出于工业意图用于处理水的方法和系统技术方案

本申请提供处理水的低成本方法和系统，其将用于工业过程。本发明专利技术的系统一般地包括至少一个容纳装置，至少一个协调装置，至少一个化学施用装置，至少一个移动式抽吸装置，和至少一个过滤装置。协调装置能够根据系统需要(例如水质或纯度)来控制必需的过程。本发明专利技术的方法和系统纯化水和消除悬浮固体而不需要过滤全部水体积，但是仅仅过滤比常规水处理过滤系统过滤的水流更少直至200倍的小部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】出于工业意图用于处理水的方法和系统本申请于2011 年 9 月 12 日作为 Crystal Lagoons Corporation LLC, U.S.国家公司(指定除美国外的全部国家的 申请人:)和Fernando Fischmann T.(智利公民)的PCT国际专利申请提交，并且要求2011年3月30日提交的U.S.临时号61/469，537和2011年8月I日提交的U.S.专利技术号13/136，474的优先权，将各申请通过援引并入本文。专利
本专利技术涉及处理水的低成本方法和系统，其将用于工业过程中。本专利技术的方法和系统纯化水和消除悬浮固体而不需要过滤全部水体积，而是仅仅过滤比常规水处理过滤系统过滤的水流更少直至200倍的小部分。
技术介绍
高透明度的高微生物学品质水是稀缺资源，目前许多工业过程都需要它。为了获得所述水而进行的处理带来大量投资和操作成本，而所述过程复杂且存在许多迄今并未得以有效解决的问题。另外，所述过程消耗大量能量和化学品，从而严重损害环境。特别是，除去水中包含的杂质尤其比如悬浮固体，金属，藻类和细菌，需要安装昂贵和复杂的过滤系统，其过滤全部水体积从而带来高能耗、高化学和物质要求，以及阻碍该过程的其它资源。一些重要过程需要高微生物学品质水，尤其比如预处理水用于反渗透脱盐过程，处理水产业使用的水，处理且保持水用于饮用水工业，处理工业液体残留，或矿业。本专利技术的很低成本的高微生物学品质且透明的水还能够用于需要高物理化学和微生物学品质水的其它工业过程。脱盐 存在几种原因以对目前的脱盐过程进行改善:该工业正在指数生长且在未来非常重要。全世界的全体水中有97%是海水。对于其余3%的淡水，2.1%冰冻于两极，仅0.9%可供人类使用，它们存在于河流、湖泊中或是地下水。人类消耗淡水的受限的可获得性是随着全球人口增长和文化改变越来越明显的问题。约40%的世界人口已经受到由缺少淡水来源所引起的问题的影响。从而，正如联合国环境计划(UNEP)已经警告的那样，在将来50年内几乎30亿人会受严重缺水影响。另外，在1999年，UNEP确定水缺与全球变暖是新世界的最大问题。淡水资源的消耗速度大于自然界能够重新补充的速度，并且地下水和表面水的污染和过度利用导致可获得的天然资源的量和/或品质的下降。增加的人口、缺少新的淡水来源，以及增加的人均用水量共同导致邻近水资源的国家间局部形式的恶化。全部上述原因，都需要找到解决水可获得性问题的方案，不仅满足人类的未来要求，还避免水短缺能够导致的矛盾冲突。方便地，海水是地球上最丰富的资源，实质上无穷尽的盐水来源总是可以加以利用。因此，为了解决与淡水短缺有关的巨大问题，最佳方案是处理海水以提供大众消耗的淡水。海洋中的海水的巨大可获得性引起对通过各种过程为水除盐并产生淡水的技术的研究和开发。实现该目的的世界上目前可获的最佳技术是脱盐工艺。目前，全世界约130个国家都应用某种类型的脱盐工艺，并且据期望安装容量在2015将翻倍。应用最多的两种脱盐过程是:使用水蒸发，作为蒸馏过程，仅蒸发水分子，余下全部盐和溶解矿物。该过程称为热法脱盐。使用特定膜，其允许进行反渗透过程，通过在半透膜上施加压力而将水与盐分开。该过程称为反渗透。为了决定使用那一种过程，能耗是需考虑的重要因素。据估计用热法脱盐产生Im3水的能量消耗是10至15kWh/m3，而用反渗透技术的过程使用约5kWh/m3。这因为热法脱盐需要蒸发，因此相变过程需要更多能量，使得热法脱盐在能耗方面效率更低。