CN112839905B - 用于微咸水淡化的高能效、低积垢、高回收率的反渗透系统 - Google Patents

用于微咸水淡化的高能效、低积垢、高回收率的反渗透系统 Download PDF

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Abstract

提出了一种新型多级反渗透系统，所述系统具有以下益处：‑a)在达到最佳横流速度的同时减少压力损失，并因此将能耗降低4％‑10％；‑b)增加各级之间的通量平衡，从而使第一级的积垢减少；‑c)破坏水垢形成条件，从而使最后一级的结垢减少；‑d)降低浓缩物阀的结垢可能性；‑e)通过几种创新方法主动破坏结垢或积垢，从而减少用于CIP的停机时间；‑f)通过减少阀数目实现CIP的简易性和有效性；以及‑g)通过在保持其余系统处于生产模式的同时隔离最后一级以进行维护来保持系统的可操作性。以上所有改进都是通过本说明书和权利要求中定义的方法流程和操作特性实现的。

Description

用于微咸水淡化的高能效、低积垢、高回收率的反渗透系统
本申请要求申请日期为2018年8月20日的现有美国专利申请号16/105,103的优先权。
无。
联邦资助研究声明
无。
相关申请的交叉引用
无
发明技术领域
本发明总体上涉及淡化领域，并且主要集中于微咸水(定义为总溶解固体TDS的范围为100-20,000mg/L)淡化。在本申请中披露的新颖构思特定于纳米过滤(NF)和反渗透(RO)系统以及在两个或更多个串联级中使用RO和NF膜的工艺。本发明集中于一种新型淡化方法，用于-1)减少积垢和积垢可能性；2)降低能耗；以及3)在降低设备成本的同时提高清洁度，并简化就地清洁(CIP)过程。最终结果是一种用于微咸水淡化的新型低积垢、高回收率、高能效的反渗透系统。
发明背景
在不限制本发明的范围的情况下，其背景涉及用于使用NF/RO膜技术去除总溶解固体(TDS)的水净化膜。初级的水净化处理可能涉及生物或化学方法，诸如利用混凝/絮凝过程的生物反应器或澄清器，然后使用多孔介质(诸如袋式过滤器、筒式过滤器、多介质过滤器、砂过滤器和微滤或超滤膜)去除悬浮的固体。初级处理过程不能去除溶解的固体和杂质，而只能专注于有机物和悬浮的固体。另外，还实施了二次处理过程(诸如冷石灰软化、NF或RO方法)，以去除溶解的固体(淡化)，诸如钠、氯化物、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、钙和镁。
对于淡化应用，膜已经被证明是非常高效和节能的。它们经过工程设计和高度优化，以从流入物中去除特定物质，例如呈单价、二价和三价离子形式的总溶解固体(TDS)(诸如Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+、SO4 2-、Al3+、N3-)以及其他高分子量物质(诸如糖类、化学物质、有机分子和其他大分子)。RO膜经过优化以排斥最小的离子，诸如Na+、Cl-离子，而NF膜经过优化以排斥稍大且带更多电荷的Ca++和Mg++离子，并且用于去除溶解的盐类。
RO或NF膜的聚合物基质具有带电且致密的阻挡层(通常为聚酰胺薄膜)，大多数分离发生在所述阻挡层中，并且所述阻挡层允许大部分水通过，同时拒绝诸如盐离子之类的溶质通过。这些膜可以处理不同盐浓度(百万分之10至40,000份[ppm])的水，并且可以从进料流中去除98％-99.8％(在NF膜的情况下为50％-90％)的盐类。所述工艺要求在膜的进料侧上施加高压，通常对于微咸水(100-10000ppm TDS)为50-300psi、对于高TDS(10000-25,000ppm TDS)微咸水为300-600psi并且对于海水(30,000-40,000ppm TDS)为600-1,000psi，以克服与盐浓度相对应的渗透压。
