CN107074599B - 包括超滤模块和阳离子交换树脂的水处理装置 - Google Patents

包括超滤模块和阳离子交换树脂的水处理装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107074599B
CN107074599B CN201480082761.4A CN201480082761A CN107074599B CN 107074599 B CN107074599 B CN 107074599B CN 201480082761 A CN201480082761 A CN 201480082761A CN 107074599 B CN107074599 B CN 107074599B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
mode
feed
water supply
reservoir
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.)
Active
Application number
CN201480082761.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107074599A (zh
Inventor
宁佳
S·D·琼斯
M·S·科伦兹
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.)
Dow Chemical Co
DDP Specialty Electronic Materials US LLC
Original Assignee
DDP Specialty Electronic Materials US LLC
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 DDP Specialty Electronic Materials US LLC filed Critical DDP Specialty Electronic Materials US LLC
Publication of CN107074599A publication Critical patent/CN107074599A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107074599B publication Critical patent/CN107074599B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/04—Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/12—Controlling or regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2623—Ion-Exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/40—Adsorbents within the flow path
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/04—Backflushing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C02F2001/425—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange using cation exchangers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

一种水处理装置(10)及其操作方法，其包含螺旋卷绕超滤膜模块(12)，所述模块连接到：i)进料管线(14)，其适于连接到加压供水源，ii)渗透管线(16)，其适于连接到处理过的水的分配器及iii)浓缩管线(18)，其适于连接到排水管；其中所述装置包括含有弱酸性阳离子交换树脂(25)的可加压储槽(22)，并且进一步包括至少一个阀，其将加压供水水流沿所述进料管线(14)选择性地分流通过所述储槽(22)并且在通过所述超滤膜模块(12)前返回到所述进料管线(14)。

