CN105366837A - 废弃物回收反渗透r2ro处理 - Google Patents
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Abstract
一种用来从反渗透废弃物流回收净化水的方法，包括：预调节废弃物流以去除结垢离子并且提供预调节的水；分离形成在所述预调节的水中的任何沉淀物以形成供给流；使所述供给流经受高压隔膜过滤系统，所述高压隔膜过滤系统包括再循环的高压泵，所述再循环的高压泵产生渗透物流和第二废弃物流；将补给水流添加到所述供给流；和将所述渗透物流分离为净化水。还提供了另外的特征和实施例。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年8月23日提交的美国临时专利申请No.61/869,204的优先权。该申请通过引用并入这里。
技术领域
实施例涉及用来处理水的方法。
背景技术
在最近二十年中，流出物处理、再循环和再利用已经变成标准。然而，最近处置标准已经变得更加严格，并且在许多情况和许多国家中，零液体排出(ZLD)设施是典型的。
ZLD基本上意味着流出物首先在提取最大可能可用水的一系列处理设备中被处理。富含污染物的浓缩的较小流然后被传到基于热的蒸发系统或太阳能水池。这些选择都是高度资金密集的。因此，必要的是最小化进入基于热的蒸发系统或太阳能水池的流动，使得设备或太阳能水池的尺寸以及在蒸发器/结晶器的情况中消耗的能量被最小化。
流出物流主要被以下物质污染：无机的和有机的溶解的物质，悬浮的和胶体物质，油，油脂，和难溶的无机的和有机的物质。再循环和再利用设备必须设置有用来消除这些污染物的适当设备。然而，为了去除溶解的无机物和有机物，使用各种基于隔膜的系统(超过滤(UF)，微过滤(MF)，纳米过滤(NF)，和反渗透(RO))，该各种基于隔膜的系统从流出物流回收好的水(渗透物或产物)，留下浓缩的流(废弃物或浓缩物或盐水)，该浓缩的流带有污染物的大部分。有些地方，基于当地环境管制，废弃物流不能被处置。这有时也在缺水地区导致水的流失并且从长远来看可能造成环境损害。
水的任何另外回收经常被污染物以及盐的结垢可能性和渗透压力限制(由超过它们的极限的溶质浓度产生)阻止，使得浓缩的流不太适合于任何另外隔膜处理。因此，这种流然后被传递到ZLD系统，该ZLD系统由蒸发器+结晶器或仅仅结晶器或蒸发器+太阳能水池等等组成。
发明内容
实施例涉及基于处理和基于隔膜的单元的新颖组合的废弃物回收和还原系统。这个系统从浓缩物流回收好的水，其中常规系统不能进一步提取水或进一步浓缩盐水的废弃物流，实施例还可以从来自再循环设备的该浓缩物流回收水以实现从流出物流的大于98％的总回收率或产生TDS水平大于120000-150000ppm的浓缩物流而不需要昂贵的热处理。由于这集中于根据反渗透处理的废弃物回收和废弃物还原，我们将它称为“R2RO”处理。
借助于隔膜系统的水的回收水平经常受以下因素限制：产物压力等级，隔膜的渗透压力，和可能以很高的浓度存在的各种密封剂和污染物。实施例涉及详细研究以克服单元处理和隔膜系统的组合中的这些限制以提高该系统的总的回收率。
通过以下创新处理方法使得实施例成为可能：
1.废弃物被预调节以减少或去除离子，如果我们试图回收更多的水，该离子引起结垢并且很可能饱和并且产生沉淀。
2.形成的任何沉淀物被分离。这被完成以去饱和无机盐的水使得它可以被进一步浓缩。
3.在过滤之后，由于存在浓缩的污染物，如有机物、油和其它成分，该水可以仍然具有达到8-10NTU的高的混浊度和15分钟SDI(仍然在在已调节的水中大于6.6的范围外)。常规反渗透仅允许小于0.1NTU的混浊度和小于5优选地小于3的SDI。
4.在第一阶段RO处理期间形成的胶体杂质或无机复合物的任何积累可选地通过微过滤或超过滤被去除。如果水包含油或重的有机载荷，则这个处理可能是不可能的。对于与金属螯合的胶体有机污染物，这个处理将是有利的。
