CN104724850A - 用于处理矿山排水的方法和系统 - Google Patents

用于处理矿山排水的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104724850A
CN104724850A CN201410791139.2A CN201410791139A CN104724850A CN 104724850 A CN104724850 A CN 104724850A CN 201410791139 A CN201410791139 A CN 201410791139A CN 104724850 A CN104724850 A CN 104724850A
Authority
CN
China
Prior art keywords
unit
ppm
reverse osmosis
purification
alkali
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410791139.2A
Other languages
English (en)
Inventor
V.普拉萨德
J.S.拉哈克里什南
G.辛
S.K.科塔
S.卡什亚普
R.M.德维
S.格纳纳萨姆班丹
S.查克拉博蒂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN104724850A publication Critical patent/CN104724850A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明描述了一种脱盐系统。该系统包括任选的用碱和氧化剂处理进料流的预处理单元。该系统也包括两个或三个连续的膜基纯化单元和膜基纯化单元上游的沉淀单元。结合起来，膜基纯化单元可以是：3个基于纳滤的单元；2个基于纳滤的单元和一个基于反渗透的单元；1个基于纳滤的单元和1个或2个基于反渗透的单元；1个在低pH下操作的基于反渗透的单元和2个在高pH下操作的基于反渗透的单元。来自膜基纯化单元的浓缩的流出物流或其部分可以再循环至处理系统的上游部分。

Description

用于处理矿山排水的方法和系统
领域
本公开涉及使用脱盐装置用于优选从采矿、矿物加工或金属生产生成的废水回收产物水的脱盐系统和方法。
背景
在工业过程中，产生大量的废水，如盐水溶液。一般来说，这样的盐水溶液不适合于在家庭或工业应用中直接消费。鉴于有限的合格水源，水流例如废水、海水或苦咸水的去离子，通常称为脱盐，成为产生合格水用于这些应用的选项。
从采矿(例如酸性矿山排水)、矿物加工和金属生产工业生成的废水可含有升高水平的钙和硫酸根，以及金属离子(如Fe、Mn、Al、Mg、Cu、Ni和/或Zn)。高水平的硫酸根和金属也存在于工业流出物和世界许多地方的地下水中。含有升高水平的硫酸根的溶液，和特别是含有为钙浓度两倍以上的硫酸根浓度的溶液，其去离子常常受到难溶性盐在水中结垢的限制(例如：钙、钡和锶的硫酸盐)。
当岩石中的硫化物矿物暴露于空气和水时形成酸性矿山排水(AMD)，其通常是酸性的并含有升高水平的硫酸根和金属(通常是铁、锰、铝、铜、铅和锌)。更严格的环境法规规定，水在排放或再利用之前要经良好处理。处理设备面临的一个典型问题是产生的大体积液体盐水的处置。
可采用多阶段反渗透处理这样的废水。在这样的系统中的水回收为约40-90%，取决于进料水的盐度。在这样的系统中的水回收受难溶性盐在水中结垢的限制。
由于硫酸钙的高结垢趋势，基于反渗透的处理面临结垢问题，其降低总回收率。低回收率导致大的盐水体积和大的盐水处置成本和投资。
因此，迫切需要提供用于处理盐水废水的备选系统。
概述
本公开提供一种用于处理盐水废水，特别是从采矿生成的废水的方法和系统。
由于反渗透膜的可靠性和选择性，反渗透常常用于废水纯化，反渗透膜排斥处理流中的一价和二价离子。然而，当废水具有高水平的包括一价离子的总溶解固体时，在多阶段反渗透脱盐系统中处理废水受到该系统中一价离子浓度增加的阻碍。
本发明人认识到，允许一价离子通过纯化膜，同时在溶质中浓缩多价离子，使得一价离子流入产品流。这降低处理系统中一价离子的浓度并允许处理系统将较大部分溶质再循环回到脱盐系统。将盐水再循环回到脱盐系统与仅用反渗透纯化的处理系统比较，提高了回收率。
在来自采矿、矿物加工和金属生产工业的废水中，金属离子如铁、锰和铝的量可高达几千ppm。总溶解固体可超过3000 ppm。
本说明书描述了包括配置为接收进料流、碱和氧化剂的预处理单元的水处理系统。预处理单元产生离子减少的废水流和离子浓缩的排放流。
预处理单元可包括澄清器和过滤单元。过滤单元可将滤液流循环至澄清器。优选地，至少90%的滤液被再循环回到澄清器。
所述碱可以是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石，优选地以产生约50-约1000 ppm碱的量加入。氧化剂可以是次氯酸钠，优选地以产生约50-约200 ppm次氯酸钠的量加入。
预处理单元也可配置为接收水溶性的、分支的、聚合的二硫代氨基甲酸盐。聚合的二硫代氨基甲酸盐可以是MetclearTM 2450，优选地以产生约1-约5 ppm的MetclearTM 2405的量加入。
用碱和氧化剂处理预处理单元中的输入流可有益地除去存在于进料流中的至少一部分铝、铁和锰离子。
水处理系统也在预处理单元的下游包括：
(a) 3个连续的纯化阶段，第一和第二纯化阶段是基于纳滤的纯化阶段，而第三纯化阶段是基于纳滤或者基于反渗透的纯化阶段；
(b) 3个连续的基于反渗透的纯化阶段，第一纯化阶段配置为加入足够的酸以降低经过反渗透单元的进料流的pH，优选地至低于约pH 3.0；或
(c) 基于纳滤的纯化阶段和1个或2个连续的基于反渗透的纯化阶段，基于反渗透的纯化阶段包括反渗透单元上游的沉淀单元，基于反渗透的纯化阶段优选地配置为将至少一部分来自反渗透单元的盐-浓缩流出物再循环至沉淀单元。
如果硫酸根和钙离子的浓度基本上不相等且它们没有从脱盐系统中去除，则任一种离子可结合为形成垢的盐。形成垢的盐的存在限制了脱盐过程的回收率。如果待处理的废水的硫酸根多而钙少(例如在从采矿、矿物加工或金属生产中产生的废水中，其可具有例如大于约500 ppm的钙和大于约2000 ppm的硫酸根)，则期望除去硫酸根以减少在膜基纯化单元中的结垢。
脱盐系统的回收率取决于沉淀单元中的不溶性盐的去除，其进而取决于进料流的离子平衡。例如，含有高硫酸根和低钙的流不能生成足够的要除去的硫酸钙盐。这导致总系统的产物水回收率的减少。期望降低钙、硫酸根和/或金属离子的水平以保护膜基脱盐设备例如纳滤和反渗透单元。
处理膜基脱盐单元的进料流以除去钙、硫酸根和/或金属离子减少了通过膜基脱盐单元处理的硫酸根离子的量，从而减少结垢和提高回收率。因此，在预处理单元下游的第二纯化阶段和任选的第三纯化阶段包括纯化单元上游的沉淀单元。第二和第三纯化阶段配置为加入碱至沉淀单元，或至经过沉淀单元的进料流中。加入碱例如熟石灰至沉淀单元有助于金属和硫酸钙盐的沉淀。
在由选项(a)定义的示例性系统中，基于纳滤的纯化阶段允许排斥超过90%的二价离子，如钙、镁和硫酸根，并允许排斥少于50%的一价离子，如钠、氯和钾。这样的示例性系统可具有超过99%的回收率，且脱盐系统可需要比包含多个反渗透纯化阶段的脱盐系统更低的进料压力。在其中第三阶段是基于反渗透的纯化阶段的示例性系统中，与具有3个纳滤阶段的示例性系统比较，总溶解固体可减少。
在由选项(b)定义的示例性系统中，用碱和氧化剂预处理废水除去至少一些来自废水的硫酸根和/或金属离子。
当输入流是酸性矿山排水时，用碱和氧化剂预处理输入流除去足够的硫酸根、钙、锰、铝和铁离子，以使排放物可接受用于进料到反渗透单元。在排放物中剩余的金属通过降低pH，优选地降低至低于约3.0的pH来溶解。以这种方式处理输入流增加输入流中的金属盐的溶解度和减少在第一反渗透纯化阶段中垢的形成。在低于约3.0的pH下有效的阻垢剂优选地与第一反渗透纯化装置一起使用。
在由选项(c)定义的示例性系统中，第一基于纳滤的纯化阶段允许一价离子通过膜，由此减少在随后阶段中总溶解固体的积聚。至少一部分盐-浓缩流出物从反渗透单元至沉淀单元的优选再循环可增加脱盐系统的回收率。任选的第三反渗透纯化阶段可提高由处理系统产生的脱盐产物的品质。
本发明包含以下项目：
项目1. 一种脱盐系统，其包括：
任选预处理单元，配置为接收输入流、碱和氧化剂，和产生离子减少的流出物流和离子浓缩的排放流；
并且还在所述任选预处理单元下游包括：
(a) 3个连续的纯化阶段，第一和第二纯化阶段是基于纳滤的纯化阶段，而第三纯化阶段是或者基于纳滤的或者基于反渗透的纯化阶段，所述第二和第三纯化阶段包括纯化单元上游的沉淀单元，所述第二和第三纯化阶段配置为加入碱至所述沉淀单元，或至经过所述沉淀单元的进料流中；
(b) 3个连续的基于反渗透的纯化阶段，第一纯化阶段配置为加入足够的酸以降低经过所述反渗透单元的进料流的pH，第二和第三纯化阶段包括所述反渗透单元上游的沉淀单元，所述第二和第三纯化阶段配置为加入碱至所述沉淀单元，或至经过所述沉淀单元的进料流中；或
(c) 基于纳滤的纯化阶段和1个或2个连续的基于反渗透的纯化阶段，所述基于反渗透的纯化阶段包括所述反渗透单元上游的沉淀单元，所述基于反渗透的纯化阶段配置为加入碱至所述沉淀单元或至经过所述沉淀单元的进料流中，和配置为将来自所述反渗透单元的一部分盐-浓缩流出物再循环到所述沉淀单元。
项目2. 依据项目1的脱盐系统，其中所述碱是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石。
项目3. 依据项目2的脱盐系统，其中加入碱以产生约50-约1000 ppm的碱。
项目4. 依据项目1或3的任一项的脱盐系统，其中所述氧化剂是次氯酸钠。
项目5. 依据项目4的脱盐系统，其中加入次氯酸钠以产生约50-约200 ppm的次氯酸钠。
