專利名稱：用于正向滲透液凈化的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該文件總體上涉及液體的凈化，更具體而言涉及海水或微咸水(brackish water) 的淡化及凈化問(wèn)題。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界對(duì)淡水即飲用水的需求日益增加。目前，由于人口不斷增加帶來(lái)的日益膨脹的需求，全球沙漠化的趨勢(shì)正在以前所未有的速度蔓延。此外，隨著水資源日益枯竭， 人們?cè)桨l(fā)迫切地需要找到一種全新的經(jīng)濟(jì)有效的方式以生產(chǎn)飲用水。面對(duì)全球有限的淡水供應(yīng)和資源這個(gè)日益緊迫的問(wèn)題，豐富的海水資源以及新的濃鹽水和微咸水淡化技術(shù)的發(fā)展無(wú)疑是一種可行的解決方法，并將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和影響。因此，總體來(lái)說(shuō)，世界范圍內(nèi)存在對(duì)淡化和液體凈化的需求。膜法淡化主要借助于反向滲透(RO)，目前是發(fā)展最快的技術(shù)，大約占全球淡化能力的22%。反向滲透借助于動(dòng)態(tài)壓力來(lái)克服鹽溶液的滲透壓，從而使無(wú)鹽水實(shí)現(xiàn)水選擇性滲透，從膜的鹽水側(cè)轉(zhuǎn)移到淡水側(cè)。但是，RO系統(tǒng)需要較高的壓力(50至IOOatm或800至 1500psi)以及大規(guī)模的海水預(yù)處理，以通過(guò)RO膜實(shí)現(xiàn)充分的滲透，從而使海水轉(zhuǎn)化率介于 35%至50%之間。而且，最初膜成本與更換問(wèn)題會(huì)造成RO系統(tǒng)較高的資本投入和運(yùn)營(yíng)成本。盡管水凈化技術(shù)、尤其是水淡化(凈化)技術(shù)取得了很大的發(fā)展，這些方法的資本和運(yùn)營(yíng)成本一直要比提取天然淡水并作為飲用水推向市場(chǎng)的成本要高出很多。在美國(guó)，根據(jù)地理位置和到淡水資源的距離，水的批發(fā)價(jià)一般為每英畝英尺100美元至450美元。在加利福尼亞州，淡水的批發(fā)價(jià)接近每英畝英尺500美元。目前，淡化成本介于每英畝_英寸淡化水617美元至987美元之間。通過(guò)RO方法對(duì)微咸水進(jìn)行淡化的成本低一些，但價(jià)格仍然相對(duì)較高，介于每英畝英尺247美元至432美元之間。因此，人們?nèi)孕枰业奖饶壳艾F(xiàn)有的液體凈化方法能耗更低、效率更高及/或成本更低的水凈化方法。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開(kāi)的系統(tǒng)及方法利用正向滲透進(jìn)行液體凈化，例如海水淡化及微咸水凈化。各種實(shí)施方案包含以下的認(rèn)識(shí)通過(guò)利用一種或多種濁點(diǎn)溶質(zhì)產(chǎn)生相對(duì)于鹽水或待處理的液體的高滲透壓差，能夠改善正向滲透作用。濁點(diǎn)溶質(zhì)的使用可以有利地通過(guò)濁點(diǎn)萃取實(shí)現(xiàn)正向滲透液的循環(huán)利用。其結(jié)果獲得了能夠以與以前的液體凈化方法(如反向滲透)相比更低的能耗、更低的工作溫度和壓力、更高的效率、更高的液體流速及/或更低的成本工作的系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施方案中，正向滲透系統(tǒng)和方法包括一個(gè)封閉的處理環(huán)。該系統(tǒng)和方法輸入的是鹽水，排出的是可飲用的凈化水以及排入海洋或用于商業(yè)目的的濃鹽水。濁點(diǎn)溶質(zhì)是水從鹽水中正向滲透出來(lái)的驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)濁點(diǎn)沉淀和過(guò)濾進(jìn)行回收并在未來(lái)的處理中再次使用。在各種實(shí)施方案中均提供了正向滲透液凈化系統(tǒng)。一種系統(tǒng)可包括半透膜，該膜包括一個(gè)原料溶液側(cè)表面和一個(gè)反面的提取溶液側(cè)表面。一種系統(tǒng)可包括與所述半透膜的原料溶液側(cè)表面連通的原料溶液，其中，所述原料溶液包括待凈化的液體和溶解于該待凈化的液體中的雜質(zhì)。