用于正向渗透液净化的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种液体净化的方法，例如海水或微咸水淡化的方法，将有机溶质的浓缩水溶液用于正向渗透过程中，以通过正向渗透膜从海水中萃取淡水，随后借助于浊点萃取法从稀释的正向渗透液中分离出有机溶质，进而再次生成用于在正向渗透过程中循环的浓缩的有机溶液和用作饮用水的淡水。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
该文件总体上涉及液体的净化，更具体而言涉及海水或微咸水(brackish water) 的淡化及净化问题。
技术介绍
当今世界对淡水即饮用水的需求日益增加。目前，由于人口不断增加带来的日益膨胀的需求，全球沙漠化的趋势正在以前所未有的速度蔓延。此外，随着水资源日益枯竭， 人们越发迫切地需要找到一种全新的经济有效的方式以生产饮用水。面对全球有限的淡水供应和资源这个日益紧迫的问题，丰富的海水资源以及新的浓盐水和微咸水淡化技术的发展无疑是一种可行的解决方法，并将带来巨大的社会效益和影响。因此，总体来说，世界范围内存在对淡化和液体净化的需求。膜法淡化主要借助于反向渗透(RO)，目前是发展最快的技术，大约占全球淡化能力的22%。反向渗透借助于动态压力来克服盐溶液的渗透压，从而使无盐水实现水选择性渗透，从膜的盐水侧转移到淡水侧。但是，RO系统需要较高的压力(50至IOOatm或800至 1500psi)以及大规模的海水预处理，以通过RO膜实现充分的渗透，从而使海水转化率介于 35%至50%之间。而且，最初膜成本与更换问题会造成RO系统较高的资本投入和运营成本。尽管水净化技术、尤其是水淡化(净化)技术取得了很大的发展，这些方法的资本和运营成本一直要比提取天然淡水并作为饮用水推向市场的成本要高出很多。在美国，根据地理位置和到淡水资源的距离，水的批发价一般为每英亩英尺100美元至450美元。在加利福尼亚州，淡水的批发价接近每英亩英尺500美元。目前，淡化成本介于每英亩_英寸淡化水617美元至987美元之间。通过RO方法对微咸水进行淡化的成本低一些，但价格仍然相对较高，介于每英亩英尺247美元至432美元之间。因此，人们仍需要找到比目前现有的液体净化方法能耗更低、效率更高及/或成本更低的水净化方法。
技术实现思路
本文公开的系统及方法利用正向渗透进行液体净化，例如海水淡化及微咸水净化。各种实施方案包含以下的认识通过利用一种或多种浊点溶质产生相对于盐水或待处理的液体的高渗透压差，能够改善正向渗透作用。浊点溶质的使用可以有利地通过浊点萃取实现正向渗透液的循环利用。其结果获得了能够以与以前的液体净化方法(如反向渗透)相比更低的能耗、更低的工作温度和压力、更高的效率、更高的液体流速及/或更低的成本工作的系统和方法。在某些实施方案中，正向渗透系统和方法包括一个封闭的处理环。该系统和方法输入的是盐水，排出的是可饮用的净化水以及排入海洋或用于商业目的的浓盐水。浊点溶质是水从盐水中正向渗透出来的驱动力，通过浊点沉淀和过滤进行回收并在未来的处理中再次使用。在各种实施方案中均提供了正向渗透液净化系统。一种系统可包括半透膜，该膜包括一个原料溶液侧表面和一个反面的提取溶液侧表面。一种系统可包括与所述半透膜的原料溶液侧表面连通的原料溶液，其中，所述原料溶液包括待净化的液体和溶解于该待净化的液体中的杂质。所述系统可包括与所述半透膜的提取溶液侧表面连通的提取溶液。所述系统可包括一沉淀系统，所述沉淀系统被构造为从提取溶液中沉淀出所述至少一种浊点溶质。一种正向渗透液净化系统可包括原料溶液室以及置于所述原料溶液室中的原料溶液，所述原料溶液包括一种液体和溶解在所述液体中的杂质。一种系统可包括提取溶液室以及置于所述提取溶液室中的提取溶液，所述提取溶液包括所述液体和溶解在所述液体中的至少一种浊点溶质。一种系统可包括置于原料溶液室和提取溶液室之间的、将所述原料溶液和提取溶液分开的半透膜，该半透膜被构造为使液体能够从所述原料溶液扩散到所述提取溶液中。一种系统可包括与所述提取溶液室连通的沉淀系统，其中所述沉淀系统被构造为使提取溶液中的所述至少一种浊点溶质发生沉淀。一种系统可包括与所述沉淀系统连通的过滤系统，其中所述过滤系统被构造为将沉淀下来的至少一种浊点溶质的至少一部分与所述提取溶液中的液体分离。