项目6. 依据项目1-5的任一项的脱盐系统，其中所述预处理单元配置为接收至少一种预处理化学剂。
项目7. 依据项目6的脱盐系统，其中所述至少一种预处理化学剂包括水溶性的、分支的、聚合的二硫代氨基甲酸盐。
项目8. 依据项目7的脱盐系统，其中所述聚合的二硫代氨基甲酸盐是MetclearTM 2405。
项目9. 依据项目8的脱盐系统，其中加入MetclearTM 2405以产生约1-约5 ppm MetclearTM 2405。
项目10. 依据项目6-9的任一项的脱盐系统，其中所述至少一种预处理化学剂包括壳聚糖。
项目11. 依据项目10的脱盐系统，其中加入壳聚糖以产生约20-约200 ppm的壳聚糖。
项目12. 依据项目6-11的任一项的脱盐系统，其中所述至少一种预处理化学剂包括FeCl3。
项目13. 依据项目12的脱盐系统，其中加入FeCl3以产生约25-约75 ppm的FeCl3。
项目14. 依据项目1-13的任一项的脱盐系统，其中所述预处理单元包括：
澄清器，配置为产生澄清的流和澄清器排放流；和
过滤单元，与所述澄清器流体连通以接收所述澄清器排放流，所述过滤单元配置为将滤液流循环至所述澄清器并产生过滤排放流。
项目15. 依据项目14的脱盐系统，其中至少90%的来自所述过滤单元的滤液流被再循环回到所述澄清器。
项目16. 依据项目14或15的脱盐系统，其中所述预处理单元包含与所述澄清器流体连通以接收所述澄清器排放流的超滤单元，并配置为产生预处理的液体滤液，用于所述第一膜基纯化阶段。
项目17. 依据项目16的脱盐系统，其中所述系统配置为接受酸至所述超滤单元中，或至经过所述超滤单元的澄清器排放流中。
项目18. 依据项目1-17的任一项的脱盐系统，其中所述脱盐系统使废水脱盐：所述废水包括酸性矿山排水；其富含硫酸根离子，但钙浓度不到硫酸根浓度的一半；或其包含浓度在所述脱盐单元可接受的水平之上的铁离子、铝离子和锰离子。
项目19. 依据项目18的脱盐系统，其中所述废水包括浓度超过100 ppb的铁离子，浓度超过100 ppb的铝离子，和浓度超过50 ppb的锰离子。
项目20. 依据项目1-19的任一项的脱盐系统，其中所述系统配置为加入碱至所述沉淀单元或至经过所述沉淀单元的进料流中，且所述沉淀单元产生澄清流和淤泥流。
项目21. 依据项目20的脱盐系统，其中所述系统配置为将碱加入到布置在所述沉淀单元的沉淀容器内的沉淀元件中。
项目22. 依据项目20或21的脱盐系统，其中所述碱加入的量足以降低来自所述沉淀单元的澄清流中硫酸根离子的量。
项目23. 依据项目20-22的任一项的脱盐系统，其中所述碱是石灰。
项目24. 依据项目20-23的任一项的脱盐系统，其中所述脱盐系统包括脱水单元以过滤来自所述沉淀单元的淤泥流。
项目25. 依据项目24的脱盐系统，其中至少一部分来自所述脱水单元的压榨物被再循环回到所述脱盐系统。
项目26. 依据项目25的脱盐系统，其中使再循环回到所述脱盐系统的压榨物部分单独或共同地再循环回到以下一个或多个之中：脱盐系统输入流，和所述沉淀单元之一的输入流。
项目27. 依据项目20-26的任一项的脱盐系统，其中所述脱盐系统包含超滤单元，以过滤来自所述沉淀单元的澄清流出物。
项目28. 依据项目27的脱盐系统，其中所述系统配置为接受酸至所述超滤单元中，或至经过所述超滤单元的进料流中。
项目29. 依据项目1-28的任一项的脱盐系统，其中所述膜基脱盐单元产生盐-浓缩流出，且一部分盐-浓缩流出物被再循环至紧邻所述膜基脱盐单元上游的沉淀单元的进料流中。
项目30. 依据项目29的脱盐系统，其中至少80%的盐-浓缩流出物被再循环回到紧邻所述膜基脱盐单元上游的沉淀单元的进料流中。
项目31. 依据项目29的脱盐系统，其中至少90%的盐-浓缩流出物被再循环回到紧邻所述膜基脱盐单元上游的沉淀单元的进料流中。
项目32. 依据项目1-31的任一项的脱盐系统，其中所述第一、第二和第三纯化阶段是基于纳滤的纯化阶段。
项目33. 依据项目1-31的任一项的脱盐系统，其中所述第一和第二纯化阶段是基于纳滤的纯化阶段，而所述第三纯化阶段是基于反渗透的纯化阶段。
项目34. 依据项目32或33的脱盐系统，其中所述预处理单元和所述沉淀单元配置为将一部分所述淤泥流再循环回到所述脱盐系统输入流。
项目35. 依据项目34的脱盐系统，其中所述预处理单元和所述沉淀单元配置为将至少90%的所述淤泥流再循环回到所述脱盐系统输入流，而剩余的淤泥产生为石膏饼。
项目36. 依据项目32-35的任一项的脱盐系统，其中所述第二和第三膜基纯化单元配置为将一部分所述盐-浓缩流出物再循环至相应膜基纯化单元上游的沉淀单元。
项目37. 依据项目36的脱盐系统，其中所述第二和第三膜基纯化单元配置为将其盐-浓缩流出物的至少80%再循环至相应膜基纯化单元上游的沉淀单元。
项目38. 依据项目36的脱盐系统，其中所述第二和第三膜基纯化单元配置为将其盐-浓缩流出物的至少90%再循环至相应膜基纯化单元上游的沉淀单元。
项目39. 依据项目1-31的任一项的脱盐系统，其中所述3个纯化阶段是基于反渗透的纯化阶段，其中所述第一纯化阶段配置为加入足够的酸以降低经过所述反渗透单元的进料流的pH至低于约3.0，而所述第二和第三纯化阶段配置为加入足够的碱以升高经过所述反渗透单元的进料流的pH至高于约7.0。
项目40. 依据项目39的脱盐系统，其中加入到所述第二和第三纯化阶段的碱是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石。
项目41. 依据项目39的脱盐系统，其中加入到所述第二和第三纯化阶段的碱是熟石灰。
项目42. 依据项目40或41的脱盐系统，其中加入碱以产生约50-约1000 ppm碱。
项目43. 依据项目40或41的脱盐系统，其中加入碱以产生约100 ppm碱。
项目44. 依据项目39-43的任一项的脱盐系统，其中所述预处理单元和所述沉淀单元配置为将一部分所述淤泥流再循环回到相应的预处理和沉淀单元的进料流中。
项目45. 依据项目44的脱盐系统，其中所述预处理单元和所述沉淀单元配置为将至少90%的所述淤泥流再循环回到所述进料流，而剩余的淤泥产生为石膏饼。
项目46. 依据项目1-31的任一项的脱盐系统，其中所述系统包括基于纳滤的纯化阶段和连续的基于反渗透的纯化阶段，其配置为将一部分来自所述反渗透单元的盐-浓缩流出物再循环至基于反渗透的纯化阶段上游的沉淀单元。
项目47. 依据项目46的脱盐系统，其中所述基于反渗透的纯化阶段配置为将至少80%的盐-浓缩流出物再循环至基于反渗透的纯化阶段上游的沉淀单元。
项目48. 依据项目46的脱盐系统，其中所述基于反渗透的纯化阶段配置为将至少90%的盐-浓缩流出物再循环至基于反渗透的纯化阶段上游的沉淀单元。
项目49. 依据项目46-48的任一项的脱盐系统，其中所述预处理单元和所述沉淀单元配置为将一部分所述淤泥流再循环回到相应的预处理和沉淀单元的进料流中。
项目50. 依据项目49的脱盐系统，其中所述预处理单元和所述沉淀单元配置为将至少90%的所述淤泥流再循环回到相应的预处理和沉淀单元的进料流中，而剩余的淤泥产生为石膏饼。
项目51. 依据项目1-31的任一项的脱盐系统，其中所述系统包括基于纳滤的纯化阶段和2个连续的基于反渗透的纯化阶段，其配置为将一部分来自所述反渗透单元的盐-浓缩流出物再循环至基于反渗透的纯化阶段上游的沉淀单元。
项目52. 依据项目51的脱盐系统，其中所述基于反渗透的纯化阶段配置为将至少80%的盐-浓缩流出物再循环至基于反渗透的纯化阶段上游的沉淀单元。
项目53. 依据项目51的脱盐系统，其中所述基于反渗透的纯化阶段配置为将至少90%的盐-浓缩流出物再循环至基于反渗透的纯化阶段上游的沉淀单元。
项目54. 依据项目51-53的任一项的脱盐系统，其中所述预处理单元和所述沉淀单元配置为将一部分所述淤泥流再循环回到相应的预处理和沉淀单元的进料流中。
项目55. 依据项目54的脱盐系统，其中所述预处理单元和所述沉淀单元配置为将至少90%的所述淤泥流再循环回到相应的预处理和沉淀单元的进料流中，而剩余的淤泥产生为石膏饼。
项目56. 一种使废水脱盐的方法，该方法包括：
任选地用碱和氧化剂预处理所述废水；
使所述废水经过：
(a) 至少1个基于纳滤的纯化阶段和或者1个或者2个连续的膜基纯化阶段，其中第二和第三膜基纯化阶段各自独立地为基于纳滤或者基于反渗透的纯化阶段，或
(b) 3个连续的基于反渗透的纯化阶段，其中该方法包括加入足够的酸以降低经过第一反渗透单元的进料流的pH，优选地降低至低于约pH 3.0；
其中所述方法包括加入碱至所述第二和第三纯化阶段中的纯化单元上游的沉淀单元，或加入碱至所述沉淀单元的进料流中。
项目57. 依据项目56的方法，其中该方法包括将一部分来自所述第二和第三纯化阶段中的纯化单元的盐-浓缩流出物再循环至经过所述纯化单元上游的沉淀单元的进料流中。
项目58. 依据项目57的方法，其中来自所述纯化单元的至少80%的盐-浓缩流出物被再循环至经过所述沉淀单元的进料流中。
项目59. 依据项目57的方法，其中来自所述纯化单元的至少90%的盐-浓缩流出物被再循环至经过所述沉淀单元的进料流中。
项目60. 依据项目56-59的任一项的方法，其中所述预处理包括产生淤泥流和澄清流，且该方法包括将一部分所述淤泥流再循环至废水输入流中并预处理合并的废水和淤泥流的再循环部分。
项目61. 依据项目56-60的任一项的方法，其中加入碱至沉淀单元，或至所述沉淀单元的进料流中，由所述进料流沉淀出盐并产生盐-浓缩的淤泥，且该方法包括将一部分盐-浓缩的淤泥再循环至：废水输入流、沉淀单元、沉淀单元的进料流，或它们的任何组合。
项目62. 依据项目60或61的方法，其中所述方法包括使所述盐-浓缩的淤泥脱水，产生石膏饼并将所述压榨物再循环。
