[發明專利]滲透分離系統和方法

有效

• 申請號: 201410246784.6
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN104056551A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 羅伯特·L·麥金尼斯;約瑟夫·E·組貝克
• 申請（專利權）人: OASYS水有限公司
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;C02F1/44
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 洪俊梅;張淑珍

本申請是申請日為2010年10月29日、發明名稱為“滲透分離系統和方法”的申請號為201080060116.4的專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請為2010年10月29日提交的國際(PCT)專利申請PCT/US2010/054738的國家階段，本申請要求2009年10月29日提交的美國臨時專利申請61/256,757的優先權，將其公開整體引入本文作為參考。

技術領域

本發明的一個或多個方面大體涉及滲透分離。更具體地，本發明的一個或多個方面涉及利用設計的滲透工藝(例如正向滲透(FO))將溶質從水溶液中分離出來的用途。

背景技術

正向滲透已被用于脫鹽。通常，正向滲透脫鹽工藝涉及具有被半透膜分隔開的兩個室的容器。一個室包含海水，另一個室包含濃溶液，由此在海水和濃溶液之間產生濃度梯度。該梯度驅動海水中的水穿過膜進入到濃溶液中，所述膜選擇性地允許水通過而不允許鹽通過。逐漸地，進入濃溶液中的水將該溶液稀釋。然后將溶質從該稀釋的溶液中移除，以產生適飲水(potable water)。

發明內容

本發明的數個方面大體上涉及設計的滲透系統和方法，包括正向滲透分離、直接滲透濃縮、壓力輔助正向滲透(pressure assisted forward osmosis)和壓力延緩滲透(pressure retarded osmosis)。

根據一種或多種實施方式，用于從第一溶液中滲透提取溶劑的系統可包括：第一室，所述第一室具有與第一溶液源流體連接的入口；第二室，所述第二室具有與濃驅動溶液源流體連接的入口，所述濃驅動溶液包含摩爾比至少為1:1的氨和二氧化碳；半透膜系統，所述半透膜系統將所述第一室與所述第二室隔開；分離系統，所述分離系統流體連接到所述第二室的下游，所述分離系統包括蒸餾塔，所述分離系統被設置為接收來自所述第二室的稀驅動溶液以及回收驅動溶質和溶劑流；再循環系統，所述再循環系統包括吸收器，所述再循環系統被設置為便于將所述驅動溶質再引入到所述第二室，以維持所需的摩爾比；以及低品位熱源(source of low grade heat)，所述低品位熱源與所述分離系統進行熱交換。

在一些實施方式中，所述系統可進一步包括驅動溶液儲存系統，所述驅動溶液儲存系統與所述濃驅動溶液源流體連通。所述驅動溶液儲存系統可包括至少一個囊(bladder)。所述驅動溶液儲存系統可包含在容器(vessel)中，所述容器進一步包括第一溶液儲存囊和稀驅動溶液儲存囊中的至少一個。在至少一種實施方式中，所述蒸餾塔可位于地平面以下。所述半透膜系統可包括浸于槽中的膜組件。所述槽可包括第一濃度區和第二濃度區。所述膜組件可包括多個平片膜(flat sheet membranes)。在一些實施方式中，所述系統可進一步包括氣體沖洗系統(gas scour system)。所述系統可進一步包括預處理系統，所述預處理系統與所述第一溶液流體連通，所述預處理系統選自于由離子交換、化學軟化、納米過濾、阻垢劑(anti-scalants)和沉淀單元操作裝置組成的組。在至少一種實施方式中，所述系統可進一步包括與所述分離系統協作的鹽結晶器。所述系統可進一步包括pH計、離子探針、傅立葉變換紅外光譜儀和流速計探針(flow rate meter probe)中的至少一種。

根據一種或多種實施方式，正向滲透分離工藝可包括：在半透膜的第一側上引入第一溶液；在所述半透膜的第二側上引入包含摩爾比至少為1:1的氨和二氧化碳的濃驅動溶液，以維持穿過所述半透膜所需的滲透濃度梯度；促使所述第一溶液的至少一部分的流(flow)穿過所述半透膜，以在該半透膜的第一側上形成第二溶液，并在該半透膜的第二側上形成稀驅動溶液；將至少一部分所述稀驅動溶液引入分離操作裝置，以回收驅動溶質和溶劑流(stream)；將所述驅動溶質再引入所述半透膜的第二側，以維持所述濃驅動溶液中所期望的氨對二氧化碳的摩爾比；收集所述溶劑流；以及控制所述半透膜的生物積垢(biological fouling)。

在一些實施方式中，控制生物積垢涉及使所述第一溶液脫氣。控制生物積垢也可涉及調節所述半透膜環境中的滲透壓。在至少一種實施方式中，控制生物積垢涉及亞硫酸鹽還原、生物處理、滲透震擾(osmotic shock)、曝氣(aeration)、產物水的通量和添加亞硫酸氫鹽中的至少一種。