使用电渗析从盐水中除去矿物质的系统和方法技术方案

提供一种用阻垢剂处理包含多种矿物质的盐水流的方法。所述盐水流由废水处理系统提供。所述方法还包括将所述经过处理的盐水引导至第一纳米过滤以由所述经过处理的盐水产生NF渗透流和NF非渗透流；将所述第一NF非渗透流引导至设置在下游的矿物质除去系统并且从所述第一NF非渗透流除去所述多种矿物质以产生第一溢出流。所述第一溢出流包含所述多种矿物质的至少一部分。所述方法还包括使所述第一溢出流的一部分到达盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)产生系统。所述方法进一步包括将所述第二盐水流引导至设置在所述HCl和NaOH产生系统内并且与所述第二NF系统流体联接的第一电渗析(ED)系统。所述第一ED系统可由所述第二盐水流产生HCl和NaOH。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请受益于2013年11月25日提交的标题为“System for Removing Minerals from a Brine Using Electrodialysis”的美国临时专利申请号61/908,318以及2014年10月10日提交的标题为“Mineral Recovery System”的美国临时专利申请号62/062,657的优先权，这两个临时专利申请以全文引用的方式并入本文中。背景本文所公开的主题大体上涉及矿物开采且更具体地说使用电渗析从盐水中除去矿物质的系统和方法。在美国(例如，美国西南部，包括新墨西哥州、加利福尼亚州南部以及德克萨斯州的部分)和全世界有若干区域部分归因于这些地理位置的干旱气候而经历饮用水供应不足。因为水源有限，所以对创新技术和用于饮用水与农业两者的替代供水的需要为重要的。用于获得替代饮用水源的一种方法使用脱盐系统来产生饮用水。脱盐工艺涉及从海水、农业径流水以及/或者含盐地下水盐水中除去盐来产生饮用水。脱盐可使用一类过滤法(诸如纳米过滤和反渗透)来将原料流分离成脱盐水流和尾流。尾流可含有各种盐和在脱盐工艺之后留下的其他物质。实际上，通过脱盐来处理所产生的尾流可能导致土壤退化和地下水污染。因此，尾流的替代和创新的用途可使得处理尾流的不希望的结果减少。一种此类替代用途涉及处理尾流以除去有价值的矿物质。特定而
言，内陆含盐水和海水可能富含硫酸盐、镁、钙以及其他矿物质。主要呈石膏形式的硫酸盐具有多种商业用途，包括但不限于建筑材料(例如，干壁或石膏纤维板(sheetrock))、护肤霜、洗发剂以及牙印模膏剂。此外，在农业生产中可使用石膏作为肥料和/或土壤调节剂。还可以氧化镁(例如，氧化镁)形式提取镁，其由于其防火能力用于耐火材料工业中并且作为泻药中的成分用于医学领域中。当这些矿物质的传统矿藏被耗尽时，从替代来源提取它们的能力代表有价值的商业机会以及用于减小由含盐量高的废物流处理所引起的环境影响的手段。用于除去矿物质的现有程序常常展现次佳的效率。举例来说，蒸发池需要大面积的陆地并且常常产生具有极小商业价值的低纯度混合盐。此外，由蒸发工艺产生的废混合盐固体可浸出到地下水供给系统中。其他提取方法涉及处理含盐水或海水脱盐设备中产生的尾流。然而，对于尾流来说，当前的采矿程序可能不会有效地发挥作用。如上文所描述，脱盐系统可采用纳米过滤和反渗透中的一种或其组合来促进脱盐和除去工艺。在最初分离饮用水流与尾流之后，可通过矿物质除去系统进一步处理尾流。举例来说，可执行各种沉淀技术来促进从溶液中除去所溶解的矿物质。然而，尾流中的高盐浓度可能增加许多这些有价值的矿物质的溶解度并且因此降低这些矿物质可能沉淀析出的效率。未充分除去这些矿物质可能对矿物质除去系统本身具有负面影响。举例来说，未完全除去石膏可能导致过滤和/或反渗透膜结垢，由此降低这些膜的寿命和渗透通量。频繁更换和修复此类矿物质除去系统组件，除欠佳的提取效率之外，还可能导致增高的矿物质除去成本，从而促成对进一步优化矿物质除去系统的需要。此外，现有程序可能不足以从矿物质中移除杂质。此类杂质(包括砷、硼酸以及二氧化硅)的无效移除可能在除去的矿物质中产生不希望的杂质并且由于膜结垢而降低矿物质除去设备的生产率。因此，改善的矿物质除去系统可促成更高纯度的有价值矿物质，减少杂质，增加效率，并且增加矿物质除去系统的组件的寿命。概述在第一实施方案中，一种方法包括用阻垢剂处理包含多种矿物质的第一盐水流以产生经过处理的盐水。第一盐水流由废水处理系统提供。所述方法还包括将经过处理的盐水引导至设置在废水处理系统下游并且与其流体联接的第一纳米过滤(NF)系统，从而在第一NF系统中由经过处理的盐水产生第一NF渗透流和第一NF非渗透流，将第一NF非渗透流引导至设置在第一NF系统下游并且与其流体联接的矿物质除去系统，并且从第一NF非渗透流中除去所述多种矿物质，以在矿物质除去系统中产生第一溢出流。第一溢出流包含所述多种矿物质的至少一部分。所述方法还包括使第一溢出流的第一部分到达设置在矿物质除去系统下游并且与其流体联接的盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)产生系统。HCl和NaOH产生系统包括第二NF系统，其可接收第一溢出流的第一部分并且可由第一溢出流的第一部分产生第二盐水流。所述方法进一步包括将第二盐水流引导至设置在HCl和NaOH产生系统内并且与第二NF系统流体联接的第一电渗析(ED)系统。第一ED系统可由第二盐水流产生HCl和NaOH。在第二实施方案中，一种系统包括第一纳米过滤(NF)系统，其可由来自水处理系统的第一盐水流产生第一NF渗透流和第一NF非渗透流；以及设置在第一纳米过滤系统下游并且与其流体联接的矿物质除去系统。矿物质除去系统可接收第一NF非渗透流并且输出溢出流。所述系统还包括盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)产生系统，其包括设置在矿物质除去系统下游并且与其流体联接的第二NF系统；以及第一电渗析(ED)系统。第二NF系统可接收来自矿物质除去系统的溢出流以产生第二盐水流，而第一ED系统可接收第二盐水流以产生HCl和NaOH。在第三实施方案中，一种系统包括盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)产生系统，其包括可由第一盐水流产生NF渗透流和NF非渗透流的纳米过滤(NF)系统；以及在NF系统下游并且与其流体联接的第一电
渗析(ED)系统。第一ED系统可接收NF渗透流并且可产生第二盐水流。所述系统还包括流体联接至HCl和NaOH产生系统并且可输出第一盐水流的矿物质除去系统。矿物质除去系统包括可从在废水处理系统中产生的第三盐水流中除去矿物质的矿物质除去部分。矿物质除去系统还包括流体联接至矿物质除去部分和NF系统的溢流罐。溢流罐可接收来自矿物质除去部分的溢出流并且可将至少一部分溢出流引导至NF系统以产生NF渗透流和NF非渗透流。在第四实施方案中，系统包括流体联接至废水处理系统的离子交换软化器。第一离子交换软化器可接收来自废水处理系统的第一盐水流并且从第一盐水流中除去多种矿物质以产生包括所述多种矿物质的第二盐水流和第三盐水流。所述系统还包括设置在离子交换软化器下游并且可接收第二盐水流并且产生氯化钠(NaCl)盐水流的矿物质除去系统；以及设置在矿物质除去系统下游并且与其流体联接的酸和烧碱产生系统。酸和烧碱产生系统包括第一电渗析(ED)系统，其可接收来自矿物质除去系统的NaCl盐水流并且由NaCl盐水流产生盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)。所述系统还包括第二ED系统，其设置在离子交换软化器的下游并且酸和烧碱产生系统的上游。第二ED系统流体联接至离子交换软化器以及酸和烧碱产生系统，并且第二ED可产生来自第三盐水流的脱盐水和ED浓缩流。第二ED系统可将ED浓缩流引导至酸和烧碱产生系统。在第五实施方案中，一种方法包括将来自水处理系统的废水盐水流引导至设置在矿物质除去系统上游的第一离子交换软化器。废水盐水流包括多种矿物质。所述方法还包括经由第一离子交换软化器由废水盐水产生第一软化盐水流和第一氯化物盐水流。