專利名稱：滲透水傳輸系統(tǒng)和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及滲透水傳輸系統(tǒng)和相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
在各種工業(yè)、食品加工和能源應用中，在各種單元操作和工藝步驟中涉及鹽水或含鹽溶液。但同時該工藝生成廢水，處理起來十分困難且成本高。從污染廢物流中回收/凈化水的常規(guī)方法包括煮沸、過濾、離子交換等。這些解決方案通常需要巨大的能量輸入以將水與溶液中存在的污染物分離。發(fā)明概述本文的各方面涉及滲透水傳輸系統(tǒng)和相關(guān)方法，其利用滲透壓以使混合物的所需化學組分能跨膜傳輸。這些方面可包括，且實施方案可包括，經(jīng)此引用并入本文的所附權(quán)利要求中闡述的一個或多個或所有組件和步驟。在一個方面，本發(fā)明公開了正滲透水傳輸系統(tǒng)，其使水從輸入的廢水流再循環(huán)到輸出的稀工藝鹽水流中。該系統(tǒng)包括飽和鹽水流，其第一部分被轉(zhuǎn)移而形成飽和工藝鹽水流，且其第二部分被轉(zhuǎn)移到至少一個正滲透膜。所述至少一個正滲透膜使水從輸入的廢水流移入輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中，由此產(chǎn)生輸出的濃縮廢水流和輸出的稀工藝鹽水流。具體實施方案可包括下述一的項或多項或全部。該系統(tǒng)可包括混合器，該混合器將稀工藝鹽水流與結(jié)晶鹽混合，由此產(chǎn)生飽和鹽水流。所述至少一個正滲透膜可以是半透膜，其使不想要的雜質(zhì)保持在濃縮廢水流中和使輸出的稀工藝鹽水流保持清潔。所述至少一個正滲透膜可以是纖維素膜。所述至少一個正滲透膜可以是螺旋卷繞膜。所述至少一個正滲透膜可以以對流方式工作，使膜一側(cè)上的輸入的廢水流通過膜與膜相對側(cè)上的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流接觸。所述至少一個正滲透膜可包括多個正滲透膜。這些膜可以以平行流的構(gòu)造工作。水可以僅由于濃度梯度而從輸入的廢水流移入被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中。另一方面，本發(fā)明公開了用于天然氣生產(chǎn)的鉆探和水力壓裂法的正滲透水傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)使水從輸入的鉆探泥漿流再循環(huán)到用于水力壓裂的輸出的清潔稀工藝鹽水流中。該系統(tǒng)可包括飽和鹽水流，其第一部分被轉(zhuǎn)移而形成飽和工藝鹽水流，且其第二部分被轉(zhuǎn)移到至少一個正滲透膜。所述至少一個正滲透膜使水從輸入的鉆探泥漿流移入輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中，由此產(chǎn)生輸出的濃縮鉆探泥漿流和輸出的清潔稀工藝鹽水流。具體實施方案可包括下述的一項或多項或全部。該系統(tǒng)可包括混合器，該混合器將清潔稀工藝鹽水流與結(jié)晶鹽混合，由此產(chǎn)生飽和鹽水流。所述至少一個正滲透膜可以是半透膜，其使不想要的雜質(zhì)保持在濃縮鉆探泥漿流中和使輸出的稀工藝鹽水流保持清潔。所述至少一個正滲透膜可以是纖維素膜。 所述至少一個正滲透膜可以是螺旋卷繞膜。所述至少一個正滲透膜可以以對流方式工作，使膜一側(cè)上的輸入的鉆探泥漿流通過膜與膜相對側(cè)上的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流接觸。所述至少一個正滲透膜可包括多個正滲透膜。這些膜可以以平行流的構(gòu)造工作。水可以僅由于濃度梯度而從輸入的鉆探泥漿流移入被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中。