在过滤过程中，NF/RO膜允许水透过，同时拒绝溶解的固体，从而引起溶解离子的浓度增加，并在膜表面附近形成浓度极化(CP)层。随着浓度极化在膜表面附近的发展，积垢物、结垢离子(诸如硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、胶体二氧化硅)以及生物元素(诸如细菌、生物薄膜、细菌的食物(硝酸盐)等)的浓度增大并且通常会使膜表面的结垢和积垢加速。另外，CP层增加了渗透压，从而导致需要更高的净驱动力以获得相同的渗透率。因此，膜需要定期清洁和维护。随着时间的推移，会发生不可逆的积垢，从而影响膜性能、回收率％、能耗、CIP的持续时间、CIP的频率和CIP的简易性，从而直接影响整体效率和运行成本。
CP层和积垢物在膜表面的浓度增加(尤其是在低混合区域和高浓度区域)导致了离子沉淀并且为种子位点加速结垢和生物积垢创造了有利条件。为了减轻膜表面附近的滤饼形成或浓度极化层形成的问题，当前最先进的NF/RO系统中使用了几种策略。这些策略包括-
1.膜垫片具有独特形状和大小，以促进沿膜模块长度方向的混合。沈伟的博士学位论文[001]试图对各种垫片设计和横流速度如何提供混合、其对CP层的影响以及如何反映出形成死区的区域进行建模。如沈伟的论文所示，垫片接头附近的紧邻区域具有最小的流速和最大的盐浓度。这些区域成为初始结晶或生物积垢种子的理想场所。随着时间的推移，种子长大并从接头区域向外生长，并且开始影响开放的膜空间，在所述开放的膜空间中，混合和横流速度足以移走悬浮的固体或沉淀物；然而，一旦水垢或生物积垢的种子建立，它们即使在湍流区也会迅速生长，从而使大部分膜表面积垢和结垢。
2.膜表面附近的横流流体速度较高，这是以增加摩擦损失为代价的，从而导致较高的能耗。一些膜制造商提供的膜具有较高的摩擦损失，但以特定的垫片设计改善了CP的混合性，从而减少了积垢。赫拉尔德斯(Geraldes)等人[002]示出了在具有梯形垫片的NF/RO螺旋缠绕组件中的流体动力学和浓度极化。
3.膜表面改性使其更具亲水性、带电更少且更光滑，减少了积垢物的附着力，从而导致种子位点的形成延迟。许多膜制造商在生产后对聚酰胺层进行表面改性以使其更具亲水性，然而，市售膜的水滴接触角最多只能达到50至60度之间。最近，由德克萨斯州德克萨斯大学的弗里曼(Freeman)等人[003]所制的聚多巴胺基涂料在亲水性和表面电荷方面已经显示出显著的改善，并且NF/RO膜上的水滴接触角在25-35度范围内，从而显著降低了积垢物对膜表面的附着力，并且对清洁过程具有良好的响应。
4.对于给定类型的水，NF/RO膜系统的设计和操作在临界通量的极限范围内运行。临界通量被定义为膜的每单位面积的生产率，其中通量在长时间内保持稳定，并且当压力和质量流量条件保持稳定时几乎没有损失。
除上述策略外，使用防垢剂也是抑制结垢的常见做法。防垢剂是延缓沉淀或扩展产生水垢的离子物种(诸如CaCO3、CaSO4、CaPO4、BaSO4、MgSO4)的溶解度极限的化学物质制剂，并且可以隔绝氧化性金属物种(诸如Fe、Mn和Al)。这些防垢剂被注入NF/RO系统的进料流中，并将回收率极限提高到更高的水平；然而，它们并不能消除结垢行为，只是延迟发作或提高回收率极限。使用杀生物剂也是防止NF/RO膜生物积垢的广泛做法。在工业应用中，使用杀生物剂的阻力较小，然而，在饮用水应用的情况下，杀生物剂的使用非常稀少。