一种系统可包括与所述过滤系统连通的回流管，其中该回流管被构造为接收分离出来的至少一种浊点溶质并将其回送至所述提取溶液室。一种系统可包括与所述过滤系统连通的排流管，其中该排流管被构造为接收从所述提取溶液中分离出的液体。所述提取溶液可包含至少一种浊点溶质。在提取溶液中的所述至少一种浊点溶质的浓度可大于原料溶液中杂质的浓度。所述原料溶液可包括海水或微咸水。待净化的液体可以是水。所述至少一种浊点溶质在待净化的液体中的溶解度的摩尔比率可至少为3 1。 所述至少一种浊点溶质的分子量可介于300道尔顿及800道尔顿之间。所述至少一种浊点溶质可包括疏水性组分和亲水性组分。所述至少一种浊点溶质可包括多氧有机链。所述至少一种浊点溶质可包括聚乙二醇或聚丙二醇。所述至少一种浊点溶质包括的聚乙二醇可选自由FA PEG-300、FA PEG_400、FA PEG-400ML以及FA PEG-600组成的组。所述至少一种浊点溶质可包括乙氧基化物。所述至少一种浊点溶质包括脂肪酸乙氧基化物或脂肪醇乙氧基化物。所述提取溶液中所述至少一种浊点溶质的浓度可介于约30%至75%之间。所述提取溶液中所述至少一种浊点溶质的浓度可介于约50%至70%之间。所述沉淀系统可包括一个加热器，所述加热器被构造为将提取溶液至少加热至提取溶液的浊点温度。所述沉淀系统可包括一个气体处理系统，其中所述气体处理系统被构造为向提取溶液中添加至少一种不溶于水的气体，以降低所述提取溶液的浊点。所述系统可包括过滤系统，其中该过滤系统被构造为将沉淀下来的至少一种浊点溶质从提取溶液中待净化的液体中除去。所述过滤系统可包括纳米滤膜或超滤膜。所述系统可包括再溶解系统，所述再溶解系统被构造为使沉淀下来的浊点溶质再次溶解，以形成循环的提取溶液。在各种实施方案中均提供了液体的净化方法。一种方法可包括将原料溶液和提取溶液置于半透膜的两侧。所述原料溶液可包括待净化的液体和溶解于该待净化的液体中的杂质。所述提取溶液可包括至少一种浊点溶质。在提取溶液中的所述至少一种浊点溶质的浓度可大于原料溶液中杂质的起始浓度。所述方法可包括让一定量的待净化液体从原料溶液中通过正向渗透作用扩散穿过半透膜达到提取溶液中。所述方法可包括使所述浊点溶质从提取溶液中的待净化液体中沉淀下来。所述方法可包括对提取溶液进行处理，以使所述浊点溶质发生沉淀。所述方法可包括使提取溶液流经过滤系统，以使沉淀下来的至少一种浊点溶质的至少一部分与待净化的液体分离。所述方法可包括将分离出来的至少一种浊点溶质回送至半透膜对面的提取溶液中。所述原料溶液可包括海水或微咸水。所述待净化的液体可以是水。浊点溶质的沉淀过程可包括注入至少一种水不溶性气体，以降低提取溶液的浊点。浊点溶质的沉淀过程可包括将提取溶液至少加热到所述提取溶液的浊点。所述方法可包括将沉淀下来的浊点溶质从提取溶液中除去。沉淀下来的浊点溶质的除去过程可包括用纳米滤膜过滤所述提取溶液。所述方法可包括使沉淀下来的浊点溶质再次溶解以形成循环的提取溶液。沉淀下来的浊点溶质的再次溶解过程可包括在低于所有浊点溶质的浊点温度下冲刷所述纳米滤膜。在各种实施方案中均提供了用于正向渗透的组件。一种组件可包括半透膜，该膜包括一个原料溶液侧表面和一个反面的提取溶液侧表面。所述组件可包括与所述半透膜的原料溶液侧表面连通的原料溶液，其中，所述原料溶液被设定为提供包含待净化的液本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种正向渗透液体净化系统，包括：半透膜，具有一原料溶液侧表面和一反面的提取溶液侧表面；原料溶液，与所述半透膜的原料溶液侧表面连通，其中所述原料溶液包含待净化的液体和溶解于所述待净化的液体中的杂质；提取溶液，与所述半透膜的提取溶液侧表面连通，其中所述提取溶液包含至少一种浊点溶质，并且，在所述提取溶液中所述至少一种浊点溶质的浓度大于所述原料溶液中杂质的浓度；以及沉淀系统，被构造为使所述至少一种浊点溶质从所述提取溶液中沉淀出来。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏布拉马尼亚恩·耶尔，
申请(专利权)人：NRG泰克有限公司，
类型：发明
国别省市：US