第一氯化物盐水流包括多种矿物质的第一部分，而第一软化盐水流包括多种矿物质的第二部分。所述方法还包括将第一氯化物盐水流供应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：用阻垢剂处理包含多种矿物质的第一盐水流以产生经过处理的盐水，其中所述第一盐水流由废水处理系统提供；将所述经过处理的盐水引导至设置在所述废水处理系统下游并且与其流体联接的第一纳米过滤(NF)系统；在所述第一NF系统中由所述经过处理的盐水产生第一NF渗透流和第一NF非渗透流；将所述第一NF非渗透流引导至设置在所述第一NF系统下游并且与其流体联接的矿物质除去系统；从所述第一NF非渗透流中除去所述多种矿物质，以在所述矿物质除去系统中产生第一溢出流；其中所述第一溢出流包含所述多种矿物质的至少一部分；使所述第一溢出流的第一部分到达设置在所述矿物质除去系统下游并且与其流体联接的盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)产生系统，其中所述HCl和NaOH产生系统包含第二NF系统，其被配置成接收所述第一溢出流的所述第一部分并且由所述第一溢出流的所述第一部分产生第二盐水流；以及将所述第二盐水流引导至设置在所述HCl和NaOH产生系统内并且与所述第二NF系统流体联接的第一电渗析(ED)系统，其中所述第一ED系统被配置成由所述第二盐水流产生HCl和NaOH。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.25 US 61/908,318;2014.10.10 US 62/062,6571.一种方法，其包括：用阻垢剂处理包含多种矿物质的第一盐水流以产生经过处理的盐水，其中所述第一盐水流由废水处理系统提供；将所述经过处理的盐水引导至设置在所述废水处理系统下游并且与其流体联接的第一纳米过滤(NF)系统；在所述第一NF系统中由所述经过处理的盐水产生第一NF渗透流和第一NF非渗透流；将所述第一NF非渗透流引导至设置在所述第一NF系统下游并且与其流体联接的矿物质除去系统；从所述第一NF非渗透流中除去所述多种矿物质，以在所述矿物质除去系统中产生第一溢出流；其中所述第一溢出流包含所述多种矿物质的至少一部分；使所述第一溢出流的第一部分到达设置在所述矿物质除去系统下游并且与其流体联接的盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)产生系统，其中所述HCl和NaOH产生系统包含第二NF系统，其被配置成接收所述第一溢出流的所述第一部分并且由所述第一溢出流的所述第一部分产生第二盐水流；以及将所述第二盐水流引导至设置在所述HCl和NaOH产生系统内并且与所述第二NF系统流体联接的第一电渗析(ED)系统，其中所述第一ED系统被配置成由所述第二盐水流产生HCl和NaOH。2.如权利要求1所述的方法，其包括将所述第一NF渗透流引导至设置在所述HCl和NaOH产生系统上游并且与其流体联接的第二
\tED系统，其中所述第二ED系统被配置成由所述第一NF渗透流产生第三盐水流，并且将所述第三盐水流与所述第二盐水流组合。3.如权利要求1所述的方法，其包括将所述第一溢出流的第二部分引导至氢氧化镁除去系统，所述氢氧化镁除去系统被配置成从所述第一溢出流的所述第二部分中除去镁并且产生第二溢出流。4.如权利要求3所述的方法，其包括所述第二溢出流与所述第一溢出流。5.如权利要求1所述的方法，其包括将所述第二盐水流引导至设置在所述第一ED系统上游的离子交换软化器，并且由所述第二盐水流产生氯化钙盐水流和第一氯化钠盐水流。6.如权利要求5所述的方法，其包括将所述第一氯化钠盐水流引导至所述第一ED系统并且产生第二氯化钠盐水流。7.如权利要求6所述的方法，其包括将所述第二氯化钠盐水流引导至所述第二NF系统，以及将所述第二氯化钠盐水流与所述第二盐水流组合。8.如权利要求1所述的方法，其中所述阻垢剂包括石膏阻垢剂、硫酸钡阻垢剂或其组合。9.