙舛蕊@著降低而沉淀。關(guān)于熱管傳輸熱凝汽熱量到入口水的討論在美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/090，248，題為能源效率-蒸餾系統(tǒng)，2008年4月14日申請(qǐng)，以及美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)?0/727，106，題為能源效率的蒸餾系統(tǒng)，2005年10月14日申請(qǐng)，這兩者都可以給予完整的參考。本發(fā)明另一可替代的實(shí)施例，沉淀的第二步驟通過(guò)雙步驟完成，包括蒸汽氣提除氣。如圖4所示,部分去除結(jié)垢的液體(125)進(jìn)入蒸懼板塔(distillation tray column),它通過(guò)一系列的塔板級(jí)聯(lián)(121)。廢熱源(130)，如發(fā)電廠的廢水進(jìn)入蒸餾罐體(120)的底部氣泡處，并逆流通過(guò)每一層塔板，從而分離揮發(fā)性有機(jī)化合物成分(VOCs)，同時(shí)加熱到120°C，從而降低溶解度形成不溶性鹽的沉淀，如某些硫酸鹽。每一層塔板的液面通過(guò)下水管道保持，水溶液從上層塔板到下層塔板。因?yàn)樗ㄟ^(guò)除氣釜上升，蒸汽逐漸吸收有機(jī)污染物，包括非揮發(fā)性污染物，并最終離開(kāi)蒸餾釜的頂部(126)，因此蒸汽可以冷卻和丟棄。包括熱沉淀的除氣水溶液離開(kāi)蒸餾釜的底部(127)。進(jìn)一步，本發(fā)明的替代實(shí)施例，在水溶液加熱并除去第二結(jié)垢化合物沉淀后，除氣過(guò)程類似于上述過(guò)程作為最后的步驟。這最后的除氣操作，除去任何余留的碳?xì)浠衔?，特別水溶液受到碳?xì)浠衔飮?yán)重污染的時(shí)候，比如石油生產(chǎn)得到的水溶液。接下來(lái)，通過(guò)機(jī)械過(guò)濾器或增稠劑過(guò)濾或沉淀這個(gè)過(guò)程的水中的結(jié)垢，在優(yōu)選的實(shí)施例中，這些水溶液通過(guò)機(jī)械驅(qū)動(dòng)閥(140)的操作進(jìn)入雙砂過(guò)濾器(150)，交替過(guò)濾和沖洗步驟。結(jié)垢殘?jiān)鼜捻敳?160)過(guò)濾得到后，根據(jù)結(jié)垢的成分，可以出售或丟棄。除去結(jié)垢 和去油的水溶液(170)從底部離開(kāi)，可以后續(xù)處理，如海水淡化。示例性的海水去垢系統(tǒng)海水化學(xué)成分大概表示如下面的表2所示，屬于典型的開(kāi)放性海洋，但海水成分因地理和氣候等因素有著顯著差異。表2——鹽度為3. 5 %的海水詳細(xì)成分
成分at.weight ppm成分at.weight ppm
氫 H2O 1.00797 110,000 鉬 Mo 0.09594 0.01 氧 H2O 15.9994 883,000 釕 Ru 101.07 0.0000007 鈉 NaCl 22.9898 10,800銶 Rh 102.905 .
氯 NaCl 35.453 19,400鈀 Pd 106.4.