5.这种预调节的水以达到150barg的很高的压力被泵送到隔膜系统的构造中。该隔膜系统可以容忍再循环水中的较高水平的混浊度。通过反渗透处理，从高度浓缩的供给水产生低TDS渗透物。这种构造可能涉及圆盘类型或板和框架类型隔膜，该圆盘类型或板和框架类型隔膜设计成具有高压力外壳以耐受取决于应用的设计压力。
供给水被保持在跨越隔膜的再循环模式下，并且补给流被添加到等于废弃水和渗透水的总流量的箱。然而，再循环的流量可以是供给水的流量的5-20倍。该再循环水流量可以被添加到高压泵的抽吸以优化能量消耗。再循环流量可以基于水的污染可能性被调节，该污染可能性对于高污染水较高并且对于低污染水是低的。渗透物流动被调节以实现大约90％的希望回收率，并且视情况而定基于水化学或希望的回收率在供给箱中实现达到12-15％浓度之后，允许大约10％作为废弃物流出。如果供给水化学或渗透压力限制不存在，则对于较低TDS水，回收率可以进一步提高。
6.隔膜内的内部流动分布系统保证最小层流空间，该最小层流空间保证最小污染。此外，该隔膜在较高的速度下以交叉流模式操作并且限制每通过回收率使得不存在跨越隔膜的压差的积累，该压差是污染的度量。RO系统被设计并且在压力下操作以克服达到2000psi的较高的渗透压力。
7.可以存在再循环水的温度的增加，并且这减轻污染并且也有助于某些无机盐的溶解度，因此防止沉淀。
8.取决于供给水中的结垢物的存在，可以添加先进的抗结垢物化学物质。这防止隔膜系统内的结垢。
9.当需要去除污染物和结垢物(这在过去一段时间后是不可避免的)时，隔膜内的流动分布也促进高效的清洁。
10.低压力渗透物冲洗的间歇步骤减小对清洁的需要。这通过使用穿过箱和泵的渗透水被促进。
11.来自这个系统的浓缩物或废弃物流在TDS中可以达到120000-150000mg/l。
12.这种废弃物回收RO系统可以消除热蒸发器或盐水浓缩器的需要并且可以直接被供给到结晶器或太阳能水池。这可以节省相当多的资金成本。
13.这种处理也可以用于其它高污染水源的高的回收率，该其它高污染水源可以不具有高的总溶解固体(TDS)。然而，操作压力需要基于目标回收率下的水TDS和盐水的渗透压力被调节。
图中示出的流动方案包括通过添加化学物质以去饱和结垢盐，预调节来自上游反渗透单元(如硬物，污物沉降和分离装置)的浓缩的供给水。被净化且过滤的水被送到可选的超过滤隔膜过滤，之后是化学预调节和泵送过RO隔膜系统以便去除TDS。
附图说明
图1示出常规反渗透处理。
图2示出本发明的实施例的反渗透处理。
图3示出常规零液体排出处理。
图4示出本发明的实施例的零液体排出处理。
图5-图7示出对应于这里报告的例子的曲线图。
图8示出本发明的实施例的处理的流程图。
具体实施方式
通过以下创新处理方法使得本发明成为可能：
1.废弃物被预调节以减少或去除离子，该离子引起结垢。预调节系统被设计用来去除结垢盐，该结垢盐很可能引起结垢并且限制基于水化学的回收率。这可以是硬物、二氧化硅或任何其它无机盐。这个处理可能涉及连同石灰、苏打粉、氧化镁、氯化铁或碱配量系统一起的净化设计和相关的设备，如压滤机或离心机和泵等等。
2.形成的任何沉淀物被分离并且被分离地处置。由于油或有机物的存在，净化的水可能仍然具有混浊度。对于常规反渗透，这个预处理水平被认为是不适当的，在该常规反渗透中，小于0.1NTU的混浊度和小于5的SDI是希望的并且小于3是优选的。
3.在这个方法的特别实施例中，超过滤或微过滤可以用于提高通过RO的回收率以去除某些胶体杂质，该胶体杂质可能已经在RO浓缩的最初阶段期间在某些水化学中形成(由于在如有机螯合物的形成的预处理过程中添加某些化学物质)。
4.这种预调节的水被接纳在供给箱中并且以达到150barg的高的压力被泵送到隔膜系统的构造中。通过反渗透处理，从非常浓缩的供给水产生低TDS渗透物。取决于应用，这种构造可以是圆盘类型或板和框架类型。取决于水化学物质，水也可以可选地被加热以增加盐的溶解度，或者可以存在再循环水温度的温度增加。隔膜系统借助高压泵以高的速度进行操作，该高压泵以再循环模式工作，在再循环流中实现希望的总溶解固体浓度之后，不变地产生渗透物和废弃物流。补给水流被添加到供给水箱。
5.隔膜内的内部流动分布系统保证最小层流空间，该最小层流空间保证最小污染。
