公开了一种用于净化水的方法和系统。例如，在一种实施方案中，可将所述方法用来从水源中去除二价盐如硫酸钙，从而在所述方法过程中阻止所述二价盐沉淀。例如可将所述水源进料到一种离子分离装置如电渗析装置中。在所述电渗析装置中，在所述二价盐和另一种盐如一价盐之间发生离子交换，从而产生两个浓缩的盐流，所述盐流含有水溶性比所述二价盐大的盐。在一种实施方案中，然后将所产生的两种盐流混合，从而以受控的方式使所述二价盐沉淀。在所述方法过程中，还可将含在所述水进料流中的多种其它成分从所述流中去除，并将之转化为有用的产物。在一种特殊的实施方案中，设定所述方法从而接收来自反渗透方法的副产物流。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请基于并要求2004年9月13日申请的美国临时专利申请No.60/609,404、2005年2月10日申请的美国临时专利中请No.60/651,819、2005年3月22日申请的美国临时专利申请No.60/664,223以及2005年5月23日申请的美国临时专利申请No.60/683,936的优先权。
技术介绍
随着人口的增长，世界淡水供应的压力日益增加。诸如舒适的气候和矿物资源、就业的增长和收入的提升这些因素促进了人口的增长。到2025年，约27亿人口(1/3的预计人口)将生活在面临严峻缺水的区域。许多繁荣且快速发展的区域——美国西南，佛罗里达、亚洲、中东的淡水供应将缺乏。即使随着研究新的水资源的困难和成本的增加，也必须满足市区、工业以及市民的水需求。在具有大量由于高盐度而不适宜使用的水的地区，脱盐已经成为一种更为普遍的选择，其中，存在脱盐装置利用热、电或机械能将水从盐中分离的可能性。脱盐工艺的选择取决于许多因素，其包括原水的盐度水平，所需要的水的数量以及可获得的能量的形式。通常认为反渗透为用于使高盐度水脱盐的最经济和能量效率最高的方法。现代的反渗透膜具有这样高的脱盐能力，以致于其能在单次通过所述膜的过程中，由海水(标称35000ppm盐度)产生盐度＜500ppm的饮用水。此外，一些现代的反渗透系统能够由海水实现高达50％的淡水回收率。在50％的回收率下，可将浓盐水的盐度增加到约70000ppm。处置这样的盐水，对于脱盐工业而言，将面临巨大的成本和挑战，其导致更长的启动准备时间以及更高的水成本。在美国，将盐水处置到地表水需要废水许可证，这就阻止了在某些高需求地区进行这类处理。由海水脱盐处理盐水具有三种基本方式——排放到海水、深井灌注以及零排液系统。将盐水排放返回到海水中可影响排放区域的有机物。经证明用于海水脱盐的蒸发和电渗析方法可制造浓度比由反渗透回收高很多的盐水，但是在海水脱盐过程中，这些方法比反渗透消耗了更多的能量。在许多脱盐工艺中涉及的一个问题为形成不期望的沉淀物如硫酸钙垢状物。硫酸钙通常存在于盐水中，且其在水中具有相当低的溶解性。因此，已知硫酸钙在反渗透方法中沉淀从而导致多种问题。例如，在蒸发方法中，在热交换器的表面，高温导致了局部过饱和现象(由于硫酸钙在高温下溶解性降低)，甚至当本体溶液尚未饱和时也是如此。在利用反渗透和纳米过滤(NF)的方法中，由于离子浓度在界面层中的增加，过饱和的条件可存在在膜表面上。微成的地下水通常具有足够的钙和硫酸根离子从而限制了可通过脱盐回收的淡水的量。来自反渗透装置的浓盐水的处理也是一个很重要的问题。溶解盐的存在增加了水的密度。海水(3.5％的盐)的比重(在20℃)为约1.0263，高产反渗透排放物(7.0％的盐)的比重为约1.0528。如果将这种反渗透排放物直接注入到海水中，在底部可以聚积对生存在底部的有机物可能有害的影响。不同于返回到海水中，用于处置来自脱盐装置的盐水的选择性方案具有局限性。通常不期望使用蒸发塘，其由于土地成本的原因而很昂贵。此外，其仅在蒸发率超过降雨量的气候中才有用。通常将深井处理用于有害废物，其在佛罗里达已经用于使盐水脱盐，但是基建费用限制了这种方法。此外，对于大型脱盐装置而言，由于盐水的量很大，采用深井灌注方式很不可靠。在一些应用中，来自脱盐装置的盐水还可含有多种不应排放(即使浓度很小时也是如此)的污染物。例如，在海水、地下水或地表水中有时存在砷、硒等等。例如即使浓度为百万分之几的硒或砷也相当有害。例如，加利福利亚中央裂谷中的农业操作在排水中具有很显著的硒问题，其阻碍了将该水再用作灌溉或其它目的。因此，在使用反渗透方法过程中，上述污染物还可产生限制。海水还具有许多有价值的成分，但是其价值仅当可将其经济地回收时才能得以实现。