背景

本發(fā)明涉及一種用于從進(jìn)料溶液分離溶劑例如水的工藝。具體但非排他地，本發(fā)明涉及一種用于凈化水的工藝。

水的凈化和濃縮的各種方法是已知的。這種方法的一個(gè)例子是反滲透。在反滲透中，通過施加超過高溶質(zhì)濃度溶液的滲透壓的壓力，迫使水從高溶質(zhì)濃度的區(qū)域通過半透膜到低溶質(zhì)濃度的區(qū)域。例如，通常使用反滲透從海水獲得飲用水。反滲透也用于將水從例如工業(yè)廢物流分離。通過使用反滲透來處理工業(yè)廢物流，能夠從工業(yè)廢物產(chǎn)生相對(duì)干凈的水，同時(shí)減少需要處置或進(jìn)一步處理的不合意的廢物的體積。

反滲透需要在膜的高溶質(zhì)濃度側(cè)施加相對(duì)高的壓力。例如，為了通過常規(guī)的反滲透技術(shù)對(duì)海水脫鹽，通常使用高達(dá)82barg的壓力來提高產(chǎn)物水的回收率。這對(duì)依賴常規(guī)反滲透的脫鹽方法造成相當(dāng)大的能源負(fù)擔(dān)。此外，具有比海水高的溶質(zhì)濃度的流可能需要施加甚至更高的液壓。許多可商購的反滲透膜不適合承受大于82barg的液壓。因此，這可能對(duì)可以使用可商購的反滲透膜處理的進(jìn)料溶液的濃度造成限制，這實(shí)際上使?jié)饪s的進(jìn)料流的最大濃度受限于相當(dāng)于反滲透膜和壓力容器的最大液壓等級(jí)的滲透壓。

描述

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于從進(jìn)料溶液分離溶劑的工藝，所述工藝包括：

使包含溶解于溶劑中的溶質(zhì)的進(jìn)料溶液與納濾膜的一側(cè)接觸，

向所述進(jìn)料溶液施加液壓，使得溶劑和來自所述進(jìn)料溶液的一些溶解的溶質(zhì)流過所述納濾膜，以提供在所述納濾膜的滲透物側(cè)上的滲透物溶液，和在所述納濾膜的滲余物側(cè)上的濃縮溶液；

使來自所述納濾膜的所述滲透物溶液與反滲透膜的一側(cè)接觸，并且向所述滲透物溶液施加液壓，使得來自所述滲透物溶液的溶劑流過所述反滲透膜，以使?jié)饪s溶液留在所述反滲透膜的所述滲余物側(cè)，

使用來自所述反滲透膜的所述滲余物側(cè)的所述濃縮溶液作為至所述納濾膜的所述進(jìn)料溶液的至少一部分；和

從所述納濾膜的所述滲余物側(cè)收回所述濃縮溶液的至少一部分。

來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分可以直接或間接地處置。在一種實(shí)施例中，收回部分可以在處置之前與另外的溶液組合。在一種實(shí)施方案中，收回部分可以在處置之前進(jìn)一步濃縮?？蛇x擇地，收回部分可以與正滲透膜的一側(cè)接觸，以通過正向滲透從正滲透膜的相對(duì)側(cè)上的源水汲取水。其中正向滲透定義為任何滲透驅(qū)動(dòng)的膜工藝，例如壓力增強(qiáng)滲透、壓力輔助滲透、滲透和壓力延遲滲透。

在本發(fā)明中，將包含溶解于溶劑中的鹽的進(jìn)料溶液與納濾膜的一側(cè)接觸。進(jìn)料溶液可以是含鹽的地下水或地表水、鹽水、海水或廢物流。選擇納濾膜是因?yàn)樗蔷哂邢鄬?duì)高的溶質(zhì)滲透率的相對(duì)“疏松”的膜。因此，與溶劑一樣，來自進(jìn)料溶液的相當(dāng)大量的溶質(zhì)(例如鹽)穿過納濾膜以提供具有相對(duì)高的溶質(zhì)濃度的滲透物。因?yàn)闈B透物具有相對(duì)高的溶質(zhì)濃度，為保持穿過納濾膜的期望的通量水平所需的液壓，與例如利用例如具有較低溶質(zhì)滲透率的常規(guī)反滲透膜所需的液壓相比，是相對(duì)低的。