6.如果关键的结垢物存在于供给水中，则先进的抗结垢物化学物质可能是必要的。这防止隔膜系统内的结垢。
7.当需要去除污染物和结垢物(这在过去一段时间后是不可避免的)时，隔膜内的流动分布也促进高效的清洁。
8.来自这个系统的浓缩物或废弃物流在TDS中可以达到120000-150000mg/l。
9.这种新颖处理的独特特征是能够实现高的回收率和盐水浓缩实现达到12％-15％固体含量，这借助常规RO处理是不可能的。这可以通过现有RO的废弃物流或提高新的RO系统的回收率被实现。由于废弃物流的去饱和，这是可能的，该去饱和通过以下步骤进行：去除可能在进一步浓缩中变得饱和的类似的污染物；以限制每通过回收率的较高的再循环流动操作圆盘或板和框架类型的RO系统；使用高压RO系统，该高压RO系统可以以2000-2100psi的较高压力操作；和由于高温影响，允许某些无机物留在溶液中。通过调节再循环流动以减轻污染的影响，通过以更高或更低的速度扫过隔膜的表面(其中污染物不能影响流量而是留在本体溶液中)，这可以被进一步增强。这个方法能够处理再循环流中的高油和COD含量，允许90％或甚至更高的回收率。渗透物冲洗的短循环有助于减轻任何污染。考虑第一RO中的85-90％，包括上游反渗透的总的回收率可以是98-99％。
本领域技术人员将认识本发明的实施例的其它潜在优点。该处理和隔膜系统的组合有助于产生具有高效的特征以满足在特别场所的希望意图的设计而不是使用通常被制造用于总的目的并且产生由缺乏该处理的不同步骤的控制引起的缺点的设计。下面是这个新颖处理的一些潜在优点。
1.从浓缩的流提取另外的好的有用的水并且将盐水浓缩到12-15％，该浓缩的流在常规隔膜脱盐和再循环系统中不能被进一步浓缩。
2.供给COD以及混浊度的高的公差。
3.溶解的油的存在的高的公差。
4.以达到150barg的高的供给压力操作的能力。
5.减小浓缩物/废弃物流的体积。
6.增加浓缩物/废弃物流的浓缩水平。
7.可以容忍供给水在结垢物(如硬物，二氧化硅，重金属，混浊度和溶解的油和油脂)方面的变化。
8.隔膜系统设计构造保证隔膜模块内的稳定的速度，导致低的污染。
9.提高温度以帮助某些污染物的溶解度。
10.在再循环流的本体溶液中缓慢地降低每通过回收率并且增加浓度，防止突然沉淀。
11.当被供给到基于热的ZLD系统时，这可以消除盐水浓缩器或减小多效果蒸发器中的所需效果。
12.这个系统可以安装在现有RO系统的下游系统上以从废弃物流提取更多水，提高回收率，减小浪费，并且减小下游热系统的尺寸。
例子
通过参考例子和这里包括的图，可以更好地理解本发明的实施例。已经对操作的反渗透单元的废弃物流进行扩展的研究。基础反渗透在不同时间以85-90％回收率进行操作。新的处理与废弃物流一起使用，该废弃物流由现有的RO产生。废弃物流高度聚集有污染物使得它将污染空心纤维UF隔膜并且典型地将污染RO隔膜(如果我们尝试任何进一步的水回收)。使用常规处理的所有尝试未能给出任何结果并且用新的处理执行实验。
该废弃物基本上富含COD和溶解的油并且具有高的混浊度。该新的处理具有如图8的处理流程图中描绘的构造。跨越废弃物流RO单元的回收率在14次实验中从65％缓慢地升高到90％，之后是以90％的稳定回收率的另外16次实验。该系统以再循环模式操作以模拟隔膜系统内的较差的处理条件。(表1：实验数据)
该数据的分析和推断如下：
从分析收集的数据的操作曲线图：
1RO供给压力相对于供给物和渗透物传导率的变化：
按照为RO供给物和渗透物传导率收集的记录单数据，下面是收集的数据的总结。
上述数据的变化曲线在图5中的图示中被示出。
观察结果：
从上面的曲线图5.1可以看到，在超过90％废弃率的情况下，供给物和渗透物传导率是恒定的。而且，根据所附的记录单和曲线图，可以观察到，RO供给压力增加以实现90％回收率。因此，在增大的回收率以及变化的RO供给压力的情况下，观察到具有TDS的大量废弃物。
2RO供给物和渗透物的混浊度变化：
根据在RO供给物和渗透物获取的样品收集的数据，RO供给物和渗透物的混浊度被总结如下：
| 操作天数 | 供给物混浊度，NTU | 渗透物混浊度，NTU |