项目63. 依据项目56-62的任一项的方法，其中所述脱盐方法使废水脱盐，所述废水包含酸性矿山排水，其富含硫酸根离子，但钙浓度不到硫酸根浓度的一半，或其包含浓度在脱盐单元可接受的水平以上的铁离子、铝离子和锰离子。
项目64. 依据项目63的方法，其中所述废水包括浓度超过100 ppb的铁离子，浓度超过100 ppb的铝离子，和浓度超过50 ppb的锰离子。
附图简述
图1是废水处理系统的示意图。
图2是用于图1系统的预处理阶段的示意图。
图3是预处理方案对铁、铝和锰水平的影响的图。
图4A是其它预处理方案对铁、铝和锰水平的影响的图。
图4B是进一步的预处理方案对铁、铝和锰水平的影响的图。
图4C是另外的其它预处理方案对铁、铝和锰水平的影响的图。
图5是可用于依据本公开的系统的示例性沉淀器的示意图。
图6是示例性废水处理系统的示意图。
图7是另一个示例性废水处理系统的示意图。
图8是又一个示例性废水处理系统的示意图。
详细描述
废水处理系统的示意图说明于图1中。一般来说，本公开提供处理含有升高水平的硫酸根和金属离子的溶液的废水处理系统(10)。系统包括配置为接收进料或输入流(14)、碱(16)和氧化剂(18)的预处理阶段(12)。虽然图1说明了包括过程容器的预处理阶段(12)，但预处理阶段(12)可包括一个或多个组件以混合试剂并将液体与固体分开。示例性预处理阶段(12)说明于图2中并在下文更详细地进行讨论。由预处理阶段(12)接受的废水(14)与碱(16)和氧化剂(18)反应，以从废水除去至少一些硫酸根和/或金属离子。进料流(14)可用一种或多种另外的预处理化学剂(20)另外处理，以进一步减少硫酸根和/或其它金属离子的水平。预处理单元产生硫酸根和金属离子减少的流出物流(22)和硫酸根和金属离子浓缩的排放流(24)。
用碱(14)、氧化剂(18)和任选的另外的预处理化学剂(20)在预处理阶段(12)中处理输入流(14)，可有益地除去存在于进料流(14)中的至少一部分铝、铁和锰离子。
进料流(14)可与预处理化学剂混合，然后被送入预处理阶段(12)，如在图1中所示，或可在预处理阶段(12)与预处理化学剂混合。
水处理系统(10)还在预处理单元的下游包括：
(a) 3个连续的纯化阶段，第一和第二纯化阶段是基于纳滤的纯化阶段，而第三纯化阶段是或者基于纳滤的或者基于反渗透的纯化阶段；
(b) 3个连续的基于反渗透的纯化阶段，第一纯化阶段配置为加入足够的酸以降低经过反渗透单元的进料流的pH，优选地至低于约pH 3.0；或
(c) 基于纳滤的纯化阶段和1个或2个连续的基于反渗透的纯化阶段，基于反渗透的纯化阶段包括反渗透单元上游的沉淀单元，基于反渗透的纯化阶段优选地配置为将来自反渗透单元的一部分盐-浓缩流出物再循环到沉淀单元。
预处理单元下游的3个选项于图1中说明为纯化阶段(26、28和30)并在下文更详细地进行讨论。
3个纯化阶段(26、28和30)包括膜基纯化单元(32、32’和32’’)。预处理单元下游的第二纯化阶段(28)和任选的第三纯化阶段(30)包括纯化单元(32’、32’’)上游的沉淀单元(34’、34’’)。第二和第三纯化阶段(28、30)配置为加入碱(36’、36’’)至沉淀单元(34’、34’’)，或如在图1中所示，加至经过沉淀单元的进料流(34’、34’’)中。纯化阶段产生产物水(38)且最终的纯化阶段产生盐浓缩的流出物(39)。
进料流(14)可包括酸性矿山排水。酸性矿山排水的一个实例具有：约3-约4的pH，至少约500 ppm的Ca+2，至少约2400 ppm的SO4 -2，至少约5 ppm的铁离子，至少约6 ppm的锰离子，至少约13 ppm的铝离子，至少约0.4 ppm的锌离子。
在本公开的上下文中，将化学剂或组合物加入进料或输入流中导致经处理的含有显著浓度的化学剂或组合物的进料或输入流。例如，表述“用50 ppm的化合物X处理”和“加入50 ppm化合物X”指加入足够量的化合物X，以在经处理的输入流中产生50 ppm的化合物X。类似地，表述“用100 ppm的化合物Y投料”和“100 ppm剂量的化合物Y”指加入足够量的化合物Y，以在经处理的输入流中产生100 ppm的化合物Y。
预处理阶段。预处理阶段(12)可包括带有沉淀区(或者称为反应器)和固-液分离区(例如澄清器)的沉淀单元。固体沉淀于反应器中并在固-液分离区中与液体分开。
可用于预处理阶段(12)的沉淀单元的合适沉淀装置是美国专利申请公布号US 2011/0114567 A1中所示的沉淀装置，该专利申请通过引用结合到本文中。另一个合适的沉淀单元是可从GE Water & Process Technologies获得的AquaSelTM系统的盐水浓缩单元。在美国专利申请公布号US 2011/0114567 A1中所示的沉淀装置在下文更详细地进行讨论。
一个示例性预处理阶段(12)说明于图2中。预处理阶段(12)从进料流(14)除去金属离子以减少在膜基纯化单元中的结垢。预处理阶段(12)包括：反应器/澄清器(40)，配置为产生澄清流(42)和淤泥流(44)，其包括沉淀的、凝结的和/或絮凝的产物；以及与澄清器(40)流体连通以接收淤泥流(44)的过滤单元(46)。淤泥流(44)可对应于来自预处理阶段(12)的浓缩的排放流(24)，如果预处理单元缺乏过滤单元(46)。
过滤单元(46)优选地配置为使滤液(48)循环至澄清器(38)，导致用碱(16)、氧化剂(18)和任选的另外的预处理化学剂(20)处理滤液(48)。优选地，至少90%的滤液(48)被再循环回到澄清器(38)。
过滤单元(46)，其优选是脱水单元，也产生过滤排放流(50)，其包括固体物类。取决于原料进料的化学组成，固体物类可包括固体或溶解的Fe、Mn、Al、Ca、Mg和/或其SO4或CO3盐。过滤排放流(50)可对应于来自预处理阶段(12)的浓缩的排放流(24)。
预处理阶段(12)也可包括：超滤单元(52)，其与澄清器(40)流体连通以接收澄清流(42)，并配置为产生预处理的液体滤液(54)和截留物(55)。在包括超滤单元的预处理单元中，预处理的液体滤液(54)可对应于由预处理阶段(12)产生的硫酸根和金属离子减少的流出物流(22)。在不包括超滤单元的预处理单元中，澄清流(42)可对应于由预处理阶段(12)产生的硫酸根和金属离子减少的流出物流(22)。
如上所讨论的，预处理阶段(12)配置为接收进料流(14)、碱(16)和氧化剂(18)，以及任选的另外的至少一种预处理化学剂(20)。
碱(16)可以是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石，优选加入以产生约50-约1000 ppm碱。或者，碱(16)可以是另一种碱，例如苛性钠。氧化剂(18)可以是次氯酸钠、氯气、ClO2、KMnO4、过氧化氢或它们的任何组合。优选地，氧化剂是次氯酸钠，更优选加入以产生约50-约200 ppm的次氯酸钠。
进料流(14)可用一种或多种另外的预处理化学剂(20)另外地处理，进一步降低硫酸根和/或其它金属离子的水平。例如，进料流(14)可用改善去除重金属、絮凝剂、凝结剂或其任何组合的聚合物来进一步处理。可以优选在加入碱和氧化剂之后加入凝结剂、絮凝剂或二者。
絮凝剂可以是例如：阴离子聚合物，例如AP 1120 (得自GE Water & Process Technologies, Trevose, PA的产品)；阳离子絮凝剂，例如CE2666；丹宁酸基絮凝剂；壳聚糖基絮凝剂；或者非聚合的絮凝剂，例如FeCl3。阴离子聚合物，例如AP 1120，可以约3 ppm的浓度使用。阳离子絮凝剂，例如CE2666，可以约3 ppm的浓度使用。
用于改善去除重金属的聚合物可以是使用含硫官能基团以使重金属沉淀的阴离子聚合物。这样的阴离子聚合物的一个实例是水溶性的、分支的、聚合的二硫代氨基甲酸盐。
这样的聚合二硫代氨基甲酸盐的实例包括MetClearTM 2405和MetClearTM 2410，由BetzDearborn Research and Development开发。其它示例性聚合物在1995年11月1日提交的美国专利号5,658,487中有讨论。MetClearTM 2405优先沉淀重金属，例如镉、铬、铜、铅、汞、镍和锌。其对于沉淀铝、钴、铁、锰、银、锡和钒也是有效的。优选加入MetclearTM 2450以产生约1-约5 ppm的MetclearTM 2405。
MetclearTM 2405是在美国专利号5,658,487描述的水溶性的、分支的、聚合的二硫代氨基甲酸盐(DTC)，该专利申请通过引用结合到本文中。在美国专利号5,658,487中描述的水溶性的、分支的、聚合的二硫代氨基甲酸盐具有下式：
其中R1独立地为有机基团或
其中R4独立地为有机基团且x=1-5；R2独立地是-H或-CS2R5，R5独立地是H或者阳离子；R3是N或者被取代的有机基团；Z独立地是N-R2、O或S；n的总和是大于10的整数；且m为大于2的整数。
在此类聚二硫代氨基甲酸盐的优选实例中，R1是乙烯基，n的总和是大于10的整数，m=3，R3 =N，>50%的R2是-CS2R5，R5是碱金属且Z是N-R2。
在此类聚二硫代氨基甲酸盐的特别优选的实例中，R1是乙烯基，n的总和大于25，m=3，R3 =N，>50%的R2是-CS2R5，R5是碱金属且Z是N-R2。
在此类聚二硫代氨基甲酸盐的另一个特别优选的实例中，R1是乙烯基，n的总和大于25，m=3，R3 =N，>79%的R2是-CS2R5，R5是碱金属且Z是N-R2。
MetclearTM 2405是通过聚[乙烯亚胺] (PEI)与二硫化碳(CS2)在碱的存在下反应而制备的DTC聚合物，具有80% CS2官能化和约170,000的分子量。
预处理可作为两-阶段过程操作。在两-阶段过程中，在2个步骤中加入所需剂量的处理化学剂。例如，在第一阶段或者第一澄清器中加入50 ppm的石灰石，50 ppm的次氯酸钠和2 ppm的MetclearTM 2405，和在第二阶段或者第二澄清器中加入350 ppm的石灰石和50 ppm的次氯酸钠。在加入石灰和次氯酸钠后，优选地加入在第一阶段中加入的MetclearTM 2405。在第二阶段或第二澄清器中也可加入MetclearTM 2405。在2个阶段加入处理化学剂，与在单一阶段中加入它们相比，导致更碱性的预处理过程，这可帮助例如Al、Mn和Fe盐的沉淀。