目前的限制需要使用技术来改善过程的总效率，所述技术符合社会所需的环境要求，并且最小化碳足迹和环境影响。在提及的技术的发展方面，由于2005年反渗透脱盐工厂的全球安装容量已超过热工厂的安装容量。在2015年，预计全世界脱盐容量分布是62%反渗透工厂和38%热法脱盐工厂。实际上，在使用反渗透技术的脱盐工厂中产生淡水的全球容量在仅仅6年中已增加超过300%。反渗透是这样的过程:通过仅仅允许水分子通过的半透膜，将压力施加至具有高浓度盐的水流。因此，离开膜的另一侧的渗透物相应于具有低盐含量的高微生物学品质水。在使用反渗透技术的脱盐工厂的操作中，存在2个主要阶段:1.水预处理 2.脱盐阶段第二阶段，相应于反渗透过程本身，已被广泛研究且已实现直至98%的效率(General Electric HERO 系统)。用反渗透产生淡水的过程的第一阶段相应于在达到半透膜之前调理盐水，也称为水预处理。该预处理步骤经历涉及反渗透膜有效操作需要的水质的主要问题。实际上，据估计51%的反渗透膜的失败是由于低劣预处理,或者由于低劣设计或低劣操作,而30%的失败是因为不适当给予化学品。目前的方法除了由于高失败率的低效率之外还具有很高成本，由此驱动寻找解决这些问题的新方法的研究。膜中出现的问题取决于进料水的特性，其污染位于预处理之前的过滤器和膜以及反渗透膜。这些问题反映为膜的较短寿命和较高维护和清洁频率，导致较高操作和维护成本。由于低劣水预处理引起的普遍问题分为2类:膜损害和膜阻塞。反渗透膜的损害主要由进料水中的各种化合物导致的膜物质氧化和水解引起。绝大多数反渗透膜不能抵御通常加入脱盐过程以预防生物生长的现有浓度的残余氯。膜具有高成本，因此应对其采取保持连续操作和实现最佳可能效能的全部可能预防措施；从而，水在通过膜之前必须常常脱氯。最终，进料水的PH也应调节以利膜的最佳操作。此外，必须除去溶解氧和其它氧化剂以预防膜损害。气体也影响膜的合适操作，因此应避免高浓度以利最佳操作。目前的调节气体和氧化剂浓度的方法是很昂贵且效率低下。另一方面，反渗透膜的阻塞出于各种原因主要导致很低的效率，例如需要对进料水施加较高压力以让其通过膜，主要停产时间由必须常常进行的维护和洗涤导致，以及过程中所用设备的高替换成本。膜的阻塞由三个主要问题引起:生物污染，结垢和胶体污染。生物污染由细菌或藻类群落在膜表面生长引起。因为不能使用氯，存在发展生物质膜的风险，从而阻止供水通过并降低系统效率。导致膜阻塞的又一主要问题是结垢，其最终导致膜阻断。结垢是指适度可溶盐在膜上的沉淀和沉积。实际上，在某些操作条件下，进料水中存在的某些组分的溶解度界限可被超过，导致沉淀。这些组分尤其包括碳酸钙，碳酸镁，硫酸钙，二氧化硅，硫酸钡，硫酸锶和氟化钙。在反渗透单元中，最终阶段经受最高浓度的溶解盐，从而这是结垢现象首次开始出现之处。由于沉淀的结垢被膜表面的浓度梯度现象所放大。颗粒或胶体污染导致的阻断发生在供给水含有大量悬浮颗粒和胶体物质的情况下，需要频繁洗涤以清洁膜。颗粒在水中的浓度能够以不同方式测量和表示。最常用的参数是浊度，出于合适的操作其必须保持在低水平。颗粒在膜表面的蓄积能够不利地影响进料水流和反渗透膜的排斥特性。胶体污染由胶体颗粒在膜表面的聚集且形成饼状层引起。渗透通量的降低一方面是由于饼状层的形成，另一方面是因为由阻塞的盐离子扩散引起的膜表面中的高浓度盐，导致增加的渗透压，其降低净力脉冲(net force impulse)。为预防胶体污染所监测的参数是淤泥密度指数(SDI)，和膜制造商建议SDIs为多至4。膜阻塞还能够由于天然有机物(NOM)的污染而发生。天然有机物堵塞膜是因为:与天然有机物在孔壁上吸附有本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于以低成本处理水的用于工业过程中的方法，其通过过滤水的总体积的小部分纯化水和消除水中的悬浮固体，所述方法包括：a.收集水，其总溶解固体(TDS)浓度多至60,000ppm；b.将所述水储存在至少一个容纳装置中，其中所述容纳装置具有能够通过移动式抽吸装置彻底清洁的底部；c.在7天时间段内：i.