鎂 Mg24.312 1,290銀 Ag 107.870 0.00028
硫 S32.064 904鎘 Cd 112.4 0.00011鉀 K39.102392銦 In114.82
鈣 Ca10.08411錫 Sn118.690.00081
溴 Br79.90967.3銻 Sb121.750.00033
氦 He4.00260.0000072碲 Te127.6
鋰 Li6.9390.170碘 I166.9040.064
鈹 Be9.01330.0000006氤 Xe131.300.000047
硼 B10.8114.450銫 Cs132.9050.0003
碳 C12.01128.0鋇 Ba137.340.021
氮離子14.00715.5鑭 La138.910.0000029
氟 F18.99813鈽 Ce140.120.0000012
氖 Ne20.1830.00012鐯 Pr140.9070.00000064
鋁 Al26.9820.001釹 Nd144.240.0000028
硅 Si28.0862.9釤 Sm150.350.00000045
磷 P30.9740.088 銪 Eu151.960.0000013
氬 Ar39.9480.450釓 Gd157.250.0000007
坑 Sc44.956<0.000004 鋱 Tb158.9240.00000014
鈦 Ti47.900.001 鏑 Dy162.500,00000091
釩 V50.9420.0019鈥 Ho164.9300.00000022
鉻 Cr51.9960.0002鉺 Er167.260.00000087
錳 Mn54.9380.0004 銩 Tm168.934 0.00000017
鐵 Fe55.8470.0034 鐿 Yb173.040.00000082
鈷 Co58.9330.00039 IfLu174.970.00000015鎳 Ni 58.71 0.0066 鉿 Hf178.49 <0.000008
銅 Cu 63.54 0.0009 鉭 Ta180.948 <0.0000025
鋅 Zn 65.37 0.005 鎢 W183.85 <0.000001
鎵 Ga 69.72 0.00003 錸 Re186.2 0.0000084
鍺 Ge 72.59 0.00006 鋨 Os190.2
砷 As 74,922 0.0026 銦 Ir192.2
硒 Se 78.96 0.0009 鉑 Pt195.09
氪 Kr 83.80 0.00021 金 Au196.967 0.000011
銣 Rb 85.47 0.120 汞 Hg200.59 0.00015
鍶 Sr 87.62 8.1 鉈 Tl204.37
釔 Y 88.905 0.000013 鉛 Pb207.19 0.00003
鋯 Zr 91.22 0.000026 鉍 Bi208.980 0.00002
鈮 Nb 92.906 0.000015 釷 Th232.04 0.0000004
鈾 U 238.03 0.0033 钚 Pu(244)注意ppm =百萬(wàn)分率=毫克/升=0. 001克/千克因此第一項(xiàng)任務(wù)是研究鹽類的最低溶解度常數(shù)，將我們的研究范圍限定在海水中
最豐富的元素中。它們是
表3鈣的化合物
溶解度
碳酸鈣(方解石)CaCO33.36* 10_9
碳酸鈣(文石) CaCO36.0* IO-9
氟化鈣 CaF23.45* KT11氫氧化鈣Ca(OH)25.02*lCr6
亞碘酸鈣Ca(IO3)26,47* 10_6
六水亞碘酸鈣Ca(I03)2*6H207.10* IO 7
鉬酸鈣CaMoO1.46*10-8
一水草酸鈣CaC204*H202.32* IO'9
磷酸鈣Ca3(PO4)22.07* 10_33
硫酸鈣CaSO44.93*10-5
二水硫酸鈣CaS04*2H203.14M0-5
半水硫酸鈣CaSO4 *0.5H20 3.1*10_7海水中鈣離子濃度平均為416ppm或10. 4mmol/lt,而碳酸氫根離子是145ppm或
2.34mmol/lt。由于碳酸氫根離子加熱容易分解成碳酸鹽，方解石結(jié)垢是第一結(jié)垢化合物。硫酸鈣(石膏)的溶解度是方解石的10000倍，因此即使硫酸根離子的濃度達(dá)到2701ppm，或28. lmmol/lt,也會(huì)在之后沉淀。磷的濃度是0. 088ppm,因此潛在的磷酸根離子的濃度小到可以忽略不計(jì)。表4鎂化合物
溶度積Ksp
磷酸銨鎂MgNH4PO43*10_13
碳酸鎂MgCO36.82 *10'6
三水碳酸鎂MgCO3 *3H202.38*10-6
五水碳酸鎂MgCO3 X 5H203.79* 10-6
氟化鎂MgF25.16*10_n
氫氧化鎂Mg(OH)25.61 *10_12
二水草酸鎂MgC2O4CH2O4,83*10-6