另外的预处理化学剂可具有多种功能。例如，FeCl3可用作絮凝剂、pH控制剂、用于溶解的金属和类金属的沉淀催化剂，或其任何组合。FeCl3有助于沉淀溶解的金属和类金属(如砷)。
要使用的预处理化学剂的组合和剂量取决于待处理的输入流的组成，并可通过测试输入流确定。
例如，在含有二氧化硅以及铁、锰、铝、钙和镁离子的输入流中，可期望使用含有MetclearTM 2405和白云石的组合物或氧化剂。MetclearTM 2405有效地除去铁、锰和铝离子，但不能有效地去除钙和镁。白云石有效地除去二氧化硅以及钙和镁离子，但不能显著地除去铁、锰或铝离子。
当输入流是酸性矿山排水时，用碱和氧化剂预处理输入流以除去足够的硫酸根、钙、Mn、Al和Fe离子，以使排放物可接受用于进料到脱盐单元，例如送入反渗透单元，或者纳滤单元。用于反渗透或纳滤给水的可接受水平的Fe、Al和Mn可以分别是例如：少于约100 ppb，少于约100 ppb，和少于约50 ppb。特殊的膜可具有不同的给水容差，可能高达例如以上给出的值的150%或200%。
测试预处理组合物降低酸性矿山排水样品中的金属离子(其包括540 ppm的Ca离子；2400 ppm的SO4离子；74 ppm的Na离子；250 ppm的Mg离子；7 ppm的Mn离子；16 ppm的Al离子；21 ppm的Fe离子；3500 ppm的总溶解固体；和3.5的pH)的量的能力，表明400 ppm或以上的剂量的石灰石有效地除去Fe和Al。随着石灰石的浓度增加至1000 ppm石灰石，观察到Fe和Al离子的增加去除，但石灰石即使在高达5000 ppm的剂量也不能有效除去Mn。
加入50-100 ppm的次氯酸钠(hypo)至800或者100 ppm石灰石，提供几乎完全的Mn去除，但超过150 ppm的次氯酸钠显示降低的Al去除。约400-1000 ppm的石灰石和50-150 ppm的次氯酸钠的合并剂量提供用于从酸性矿山排水除去Fe、Al和Mn的优选组合物。含有200-400 ppm白云石，或100 ppm熟石灰的组合物，产生类似于含有400 ppm石灰石的组合物的结果。用这些组合物处理酸性矿山排水导致流出物可接受用于进料到脱盐单元。
例如，用含有800 ppm石灰石和100 ppm次氯酸钠的组合物处理，导致具有约100 ppb Fe、约90 ppb Al和约20 ppb Mn的流出物。这显示在图3中。
尽管测试了次氯酸钠，本发明人期望可使用其它氧化剂。氧化剂可以是，例如，次氯酸钠、氯气、ClO2、KMnO4、过氧化氢，或其任何组合。
测试预处理组合物除去酸性矿山排水样品的金属离子的能力表明，加入2 ppm的MetclearTM 2405允许减少约25%石灰石的量，用于满足100 ppb Fe、100 ppb Al和50 ppb Mn的目标浓度。这些结果示于图4A中。
一种2阶段过程，其中所有的MetclearTM 2405，少于25%的石灰石，和约一半的次氯酸钠用于第一阶段，余量用于第二阶段，允许进一步减少石灰石用量(至400 ppm)以满足Mn和Fe (但不满足Al)的目标浓度。在第一阶段加入的MetclearTM 2405在加入石灰和次氯酸钠后加入。这些结果示于图4B中，其中样品I-VI在2个阶段中测试。
样品I对应于以下剂量：在第一阶段中，75 ppm石灰石，0 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405；和在第二阶段中，325 ppm石灰石，100 ppm次氯酸钠和0 ppm MetclearTM 2405。pH是7.89。
样品II对应于以下剂量：在第一阶段中，75 ppm石灰石，50 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405；和在第二阶段中，325 ppm石灰石，50 ppm的次氯酸钠和0 ppm MetclearTM 2405。pH是7.98。
样品III对应于以下剂量：在第一阶段中，75 ppm石灰石，100 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405；和在第二阶段中，325 ppm石灰石，0 ppm的次氯酸钠和0 ppm MetclearTM 2405。pH是8.01。
样品IV对应于以下剂量：在第一阶段中，50 ppm石灰石，0 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405；和在第二阶段中，350 ppm石灰石，100 ppm的次氯酸钠和0 ppm MetclearTM 2405。pH是7.78。
样品V对应于以下剂量：在第一阶段中，50 ppm石灰石，50 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405；和在第二阶段中，350 ppm石灰石，50 ppm的次氯酸钠和0 ppm MetclearTM 2405。pH是7.85。
样品VI对应于以下剂量：在第一阶段中，50 ppm石灰石，100 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405；和在第二阶段中，350 ppm石灰石，0 ppm的次氯酸钠和0 ppm MetclearTM 2405。pH是7.98。
除了400 ppm石灰石、100 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405外，还加入约20-200 ppm的壳聚糖，进一步减少所有3种金属离子的浓度。这些结果示于下表1中。
表1
处理 Al (ppb) Fe (ppb) Mn (ppb)
未处理的酸性矿山排水 16500 20800 7120
用碱组合物处理的酸性矿山排水(400 ppm石灰石+ 100 ppm次氯酸钠+ 2 ppm MetClearTM 2405) 164.4 41.02 28.68
用碱组合物处理的酸性矿山排水+ 10 ppm丹宁酸 232.9 386.7 97.3
用碱组合物处理的酸性矿山排水+ 100 ppm丹宁酸 48.7 67 3320.4
用碱组合物处理的酸性矿山排水+ 10 ppm壳聚糖 162.0 127.6 30.7
用碱组合物处理的酸性矿山排水+ 100 ppm壳聚糖 126.4 95.1 20.6
除了400 ppm石灰石、100 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405外，还加入50 ppm的FeCl3，降低Al离子浓度，伴有可接受的Fe浓度的增加。这些结果示于图4C中，其中样品I对应于投料400 ppm石灰石、100 ppm次氯酸钠和2 ppm MetclearTM 2405的酸性矿山排水；样品II对应于投料400 ppm石灰石、100 ppm次氯酸钠、2 ppm MetclearTM 2405和50 ppm FeCl3的酸性矿山排水；和样品III对应于投料400 ppm石灰石、100 ppm的次氯酸钠、2 ppm MetclearTM 2405和100 ppm FeCl3的酸性矿山排水。产生具有400 ppm石灰石、100 ppm次氯酸钠、2 ppm MetclearTM 2405和50 ppm FeCl3的输入流的处理减少Fe、Al和Mn至低于对反渗透给水期望的水平。
鉴于上述结果，并考虑到不同的酸性矿山排水可具有不同水平的金属离子，加入优选的预处理组合物以产生经处理的输入流，其具有：碱，例如约100-1000 ppm的量的石灰、石灰石或白云石；氧化剂，例如约50-200 ppm的量的次氯酸钠；和约1-5 ppm的量的MetclearTM 2405。约20-200 ppm的量的壳聚糖也是有益的，但不是必需的，如果期望额外减少Al、Mn和Fe的浓度。也可加入FeCl3以产生具有约25-75 ppm FeCl3的输入流。
在某些实例中，优选使用石灰石(800 ppm)和次氯酸盐(100 ppm)的组合。在其它实例中，优选使用石灰石(600 ppm)、次氯酸盐(100 ppm)和MetclearTM 2405 (2 ppm)。在其它实例中，优选使用石灰石(400 ppm)、次氯酸盐(100 ppm)、MetclearTM 2405 (2 ppm)和FeCl3 (50 ppm)。在其它实例中，优选使用白云石(400 ppm)、次氯酸盐(100 ppm)和MetclearTM 2405 (2 ppm)。在其它实例中，优选使用石灰石(400 ppm)、次氯酸盐(100 ppm)、MetclearTM 2405 (2 ppm)和壳聚糖 (100 ppm)。在其它实例中，优选使用也称为氢氧化钙的熟石灰(100 ppm)、次氯酸盐(100 ppm)和MetclearTM 2405 (2 ppm)。这些组合用具有约20 ppm铁离子、7 ppm锰离子和16 ppm铝离子的煤矿排水成功地进行了试验。
使用预处理化学剂的优选组合对某些进料流是有利的，因为可在单一步骤中除去至少铁、锰和铝的很大一部分，否则这将是困难的，因为这些金属在不同的pH范围内沉淀。例如，铁在约3.5沉淀，锰在10以上沉淀，和铝在约6-9沉淀。使用优选的组合减少单一步骤溶解金属的水平。
沉淀单元。如上所讨论的，在预处理阶段(12)的下游，第二纯化阶段(28)和任选的第三纯化阶段(30)包括膜基纯化单元(32’和32’’)上游的沉淀单元(34’和34’’)。沉淀单元(34’和34’’)将淤泥与澄清流出物分离。类似于预处理阶段(12)中的沉淀单元，所述沉淀单元(34’和34’’)可包括沉淀区和固-液分离区。