在某些實(shí)施方案中，進(jìn)料溶液是廢物流。進(jìn)料溶液可以含有多價(jià)陽離子和/或多價(jià)陰離子。多價(jià)陽離子的實(shí)例包括二價(jià)陽離子和三價(jià)陽離子。二價(jià)陽離子的實(shí)例包括堿土金屬陽離子，例如鈣、鎂、鍶和鋇。三價(jià)陽離子的實(shí)例包括鋁。二價(jià)陰離子的實(shí)例包括硫酸根陰離子和碳酸根陰離子。

在進(jìn)料中，進(jìn)料溶液可以具有相對(duì)于一價(jià)陽離子的濃度的高的多價(jià)陽離子的初始濃度。在一種實(shí)施例中，在進(jìn)料中，多價(jià)陽離子的初始濃度高于一價(jià)陽離子的濃度。在某些實(shí)施方案中，在進(jìn)料中，多價(jià)陽離子的初始濃度可以為總陽離子濃度的至少20％，例如至少30％。在一種實(shí)施例中，在進(jìn)料中，多價(jià)陽離子的初始濃度可以為總陽離子濃度的20％至100％，例如20％至90％。

在進(jìn)料中，進(jìn)料溶液可以具有相對(duì)于一價(jià)陰離子的濃度的高的多價(jià)陰離子的初始濃度。在一種實(shí)施例中，在進(jìn)料中，多價(jià)陰離子的初始濃度高于一價(jià)陰離子的濃度。在某些實(shí)施方案中，在進(jìn)料中，多價(jià)陰離子的初始濃度可以為總陰離子濃度的至少20％，例如至少30％。在一種實(shí)施例中，在進(jìn)料中，多價(jià)陰離子的初始濃度可以為總陰離子濃度的20％至100％，例如20％至90％。

在進(jìn)料中，進(jìn)料溶液可以具有多價(jià)陽離子和多價(jià)陰離子的總濃度，該總濃度相對(duì)于一價(jià)陽離子和一價(jià)陰離子的總濃度是高的。在一種實(shí)施例中，在進(jìn)料中，多價(jià)陽離子和多價(jià)陰離子的初始濃度高于一價(jià)陽離子和一價(jià)陰離子的濃度。在某些實(shí)施方案中，在進(jìn)料中，多價(jià)陽離子和多價(jià)陰離子的初始濃度可以為總陽離子和陰離子濃度的至少20％，例如至少30％。在一種實(shí)施例中，在進(jìn)料中，多價(jià)陽離子的初始濃度可以為總陽離子和陰離子濃度的20％至100％，例如20％至90％。

優(yōu)選地，本發(fā)明的工藝包括在使進(jìn)料溶液與納濾膜接觸之前，向進(jìn)料溶液添加一價(jià)陽離子和/或一價(jià)陰離子的步驟。一價(jià)陽離子和/或一價(jià)陰離子可以以固體鹽(例如氯化鈉)的形式或作為鹽溶液(例如氯化鈉溶液)添加?？梢蕴砑右粌r(jià)陽離子和/或一價(jià)陰離子以確保，當(dāng)所得進(jìn)料穿過納濾膜時(shí)，在納濾膜的滲透物側(cè)上的滲透物溶液的滲透壓為進(jìn)料溶液的滲透壓的至少50％。

納濾膜通常具有相對(duì)于多價(jià)(例如二價(jià)和三價(jià))溶質(zhì)滲透率的相對(duì)高的一價(jià)溶質(zhì)滲透率。因此，納濾膜可能限制來自進(jìn)料溶液的多價(jià)溶質(zhì)通過膜，從而限制來自納濾膜的滲透物的溶質(zhì)濃度和滲透壓。在這種情況下，可以將一價(jià)溶質(zhì)溶液(例如氯化鈉)定量給料至進(jìn)料溶液。因?yàn)榧{濾膜具有對(duì)于一價(jià)溶質(zhì)相對(duì)高的滲透率，所以來自納濾膜的滲透物的溶質(zhì)濃度和滲透壓將通過添加一價(jià)溶質(zhì)來增大。來自納濾膜的滲透物與反滲透膜的一側(cè)接觸，并且納濾膜滲透物中的一價(jià)溶質(zhì)將被保留在反滲透膜的滲余物側(cè)上并且被重新引入至納濾進(jìn)料。

來自納濾膜的滲透物與反滲透膜的一側(cè)接觸?？梢允┘右簤海沟脕碜约{濾滲透物的溶劑流過反滲透膜，以將濃縮溶液留在反滲透膜的滲余物側(cè)。來自反滲透膜的滲透物溶液可以是具有降低的溶質(zhì)濃度的產(chǎn)物流(例如產(chǎn)物水)。該產(chǎn)物流可以任選地被進(jìn)一步處理，例如，以產(chǎn)生飲用水或用于家庭使用的水。水也可以用于例如工業(yè)或住宅用途。

然后將來自反滲透膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液用作至納濾膜的進(jìn)料溶液的至少一部分。通過使用該濃縮溶液作為進(jìn)料的至少一部分，可以增加在納濾膜的滲余物側(cè)上的溶液的濃度，允許從納濾膜的滲余物側(cè)收回高度濃縮的溶液。如上所述，從納濾膜的滲余物側(cè)收回的溶液可以被處置或在處置之前進(jìn)一步濃縮。由于其高濃度，而減少了需要處置或處理的液體的體積。因此，當(dāng)收回的流意圖在下游蒸發(fā)器或結(jié)晶器中進(jìn)行處理時(shí)，可以減少這種設(shè)備的容量和/或熱需求量。由于其高濃度，來自納濾膜的滲余物側(cè)的溶液也可以被收回并且用作滲透驅(qū)動(dòng)的膜工藝中的汲取溶液。

反直覺地，本發(fā)明采用疏松或高溶質(zhì)通過(即納濾)膜，以在膜的滲余物側(cè)提供高度濃縮的溶液。具體地，本發(fā)明采用與反滲透膜串聯(lián)的納濾膜，以產(chǎn)生具有降低的溶質(zhì)濃度的產(chǎn)物流(例如產(chǎn)物水)以及高度濃縮的溶液，例如以便于處置/進(jìn)一步處理或用作用于直接滲透工藝的汲取溶液。通過使用納濾膜，能夠通過本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的高度濃縮的滲余物溶液的濃度大于可以在相同的液壓限制下使用單獨(dú)操作的反滲透產(chǎn)生的濃度。此外，通過將來自反滲透膜的滲余物作為進(jìn)料的至少一部分再循環(huán)到納濾膜，可以產(chǎn)生高度濃縮的廢物流，減少需要處置或進(jìn)一步處理的廢物的體積。

本發(fā)明的實(shí)施方案的益處在于：

(a)與單獨(dú)使用ro相比，可以產(chǎn)生更高濃度的鹽水流(并且因此較少的體積)，

(b)與單獨(dú)使用ro相比，可以使更高濃度的進(jìn)料水脫鹽，和/或

(c)與ro處理相同濃度的進(jìn)料水相比，可以實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)物水的回收率。

所有上述益處都可以在不增加當(dāng)單獨(dú)使用ro時(shí)采用的正常操作壓力的情況下來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)收回時(shí)，來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分可以具有至少90,000mg/l、優(yōu)選地至少95,000mg/l的總?cè)芙恹}濃度。在一種實(shí)施方案中，來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分可以具有至少100,000mg/l，例如至少120,000mg/l的總?cè)芙恹}濃度。在一種實(shí)施例中，收回部分具有至少130,000mg/l的總?cè)芙恹}濃度。

當(dāng)收回時(shí)，來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分可以具有至少75barg、優(yōu)選地至少80barg的滲透壓。在一種實(shí)施方案中，來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分可以具有至少110barg例如至少120barg的滲透壓。

優(yōu)選地，來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分使用熱蒸發(fā)器或結(jié)晶器來進(jìn)一步濃縮。

在一種實(shí)施方案中，將來自反滲透膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液與另外的溶質(zhì)溶液組合，并且將所組合的流用作至納濾膜的進(jìn)料溶液。另外的溶質(zhì)溶液可以是，例如，含鹽的地下水或地表水、鹽水、海水或廢物流。

在一種實(shí)施方案中，來自納濾膜的滲透物溶液與另外的溶質(zhì)溶液組合，并且所組合的流與反滲透膜的一側(cè)接觸。另外的溶質(zhì)溶液可以是，例如，含鹽的地下水或地表水、鹽水、海水或廢物流。

在一種實(shí)施方案中，來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分通過使所述收回部分與另外的半透膜的一側(cè)接觸來濃縮。半透膜可以與納濾膜一樣可滲透(例如相當(dāng)?shù)钠骄讖?或與納濾膜相比較不可滲透(例如較小的平均孔徑)。例如，半透膜可以是納濾膜或反滲透膜?？梢韵蚴栈夭糠质┘右簤?，使得來自所述部分的溶劑流過另外的半透膜，以提供在另外的半透膜的滲透物側(cè)上的滲透物溶液和在另外的半透膜的滲余物側(cè)上的滲余物溶液。另外的半透膜的滲余物側(cè)上的滲余物溶液可以被收回并且處置、例如在處置之前進(jìn)一步濃縮或與直接滲透膜的一側(cè)接觸以通過直接滲透即在滲透驅(qū)動(dòng)的膜工藝中從直接滲透膜的相對(duì)側(cè)上的源溶液汲取水。來自另外的半透膜的滲透物側(cè)的滲透物溶液可以與來自反滲透膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液組合并且引入至納濾膜中。優(yōu)選地，另外的半透膜是納濾膜。

在一種實(shí)施方案中，在被用作至納濾膜的進(jìn)料溶液的至少一部分之前，來自反滲透膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液穿過附加的半透膜，以提供在附加的半透膜的滲透物側(cè)上的滲透物溶液和在附加的半透膜的滲余物側(cè)上的滲余物溶液。滲透物溶液可以用作至納濾膜的進(jìn)料的至少一部分。附加的半透膜的滲余物側(cè)上的滲余物溶液可以被收回并且處置、進(jìn)一步濃縮或與直接滲透膜接觸以通過直接滲透即在滲透驅(qū)動(dòng)的膜工藝中從直接滲透膜的相對(duì)側(cè)上的源溶液汲取水。

納濾膜的滲余物側(cè)上的濃縮溶液的收回部分可以通過以下來濃縮：使收回部分穿過附加的(或又一個(gè))半透膜并且向所述收回部分施加液壓，使得來自所述部分的溶劑流過膜，以提供在半透膜的滲透物側(cè)上的滲透物溶液和在膜的滲余物側(cè)上的滲余物溶液。這種滲余物可以被收回，并且然后任選地處置、例如在處置之前進(jìn)一步濃縮或與直接滲透膜接觸以通過直接滲透即在滲透驅(qū)動(dòng)的膜工藝中從直接滲透膜的相對(duì)側(cè)上的源溶液汲取水。優(yōu)選地，在納濾膜的滲余物側(cè)上的濃縮溶液的收回部分與來自反滲透膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液組合，并且所組合的流穿過附加的半透膜。

附加的或又一個(gè)半透膜與納濾膜一樣可滲透或與納濾膜相比較不可滲透。例如，附加的或又一個(gè)半透膜可以是納濾膜或反滲透膜。優(yōu)選地，附加的半透膜可以是納濾膜。當(dāng)使用時(shí)，又一個(gè)半透膜也可以是納濾膜。

當(dāng)納濾膜的滲余物側(cè)上的濃縮溶液的收回部分與另外的膜接觸時(shí)，該另外的膜可以具有是納濾膜的平均孔徑或滲透率的不超過100倍、優(yōu)選地不超過50倍、更優(yōu)選地不超過10倍的平均孔徑或滲透率。在納濾膜的滲余物側(cè)上的濃縮溶液的收回部分可以與另外的膜接觸，該另外的膜具有是納濾膜的平均孔徑或滲透率的小于10倍，例如小于5倍的平均孔徑或滲透率。例如，另外的膜可以具有與納濾膜大體上相同或更低的平均孔徑或滲透率。如上所述，另外的膜可以是納濾膜或反滲透膜。另外的膜優(yōu)選地不選自顆粒過濾膜、微濾膜或超濾膜。另外的膜可以具有小于0.1微米例如小于0.05微米的平均孔徑。

進(jìn)料溶液可以是任何溶液，例如水溶液。進(jìn)料溶液可以是鹽溶液，例如鹽水溶液。在某些實(shí)施方案中，進(jìn)料溶液是氯化鈉的水溶液。合適的進(jìn)料溶液的實(shí)例包括含鹽的地下水或地表水、鹽水和海水。其他實(shí)例包括廢水流、湖水、河水和池塘水。廢水流的實(shí)例包括工業(yè)或農(nóng)業(yè)廢水流。

至納濾膜的進(jìn)料溶液的總?cè)芙恹}濃度可以為至少5,000mg/l，例如5,000mg/l至140,000mg/l。在一種實(shí)施例中，至納濾膜的進(jìn)料溶液的總?cè)芙恹}濃度為至少30,000mg/l。進(jìn)料的滲透壓可以為至少4barg，例如4barg至130barg。

納濾膜可以被選擇為使得足夠的溶解鹽穿過納濾膜，由此在納濾膜的滲透物側(cè)上的滲透物溶液的總?cè)芙恹}濃度或滲透壓為進(jìn)料至納濾膜的溶液的滲透壓的至少30％，例如至少50％或至少70％。例如，在納濾膜的滲透物側(cè)上的滲透物溶液的滲透壓是進(jìn)料至納濾膜的溶液的滲透壓的50％至90％。

當(dāng)收回時(shí)，來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分可以具有為進(jìn)料的總?cè)芙恹}濃度的至少1.1倍，例如至少2倍或3倍的總?cè)芙恹}濃度。

當(dāng)收回時(shí)，來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液的收回部分可以具有是進(jìn)料的滲透壓的至少1.1倍，例如至少2倍或3倍的滲透壓。

在納濾步驟中采用的膜可以具有4埃至80埃的平均(average)(例如平均(mean))孔徑。優(yōu)選地，膜的平均(例如平均)孔徑為20埃至70埃、更優(yōu)選地為30埃至60埃、并且最優(yōu)選地為40埃至50埃。可以使用任何合適的技術(shù)來測(cè)量孔徑(例如平均孔徑)。例如，可以使用差示流量方法(differentialflowmethod)(japanmembranejournal，第29卷；第4期；第227-235頁(2004))或使用鹽、不帶電荷的溶質(zhì)和原子力顯微鏡(journalofmembranescience126(1997)91-105)。

在納濾步驟中使用的膜可以在例如由微孔聚合物片形成的支撐體的頂部上作為“表層”鑄制。所得的膜可以具有復(fù)合結(jié)構(gòu)(例如，薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu))。通常，膜的分離性質(zhì)由“表層”的孔徑和電荷控制。

合適的納濾膜的實(shí)例包括esna-1(hydranautics，oceanside，ca)、sr90、nf-270、nf90、nf70、nf50、nf40、nf40hf膜(dowfilmtech，minneapolis，minn)、tr-60、su600膜(toray，japan)和nrt7450和ntr7250膜(nittoelectric，japan)。

納濾膜可以是平面的或采取管或中空纖維的形式。例如，可以使用中空細(xì)纖維膜的管狀構(gòu)造。如果需要，膜可以被支撐在諸如網(wǎng)狀支撐體的支撐結(jié)構(gòu)上。當(dāng)采用平面膜時(shí)，片材可以被卷起，使得其以橫截面界定螺旋。當(dāng)采用管狀膜時(shí)，一個(gè)或更多個(gè)管狀膜可以容納在外殼或殼體內(nèi)。溶液可以被引入外殼中，而溶劑可以作為濾液從管中除去，或反之亦然。

納濾步驟還可以在升高的壓力進(jìn)行。例如，納濾步驟可以在25bar至120bar、優(yōu)選地40bar至100bar、更優(yōu)選地50bar至80bar的壓力進(jìn)行。如上所述，來自反滲透步驟的選擇性膜的滲余物側(cè)的溶液穿過納濾膜。由于該溶液處在膜的高壓側(cè)上，所以當(dāng)溶液穿過納濾膜時(shí)，可能不需要向溶液施加另外的壓力。然而，如果需要，那么可以在溶液穿過納濾膜時(shí)向溶液施加另外的壓力。

在本發(fā)明中可以使用任何合適的反滲透膜。例如，反滲透膜可以具有0.5埃至80埃、優(yōu)選地2埃至50埃的平均(例如平均)孔徑。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，膜具有從3埃至30埃的平均(例如平均)孔徑?？梢允褂萌魏魏线m的技術(shù)來測(cè)量孔徑(例如平均孔徑)。例如，可以使用差示流量方法(japanmembranejournal，第29卷；第4期；第227-235頁(2004))或使用鹽、不帶電荷的溶質(zhì)和原子力顯微鏡(journalofmembranescience126(1997)91-105)。