磷酸鎂Mg3(PO4)21.04 *10_24 海水中鎂的含量比鈣大三倍，為1290ppm(53. 3mmol/lt)，但碳酸鎂的溶解度比碳酸鈣1000倍，所以當(dāng)鈣離子所剩無(wú)幾的時(shí)候鎂開(kāi)始沉淀。氟離子不夠數(shù)量引起大量結(jié)垢的產(chǎn)生，類似前面提到的磷酸鹽。同樣，如下面的表5-7所示，雖然結(jié)垢化合物是已知結(jié)合鉀、鐵、鋁等，但在海水中如此低的濃度它們不沉淀，或在水溶液中即使?jié)舛群芨?例如鉀)，它們的溶解度很高也不沉淀。表5鉀化合物
Ksp
氯鉑酸鉀 K2PtCl6 7.48*10-6 高氯酸鉀 KClO41.05 *10-2
高碘酸鉀 KlO43.71*10-4表6鐵化合物·
Ksp
碳酸亞鐵(II)FeCO33.13*10_n
氟化亞鐵(II)FeF22.36*10-6
氫氧化亞鐵(II)Fe(OH)24.87*10_17
硫化亞鐵(II)FeS8*10_19
氫氧化鐵(III)Fe(OH)32.79 *IO'39
ニ水磷酸鐵(III) FeP04*2H20 9.91 * 10_16表7鋁化合物Ksp氫氧化鋁Al(OH)3 3*10づ4磷酸鋁AlPO4 9·84*1(Γ21目前披露的方法和系統(tǒng)是用來(lái)浄化海水和比海水鹽度更高的水溶液。結(jié)果表明凈化設(shè)備的在結(jié)垢方面的開(kāi)發(fā)得到了顯著的改良。具體實(shí)施例I除氣器中除去非揮發(fā)性或揮發(fā)性有機(jī)物目前披露的方法和系統(tǒng)是用來(lái)浄化商業(yè)觀察到的一定數(shù)量的非揮發(fā)性和揮發(fā)性水溶液，包括甲基丁基醚(MTBE)。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)方法比較，污染物的數(shù)量得到顯著減少。具體實(shí)施例2表示居民用水浄化系統(tǒng)中的除垢在另ー個(gè)可替代實(shí)施例中，本發(fā)明方法可以用來(lái)軟化來(lái)自市政系統(tǒng)的硬水，含有高水平的鈣或鎂鹽的井水。關(guān)于居民用水浄化系統(tǒng)更多的信息，可以參考美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/994，832，題為水凈化系統(tǒng)，申請(qǐng)于2008年I月4日；11/444，911，題為全自動(dòng)水質(zhì)處理控制系統(tǒng)，申請(qǐng)于2006年5月31日；11/444，912，題為自我清潔水處理設(shè)備的改善，申請(qǐng)于2006年5月31日；11/255，083，題為:水凈化系統(tǒng)，申請(qǐng)于2005年10月19日，美國(guó)專利號(hào)7678235，納入作為全部參考。參考圖4，自來(lái)水或井水通過(guò)減壓器(200)進(jìn)入居民用水凈化系統(tǒng)，以確保有水不斷流入凈化系統(tǒng)。一罐(201)含有氫氧化鈉(堿液NaOH)和碳酸氫鈉(小蘇打NaHC03)，向計(jì)量器(202)提供了預(yù)測(cè)這些化學(xué)品的計(jì)量達(dá)到300ppm，鈣或鎂離子形成碳酸鹽沉淀，而且同時(shí)將PH值提高到10.2。這些化學(xué)品在自來(lái)水管(203)溶解，離開(kāi)減壓器(200)，并導(dǎo)致軟結(jié)垢沉淀。0085處理了部分結(jié)垢的水溶液通過(guò)塑料管(205)流進(jìn)鍋爐(204)，這里水溶液通過(guò)鍋爐的水進(jìn)行預(yù)熱，并通過(guò)垂直管(206)離開(kāi)，連接沉淀釜(207)的上部。其他結(jié)垢通過(guò)預(yù)熱處理沉淀，這使溶液的溫度升高而導(dǎo)致難溶性鹽的溶解度變小，從而形成結(jié)垢沉淀。鍋 爐中進(jìn)水的預(yù)熱導(dǎo)致塑料管變形，因此防止了結(jié)垢粘附在預(yù)熱管的表面。熱沉淀結(jié)垢加上釜(207)中先前調(diào)整pH值導(dǎo)致的結(jié)垢沉淀，定期在釜底(208)去除。然后，脫結(jié)垢水進(jìn)入除氣器(209)，在那里揮發(fā)性有機(jī)成分和不揮發(fā)性有機(jī)化合物將會(huì)通過(guò)逆流蒸汽分離，在上述專利申請(qǐng)中有所描述。具體實(shí)施例3廢水成分處理中的去除結(jié)垢一種從化肥處理設(shè)備中取得的水溶液，利用上述方式除去結(jié)垢化合物，作為預(yù)處理水溶液進(jìn)入水凈化分離設(shè)備進(jìn)行最終的凈化，在這里形成的結(jié)垢難以想象，設(shè)備的進(jìn)水量是6加侖每天(GPD);這種實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的設(shè)備測(cè)試工業(yè)情況需要2000立方米每天(528401. 6GPD)。廢水組分的相關(guān)元素和離子如下表8所示。表8——廢水組分