再一方面，本發(fā)明公開了用于氯生產(chǎn)法的正滲透水傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)使水從輸入的廢水流再循環(huán)到輸出的清潔稀工藝鹽水流中。該系統(tǒng)可包括飽和鹽水流，其第一部分被轉(zhuǎn)移而形成飽和工藝鹽水流，且其第二部分被轉(zhuǎn)移到至少一個正滲透膜。所述至少一個正滲透膜使水從輸入的廢水流移入輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中，由此產(chǎn)生輸出的濃縮廢水流和輸出的清潔稀工藝鹽水流。具體實施方案可包括下述的一項或多項或全部。該系統(tǒng)可包括混合器，該混合器將清潔稀工藝鹽水流與結(jié)晶鹽混合，由此產(chǎn)生飽和鹽水流。該系統(tǒng)可包括至少一個汞電池，其使用輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和工藝鹽水流以生成至少廢水流。所述至少一個正滲透膜可以是半透膜，其使不想要的雜質(zhì)保持在濃縮廢水流中和使輸出的稀工藝鹽水流保持清潔。所述至少一個正滲透膜可以是纖維素膜。所述至少一個正滲透膜可以是螺旋卷繞膜。所述至少一個正滲透膜可以以對流方式工作，使膜一側(cè)上的輸入的廢水流通過膜與膜相對側(cè)上的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流接觸。所述至少一個正滲透膜可包括多個正滲透膜。這些膜可以以平行流的構(gòu)造工作。水可以僅由于濃度梯度而從輸入的廢水流移入被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中。滲透水傳輸系統(tǒng)的實施可具有一個或多個或所有下述優(yōu)點。產(chǎn)生清潔鹽水，以用作工藝流體。經(jīng)濟，且由于使用滲透法，不需要功率輸入。水由于濃度梯度而不是由于施加的壓力或熱而從廢物移向鹽水。所需的唯一動力是供輸送泵用于將流體移入該系統(tǒng)中?？梢詫碜詮U物流的水再循環(huán)到所需純度的鹽水流中，而不要求耗費大量能量。由于要處置的廢品量減少，因而可以降低處置總成本。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會從說明書與附圖中和從權(quán)利要求書中看出前述和其它方面、特征和優(yōu)點。附圖簡述下面聯(lián)系附圖(不一定按比例)描述實施方案，其中類似標號是指類似要素，并且圖I是滲透水傳輸系統(tǒng)的一個實施方案的不意方框圖；圖2描繪了經(jīng)過滲透水傳輸系統(tǒng)一個實施方案的示例性螺旋卷繞的正滲透膜過濾器元件的流體流，該滲透水傳輸系統(tǒng)用于天然氣生產(chǎn)的鉆探和水力壓裂法中；且圖3是滲透水傳輸系統(tǒng)的一個實施方案的示意方框圖 ，該滲透水傳輸系統(tǒng)用于在氯/堿工藝中生產(chǎn)氯和苛性堿。發(fā)明描述本發(fā)明的特征在于使清潔水從廢水滲透到鹽水中的滲透水傳輸系統(tǒng)和相關(guān)工藝實施方案。本文中公開的滲透水傳輸系統(tǒng)和相關(guān)工藝實施方案有許多特征，其中一個、多個或所有特征或步驟可用在任何具體實施方案中。在下列描述中參照了附圖，它們構(gòu)成本發(fā)明的一部分，并以舉例的方式顯示可能的實施方案。要理解的是，可以使用其它實施方案，并且可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下作出結(jié)構(gòu)及程序改變。為了方便，使用示例性材料、大小、形狀、尺寸等描述各種部件。但是，本文不限于所述實例，其它構(gòu)造是可能的，并在本發(fā)明的教導之內(nèi)。滲透水傳輸系統(tǒng)有多種滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案，其中可以將來自廢物流的水再循環(huán)到所需純度的鹽水流中，而不要求耗費大量的能量。參考

