低能量反渗透方法技术

提供一种反渗透处理水的系统和方法，该水包括海水和微咸水。本发明专利技术实施方案的方法和系统可以包括例如超滤和随后的生物淤积物去除，两者都在反渗透之前。在优选实施方案中，本系统在低通量下运行。例如，对于海水可以使用6-8GFD的通量。其它的实施方案可以提供与反渗透膜清洗系统结合的上述工艺。该膜清洗系统是“适当位置的清洗”系统，其包括使用反渗透系统中的自然压差以去除生物淤积物和它们的前体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低能量反渗透方法相关申请的交叉引用本申请要求2012年4月23日提交的美国临时专利申请号61/636,930的优先权，并通过引用将其并入本文。
本专利技术的实施方案涉及使用反渗透脱盐的方法、系统和工艺。
技术介绍
水脱盐一直在发展以满足世界范围内的工业和饮用水需求。尽管在这些装置中热脱盐(多效蒸馏或“MED”，和多级闪蒸或“MSF”)和膜基海水反渗透(“SWRO”)方法两者都在使用，在最近15-20年间主要是SWRO的发展。与几年前的技术相比，就能量消耗而言，SWRO已经变得非常成本有效和有效率的。与SWRO的优势联合在一起，已经存在一些与设计用以降低能量消耗的低能量膜和能量回收装置相关的改进。同时，能源成本已经更加急剧地增加，在SWRO装置中对降低的能量消耗存在持续的需求，以抵消能量成本并维持水的成本。海水装置由于较高的能量消耗而最经常遇到这种挑战，但是由于能量成本上的显著增加，微咸水装置也已经受到提高的关注。由于装置运行期间的淤积(fouling)问题，通过能源成本的增加而使这些能量成本进一步加剧。装置管理方面的一个挑战是：装置以前是用于某些能量消耗进行设计，但一旦开始产生水，装置的能量消耗就不保持稳定和恒定。这可能是由于数种原因，但主要地它是因为淤积、结垢(scaling)或膜致密度。在这三种原因中，在微咸水中结垢可能是能量消耗的最大贡献者，但在海水和地表水-基RO装置中，淤积是能量消耗的最大原因。此外，由于重点强调水的循环和再利用，典型地已经开始以高达97-98%的回收率来设计RO微咸水装置，这使得淤积和结垢问题变得更具挑战性。有时候，水本身并不结垢，但由于因为其它原因而已经发生的引发，结垢盐可能开始沉淀。RO装置遭遇的另一个严重问题是生物-淤积，它减少水的产量，增加压差并提高电力消耗。在其中存在开放入口和其中夏季期间水温升高的装置中，这个问题更加复杂(compounded)。由于氧化产物的形成，氯处理使其更加糟糕，该氧化产物为膜表面上的残余细菌提供有效的供料，在去-氯化方法后它们与细菌一起被废弃在该膜表面上。通常不可认为氯化是控制生物淤积的可持续方法选择，因为氯化之后留下的平衡细菌，在去-氯化之后繁殖更快，因为存在作为细菌食物的有效养分。因此，依靠氯化来控制膜上的生物-淤积是不谨慎的。此外，由于形成致癌物质，氯化有机产物可能是不希望的。控制、减少或消除生物-淤积的替代方法具有重要意义。已经发现其它化学方法(例如杀生物剂处理)的效果有限，并且非常昂贵。在装置里已经采用通过优化氯化和去-氯化的剂量、它们的位置和频率的数种方法：包括在预处理部分的震荡氯化。这些方法已经提高了生产能力并降低了这个问题的严重度(magnitude)，但是对于装置生产能力和电力消耗效率，还没有提供持续的解决方案。因此，需要改善SWRO和地表水以及循环再利用RO装置的生物-淤积性能。生物-淤积增加了电力消耗，因此，低能量膜设计不可没有对生物-淤积控制的综合方法而单独工作。在维持在水产量和能量消耗方面的正常运行效率的努力中，应使膜保持清洁条件，且具有跨膜的最小压差。当压差增加时，清洗膜和恢复到膜处于清洁条件时的最初性能变得困难。已知渗透质量随着更高的压差而劣化。除了这一点，清洗状况变得更加激进(aggressive)，需更长时间地使用清洗化学品以重新建立清洁膜性能。事实上，淤积的一些部分变为不可逆且持久的。因为膜丧失性能，所以许多化学清洗不适用于在激进的条件下进行。此外，需要精细地处理并中和清洗化学品的处理，这消耗了额外的化学品。专利技术概述我们展示一种新型的RO脱盐方法，其集中在至少部分是由通过工艺设计降低膜上的生物淤积并整合防止在膜表面上的任何残余生物膜的累积的清洗方法，从而实现低的能量消耗。为了实现持续的较低能量消耗，重要的是保证膜不淤积且压差不增加。在生物-淤积形成的非常初始阶段，在它影响压差之前，并在任何淤积变得持久并开始影响装置在水产量、电力消耗和产品质量方面的性能之前，应可获得清洗膜的清洗方法。我们的方法提供了许多优势。当降低通量，其中典型的方法遇到大量的生物淤积时，在低通量操作下时我们对超滤和生物淤积去除器的组合，同时降低了生物淤积和能量消耗的数量和强度。这些特征的组合提供了一种独特的低能量和低淤积方法。进一步地，通过降低生物淤积的强度，我们能够提供一种有效的低-压差的渗透清洗机制，其是低-成本、低-化学品且有效的，并且其保证可使持续的低能量操作连续进行。