Description

包括超滤模块和阳离子交换树脂的水处理装置
技术领域
本发明针对了一种包括超滤膜模块和含有弱酸性阳离子交换树脂的可加压储槽两者的水处理装置。
背景技术
“超滤”是一种在半透膜的一侧对进料溶液施加压力的膜基分离方法。所施加的压力导致“溶剂”(例如水)通过膜(即形成“渗透”液)而“溶质”(例如盐)则不能通过膜因此被浓缩在剩余的料液中(即形成“浓缩”液)。为克服溶剂从低浓度向高浓度移动的自然驱动力，所施加的进料压力必须超过渗透压。出于该原因，术语“超滤”通常与“反渗”互换使用。大多数利用超滤的水处理装置是在错流模式下操作，其大部分的进料通过膜表面，少部分则以“渗透”方式通过膜。见下例：US 4711723、US 4713175、US 4842724、US 5296148、US7267769和CN 2839254。
进料溶液通过膜的百分比被称为“回收”或“回收率”。取决于进料的成分，较高回收率下的操作可导致结垢，因为进料中的盐被浓缩至超出其溶解限度。大规模脱盐系统中的个体模块通常被设计为以10-20％的回收率连续运行。已知在此类高回收系统中避免结垢的方法有：给予阻垢剂、给予酸从而降低pH、进料倒流、在一个浓缩液循环回路内合并沉淀与过滤，以及将供水或循环的浓缩液任何之一软化。见下例：US6461514、US5501798、US5925255、US8137539和US7459088。减少二价阳离子的软化法包括纳滤、石灰软化、采用强酸性树脂、电去离子以及弱酸性阳离子交换。在使用时，采用回收盐对离子交换树脂进行再生(US8679347)。
住宅系统内采用的小的反渗模块的回收率通常被设计为20-35％。明显较高的回收率(例如超过35％)经常受限于结垢，正如大多数未软化的住宅用水含有大量钙离子和碳酸氢根离子一样。通过高回收率操作增加该浓度尤其会导致CaCO3结垢。与工业用的水处理装置中采用的减垢技术不同，在设计小型住宅用膜系统时，由于尺寸、成本和复杂性受到约束，因此设计选择更为受限。消费者难以获得并使用活性化学品(例如酸和抗结垢剂)。偶尔也会使用包括采用新鲜进料或渗透水冲洗膜模块的进料侧(US4650586、WO2007018561、US20110163016以及US8323484)和快速再循环(US6074551)在内的替代技术。然而，这些选择需要其他部件并且会降低系统的有效回收率。在反渗透之前对供水进行离子交换处理，但是这种方法受空间和容量之间权衡和离子交换树脂的再生难度所限。
发明内容
本发明包括一种水处理装置，其包括螺旋卷绕超滤膜模块，所述模块连接到：i)进料管线，其适于连接到加压供水源，ii)渗透管线，其适于连接到处理过的水的分配器及iii)浓缩管线，其适于连接到排水管。所述装置的特征在于，包括含有弱酸性阳离子交换树脂的可加压储槽，并且进一步包括至少一个阀，其将加压供水水流沿所述进料管线选择性地分流通过储槽并且在通过所述超滤膜模块前返回到所述进料管线。本发明还包括一种所述装置的操作方法。描述了多个实施例。
附图说明
所述附图并非按比例绘制，并且包括理想化的视图从而便于描述。在可能的情况下，所有附图和书面描述中均采用相同的数字从而指代相同或相似的特征。
图1是螺旋卷绕模块的透视、局部剖视图。
图2是本发明的一个实施例的示意图。
图3是另一个实施例的示意图，其中两个阀被定位在冲洗模式下操作。
图4是一个实施例的示意图，其中存在一个将加压供水水流分流加压储槽的单阀。
具体实施方式
本发明包括一个适用于反渗透(RO)和纳滤(NF)的螺旋卷绕模块(“元件”)。几乎所有的溶解盐都是相对不透过RO膜的，其通常会阻挡超过约95％的具有一价离子的盐如氯化钠。RO膜通常也会阻挡超过约95％的无机分子以及分子量大于约100道尔顿的有机分子。NF膜具有比RO膜更高的可渗透性，其通常可阻挡小于约95％的具有一价离子的盐，同时根据二价离子的种类阻挡超过约50％(并且通常超过90％)的具有二价离子的盐。NF膜通常也会阻挡纳米范围内的微粒以及分子量大于约200至500道尔顿的有机分子。出于本说明书的目的，术语“超滤”包括反渗透(RO)和纳滤(NF)二者。
