高效回收饮用水方法技术

本发明专利技术公开了一种方法，其使用反渗透（RO）或纳滤（NF）膜和离子交换（IX）水软化树脂以最大化生产饮用水、净化工业用水或循环利用的城市或工业废水。所述膜和离子交换单元的构造能够使系统在90%-99%的高渗透回收率下运行，从而生产净化饮用水，其排出最小量的废水，并具有非常低的膜清洗或膜更换频率。该方法降低了膜污垢和结垢，并使水处理化学药品的使用最少化，包括酸性和碱性溶液及再生IX树脂通常需要的氯化钠盐。该方法通过更有效地以及更经济的方式生产饮用水，相对于“全屋RO”饮用水现有技术提供了明显改进，在现有技术中，膜渗透回收率通常限制在30%-50%的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种方法，其使用反渗透（RO）或纳滤（NF）膜和离子交换（IX）水软化树脂以最大化生产饮用水、净化工业用水或循环利用的城市或工业废水。所述膜和离子交换单元的构造能够使系统在90%-99%的高渗透回收率下运行，从而生产净化饮用水，其排出最小量的废水，并具有非常低的膜清洗或膜更换频率。该方法降低了膜污垢和结垢，并使水处理化学药品的使用最少化，包括酸性和碱性溶液及再生IX树脂通常需要的氯化钠盐。该方法通过更有效地以及更经济的方式生产饮用水，相对于“全屋RO”饮用水现有技术提供了明显改进，在现有技术中，膜渗透回收率通常限制在30%-50%的范围内。【专利说明】相关申请的交叉引用本专利技术要求2011年8月17日提交的美国临时专利申请61/524，554的优先权，该申请通过引用整体并入本文中。
本专利技术主要涉及基于膜的水净化过程。特别是，本专利技术包括为提高用于净化饮用水的“全屋R0”系统的效率设计的方法、工序和系统。
技术介绍
硬度前体如钡、钙、镁、铁、硅、碳酸盐和碳酸氢盐、氟化物、硫酸盐常在地表水源、水井和地下蓄水层和含水的工业排放物例如冷却塔排出物中找到。这些微溶的污染物限制了经反渗透(RO)和纳滤(NF)膜净化、脱盐的渗透液的百分回收率，因为它们在浓度大时倾向于形成结垢化合物，沉积在膜的表面并缩短其使用寿命或需要非常频繁地清洗膜。简单的RO膜系统通常会达到大约70%的最大渗透回收率。传统家庭型RO系统也称为全屋RO系统，通常以25%-50%的渗透回收率运作。但是，在这些低渗透回收率下，每产生I加仑的净化或脱盐的饮用水会浪费1-3加仑的水。这种低膜渗透回收率旨在完全降低污垢物质(包括天然有机物质、胶体物质和结垢化合物)的积聚，从而减少维护并降低清洗和更换昂贵的RO膜 的频率。这种低膜渗透回收率还使设计人员能够简化RO系统设计，因其不使用预处理化学药品和膜清洗化学药品。但是，这些优点被这些基本家庭或“全屋”RO系统差的性能所抵消，因为这些系统产生大量废弃的RO废水，并且其使用的入流水(例如自来水或井水)的体积比最终用户实际消费的体积大得多。在这种方式下，任何节省下来的系统成本都被更高成本的入流水和污水排放成本所抵消。目前在这些家庭RO系统设计中的改进包括在一些“全屋”RO系统中，在经RO膜处理前，使用离子交换软化树脂作预处理，以除去入流水带来的硬度，从而使RO膜可以达到较高的渗透回收率。这些改进系统的RO渗透回收率达到60%-70%，但仍旧浪费30%-40%的入流水作为RO废水排出。此外，水软化剂离子交换树脂必须周期性再生，再生过程通过使用高达10%强度的商业(即氯化钠)盐溶液以保证有效再生，漂洗IX树脂并在再生循环之间恢复树脂容量。进一步，其必须使用淡水或高质量RO渗透液来制备再生盐溶液，从而净化水的净回收率进一步再降低2-5%，同时浪费昂贵的化学制品并将钠和氯离子释放到接收的地表水中，对环境和人的健康造成不利影响。除了上述说明，还值得注意的是，过去开发合适RO系统的尝试已关注以下方面:提高膜处理产出水的回收率，通过使用RO浓缩液，使得作为RO预处理的SAC IX树脂再生，来解决与商业盐有关的问题，尽管人们在这个领域作出了很多努力，但是这些处理仍然低效。例如，它们不能够在获得高度理想范围的膜系统产出水回收率(即>90%，甚至>95%)的同时再利用膜浓缩液来使IX树脂再生，从而进一步提高净产出水回收率以及排除用于使IX树脂再生的商业盐的使用。同样已知的是，与地表水相关以及更特别地与地下水相关的入流水的质量，特别是总溶解固体(TDS)和硬度浓度及其它多价阳离子和二氧化硅的浓度会随时间(例如五年时间)变化。因此，之前在RO领域的工作不能解决入流水质量变化性的问题，也不能解决对可靠的过膜前和过膜后的水软化能力的需要，以使硬度和其它胶体多价离子对膜渗透流量的不利影响最小化。本专利技术符合这些和其他需求。
技术实现思路
本专利技术通过提供一改进的经济的系统和方法用于净化地表水、地下水、城市和工业废水，生产净化的或脱盐的饮用水或工业用水，解决了正在发生的长期感到的需要。取决于入流水的TDS，所述系统和方法获得大于入流水体积的90%甚至大于95%的高产出水回收率，同时其使用膜浓缩液来再生IX树脂，从而避免了使用商业盐。这一专利技术同时结合了增强的预处理和过膜后处理，以能够控制污垢和结垢物质，从而有助于膜系统以最小的膜清洗或更换频率长期运作。通过这种方式，本专利技术节约了入流水和废水处理成本，还减少了化学药品对环境的不利影响。作为维护低和水成本减少的结果，本专利技术理想地适用于家庭、餐馆、多元住宅和商业建筑、灌装水厂和食品饮料制造厂。在这方面，本专利技术提供了一饮用水系统和一方法，其中通过从入流水和膜浓缩液中连续除去污垢和结垢化合物，然后循环利用低硬度膜浓缩液并与入流水共混，膜渗透回收率得到最大化。本专利技术包括一方法，其使用RO或NF膜和IX软化树脂以使饮用水、净化的工业用水或回收净化的城市或工业污水的生产最大化。特别是，本专利技术提供了一种经济和环境高效的方法和系统，其将饮用纯净水和可饮用水供应至家庭、公寓楼、办公楼及商业和工业综合体，同时产生并排放最小量的废水。这是通过减少结垢和连续使用膜浓缩液或废流来再生IX树脂实现的。这将最大限度地减少或消除淡水和商业盐的使用，从而改进方法的经济性并减少其对环境的不利影响，所述淡水和商业盐通常用来在常规的水软化器中再生IX树脂。`本专利技术的一个目标是以防止结垢物质和其它胶体、污垢物质在用来净化水的膜表面上形成和积聚的方式，使用离子交换水软化树脂以从入流原水和膜浓缩液中同时除去微溶的硬度阳离子包括钙、镁、钡、铁和铝。本专利技术的另一个目标是处理入流地表水、城市水、井水和半咸水，并生产脱盐的净化水，其中膜渗透回收率在90%-99%的范围内。本专利技术的另一个目标是生产一膜浓缩液，以及使用该膜浓缩液来再生水软化离子交换树脂，所述膜浓缩液具有足够高的盐度，以碳酸钙计<5mg/L的低硬度和>1，000mg/L的总溶解固体(TDS)浓度。在这种方式下，因直接使用膜浓缩液来再生IX树脂，本专利技术减少了 1-5%的补足盐浓度需要消耗的清洁水。此外，通过使用浓缩液来再生IX树脂，不需要使用大量的商业(氯化钠)盐，从而降低了与生产净化水相关的运作成本，以及降低了与使用商业盐相关的不利环境影响。本专利技术的另一个目标是以足够高的比率循环利用IX软化的膜浓缩液以防止污垢物质和结垢化合物在膜表面的形成和沉积，同时获得90%-99%的渗透回收率。本专利技术的这些目标和其它目标通过说明书、权利要求和附图来说明。【专利附图】【附图说明】图1描绘了通过使用两个IX水软化树脂柱与RO或NF膜系统、阻垢剂配量单元和大量的机动化的自动切断阀、止回阀(总称为“控制阀”)及流量和压力调节器，可以交替使用两个IX树脂柱中的一个，在开始时作为过膜前水软化系统以从入流水中除去大部分硬度，以及在之后作为过膜后水软化系统以从高TDS膜浓缩液中除去泄漏的或残留的预浓缩硬度。该设计还能够运作以生产渗透回收率高的净化水，同时还能利用膜浓缩液使失效的IX树脂再生。图2是高效回收饮用水工序(即IXA-0R-1XB，常规水生产循环，模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图1所示的高效回收饮用水系统，其处理入流地表水或半咸水或城市处理水或它们的组合，产生的反渗透膜渗透回收率在入流水体积的90%?99%范围内，包括：a)第一过膜前离子交换（IX）水软化树脂柱，以除去入流水中的大部分硬度和其它多价阳离子；b)反渗透(RO)膜系统，用于净化水；c)第二过膜后浓缩液硬度修饰IX树脂柱，以除去泄漏的预浓缩硬度和其它多价离子；d)阻垢剂测量单元或二氧化硅隔离单元，以防止硅垢形成；e)筒式过滤器，最大标称过滤孔隙度为5微米；f)一个或多个加压泵，用以将所述水加压和转移到所述膜系统和所述IX树脂柱；g)盐水罐，以收集所述膜浓缩液并通过添加盐增强所述膜浓缩液的离子强度；h)控制阀，选自自动机动阀、电磁阀、气动关闭阀及它们的组合，其中控制阀以预定顺序自动打开和关闭。

【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：R·A·阿尔萨马迪，
申请(专利权)人：R·A·阿尔萨马迪，
类型：
国别省市：