附图简述图1显示本专利技术一个实施方案的低能量SWRO方法的方框流程图。图2显示RO单元在有或没有额外的预处理和渗透清洗的各种情况下的压降性能对比图。图3显示当仅用超滤(“UF”)操作时RO单元性能图。图4显示当用UF和生物淤积物去除单元操作时的RO单元性能图。图5显示使用本设计工艺和渗透清洗的实施方案的新鲜RO膜的RO单元性能。图6显示通量对进料压力的图。图7显示通量对电力的图。图8显示RO进料水温度对进料压力的图。图9显示RO进料水温度对渗透总溶解固体的图。专利技术详述我们展示一种新型的RO脱盐方法，其集中在由通过设计降低膜表面上的生物淤积并整合防止在膜表面上的任何残余生物膜的累积的清洗方法，从而实现低的能量消耗。通过下面创新的工艺方法使这成为可能，该工艺方法可以包括一个或多个以下方面。超滤。典型的实施方案包括超滤预处理步骤。当用于处理典型的海水或微咸水时，超滤膜可以得到细菌的大于6的对数减少和病毒载量的1-2的对数减少。在优选的实施方案中，超滤膜具有大约100,000的截留分子量和小于0.1微米的膜孔径大小。更优选地，膜孔径大小为0.02-0.05微米。超滤渗透提供小于3的污淤密度指数(“SDI”)，且通常为1-2。UF能够去除大多数胶体微粒，其属性为带正电荷。它还去除一些生物淤积物，但它不能去除可能在膜上引起生物淤积的所有污染物。为了校准UF性能，UF应经受约比浊测量法的浑浊度单位(“NTU”)5-8，优选6-7NTU的水。可对UF上游水的任选处理进行设计以达到这些参数。得益于本公开内容并基于水分析和场地条件，这可以由本领域技术人员完成。入口浑浊度的这种水平会产生UF渗透产品的质量为约0.06-0.08NTU和小于3的SDI值。如果没有校准UF性能，在下游系统上将存在过量负载，并且它将不会以优选的水平运行。使用该浑浊度水平的进料水还保证下游系统将不会经历任何会吸收其能力的正电荷颗粒的胶体负载，而该能力应用于去除剩余的带电荷的生物淤积物。生物淤积物去除。通过生物淤积物去除步骤进行进一步的处理。该步骤去除大多数潜在生物膜前体(former)的养分。这包括例如：腐殖酸、多糖、蛋白质、氨基酸、糖类、细菌、病毒和其它潜在生物膜前体。尽管超滤膜提供如上所述的过滤水性能，但是UF不减少所有类别的TOC。因为在经过生物淤积物去除过滤器之前，预过滤的水经过超滤膜，所以相对于未处理或常规经处理的水，生物淤积物去除过滤器将产生大量具有降低得多的浑浊度和SDI的经处理的水，同时去除大多数的生物膜前体。该生物淤积物过滤器将进一步提供细菌的6的对数减少和病毒的1-2的对数减少。因此，下游水实际上是消毒的(不用使用任何化学品)，并且没有作为细菌养分的生物淤积物。这减少了在膜表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.23 US 61/636,9301.一种通过反渗透和反渗透膜清洗来脱盐的方法，所述方法包括：提供待脱盐的水进料物流；通过超滤膜过滤进料物流由此从所述进料物流中去除包括细菌和病毒的浑浊度；通过带正电荷的介质过滤所述进料物流由此从所述进料物流中去除生物淤积物，所述生物淤积物包括细菌和病毒，其中去除浑浊度的步骤在去除生物淤积物的步骤之前进行；和通过反渗透从进料物流中去除盐，其中所述反渗透是在操作通量下进行，其中所述操作通量导致能量消耗；并且其中在低于所述操作通量的通量下进行反渗透不降低大于10％的能量消耗；和清洗至少一个用于从进料物流中通过反渗透去除盐的反渗透膜，所述清洗包括对于具有进料侧和渗透侧的反渗透膜：通过添加RO浓缩物至反渗透膜的进料侧维持浓度差，由此允许RO浓缩物保持在进料侧且由于浓度差导致来自渗透侧的渗透水至进料侧的流动；其中，反渗透使用在其中通量的降低不降低能量消耗的能量有效点上的通量。2.如权利要求1所述的方法，其中所述超滤膜将进料物流的SDI降至小于3-5SDI。3.如权利要求2所述的方法，其中所述超滤膜将进料物流的浑浊度降至小于0.1NTU。4.如权利要求1所述的方法，其中所述生物淤积物去除步骤将浑浊度降至小于0.08NTU。5.如权利要求1所述的方法，其中所述清洗是基于反渗透膜的压差或者运行小时数的预设增加来进行。6.如权利要求1所述的方法，其中所述方法在UF膜的上游不添加氯。7.如权利要求1所述的方法，其中所述进料物流为海水，并且其中所述通量为6-8GFD。8.如权利要求7所述的方法，其中海水的TDS为35,000-45,000TDS。9.如权利要求1所述的方法，其中所述进料物流为微咸水，并且其中所述通量小于10GFD。10.如权利要求1所述的方法，其中所述进料物流为循环的废水，并且其中所述通量小于8GFD。11.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·齐达姆巴兰，
申请(专利权)人：水技术国际公司，
类型：
国别省市：