| 1 | 8.8 | 0.34 |
| 2 | 5.9 | 0.29 |
| 3 | 10.0 | 0.16 |
| 4 | 12.2 | 0.31 |
| 5 | 13.5 | 0.61 |
| 6 | 11.1 | 0.54 |
| 7 | 11.3 | 0.46 |
| 8 | 9.3 | 0.38 |
| 9 | 12.3 | 0.36 |
| 10 | 14.5 | 0.25 |
| 11 | 14.2 | 0.39 |
| 12 | 9.7 | 0.41 |
| 13 | 10.3 | 0.38 |
| 14 | 10.0 | 1.00 |
| 15 | 12.6 | 0.51 |
| 16 | 15.4 | 0.70 |
混浊度变化如图6被图示出。
观察结果：
根据RO供给物和渗透物的混浊度变化的上述曲线图，可以观察到，实现RO渗透物的混浊度小于常数1.0。
4.3RO供给物和渗透物COD的变化：
根据对在RO供给物和渗透物收集的样品的实验室分析，供给物和渗透物中的COD可以被总结如下：
| 操作天数 | 供给物COD，ppm | 渗透物COD，ppm | ％废弃率 |
| 1 | 1594 | 102 | 94％ |
| 2 | 1640 | 80 | 95％ |
| 3 | 1870 | 132 | 93％ |
| 4 | 1945 | 149 | 92％ |
| 5 | 1884 | 184 | 90％ |
| 6 | 1796 | 175 | 90％ |
| 7 | 1684 | 137 | 92％ |
| 8 | 1744 | 144 | 92％ |
| 9 | 1984 | 161 | 92％ |
| 10 | 1611 | 126 | 92％ |
| 11 | 1460 | 115 | 92％ |
| 12 | 1530 | 152 | 90％ |
| 13 | 1600 | 165 | 90％ |
| 14 | 1454 | 234 | 84％ |
| 15 | 1410 | 302 | 79％ |
| 16 | 1270 | 272 | 79％ |
COD的上面收集的数据的图示可以在图7中被示出。
观察结果：
根据上面的曲线图5.2，可以看到，从供给物还原的供给物COD相对于供给物COD含量是恒定的。测量的废弃率几乎超过基于补给水的90％。在这个实验中，再循环流中的COD高达20000ppm并且渗透物COD小于200ppm，这表明超过99％的废弃率。
结论
根据上面的观察结果，可以对实验数据作出下面的结论：
从现有RO废弃物(它已经以85-90％回收率进行操作)以90％回收率执行的实验将总回收率增加到98.0-99％回收率，留下仅仅1％浪费。
获得的渗透物质量具有TDS/传导率和如COD、混浊度的参数的大量的废弃率。
渗透水可以用于有益用途和还原淡水的多种工业应用。
该处理在再循环水中维持10-15NTU的高的混浊度水平而在污染或盐废弃率方面没有对隔膜性能的任何不利影响，尽管高的COD载荷和较高的混浊度和它们的组合。
用于实现零液体排出的下游热单元的尺寸将减小到原始尺寸的10％。
应用
1.这个处理可以应用于现有的RO以提高回收率且减小浪费以最大化回收率到98-99％。这在图1和2中被进一步示出。图1给出常规处理，其中图2给出R2RO处理。
2.这个处理可以应用于增加从RO设备的总回收率和减少热设备的尺寸或消除盐水浓缩器的步骤而直接到达结晶器阶段。这在图3和4中被进一步示出。图3给出常规处理，并且图4给出R2RO处理。
3.这个处理可以用于提高隔膜系统的回收率，其中由于提高的回收率，如图4中描绘的，小量废水可以直接到达太阳能水池。
4.这个处理也可以用于增加盐浓度到12-15％，并且盐水可以用于有益用途以提取全部的资源价值。
5.上述处理可以用于存在冷却水的大的消耗的多种工业中的冷却塔排污应用。
6.这个处理也可以用于提炼厂和石油化工以在生物处理之后回收和再循环大量废水，在该生物处理中可能存在相当多的污染物，例如油和油脂和促成COD的其它有机污染物。这个处理可以再循环大约98％废水。