水質(zhì)分析ppm (mg/1)鋇0鈣500鎂300鐵(III)2
碳酸氫鹽
硫酸800
磷酸鹽O ニ氧化硅50 鍶
可溶性鹽類
鈉700 鉀30 砷O 氟化物2
氯化銨1000 硝酸10廢水的總?cè)芙夤腆w(TDS)含量35，OOOppm(g/Ι)。如表8所示，廢水含有高濃度的鈣和鎂，這往往會(huì)形成結(jié)垢。上述方式處理這種廢水；因?yàn)檫M(jìn)水很少或根本沒(méi)有碳?xì)浠衔铮詻](méi)有進(jìn)行脫油和除氣處理。更為詳細(xì)地，ニ氧化碳碳化和加入NaOH (提供氫氧根離子與鎂離子反應(yīng))，接著調(diào)整PH值到9. 3使NaOH進(jìn)ー步使用。表9表示的化學(xué)品劑量將會(huì)在有商業(yè)價(jià)值的結(jié)垢處理過(guò)程中得到使用(實(shí)際用量根據(jù)進(jìn)水量6GPD調(diào)整)。表9——需要的化學(xué)品(噸/天)
使用的化學(xué)品噸/天(ton/day )C021.21
Mg 需要的 NaOH 2.17 pH 需要的 NaOH 0.12 總 NaOH2.29這個(gè)過(guò)程形成過(guò)濾結(jié)垢(濾渣)和污水(產(chǎn)品)。表10表示商業(yè)規(guī)模過(guò)程的物料平衡。表10——物料平衡濾渣濕度=20%
預(yù)處理物料平衡m3/d GPD 進(jìn)水2000 528401.6
濾渣中鹽水喪失數(shù)量 0.89236.44
污水流量(產(chǎn)品)1999.11 528165.15表11表示沉淀產(chǎn)品的近似組分。表11列出的數(shù)字商業(yè)化結(jié)垢處理過(guò)程是在實(shí)驗(yàn)性結(jié)垢處理過(guò)程的基礎(chǔ)上的。表11—沉淀組成54. 46 % 的沉淀是 CaCO3 = 2. 50mt/d,或 2. 75ton/d45. 36 % 的沉淀是 Mg (OH) 2 = 2. 08mt/d，或 2. 29ton/d0. 18% 的沉淀是 FeCO3 = 0. 01mt/d,或 0. Olton/d0. 00 % 的沉淀是 SrCO3 = 0. OOmt/d,或 0. OOton/d總沉淀是5. 05ton/d從表11可以看出絕大多數(shù)沉淀由碳酸鈣或氫氧化鎂組成，大量的鈣和鎂在這個(gè)過(guò)程中被除去。表12表示廢水中相關(guān)的元素和化合物的和出水產(chǎn)品的數(shù)量。表12——處理前后的水溶液組分預(yù)處理水分析進(jìn)水，ppm出水，ppm
鋇 O0.00
丐 5005.64
鎂 3004.01
鐵(III) 20.00
碳酸氫鹽 00
硫酸 800800
磷酸鹽 00 二氧化硅 5050
鍶 00.00可溶性鹽類
鈉 700700
鉀 3030
砷 00
氟化物 22
氯化物 10001000
硝酸 1010
TDS-計(jì)算 33942601.655
TDS-實(shí)際 35,00026829.09表12所示的結(jié)果顯示的生成結(jié)垢化合物的元素，如鈣和鎂的水平通過(guò)上述的處理過(guò)程減少高達(dá)大約99%。另外，鐵的含量降低到檢測(cè)不到的水平。此外，水溶液中溶解的固體總量減少超過(guò)20%。具體實(shí)施例4海水處理過(guò)稈中的除垢目前披露的處理過(guò)程是是應(yīng)用在高水平TDS和高硬度水，測(cè)試處理這樣輸入水溶液的能力。在進(jìn)入凈化設(shè)備之前，水經(jīng)過(guò)所披露的方法預(yù)處理，如美國(guó)專利第7，678，235號(hào)文件中所描述的。在下文將做更詳細(xì)的討論，海水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后再進(jìn)入凈化系統(tǒng)沒(méi)有形成結(jié)垢。下面的這些化合物加入到新鮮海水中，形成本例的輸入水溶液。7克/升Ca(OH) 2加入產(chǎn)生Ca2+濃度為7. lkppm。再加入29克/升NaCl，所產(chǎn)生的水樣的TDS為66kppm。在室溫下，通過(guò)加入大約12克/升NaHC03，必要時(shí)加入氫氧化鈉增加溶液pH值大于10. 5，形成第一次沉淀。第一次在室溫下形成碳酸鹽化合物碳酸鈣和碳酸鎂沉淀。過(guò)濾水溶液除去這些沉淀結(jié)垢。第二次沉淀在高溫下進(jìn)行。具體說(shuō)來(lái)，過(guò)濾后的水溶液加熱到120°C，經(jīng)過(guò)10到15分鐘。因此，硫酸鹽主要是硫酸鈣和硫酸鎂沉淀。冷卻水，然后過(guò)濾掉沉淀。經(jīng)過(guò)過(guò)濾的水溶液在微波爐中煮沸樣品再次檢查。沒(méi)有觀察到沉淀，經(jīng)過(guò)過(guò)濾的水的TDS大約為66kppm。