沉淀单元(34’和34’’)可具有带有中空圆柱形的上部和圆锥形的下部。或者，沉淀单元(34’和34’’)可具有其它形状，例如圆柱形或矩形形状。在非限制性实例中，沉淀单元(34’和34’’)上部的一部分可用作有利于从液体流出物分离颗粒沉淀的固-液分离空间。在操作期间，可提供流出物或从沉淀单元(34’和34’’)固-液分离空间的上部提取。在其它实例中，可以限定或可以不限定固-液分离空间。
在某些实例中，直径大于特定直径的颗粒沉淀可保持在沉淀单元(34’和34’’)的限定区域内或沉降在沉淀单元(34’和34’’)的下部。直径小于特定直径的其它颗粒沉淀可分散于液体流出物中。
可用于沉淀单元(34’和34’’)的合适的沉淀装置是在美国专利申请公布号US 2011/0114567 A1中所示的沉淀装置。另一个合适的沉淀装置是可从GE Water & Process Technologies获得的AquaSelTM系统的盐水浓缩单元。
US 2011/0114567的图1中描述的沉淀装置与在图5中所示沉淀装置(56)相同。沉淀装置(56)包括设置在容器(60)内的沉淀元件(58)，而且其配置为限定沉淀区(62)和沉淀元件(58)和容器(60)之间的固-液分离区(64)。沉淀区(64)配置为接收盐水液体(66)的第一流和来自盐水液体的沉淀固体(未示出)。固-液分离区(64)配置为通过重力来沉降固体。出口(68)位于容器的上部(70)并配置为使盐度比第一流更低的液体的第二流(72)从固-液分离区(64)退出。
液体的第二流(72)的盐度受许多因素例如沉淀装置(56)构造的影响。沉淀元件(58)和容器(60)上部(70)具有中空圆柱形状。沉淀元件(58)包括与容器(60)连通的下开口(74)。此外，可提供或可不提供与沉淀元件(58)的下开口(74)连通的上开口(76)来与容器(60)连通。在某些示例性沉淀单元中，固-液分离区的每单位横截面积的流速是每分钟每平方英尺横截面积约0.12-约0.48加仑(gpm/ft2)，或每秒每平方米横截面积约8.2×10−5-约3.3×10−4立方米(米/秒)。容器(60)上部(70)的直径D与沉淀元件(58)的直径D1的比率为约1.5-约2.8，或优选地约1.6-约2.2。在一个特别的示例性沉淀装置中，容器(60)下部为具有约60-约120度的锥角α的圆锥形。容器(60)的高度H与直径D的比率不少于0.2。
在某些非限制性实例中，容器(60)可具有其它形状，例如整个圆柱状。类似地，沉淀元件(58)也可包括其它形状，例如圆锥形状。
对于图5中所示的沉淀装置(56)，提供约束元件(78)以限定约束区(80)，其至少一部分设置在沉淀区(62)内并与沉淀区(62)和固-液分离区(64)连通。作为一个实例，约束元件(78)可包括2个开口端和具有均匀直径的中空圆柱形。
示例性水处理系统A。图6说明水处理系统的实例，其在预处理单元的下游包括3个连续的关于浓缩流或浓缩阶段的纯化阶段，第一和第二纯化阶段是基于纳滤的纯化阶段，而第三纯化阶段是基于纳滤或者基于反渗透的纯化阶段。
水处理系统(110)包括预处理单元(112)、基于纳滤的纯化单元(114, 116)和可以是纳滤单元或者反渗透单元的膜基纯化单元(118)。
水处理系统包括配置为将进料流沉淀到第二和第三纯化单元(116, 118)的2个沉淀单元(120, 122)。
处理系统(110)接受输入流(126)至预处理单元(112)。预处理单元(112)用如上所讨论的碱(128)、氧化剂(130)和任选的另外的预处理化学剂(132)处理输入流(126)。
预处理单元(112)包括澄清器(134)和超滤单元(136)。由澄清器(134)产生的淤泥流(138)通过任选的脱水单元(140)过滤，并将一部分滤液(142)再循环回到输入流(126)中，导致用碱(128)、氧化剂(130)和任选的另外的预处理化学剂(132)处理滤液(142)。优选地，至少90%的滤液(142)被再循环回到进料流(126)。
预处理阶段(112)也包括与澄清器(134)流体连通的的超滤单元(136)。酸，例如硫酸，可加入到澄清的流出物中。加入酸降低pH并减少在超滤单元(136)的滤膜上的结垢。超滤单元(136)产生用于第一基于纳滤的纯化单元(114)的进料和截留物(143)。截留物(143)可经过滤除去微粒杂质，而滤液可以再循环至进料(126)中。第一基于纳滤的纯化单元(114)产生滤液(146)和盐浓缩的流出物(148)。
在第一基于纳滤的纯化单元(114)中的纳滤膜元件具有排斥多价阴离子的能力，并取决于形状和尺寸排斥阳离子。可用于依据本公开的过滤系统的纳滤膜可排斥多达90%的二价离子(例如排斥99%的硫酸根、钙和镁)，同时允许至少50%的一价离子(例如多达70-80%的钠、钾和氯化物)通过膜，由此减少纳滤膜下游的垢形成。
将纳滤膜而不是反渗透膜用于第一纯化单元，因为纳滤膜排斥多价离子，同时使渗透物流中的一价离子通过。这导致产物流(146)的盐度稍有增加和浓缩流(148)中难溶性多价盐的积聚，难溶性多价盐可在随后的沉淀单元中除去。这减少了处理系统中一价离子的浓度并允许处理系统将较大部分溶质再循环回到脱盐系统。与仅使用反渗透纯化阶段的处理系统相比，使溶质再循环回到脱盐系统增加了回收率。也可以优选纳滤元件，因为它们以比RO元件更低的压力操作，导致能量需求减少。
可使用本领域已知的纳滤膜。在特定实例中，具有至少90%的多价离子排斥率和最多50%的一价离子排斥率的膜是优选的。
示例性纳滤膜元件对于不带电荷的有机分子可具有约150-约300道尔顿的分子量截止值。二价和多价离子被这样的膜元件排斥将取决于进料浓度和组成。示例性纳滤膜元件可在约70-约300 psi，或甚至高达约600 psi下操作。纳滤膜元件可以每平方英尺膜每天约10-约20加仑(GFD)的通量操作。示例性纳滤膜元件可在约3.0-约9.0的pH下操作。这样的纳滤膜元件的具体实例包括由GE Water & Process Technologies以型号HL8040F-400生产的那些，其具有约37.2 m2的有效面积和约43.5 m3/天的平均渗透流量(当用2000 ppm MgSO4于100 psig测试时)；以及按SeasoftTM 8040销售的那些。
用碱(128’)处理浓缩流(148)以帮助沉淀物的形成，例如从水中沉淀出的不溶性金属氢氧化物。加入足够的碱以升高pH到至少约7.0，并优选7.5-8.5。经处理的浓缩物由沉淀单元(120)的澄清器(150)接受。碱(128’)可以是石灰(如生石灰、熟石灰或石灰石)或另一种碱(例如：碳酸钙镁，或“白云石”；或苛性钠)。碱(128’)可以与预处理单元(112)所用的碱(128)相同或不同。在沉淀单元(120)中，碱(128’)优选为熟石灰(氢氧化钙)。也可加入另外的化学剂以帮助固体形成。
澄清器(150)产生淤泥流(138’)，其通过任选的脱水单元(140’)过滤且部分滤液(142’)被再循环回到输入流(126)，导致用碱(128)、氧化剂(130)和任选的另外的预处理化学剂(132)处理滤液(142’)。优选地，至少90%的滤液(142’)被再循环回到进料流(126)。
澄清的流出物优选地用酸(未示出)处理以降低pH和减少在超滤单元(152)的滤膜和第二基于纳滤的纯化单元(116)的滤膜中的结垢。
澄清的流出物通过超滤单元(152)过滤，产生过滤的流出物(未示出)和截留物(143’)。可过滤截留物(143’)以除去微粒杂质，而滤液可以再循环至进料(126)中或至沉淀单元(120)。经来自超滤单元(152)的过滤的流出物通过第二纯化单元(116)过滤，以产生滤液(146’)和盐浓缩的流出物(148’)。优选地，将浓缩的流出物(148’)的一部分，例如流出物(148’)的至少80%，和优选90%，再循环回到沉淀单元(120)并用碱(128’)再次处理。将一部分流出物(148’)再循环回到沉淀单元(120)增加了水处理系统的总回收率，因为用碱(128’)额外处理流出物(148’)。
浓缩流出物(148’)的余量用碱(128’’)处理，并通过沉淀单元(122)的澄清器(156)接受。加入足够的碱以升高pH到至少约7.0，且优选7.5-8.5。碱(128’’)可以是石灰(如生石灰、熟石灰或石灰石)或另一种碱(例如：碳酸钙镁，或“白云石”；或苛性钠)。碱(128’’)可以与其它碱(128, 128’)相同或不同。在沉淀单元(122)中，碱(128’’)优选地是熟石灰(氢氧化钙)。也可加入另外的化学剂以帮助固体形成。
澄清器(156)产生淤泥流(138’’)，其通过任选的脱水单元(140’’)过滤，而一部分滤液(142’’)被再循环回到输入流(126)，导致用碱(128)、氧化剂(130)和任选的另外的预处理化学剂(132)处理滤液(142’’)。优选地，至少90%的滤液(142’’)被再循环回到进料流(126)。
澄清的流出物优选地用酸(未示出)处理，以降低pH和减少在超滤单元(158)的滤膜和第三膜基纯化单元(118)的滤膜中的结垢。如上所述，第三膜基纯化单元(118)可以是基于纳滤的纯化单元或者基于反渗透的纯化单元。如果使用基于反渗透的纯化单元，纯化膜优选地适合于海水的反渗透，因为澄清的流出物的盐度可高于25,000 ppm。
澄清的流出物通过超滤单元(158)过滤以产生过滤的流出物(未示出)和截留物(143’’)。可过滤截留物(143’’)以除去微粒杂质，而滤液可以再循环至进料(126)中或至沉淀单元(122)。将来自超滤单元(158)的过滤的流出物通过第三纯化单元(118)过滤，以产生滤液(146’’)和盐浓缩的流出物(148’’)。优选地，将浓缩的流出物(148’’)的一部分，例如流出物(148’’)的至少80%和优选90%，再循环回到沉淀单元(122)并用碱(128’’)再次处理。使一部分流出物(148’’)再循环回到沉淀单元(122)增加了水处理系统的总回收率，因为用碱(128’’)额外处理流出物(148’’)。浓缩的流出物(148’’)的余量作为盐水输出流(160)从处理系统排放。