7.这个处理高度有利于煤转化学物质行业，其中由于环境考虑和水可用性，高的水回收率是极其关键的。这将帮助减小热蒸发器占地面积、总体零液体系统的操作成本和资金成本。在这里，应用图4给出的R2RO处理。
8.这个处理也可以用于FGD废水流以最大化水的回收率。
Claims (24)
1.一种用来从来自第一反渗透处理的废弃物流实现高的盐浓度和/或高的渗透物回收率的方法，所述第一反渗透处理包括第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流，所述方法包括：
预调节所述第一反渗透废弃物流以去除结垢离子且提供预调节的水；
分离形成在所述预调节的水中的任何沉淀物以形成供给流；
使所述供给流经受包括再循环的高压泵的高压反渗透隔膜过滤系统，从而产生第二渗透物流和第二废弃物流；
将补给水流添加到所述供给流；和
将所述第二渗透物流分离为净化水。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述预调节步骤之后从所述废弃物流去除由胶体杂质和无机复合物组成的组中的至少之一的去除步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过超过滤和微过滤中的至少之一处理所述废弃物流来实现所述去除步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，高压反渗透隔膜过滤处于100barg和150barg之间的压力下。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，高压反渗透隔膜过滤处于超过140barg的压力下。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，高压反渗透隔膜过滤在圆盘隔膜系统中进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，高压反渗透隔膜过滤在板和框架隔膜系统中进行。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括加热所述供给流。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括将抗结垢物添加到所述供给流。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括通过低压渗透物冲洗来清洁所述高压反渗透隔膜过滤系统。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二废弃物流具有达到12％至15％的盐浓度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高压反渗透隔膜过滤系统在2000psi至2100psi之间操作。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述废弃物流具有120000mg/l至150000mg/l之间的总溶解固体含量。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，包括所述第一反渗透处理和所述第二反渗透处理的反渗透隔膜过滤系统的总的水回收率当其不受总溶解固体量的限制时为至少98％。
15.一种组合的反渗透方法，所述组合的反渗透方法采用上游第一反渗透处理和下游第二反渗透处理来实现高的盐浓度和/或高的渗透物回收率，所述第一反渗透处理包括第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流，并且所述下游第二反渗透处理包括第二反渗透渗透物流和第二反渗透废弃物流，所述组合的反渗透方法包括：
在第一反渗透处理中处理冷却塔排污以产生第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流；
预调节所述第一反渗透废弃物流以去除结垢离子且提供预调节的水；
分离形成在所述预调节的水中的任何沉淀物以形成供给流；