螺旋卷绕模块为超滤膜提供最常见的配置。其构造在其他文献中已有描述(US6881336、US 8142588及US 8496825)。一种代表性的螺旋卷绕模块(12)如图1所示，其是通过将一个或多个膜包膜(2)和进料腔垫片(“进料垫片”)(3)缠绕在渗透物收集管(4)上形成。每个膜包膜(2)优选包含两个围绕在渗透物通道垫片(“渗透垫片”)(6)上大致呈矩形的膜片(5)。这种夹心型结构通过例如密封剂(7)被固定在一起，其沿着三条边形成包膜，而第四条边邻接渗透物收集管(4)，使得包膜的内部部分与沿渗透物收集管(4)的长度延伸的多个开口形成流体连通。进料垫片(3)在膜片(5)之间形成自由容积从而便于进料液流动。通常，进料流在模块(12)内呈轴向分布(即与渗透物收集管(4)平行)，从上游入口(8)流向下游出口(9)。螺旋卷绕模块具有与图1不同的流动进料流动模式(例如US20040222158、US8337698)，其可用于上游入口(8)和/或下游出口(9)之间的不同位置。
本发明特别适用于为住宅用途设计的水处理装置，例如膜面积小于2m2并且更优选小于1m2的装置。这种模块的长度优选为小于0.5m。一种代表性的超滤模块包括FilmTecTM1812配置(例如TW30-1812)，其标称直径为1.8英寸(4.6cm)，并且标称长度为12英寸(30cm)。
图2、图3和图4示意性地阐明了本发明的各种实施例。水处理装置(10)包括螺旋卷绕超滤膜模块(12)，所述模块(12)连接到进料管线(14)，其适于连接到加压供水源(未显示)。供水源不受特别限制，并且包括市政或家庭饮用供水，其优选以大于10psi并且更优选为大于20psi的压力提供。(在许多申请中，优选进料压力小于100psi或小于60psi)。模块(12)还连接到渗透管线(16)，其适于连接到处理过的水的分配器(例如水龙头，未显示)；和浓缩管线(18)，其适于连接到排水管或处理储存容器。管线(14，16，18)可包含传统的管道或软管(例如铜、聚乙烯、PVC等)以及常规用于此类用途的连接器，例如住宅家庭RO处理系统中通常采用的那样。对于设计用于在较高压力下操作的系统，可能需要替代材料。螺旋卷绕模块(12)可封装在壳体内或装配在具有流体入口和出口的壳体内，从而与本领域常用的管线(14，16，18)相连。尽管只需要一个单一模块(12)，但是在本领域内，在普通外壳或压力容器内可能会将多个模块串联。在一个优选的实施例中，装置(10)仅包括一个单一的螺旋卷绕模块(12)。
在一组优选的实施例中，装置(10)适于提供超过40％的回收率。出于该目的，浓缩管线(18)可包括限制进料流的限流器(20)，并且优选限流器(20)和模块(12)被选择为当在25℃和pH 8下用500ppm NaHCO3以20gfd运行模块(12)时提供大于40％的回收率。在一些实施例中，限流器(20)和模块(12)可被选择为当在25℃和pH8下用500ppm NaHCO3以20gfd运行模块(12)时提供超过50％、60％或甚至70％的回收率。在以更具典型性的水(例如含有钙离子和碳酸氢根离子)进行的如此高回收率的操作中，限流器(20)内的结垢形成有可能导致无法操作。因此在优选的实施例中，限流器可以是至少0.5m、优选至少1m长并且最小直径至少为1mm的管。
进一步地，装置(10)包括一个含有弱酸性阳离子交换树脂(25)的可加压储槽(22)。pKa值大于4的阳离子交换树脂被认为具有弱酸性，可以根据本发明采用。合适的弱酸性阳离子(WAC)可以包括但不限于：DOWEXTM MAC-3、IMACTM HP333、LewatitTMCNP-80，以及AmberliteTM IRC-86。优选食品级弱酸性阳离子交换树脂(例如AmberliteTM FPC-3500)。此类树脂及其制备的其它例子在US 3156644和US 3492159中有描述。在优选的实施例中，弱酸性阳离子交换树脂(25)含有主要以氢形式存在的可电离的羧基。所述树脂可以是固体交联微粒(例如珠从的苯乙烯-二乙烯基苯交联基质)。所述树脂可以是大孔网状或凝胶，但是优选凝胶，因为其在运输过程中包括更少的夹带水。用户可以从装置(10)上拆下储槽(22)从而有助于重新填充或更换树脂。然而，含有弱酸性阳离子交换树脂的可加压储槽优选对于终端用户以不可逆方式密封，诸如通过形成具有入口(26)和出口(28)的封装或永久密封的产品。