对于水温多至35摄氏度，对于水温的各摄氏度，通过向水加入消毒剂，保持所述水的ORP为至少500mV持续最小1小时的时间段；ii.对于水温大于35摄氏度和直至69摄氏度，通过向水加入消毒剂，保持所述水的ORP为至少500mV持续最小的小时时间段，其中最小的小时时间段通过下述公式计算：[35小时]?[水温摄氏度?35]=最小的小时时间段；和iii.对于水温70摄氏度或更多，保持所述水的ORP为至少500mV持续最小1小时的时间段；d.通过协调装置激活下述过程，其中各过程通过仅仅过滤水的总体积的小部分来纯化水和消除悬浮固体：i.施用氧化剂以避免铁和锰浓度超过1ppm；ii.施用促凝剂，絮凝剂，或它们的混合物以避免浊度超过5NTU；iii.用移动式抽吸装置抽吸先前过程所产生的含有沉淀颗粒的水流，以避免沉淀物质的厚度超过平均100mm；iv.用至少一个过滤装置过滤移动式抽吸装置抽吸的水流；和v.将过滤的水返回所述至少一个容纳装置；e.将所述经处理的水用于下游过程。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.30 US 61/469,537;2011.08.01 US 13/136,4741.用于以低成本处理水的用于工业过程中的方法，其通过过滤水的总体积的小部分纯化水和消除水中的悬浮固体，所述方法包括:a.收集水，其总溶解固体(TDS)浓度多至60，OOOppm;b.将所述水储存在至少一个容纳装置中，其中所述容纳装置具有能够通过移动式抽吸装置彻底清洁的底部；c.在7天时间段内:1.对于水温多至35摄氏度，对于水温的各摄氏度，通过向水加入消毒剂，保持所述水的ORP为至少500mV持续最小I小时的时间段；?.对于水温大于35摄氏度和直至69摄氏度，通过向水加入消毒剂，保持所述水的ORP为至少500mV持续最小的小时时间段，其中最小的小时时间段通过下述公式计算:[35小时]-[水温摄氏度-35]=最小的小时时间段；和ii1.对于水温70摄氏度或更多，保持所述水的ORP为至少500mV持续最小I小时的时间段；d.通过协调装置激活下述过程，其中各过程通过仅仅过滤水的总体积的小部分来纯化水和消除悬浮固体:1.施用氧化剂以避免铁和猛浓度超过Ippm; ?.施用促凝剂，絮凝剂，或它们的混合物以避免浊度超过5NTU ；ii1.用移动式抽吸装置抽吸先前过程所产生的含有沉淀颗粒的水流，以避免沉淀物质的厚度超过平均IOOmm ；iv.用至少一个过滤装置过滤移动式抽吸装置抽吸的水流；和V.将过滤的水返回所述至少一个容纳装置；e.将所述经处理的水用于下游过程。2.根据权利要求1的用于以低成本处理水的方法，其中:a.如果阶段a)中收集的水具有小于或等于10，OOOppm的总溶解固体浓度，则Langelier饱和指数必须小于3 ;或b.如果阶段a)中收集的水具有高于10，000--111的总溶解固体浓度，则5^€€&0&￥匕饱和指数必须低于3。3.根据权利要求2的用于以低成本处理水的方法，其中Langelier饱和指数或Stiff&Davis饱和指数通过选自pH调节、加入防垢剂或水柔化过程的过程保持在2以下。4.根据权利要求3的用于以低成本处理水的方法，其中所述防垢剂包含膦酸，PBTC(磷酸丁烷-三羧酸)，铬酸盐，多磷酸锌，亚硝酸盐，硅酸盐，有机物质，苛性钠，基于苹果酸的聚合物，聚丙烯酸钠，乙二胺四乙酸钠盐，苯并三唑，或其组合。5.根据权利要求1的用于以低成本处理水的方法，其中收集的水能够是来自工业过程的残余液体或自天然水源收集的水和/或经处理的水。6.根据权利要求1的用于以低成本处理水的方法，其中所述消毒剂包含臭氧，双胍产品，基于溴的化合物，基于卤素的化合物，或其组合。7.根据权利要求1的用于以低成本处理水的方法，其中所述协调装置接受涉及受控参数的信息，并适时激活步骤d)的过程以调节所述参数在其界限内。8.根据权利要求7的用于以低成本处理水的方法，其中协调装置接受的所述信息是通过经验方...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·T·菲什曼，
申请(专利权)人：水晶池库拉索有限责任公司，
类型：
国别省市：