使所述供给流经受包括再循环的高压泵的所述第二反渗透处理，从而产生第二反渗透渗透物流和第二反渗透废弃物流；
将补给水流添加到所述供给流；和
将所述第二反渗透渗透物流分离为已处理的水。
16.一种组合的反渗透方法，所述组合的反渗透方法采用上游第一反渗透处理和下游第二反渗透处理来实现高的盐浓度和/或高的渗透物回收率，所述第一反渗透处理包括第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流，并且所述下游第二反渗透处理包括第二反渗透渗透物流和第二反渗透废弃物流，所述组合的反渗透方法包括：
在第一反渗透处理中处理再循环的且再利用的提炼厂废水，以产生第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流；
预调节所述第一反渗透废弃物流以去除结垢离子且提供预调节的水；
分离形成在所述预调节的水中的任何沉淀物以形成供给流；
使所述供给流经受包括再循环的高压泵的所述第二反渗透处理，从而产生第二反渗透渗透物流和第二反渗透废弃物流；
将补给水流添加到所述供给流；和
将所述第二反渗透渗透物流分离为已处理的水。
17.一种组合的反渗透方法，所述组合的反渗透方法采用上游第一反渗透处理和下游第二反渗透处理来实现高的盐浓度和/或高的渗透物回收率，所述第一反渗透处理包括第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流，并且所述下游第二反渗透处理包括第二反渗透渗透物流和第二反渗透废弃物流，所述组合的反渗透方法包括：
在第一反渗透处理中处理再循环的且再利用的煤转化学物质生产水以产生第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流；
预调节所述第一反渗透废弃物流以去除结垢离子且提供预调节的水；
分离形成在所述预调节的水中的任何沉淀物以形成供给流；
使所述供给流经受包括再循环的高压泵的所述第二反渗透处理，从而产生第二反渗透渗透物流和第二反渗透废弃物流；
将补给水流添加到所述供给流；和
将所述第二反渗透渗透物流分离为已处理的水。
18.一种组合的反渗透方法，所述组合的反渗透方法采用上游第一反渗透处理和下游第二反渗透处理来实现高的盐浓度和/或高的渗透物回收率，所述第一反渗透处理包括第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流，并且所述下游第二反渗透处理包括第二反渗透渗透物流和第二反渗透废弃物流，所述组合的反渗透方法包括：
在第一反渗透处理中处理烟气脱硫水以产生第一反渗透渗透物流和第一反渗透废弃物流；
预调节所述第一反渗透废弃物流以去除结垢离子且提供预调节的水；
分离形成在所述预调节的水中的任何沉淀物以形成供给流；
使所述供给流经受包括再循环的高压泵的所述第二反渗透处理，从而产生第二反渗透渗透物流和第二反渗透废弃物流；
将补给水流添加到所述供给流；和
将所述第二反渗透处理渗透物流分离为已处理的水。
19.根据权利要求1所述的方法，包括将所述第二废弃物流发送到结晶器而没有盐水浓缩步骤。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高压反渗透隔膜过滤系统内的内部流动分布系统保证最小层流空间并且因此保证最小污染。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，盐水浓缩步骤的去除降低操作成本和资金成本。
22.一种用来实施权利要求1所述的方法的设备。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二废弃物流具有达到15％的盐浓度。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，包括所述第一反渗透处理和所述第二反渗透处理的反渗透隔膜过滤系统的总的水回收率达到99％。
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