储槽(22)包括供加压供水用的入口(26)和出口(28)。装置包括将加压供水水流沿进料管线(14)选择性地分流通过入口(26)和出口(28)之间的储槽(22)的路径(31')，并在通过所述超滤膜模块(12)前返回所述进料管线(14)的阀(30，30')。即，储槽(22)和阀(30，30')位于模块(12)的上游。储槽(22)可以进一步连接到可提供额外压力以辅助流体流动的任选的增压泵(33)或气囊，但是在优选的实施例中，储槽(22)是被动的并且完全依赖于从加压供水源流向管线(14)的进料液体压力。装置可进一步包括任选的前处理(35)和后处理(35')，诸如多介质过滤器、筒式过滤器、活性炭床等。除了用于选择性地直接地使流通过(31')或围绕(31)包含弱酸性阳离子交换树脂(25)的可加压储槽(22)到达路径的阀(30，30')之外，可采用其他手动或自动阀(37)以控制总进料流和通过渗透(16)和浓缩(18)管线的相对量。
图2阐明了位于不同路径(31，31')上的两个阀(30，30')的实施例。第一通路(31)绕过所述含有弱酸性阳离子交换树脂的可加压储槽，并且第二通路(31')通过所述可加压储槽。在操作中，位于第一通路(31)中的第一阀(30)通常是打开的，同时产生渗透物以使得水可以直接流到模块(12)。有大部分供水水流绕过所述包含弱酸性阳离子交换树脂(25)的储槽(22)的操作条件被称为标准操作模式。或者，第一阀(30)可以被关闭从而将进料流分流通过加压储槽(22)的第二路径(31')。有大部分供水水流通过可加压储槽(22)的操作条件被称为冲洗模式。图2还显示了第二通路(31')内的第二阀(30')，其在渗透物产生过程中关闭，并且在冲洗步骤期间打开，将供水导入可加压储槽(22)。标准操作模式和冲洗模式二者均可生成渗透物。然而，在优选的实施例中，阀(37)被定位在冲洗模式期间相较于渗透管线(18)浓缩管线(16)内的流比例有所增加的位置。更优选地，在冲洗模式期间阻止渗透。
将流分流第一或第二通路(31，31')的阀(30，30')被描述为开启或关闭状态，但这些可以理解为相对位置。例如，可能有少量液体通过关闭的阀。出于本文件的目的，关闭位置的阀具有至少4倍于开启位置的阀的流量。而且，尽管不需要，但是“通常打开”或“通常关闭”的阀可以被机械地偏置到该状态，从而需要能量以维持另一位置。出于该目的，优选机械偏置的(例如弹簧加载的)电磁阀。在操作中，当存在进料流时，通常打开或通常关闭的阀优选进一步在平均至少5倍长的时间内保持该配置。
当图2的装置处于标准操作模式时，阀(30)打开以绕过储槽以使得供水沿着进料管线(14)流入第一通路(31)。该第一通路(31)的进料流被导入模块(12)从而生成分别通过管线(16，18)离开模块的渗透物和浓缩物流。当在冲洗模式下操作时，阀(30，30')被致动以引导进料水流通过储槽(22)，其中二价阳离子可以在其进入模块(12)之前优先从进料溶液中移除。图3显示具有定向为与冲洗模式一致的阀(30，30')的替代设计，其中在进入模块(12)之前，供水通过第二路径(31')和可加压储槽(22)。
图4阐明了另一个实施例，其中图2中阐述的第二阀(30')不存在。在这种情况下，优选流经第一通路(31)的阻力比流经第二通路(31')的阻力小20％，更优选小于10％或小于5％。以这种方式，在标准操作模式下，仍将有较小体积的流体流过第二通路(31')。关闭第一阀(30)将导致冲洗模式，选择性地将加压供水水流导入含有弱酸性阳离子交换树脂的储槽。采用相同的施加压力，整体进料流速和模块内的压力两者均会因第二通路(31')内的阻力而减小。出于本发明的目的，通路阻力包括阀的阻力。
本发明装置的操作方法包括标准操作模式、冲洗模式及休眠模式，其中在所述标准操作模式中，大部分的加压供水绕过所述储槽，在所述冲洗模式中，大部分的加压供水通过所述储槽，并且在所述休眠模式中，没有加压供水通过所述模块。可以通过控制电路(未显示)控制阀(30，30')，该控制电路可以被编程为基于各种标准即一天中的时间、处理的水体积、自上次冲洗的时间、模块上的压降等在冲洗模式中操作阀(30，30')。
在一个优选的实施例中，在渗透物产生模式、超过1分钟或甚至超过5分钟的高回收率下操作装置，而进料水绕过所述可加压储槽(22)。然后，通过定位阀(30，30')开始冲洗模式以引导供水水流通过可加压储槽(22)。在该实施例中，冲洗模式的持续时间优选为小于1分钟、小于30秒、小于10秒或甚至小于5秒。在冲洗了模块(12)的进料侧后，阀被切换回来，并且标准操作模式再次开启。优选地，冲洗模式耗费的平均时间为标准模式耗费的时间的1％与20％之间。优选地，基于从最后一次冲洗模块以来的时间，序列在操作期间内是周期性的。在一个实施例中，在冲洗步骤的一部分期间，浓缩管线(18)的阻力降低。在一个优选的实施例中，可加压储槽内的液体体积超过在冲洗模式中通过模块的液体体积。