如权利要求1所述的方法，其包括过滤所述第一NF系统上游的所述经过处理的盐水流。10.如权利要求1所述的方法，其包括在设置在所述矿物质除去系统内的石膏除去系统中产生所述第一溢出流。11.一种系统，其包括：第一纳米过滤(NF)系统，其被配置成由来自水处理系统的第一盐水流产生第一NF渗透流和第一NF非渗透流；矿物质除去系统，其被设置在所述第一纳米过滤系统下游并且与其流体联接，其中所述矿物质除去系统被配置成接收所述第一NF非渗透流并且输出溢出流；以及盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)产生系统，其包括设置在所述矿物质除去系统下游并且与其流体联接的第二NF系统；以及第一电渗析(ED)系统，其中所述第二NF系统被配置成接收来自所述矿物质除去系统的溢出流以产生第二盐水流，并且所述第一ED系统被配置成接收所述第二盐水流以产生HCl和NaOH。12.如权利要求11所述的系统，其包括与所述矿物质除去系统和所述第二NF系统流体联接的溢流罐，其中所述溢流罐被配置成将所述溢出流的第一部分引导至所述第二NF系统，而将所述溢出流的第二部分引导至所述矿物质除去系统。13.如权利要求12所述的系统，其中所述矿物质除去系统包括石膏除去系统和镁除去系统，其中所述石膏除去系统被配置成接收所述第一NF非渗透流并且产生所述溢出流的所述第一部分，而所述氢氧化镁除去系统被配置成接收来自所述溢流罐的所述溢出流的所述第二部分。14.如权利要求11所述的系统，其包括与所述第一NF系统和所述HCl和NaOH产生系统流体联接的第二ED系统，其中所述第二ED系统被配置成接收所述NF渗透流并且产生第三盐水流。15.如权利要求14所述的系统，其包括设置在所述HCl和NaOH产生系统内的馈料罐，其中所述馈料罐与所述第一和第二ED系统流体联接，并且所述馈料罐被配置成接收所述第二和第三盐水流。16.如权利要求15所述的系统，其包括与所述馈料罐流体联接的反渗透系统，其中所述反渗透系统被配置成接收所述第二和第三盐水流以产生氯化钠盐水流。17.如权利要求11所述的系统，其包括设置在所述HCl和NaOH产生系统内的离子交换系统，其中所述离子交换系统被配置成接收所述第一盐水流并且产生氯化钙盐水和氯化钠盐水。18.一种系统，其包括：盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)产生系统，其包括：纳米过滤(NF)系统，其被配置成由第一盐水流产生NF渗透流和NF非渗透流；第一电渗析(ED)系统，其在所述NF系统下游并且与其流体联接，其中所述第一ED系统被配置成接收所述NF渗透流并且产生第二盐水流；以及矿物质除去系统，其与所述HCl和NaOH产生系统流体联接并且被配置成输出所述第一盐水流，其中所述矿物质除去系统包括：矿物质除去部分，其被配置成从在废水处理系统中产生的第三盐水流中除去矿物质；以及溢流罐，其与所述矿物质除去部分和所述NF系统流体联接，其中所述溢流罐被配置成接收来自所述矿物质除去部分的溢出流，并且将所述溢出流的至少一部分引导至所述NF系统，以产生所述NF渗透流和所述NF非渗透流。19.如权利要求19所述的系统，其包括设置在所述HCl和NaOH产生系统内并且与所述第一ED系统流体联接的反渗透(RO)系统以及设置在所述HCl和NaOH产生系统内的第二ED系统，其中所述RO系统被配置成接收所述第一盐水并且将所述第一盐水引导至所述第二ED系统以产生HCl和NaOH。20.如权利要求19所述的系统，其中所述第一ED系统和所述第
\t二ED系统为流体联接的，并且其中所述第二ED系统被配置成产生第四盐水流并且将所述第四盐水流引导至所述第一ED系统，并且其中所述第四盐水流与所述第一盐水流组合。21.一种系统，其包括：离子交换软化器，其与废水处理系统流体联接，其中所述第一离子交换软化器被配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·史蒂文·华莱士，
申请(专利权)人：环境水矿物质公司，
类型：发明
国别省市：美国;US