澄清器(134、150、156)优选为如上参照图5所讨论的沉淀装置。
任选的脱水单元(140、140’、140’’)产生过滤排放流(144、144’、144’’)，其包括固体物类。脱水单元(140、140’、140’’)可包括压滤机，而由此产生的过滤排放流(144、144’、144’’)可以是石膏饼。石膏饼可作为产品销售。
脱水单元(140、140’、140’’)可以是接受一或多个排放流(138、138’、138’’)的单一脱水单元，或可以是各自接受一个或多个排放流(138、138’、138’’)的多个脱水单元。虽然图6说明了所有的再循环至第一澄清器的输入流(126)的压榨物(pressate)流(142、142’、142’’)，但来自脱水单元的压榨物流(142、142’、142’’)可以再循环至任何澄清器(134、150、156)的输入流中，这取决于所述流的盐载荷。为了简单和降低成本，压榨物流(142、142’、142’’)被再循环至输入流(126)。然而，系统的回收率可通过将压榨物流(142、142’、142’’)单独地再循环至澄清器(134、150、156)的输入流中而增加。
来自3个膜基纯化单元(114、116和118)的产物流(146、146’、146’’)可作为单一产物流(162)混合和传送，或可保持分开。
第三膜基纯化单元(118)可包括反渗透单元，但优选地包括纳滤单元。第三膜基纯化单元(118)产生盐水输出流(148’’)，其包括已通过膜基纯化单元(114、116、118)浓缩但尚未通过预处理单元(112)或沉淀单元(120、122)除去的任何盐产物。
当排放要求需要总溶解固体的水平低时，例如少于约500 ppm，在第三膜基纯化单元中包括反渗透单元的系统优于在第三膜基纯化单元中包括纳滤单元的系统。
当排放要求不需要总溶解固体的水平低，但代之以严格地控制硫酸根水平时，在第三膜基纯化单元中包括纳滤单元的系统优于在第三膜基纯化单元中包括反渗透单元的系统。其中可使用NF单元，它将减少能耗且较不易结垢。
水处理系统(110)可回收超过99%的来自进料流(126)的水，甚至含有高达约10%的总TDS的高浓度一价离子。基于纳滤的纯化单元的使用减少系统中一价离子的积聚和减少盐水的产生，由此降低盐水处置成本。
水处理系统(110)，其中第三膜基纯化单元(118)是经数学模拟的基于纳滤的纯化单元(“3-NF”系统)。在该模型中的进料流表示具有总溶解固体(TDS)约3300 ppm和pH约3.5的酸性矿山排水。进料流富含钙(512 ppm)和硫酸根离子(约2400 ppm)，但硫酸根和钙离子的浓度基本上不相等。硫酸根浓度超过钙浓度的两倍，和甚至超过钙浓度的4倍。重要的金属离子包括铁(5.66 ppm)、锰(6.44 ppm)、铝(13.35 ppm)和锌(0.42 ppm)。进料流也包括钠(66 ppm)、钾(14.6 ppm)和氯化物(22 ppm)。
进料流用100 ppm石灰、100 ppm次氯酸钠, 5 ppm的MetClearTM 2405和足量的凝结剂和絮凝剂的混合物预处理。沉淀单元(120、122)用熟石灰处理至100 ppm。
酸，如硫酸，被加入到至超滤单元(136、152、158)的进料中。使压榨物流(142、142’、142’’)再循环至输入流(126)中。模型系统中的沉淀单元是在美国专利申请公布号US 2011/0114567和图5中所示的沉淀装置。
其中所有3个基于纳滤的纯化单元(114、116、118)被基于反渗透的纯化单元代替的系统也使用相同的起始参数模型化(“3-RO”系统)。
数学模型得到以下的流性质：
3-NF 系统 3-RO 系统
产物水(162)的TDS 440 57
产物水(162)的钙(ppm) 35 4
产物水(162)的镁(ppm) 14 2
产物水(162)的硫酸根(ppm) 240 35
产物水(162)的回收率(%) 99.9 99.5
盐水流量(160) (m3/hr) 30 150
固体产量(144、144’、144’’) (吨/d) 155 160
尽管两个模型化系统的资本支出是相似的，3-NF系统的年运行成本降低，主要是由于更低的盐水处置成本和电力成本。
示例性水处理系统B。图7说明一个水处理系统的实例，其在预处理单元的下游包括按浓缩流方向3个连续的基于反渗透的纯化阶段，第一纯化阶段配置为加入足够的酸以降低经过反渗透单元的进料流的pH至其中金属盐基本溶于进料水的酸浓度。进料流的pH优选地减少至低于约pH 3.0。
水处理系统(210)包括预处理单元(212)、3个基于反渗透的纯化单元(214、216、218)。水处理系统包括配置为从通向第二和第三纯化单元(216、218)的进料流沉淀固体的2个沉淀单元(220, 222)。
处理系统(210)接受通向预处理单元(212)的输入流(226)。预处理单元(212) 任选地用如上所讨论的碱(228)、氧化剂(230)和任选的另外的预处理化学剂(232)处理输入流(226)。然而，由于澄清器(234)流出物将被酸化，降低金属的浓度至前述的极低水平是不必要的。低pH将保留至少一些金属在溶液中以抑制下游的膜污染。可完全不加入碱(228)、氧化剂(230)和预处理化学剂(232)，或可仅添加其中的一些，或可添加它们中的一些或全部，但以减少的剂量添加。
预处理单元(212)包括澄清器(234)和超滤单元(236)。由澄清器(234)产生的淤泥流(238)通过任选的脱水单元(240)过滤且一部分滤液(242)被再循环回到输入流(226)，导致用碱(228)、氧化剂(230)和任选的另外的预处理化学剂(232)处理滤液(242)。优选地，至少90%的滤液(242)被再循环回到进料流(226)。
预处理阶段(212)也包括与澄清器(234)流体连通的超滤单元(236)。酸，如硫酸，可加入到澄清的流出物中。加入酸降低pH和减少在超滤单元(236)的滤膜中的结垢。超滤单元(236)产生用于第一基于反渗透的纯化单元(214)的进料和截留物(243)。
用于第一基于反渗透的纯化单元(214)的进料，或用于超滤单元(236)的进料，以足够的酸例如硫酸处理，以降低pH至低于约3.0。优选地，将在低于约3.0的pH有效的阻垢剂加入到超滤单元(236)的进料中或至反渗透纯化单元(214)的进料中。这样的阻垢剂的实例包括：六偏磷酸钠(SHMP)和MDC 776。
具有低于约3.0的pH和优选地包含阻垢剂的输入流，具有增加的金属盐溶解度和减少的在超滤膜和/或第一纯化阶段的纯化膜中结垢的能力。
在第一基于反渗透的纯化单元(214)中，使用适合低于约3.0的pH的纯化膜是合乎需要的。可使用的示例性反渗透膜包括DuraslickTM膜，其被设计为在低至1的pH下操作。示例性Duraslick膜包括Duraslick RO8040，当用2000 ppm MgSO4溶液于110 psi测试时，其具有33 m2的有效面积和32.6 m3/天的平均渗透流量。
第一纯化单元(214)产生滤液(246)和盐浓缩的流出物(248)。浓缩的流出物(248)用足够的碱(228’)处理以中和先前加入的酸，并帮助形成沉淀物，例如从水中沉淀出的不溶性金属氢氧化物。加入足够的碱以升高pH到至少约7.0，并优选7.5-8.5。碱(228’)可以是石灰(如生石灰、熟石灰或石灰石)或另一种碱(例如：碳酸钙镁，或“白云石”；或苛性钠)。碱(228’)可以与用于预处理单元(212)的碱(228)相同或不同。在沉淀单元(220)中，碱(228’)优选为熟石灰(氢氧化钙)。也可加入另外的化学剂以帮助固体形成。
经处理的流出物由沉淀单元(220)的澄清器(250)接受。澄清器(250)产生淤泥流(238’)，其通过任选的脱水单元(240’)过滤且一部分滤液(242’)被再循环回到澄清器(250)的进料中，导致用碱(228’)处理渗透物(242’)。优选地，至少90%的滤液(242’)被再循环回到澄清器(250)。在与优选相同的阶段中再循环澄清器，因为pH在各阶段之间变化。
澄清的流出物优选地用酸(未示出)处理以降低pH和减少在超滤单元(252)的滤膜和第二基于纳滤的纯化单元(216)的滤膜中的结垢。在这种情况下通常使用酸以使pH稍有下降，但不能降低pH至低于3.0。
用超滤单元(252)处理澄清的流出物产生截留物(243’)和过滤的流出物。来自超滤单元(252)的经过滤的流出物通过第二纯化单元(216)过滤，产生渗透物(246’)和盐浓缩的流出物(248’)。如果需要更高的回收率，一部分盐浓缩的流出物(248’)可被再循环回到沉淀单元(250)，但这样的再循环增加在泄料中TDS的浓度，提高操作压力，和增加结垢。
浓缩的流出物(248’)用碱(228’’)处理，并由沉淀单元(222)的澄清器(256)接受。加入足够的碱以升高pH到至少约7.0，并优选7.5-8.5。碱(228’’)可以是石灰(如生石灰、熟石灰或石灰石)或另一种碱(例如：碳酸钙镁，或“白云石”；或苛性钠)。碱(228’’)可以与其它碱(228, 228’)相同或不同。在沉淀单元(222)中，碱(228’’)优选是熟石灰(氢氧化钙)。也可加入另外的化学剂以帮助固体形成。
澄清器(256)产生淤泥流(238’’)，其通过任选的脱水单元(240’’)过滤且一部分滤液(242’’)被再循环回到沉淀单元(222)的输入流，导致用碱(228’’)处理滤液(242’’)。优选地，至少90%的滤液(242’’)被再循环回到沉淀单元(222)。
澄清的流出物优选地用酸(未示出)处理，以降低pH和减少在超滤单元(258)的滤膜和第三基于反渗透的纯化单元(218)的滤膜中的结垢。
用超滤单元(252)处理澄清的流出物产生截留物(243’’)和过滤的流出物。来自超滤单元(258)的经过滤的流出物通过第三纯化单元(218)过滤以产生渗透物(246’’)和盐浓缩的流出物(248’’)。浓缩的流出物(248’’)可作为盐水输出流(260)从处理系统排放。如果需要更高的回收率，一部分盐浓缩的流出物(248’’)可被再循环回到沉淀单元(256)，但这样的再循环增加在泄料中的TDS的浓度，提高操作压力，和增加结垢。
澄清器(234、250、256)优选是如上参照图5所讨论的沉淀装置。
任选的脱水单元(240、240’、240’’)产生过滤排放流(244、244’、244’’)，其包括固体物类。脱水单元(240、240’、240’’)可包括压滤机且由此产生的过滤排放流(244、244’、244’’)可以是石膏饼。石膏饼可作为产品销售。
脱水单元可以是接受一个或多个排放流(238、238’、238’’)单一脱水单元，或可以是各自接受一个或多个排放流(238、238’、238’’)的多个脱水单元(240、240’、240’’)。来自脱水单元的压榨物流(242、242’、242’’)可以再循环至任何的澄清器(234、250、256)，这取决于所述流的盐载荷。如所说明的，压榨物流(242、242’、242’’)各自再循环至相应纯化阶段的澄清器。为了简单和降低成本，压榨物流(242、242’、242’’)可以再循环至输入流(226)。然而，系统的回收率可通过将压榨物流(242、242’、242’’)单独地再循环至相应纯化阶段的输入流而增加。
来自3个基于反渗透的纯化单元(214、216和218)的产物流(246、246’、246’’)可作为单一产物流(262)混合和传送，或可保持分开。可将中和剂(未示出)加入到产物流(246、246’、246’’)中以便例如调整产物的pH。
图7中说明的示例性系统包括3个基于反渗透的纯化阶段，其提供超过90%的产物流(262)回收率。在酸性条件下，如在低于约3.0的pH下操作第一纯化阶段，减少在第一纯化阶段中垢的形成并减少与碱(例如石灰)消耗有关的成本。在第二和第三阶段中用碱处理增加了金属和硫酸盐的沉淀。
示例性水处理系统C。图8说明了一个水处理系统的实例，其在预处理单元的下游包括：基于纳滤的纯化阶段和一个连续的为了处理NF浓缩物的基于反渗透的纯化阶段。基于反渗透的纯化阶段包括反渗透单元上游的沉淀单元，并配置为将来自反渗透单元的一部分盐-浓缩流出物再循环到沉淀单元。
尽管图8说明了一个基于反渗透的纯化阶段，但水处理系统可包括第二基于反渗透的纯化阶段，其可具有与第一基于反渗透的纯化阶段相同的配置。第二基于反渗透的纯化阶段将配置为接受来自第一基于反渗透的纯化阶段的盐浓缩的流出物(360)。在这种情况下，RO排斥再循环率可任选地减少。
图8说明的水处理系统(310)包括预处理单元(312)、基于纳滤的纯化单元(314)和基于反渗透的纯化单元(316)。
水处理系统包括配置为使通向第二纯化单元(316)的进料流沉淀的沉淀单元(320)。
处理系统(310)接受通向预处理单元(312)的输入流(326)。预处理单元(312)用如上所讨论的碱(328)、氧化剂(330)和任选的另外的预处理化学剂(332)处理输入流(326)。
预处理单元(312)包括澄清器(334)和超滤单元(336)。由澄清器(334)产生的淤泥流(338)通过任选的脱水单元(340)过滤，而一部分滤液(342)被再循环回到输入流(326)，导致用碱(328)、氧化剂(330)和任选的另外的预处理化学剂(332)处理滤液(342)。优选地，至少90%的滤液(342)被再循环回到进料流(326)。
预处理阶段(312)也包括与澄清器(334)流体连通的超滤单元(336)。酸，如硫酸，可加入到澄清的流出物中。加入酸降低pH和减少在超滤单元(336)的滤膜和基于纳滤的纯化单元(314)的滤膜中的结垢。超滤单元(336)产生用于基于纳滤的纯化单元(314)的进料和截留物(343)。可过滤截留物(343)以除去微粒杂质，而滤液可以再循环至进料(326)中。基于纳滤的纯化单元(314)产生滤液(346)和盐浓缩的流出物(348)。
在第一基于纳滤的纯化单元(314)中的纳滤膜元件具有排斥多价阴离子的能力，并取决于形状和尺寸排斥阳离子。可用于依据本公开的过滤系统的纳滤膜可排斥多达90%的二价离子(例如排斥99%的硫酸根、钙和镁)，同时允许至少50%的一价离子(例如多达70-80%的钠、钾和氯化物)通过膜，由此减少纳滤膜在NF截留物方向下游的结垢形成。
将纳滤膜而不是反渗透膜用于第一纯化单元，因为纳滤膜排斥多价离子，而允许渗透物流中的一价离子通过。这导致产物流(346)的盐度稍有增加和难溶性多价盐在浓缩流(348)中的积聚，难溶性多价盐可在随后的沉淀单元中被除去。这减少处理系统中一价离子的浓度并允许处理系统将较大部分溶质再循环回到脱盐系统。将溶质再循环回到脱盐系统，与仅用反渗透纯化阶段的处理系统比较，增加了回收率。也可以优选纳滤元件，因为它们以比RO元件更低的压力操作，导致能量需求减少。
可使用本领域已知的纳滤膜。在特定实例中，具有至少90%的多价离子排斥率和最多50%的一价离子排斥率的膜是优选的。
示例性纳滤膜元件对于不带电荷的有机分子可具有约150-约300道尔顿的分子量截止值。这样的膜元件对二价和多价离子的排斥将取决于进料浓度和组成。示例性纳滤膜元件可在约70-约300 psi，或甚至高达约600 psi下操作。纳滤膜元件可以约10-约20加仑/每平方英尺膜/天(GFD)的通量操作。示例性纳滤膜元件可在约3.0-约9.0的pH下操作。这样的纳滤膜元件的具体实例包括由GE Water & Process Technologies以型号HL8040F-400生产的那些，其具有约37.2 m2的有效面积和约43.5 m3/天的平均渗透流量(当用2000 ppm MgSO4以100 psig测试时)；和按SeasoftTM 8040销售的那些。
浓缩流(348)用碱(328’)处理以帮助形成沉淀物，例如从水中沉淀出的不溶性金属氢氧化物。加入足够的碱以升高pH到至少约7.0，并优选7.5-8.5。经处理的浓缩物由沉淀单元(320)的澄清器(350)接受。碱(328’)可以是石灰(如生石灰、熟石灰或石灰石)或另一种碱(例如：碳酸钙镁，或“白云石”；或苛性钠)。所述碱(328’)可以与用于预处理单元(312)的碱(328)相同或不同。在沉淀单元(320)中，碱(328’)优选是熟石灰(氢氧化钙)。也可加入另外的化学剂，例如促结晶剂，以帮助固体形成。
澄清器(350)产生淤泥流(338’)，其通过任选的脱水单元(340’)过滤，而一部分滤液(342’)被再循环回到澄清器(350)的输入流中，导致用碱(328’)处理滤液(342’)。优选地，至少90%的滤液(342’)被再循环回到澄清器(350)。
澄清的流出物优选地用酸(未示出)处理，以降低pH和减少在超滤单元(352)的滤膜和基于反渗透的纯化单元(316)的滤膜中的结垢。
用超滤单元(352)处理澄清的流出物产生截留物(343”)并过滤流出物。将来自超滤单元(352)的过滤的流出物通过基于反渗透的纯化单元(316)过滤以产生滤液(346’)和盐浓缩的流出物(348’)。将一部分(349’)浓缩的流出物(348’)，例如流出物(348’)的至少80%和优选地至少90%，再循环回到沉淀单元(320)并用碱(328’)再次处理。将这部分(349’)浓缩的流出物(348’)再循环回到沉淀单元增加处理系统的总回收率，同时提高泄料 (浓缩的流出物348’) 中的TDS浓度，提高(RO单元316的)操作压力，和增加(在RO单元316中的)结垢。例如，当90%的流出物(348’)被再循环时，这个示例性系统的TDS是约46,000 ppm且回收率是97.8%。考虑到可能增加结垢，较大的回收率可能不是期望的。
浓缩流出物(348’’)的余量作为盐水输出流(360)从处理系统排放。
澄清器(334、350)优选地是如上对照图5所讨论的沉淀装置。
任选的脱水单元(340、340’)产生包括固体物类的过滤排放流(344、344’)。脱水单元(340、340’)可包括压滤机，且由此产生的过滤排放流(344、344’)可以是石膏饼。石膏饼可作为产品销售。
脱水单元(340、340’)可以是接受一个或多个排放流(338、338’)的单一脱水单元，或可以是各自接受一个或多个排放流(338、338)的多个脱水单元。虽然图8说明了压榨物流(342、342’)被再循环至相应纯化阶段(334、350)的澄清器的输入流中，但来自脱水单元的压榨物流(342、342’)可以再循环至处理系统输入流(326)中，这取决于所述流的盐载荷。该系统的回收率通过将压榨物流(342、342’)单独再循环至澄清器(334、350)的输入流而增加。然而，为了简单和降低资本成本，压榨物流(342、342’)可以再循环至输入流(326)。
来自2个纯化单元(314、316)的产物流(346、346’)可作为单一产物流(362)混合和传送，或可保持分开。
2个示例性系统经数学模型化。模型化的系统(310)如上所述，并包括脱水单元(340、340’)。2个模型具有80%或者90%的浓缩流出物(348’)再循环回到沉淀单元(320)。示例性系统称为“NF+RO”系统。这2个示例性系统与具有基于反渗透的纯化单元的2个系统的模型进行比较。这2个系统也具有80%或者90%的浓缩流出物(348’)再循环回到沉淀单元(320)。这2个系统称为“RO+RO”系统。
系统的输入流(326)具有12 MLD的流基础；2895 ppm的总溶解固体(TDS)浓度；(Ca浓度500 ppm；SO4浓度1600 ppm；镁11.5 ppm；钠200 ppm；钾223 ppm；氯化物105 ppm；硝酸根13 ppm；二氧化硅5 ppm和CaCO3 195 ppm)。输入流(326)的pH是约7。模型化的系统包括用100 ppm石灰、100 ppm次氯酸钠、5 ppm的MetClearTM 2405和足量凝结剂和絮凝剂的混合物预处理。沉淀单元(320)的输入用熟石灰处理至100 ppm。