在另一个实施例中，供水在即将开始休眠模式之前通过包含弱酸性阳离子交换树脂的储槽，从而将其保留在模块中。在这种情况下，在退出模块(12)前允许将不含二价阳离子的供水从储槽(22)流向模块(12)，并在模块(12)中保留一段时间(例如在休眠模式期间几分钟到数小时)。这可以通过在刚生产完渗透物或生产渗透物的最后进入冲洗模式来实现。或者，这可以通过在装置不活动时激活冲洗模式来实现，例如，在饮用水消耗需求低的晚上。冲洗可受一天中的时间、最后一次冲洗以来的持续时间，或响应于产生渗透物的时间消耗而触发。在优选的实施例中，冲洗是在不存在渗透时发生的。通过在休眠模式之前不久提供冲洗模式，可以延长模块(12)内的膜(5)和进料垫片(3)与较低pH和无钙的供水接触的时间。与浸泡在新鲜供水或甚至渗透水中相比，逆转沉积结垢的可能性更大。进一步地，与浸泡在渗透水中相比，可维持更高的回收率。
在冲洗模式稍先于休眠模式的实施例中，系统处于冲洗模式的时间优选小于2分钟、小于1分钟，甚至小于30秒。在优选的实施例中，在冲洗模式期间，小于1升的供水、甚至小于200ml的供水通过超滤模块。更优选地，在冲洗模式下通过模块的供水体积小于模块的进料垫片自由容积(超滤模块的进料侧可能包含的液体体积)的4倍，更优选小于2倍。已经发现，在高回收率下操作的装置的限流器(20)中也可形成结垢，并且优选地，冲洗模式还提供在限流器中具有更小结垢可能性的进料溶液，使得它也可以长时间浸泡。在优选的实施例中，休眠模式超过一小时。
当冲洗模式处于休眠模式之前时，可以使所有模块的进料垫片自由容积包含由弱酸性离子交换树脂处理的液体，以使得在休眠模式下结垢可以溶解。然而，对于除去结垢而言，最重要的区域在模块的进料垫片(3)的下游出口(9)附近。在一个实施例中，休眠模式在冲洗模式后立即开始。然而，当大多数加压供水绕过储槽时，两种模式也可能在短期内分开。这可以通过使树脂处理过的水的塞子沿进料管线移动并进入模块来尽可能减少树脂的使用。也可以用更短的持续时间的冲洗模式将树脂处理过的水的塞子插入模块最有问题的区域。
可以沿着装置定位传感器(34)从而向控制单元提供反馈，作为致动阀(30，30')的常规部分。响应于离子混合变化的浓缩管线(18)中的传感器(34')有助于明确通过储槽的进料流的适当时间，以使得改进的进料在进入休眠模式之前填充模块(12)。例如，离开超滤模块的酸度增加(和钙离子减少)可以通过在浓缩管线(18)内增加电导率或降低pH来检测。
为了有效地使用树脂容量，优选地，模块具有低的总进料垫片自由容积。优选地，进料垫片自由容积小于每平方米膜0.2、0.15或甚至小于0.1升。一种可以实现该目的的方式是使用薄的进料垫片。可替代地或者另外，可以通过使用在一个或两个方向上具有增加的厚度或每英寸股线数的双向网来获得具有低进料垫片容积的模块。这样的垫片可以通过本领域已知的方法(例如US4861487A、US6881336、US7459082、US8361318)构建。膜的高渗透性(A值)也可以有助于限制理想模块流速所需的进料垫片面积。FILMTECTM TW30-1812-100模块中使用的膜是最高渗透性的市售反渗透膜(A值
Figure BDA0001271900260000072
gfd/psi)。然而，如US5876602和US6171497中所述，用氯处理这种或类似的膜可以显著增加其流量，导致A值大于0.55gfd/psi(13.5L/m2/hr/bar)。在优选的实施例中，进料垫片厚度与膜的A值的比值小于60巴秒。不幸的是，即使降低在常规流动下操作的压力，高渗透性膜可以通过使渗透物垫片内的流体分布不均匀而增加结垢可能性，其在靠近渗透管处具有更多的通量。在一个实施例中，与常规设计相反，渗透物垫片具有比进料垫片更大的厚度。例如，一个12mil(0.30mm)的渗透性经编针织物(Tricot)材料可与10mil(0.25mm)厚的进料垫片网组合使用。
所述主题装置特别适用于排除泵的住宅应用，其仅仅依赖于在线自来水源的压力(例如10至60psi)。可替代地或另外，装置可以排除用于储存渗透物的任何箱(38)。在这种应用中，装置可以安装在用于处理饮用水的水池下面，或者与诸如制冰机和洗碗机等设备相关联使用。在其他实施例中，组件可选地包括一个或多个泵或附加处理单元，例如位于螺旋卷绕膜模块上游的微滤筒或下游的UV灭菌器。
为了更好地理解本发明，可以考虑用强酸性树脂和弱酸性阳离子交换树脂二者进行操作。在住宅用水处理中，进料组成可能会发生显著变化，这种不可预测性是使得系统设计不同于大型系统的几个问题之一。已选择具有表I所示的初始成分的供水进行讨论。它在22℃和pH 7.9下具有-0.106的LSI(朗格利尔饱和指数)。据陶氏化学公司(Dow Chemical)的ROSA(反渗透系统分析)软件(版本8.0)预测，在50％的回收率之后，废弃物中的离子浓度可能是两倍高，并且对应于略高的pH 8.2和0.764的LSI。LSI值大于零表明环境有利于结垢。对于相对高容量的强酸性阳离子交换树脂(AmberjetTM 1600H)和弱酸性阳离子交换树脂(IMACTM HP333)，比较了在处理该供水并避免结垢方面的能力。
表I：
Figure BDA0001271900260000071
Figure BDA0001271900260000081
氢形式的强酸性阳离子交换树脂可与K+、Na+、Mg2+、Sr2+以及Ca2+交换，总计3.035meq/L。AmberjetTM 1600H具有约1.75eq/L的操作能力，因此1升可以处理(1.75*1000/3.035＝288L)的进料。相反，使用弱酸性阳离子交换树脂，只有与碳酸氢盐碱度(临时硬度)相关的Ca2+、Ba2+以及Sr2+被除去并且被H+代替，从而将流出液pH降至4-5。仅去除与碳酸氢盐结合的那些形成结垢的阳离子，并且当pH达到约4.2时，该过程停止，其中羧基不再解离。由于可能结垢的水是那些同时具有钙和碱度的水，因此这种树脂类型对于预期用途特别有效。在感兴趣的情况下，与弱酸性阳离子树脂的交换受碳酸盐和碳酸氢盐(1.72meq/L)的限制，因此仅除去约一半的3.035meq/L的二价阳离子。然而，pH和结垢潜力两者都显著降低，使得预测的LSI将基本上为负，并且可以重新溶解CaCO3。假设碱度泄漏终点为50％，则HP333加工能力为2.2eq/L，这表明1升这种树脂可以从供水中去除1280L的临时硬度。
结果表明，弱酸性阳离子交换树脂适用于处理的水量为强酸性阳离子交换树脂水量的约4.4倍。对于在其寿命内产生10,000L渗透物的住宅超滤模块，50％的回收率将相当于进料流量的两倍(20,000L)。所描述的两种方法之一包括在标准操作模式和冲洗模式之间间歇地切换。对于所考虑的情况，假设存在一升树脂并且没有再生能力，两种模式中的每种模式的持续时间的比值约为15。许多水将自然具有显著更多的钙、碳酸氢根离子或更高的pH，并且这些因素可以增加树脂消耗的速率。根据系统中的其他因素，可以进一步提高比值，或者采用弱酸性阳离子交换树脂的替换滤芯将允许在模块使用寿命期间增加冲洗。
操作的替代方法包括在休眠模式之前提供短冲洗模式，使得模块的至少一部分(并且优选地还包括浓缩管线中的限流器)可以用处理过的进料溶液填充，其可以帮助去除潜在的结垢。如果TW30-1812-75模块由0.3m2的90％空隙、0.43mm(17mil)厚的进料垫片构成，则模块的进料垫片自由容积为0.116L。对于之前提及的1L的HP333树脂采用1280L处理容量，两个模块容积的进料可以通过模块冲洗超过5000次。如果将10,000L渗透液分布于约5年中处理，则可以每8小时制定一次冲洗模式。此外，通过标准的连续操作，树脂性能计算通常会假设泄漏终点分数(例如50％)。例如，假设HP333的工作能力为2.2eq/L(基于50％的泄漏终点)，但总交换容量实际上为3.85eq/L。与典型的离子交换操作不同，所公开的方法包括在冲洗之前在储槽内的进料溶液和树脂之间进行长时间接触，因此形成结垢离子的消耗实际上可能更大。当与采用新鲜进料或产生的渗透物填充进料垫片相比，该方法可具有更大的除垢潜力。与使用生产的渗透物相比，等效的冲洗步骤对系统回收具有较小的负面影响。通过使用具有更高的透水性的膜或降低每平方米膜的进料垫片容积的模块，可以进一步降低本方法所需的树脂容量。
本发明已描述了许多实施例，并且在一些情况下，某些实施例、选择、范围、成分或其他特征已被表征为“优选”。这种“优选”特征的指定不应该被解释为本发明的基本或关键方面。上述每一个专利和专利申请中的全部内容通过引用并入本文。

Claims (9)

1.一种水处理装置，其包含螺旋卷绕超滤膜模块，所述模块包含缠绕在渗透物收集管上的至少一个膜包膜和进料腔垫片，其中所述模块连接到：
i）进料管线，其适于连接到加压供水源，
ii）渗透管线，其适于连接到处理过的水的分配器及
iii）浓缩管线，其适于连接到排水管；
其中所述装置进一步包含含有弱酸性阳离子交换树脂的可加压储槽以及至少一个阀，其将加压供水水流沿所述进料管线选择性地分流通过所述储槽并且在通过所述超滤膜模块前返回到所述进料管线；并且
其中所述渗透管线包含适于选择性地增大流动阻力的阀，并且所述浓缩管线包含适于选择性地减小流动阻力的阀；并且
其中所述装置构造成以三种不同的模式操作所述装置，所述模式包括标准模式、冲洗模式及休眠模式，其中在所述标准操作模式中，大部分的加压供水绕过所述储槽，在所述冲洗模式中，大部分的加压供水通过所述储槽，并且在所述休眠模式中，没有加压供水通过所述模块，并且其中所述冲洗模式先于所述休眠模式，使得供水从所述储槽流向所述模块，并且在所述休眠模式中保留在所述模块内，并且在所述冲洗模式中，发生以下的至少一者：
a) 所述位于沿所述渗透管线的阀被定位以选择性地增大流动阻力，和
b) 所述位于沿所述浓缩管线的阀被定位以选择性地降低流动阻力。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征进一步在于，包含绕过所述可加压储槽的第一通路、通过所述可加压储槽的第二通路及在所述第一通路内可关闭从而将所述水流分流通过所述可加压储槽的机械偏置阀。
3.根据权利要求2所述的水处理装置，其中流经所述第一通路的阻力比流经所述第二通路的阻力低10%。
4.根据权利要求1所述的水处理装置，其中所述超滤膜模块具有每平方米膜小于0.2升的进料垫片自由容积。
5.一种水处理装置的操作方法，其中所述装置包含：
螺旋卷绕超滤膜模块，所述模块包含缠绕在渗透物收集管上的至少一个膜包膜和进料腔垫片，其中所述模块连接到：
i）进料管线，其适于连接到加压供水源，
ii）渗透管线，其适于连接到处理过的水的分配器及
iii）浓缩管线，其适于连接到排水管；
其中所述装置进一步包含含有弱酸性阳离子交换树脂的可加压储槽以及至少一个阀，其将加压供水水流沿所述进料管线选择性地分流通过所述储槽并且在通过所述模块前返回到所述进料管线；并且其中所述装置包含以下的至少一者：
位于沿所述渗透管线的阀，其适于增大流动阻力，和
位于沿所述浓缩管线的阀，其适于降低流动阻力；
其中所述方法包括将加压供水引入所述进料管线中并且以三种不同的模式操作所述装置，所述模式包括标准模式、冲洗模式及休眠模式，其中在所述标准操作模式中，大部分的加压供水绕过所述储槽，在所述冲洗模式中，大部分的加压供水通过所述储槽，并且在所述休眠模式中，没有加压供水通过所述模块，并且其中所述冲洗模式先于所述休眠模式，使得供水从所述储槽流向所述模块，并且在所述休眠模式中保留在所述模块内，并且在所述冲洗模式中，发生以下的至少一者：
a) 所述位于沿所述渗透管线的阀被定位以选择性地增大流动阻力，和
b) 所述位于沿所述浓缩管线的阀被定位以选择性地降低流动阻力。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述冲洗模式耗费的平均时间为所述标准模式耗费的时间的1%与20%之间。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述冲洗模式的持续时间小于1分钟。
8.根据权利要求5所述的方法，其中在所述冲洗模式中，小于1升的供水通过超滤模块。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述超滤膜模块具有每平方米膜小于0.2升的进料垫片自由容积。
CN201480082761.4A 2014-10-29 2014-10-29 包括超滤模块和阳离子交换树脂的水处理装置 Active CN107074599B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2014/089766 WO2016065546A1 (en) 2014-10-29 2014-10-29 Water treatment assembly including hyperfiltration module and cation exchange resin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107074599A CN107074599A (zh) 2017-08-18
CN107074599B true CN107074599B (zh) 2023-07-07

Family

ID=55856366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480082761.4A Active CN107074599B (zh) 2014-10-29 2014-10-29 包括超滤模块和阳离子交换树脂的水处理装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10040704B2 (zh)
KR (1) KR101971383B1 (zh)
CN (1) CN107074599B (zh)
WO (1) WO2016065546A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3740302A1 (en) * 2018-01-15 2020-11-25 DDP Specialty Electronic Materials US, Inc. Spiral wound assembly with integrated flow restrictor and sensor
KR20200112415A (ko) * 2019-03-22 2020-10-05 주식회사 엘지화학 고회수율 역삼투 스페이서 및 엘리먼트
US11772025B1 (en) 2022-08-02 2023-10-03 W. L. Gore & Associates, Inc. Industrial filter assembly enhancement

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL281359A (zh) 1961-07-25
US3492159A (en) 1968-10-18 1970-01-27 Economics Lab Water conditioning
US4650586A (en) 1983-09-26 1987-03-17 Kinetico, Inc. Fluid treatment system
US4595498A (en) * 1984-12-27 1986-06-17 Thomson Components-Mostek Corporation Water-polishing loop
US4711723A (en) 1986-05-27 1987-12-08 Nimbus Water Systems, Inc. Water purification system
US4713175A (en) 1986-08-05 1987-12-15 Nimbus Water Systems, Inc. Water purifier comprising stages mounted side-by-side to unitary header
US4842724A (en) 1988-08-03 1989-06-27 Nimbus Water Systems, Inc. Water purification apparatus
US4861487A (en) 1989-02-08 1989-08-29 Fulk Jr Clyde W Spiral wound membrane modules and systems with improved feed spacer
US5296148A (en) 1993-03-16 1994-03-22 Nimbus Water Systems, Inc. Reverse osmosis water purifier
US5501798A (en) 1994-04-06 1996-03-26 Zenon Environmental, Inc. Microfiltration enhanced reverse osmosis for water treatment
US6171497B1 (en) 1996-01-24 2001-01-09 Nitto Denko Corporation Highly permeable composite reverse osmosis membrane
US5925255A (en) 1997-03-01 1999-07-20 Mukhopadhyay; Debasish Method and apparatus for high efficiency reverse osmosis operation
CA2186963C (en) 1996-10-01 1999-03-30 Riad A. Al-Samadi High water recovery membrane purification process
CN2277985Y (zh) * 1996-12-30 1998-04-08 蒲正扬 离子交换纯水处理器
US5876602A (en) 1997-11-04 1999-03-02 The Dow Chemical Company Treatment of composite polyamide membranes to improve performance
US6074551A (en) 1998-04-30 2000-06-13 Culligan Water Conditioning Of Fairfield County Automatic cleaning system for a reverse osmosis unit in a high purity water treatment system
US6881336B2 (en) 2002-05-02 2005-04-19 Filmtec Corporation Spiral wound element with improved feed space
KR20050107798A (ko) * 2003-03-14 2005-11-15 제논 인바이런멘탈 인코포레이티드 내부 스테이지화된 나선형 권취 모듈을 갖는 연수용나노여과 시스템
PT1691915E (pt) 2003-12-07 2010-05-17 Univ Ben Gurion Método e sistema de aumento da recuperação e prevenção do entupimento devido a precipitação em processos de membrana por pressão
US7402240B2 (en) 2004-03-17 2008-07-22 General Electric Company Method and system to flush an RO system
CN100522325C (zh) 2004-03-26 2009-08-05 日东电工株式会社 螺旋型分离膜元件
CN101056693B (zh) 2004-09-13 2012-04-18 南卡罗来纳大学 水脱盐工艺和装置
US7267769B2 (en) 2004-09-24 2007-09-11 International Environmental Technologies, Llc Water purification system utilizing a carbon block pre-filter
TWI262097B (en) 2005-01-28 2006-09-21 Univ Chung Yuan Christian Feed spacer for spiral-wound membrane module abstract of the invention
WO2007018561A1 (en) 2005-07-29 2007-02-15 Mike Joulakian Water purification arrangement
CN2839254Y (zh) 2005-11-17 2006-11-22 佳尼特(上海)纯水设备有限公司 在线清洗式家用反渗透净水器
WO2009097369A2 (en) 2008-01-28 2009-08-06 Everpure, Llc Reverse osmosis system
US8142588B2 (en) 2009-10-27 2012-03-27 Dow Global Technologies Llc Method for applying tape layer to outer periphery of spiral wound module
ES2694508T3 (es) 2009-10-30 2018-12-21 A.O. Smith (Shanghai) Water Treatment Products Co., Ltd Elemento de membrana de ósmosis inversa enrollado
WO2011147019A1 (en) * 2010-05-26 2011-12-01 Al-Samadi Riad A Multi-use high water recovery process
US8496825B1 (en) 2010-10-26 2013-07-30 Dow Global Technologies Llc Spiral wound module including membrane sheet with regions having different permeabilities
JP5751068B2 (ja) * 2011-07-27 2015-07-22 三浦工業株式会社 水処理システム
US8778182B2 (en) * 2011-07-28 2014-07-15 Dow Global Technologies Llc Spiral wound element and seal assembly
CN202829750U (zh) * 2012-10-18 2013-03-27 北京建筑工程学院 除盐系统综合实验装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101971383B1 (ko) 2019-08-13
CN107074599A (zh) 2017-08-18
WO2016065546A1 (en) 2016-05-06
KR20170065651A (ko) 2017-06-13
US20170247266A1 (en) 2017-08-31
US10040704B2 (en) 2018-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Damtie et al. Removal of fluoride in membrane-based water and wastewater treatment technologies: Performance review
CN105073229B (zh) 渗透分离系统和方法
US5250185A (en) Reducing aqueous boron concentrations with reverse osmosis membranes operating at a high pH
US8277660B2 (en) Method and apparatus for recovery of water containing silica
JP4765843B2 (ja) 海水淡水化方法
Maddah et al. Evaluation of various membrane filtration modules for the treatment of seawater
US20130256135A1 (en) Water treatment system and method
WO1996003350A1 (fr) Procede et dispositif de production d'eau pure ou ultrapure
CA2905924A1 (en) Electrochemical water treatment system and method
AU2011257925A1 (en) Multi-use high water recovery process
US20150251930A1 (en) Differential reverse osmosis method and apparatus
US6004464A (en) Spent brine reclamation
CN107074599B (zh) 包括超滤模块和阳离子交换树脂的水处理装置
AU2020397445A1 (en) Installation and process for providing mineralized drinking water
US9840426B2 (en) Water treatment assembly including hyperfiltration module and pressurizable reservoir
Wittmann et al. Water treatment
ES2935276T3 (es) Sistema y procedimientos para la eliminación de incrustaciones
JP5673225B2 (ja) 水処理方法及び水処理システム
WO2005056166A1 (en) Methods for reducing boron concentration in high salinity liquid using combined reverse osmosis and ion exchange
Cohen et al. Water Reclamation, Remediation, and Cleaner Production with Nanofiltration
Myint et al. Design of ILEDR for brackish groundwater: A literature review approach
Lynch Jr et al. Membrane and Ion‐Exchange Processes‐A Review
CA2746986C (en) Water softener system using nanofiltration to reclaim a portion of the regenerating sodium chloride
JP2012183484A (ja) 水処理方法及び水処理システム
Munakata et al. Ion Exchange for Removal of Chloride from Recycled Water

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Delaware

Applicant after: DDP special electronic materials USA Co.,Ltd.

Address before: Delaware

Applicant before: DDP special electronic materials American Co.

CB02 Change of applicant information
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20230609

Address after: Delaware

Applicant after: DDP special electronic materials American Co.

Address before: Michigan, USA

Applicant before: THE DOW CHEMICAL CO.

Effective date of registration: 20230609

Address after: Michigan, USA

Applicant after: THE DOW CHEMICAL CO.

Address before: Michigan, USA

Applicant before: Dow Global Technologies Llc

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant