低能耗海水淡化系统和方法技术方案

提供一种低能耗水处理系统和方法。该系统具有至少一个能产生部分处理过的水和盐水副产物的电渗析装置、软化器、和至少一个电去离子装置。软化器可将所述部分处理过的水软化以降低所述电去离子装置中的结垢可能性和能耗，所述电去离子装置产生具有目标性能的水。所述电去离子装置使用的至少一部分能量可由引入到其室中的所述盐水和海水流之间的浓度差产生。所述盐水流还可用于再生所述软化器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景 专利
本专利技术涉及海水淡化系统和方法，特别是涉及包括分级电渗析装置和具有浓差电 势半电池对的电去离子装置的。2.相关技术讨论海水淡化多数采用热力工艺如蒸汽压缩蒸馏、多级闪蒸等。大多数热力工厂位于 有充裕电力可用于海水淡化的地方。电渗析一般用于微咸水的脱盐或淡化。目前反渗透淡 化系统由于与热系统相比具有更低的能量需求以及更低的投资和操作维修费用而广受关 注。能量回收装置在反渗透系统中的应用进一步降低了能耗。不过，反渗透技术一般需要 至少约2. 5kWh/m3。由于淡化所需的相转变，热力工艺在功耗方面仍将继续很高。如果有废 热可利用，则可以采用诸如膜蒸馏之类的能量需求低至1. 5kffh/m3的工艺。专利技术概述目前在低功耗条件下工作的电渗析装置和电渗析装置电势产生半电池对的使用 提供了与传统的基于反渗透的海水淡化系统相比具有相对更低能量需求的淡化系统。本专利技术的一或多个方面涉及电去离子装置，其包括流体连接到其中含有溶解固体 的水源的第一淡化室，其中所述淡化室至少部分由阳离子选择性膜和第一阴离子选择性膜 限定；流体连接在具有第一溶解固体浓度的第一水性液体源下游、并通过所述阳离子选择 性膜与第一淡化室离子连通的第一浓缩室；和流体连接在具有第二溶解固体浓度的第二水 性液体源下游、并通过第二阴离子选择性膜与第一浓缩室离子连通的第二淡化室，其中所 述第二溶解固体浓度大于第一溶解固体浓度。本专利技术的一或多个方面涉及用于处理其中含有溶解离子物质的水的装置。在某 些实施方案中，所述装置可以包括流体连接到所述水源、并至少部分由第一阴离子选择性 膜和第一阳离子选择性膜限定的第一淡化室；流体连接在具有第一溶解固体浓度的第一水 溶液源的第一浓缩室，其中所述第一浓缩室一般通过所述第一阴离子选择性膜和所述第一 阳离子选择性膜之一与第一淡化室离子连通；和流体连接在具有第二溶解固体浓度的第二 水溶液源的第二淡化室，其中所述第二淡化室一般通过第二阳离子选择性膜和第二阴离子 选择性膜之一与第一浓缩室离子连通，且其中所述第二溶解固体浓度大于第一溶解固体浓 度。本专利技术的一或多个方面涉及海水淡化系统。所述淡化系统可以包括至少一个包含 至少一个第一淡化室和至少一个第一浓缩室的第一电渗析装置，其中所述第一淡化室具有 与海水源流体连接的第一淡化室入口和第一淡化室出口，所述第一浓缩室具有第一浓缩室 入口和第一浓缩室出口 ；至少一个包含至少一个第二淡化室和至少一个第二浓缩室的第二 电渗析装置，其中所述第二淡化室具有与海水源流体连接的第二淡化室入口和第二淡化室 出口，所述第二浓缩室具有与海水源流体连接的第二浓缩室入口和盐水出口 ；至少一个离 子交换单元，所述离子交换单元具有与第一淡化室出口和第二淡化室出口中的至少一个流体连接的离子交换器入口和离子交换器出口 ；和至少一个电去离子装置，所述电去离子装 置具有与离子交换器出口流体连接、并至少部分由第一阳离子选择性膜和第一阴离子选择 性膜限定的第一淡化室，与海水源流体连接、并通过所述第一阳离子选择性膜与第一淡化 室离子连通的第一浓缩室，和流体连接在盐水出口下游、并通过第二阴离子选择性膜与第 一浓缩室离子连通的第二淡化室。本专利技术的一或多个方面涉及淡化系统，其包括至少部分含有海水或者是海水的水 源；用于选择性降低第一海水流中的单选择性物质的浓度以产生第一淡化流的装置；用于 提高第二海水流中的溶解固体浓度以产生盐水流的装置；用于将至少一部分二价物质置换 成第一淡化流中的一价物质的装置，其中所述置换装置一般具有第二淡化流出口 ；和电化 学分离装置。所述电化学分离装置一般具有与第二淡化流出口流体连接的淡化室，和用于 提供与所述淡化室离子连通的浓差电势的装置。本专利技术的一或多个其它方面涉及电去离子装置，其包括流体连接到其中含有溶解 固体的水源的淡化室和与所述淡化室离子连通的浓度半电池对，其中所述淡化室至少部分 由阳离子选择性膜和第一阴离子选择性膜限定。所述浓度半电池对一般包括与具有第一溶 解固体浓度的第一水性液体源流体连接、并通过所述阳离子选择性膜和所述第一阴离子选 择性膜之一与所述淡化室离子连通的第一半电池室，和流体连接在具有第二溶解固体浓度 的第二水性液体源下游并通过第二阴离子选择性膜与所述第一半电池室离子连通的第二 半电池室，其中所述第二溶解固体浓度大于所述第一溶解固体浓度。本专利技术的一或多个更进一步的方面涉及海水淡化的方法，包括在第一淡化级降低 海水中的一价物质的浓度以产生部分淡化的水；由海水产生盐水溶液，其中所述盐水溶液 的总溶解固体浓度一般为海水中的总溶解固体浓度的至少两倍；将部分淡化水引入电驱动 分离装置的淡化室；和在电驱动分离装置的浓差电池对中产生浓差电势，同时促进至少一 部分溶解物质从淡化室中的部分淡化的水向浓差电池对的室内迁移。附图说明附图不是按比例绘制的。在附图中，不同图中的各个相同或近似相同的元件用相 同数字表示。为清楚起见，可能没有在每个附图中都标明所有元件。在附图中图1是根据本专利技术一或多个实施方案的系统的示意流程图；图2是根据本专利技术一或多个进一步的实施方案的系统的示意流程图；图3是根据本专利技术一或多个实施方案的海水淡化系统的示意流程图；图4是可用于根据本专利技术一或多个方面的一或多个系统中的电去离子装置的一 部分的示意图；图5是根据本专利技术一或多个方面的电去离子装置的一部分的示意图；图6A和6B根据本专利技术一或多个方面的无电极连续去离子装置的一部分的示意 图；图7是根据本专利技术一或多个方面的预计能量需求图；图8是根据本专利技术一或多个方面的唐南(Dorman)增强的电去离子(EDI)模块的 示意图；图9A和9B根据本专利技术一或多个方面的系统的示意图IOA和IOB是可根据本专利技术的一或多个方面使用的电渗析列(train)的示意 图；图IlA和IlB是根据本专利技术的一或多个方面使用具有标准离子选择性膜(图11A) 和单选择性膜(图11B)的电渗析装置处理人造海水(“NaCl溶液)和海水时能量需求 随目标产物总溶解固体浓度的变化图；和图12A和12B是根据本专利技术的一或多个方面使用单选择性膜处理海水过程中阳离 子(图12A)和阴离子(图12B)级分相对于电渗析阶段的变化图。详细说明本专利技术涉及一种处理系统，其在某些方面、实施方案或配置(configuration)中 可以为水处理系统。本专利技术的某些特别有利的方面可涉及包括海水处理或淡化的海水处理 系统或淡化系统和方法。本专利技术的系统和方法可有利地通过利用浓度差产生电势来提供净 化水或促成有利于待处理水中的一或多种可迁移溶解固体迁移的条件。本专利技术的其它方面 可涉及由海水或微咸水提供饮用水的系统和方法。本专利技术的一或多个方面可以提供符合或超过世界卫生组织指标的饮用水，其可以 以低于1. 5kWh/m3所产生的水的总能耗由典型的海水原料产生。本专利技术的其它方面可涉及 电渗析和连续电去离子组合系统和装置，以及利用浓度差来促进离子分离的新型连续电去 离子构造。本专利技术的某些实施方案可涉及利用电渗析(ED)装置将海水淡化至约3500-约 5500ppm范围内的总溶解固体(TDS)浓度或盐浓度，继之以离子交换(IX)软化，和通过新型 的连续电去离子(CEDI)装置最后淡化至小于约IOOO本文档来自技高网...

