CN107206320A - 盐水浓度 - Google Patents

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Abstract

一种用于从进料溶液分离溶剂的工艺，所述工艺包括：使包含溶解于溶剂中的溶质的进料溶液与纳滤膜的一侧接触，向进料溶液施加液压，使得溶剂和来自进料溶液的一些溶解的盐流过纳滤膜，以提供在纳滤膜的渗透物侧上的渗透物溶液和在纳滤膜的渗余物侧上的浓缩溶液；使来自纳滤膜的渗透物溶液与反渗透膜的一侧接触，并且向渗透物溶液施加液压，使得来自渗透物溶液的溶剂流过反渗透膜，以使浓缩溶液留在反渗透膜的渗余物侧，使用来自反渗透膜的渗余物侧的浓缩溶液作为至纳滤膜的进料溶液的至少一部分；从纳滤膜的渗余物侧收回浓缩溶液的至少一部分。

Description

盐水浓度
背景
本发明涉及一种用于从进料溶液分离溶剂例如水的工艺。具体但非排他地，本发明涉及一种用于净化水的工艺。
水的净化和浓缩的各种方法是已知的。这种方法的一个例子是反渗透。在反渗透中，通过施加超过高溶质浓度溶液的渗透压的压力，迫使水从高溶质浓度的区域通过半透膜到低溶质浓度的区域。例如，通常使用反渗透从海水获得饮用水。反渗透也用于将水从例如工业废物流分离。通过使用反渗透来处理工业废物流，能够从工业废物产生相对干净的水，同时减少需要处置或进一步处理的不合意的废物的体积。
反渗透需要在膜的高溶质浓度侧施加相对高的压力。例如，为了通过常规的反渗透技术对海水脱盐，通常使用高达82barg的压力来提高产物水的回收率。这对依赖常规反渗透的脱盐方法造成相当大的能源负担。此外，具有比海水高的溶质浓度的流可能需要施加甚至更高的液压。许多可商购的反渗透膜不适合承受大于82barg的液压。因此，这可能对可以使用可商购的反渗透膜处理的进料溶液的浓度造成限制，这实际上使浓缩的进料流的最大浓度受限于相当于反渗透膜和压力容器的最大液压等级的渗透压。
描述
根据本发明，提供了一种用于从进料溶液分离溶剂的工艺，所述工艺包括：
使包含溶解于溶剂中的溶质的进料溶液与纳滤膜的一侧接触，
向所述进料溶液施加液压，使得溶剂和来自所述进料溶液的一些溶解的溶质流过所述纳滤膜，以提供在所述纳滤膜的渗透物侧上的渗透物溶液，和在所述纳滤膜的渗余物侧上的浓缩溶液；
使来自所述纳滤膜的所述渗透物溶液与反渗透膜的一侧接触，并且向所述渗透物溶液施加液压，使得来自所述渗透物溶液的溶剂流过所述反渗透膜，以使浓缩溶液留在所述反渗透膜的所述渗余物侧，
使用来自所述反渗透膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液作为至所述纳滤膜的所述进料溶液的至少一部分；和
从所述纳滤膜的所述渗余物侧收回所述浓缩溶液的至少一部分。
来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分可以直接或间接地处置。在一种实施例中，收回部分可以在处置之前与另外的溶液组合。在一种实施方案中，收回部分可以在处置之前进一步浓缩。可选择地，收回部分可以与正渗透膜的一侧接触，以通过正向渗透从正渗透膜的相对侧上的源水汲取水。其中正向渗透定义为任何渗透驱动的膜工艺，例如压力增强渗透、压力辅助渗透、渗透和压力延迟渗透。
在本发明中，将包含溶解于溶剂中的盐的进料溶液与纳滤膜的一侧接触。进料溶液可以是含盐的地下水或地表水、盐水、海水或废物流。选择纳滤膜是因为它是具有相对高的溶质渗透率的相对“疏松”的膜。因此，与溶剂一样，来自进料溶液的相当大量的溶质(例如盐)穿过纳滤膜以提供具有相对高的溶质浓度的渗透物。因为渗透物具有相对高的溶质浓度，为保持穿过纳滤膜的期望的通量水平所需的液压，与例如利用例如具有较低溶质渗透率的常规反渗透膜所需的液压相比，是相对低的。
在某些实施方案中，进料溶液是废物流。进料溶液可以含有多价阳离子和/或多价阴离子。多价阳离子的实例包括二价阳离子和三价阳离子。二价阳离子的实例包括碱土金属阳离子，例如钙、镁、锶和钡。三价阳离子的实例包括铝。二价阴离子的实例包括硫酸根阴离子和碳酸根阴离子。
在进料中，进料溶液可以具有相对于一价阳离子的浓度的高的多价阳离子的初始浓度。在一种实施例中，在进料中，多价阳离子的初始浓度高于一价阳离子的浓度。在某些实施方案中，在进料中，多价阳离子的初始浓度可以为总阳离子浓度的至少20％，例如至少30％。在一种实施例中，在进料中，多价阳离子的初始浓度可以为总阳离子浓度的20％至100％，例如20％至90％。
在进料中，进料溶液可以具有相对于一价阴离子的浓度的高的多价阴离子的初始浓度。在一种实施例中，在进料中，多价阴离子的初始浓度高于一价阴离子的浓度。在某些实施方案中，在进料中，多价阴离子的初始浓度可以为总阴离子浓度的至少20％，例如至少30％。在一种实施例中，在进料中，多价阴离子的初始浓度可以为总阴离子浓度的20％至100％，例如20％至90％。
在进料中，进料溶液可以具有多价阳离子和多价阴离子的总浓度，该总浓度相对于一价阳离子和一价阴离子的总浓度是高的。在一种实施例中，在进料中，多价阳离子和多价阴离子的初始浓度高于一价阳离子和一价阴离子的浓度。在某些实施方案中，在进料中，多价阳离子和多价阴离子的初始浓度可以为总阳离子和阴离子浓度的至少20％，例如至少30％。在一种实施例中，在进料中，多价阳离子的初始浓度可以为总阳离子和阴离子浓度的20％至100％，例如20％至90％。
优选地，本发明的工艺包括在使进料溶液与纳滤膜接触之前，向进料溶液添加一价阳离子和/或一价阴离子的步骤。一价阳离子和/或一价阴离子可以以固体盐(例如氯化钠)的形式或作为盐溶液(例如氯化钠溶液)添加。可以添加一价阳离子和/或一价阴离子以确保，当所得进料穿过纳滤膜时，在纳滤膜的渗透物侧上的渗透物溶液的渗透压为进料溶液的渗透压的至少50％。
纳滤膜通常具有相对于多价(例如二价和三价)溶质渗透率的相对高的一价溶质渗透率。因此，纳滤膜可能限制来自进料溶液的多价溶质通过膜，从而限制来自纳滤膜的渗透物的溶质浓度和渗透压。在这种情况下，可以将一价溶质溶液(例如氯化钠)定量给料至进料溶液。因为纳滤膜具有对于一价溶质相对高的渗透率，所以来自纳滤膜的渗透物的溶质浓度和渗透压将通过添加一价溶质来增大。来自纳滤膜的渗透物与反渗透膜的一侧接触，并且纳滤膜渗透物中的一价溶质将被保留在反渗透膜的渗余物侧上并且被重新引入至纳滤进料。
来自纳滤膜的渗透物与反渗透膜的一侧接触。可以施加液压，使得来自纳滤渗透物的溶剂流过反渗透膜，以将浓缩溶液留在反渗透膜的渗余物侧。来自反渗透膜的渗透物溶液可以是具有降低的溶质浓度的产物流(例如产物水)。该产物流可以任选地被进一步处理，例如，以产生饮用水或用于家庭使用的水。水也可以用于例如工业或住宅用途。
然后将来自反渗透膜的渗余物侧的浓缩溶液用作至纳滤膜的进料溶液的至少一部分。通过使用该浓缩溶液作为进料的至少一部分，可以增加在纳滤膜的渗余物侧上的溶液的浓度，允许从纳滤膜的渗余物侧收回高度浓缩的溶液。如上所述，从纳滤膜的渗余物侧收回的溶液可以被处置或在处置之前进一步浓缩。由于其高浓度，而减少了需要处置或处理的液体的体积。因此，当收回的流意图在下游蒸发器或结晶器中进行处理时，可以减少这种设备的容量和/或热需求量。由于其高浓度，来自纳滤膜的渗余物侧的溶液也可以被收回并且用作渗透驱动的膜工艺中的汲取溶液。
反直觉地，本发明采用疏松或高溶质通过(即纳滤)膜，以在膜的渗余物侧提供高度浓缩的溶液。具体地，本发明采用与反渗透膜串联的纳滤膜，以产生具有降低的溶质浓度的产物流(例如产物水)以及高度浓缩的溶液，例如以便于处置/进一步处理或用作用于直接渗透工艺的汲取溶液。通过使用纳滤膜，能够通过本发明的工艺生产的高度浓缩的渗余物溶液的浓度大于可以在相同的液压限制下使用单独操作的反渗透产生的浓度。此外，通过将来自反渗透膜的渗余物作为进料的至少一部分再循环到纳滤膜，可以产生高度浓缩的废物流，减少需要处置或进一步处理的废物的体积。
本发明的实施方案的益处在于：
(a)与单独使用RO相比，可以产生更高浓度的盐水流(并且因此较少的体积)，
(b)与单独使用RO相比，可以使更高浓度的进料水脱盐，和/或
(c)与RO处理相同浓度的进料水相比，可以实现更高的产物水的回收率。
所有上述益处都可以在不增加当单独使用RO时采用的正常操作压力的情况下来实现。
当收回时，来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分可以具有至少90,000mg/l、优选地至少95,000mg/l的总溶解盐浓度。在一种实施方案中，来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分可以具有至少100,000mg/l，例如至少120,000mg/l的总溶解盐浓度。在一种实施例中，收回部分具有至少130,000mg/l的总溶解盐浓度。
当收回时，来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分可以具有至少75barg、优选地至少80barg的渗透压。在一种实施方案中，来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分可以具有至少110barg例如至少120barg的渗透压。
优选地，来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分使用热蒸发器或结晶器来进一步浓缩。
在一种实施方案中，将来自反渗透膜的渗余物侧的浓缩溶液与另外的溶质溶液组合，并且将所组合的流用作至纳滤膜的进料溶液。另外的溶质溶液可以是，例如，含盐的地下水或地表水、盐水、海水或废物流。
在一种实施方案中，来自纳滤膜的渗透物溶液与另外的溶质溶液组合，并且所组合的流与反渗透膜的一侧接触。另外的溶质溶液可以是，例如，含盐的地下水或地表水、盐水、海水或废物流。
在一种实施方案中，来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分通过使所述收回部分与另外的半透膜的一侧接触来浓缩。半透膜可以与纳滤膜一样可渗透(例如相当的平均孔径)或与纳滤膜相比较不可渗透(例如较小的平均孔径)。例如，半透膜可以是纳滤膜或反渗透膜。可以向收回部分施加液压，使得来自所述部分的溶剂流过另外的半透膜，以提供在另外的半透膜的渗透物侧上的渗透物溶液和在另外的半透膜的渗余物侧上的渗余物溶液。另外的半透膜的渗余物侧上的渗余物溶液可以被收回并且处置、例如在处置之前进一步浓缩或与直接渗透膜的一侧接触以通过直接渗透即在渗透驱动的膜工艺中从直接渗透膜的相对侧上的源溶液汲取水。来自另外的半透膜的渗透物侧的渗透物溶液可以与来自反渗透膜的渗余物侧的浓缩溶液组合并且引入至纳滤膜中。优选地，另外的半透膜是纳滤膜。
在一种实施方案中，在被用作至纳滤膜的进料溶液的至少一部分之前，来自反渗透膜的渗余物侧的浓缩溶液穿过附加的半透膜，以提供在附加的半透膜的渗透物侧上的渗透物溶液和在附加的半透膜的渗余物侧上的渗余物溶液。渗透物溶液可以用作至纳滤膜的进料的至少一部分。附加的半透膜的渗余物侧上的渗余物溶液可以被收回并且处置、进一步浓缩或与直接渗透膜接触以通过直接渗透即在渗透驱动的膜工艺中从直接渗透膜的相对侧上的源溶液汲取水。
纳滤膜的渗余物侧上的浓缩溶液的收回部分可以通过以下来浓缩：使收回部分穿过附加的(或又一个)半透膜并且向所述收回部分施加液压，使得来自所述部分的溶剂流过膜，以提供在半透膜的渗透物侧上的渗透物溶液和在膜的渗余物侧上的渗余物溶液。这种渗余物可以被收回，并且然后任选地处置、例如在处置之前进一步浓缩或与直接渗透膜接触以通过直接渗透即在渗透驱动的膜工艺中从直接渗透膜的相对侧上的源溶液汲取水。优选地，在纳滤膜的渗余物侧上的浓缩溶液的收回部分与来自反渗透膜的渗余物侧的浓缩溶液组合，并且所组合的流穿过附加的半透膜。
附加的或又一个半透膜与纳滤膜一样可渗透或与纳滤膜相比较不可渗透。例如，附加的或又一个半透膜可以是纳滤膜或反渗透膜。优选地，附加的半透膜可以是纳滤膜。当使用时，又一个半透膜也可以是纳滤膜。
当纳滤膜的渗余物侧上的浓缩溶液的收回部分与另外的膜接触时，该另外的膜可以具有是纳滤膜的平均孔径或渗透率的不超过100倍、优选地不超过50倍、更优选地不超过10倍的平均孔径或渗透率。在纳滤膜的渗余物侧上的浓缩溶液的收回部分可以与另外的膜接触，该另外的膜具有是纳滤膜的平均孔径或渗透率的小于10倍，例如小于5倍的平均孔径或渗透率。例如，另外的膜可以具有与纳滤膜大体上相同或更低的平均孔径或渗透率。如上所述，另外的膜可以是纳滤膜或反渗透膜。另外的膜优选地不选自颗粒过滤膜、微滤膜或超滤膜。另外的膜可以具有小于0.1微米例如小于0.05微米的平均孔径。
进料溶液可以是任何溶液，例如水溶液。进料溶液可以是盐溶液，例如盐水溶液。在某些实施方案中，进料溶液是氯化钠的水溶液。合适的进料溶液的实例包括含盐的地下水或地表水、盐水和海水。其他实例包括废水流、湖水、河水和池塘水。废水流的实例包括工业或农业废水流。
至纳滤膜的进料溶液的总溶解盐浓度可以为至少5,000mg/l，例如5,000mg/l至140,000mg/l。在一种实施例中，至纳滤膜的进料溶液的总溶解盐浓度为至少30,000mg/l。进料的渗透压可以为至少4barg，例如4barg至130barg。
纳滤膜可以被选择为使得足够的溶解盐穿过纳滤膜，由此在纳滤膜的渗透物侧上的渗透物溶液的总溶解盐浓度或渗透压为进料至纳滤膜的溶液的渗透压的至少30％，例如至少50％或至少70％。例如，在纳滤膜的渗透物侧上的渗透物溶液的渗透压是进料至纳滤膜的溶液的渗透压的50％至90％。
当收回时，来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分可以具有为进料的总溶解盐浓度的至少1.1倍，例如至少2倍或3倍的总溶解盐浓度。
当收回时，来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液的收回部分可以具有是进料的渗透压的至少1.1倍，例如至少2倍或3倍的渗透压。
在纳滤步骤中采用的膜可以具有4埃至80埃的平均(average)(例如平均(mean))孔径。优选地，膜的平均(例如平均)孔径为20埃至70埃、更优选地为30埃至60埃、并且最优选地为40埃至50埃。可以使用任何合适的技术来测量孔径(例如平均孔径)。例如，可以使用差示流量方法(differential flow method)(Japan Membrane Journal，第29卷；第4期；第227-235页(2004))或使用盐、不带电荷的溶质和原子力显微镜(Journal ofMembraneScience 126(1997)91-105)。
在纳滤步骤中使用的膜可以在例如由微孔聚合物片形成的支撑体的顶部上作为“表层”铸制。所得的膜可以具有复合结构(例如，薄膜复合结构)。通常，膜的分离性质由“表层”的孔径和电荷控制。
合适的纳滤膜的实例包括ESNA-1(Hydranautics，Oceanside，CA)、SR 90、NF-270、NF 90、NF 70、NF 50、NF 40、NF 40HF膜(Dow FilmTech，Minneapolis，Minn)、TR-60、SU 600膜(Toray，Japan)和NRT 7450和NTR7250膜(Nitto Electric，Japan)。
纳滤膜可以是平面的或采取管或中空纤维的形式。例如，可以使用中空细纤维膜的管状构造。如果需要，膜可以被支撑在诸如网状支撑体的支撑结构上。当采用平面膜时，片材可以被卷起，使得其以横截面界定螺旋。当采用管状膜时，一个或更多个管状膜可以容纳在外壳或壳体内。溶液可以被引入外壳中，而溶剂可以作为滤液从管中除去，或反之亦然。
纳滤步骤还可以在升高的压力进行。例如，纳滤步骤可以在25bar至120bar、优选地40bar至100bar、更优选地50bar至80bar的压力进行。如上所述，来自反渗透步骤的选择性膜的渗余物侧的溶液穿过纳滤膜。由于该溶液处在膜的高压侧上，所以当溶液穿过纳滤膜时，可能不需要向溶液施加另外的压力。然而，如果需要，那么可以在溶液穿过纳滤膜时向溶液施加另外的压力。
在本发明中可以使用任何合适的反渗透膜。例如，反渗透膜可以具有0.5埃至80埃、优选地2埃至50埃的平均(例如平均)孔径。在优选的实施方案中，膜具有从3埃至30埃的平均(例如平均)孔径。可以使用任何合适的技术来测量孔径(例如平均孔径)。例如，可以使用差示流量方法(JapanMembrane Journal，第29卷；第4期；第227-235页(2004))或使用盐、不带电荷的溶质和原子力显微镜(Journal of Membrane Science 126(1997)91-105)。
合适的反渗透膜包括整体膜和复合膜。合适的膜的具体实例包括由乙酸纤维素(CA)和/或三乙酸纤维素(CTA)形成的膜，例如或类似于McCutcheon等人的Desalination174(2005)1-11的研究中使用的那些，以及由聚酰胺(PA)形成的膜。可以采用膜的阵列。
反渗透膜可以是平面的或采取管或中空纤维的形式。例如，可以使用中空细纤维膜的管状构造。如果需要，膜可以被支撑在诸如网状支撑体的支撑结构上。当采用平面膜时，片材可以被卷起，使得其以横截面界定螺旋。当采用管状膜时，一个或更多个管状膜可以容纳在外壳或壳体内。
反渗透膜可以在升高的压力进行以驱动(液体)溶液通过膜。例如，反渗透步骤可以在25bar至120bar、优选地50bar至100bar、更优选地60bar至80bar的压力进行。
现在将参照附图来描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
图1是用于执行本发明的工艺的第一实施方案的系统的示意图；
图2是用于执行本发明的工艺的第二实施方案的系统的示意图；
图3是用于执行本发明的工艺的第三实施方案的系统的示意图；和
图4是用于执行本发明的工艺的第四实施方案的系统的示意图。
参照图1，该图描绘了系统，该系统包括：包括纳滤膜10a的纳滤膜单元10和包括反渗透膜12a的反渗透膜单元12。在使用中，将包含溶解于溶剂中的溶质的进料溶液(例如废水)与纳滤膜10a的一侧接触。向进料溶液施加液压，使得溶剂(水)和来自进料溶液的一些溶解的盐流过纳滤膜，以提供在纳滤膜10a的渗透物侧上的渗透物溶液14，和在纳滤膜的渗余物侧上的浓缩溶液16。
来自纳滤膜10a的渗透物溶液14经由导管18收回并且与反渗透膜12a的一侧接触。向溶液施加液压，使得来自溶液的溶剂流过反渗透膜12a，以将浓缩溶液20留在反渗透膜12a的渗余物侧并且将产物溶液22留在反渗透膜12a的渗透物侧。产物溶液22有利地具有相对低的溶质(例如盐)浓度。
来自反渗透膜12a的渗余物侧的浓缩溶液20经由导管26收回，并且用作至纳滤膜10a的进料溶液的至少一部分。在该实施方案中，其可以与新鲜进料(例如废水)在导管8中组合，并且所组合的流可以被进料至纳滤单元10。
来自纳滤膜10a的渗余物侧的浓缩溶液16的至少一部分经由导管24收回。该溶液24可以例如使用热法(未示出)来处置或进一步浓缩。当溶液24被高度浓缩时，需要处理/处置的浓缩废物的体积，与例如将单独使用反渗透(RO)产生的浓缩废物的体积相比，是相对少的。
进料(例如废水)可以含有二价阳离子和/或二价阴离子，例如钙阳离子、镁阳离子、锶阳离子和/或钡阳离子，和/或硫酸根阴离子和/或碳酸根阴离子。在进料中，二价阳离子和二价阴离子的初始浓度高于一价阳离子和一价阴离子的浓度。例如，在进料中，二价阳离子或二价阴离子的初始浓度可以为总阳离子和阴离子浓度的20％至90％。
在进料溶液与纳滤膜接触之前，可以经由线路50将一价阳离子和一价阴离子添加至进料溶液。一价阳离子和/或一价阴离子可以以固体盐(例如氯化钠)的形式或作为盐溶液(例如氯化钠溶液)添加。可以添加一价阳离子和/或一价阴离子以确保，当所得进料穿过纳滤膜时，在纳滤膜的渗透物侧上的渗透物溶液的渗透压为进料溶液的渗透压的至少50％。
纳滤膜通常具有相对于多价(例如二价和三价)溶质渗透率的相对高的一价溶质渗透率。因此，纳滤膜可能限制来自进料溶液的多价溶质通过膜，从而限制来自纳滤膜的渗透物的溶质浓度和渗透压。在这种情况下，可以将一价溶质溶液(例如氯化钠)定量给料至进料溶液。因为纳滤膜具有对于一价溶质相对高的渗透率，所以来自纳滤膜的渗透物的溶质浓度和渗透压将通过添加一价溶质来增大。来自纳滤膜的渗透物与反渗透膜的一侧接触，并且纳滤膜渗透物中的一价溶质将被保留在反渗透膜的渗余物侧上并且被重新引入至纳滤进料。
图2描绘了用于执行参照图1描述的工艺的可选择的实施方案的系统。相同部件已经用相同附图标记来标记。与图1相同，可以经由线路50将一价阳离子和/或一价阴离子(例如氯化钠)添加至进料。然而，在本实施方案中，来自反渗透膜12a的渗余物侧的浓缩溶液20经由导管26收回，并且全部用作至纳滤膜10a的进料溶液。与图1所描绘的实施方案不同，浓缩溶液20不与新鲜进料(例如废水)组合。然而，至反渗透单元12的进料仅部分地由来自纳滤膜10a的渗透物(参见导管18)形成。该渗透物与来自导管8的新鲜进料(例如废水)组合，并且将所组合的进料引入至反渗透单元12中。
图3描绘了用于执行本发明的工艺的第三实施方案的系统。该系统类似于图1中所描绘的系统，并且相同部件已经用相同的数字标记。与图1相同，可以经由线路50将一价阳离子和/或一价阴离子(例如氯化钠)添加至进料。然而，在本实施方案中，来自纳滤膜10a的渗余物侧的浓缩溶液16的收回部分(参见导管24)通过使收回部分与另外的半透膜(例如，另外的纳滤膜)28的一侧接触来浓缩。收回部分(参见导管24)可以任选地在与另外的半透膜28接触之前与新鲜进料组合。然后，施加液压，使得来自收回部分的水流过另外的半透膜28(例如另外的纳滤膜)，以提供在另外的半透膜28的渗透物侧上的渗透物溶液30和在另外的半透膜的渗余物侧上的渗余物溶液。另外的半透膜28的渗余物侧上的渗余物溶液经由导管32收回，并且处置或在处置之前进一步浓缩。渗透物30经由导管34收回，在此将其与来自反渗透单元12的浓缩溶液在导管26中组合并且引入至纳滤膜单元10中。
图4描绘了用于执行本发明的工艺的第四实施方案的系统。该系统类似于图1中所描绘的系统，并且相同部件已经用相同的数字标记。与图1相同，可以经由线路50将一价阳离子和/或一价阴离子(例如氯化钠)添加至进料。然而，在被用作至纳滤膜10a的进料的至少一部分之前，来自反渗透膜12a的渗余物侧的浓缩溶液20穿过附加的半透膜40(例如附加的纳滤膜)，以提供在附加的半透膜40的渗透物侧上的渗透物溶液42和在附加的半透膜40的渗余物侧上的渗余物溶液44。渗透物溶液42用作至纳滤膜10a的进料。在该实施方案中，至纳滤单元10的进料，不是例如未经处理的废水46，而是已经在反渗透单元12中并且通过附加的半透膜40预处理过的废水46。
在附加的半透膜的渗余物侧上的渗余物溶液经由导管48收回并且处置或进一步浓缩。
在本实施方案中，纳滤膜10a的渗余物侧上的浓缩溶液16的收回部分经由导管24收回，并且通过使所述收回部分穿过附加的半透膜40来浓缩。因此，至附加的半透膜40的进料由来自反渗透膜12a的渗余物侧的浓缩溶液20以及经由导管24从纳滤单元10收回的浓缩溶液16组成。当施加液压时，提供在半透膜40的渗透物侧上的渗透物溶液42，和在膜的渗余物侧上的渗余物溶液。如上所述，渗余物经由管道48收回。
附加的半透膜40可以是纳滤膜。
实施例
实施例1
在该模型实施例中，具有43218g/l的总溶解盐(TDS)浓度和34barg的渗透压的废水流使用图1中示意性地示出的本发明的实施方案来处理。图5示出了对流动流进行采样和分析的点。下表1示出了各种流的TDS、压力、渗透压和流量。从表1可以看出，废水流中的68％的水使用本发明的该实施方案被回收(N.B.系统回收率＝(产物水的流量)/(进料水的流量)或被转化成产物水的进料水的百分比)。
表1
比较实施例2
在该模型比较实施例中，在实施例1中处理的废水流使用图6中示意性地示出的工艺来处理。图6描绘了类似于图1和图5中所示的工艺的工艺，除了来自反渗透膜的渗余物侧的浓缩溶液不用作至纳滤膜的进料溶液的至少一部分之外。相反，将该浓缩溶液与来自纳滤膜的渗余物侧的浓缩溶液组合，并且收回以用于处置。下表2示出了各种流的TDS、压力、渗透压和流量。从表2可以看出，废水流中的仅56％的水使用图6中所描绘的工艺被回收。此外，浓缩的废物流的TDS小于实施例1中达到的最大TDS。
表2
比较实施例3
在该模型比较实施例中，在实施例1中处理的废水流使用图7中示意性地示出的工艺来处理。图7描绘了标准反渗透工艺，其中进料废水流与反渗透膜接触。施加液压以在反渗透膜的渗透物侧产生产物水。收回反渗透膜的渗余物侧的浓缩溶液。下表3示出了各种流的TDS、压力、渗透压和流量。从表3可以看出，废水流中的仅49％的水使用图7的工艺被回收。此外，浓缩的废物流的TDS小于实施例1中达到的最大TDS。
上述实施例使用DOW膜软件包(ROSA)和简单的质量平衡来建模，以确定未直接由DOW预测(projection)提供的流数据。所有预测都在30℃进行。
表3

Claims (21)

1.一种用于从进料溶液分离溶剂的工艺，所述工艺包括：
使包含溶解于溶剂中的溶质的进料溶液与纳滤膜的一侧接触，
向所述进料溶液施加液压，使得溶剂和来自所述进料溶液的一些溶解的盐流过所述纳滤膜，以提供在所述纳滤膜的渗透物侧上的渗透物溶液，和在所述纳滤膜的渗余物侧上的浓缩溶液；
使来自所述纳滤膜的所述渗透物溶液与反渗透膜的一侧接触，并且向所述渗透物溶液施加液压，使得来自所述渗透物溶液的溶剂流过所述反渗透膜，以使浓缩溶液留在所述反渗透膜的所述渗余物侧，
使用来自所述反渗透膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液作为至所述纳滤膜的所述进料溶液的至少一部分；
从所述纳滤膜的所述渗余物侧收回所述浓缩溶液的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，如果来自所述纳滤膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液的收回部分与另外的膜接触，那么所述另外的膜具有是所述纳滤膜的平均孔径或渗透率的不大于100倍的平均孔径或渗透率。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其中来自所述纳滤膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液的收回部分被
i)处置；
ii)在处置之前进一步浓缩；或
iii)与直接渗透膜的一侧接触，以通过直接渗透从所述直接渗透膜的相对侧的源水汲取水。
4.根据权利要求3所述的工艺，其中来自所述纳滤膜的所述渗余物侧的浓缩溶液的所述收回部分使用膜、热蒸发器或结晶器来浓缩。
5.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述纳滤膜被选择为使得足够的溶解的溶质穿过所述纳滤膜，由此所述纳滤膜的所述渗透物侧上的所述渗透物溶液的渗透压为所述进料溶液的渗透压的至少50％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中将来自所述反渗透膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液与另外的盐溶液组合，并且将所组合的流用作至所述纳滤膜的所述进料溶液。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的工艺，其中来自所述纳滤膜的所述渗透物溶液与另外的盐溶液组合，并且使所组合的流与所述反渗透膜的一侧接触。
8.根据权利要求3所述的工艺，其中来自所述纳滤膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液的所述收回部分通过以下来浓缩：使所述收回部分与另外的半透膜的一侧接触，并且向所述收回部分施加液压，使得来自所述部分的溶剂流过所述另外的半透膜，以提供在所述另外的半透膜的所述渗透物侧上的渗透物溶液和在所述另外的半透膜的渗余物侧上的渗余物溶液，其中将所述另外的半透膜的所述渗余物侧上的所述渗余物溶液收回并且处置或在处置之前进一步浓缩。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中将来自所述另外的半透膜的渗透物侧的所述渗透物溶液与来自所述反渗透膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液组合，并且引入至所述纳滤膜中。
10.根据权利要求8或9所述的工艺，其中所述另外的半透膜是纳滤膜。
11.根据权利要求1所述的工艺，其中，在被用作至所述纳滤膜的所述进料溶液的至少一部分之前，来自所述反渗透膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液穿过附加的半透膜，以提供在所述附加的半透膜的所述渗透物侧上的渗透物溶液和在所述附加的半透膜的所述渗余物侧上的渗余物溶液，所述渗透物溶液用作至所述纳滤膜的所述进料的至少一部分。
12.根据权利要求11所述的工艺，其中将所述附加的半透膜的所述渗余物侧上的所述渗余物溶液收回并且处置或进一步浓缩。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的工艺，其中所述纳滤膜的所述渗余物侧上的浓缩溶液的收回部分通过以下来浓缩：使所述收回部分穿过所述附加的半透膜或另外的半透膜并且向所述收回部分施加液压，使得来自所述部分的溶剂流过所述膜，以提供在所述半透膜的所述渗透物侧上的渗透物溶液和在所述膜的所述渗余物侧上的渗余物溶液，将所述渗余物收回并且处置或在处置之前进一步浓缩。
14.根据权利要求14所述的工艺，其中在所述纳滤膜的所述渗余物侧上的浓缩溶液的所述收回部分与来自所述反渗透膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液组合，并且所组合的流穿过所述附加的半透膜。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的工艺，其中所述附加的半透膜是纳滤膜。
16.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中渗透所述反渗透膜的所述溶液作为产物水被收回。
17.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，当收回时，来自所述纳滤膜的所述渗余物侧的浓缩溶液的收回部分可以具有至少90,000mg/l的总溶解盐浓度。
18.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述进料溶液具有大于一价阳离子和一价阴离子的浓度的多价阳离子和多价阴离子的初始浓度，并且其中所述工艺还包括在使所述进料溶液与所述纳滤膜接触之前，向所述进料溶液添加一价阳离子和/或一价阴离子的步骤。
19.根据权利要求18所述的工艺，其中将所述一价阳离子和/或所述一价阴离子添加到所述进料溶液，以使所述纳滤膜的所述渗透物侧上的所述渗透物溶液的渗透压升高至所述进料溶液的渗透压的至少50％。
20.根据权利要求18或19所述的工艺，其中来自所述纳滤膜的所述渗余物侧的所述浓缩溶液的收回部分通过以下来浓缩：使所述收回部分与另外的纳滤膜的一侧接触，并且向所述收回部分施加液压，使得来自所述部分的溶剂流过所述另外的纳滤膜，以提供在所述另外的纳滤膜的渗透物侧上的渗透物溶液和在所述另外的纳滤膜的所述渗余物侧上的渗余物溶液，其中将所述另外的纳滤膜的所述渗余物侧上的所述渗余物溶液收回并且处置或在处置之前进一步浓缩。
21.根据权利要求20所述的工艺，其中，在与所述另外的纳滤膜接触之前，将一价阳离子和/或一价阴离子添加到所述收回部分。
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