渗透分离系统技术方案

本实用新型专利技术大体上涉及渗透分离系统。更具体地讲，本实用新型专利技术的一个或多个方面涉及使用诸如正向渗透的渗透驱动膜过程来从水溶液分离溶质以及用于使溶剂和/或溶质回收率最大化的系统。本实用新型专利技术的渗透分离系统包括：正向渗透单元，其包括具有第一侧和第二侧的至少一个膜，该第一侧流体联接到第一溶液的源，且该第二侧流体联接到浓缩的汲取溶液的源；以及分离系统，其与正向渗透单元流体连通并且被构造用于接纳来自正向渗透单元的稀汲取溶液，其包括：压力驱动的膜装置，其包括入口、第一出口和第二出口；以及渗透辅助的压力驱动的膜装置，其与压力驱动的膜装置流体连通并包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口。

【技术实现步骤摘要】

一个或多个方面大体上涉及渗透分离。更具体地讲，一个或多个方面涉及使用诸如正向渗透的渗透驱动膜过程来从水溶液分离溶质以及用于使溶剂和/或溶质回收率最大化的系统和方法。
技术介绍
正向渗透已被用于脱盐。通常，正向渗透脱盐过程涉及具有由半透膜分离的两个室的容器。一个室包含海水。另一个室包含浓缩溶液，该溶液在海水和浓缩溶液之间产生浓度梯度。该梯度将来自海水的水汲取通过膜，所述膜选择性地允许水(但不允许盐)通过并进入浓缩溶液中。渐渐地，进入浓缩溶液的水稀释该溶液。然后，将溶质从稀溶液移除以生成饮用水。
技术实现思路
本技术的方面大体上涉及渗透驱动的膜系统和方法，包括正向渗透分离(FO)、直接渗透浓缩(DOC)、压力辅助正向渗透(PAFO)和压力延迟渗透(PRO)。在一个方面，本技术涉及一种用于从第一溶液渗透提取溶剂的系统(和其对应的方法步骤)。该系统包括多个正向渗透单元，每个正向渗透单元具有：第一室，其具有流体联接到第一溶液的源的入口；第二室，其具有流体联接到浓缩的汲取溶液的源的入口；以及半透膜系统，其将第一室与第二室分离并且被构造用于从第一溶液渗透分离溶剂，从而形成在第一室中的第二溶液和在第二室中的稀汲取溶液。该系统还包括分离系统，该分离系统与所述多个正向渗透单元流体连通并且被构造用于将稀汲取溶液分离成浓缩的汲取溶液和溶剂流。在前述方面的各种实施方案中，浓缩的汲取溶液包含处于大于1:1的所需摩尔比的氨和二氧化碳。然而，在本技术的范围内设想和考虑其它汲取溶液，包括例如NaCl或在PCT专利公布第WO2014/078415号(‘415公布)中公开的各种备选汲取溶液中的任一种，该专利的公开内容以引用方式全文并入本文中。此外，在本技术的范围内设想和考虑用于分离和回收汲取溶质和溶剂的其它系统和方法，例如在‘415公布中所公开的那些系统和方法。此外，可将各种预处理和后处理系统并入本技术的前述方面中。预处理系统可包括下列中的至少一种：用于预热第一溶液的热源，用于调整第一溶液或汲取溶液的pH值的装置，用于消毒(例如，化学或紫外线)、分离和澄清的装置，用于过滤第一溶液的过滤器或其它装置(例如，碳或砂石过滤或反渗透)，用于聚合物添加、离子交换的装置，或用于软化(例如，石灰软化)第一溶液的装置。后处理系统可包括下列中的至少一种：反渗透系统、离子交换系统、第二正向渗透系统、蒸馏系统、渗透蒸发器、机械蒸气再压缩系统、热交换系统或过滤系统(例如，纳米过滤、微米过滤或超滤)。在附加的实施方案中，该系统还可包括循环利用系统，其包括吸收器，该吸收器被构造成有利于将汲取溶质重新引入到第二室以维持汲取溶液的所需摩尔比。在又一方面，本技术涉及一种用于从第一溶液渗透提取溶剂并使汲取溶质的回收率最大化的系统。该系统包括具有至少一个膜的正向渗透单元，所述至少一个膜具有第一侧和第二侧。所述一个或多个膜可布置成串联的、并联的或两者的组合。所述至少一个膜的第一侧流体联接到第一溶液的源，并且所述至少一个膜的第二侧流体联接到浓缩的汲取溶液的源。所述至少一个膜被构造用于从第一溶液渗透分离溶剂，从而形成在所述至少一个膜的第一侧上的更浓缩的第一溶液和在所述至少一个膜的第二侧上的稀汲取溶液。该系统还包括分离系统，该分离系统与正向渗透单元流体连通并且被构造用于接纳来自正向渗透单元的稀汲取溶液。分离系统包括压力驱动的膜装置，例如，一个或多个反渗透装置(例如，布置成串联的、并联的或两者的组合)，其为独立的或与其它压力驱动的膜装置结合，例如纳米过滤、超滤和/或微米过滤以适合特定的应用。压力驱动的膜装置包括入口，该入口被构造用于接纳稀汲取溶液的第一部分。压力辅助的膜装置还包括：第一出口，其被构造用于输出稀汲取溶液的渗余物部分(即，由膜保留的稀汲取溶液的部分)；和第二出口，其被构造用于输出稀汲取溶液的渗透物部分(即，在压力下穿过膜的稀汲取溶液的部分(溶剂))。分离系统还包括与压力驱动的膜装置流体连通的渗透辅助的压力驱动膜(OAPDM)装置。OAPDM装置包括：第一入口，其被构造用于接纳稀汲取溶液的第二部分；第二入口，其被构造用于接纳稀汲取溶液的渗余物部分；第一出口，其被构造用于输出进一步稀释的稀汲取溶液；以及第二出口，其被构造用于输出稀汲取溶液的更浓缩的渗余物部分(或再浓缩的汲取溶液)。通常，第一部分将是稀汲取溶液的主要部分；然而，这可以变化以适合特定的应用(例如，分离系统的性质、装置的数量等)，并且在一些实施方案中可以是几乎所有可用的稀汲取溶液，其中备选溶液用来提供渗透辅助作用。在前述方面的各种实施方案中，渗透辅助的压力驱动膜装置的第二出口与正向渗透膜的第二侧流体连通，以用于将浓缩的汲取溶液提供至正向渗透单元。分离系统也可包括阀布置(例如，一个或多个阀，其带有或不带有用于操作阀的必要的传感器和控制器)，以用于使进一步稀释的汲取溶液返回到稀汲取溶液源。在一些实施方案中，进一步稀释的汲取溶液可以被导向至附加的或备选的回收过程。在其它实施方案中，稀汲取溶液的第二部分由备选的汲取溶液取代，该溶液的组合物可针对特定应用而定制(例如，在OAPDM装置上抵消的所需的压差)。在一些实施方案中，从OAPDM装置输出的再浓缩的汲取溶液可被导向至附加的过程/装置，例如蒸发器或膜盐水浓缩器，以用于进一步浓缩和/或溶剂回收。在附加的实施方案中，分离系统还包括一个或多个增压泵和/或其它压力传递装置，其设置在正向渗透单元和压力驱动的膜装置之间以对稀汲取溶液加压。分离系统还可包括一个或多个增压泵和/或压力传递装置，其设置在压力驱动的膜装置的第一出口和渗透辅助的压力驱动膜装置的第二入口之间，以用于提高稀汲取溶液的渗余物部分的压力。在一个或多个实施方案中，压力驱动的膜装置包括至少一个RO单元。在一些实施方案中，多个RO单元布置成串联的、并联的或它们的组合。在一些实施方案中，压力驱动的膜装置包括不同类型的压力驱动的膜装置(例如，串联的至少一个纳米过滤单元和至少一个反渗透单元)。通常，从压力驱动的膜装置输出的渗透物部分是基本上不含任何汲取溶质的产物溶剂。在各种实施方案中，稀汲取溶液和/或备选的盐水溶液可就稀汲取溶液而言被定制或以其它方式修改以在渗透辅助的压力驱动膜装置上产生具体的渗透压差，这又可允许装置在更高的液压下操作，从而获得更高浓度的渗余物流。在一些实施方案中，在渗透辅助的压力驱动膜装置上的理想渗透压差(Δπ)为零，这能够实现施加到渗余物流的最大净驱动力。