合適的反滲透膜包括整體膜和復(fù)合膜。合適的膜的具體實(shí)例包括由乙酸纖維素(ca)和/或三乙酸纖維素(cta)形成的膜，例如或類似于mccutcheon等人的desalination174(2005)1-11的研究中使用的那些，以及由聚酰胺(pa)形成的膜?？梢圆捎媚さ年嚵?。

反滲透膜可以是平面的或采取管或中空纖維的形式。例如，可以使用中空細(xì)纖維膜的管狀構(gòu)造。如果需要，膜可以被支撐在諸如網(wǎng)狀支撐體的支撐結(jié)構(gòu)上。當(dāng)采用平面膜時(shí)，片材可以被卷起，使得其以橫截面界定螺旋。當(dāng)采用管狀膜時(shí)，一個(gè)或更多個(gè)管狀膜可以容納在外殼或殼體內(nèi)。

反滲透膜可以在升高的壓力進(jìn)行以驅(qū)動(dòng)(液體)溶液通過膜。例如，反滲透步驟可以在25bar至120bar、優(yōu)選地50bar至100bar、更優(yōu)選地60bar至80bar的壓力進(jìn)行。

現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的這些和其他方面，在附圖中：

圖1是用于執(zhí)行本發(fā)明的工藝的第一實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖；

圖2是用于執(zhí)行本發(fā)明的工藝的第二實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖；

圖3是用于執(zhí)行本發(fā)明的工藝的第三實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖；和

圖4是用于執(zhí)行本發(fā)明的工藝的第四實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖。

參照?qǐng)D1，該圖描繪了系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：包括納濾膜10a的納濾膜單元10和包括反滲透膜12a的反滲透膜單元12。在使用中，將包含溶解于溶劑中的溶質(zhì)的進(jìn)料溶液(例如廢水)與納濾膜10a的一側(cè)接觸。向進(jìn)料溶液施加液壓，使得溶劑(水)和來自進(jìn)料溶液的一些溶解的鹽流過納濾膜，以提供在納濾膜10a的滲透物側(cè)上的滲透物溶液14，和在納濾膜的滲余物側(cè)上的濃縮溶液16。

來自納濾膜10a的滲透物溶液14經(jīng)由導(dǎo)管18收回并且與反滲透膜12a的一側(cè)接觸。向溶液施加液壓，使得來自溶液的溶劑流過反滲透膜12a，以將濃縮溶液20留在反滲透膜12a的滲余物側(cè)并且將產(chǎn)物溶液22留在反滲透膜12a的滲透物側(cè)。產(chǎn)物溶液22有利地具有相對(duì)低的溶質(zhì)(例如鹽)濃度。

來自反滲透膜12a的滲余物側(cè)的濃縮溶液20經(jīng)由導(dǎo)管26收回，并且用作至納濾膜10a的進(jìn)料溶液的至少一部分。在該實(shí)施方案中，其可以與新鮮進(jìn)料(例如廢水)在導(dǎo)管8中組合，并且所組合的流可以被進(jìn)料至納濾單元10。

來自納濾膜10a的滲余物側(cè)的濃縮溶液16的至少一部分經(jīng)由導(dǎo)管24收回。該溶液24可以例如使用熱法(未示出)來處置或進(jìn)一步濃縮。當(dāng)溶液24被高度濃縮時(shí)，需要處理/處置的濃縮廢物的體積，與例如將單獨(dú)使用反滲透(ro)產(chǎn)生的濃縮廢物的體積相比，是相對(duì)少的。

進(jìn)料(例如廢水)可以含有二價(jià)陽離子和/或二價(jià)陰離子，例如鈣陽離子、鎂陽離子、鍶陽離子和/或鋇陽離子，和/或硫酸根陰離子和/或碳酸根陰離子。在進(jìn)料中，二價(jià)陽離子和二價(jià)陰離子的初始濃度高于一價(jià)陽離子和一價(jià)陰離子的濃度。例如，在進(jìn)料中，二價(jià)陽離子或二價(jià)陰離子的初始濃度可以為總陽離子和陰離子濃度的20％至90％。

在進(jìn)料溶液與納濾膜接觸之前，可以經(jīng)由線路50將一價(jià)陽離子和一價(jià)陰離子添加至進(jìn)料溶液。一價(jià)陽離子和/或一價(jià)陰離子可以以固體鹽(例如氯化鈉)的形式或作為鹽溶液(例如氯化鈉溶液)添加。可以添加一價(jià)陽離子和/或一價(jià)陰離子以確保，當(dāng)所得進(jìn)料穿過納濾膜時(shí)，在納濾膜的滲透物側(cè)上的滲透物溶液的滲透壓為進(jìn)料溶液的滲透壓的至少50％。

納濾膜通常具有相對(duì)于多價(jià)(例如二價(jià)和三價(jià))溶質(zhì)滲透率的相對(duì)高的一價(jià)溶質(zhì)滲透率。因此，納濾膜可能限制來自進(jìn)料溶液的多價(jià)溶質(zhì)通過膜，從而限制來自納濾膜的滲透物的溶質(zhì)濃度和滲透壓。在這種情況下，可以將一價(jià)溶質(zhì)溶液(例如氯化鈉)定量給料至進(jìn)料溶液。因?yàn)榧{濾膜具有對(duì)于一價(jià)溶質(zhì)相對(duì)高的滲透率，所以來自納濾膜的滲透物的溶質(zhì)濃度和滲透壓將通過添加一價(jià)溶質(zhì)來增大。來自納濾膜的滲透物與反滲透膜的一側(cè)接觸，并且納濾膜滲透物中的一價(jià)溶質(zhì)將被保留在反滲透膜的滲余物側(cè)上并且被重新引入至納濾進(jìn)料。

圖2描繪了用于執(zhí)行參照?qǐng)D1描述的工藝的可選擇的實(shí)施方案的系統(tǒng)。相同部件已經(jīng)用相同附圖標(biāo)記來標(biāo)記。與圖1相同，可以經(jīng)由線路50將一價(jià)陽離子和/或一價(jià)陰離子(例如氯化鈉)添加至進(jìn)料。然而，在本實(shí)施方案中，來自反滲透膜12a的滲余物側(cè)的濃縮溶液20經(jīng)由導(dǎo)管26收回，并且全部用作至納濾膜10a的進(jìn)料溶液。與圖1所描繪的實(shí)施方案不同，濃縮溶液20不與新鮮進(jìn)料(例如廢水)組合。然而，至反滲透單元12的進(jìn)料僅部分地由來自納濾膜10a的滲透物(參見導(dǎo)管18)形成。該滲透物與來自導(dǎo)管8的新鮮進(jìn)料(例如廢水)組合，并且將所組合的進(jìn)料引入至反滲透單元12中。

圖3描繪了用于執(zhí)行本發(fā)明的工藝的第三實(shí)施方案的系統(tǒng)。該系統(tǒng)類似于圖1中所描繪的系統(tǒng)，并且相同部件已經(jīng)用相同的數(shù)字標(biāo)記。與圖1相同，可以經(jīng)由線路50將一價(jià)陽離子和/或一價(jià)陰離子(例如氯化鈉)添加至進(jìn)料。然而，在本實(shí)施方案中，來自納濾膜10a的滲余物側(cè)的濃縮溶液16的收回部分(參見導(dǎo)管24)通過使收回部分與另外的半透膜(例如，另外的納濾膜)28的一側(cè)接觸來濃縮。收回部分(參見導(dǎo)管24)可以任選地在與另外的半透膜28接觸之前與新鮮進(jìn)料組合。然后，施加液壓，使得來自收回部分的水流過另外的半透膜28(例如另外的納濾膜)，以提供在另外的半透膜28的滲透物側(cè)上的滲透物溶液30和在另外的半透膜的滲余物側(cè)上的滲余物溶液。另外的半透膜28的滲余物側(cè)上的滲余物溶液經(jīng)由導(dǎo)管32收回，并且處置或在處置之前進(jìn)一步濃縮。滲透物30經(jīng)由導(dǎo)管34收回，在此將其與來自反滲透單元12的濃縮溶液在導(dǎo)管26中組合并且引入至納濾膜單元10中。

圖4描繪了用于執(zhí)行本發(fā)明的工藝的第四實(shí)施方案的系統(tǒng)。該系統(tǒng)類似于圖1中所描繪的系統(tǒng)，并且相同部件已經(jīng)用相同的數(shù)字標(biāo)記。與圖1相同，可以經(jīng)由線路50將一價(jià)陽離子和/或一價(jià)陰離子(例如氯化鈉)添加至進(jìn)料。然而，在被用作至納濾膜10a的進(jìn)料的至少一部分之前，來自反滲透膜12a的滲余物側(cè)的濃縮溶液20穿過附加的半透膜40(例如附加的納濾膜)，以提供在附加的半透膜40的滲透物側(cè)上的滲透物溶液42和在附加的半透膜40的滲余物側(cè)上的滲余物溶液44。滲透物溶液42用作至納濾膜10a的進(jìn)料。在該實(shí)施方案中，至納濾單元10的進(jìn)料，不是例如未經(jīng)處理的廢水46，而是已經(jīng)在反滲透單元12中并且通過附加的半透膜40預(yù)處理過的廢水46。

在附加的半透膜的滲余物側(cè)上的滲余物溶液經(jīng)由導(dǎo)管48收回并且處置或進(jìn)一步濃縮。

在本實(shí)施方案中，納濾膜10a的滲余物側(cè)上的濃縮溶液16的收回部分經(jīng)由導(dǎo)管24收回，并且通過使所述收回部分穿過附加的半透膜40來濃縮。因此，至附加的半透膜40的進(jìn)料由來自反滲透膜12a的滲余物側(cè)的濃縮溶液20以及經(jīng)由導(dǎo)管24從納濾單元10收回的濃縮溶液16組成。當(dāng)施加液壓時(shí)，提供在半透膜40的滲透物側(cè)上的滲透物溶液42，和在膜的滲余物側(cè)上的滲余物溶液。如上所述，滲余物經(jīng)由管道48收回。

附加的半透膜40可以是納濾膜。

實(shí)施例

實(shí)施例1

在該模型實(shí)施例中，具有43218g/l的總?cè)芙恹}(tds)濃度和34barg的滲透壓的廢水流使用圖1中示意性地示出的本發(fā)明的實(shí)施方案來處理。圖5示出了對(duì)流動(dòng)流進(jìn)行采樣和分析的點(diǎn)。下表1示出了各種流的tds、壓力、滲透壓和流量。從表1可以看出，廢水流中的68％的水使用本發(fā)明的該實(shí)施方案被回收(n.b.系統(tǒng)回收率＝(產(chǎn)物水的流量)/(進(jìn)料水的流量)或被轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物水的進(jìn)料水的百分比)。

表1

比較實(shí)施例2

在該模型比較實(shí)施例中，在實(shí)施例1中處理的廢水流使用圖6中示意性地示出的工藝來處理。圖6描繪了類似于圖1和圖5中所示的工藝的工藝，除了來自反滲透膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液不用作至納濾膜的進(jìn)料溶液的至少一部分之外。相反，將該濃縮溶液與來自納濾膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液組合，并且收回以用于處置。下表2示出了各種流的tds、壓力、滲透壓和流量。從表2可以看出，廢水流中的僅56％的水使用圖6中所描繪的工藝被回收。此外，濃縮的廢物流的tds小于實(shí)施例1中達(dá)到的最大tds。

表2

比較實(shí)施例3

在該模型比較實(shí)施例中，在實(shí)施例1中處理的廢水流使用圖7中示意性地示出的工藝來處理。圖7描繪了標(biāo)準(zhǔn)反滲透工藝，其中進(jìn)料廢水流與反滲透膜接觸。施加液壓以在反滲透膜的滲透物側(cè)產(chǎn)生產(chǎn)物水。收回反滲透膜的滲余物側(cè)的濃縮溶液。下表3示出了各種流的tds、壓力、滲透壓和流量。從表3可以看出，廢水流中的僅49％的水使用圖7的工藝被回收。此外，濃縮的廢物流的tds小于實(shí)施例1中達(dá)到的最大tds。

上述實(shí)施例使用dow膜軟件包(rosa)和簡(jiǎn)單的質(zhì)量平衡來建模，以確定未直接由dow預(yù)測(cè)(projection)提供的流數(shù)據(jù)。所有預(yù)測(cè)都在30℃進(jìn)行。

表3