[發明專利]利用水力空化防止反滲透凈化系統中膜積污的系統和方法

在審

• 申請號: 201880042907.0
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN111132749A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 邁克爾·史密斯
• 申請（專利權）人: 邁克爾·史密斯
• 主分類號: B01D61/02
• 分類號: B01D61/02;B01D61/08;C02F1/44;C02F5/00
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 薛恒;王琳

本披露提供了一種用于在具有至少一個膜的流體處理系統中防止膜積污的方法。該方法描述了在將流體流注入到該流體處理系統中并穿過該至少一個膜之前使該流體流水力空化，其中在該空化反應器中經歷水力空化之后，該流體中的固體組分改變它們的(i)分子結構、(ii)電荷、或兩者，使得這些組分相互排斥并分散在該膜的邊緣周圍以防止積污。還提供了一種用于在具有至少一個膜的流體處理系統中防止膜積污的系統。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年5月8日提交的美國臨時申請號US 62503313的權益。

技術領域

本發明總體上涉及流體的修復，并且更特別地涉及一種利用水力空化來防止或消除膜積污和/或結垢的系統和方法，因為本發明總體上涉及流體處理系統，并且更具體地涉及反滲透(RO)系統。

背景技術

人類的許多不同活動產生了無數的廢料和副產物。隨著污染物對環境、健康和工業的影響增加，開發用于快速且有效地從受污染的水體和其他液體中去除各種各樣污染物的新方法變得越來越重要。通常所說的修復的目標是從流體中減少或消除污染物和其他不安全物質。

存在許多修復方法。一些生物處理技術包括生物強化、生物通風、生物注氣、生物漱洗、以及植物修復。一些化學處理技術包括臭氧和氧氣注入、化學沉淀、膜分離、離子交換、碳吸收、水性化學氧化、以及表面活性劑增強回收。一些化學技術可以使用納米材料來實施。物理處理技術包括但不限于泵送與處理、空氣鼓入和雙相萃取。

結合了膜技術的使用的修復技術的一個實例是反滲透(RO)，這是一種水凈化技術，該水凈化技術使用半透膜，通過在壓力下將水推動穿過半透膜來從被污染的水中去除離子、分子和較大顆粒，該半透膜是允許水分子通過但不允許大多數溶解鹽、有機物、細菌和熱原質通過的膜。

RO通過使用高壓泵來增加RO的鹽側上的壓力并且迫使水橫穿半透膜，從而將幾乎所有的溶解鹽留在截留物流中來工作。被去礦化或去離子的脫鹽水稱為透過水。攜帶未穿過RO膜的濃縮污染物的水流稱為截留物(或濃縮物)流。在供給水在壓力下進入RO膜時，水分子穿過半透膜，并且鹽和其他污染物不被允許通過并且通過濃縮物流排出。在一些RO系統中，濃縮物流可以通過供給水被送回到RO系統中，并通過RO系統再循環。穿過了RO膜的水被稱為透過水或產品水，并且通常約有95％-99％的溶解鹽從其中被去除。

反滲透可以從水中去除多種類型的溶解物質和懸浮物質(包括細菌)，并且用于工業過程和飲用水生產兩者。結果是溶質被截留在膜的加壓側上，并且純溶劑被允許流到另一側。為了具有“選擇性”，這個膜不應允許大分子或離子穿過孔(洞)，而應允許溶液的較小組分(比如溶劑分子)自由通過。溶質很多時候包括二氧化硅、鋇和其他固體。美國專利號4,277,344披露了RO膜的實例，其描述了一種芳族聚酰胺膜，該膜是具有至少兩個伯胺取代基的芳族多胺與具有至少三個酰基鹵取代基的芳族酰基鹵的界面反應產物。

盡管RO本身是高效的，但由于當污染物積聚在膜表面上時發生的所謂的“膜積污”而存在問題，膜積污有效地堵塞膜并顯著降低其修復效力。積污通常發生在RO系統的前端中，并導致RO系統上的較高壓降，并且因此導致較低的透過流量。積污主要來自三個來源，即：(i)進給水中的顆粒(例如，溶質或濃縮物)；(ii)稀小可溶性礦物的積聚；和(iii)微生物生長的副產物。由于積污，膜必須經常清洗，這是昂貴的并且由于需要更多的維護總體上降低了系統的效率。此外，清洗膜通常是昂貴的，并且導致膜元件的使用壽命較短。當存在一種以上的積污條件時尤其如此，這可以使膜被不可逆地積污，而唯一合適的解決方案是完全更換膜元件。