然而，实际的Δπ将根据引入到渗透辅助的压力驱动膜装置的汲取侧(例如，膜包)的盐水溶液的总渗透压而变化。另外，该系统可包括串联布置的多个正向渗透单元，其中第一溶液与浓缩的汲取溶液逆流地引入到每个正向渗透单元。在一些实施方案中，离开最后一个正向渗透单元的浓缩进料可被导向至附加的过程/装置，例如，结晶器或喷雾干燥器，以用于进一步浓缩。在另一方面，本技术涉及一种从第一溶液提取溶剂并使汲取溶质的回收率最大化的方法。该方法包括提供正向渗透单元，其具有诸如上文所述那样的至少一个膜。系统中的所述一个或多个膜中的每一个具有第一侧和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种渗透分离系统，所述渗透分离系统用于从第一溶液渗透提取溶剂，其特征在于，所述渗透分离系统包括：正向渗透单元，其包括具有第一侧和第二侧的至少一个膜，所述至少一个膜的所述第一侧流体联接到所述第一溶液的源，并且所述至少一个膜的所述第二侧流体联接到浓缩的汲取溶液的源，其中所述至少一个膜被构造用于从所述第一溶液渗透分离所述溶剂，从而形成在所述至少一个膜的所述第一侧上的更浓缩的第一溶液和在所述至少一个膜的所述第二侧上的稀汲取溶液；以及分离系统，其与所述正向渗透单元流体连通并且被构造用于接纳来自所述正向渗透单元的所述稀汲取溶液，所述分离系统包括：压力驱动的膜装置，其包括：入口，其被构造用于接纳所述稀汲取溶液的第一部分；第一出口，其被构造用于输出所述稀汲取溶液的渗余物部分；和第二出口，其被构造用于输出所述稀汲取溶液的渗透物部分；以及渗透辅助的压力驱动的膜装置，其与所述压力驱动的膜装置流体连通并且包括：第一入口，其被构造用于接纳所述稀汲取溶液的第二部分；第二入口，其被构造用于接纳所述稀汲取溶液的所述渗余物部分；第一出口，其被构造用于输出进一步稀释的稀汲取溶液；和第二出口，其被构造用于输出所述稀汲取溶液的更浓缩的渗余物部分。...

【技术特征摘要】
2014.10.10 US 62/062,583;2015.03.13 US 62/132,752;1.一种渗透分离系统，所述渗透分离系统用于从第一溶液渗透提取溶剂，其特征在于，所述渗透分离系统包括：
正向渗透单元，其包括具有第一侧和第二侧的至少一个膜，所述至少一个膜的所述第一侧流体联接到所述第一溶液的源，并且所述至少一个膜的所述第二侧流体联接到浓缩的汲取溶液的源，其中所述至少一个膜被构造用于从所述第一溶液渗透分离所述溶剂，从而形成在所述至少一个膜的所述第一侧上的更浓缩的第一溶液和在所述至少一个膜的所述第二侧上的稀汲取溶液；以及
分离系统，其与所述正向渗透单元流体连通并且被构造用于接纳来自所述正向渗透单元的所述稀汲取溶液，所述分离系统包括：
压力驱动的膜装置，其包括：入口，其被构造用于接纳所述稀汲取溶液的第一部分；第一出口，其被构造用于输出所述稀汲取溶液的渗余物部分；和第二出口，其被构造用于输出所述稀汲取溶液的渗透物部分；以及
渗透辅助的压力驱动的膜装置，其与所述压力驱动的膜装置流体连通并且包括：第一入口，其被构造用于接纳所述稀汲取溶液的第二部分；第二入口，其被构造用于接纳所述稀汲取溶液的所述渗余物部分；第一出口，其被构造用于输出进一步稀释的稀汲取溶液；和第二出口，其被构造用于输出所述稀汲取溶液的更浓缩的渗余物部分。
2.根据权利要求1所述的渗透分离系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：内森·T·汉考克，克里斯托弗·德劳尔，
申请(专利权)人：OASYS水有限公司，
类型：新型
国别省市：美国;US