现具有多种方式来回收许多这些有价值的海水成分，但是由于这些成分的浓度较低，且由于海水中其它成分的影响，所述回收经济性通常是令人沮丧的。海水中一种有价值的成分为氯化钠(NaCl)。例如日本没有天然盐沉积物，且土地(其允许使用蒸发塘来用于盐制造)太过昂贵。故对于数十代人而言，日本依赖于电渗析来从海水中回收食盐。将海水过滤并以低速单次泵送通过很大的电渗析组件(electrodialysis stacks)的脱盐隔室。在所述隔室的一侧上，施加穿越膜和溶液隔室的电压迫使Na+离子通过可渗透阳离子的膜，在所述隔室的另一侧上，Cl-离子通过可渗透阴离子的膜。Mg++(海水中第二多的阳离子)也在电场中迁移，但是，所述膜表面上的特殊涂层阻碍了Mg++通过可渗透阳离子的膜。可渗透阴离子膜上的涂层阻碍了SO4-离子的通过。因此，盐水中通过电渗析回收的NaCl的纯度大大高于通过蒸发原海水制备的盐水纯度。在通过电渗析达到20％的浓度后，蒸发所述盐水达到这样的干燥度，其中将来自电厂的副产物热量用来产生用于电渗析的电。还可将海水用作用于制造镁和溴化合物的原料。一种用于回收Mg++的商业方法为将碱(通常为石灰)添加到海水中，从而沉淀Mg(OH)2。同由菱镁矿回收镁相比，由海水回收镁所具有的一个缺点为海水中镁的浓度很低。如果可以合理的成本增加盐水进料中的镁含量，则可降低镁的生产成本。因此，允许使用海水作为原料的生产者更有效地同使用菱镁矿的镁生产者相竞争。此外，其还有助于减缓与菱镁矿采矿作业以及大量二氧化碳的产生(其在菱镁矿加工中易于发生)相关的环境破坏。综上所述，目前存在对可由盐水高效回收净化水的方法和系统的需要。特别地，存在对这样的方法和系统的需要，所述方法和系统能够由反渗透方法以可安全排放所述盐水的方式、或者可以零液体排放的方式来处理盐水。还存在对用于由盐水回收有价值化学品如氯化钠、镁、溴等等的方法和系统的需要。还存在对用于从盐水中去除污染物以及可能地将所述污染物转化为有用资源的方法和系统的需要。专利技术概述一般地，本专利技术涉及用于净化水的方法和系统。可将本专利技术的方法和系统用来从盐水中去除盐和其它成分，从而使得可将所述水用于例如人类或动物消耗或者用于灌溉。在多种实施方案中，不仅还可将所公开的方法和系统用来从盐水中去除成分，而且还可以有用形式回收这些成分。例如在一种特殊的实施方案中，本专利技术涉及一种用于通过从水流中去除低可溶性盐MY净化水，从而在所述水流内阻止低可溶性盐沉淀的方法。所述方法包括将含有溶解盐NX的盐溶液进料到离子分离装置(其用于形成含有阴离子X的第一盐流和含有阳离子N的第二盐流)中的步骤。所述离子分离装置例如可包括电渗析组件(其含有设计用来将阳离子同阴离子分离的膜)。还将所述含有低可溶性盐MY的水流进料到所述离子分离装置中，以用于将阳离子M加入到第一盐流中和用于将阴离子Y加入到第二盐流中。因此，将构成低可溶性盐的阴离子和阳离子分离为不同的流。通过这种方法，产生了含有溶解盐MX的第一盐流和含有溶解盐NY的第二盐流。根据本专利技术，选择所述盐NY和MX，从而使之在水中比盐MY更可溶。在这种方式中，更大浓度的盐可存在于第一和第二盐流中，而未达到饱和条件。在多种实施方案中，阳离子N例如可包括锂、钠、钾、铯、铷、铵、胺等等。另一方面，阴离子X可包括氯、溴、碘、硝酸根或有机离子。在一种特殊的实施方案中，所述低可溶性盐MY可包括硫酸钙本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于处理水流的方法，其包括： 将所述水流进料通过脱盐工艺，从而产生副产物流，所述副产物流含有溶解的钙离子和硫酸根离子； 将所述副产物流传递到去除阳离子的装置和去除阴离子的装置之间，从而去除相当大部分的钙离子和硫酸根离子，将所述钙离子传递到第一盐流中，将所述硫酸根离子传递到第二盐流中，所述第一盐流含有氯离子，所述第二盐流含有钠离子； 分别将所述第一盐流和第二盐流进料到用于沉淀硫酸钙的硫酸钙沉淀室中；以及 收集所沉淀的硫酸钙。
【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：托马斯A戴维斯，
申请(专利权)人：南卡罗来纳大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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