根據(jù)美國(guó)專利7678235，過(guò)濾水作為凈化設(shè)備的進(jìn)水。收集該設(shè)備的產(chǎn)出水，計(jì)算產(chǎn)出水的TDS。當(dāng)進(jìn)水的TDS是66kppm時(shí)，產(chǎn)出水的TDS小于lOkppm。在鍋爐中沒(méi)有觀察到明顯的結(jié)垢。在一些實(shí)施例中除垢水和鹽溶液的系統(tǒng)，包括一些實(shí)施例所掲示的，結(jié)合其他系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)一歩提供有益的功能。例如，該系統(tǒng)可以與任何其他美國(guó)專利披露的方法和設(shè)備結(jié)合，申請(qǐng)?zhí)?0/676870，題為太陽(yáng)能定位裝置，2005年5月2日提交；美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/697104，題為可視水流量指示裝置，2005年7月6日申請(qǐng)；美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/697106，題為修正飲用水的礦物含量裝置，2005年7月6日申請(qǐng)；美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/697107，題為改進(jìn)氣旋除霧器，2005年7月6日申請(qǐng)；PCT申請(qǐng)US2004/039993，2004年12月I日申請(qǐng)；PCT申請(qǐng)US2004/039991，2004年12月I日提交；PCT申請(qǐng)US2006/040103，2006年10月13日提交；美國(guó)專利申請(qǐng):12/281，608，2008年9月3日申請(qǐng)；PCT申請(qǐng)?zhí)朥S2008/03744，2008年3月21日提交；美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng):60/526, 580，2003年12月2日申請(qǐng)；上述這些申請(qǐng)均納入?yún)⒖挤秶＿@些方法和設(shè)備本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解并能獲得這樣的目的和優(yōu)點(diǎn)，同樣包括其他種類的優(yōu)點(diǎn)和好處。通過(guò)實(shí)施例及優(yōu)選例描述本發(fā)明的方法、程序和設(shè)備不作為發(fā)明范圍被限制。在本發(fā)明精神內(nèi)的其他改變和應(yīng)用視為在本發(fā)明披露的范圍內(nèi)。如果沒(méi)有超出本發(fā)明所披露的范圍和精神做出的不同的替換和改變，視為顯而易見(jiàn)的。那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到發(fā)明的不同層面和實(shí)施例可以獨(dú)立和結(jié)合起來(lái)實(shí)施，因此組合所掲示的獨(dú)立實(shí)施例在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本文所引用的任何專利和出版物都應(yīng)視為是以明確的和獨(dú)立的方式被弓I用的。本發(fā)明可以在缺少任何沒(méi)有在這里特別掲示的元件、限制的情況下實(shí)施。這里應(yīng)用的術(shù)語(yǔ)及表達(dá)用于描述而非限定，并且這樣術(shù)語(yǔ)及表達(dá)的使用并不意味著對(duì)于所展示或描述的等同特征的排除。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明掲示的范圍內(nèi)不同的變化是可能的。因此，應(yīng)當(dāng)理解為，雖然本發(fā)明已經(jīng)被特別通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例及選擇的特征所掲示，本領(lǐng)域技術(shù)人員在這個(gè)概念下的變化或更改，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種從水溶液中除去結(jié)垢化合物的方法，包括 加入足以在堿性PH值條件下引起第一結(jié)垢化合物沉淀的化學(xué)量的至少一種離子到所述溶液中； 調(diào)整所述溶液的PH值到堿性pH值，從而沉淀出第一結(jié)垢化合物； 從所述溶液中除去第一結(jié)垢化合物； 加熱所述溶液到足夠引起從所述溶液中沉淀出第二結(jié)垢化合物的溫度；及 從所述溶液中除去第二結(jié)垢化合物。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述離子選自由碳酸根離子和二價(jià)陽(yáng)離子組成的群組。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳酸根離子是HCO3'
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述二價(jià)陽(yáng)離子選自由Ca2+和Mg2+組成的群組。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)量為足以將所述第一結(jié)垢化合物中選自由鋇、鎘、鈷、鐵、鉛、錳、鎳、鍶、鋅組成的群組的二價(jià)陽(yáng)離子替代為所述二價(jià)陽(yáng)離子。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)量為足以將所述第一結(jié)垢化合物中選自由鋁和釹組成的群組的三價(jià)陽(yáng)離子替代為所述二價(jià)陽(yáng)離子。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述加入至少一種離子包括使用二氧化碳?xì)怏w噴射水溶液。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳是大氣二氧化碳。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述加入至少一種離子包括加入一種選自由碳酸氫鈉、碳酸氫鉀和碳酸氫銨組成的群組的可溶性碳酸氫根離子到所述溶液。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述加入至少一種離子包括加入一種選自由CaO、Ca (OH) 2、Mg (OH) 2和MgO組成的群組的化合物到所述溶液。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述堿性PH值大于或等于9.2。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一結(jié)垢化合物選自由碳酸鈣和碳酸鎂組成的群組。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述溶液的PH值包括加入一種選自由CaO和NaOH組成的群組的化合物到所述溶液。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，除去所述第一結(jié)垢化合物至少包括以下一種方法過(guò)濾、沉淀或離心。
15.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述溫度在100°C到120°C之間。
16.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，來(lái)自發(fā)電廠或類似工業(yè)過(guò)程的廢熱被用來(lái)加熱所述溶液。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，保持所述溫度的時(shí)間在5分鐘到10分鐘之間。
18.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二結(jié)垢化合物包括硫酸鹽化合物。
19.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，除去所述第二結(jié)垢化合物至少包括以下一種方法過(guò)濾、沉淀或離心。
20.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，加熱所述溶液還包括將所述溶液與蒸汽接觸，從而從所述溶液中將揮發(fā)性有機(jī)成分、氣體和不揮發(fā)性有機(jī)化合物去除到低于IOppm的水平。
21.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括在加入至少一種離子之前，先除去水溶液中的污染物。
22.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述污染物選自由固體顆粒和碳?xì)浠衔镆旱谓M成的群組。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述水溶液選自由自來(lái)水、受污染水溶液、海水及受碳?xì)浠衔镂廴镜柠}水組成的群組。
24.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于還包括在除去第二結(jié)垢化合物之后，給水溶液除氣，所述除氣用于從水溶液中除去碳?xì)浠衔铩?br> 25.一種獲取結(jié)垢化合物的方法，包括 提供一種水溶液； 實(shí)施如權(quán)利要求I所述的方法； 回收第一結(jié)垢化合物；和 回收第二結(jié)垢化合物。
26.如權(quán)利要求25所述的方法,其特征在于,所述第一和第二結(jié)垢化合物選自由表I所列化合物組成的群組。
27.—種封存大氣二氧化碳的方法,包括 提供一種含有至少一種能夠形成二氧化碳封存化合物的、以碳酸根離子形式存在的離子的水溶液； 加入足以在堿性PH值下引起二氧化碳封存化合物沉淀的化學(xué)量的碳酸根離子到所述溶液中； 將溶液的PH值調(diào)整到堿性pH值，從而沉淀出所述二氧化碳封存化合物 '及 從所述溶液中除去二氧化碳封存化合物； 其中加入碳酸根離子包括加入大氣二氧化碳到所述溶液，所述大氣二氧化碳被封存于二氧化碳封存化合物中。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述水溶液選自由受污染的水溶液、海水及被碳?xì)浠衔镂廴镜柠}水組成的群組。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述堿性pH值大于或等于9.2。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳封存化合物選自由碳酸鈣或碳酸鎂組成的群組。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，除去所述二氧化碳封存化合物至少包括以下一種方法過(guò)濾、沉淀或離心。
32.—種除去水溶液中結(jié)垢化合物的設(shè)備，其特征在于，包括 水溶液入口； 二氧化碳?xì)怏w源； 與所述入口和所述二氧化碳?xì)怏w源流體連通的第一罐體； PH值提高劑源； 與所述PH值提高劑源和所述第一罐體流體連通的第二罐體；與所述第二罐體流體連通的過(guò)濾器，用于從所述第二罐體中的溶液中分離出第一結(jié)垢化合物； 與所述過(guò)濾器流體連通的壓力容器，用于將所述壓力容器中的溶液加熱到100°c到.120°C之間的一個(gè)溫度；及 與所述壓力容器流體連通的過(guò)濾器，用于從所述壓力容器中的液體中分離出第二結(jié)垢化合物。
33.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于還包括與所述入口和第一罐體流體連通的除油器，用于從所述溶液中除去一種選自由固體顆粒和碳?xì)浠衔镆旱谓M成的群組的污染物。
34.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于還包括在所述壓力容器的下游并與之流體連通的除氣器，用于從所述溶液中除去碳?xì)浠衔铩?br> 35.一種在二氧化碳封存化合物中封存大氣二氧化碳的設(shè)備，其特征在于，包括 包含至少一種能夠形成二氧化碳封存化合物的、以碳酸根離子存在的離子的水溶液入n ； 大氣二氧化碳?xì)怏w源； 與所述入口和所述二氧化碳?xì)怏w源流體連通的第一罐體； PH值提高劑源； 與所述PH值提高劑源和所述第一罐體流體連通的第二罐體； 與所述第二罐體流體連通的過(guò)濾器，用于從所述第二罐體中的溶液中分離出二氧化碳封存化合物。
36.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備另外包括與所述入口和第一罐體流體連通的除油器，用于從所述溶液中除去一種選自由固體顆粒和碳?xì)浠衔镆旱谓M成的群組的污染物。
全文摘要
一種從自來(lái)水、被污染的水溶液、海水和鹽水中去除碳?xì)浠衔锖托纬山Y(jié)垢的化合物的方法，比如生產(chǎn)排出水，包括通過(guò)二氧化碳噴射加入碳酸根離子，或加入二價(jià)陽(yáng)離子，通過(guò)將pH值調(diào)整到10.2左右而沉淀鈣碳酸鹽和鎂碳酸鹽，從而永久地封存大氣二氧化碳，然后依次除去所述沉淀物，用于銷售或處理。
文檔編號(hào)C02F5/02GK102725236SQ201080016113
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者尤金·梯也爾 申請(qǐng)人:純凈源公司