圖1，為了舉例說明本發(fā)明，該圖顯示了滲透水傳輸系統(tǒng)10及其相關(guān)方法。滲透水傳輸系統(tǒng)10利用正滲透使水跨過正滲透(FO)膜12從廢水流移入飽和鹽水流中，從而產(chǎn)生濃縮廢水流和稀鹽水流。通過在混合器14中將結(jié)晶鹽添加到稀鹽水流中來制造飽和鹽水流。將一部分飽和鹽水轉(zhuǎn)移至需要它的工藝(例如水力壓裂等)。任選地，如虛線所示，在各種實施方案中，可以包括新鮮水流，從而可以將新鮮水添加到混合器14中。正滲透法涉及跨膜的選擇性質(zhì)量傳遞，該膜允許所需組分跨過膜從具有較高濃度該組分的溶液轉(zhuǎn)移至較低濃度的溶液。半透膜允許水穿過但阻擋溶解的物質(zhì)的移動。膜12可具有與1997年7月5日頒發(fā)給Foreman等人的名稱為“用于直接滲透分離的螺旋卷繞模件”的美國專利No. 4，033，878中公開的類似的設(shè)計，所述專利的內(nèi)容全文經(jīng)此引用并入本文。螺旋卷繞膜設(shè)計構(gòu)造是廉價的，并可在單位成本下提供容器中的最大膜表面積之一(其可具有高的膜密度(大約30平方米/20厘米直徑X 100厘米長的元件))。通常，螺旋卷繞構(gòu)造、滲透隔板、進料隔板和兩個膜可圍繞多孔管纏繞并膠合定位。膜卷繞在進料隔板和滲透隔板之間。使進料流經(jīng)過進料隔板縱向流過模件，經(jīng)過該膜的流體以螺旋形向內(nèi)經(jīng)滲透隔板流向中心管。為了防止進料流體進入滲透隔板，將這兩個膜沿它們的邊緣相互膠合，并將滲透隔板夾在它們之間。進料隔板保持未膠合。將模件組裝件卷繞至所需直徑并密封外部。具體而言，膜迫使提取液(即鹽水)流過整個單一膜包封件。將鹽水泵入多孔中心管的一端。固定在管半途的屏障元件迫使鹽水經(jīng)由穿孔流入膜包封件中。將膠屏障施用到膜包封件中心，以使流體必須流向膜的遠端，此處的間隙使其可以穿越到膜包封件的另一偵牝然后回到中心管的后半段中并離開該元件。盡管可以使用單個包封件，但可存在圍繞中心管卷繞/纏繞的多個包封件，且進料流體隔板位于包封件之間。在此在圖I中，由于促使物質(zhì)透過膜12傳遞的驅(qū)動力是滲透壓，因此，除了使溶液與膜12接觸(通過輸送泵等)所需的能量外，不需要額外的能量輸入來實現(xiàn)該傳遞。水由于濃度梯度而不是由于施加的壓力或熱或任何其它功率輸入從廢物移向鹽水。因此，在飽和鹽水與膜12的一側(cè)接觸和稀廢水與另一側(cè)接觸時，水會穿過膜12從廢水擴散至鹽水。半透膜12使不想要的雜質(zhì)和沉積物保持在廢水中，由此產(chǎn)生清潔稀釋鹽水。根據(jù)用于膜12的材料、膜12的結(jié)構(gòu)和膜12在滲透傳輸系統(tǒng)10內(nèi)的布置，可以增強和/或控制傳輸量和速率。該鹽水可然后用于溶解工業(yè)方法所需的更多結(jié)晶鹽。廢水體積減小，由此降低處置成本。其它實施方案許多附加實施方案是可行的。 為了舉例說明本發(fā)明，盡管有多種螺旋卷繞膜，但可以使用如2010年3月9日提交的名稱為“用于多重螺旋卷繞正滲透元件的中心管構(gòu)造”的申請序號12/720,633中顯示和描述的螺旋卷繞FO膜，該申請的整個公開內(nèi)容經(jīng)此引用并入本文。因此，概括而言，該螺旋卷繞膜可包括改進的中心管。多孔螺旋卷繞膜中心管可包括至少兩個(例如多個)穿透其壁(例如圓筒壁)的穿孔，它們與兩個內(nèi)室(上游室和下游室，被屏障元件相互隔開)流體連通。該屏障元件可位于中心管的中點附近?？擅芊獾钠琳显謩e位于中心管的各開放端，并可各自包含可密封的插頭和插座。屏障元件都包括屏障穿孔。該多孔螺旋卷繞膜中心管可包含基本位于外中心管內(nèi)的至少一個內(nèi)部小直徑無孔管。所述至少一個無孔管延伸下游和/或上游室的長度，經(jīng)屏障的屏障穿孔伸出，以使第一中心管的上游室與相鄰中心管的上游室流體連通，依此類推，和/或第一中心管的下游室與相鄰中心管的下游室流體連通，依此類推。為了舉例說明本發(fā)明，所述至少一個內(nèi)部無孔管可包含兩個管。特別地，進料旁通管可基本位于中心管內(nèi)，并延伸下游室的長度，經(jīng)屏障伸出。進料旁通管將滲透劑(OA)從上游室經(jīng)屏障移出中心管(移向左側(cè)的下一個管，未顯示)，而不在下游室內(nèi)將其混合。類似地，上游元件的下游出口(位于中心管的右側(cè))將稀釋的OA經(jīng)出口旁通管(其基本位于中心管內(nèi)，并延伸上游室的長度以經(jīng)屏障伸出)加入下游室中，而不在上游室內(nèi)將其混合。因此，螺旋卷繞元件包括多孔中心管和螺旋卷繞膜包封件，并具有與膜包封件連通的進料溶液和與中心管連通的提取液。該膜包封件可包括兩片矩形膜，它們在三側(cè)密封以形成內(nèi)包封室，其通過所述多個穿孔與膜中心管的內(nèi)部流體連通，且其中在各膜包封件內(nèi)提供部分長度的屏障以增加流體流徑。上游和下游室可具有經(jīng)過膜包封件的曲折互連路徑。為了例證本發(fā)明，可將螺旋卷繞FO膜合并在系統(tǒng)中，如2010年3月9日提交的名稱為“用于多重螺旋卷繞正滲透元件的中心管構(gòu)造”的申請序號12/720,633中顯示和描述的螺旋卷繞FO膜系統(tǒng)，該申請的整個內(nèi)容經(jīng)此引用并入本文。因此，概括而言，螺旋卷繞FO膜系統(tǒng)實施方案使鹽水平行地流過外殼中的所有膜。通常，該膜系統(tǒng)可包括至少一個元件。例如，可存在至少兩個元件的堆疊體。作為另一實例，可以有大約I至最多100個元件(包括膜包封件)。元件的中心管在末端和中點具有屏障，這些屏障各被兩個旁通管貫穿。一組旁通管能將濃縮OA獨立地傳送至各元件的OA進料側(cè)，而第二組旁通管將稀釋OA輸出該堆疊體。這種布置能將元件一起嵌套在各端只有單個OA和進料接頭的堆疊體中，但仍以平行的構(gòu)造提供經(jīng)過各元件的OA流。因此，多個螺旋卷繞膜首尾相連布置(然后通常在圓筒外殼內(nèi))。所述多個螺旋卷繞膜各具有第一、第二等多孔中心管(各具有兩個開放端)，和多個螺旋卷繞膜包封件，并各具有與膜包封件連通的進料溶液和與中心管連通的提取液。各中心管具有兩個內(nèi)室——上游室和下游室，被屏障元件相互隔開。上游和下游室可具有經(jīng)過膜包封件的曲折互連路徑。第一中心管的上游室通過經(jīng)過第一中心管的無孔旁通管與相鄰的或后面的中心管的上游室連通，且第一中心管的下游室通過經(jīng)過第一中心管的無孔旁通管與相鄰中心管的下游室連通。中心管和屏障形成入口和出口歧管，以將中心管的所有上游段平行連接在一起，并將中心管的所有出口下游段平行連接在一起。經(jīng)過中心管的無孔旁通管可連接至位于各中心管開放端處的可密封插頭和插座。 進一步實施方案在權(quán)利要求書內(nèi)。規(guī)格、材料、制造、組裝件要理解的是，實施方案不限于本文中公開的具體組件，因為可以使用與滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案的預期運行相容的幾乎任何組件。因此，例如，盡管公開了特定組件等，但此類組件可包含與滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案的預期運行相容的任何形狀、尺寸、樣式、類型、模型、型式、種類、等級、量度、濃度、材料、重量、量和/或類似要素。實施方案不限于使用任何具體組件，只要所選組件與滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案的預期運行相容。因此，規(guī)定任何滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案的組件可以由容易形成成形物體的許多不同類型材料中的任一種或其組合形成，只要所選組件與滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案的預期運行相容即可。例如，這些組件可以由下述材料形成橡膠(合成和/或天然)和/或其它類似材料；玻璃(如纖維玻璃)、碳纖維、芳族聚酰胺纖維、它們的任何組合、和/或其它類似材料；聚合物，如熱塑性塑料(如ABS、丙烯酸、含氟聚合物、聚縮醛、聚酰胺；聚碳酸酯、聚乙烯、聚砜和/或類似物)、熱固性材料(如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺、聚氨酯、有機硅和/或類似材料)、它們的任何組合、和/或其它類似材料；復合材料和/或其它類似材料；金屬和/或其它類似材料；合金和/或其它類似材料；任何其它合適的材料；和/或它們的任何組合。為了舉例說明本發(fā)明，滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案的各種實施方案中所用的FO膜可以由各種各樣的材料構(gòu)成，并具有各種各樣的運行特征。例如，該膜可以是半透的，意味著它們基本上僅僅使合意的組分透過，從較高濃度溶液到達較低濃度溶液，例如使的透過，從較稀溶液到達較濃溶液。利用本文中公開的原理，可以使用各種各樣的膜類型。FO膜也可以由薄膜復合RO膜制成。這種膜復合材料包括例如在多孔載體織物，如紡織或無紡織尼龍、聚酯或聚丙烯上通過浸潰沉淀法澆鑄的纖維素酯膜，或優(yōu)選在親水載體如棉或紙上澆鑄的纖維素酯膜?？梢允褂蒙虡I(yè)薄膜復合材料(海水脫鹽膜)卷軋RO膜。用于FO元件(在任何構(gòu)造中)的膜可以是親水的，在作為反滲透膜(60psi，500PPM NaCl, 10%回收率，25°C )測試時具有在80%至95%范圍內(nèi)的阻鹽率的膜。該膜的標稱截留分子量可以為100道爾頓。該膜可以由親水膜材料制成，例如乙酸纖維素、丙酸纖維素、丁酸纖維素、二乙酸纖維素、纖維素材料共混物、聚氨酯、聚酰胺。該膜可以是不對稱的(即該膜具有大約10微米厚的薄截留層，和最多300微米厚的多孔子層)，并可以通過浸潰沉淀法形成。該膜是無背襯的，或具有不會阻礙水到達截留層的非常開放的背襯，或是親水的和容易通過毛細作用將水吸到膜中。因此，為了機械強度，可以將它們澆鑄在疏水多孔背襯板上，其中該多孔板是紡織或無紡織的，但具有至少大約30%的開放面積。紡織背襯板是具有大約65微米總厚度的聚酯網(wǎng)(聚酯網(wǎng))，總不對稱膜為165微米厚?？梢酝ㄟ^浸潰沉淀法通過將纖維素材料澆鑄到聚酯網(wǎng)上來澆鑄不對稱膜。所述聚酯網(wǎng)可以為65微米厚，55%開放面積。為了舉例說明本發(fā)明，鹽水通?；跓o機鹽或基于糖。例如，鹽水可以是氯化鈉=6. 21重量％ ;氯化鉀=7. 92重量％,朽1檬酸三鈉=10. 41重量葡萄糖=58. 24重量％和果糖=17. 22重量％。各種滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案可以使用添加到本文所述的程序中和通過本文所述的程序改進的常規(guī)程序制造。規(guī)定滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案的一些組件可以同時制造和相互整合，而另一些組件可以單獨地以預制或制成形式購得，然后與整體部件組裝。
這些組件的單獨或同時制造可涉及擠出、拉擠、真空成形、注射成型、吹塑、樹脂傳遞成型、澆鑄、鍛造、冷軋、銑削、鉆孔、鉸孔、車削、研磨、沖壓、切割、彎曲、焊接、軟焊、淬硬、鉚接、沖孔、電鍍和/或類似方法。如果單獨制造任何組件，可然后將它們例如根據(jù)構(gòu)成該組件的特定材料等考慮因素以任何方式相互結(jié)合，例如用粘合劑、焊接、緊固件、配線、它們的任何組合和/或類似方式。為了舉例說明本發(fā)明，在一個實施方案中，制造螺旋卷繞膜過濾器元件或模件的方法可包括(a)組裝包封夾層結(jié)構(gòu)；(b)將中心管組裝到包封夾層結(jié)構(gòu)上；和(C)纏繞具有中心管和膠水的包封夾層結(jié)構(gòu)，以形成螺旋卷繞膜模件。應思滲透水傳輸系統(tǒng)的實施方案特別可用于FO/水處理用途。實施方案可用作多元件工業(yè)規(guī)模FO膜外殼，因為可以用泵使流體平行流過它們。但是，關(guān)于水處理用途的任何描述都是為了舉例說明本發(fā)明，且實施方案也可以以類似結(jié)果用于各種其它用途，如工業(yè)、食品加工和能源用途。在描述滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案的用途時，進一步和為了舉例說明本發(fā)明，在天然氣生產(chǎn)中，通過經(jīng)旋轉(zhuǎn)螺旋鉆的中心注入鉆探泥漿實現(xiàn)天然氣井孔的鉆探。鉆探泥漿將巖屑帶回井筒，并然后存放在鉆井現(xiàn)場的池中。由于鉆探泥漿的組成(包括水和鹽)，通常需要通過深井注入法處置鉆探泥漿，這要求將泥漿泵入卡車中并將其運到注入井。由于單個天然氣井的鉆探通常生成超過一百萬加侖的鉆探泥漿，鉆探泥漿的處置變成氣井總成本的顯著份額。一旦使用螺旋鉆到達含天然氣的巖層，就通過水力壓裂法形成天然氣井，其包括將鹽度與現(xiàn)有地下水相同的清潔鹽水高壓注入井筒中。該清潔鹽水必須不含粒子和沉積物，因為壓裂水中的沉積物會在含天然氣的巖層中的由水力壓裂法形成的裂口中造成堵塞。由于鹽水溶液必須清潔，在本系統(tǒng)實施之前通常將其運至井場，因為既有鉆探泥漿不能用于水力壓裂法。由于鉆探泥漿中存在水，滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案可以從鉆探泥漿中回收水，并使用它制造用于水力壓裂的清潔鹽水溶液。這降低了鉆探泥漿的處置成本，并將提供水力壓裂法所需的清潔鹽水溶液和水的花費減至最低。參照圖2，該圖顯示了流過示例性螺旋卷繞正滲透膜過濾器元件20的流體流，所述元件20可用在滲透水傳輸系統(tǒng)(如系統(tǒng)10)中。如圖所示，元件20以對流方式運行，使稀鉆探泥漿(不清潔礦井水)流通過膜22與濃縮鹽水流接觸。來自元件20各側(cè)的輸出流是稀釋鹽水流和已可處置的濃縮鉆探泥漿流。盡管在本文中各處使用術(shù)語“稀”、“稀釋”和“濃縮”，但這些是相對術(shù)語，并簡單表明特定流或溶液含有比其來源流或溶液多或少的混合物特定組分或已經(jīng)過滲透接觸。在一個特定實例中，用氯化鈉鹽水和來自在Logansport, Louisiana的天然氣鉆探操作的“礦井水”(儲存的鉆探泥漿)測試裝置，如圖2中所示的元件20。氯化鈉鹽水與40個Hydration Technologies of Albany, Oregon制造的8英寸直徑和40英寸長的螺旋卷繞正滲透膜過濾器元件20—起使用。在各元件20中包括正滲透膜22。在該試驗中所用 的膜22設(shè)計中，使鹽水位于膜22的所謂滲透側(cè)上以促進正滲透。各元件20具有16平方米有效膜22面積，且膜22材料是三乙酸纖維素。在該試驗中，40個正滲透膜22過濾器以平行流方式運行，以使水能從稀鉆探泥漿轉(zhuǎn)移至濃縮鹽水流。各滲透水傳輸單元的稀鉆探泥漿的體積流量為6升/分鐘，稀鉆探泥漿的初始鹽濃度為4. 9克/升NaCl。濃縮鹽水流以25% NaCl濃度和0. 5升/分鐘進入滲透水傳輸單元。稀鹽水流以6%濃度和2.0升/分鐘離開滲透水傳輸單元。稀鉆探泥漿循環(huán)經(jīng)過40個滲透傳輸單元直至100，000加侖的鉆探泥漿初始體積降至20，000加侖。如圖2中所示，利用使用元件20和控制閥或計量泵(以控制鹽水進料速率和所得壓裂水的鹽濃度)的滲透水傳輸系統(tǒng)，從稀鉆探泥漿中回收50至80%水，同時將濃縮鹽水稀釋至2至8%濃度(清潔壓裂水)。進一步地和為了舉例說明本發(fā)明，在描述滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案在氯/堿工業(yè)中的用途時，在各種工藝中使用含氯化鈉的鹽水。需要清潔氯化鈉鹽水。在一些工藝中，使鹽水電解分解形成氯氣和氫氧化鈉溶液。如下制造鹽水將結(jié)晶鹽送入該裝置，然后將其溶解在清潔水中以制造用于該工藝的鹽水。在其它工藝單元操作和階段中，通過吹掃、清潔和用于離子交換柱中的離子交換樹脂的再生而產(chǎn)生各種量的廢水。這種廢水的排放日益受到更多管制和變得成本更高。利用滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案,制造鹽水溶液所需的清潔水的量減少，因為可以從該裝置產(chǎn)生的廢水中回收水。這也降低了廢水處置成本，同時降低了輸入鹽水制造工藝所需的清潔水的量。簡言之，滲透水傳輸系統(tǒng)實施方案可以從廢水中提取用于工藝鹽水的清潔水，從而大大減小其體積、緩解監(jiān)管壓力并節(jié)省大量的處置成本。參照圖3，滲透水傳輸系統(tǒng)的實施方案30可以汞電池氯生產(chǎn)工藝的形式工作。如圖所示，在混合器34中將固體鹽與稀鹽水溶液混合以形成飽和鹽水(例如310gpm)，將其轉(zhuǎn)移到帶有多個汞電池的電池室36中，汞電池使飽和鹽水中的鈉與陰極處的汞反應，以產(chǎn)生氯氣、氫氣和氫氧化鈉溶液(根據(jù)鹽水凈化，例如5-10ppm Hg和1000-26000ppm鹽)。將所得氫氧化鈉溶液轉(zhuǎn)移至二次處理階段38 (例如分批罐-35，OOOgals-或300gpm，10_20ppbHg，1000-26000ppm鹽，2. 5_4pH)，在此將其進一步處理以除去汞。然后將來自二次處理階段38的流出物送往正滲透膜32，正滲透膜32以與一部分飽和鹽水流對流的方式運行。正滲透膜32接收飽和鹽水，并使水從來自二次處理階段38的流出物中移出，形成除去了 50%至90%水的廢物流和含有少量殘留汞(例如<12ppt Hg)的稀鹽水流。由于水回收造成的廢物流體積的顯著減小，因此可以顯著降低廢物流(其含有一定量的汞)的處置成本。在上述描述涉及具體實施方案之處，容易看出，可以在不偏離其實質(zhì)的情況下作出許多修改并且可以選擇使用這些實施方案。所附權(quán)利要求書意在涵蓋落在如本文中闡述的本發(fā)明實質(zhì)和范圍內(nèi)的這樣的修改。本文公開的實施方案因此在所有方面中被認為是示例性而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書而非前述說明書規(guī)定。在此意在涵蓋 落在權(quán)利要求書的含義和同等范圍內(nèi)的所有變化。
權(quán)利要求
1.正滲透水傳輸系統(tǒng)，用于使水從輸入的廢水流再循環(huán)到輸出的稀工藝鹽水流中，該系統(tǒng)包含 飽和鹽水流，其第一部分被轉(zhuǎn)移而形成飽和工藝鹽水流，且其第二部分被轉(zhuǎn)移到至少一個正滲透膜；和 所述至少一個正滲透膜，其將水從輸入的廢水流移入輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中，由此產(chǎn)生輸出的濃縮廢水流和輸出的稀工藝鹽水流。
2.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，進一步包含混合器，該混合器將所述稀工藝鹽水流與結(jié)晶鹽混合，由此產(chǎn)生所述飽和鹽水流。
3.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜是半透膜。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中不想要的雜質(zhì)被保留在濃縮廢水流中，且輸出的稀工藝鹽水流是清潔的。
5.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜是纖維素膜。
6.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜是螺旋卷繞膜。
7.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜包含多個正滲透膜。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述多個正滲透膜以平行流的構(gòu)造工作。
9.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜以對流方式工作，使膜一側(cè)上的輸入的廢水流通過膜與膜相對側(cè)上的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流接觸。
10.權(quán)利要求I的系統(tǒng),其中水僅由于濃度梯度而從輸入的廢水流移入被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中。
11.正滲透水傳輸系統(tǒng)，用于天然氣生產(chǎn)的鉆探和水力壓裂法，該系統(tǒng)使水從輸入的鉆探泥漿流再循環(huán)到用于水力壓裂的輸出的清潔稀工藝鹽水流中，所述系統(tǒng)包含 飽和鹽水流，其第一部分被轉(zhuǎn)移而形成飽和工藝鹽水流，且其第二部分被轉(zhuǎn)移到至少一個正滲透膜；和 所述至少一個正滲透膜，其使水從輸入的鉆探泥漿流移入輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中，由此產(chǎn)生輸出的濃縮鉆探泥漿流和輸出的清潔稀工藝鹽水流。
12.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，進一步包含混合器，該混合器將所述清潔稀工藝鹽水流與結(jié)晶鹽混合，由此產(chǎn)生所述飽和鹽水流。
13.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜是螺旋卷繞的半透膜。
14.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜包含多個正滲透膜。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述多個正滲透膜以平行和對流的構(gòu)造工作，使膜一側(cè)上的輸入的鉆探泥漿流通過膜與膜相對側(cè)上的被轉(zhuǎn)向的飽和鹽水流接觸。
16.用于氯生產(chǎn)法的正滲透水傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)使水從輸入的廢水流再循環(huán)到輸出的清潔稀工藝鹽水流中，所述系統(tǒng)包含 飽和鹽水流，其第一部分被轉(zhuǎn)移而形成飽和工藝鹽水流，且其第二部分被轉(zhuǎn)移到至少一個正滲透膜；和 所述至少一個正滲透膜，其使水從輸入的廢水流移入輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中，由此產(chǎn)生輸出的濃縮廢水流和輸出的清潔稀工藝鹽水流。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，進一步包含混合器，該混合器將所述清潔稀工藝鹽水流與結(jié)晶鹽混合，由此產(chǎn)生所述飽和鹽水流。
18.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，進一步包含至少一個汞電池，其使用所述輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和工藝鹽水流，以生成至少廢水流。
19.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜是螺旋卷繞的半透膜。
20.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述至少一個正滲透膜包含以平行和對流的構(gòu)造工作的多個正滲透膜，使膜一側(cè)上的輸入的廢水流通過膜與膜相對側(cè)上的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了正滲透水傳輸系統(tǒng)，其使水從輸入的廢水流再循環(huán)到輸出的稀工藝鹽水流中。該系統(tǒng)包括飽和鹽水流，其第一部分被轉(zhuǎn)移而形成飽和工藝鹽水流，且其第二部分被轉(zhuǎn)移到至少一個正滲透膜。所述至少一個正滲透膜使水從輸入的廢水流移入輸入的被轉(zhuǎn)移的飽和鹽水流中，由此產(chǎn)生輸出的濃縮廢水流和輸出的稀工藝鹽水流。
文檔編號B01D61/08GK102781557SQ201080063587
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者E·博德里, J·R·赫倫 申請人:水合系統(tǒng)有限責任公司