具有90%的浓缩流出物(348’)再循环回到沉淀单元(320)的模型化NF+RO系统的设计细节和质量平衡示于表2中。
表2
具有90%的浓缩流出物(348’)再循环回到沉淀单元(320)的模型化NF+RO系统的流质量平衡示于表3中。
表3
在表3中，“原料进料”对应于输入流(326)；“NF渗透物”对应于产物流(346)；“NF浓缩物”对应于盐浓缩的排放流(346)；“RO-2进料”对应于进料给沉淀单元(350)的流(348、349’、342’)的组合；“RO-2渗透物”对应于产物流(346’)；“RO-2浓缩物”对应于盐水输出流(348’)；“再循环”对应于盐水输出流(348’) 再循环回到沉淀单元(350)的部分(349’)；和“终产物”对应于产物流(362)的组合。
4个模型化系统的结果在表4中给出。
表4
如可在表4中所见的，模型化NF+RO系统提供大于95%的百分比回收率，其中产物具有可接受品质用于排放；不带热机构地生产固体；所述系统适合于富含CaSO4的进料。投资和操作费用比具有类似的回收率的RO+RO系统更低。
在先前的描述中，为了说明目的，阐述了大量的细节以提供对实例的深入理解。然而，这些具体细节并不是必须的。
上述实例旨在仅为示例性。本领域技术人员在不背离本发明的范围的情况下可对具体的实例进行变更、修饰和变化，本发明的范围由本文所附的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种脱盐系统，其包括：
任选预处理单元，配置为接收输入流、碱和氧化剂，和产生离子减少的流出物流和离子浓缩的排放流；
并且还在所述任选预处理单元下游包括：
(a) 3个连续的纯化阶段，第一和第二纯化阶段是基于纳滤的纯化阶段，而第三纯化阶段是或者基于纳滤的或者基于反渗透的纯化阶段，所述第二和第三纯化阶段包括纯化单元上游的沉淀单元，所述第二和第三纯化阶段配置为加入碱至所述沉淀单元，或至经过所述沉淀单元的进料流中；
(b) 3个连续的基于反渗透的纯化阶段，第一纯化阶段配置为加入足够的酸以降低经过所述反渗透单元的进料流的pH，第二和第三纯化阶段包括所述反渗透单元上游的沉淀单元，所述第二和第三纯化阶段配置为加入碱至所述沉淀单元，或至经过所述沉淀单元的进料流中；或
(c) 基于纳滤的纯化阶段和1个或2个连续的基于反渗透的纯化阶段，所述基于反渗透的纯化阶段包括所述反渗透单元上游的沉淀单元，所述基于反渗透的纯化阶段配置为加入碱至所述沉淀单元或至经过所述沉淀单元的进料流中，和配置为将来自所述反渗透单元的一部分盐-浓缩流出物再循环到所述沉淀单元。
2.依据权利要求1的脱盐系统，其中所述碱是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石。
3.依据权利要求2的脱盐系统，其中加入碱以产生约50-约1000 ppm的碱。
4.依据权利要求1或3的任一项的脱盐系统，其中所述氧化剂是次氯酸钠。
5.依据权利要求4的脱盐系统，其中加入次氯酸钠以产生约50-约200 ppm的次氯酸钠。
6.依据权利要求1-5的任一项的脱盐系统，其中所述预处理单元配置为接收至少一种预处理化学剂。
7.依据权利要求6的脱盐系统，其中所述至少一种预处理化学剂包括水溶性的、分支的、聚合的二硫代氨基甲酸盐。
8.依据权利要求7的脱盐系统，其中所述聚合的二硫代氨基甲酸盐是MetclearTM 2405。
9.依据权利要求8的脱盐系统，其中加入MetclearTM 2405以产生约1-约5 ppm MetclearTM 2405。
10.依据权利要求6-9的任一项的脱盐系统，其中所述至少一种预处理化学剂包括壳聚糖。
CN201410791139.2A 2013-12-20 2014-12-19 用于处理矿山排水的方法和系统 Pending CN104724850A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN5967CH2013 IN2013CH05967A (zh) 2013-12-20 2013-12-20
IN5967/CHE/2013 2013-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104724850A true CN104724850A (zh) 2015-06-24

Family

ID=53449351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410791139.2A Pending CN104724850A (zh) 2013-12-20 2014-12-19 用于处理矿山排水的方法和系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN104724850A (zh)
IN (1) IN2013CH05967A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112805245B (zh) * 2018-06-08 2023-06-06 英国石油勘探运作有限公司 用于监测ro和nf膜的预测性工具

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112805245B (zh) * 2018-06-08 2023-06-06 英国石油勘探运作有限公司 用于监测ro和nf膜的预测性工具

Also Published As

Publication number Publication date
IN2013CH05967A (zh) 2015-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2009238632B2 (en) Sulfate removal from water sources
US20120205313A1 (en) Sulfate removal from aqueous waste streams with recycle
US9567249B2 (en) Integrated selenium removal system for waste water
US20110163032A1 (en) High recovery sulfate removal process
US10723645B2 (en) Concentration of wastewater to reduce flow rate, cost, and footprint of treatment system
US20020003112A1 (en) Process and apparatus for removal of heavy metals from wastewater
WO2010122336A2 (en) Water treatment
Tabatabai et al. Economic feasibility study of polyelectrolyte-enhanced ultrafiltration (PEUF) for water softening
WO2013055659A1 (en) Produced water treatment process
CN102674591A (zh) 煤井水制取饮用水的方法和装置
WO2000000273A1 (en) Method of removing sulfate and/or metal ions from waters or wastewaters
CN112897730B (zh) 一种对高砷高氟污酸处理回用系统及处理回用方法
EP2464609A1 (en) Enhanced high water recovery membrane process
CN206437968U (zh) 一种高盐废水处理回用的系统
CN104724850A (zh) 用于处理矿山排水的方法和系统
US11970411B1 (en) Use of hollow fiber filtration in conjunction with precipitant technologies to reclaim water from complex aqueous waste streams
RU110738U1 (ru) Установка для глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и анионов
US20040055962A1 (en) Process and apparatus for removal of heavy metals from wastewater
US20210354088A1 (en) Method for the production of drinking water
CN104724862A (zh) 脱盐系统和方法
Mohammadtabar Integrated Chemical/Membrane Treatment for Oil Sands Produced Water
CN115259507A (zh) 返排液的处理装置
AU2012214472A1 (en) Sulfate removal from aqueous waste streams with recycle
Salas et al. Engineering design of Qingdao seawater desalination plant

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150624

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication