用于正滲透水處理的反向可溶溶質(zhì)的回收的制作方法
【專利說明】
[0001 ] 本申請是基于申請?zhí)枮?01280017645.5、申請日為2012年4月23日、發(fā)明名稱為 "用于正滲透水處理的反向可溶溶質(zhì)的回收"的中國專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[000；3] 本申請要求2011年4月25日提交的名稱為"REGENERATION OF RETROGRADE SOLUBLE SOLUTES FOR FORWA畑 OSMOSIS WATER TREATMENT用于正滲透水處理的反向可 溶溶質(zhì)的再生Γ的美國臨時申請no .61/517,687?及2011年7月15日提交的名稱為 "RETROGRADE SOLUBLE SOLUTE FOR F0RWA畑 OSMOSIS WATER TREATMENT(用于正滲透水處 理的反向可溶溶質(zhì)r的美國臨時申請no . 61/572，394的權(quán)益，運二者的全部內(nèi)容出于全部 目的在此通過引用而被引入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明設及海水、微咸水(brackish water)、廢水和/或受污染水的脫鹽。更特別 地，本發(fā)明設及正滲透脫鹽。
【背景技術(shù)】
[0005] 正滲透在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并且由于未來淡水短缺的可能性和對成本效益脫 鹽和水凈化技術(shù)的需求相應提高的原因而已經(jīng)成為最近研究的主題。海水、微咸水或者受 污染水可通過半透膜汲取水(或溶劑)而進行凈化，該半透膜截留鹽和其它污染物(溶質(zhì)）。 運種自然或正滲透方法不同于被廣泛使用的反滲透法，在該反滲透法中，在壓力下使水強 制經(jīng)過類似起作用的半透膜。在正滲透法中，使用汲取溶液通過半透膜汲取水。該正滲透法 并不凈化水。正滲透只是將水從一組溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一組溶質(zhì)。
[0006] 正滲透的回顧和概述由Miller和Evens在下文中提供forward osmosis:A new approach to water purification and desalination(正滲透：水凈化和脫鹽的新方法）， Sandia Report SAND2006-4634,2006年7月，其中討論了使用反向可溶聚合物汲取溶質(zhì)的 概念。用于實現(xiàn)溶質(zhì)與水分離的方法并未被描述。
[0007] 基于氨-二氧化碳的正滲透系統(tǒng)描述于McGinnis的美國專利No . 7,560,029和6 , 393,295中，其中溶質(zhì)的溫度依賴性溶解度被用于溶質(zhì)與水的部分分離。公開的沉淀溶質(zhì)是 固體鹽并且分離的平衡利用蒸饋實現(xiàn)。Collins的美國專利申請序列號11/632,994也描述 了使用鹽的溫度依賴性溶解度W將汲取溶質(zhì)與水分離。
[000引美國專利申請序列號11/796,118描述了另一種正滲透系統(tǒng)，其使用經(jīng)涂布的磁性 納米粒子作為汲取溶質(zhì)。PCT W0/2010/107804描述了使用磁性粒子作為可控滲透劑。
[0009] 化akrabadi的美國專利No. 5，679，254描述了使用在水中的聚合物的溫度依賴性 溶解度W實現(xiàn)脫鹽，不過不是通過正滲透。
[0010] Iyer的美國專利No.8,021，553描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用反向可溶聚合物溶質(zhì) 和納濾器用于從產(chǎn)品水分離和回收所產(chǎn)生的溶質(zhì)膠束。Iyer詳細說明了具有既疏水性又親 水性的組分的汲取溶質(zhì)。Iyer還公開了通過在納濾器上收集沉淀的（或相分離的）汲取溶質(zhì) 并且通過反沖納濾器回收溶質(zhì)來半批量回收溶質(zhì)。
[0011] 在此公開了用于正滲透水凈化或脫鹽的改進的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在此公開了用于正滲透水凈化或脫鹽的改進的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一種實施方式， 提供用于凈化受污染水的方法。該方法包括在半透膜的原料側(cè)上提供包含水且具有第一滲 透壓的受污染原料溶液物流并且在半透膜的汲取側(cè)上提供包含汲取溶質(zhì)且具有第二滲透 壓的汲取溶液物流。水經(jīng)過半透膜到汲取側(cè)而產(chǎn)生稀釋的汲取溶液物流。將該稀釋的汲取 溶液物流加熱W過飽和該稀釋的汲取溶液物流。使該稀釋的汲取溶液物流中的汲取溶質(zhì)沉 淀而產(chǎn)生沉淀的兩相流出物流。在該沉淀的兩相流出物流中的汲取溶質(zhì)聚結(jié)而產(chǎn)生聚結(jié)的 流出物流。聚結(jié)的汲取溶質(zhì)與聚結(jié)的流出物流分離而產(chǎn)生包含水和殘余汲取溶質(zhì)的富水物 流W及包含聚結(jié)的汲取溶質(zhì)和水的富溶質(zhì)物流。該富水物流被冷卻W溶解殘余汲取溶質(zhì)并 且產(chǎn)生冷卻的單相富水物流。該殘余汲取溶質(zhì)與該冷卻的單相富水物流分離而產(chǎn)生殘余汲 取溶質(zhì)物流和凈化的水產(chǎn)品流。
[0013] 本發(fā)明前述的和其它的目標、特征和益處通過本文公開的示例性實施方式的W下 詳細描述而變得更加明顯。
【附圖說明】
[0014] 參考附圖僅W實例的方式描述本發(fā)明的實施方式，其中：
[0015] 圖1示出了根據(jù)一種實施方式的示例性正滲透方法；
[0016] 圖2示出了根據(jù)另一種實施方式的示例性正滲透方法；
[0017] 圖3示出了根據(jù)另一種實施方式的示例性正滲透方法，并且
[001引圖4示出了根據(jù)一種實施方式的示例性正滲透系統(tǒng)的示例性方法流程圖。
【具體實施方式】
[0019]應當理解，為了說明的簡化和清楚，當認為合適時，附圖標記在附圖中可被重復W 指代相應或類似的元件。另外，大量的特定細節(jié)被闡明W提供對在本文描述的示例性實施 方式的徹底理解。不過，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可理解的是，在此描述的示例性實施方式 可W在沒有運些特定細節(jié)的情況下實施。在其它情況下，方法、程序和組成部分沒有進行詳 細的描述，W便不會模糊在此描述的實施方式。
[0020] 本公開針對用于正滲透水凈化或脫鹽的改進的汲取溶液系統(tǒng)和方法。該汲取溶液 系統(tǒng)和方法包括作為正滲透水凈化系統(tǒng)的一部分的用于將汲取溶液溶質(zhì)與水溶劑分離并 且將汲取溶液溶質(zhì)濃縮的裝置。
[0021] 在此公開的汲取溶質(zhì)具有反向（retrograde)溶解度。在此公開的汲取溶質(zhì)的溶解 度隨著溫度而顯著降低但在環(huán)境條件下具有足夠的溶解度W提供有用的工作滲透壓。在此 公開的汲取溶質(zhì)優(yōu)選是?？谠O計用在反向可溶正滲透水凈化系統(tǒng)和方法中的聚合物。
[0022] 在一種示例性實施方式中，該汲取溶質(zhì)是低分子量二醇如1，2丙二醇、1，3丙二醇 和/或1，2乙二醇的無規(guī)或序列共聚物。該汲取溶質(zhì)具有對于所考慮的特定凈化應用來說可 接受的滲透壓，具有4〇°c-9(rc的濁點溫度W及足夠高W至能夠使用納濾器和/或反滲透膜 精煉過濾溶解的聚合物的分子量。
[0023] 在一種示例性實施方式中，該汲取溶質(zhì)是與汲取溶質(zhì)回收工藝一起使用的聚二醇 (polyglycol)共聚物，該汲取溶質(zhì)回收工藝包括用于大量溶質(zhì)回收的聚結(jié)器koalescer)/ 分離器和用于再溶解溶質(zhì)的最終回收的納濾器。
[0024] 在此公開的汲取溶質(zhì)共聚物由各種數(shù)目和順序的二醇構(gòu)成，其賦予了所要求的溶 液性能。滲透壓、濁點溫度、分子量和分子結(jié)構(gòu)通過增加或減去各種單體單元來調(diào)節(jié)。
[0025] 在一種示例性實施方式中，1，2乙二醇單元被添加到該汲取溶質(zhì)共聚物中W提高 所產(chǎn)生的汲取溶質(zhì)聚合物的分子量和濁點溫度。相反，在該汲取溶質(zhì)聚合物中增加1，2丙二 醇單元導致所產(chǎn)生的汲取溶質(zhì)聚合物具有較低的濁點溫度和較高的分子量。
[0026] 在另一種示例性實施方式中，1，3丙二醇或1，2乙二醇單體被一部分的較高分子量 聚丙二醇聚合物的1，2丙二醇單體代替W提高所產(chǎn)生的聚合物的溶解度并降低濁點溫度。
[0027] 該示例性汲取溶質(zhì)的滲透壓取決于應用和所希望的回收。該示例性汲取溶質(zhì)對于 在利用包含較高濃度溶解固體的工藝流的應用中的高回收來說要求較高的滲透壓。用于海 水正滲透水脫鹽的示例性系統(tǒng)和方法所需的汲取溶液滲透壓通常大于最小~30atm，大于 ~40atm是優(yōu)選的W允許合理的產(chǎn)品通量和回收。在一種示例性實施方式中，汲取溶質(zhì)的溶 解度在足夠(~l〇°C)高于環(huán)境溫度并且在足夠(~10°C)低于泡點溫度的溫度下降低。換句 話說，在40°C-9(rC的溫度之間，汲取溶質(zhì)溶解度顯著變化并且溶解度對溫度的依賴性增 加。在較低溫度范圍下（例如更接近40°C)具有強溶解度依賴性的示例性汲取溶質(zhì)是優(yōu)選 的，W最小化該方法中的再生步驟的操作溫度并且最小化所產(chǎn)生的能量損失。