【技术保护点】
电去离子装置，其包括：流体连接到其中含有溶解固体的水源的第一淡化室，该淡化室至少部分由阳离子选择性膜和第一阴离子选择性膜限定；流体连接在具有第一溶解固体浓度的第一水性液体源下游、并通过所述阳离子选择性膜与第一淡化室离子连通的第一浓缩室；和流体连接在具有第二溶解固体浓度的第二水性液体源下游、并通过第二阴离子选择性膜与第一浓缩室离子连通的第二淡化室，其中所述第二溶解固体浓度大于第一溶解固体浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-21 60/974298;US 2007-10-23 60/981855电去离子装置，其包括流体连接到其中含有溶解固体的水源的第一淡化室，该淡化室至少部分由阳离子选择性膜和第一阴离子选择性膜限定；流体连接在具有第一溶解固体浓度的第一水性液体源下游、并通过所述阳离子选择性膜与第一淡化室离子连通的第一浓缩室；和流体连接在具有第二溶解固体浓度的第二水性液体源下游、并通过第二阴离子选择性膜与第一浓缩室离子连通的第二淡化室，其中所述第二溶解固体浓度大于第一溶解固体浓度。2.权利要求1的电去离子装置，其中所述第一水性液体为具有小于约4衬％的第一溶 解固体浓度的海水。3.权利要求2的电去离子装置，其中所述第二水性液体为具有至少约10衬％的第二溶 解固体浓度的盐水。4.权利要求3的电去离子装置，其中所述第一淡化室流体连接到溶解固体浓度小于约 2500ppm的水源。5.权利要求1的电去离子装置，其中所述第二溶解固体浓度与所述第一溶解固体浓度 之比为至少约3。6.用于处理其中含有溶解离子物质的水的水处理装置，包括流体连接到水源、并至少部分由第一阴离子选择性膜和第一阳离子选择性膜限定的第 一淡化室；流体连接在具有第一溶解固体浓度的第一水溶液源的第一浓缩室，该第一浓缩室通过 所述第一阴离子选择性膜和所述第一阳离子选择性膜之一与第一淡化室离子连通；和流体连接在具有第二溶解固体浓度的第二水溶液源的第二淡化室，该第二淡化室通过 第二阳离子选择性膜和第二阴离子选择性膜之一与第一浓缩室离子连通，其中所述第二溶 解固体浓度大于第一溶解固体浓度。7.权利要求6的装置，进一步包括与具有第三溶解固体浓度的第三水溶液源和所述第 一水溶液源中的至少一个流体连接的第二浓缩室，该第二浓缩室通过第二阳离子选择性膜 和第二阴离子选择性膜之一与第二淡化室离子连通，其中所述第三溶解固体浓度小于第二 溶解固体浓度。8.权利要求7的装置，其中所述第二浓缩室通过第一阳离子选择性膜与第一淡化室离 子连通。9.权利要求7的装置，进一步包括离子连通第一淡化室与第二浓缩室的盐桥。10.权利要求7的装置，进一步包括与第二水溶液源和具有第四溶解固体浓度的第四 水溶液源中的至少一个流体连接的第三淡化室，该第三淡化室通过第三阳离子选择性膜与 第二浓缩室离子连通，其中所述第四溶解固体浓度大于第三溶解固体浓度。11.权利要求10的装置，进一步包括与第一水溶液源、第三水溶液源和具有第五溶解 固体浓度的第五水溶液源中的至少一个流体连接的第三浓缩室，该第三浓缩室通过第三阴 离子选择性膜与第三淡化室离子连通，其中所述第五溶解固体浓度小于第二溶解固体浓度 和第四溶解固体浓度中的任何一个。12.权利要求11的装置，其中第三浓缩室通过第一阳离子选择性膜与第一淡化室离子连通。13.权利要求12的装置，其中第三浓缩室通过盐桥与第一淡化室离子连通。14.权利要求6的装置，其没有电极。15.权利要求6的装置，其中第一淡化室和第一浓缩室流体连接到同一源的下游。16.海水淡化系统，包括至少一个第一电渗析装置，其包含至少一个第一淡化室，该第一淡化室具有与海水源流体连接的第一淡化室入口和具有 第一淡化室出口，和至少一个第一浓缩室，该第一浓缩室具有第一淡化室入口和第一淡化室出口 ；至少一个第二电渗析装置，其包含至少一个第二淡化室，该第二淡化室具有与海水源流体连接的第二淡化室入口和具有 第二淡化室出口，和至少一个第二浓缩室，该第二浓缩室具有与海水源流体连接的第二浓缩室入口和具有 盐水出口 ；至少一个离子交换单元，该离子交换单元具有与第一淡化室出口和第二淡化室出口中 的至少一个流体连接的离子交换器入口和具有离子交换器出口 ；和至少一个电去离子装置，其具有与离子交换器出口流体连接、并至少部分由第一阳离子选择性膜和第一阴离子选择性 膜限定的第一淡化室，与海水源流体连接、并通过所述第一阳离子选择性膜与第一淡化室离子连通的第一浓 缩室，和流体连接在盐水出口下游、并通过第二阴离子选择性膜与第一浓缩室离子连通的第二 淡化室。17.权利要求16的海水淡化系统，其中第一浓缩室和第二淡化室中的至少一个不包含 离子交换树脂。18.权利要求16的海水淡化系统，其中所述至少一个电去离子装置进一步包括至少部分由第一阴离子选择性膜限定并具有与海水源流体连接的入口的第二浓缩室，和通过第二阳离子选择性膜与第二浓缩室离子连通并具有与盐水出口、第一浓缩室出口 和第二淡化室出口中的至少一个流体连接的入口的第三淡化室。19.权利要求18的海水淡化系统，其中第一浓缩室、第二淡化室、第二浓缩室和第三淡 化室中的至少一个不包含离子交换树脂。20.权利要求16的海水淡化系统，进一步包括与第一浓缩室出口和第二淡化室出口中 的至少一个流体连接的盐水贮罐。21.权利要求20的海水淡化系统，其中所述盐水贮罐包括能与所述至少一个离子交换 单元流体连接的出口。22.权利要求21的海水淡化系统，进一步包括具有流体连接在第一淡化室下游和离子 交换单元上游的第三淡化室的第三电渗析装置。23.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：GC甘奇，梁荔乡，FC威尔金斯，
申请(专利权)人：西门子水处理技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]