所述系統(tǒng)可包括與所述半透膜的提取溶液側(cè)表面連通的提取溶液。所述系統(tǒng)可包括一沉淀系統(tǒng)，所述沉淀系統(tǒng)被構(gòu)造為從提取溶液中沉淀出所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)。一種正向滲透液凈化系統(tǒng)可包括原料溶液室以及置于所述原料溶液室中的原料溶液，所述原料溶液包括一種液體和溶解在所述液體中的雜質(zhì)。一種系統(tǒng)可包括提取溶液室以及置于所述提取溶液室中的提取溶液，所述提取溶液包括所述液體和溶解在所述液體中的至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)。一種系統(tǒng)可包括置于原料溶液室和提取溶液室之間的、將所述原料溶液和提取溶液分開(kāi)的半透膜，該半透膜被構(gòu)造為使液體能夠從所述原料溶液擴(kuò)散到所述提取溶液中。一種系統(tǒng)可包括與所述提取溶液室連通的沉淀系統(tǒng)，其中所述沉淀系統(tǒng)被構(gòu)造為使提取溶液中的所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)發(fā)生沉淀。一種系統(tǒng)可包括與所述沉淀系統(tǒng)連通的過(guò)濾系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾系統(tǒng)被構(gòu)造為將沉淀下來(lái)的至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的至少一部分與所述提取溶液中的液體分離。一種系統(tǒng)可包括與所述過(guò)濾系統(tǒng)連通的回流管，其中該回流管被構(gòu)造為接收分離出來(lái)的至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)并將其回送至所述提取溶液室。一種系統(tǒng)可包括與所述過(guò)濾系統(tǒng)連通的排流管，其中該排流管被構(gòu)造為接收從所述提取溶液中分離出的液體。所述提取溶液可包含至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)。在提取溶液中的所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度可大于原料溶液中雜質(zhì)的濃度。所述原料溶液可包括海水或微咸水。待凈化的液體可以是水。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)在待凈化的液體中的溶解度的摩爾比率可至少為3 1。 所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的分子量可介于300道爾頓及800道爾頓之間。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)可包括疏水性組分和親水性組分。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)可包括多氧有機(jī)鏈。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)可包括聚乙二醇或聚丙二醇。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)包括的聚乙二醇可選自由FA PEG-300、FA PEG_400、FA PEG-400ML以及FA PEG-600組成的組。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)可包括乙氧基化物。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)包括脂肪酸乙氧基化物或脂肪醇乙氧基化物。所述提取溶液中所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度可介于約30%至75%之間。所述提取溶液中所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度可介于約50%至70%之間。所述沉淀系統(tǒng)可包括一個(gè)加熱器，所述加熱器被構(gòu)造為將提取溶液至少加熱至提取溶液的濁點(diǎn)溫度。所述沉淀系統(tǒng)可包括一個(gè)氣體處理系統(tǒng)，其中所述氣體處理系統(tǒng)被構(gòu)造為向提取溶液中添加至少一種不溶于水的氣體，以降低所述提取溶液的濁點(diǎn)。所述系統(tǒng)可包括過(guò)濾系統(tǒng)，其中該過(guò)濾系統(tǒng)被構(gòu)造為將沉淀下來(lái)的至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)從提取溶液中待凈化的液體中除去。所述過(guò)濾系統(tǒng)可包括納米濾膜或超濾膜。所述系統(tǒng)可包括再溶解系統(tǒng)，所述再溶解系統(tǒng)被構(gòu)造為使沉淀下來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)再次溶解，以形成循環(huán)的提取溶液。在各種實(shí)施方案中均提供了液體的凈化方法。一種方法可包括將原料溶液和提取溶液置于半透膜的兩側(cè)。所述原料溶液可包括待凈化的液體和溶解于該待凈化的液體中的雜質(zhì)。所述提取溶液可包括至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)。在提取溶液中的所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度可大于原料溶液中雜質(zhì)的起始濃度。所述方法可包括讓一定量的待凈化液體從原料溶液中通過(guò)正向滲透作用擴(kuò)散穿過(guò)半透膜達(dá)到提取溶液中。所述方法可包括使所述濁點(diǎn)溶質(zhì)從提取溶液中的待凈化液體中沉淀下來(lái)。所述方法可包括對(duì)提取溶液進(jìn)行處理，以使所述濁點(diǎn)溶質(zhì)發(fā)生沉淀。所述方法可包括使提取溶液流經(jīng)過(guò)濾系統(tǒng)，以使沉淀下來(lái)的至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的至少一部分與待凈化的液體分離。所述方法可包括將分離出來(lái)的至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)回送至半透膜對(duì)面的提取溶液中。所述原料溶液可包括海水或微咸水。所述待凈化的液體可以是水。濁點(diǎn)溶質(zhì)的沉淀過(guò)程可包括注入至少一種水不溶性氣體，以降低提取溶液的濁點(diǎn)。濁點(diǎn)溶質(zhì)的沉淀過(guò)程可包括將提取溶液至少加熱到所述提取溶液的濁點(diǎn)。所述方法可包括將沉淀下來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)從提取溶液中除去。沉淀下來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)的除去過(guò)程可包括用納米濾膜過(guò)濾所述提取溶液。所述方法可包括使沉淀下來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)再次溶解以形成循環(huán)的提取溶液。沉淀下來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)的再次溶解過(guò)程可包括在低于所有濁點(diǎn)溶質(zhì)的濁點(diǎn)溫度下沖刷所述納米濾膜。在各種實(shí)施方案中均提供了用于正向滲透的組件。一種組件可包括半透膜，該膜包括一個(gè)原料溶液側(cè)表面和一個(gè)反面的提取溶液側(cè)表面。所述組件可包括與所述半透膜的原料溶液側(cè)表面連通的原料溶液，其中，所述原料溶液被設(shè)定為提供包含待凈化的液體和溶解于該液體中的雜質(zhì)的原料溶液。所述組件可包括與所述半透膜的提取溶液側(cè)表面連通的提取溶液，其中該提取溶液包括至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的分子量可介于約300道爾頓至800道爾頓之間。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)可包括疏水性組分和親水性組分。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)可包括多氧有機(jī)鏈。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)可包括聚乙二醇或聚丙二醇。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)包括的聚乙二醇選自由FA PEG-300、FA PEG_400、FA PEG-400ML以及FA PEG-600組成的組。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)可包括乙氧基化物。所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)包括脂肪酸乙氧基化物或脂肪醇乙氧基化物。在各種實(shí)施方案中均提供了溶劑凈化方法。一種方法可包括通過(guò)使用提取溶液產(chǎn)生滲透壓差，從而誘導(dǎo)透過(guò)半透膜的正向滲透，其中，所述提取溶液包含一種或多種濁點(diǎn)低于溶劑沸點(diǎn)的溶質(zhì)；通過(guò)上述正向滲透，隨著溶劑被提取穿過(guò)所述膜，所述提取溶液會(huì)變得越來(lái)越稀。該方法可包括將稀釋后的提取溶液加熱到稍高于濁點(diǎn)溫度，從而觸發(fā)溶質(zhì)的相分離。該方法可包括通過(guò)過(guò)濾將溶質(zhì)從提取溶液中分離出來(lái)。該方法可包括回收溶質(zhì)， 以在正向滲透過(guò)程中循環(huán)使用。至少一種所述溶質(zhì)可包括以高滲透壓為特征的有機(jī)化合物。至少一種所述溶質(zhì)可包括以高滲透壓為特征的高分子化合物。所述溶質(zhì)可具有大約200-600的分子量。在各種實(shí)施方案中均提供了鹽水淡化方法。一種方法可包括使用溶質(zhì)的濃縮水溶液以制成滲透壓高于淡水的溶液，由此產(chǎn)生跨半透膜的滲透壓差，誘導(dǎo)跨膜的正向滲透， 從而通過(guò)滲透技術(shù)從鹽水中分離出淡水。該滲透分離借助于溶劑中所使用的溶質(zhì)的高溶解度和高滲透壓，能夠驅(qū)動(dòng)淡水從鹽水側(cè)穿過(guò)膜到達(dá)含有溶質(zhì)的一側(cè)。這種通過(guò)正向滲透實(shí)現(xiàn)的滲透分離會(huì)得到一稀釋的溶液。該方法可包括通過(guò)將溶液加熱到溶質(zhì)的濁點(diǎn)以上誘導(dǎo)稀釋的溶質(zhì)溶液發(fā)生濁化，當(dāng)溶液到達(dá)一定溫度時(shí)，溶劑中溶質(zhì)的溶解度發(fā)生逆轉(zhuǎn)，從而降低其溶解度并使其從溶液中沉淀下來(lái)。該方法可包括通過(guò)過(guò)濾機(jī)構(gòu)將飲用水作為滲透液從有機(jī)溶質(zhì)中分離出來(lái)。該方法可包括通過(guò)在低于溶質(zhì)濁點(diǎn)的溫度時(shí)反向沖刷過(guò)濾系統(tǒng)將從水中過(guò)濾出來(lái)的濁化的溶質(zhì)再次溶解，并生成有機(jī)溶質(zhì)的濃縮水溶液，以在正向滲透過(guò)程中循環(huán)使用。至少部分所述溶質(zhì)可包括有機(jī)溶質(zhì)。至少部分所述溶質(zhì)可包括高分子溶質(zhì)。至少部分所述有機(jī)溶質(zhì)的濁點(diǎn)可遠(yuǎn)低于水的沸點(diǎn)，在35度至70度之間。通過(guò)注入水不溶性氣體可誘導(dǎo)濁化，從而將溶液的濁點(diǎn)降低至環(huán)境溫度或接近環(huán)境溫度。至少部分所述溶質(zhì)的分子量可介于約300道爾頓至800道爾頓之間。所述溶質(zhì)可包括疏水性組分和親水性組分，從而能產(chǎn)生足夠高的滲透壓以通過(guò)正向滲透過(guò)程驅(qū)動(dòng)水穿過(guò)半透膜。所述溶質(zhì)在所述溶劑中可具有摩爾比率大于3的高溶解度，從而能產(chǎn)生足夠高的滲透壓以通過(guò)正向滲透過(guò)程驅(qū)動(dòng)水穿過(guò)半透膜。在各種實(shí)施方案中均提供了溶劑凈化系統(tǒng)。一種系統(tǒng)可包括具有半透膜的正向滲透設(shè)備，該設(shè)備被構(gòu)造為通過(guò)使用包含一種或多種濁點(diǎn)基本低于所述溶劑沸點(diǎn)的溶質(zhì)的提取溶液能夠產(chǎn)生跨膜的滲透壓差，從而使得所述提取溶液隨著溶劑被提取穿過(guò)所述膜而變得越來(lái)越稀。該系統(tǒng)可包括當(dāng)提取溶液在所述正向滲透系統(tǒng)中變稀之后，誘導(dǎo)所述提取溶液中的溶質(zhì)發(fā)生濁化的機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)可包括用于分離所述溶質(zhì)與溶劑的過(guò)濾機(jī)構(gòu)，以使所述溶質(zhì)可被回收用于在所述正向滲透設(shè)備中循環(huán)使用。為了總結(jié)這些超越現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方案和優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)诖嗣枋隽艘恍╉?xiàng)目和優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，某個(gè)具體的實(shí)施方案未必可以實(shí)現(xiàn)所有的項(xiàng)目或優(yōu)點(diǎn)。因此，例如， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)施本發(fā)明可能會(huì)實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化本文所教導(dǎo)或暗示的某一種或一組優(yōu)點(diǎn)，但未必需要實(shí)現(xiàn)本文所教導(dǎo)或暗示的其他優(yōu)點(diǎn)。


用于實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的系統(tǒng)及方法的各種特征的總體架構(gòu)將參照附圖予以說(shuō)明。此處提供的附圖紙和相關(guān)說(shuō)明意在解釋實(shí)施方案，而無(wú)意于限制公開(kāi)的范圍。圖1是正向滲透系統(tǒng)的示意圖。圖2是包括正向滲透系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng)的液體凈化系統(tǒng)的示意圖。圖3是提取溶液濃度和滲透壓之間的關(guān)系圖。在所有附圖中，附圖標(biāo)記重復(fù)使用，以說(shuō)明相關(guān)元素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此外，每個(gè)附圖標(biāo)記的首位表示了該元素首次出現(xiàn)的圖號(hào)。
具體實(shí)施例方式為了更深入地了解公開(kāi)的信息，首先需參閱圖1，該圖是一示例性的正向滲透系統(tǒng) 10的示意圖。該正向滲透系統(tǒng)10包括被半透膜30分隔的原料溶液18和提取溶液24。原料溶液池12被構(gòu)造為存放原料溶液18。該原料溶液池12可通過(guò)第一導(dǎo)管16 從第一源(未顯示)獲得原料溶液18。在該示例性的實(shí)施方案中，原料溶液18通過(guò)可選的第一隔板36與膜30液體連通。提取溶液池14被構(gòu)造為存放提取溶液24。該提取溶液池14可通過(guò)第二導(dǎo)管22 從第二源(未顯示)獲得提取溶液24。在該示例性的實(shí)施方案中，提取溶液24通過(guò)可選的第二隔板36與膜30液體連通。
原料溶液原料溶液18包含待凈化的液體和一種或多種雜質(zhì)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，所述原料溶液包含約35，000-40, OOOppm的鹽分在水中，例如海水。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，所述原料溶液包含約10，000-35，OOOppm的鹽分在水中，例如微咸水。原料溶液18適合具有多種溫度和壓力。例如，原料溶液18可具有海水的環(huán)境溫度和壓力。本文公開(kāi)的系統(tǒng)和方法同樣適用于需要從液體中除去至少一種污染物或溶質(zhì)的多種液體凈化應(yīng)用領(lǐng)域，例如廢水凈化和污水凈化。提取溶液提取溶液24包含待凈化的液體和一種或多種濁點(diǎn)溶質(zhì)。所述濁點(diǎn)溶質(zhì)的溶解度與溫度之間的關(guān)系與人們對(duì)于與溶劑相混合的溶質(zhì)的一般預(yù)測(cè)相反。提取溶液24適于具有多種溫度和壓力。例如，所述提取溶液24可具有海水的環(huán)境溫度和壓力。濁點(diǎn)溶質(zhì)濁點(diǎn)溶質(zhì)在較低溫度下可溶解在溶劑中，但在較高溫度下會(huì)從溶劑中“濁化出來(lái)，， 形成渾濁的沉淀。根據(jù)濁點(diǎn)溶質(zhì)的比重，所述濁點(diǎn)溶質(zhì)要么會(huì)沉淀至溶劑底部，要么會(huì)飄浮在溶劑頂部。因此，某些濁點(diǎn)溶液在較高溫度下會(huì)發(fā)生相分離，形成兩個(gè)或多個(gè)不可混合的相。優(yōu)選該濁化效應(yīng)是可逆的。即，在冷卻后，溶液會(huì)再次變得清澈。溶解的溶質(zhì)開(kāi)始沉淀的溫度被稱為“濁點(diǎn)”。這種行為是某些高分子及/或有機(jī)化合物的特點(diǎn)，包括各種表面活性劑、分散劑、發(fā)泡劑、乳化劑、柔軟劑以及潤(rùn)滑劑。很多濁點(diǎn)溶質(zhì)的組成適用于本文中公開(kāi)的各種實(shí)施方案。優(yōu)選地，所述濁點(diǎn)溶質(zhì)的分子量至少為200道爾頓左右。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述濁點(diǎn)溶質(zhì)的分子量介于約300 道爾頓至800道爾頓之間，例如300、400、600道爾頓或800道爾頓。優(yōu)選地，可選擇一種或多種濁點(diǎn)溶質(zhì)，以使所述溶質(zhì)在低于濁點(diǎn)的水中表現(xiàn)出較高的溶解度及/或溶混性，從而能夠產(chǎn)生較高的滲透壓差，進(jìn)而導(dǎo)致較高的液體流速。在某些實(shí)施方案中，濁點(diǎn)溶質(zhì)的溶解度以摩爾比計(jì)至少約為2，優(yōu)選以摩爾比計(jì)至少為3，以產(chǎn)生足夠高的滲透壓，從而驅(qū)動(dòng)水通過(guò)正向滲透過(guò)程穿過(guò)半透膜。某些實(shí)施方案包含以下的認(rèn)識(shí)正向滲透流速可通過(guò)使用包含疏水性組分和親水性組分的濁點(diǎn)溶質(zhì)(如表面活性劑)來(lái)進(jìn)行改善。包含疏水性組分和親水性組分的溶質(zhì)在水中的溶解度基于化合物中的氧基團(tuán)通過(guò)氫鍵實(shí)現(xiàn)的水合作用。由于水合作用會(huì)隨著溫度的上升而減小，因此這些化合物在水中的溶解度也會(huì)相應(yīng)地減小。在某些實(shí)施方案中，這些溶質(zhì)為非離子有機(jī)化合物。在某些實(shí)施方案中，所述溶質(zhì)為聚合物。包含疏水性組分和親水性組分的理想溶質(zhì)的其它實(shí)例還有帶有多氧有機(jī)鏈的有機(jī)化合物，例如聚氧乙烯或聚氧丙烯鏈。優(yōu)選的溶質(zhì)包括聚乙二醇(例如，脂肪酸或脂肪醇聚乙二醇，例如 FA PEG-300、FA PEG_400、FA PEG-600 以及 FA PEG-400ML)和聚丙二醇。理想溶質(zhì)的其它實(shí)例還包括乙氧基化物、例如脂肪酸乙氧基化物和脂肪醇乙氧基化物。濁點(diǎn)溫度取決于所使用的濁點(diǎn)溶質(zhì)的組成和濃度。在某些優(yōu)選的實(shí)施方案中，選擇的濁點(diǎn)溶質(zhì)使所述提取溶液具有單一的濁點(diǎn)。在各種實(shí)施方案中，選擇的濁點(diǎn)溶質(zhì)的組成和濃度使?jié)狳c(diǎn)比所述原料溶液的常溫至少高出約10°c (50 T ) 0在某些實(shí)施方案中，所述濁點(diǎn)介于約 30°C (90 0F )至 75°C (170 0F )、約 35°C (95 0F )至 70°C (160 0F )或者約 400C (100°F)至50°C (120 °F)之間。優(yōu)選地，所述濁點(diǎn)溶質(zhì)傾向于在介于約45°C (IlO0F)或50°C (120 T )至70°C (160 T )之間的溫度范圍內(nèi)發(fā)生濁化。優(yōu)選所述濁點(diǎn)溶質(zhì)傾向于在介于約5%至20%之間的濃度范圍內(nèi)發(fā)生濁化。在各種溫度下測(cè)試各種濁點(diǎn)溶質(zhì)的穩(wěn)定性。當(dāng)溫度介于25°C至100°C之間時(shí)，pH、 顏色、體積和重量均未發(fā)生明顯變化。提取溶液24中濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度比原料溶液18中的雜質(zhì)濃度高。優(yōu)選地，在提取溶液中所述濁點(diǎn)溶質(zhì)的初始濃度比原料溶液中雜質(zhì)的初始濃度高出至少兩倍或三倍。更優(yōu)選地，提取溶液的初始濃度比原料溶液初始濃度高出至少四倍或五倍。更優(yōu)選地，提取溶液的初始濃度比原料溶液的初始濃度高出至少的八、九、十或十一倍。在某些實(shí)施方案中，在待凈化的液體中濁點(diǎn)溶質(zhì)的初始濃度介于約30%至75%之間。在某些實(shí)施方案中，濁點(diǎn)溶質(zhì)的初始濃度介于約50%至70%之間，例如67. 5%。H再回到圖1所示的示例性的實(shí)施方案，膜30置于兩個(gè)墊片(第一墊片32a和第二墊片32b)以及兩個(gè)法蘭(第一法蘭34a和第二法蘭34b)之間。在該示例性的實(shí)施方案中，墊片32a及32b與法蘭34a及34b用于在使用中固定所述膜。法蘭_墊片系統(tǒng)僅是個(gè)例子，在正向滲透系統(tǒng)10中，可利用各種替代的技術(shù)來(lái)定位膜30。膜30對(duì)于待凈化的液體是可滲透性的，但對(duì)于原料溶液中的一種或多種雜質(zhì)基本上是不可滲透性的。優(yōu)選地，所述膜對(duì)于提取溶液中的一種或多種濁點(diǎn)溶質(zhì)基本上是不可滲透性的。優(yōu)選的實(shí)施方案包括至少一個(gè)正向滲透膜。合適的正向滲透膜的例子包括 Hydration Technologies Inc.生產(chǎn)的膜，例如 SeaPack ，X-Pack 以及 Hydrowell 膜。 SeaPack 和X-Pack 膜包括熱焊的(heat-welded)聚乙烯/聚酯襯層(back ing)上的纖維素三醋酸酯(CTA)。Hydrowell 膜包括帶有內(nèi)嵌的聚酯網(wǎng)的CTA流延件。市場(chǎng)上銷(xiāo)售的反向滲透膜也可用于正向滲透系統(tǒng)10。這些膜包括薄膜復(fù)合體 (TFC)和CTA膜。TFC膜由多層組成，在活性的聚酰亞胺薄膜層上疊加聚砜多孔支撐層而獲得。CTA膜由纖維素和醋酸酯制成。作為有機(jī)物，它們需要消毒以預(yù)防細(xì)菌的滋生。合適的反向滲透膜的例子如下表1所示。表1.市場(chǎng)上銷(xiāo)售的反向滲透膜
權(quán)利要求
1.一種正向滲透液體凈化系統(tǒng)，包括半透膜，具有一原料溶液側(cè)表面和一反面的提取溶液側(cè)表面；原料溶液，與所述半透膜的原料溶液側(cè)表面連通，其中所述原料溶液包含待凈化的液體和溶解于所述待凈化的液體中的雜質(zhì)；提取溶液，與所述半透膜的提取溶液側(cè)表面連通，其中所述提取溶液包含至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)，并且，在所述提取溶液中所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度大于所述原料溶液中雜質(zhì)的濃度；以及沉淀系統(tǒng)，被構(gòu)造為使所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)從所述提取溶液中沉淀出來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述原料溶液包括海水或微咸水，所述待凈化的液體是水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)在所述待凈化的液體中的溶解度以摩爾比計(jì)為至少3 1。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的分子量介于 300道爾頓至800道爾頓之間。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)包括疏水性組分和親水性組分。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)包括多氧有機(jī)鏈、聚乙二醇、聚丙二醇或乙氧基化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)包括脂肪酸乙氧基化物、脂肪醇乙氧基化物，或選自由FA PEG-300、FA PEG_400、FA PEG-400ML以及FA PEG-600 組成的組的聚乙二醇。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述提取溶液中所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度介于約30%至75%之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述提取溶液中所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度介于約50%至70%之間。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述沉淀系統(tǒng)包括加熱器，所述加熱器被構(gòu)造為將所述提取溶液至少加熱至它的濁點(diǎn)溫度。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述沉淀系統(tǒng)包括氣體處理系統(tǒng)，所述氣體處理系統(tǒng)被構(gòu)造為向所述提取溶液中加入至少一種水不溶性氣體，以降低所述提取溶液的濁點(diǎn)。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括過(guò)濾系統(tǒng)， 所述過(guò)濾系統(tǒng)被構(gòu)造為從提取溶液中將沉淀出來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)與待凈化的液體分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括納米濾膜或超濾膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括再溶解系統(tǒng)， 所述再溶解系統(tǒng)被構(gòu)造為使被所述過(guò)濾系統(tǒng)除去的濁點(diǎn)溶質(zhì)再次溶解，以形成循環(huán)使用的提取溶液。
15.一種液體凈化方法，包括將原料溶液和提取溶液分別置于半透膜的兩側(cè)，其中所述原料溶液包含待凈化的液體和溶解于所述待凈化的液體中的雜質(zhì)，所述提取溶液包含至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)，并且，在所述提取溶液中，所述至少一種濁點(diǎn)溶質(zhì)的濃度大于所述原料溶液中雜質(zhì)的起始濃度；使大量的待凈化液體通過(guò)正向滲透作用從所述原料溶液中擴(kuò)散穿過(guò)所述半透膜，進(jìn)入所述提取溶液；以及在所述提取溶液中使所述濁點(diǎn)溶質(zhì)從待凈化的液體中沉淀出來(lái)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述原料溶液包括海水或微咸水，所述待凈化的液體是水。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，使?jié)狳c(diǎn)溶質(zhì)沉淀的步驟包括加入至少一種水不溶性氣體，以降低所述提取溶液的濁點(diǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使?jié)狳c(diǎn)溶質(zhì)沉淀的步驟包括將所述提取溶液至少加熱到它的濁點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括從所述提取溶液除去沉淀出來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使已被除去的濁點(diǎn)溶質(zhì)再次溶解，以形成循環(huán)使用的提取溶液。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，除去沉淀出來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)的步驟包括用納米濾膜或超濾膜過(guò)濾所述提取溶液，并且，使沉淀出來(lái)的濁點(diǎn)溶質(zhì)再次溶解的步驟包括在低于所述濁點(diǎn)溶質(zhì)的濁點(diǎn)溫度下沖刷所述納米濾膜或超濾膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液體凈化的方法，例如海水或微咸水淡化的方法，將有機(jī)溶質(zhì)的濃縮水溶液用于正向滲透過(guò)程中，以通過(guò)正向滲透膜從海水中萃取淡水，隨后借助于濁點(diǎn)萃取法從稀釋的正向滲透液中分離出有機(jī)溶質(zhì)，進(jìn)而再次生成用于在正向滲透過(guò)程中循環(huán)的濃縮的有機(jī)溶液和用作飲用水的淡水。
文檔編號(hào)B01D61/04GK102325581SQ200980157093
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者蘇布拉馬尼亞恩·耶爾 申請(qǐng)人:Nrg泰克有限公司