在积垢过程期间，形成种子位点的时间要比种子位点长成适形的积垢物/结垢物薄膜的时间长一个数量级，从而导致后期膜性能的指数级损失。因此，非常希望防止、延迟或破坏种子位点的形成。不幸的是，当今大多数NF/RO系统都在设定的生产点(生产需求)下运行，并且通过增加操作压力来自动补偿由于积垢和结垢而导致的通量损失。除了观察到操作压力随着时间的推移而增加之外，操作员不知道系统随着时间的推移如何积垢，操作压力增加也可能归因于不止一个因素-a)进水温度降低；b)膜积垢；c)盐度增加。而且，一旦泵达到其压力极限，系统就不再能够产生所需的产品需求。在这一点上，操作员别无选择，只能对整个系统进行CIP处理，这可能需要8-12个小时之间的持续时间，并且可能需要在低pH值或高pH值或其组合的情况下进行清洁步骤。在增加操作压力的三个原因中，可以通过探头看到温度和盐度的变化，然而，积垢信息的监测并非易事。只有温度和盐度归一化数据才能显示膜是否正在积垢(或结垢)。在大多数实际的实现方式中，NF/RO系统通常会积垢或结垢，并达到不可操作的状态，而无法采取先发制人的干预措施。最后，当系统停止服务时，必须执行离线CIP。重复进行CIP循环，膜的排斥性能会因重复的CIP而降低，并且最终需要更换。
在理想情况下，如果NF/RO系统可以延迟种子位点形成的发作，同时中断种子生长过程，并去除种子位点(如果在操作过程中形成的话)，主要消除以下情况：积垢和结垢种子已经形成，并且它们的快速生长迫在眉睫，导致适形的结垢或生物积垢，伴随着通量损失或压力升高，从而使系统在没有CIP的情况下陷入瘫痪。在本发明的淡化方法中，申请人教导了发明步骤以实现本文所述的理想情况，同时解决了上文在第9段中概述的能量损失和临界通量问题。
在CIP过程期间，清洁效果不佳是普遍遇到的挑战，特别是在清洁化学品浓度、pH值、温度或CIP持续时间不足的情况下。此外，如果清洁效果不佳，则在CIP之后，积垢/结垢区域可能仍然存在并成为后续积垢/结垢循环的种子位点，种子位点的存在加速了积垢/结垢循环，从而导致运行周期缩短，并且在后续CIP循环之间膜系统的能量需求增加。可以通过本申请中教导的发明步骤将这种挑战最小化。
在过去的2-3十年间，微咸水淡化已经被广泛采用，其重点是最大化每单位膜面积的产量和最小化每单位产品的能耗。能量回收方法的使用广泛用于海水工业，然而，由于微咸水淡化系统在高回收率(75％-90％)和低压力(100-300psi)下操作，因此实现从加压浓缩物中回收能量的机会并不多，这是因为体积不显著并且浓缩物流的压力较低(50-250psi)。这使得能量回收涡轮机或交换器的使用效率低下且昂贵。为了实现以最小能量获得最大回收率的目标，已经发展出多级NF/RO系统，其中一个高压泵通常为串联联接的几个压力容器(或级)供料，每个压力容器中有几个膜。每个级中的压力容器(PV)的数目逐渐减少，以补偿进料流的减少(因为进料流的一部分经过过滤，并通过渗透物生产去除)，从而将压力容器内的流动速度维持在最佳范围内。3级RO配置通常写为A-B-C:xM，其中A、B和C对应于第一级、第二级和第三级中的PV数目，并且xM对应于每个PV中的膜数目。这种设计没有固定的规则，然而，供应商通常会按照3-2-1(3级3-6M)或4-2(2级3-6M)来设计分级比，甚至2-1-1或3-2-1-1在市场上也可以看到。为了找出最佳配置，膜供应商提供了模拟软件，诸如ROSA(来自陶氏化学公司(Dow Chemicals))、WINFLOWS(来自GE/SUEZ公司)、IMSDesign(来自海德能公司(Hydranautics))，并且用户输入膜类型、水的化学性质、温度、要处理的流的pH值，并针对级配置找出优化设计。在此，下表1中示出Winflows软件针对流速(单位为每分钟的加仑数(gpm))、通量(单位为每天每平方英尺的加仑数(gfd))、进料压力和压力损失(单位为psi)(ΔP、DP)以及作为TDS的进料和渗透物质量(单位为mg/L)而提供的这种模拟的示例-
Figure BDA0003016393570000061
以上实例针对4-3-2设计进行了说明，其中每个PV中有6个膜元件，总共有54个膜元件(每个400ft2)。从表中可以看出，每个级的进料压力都会降低(由于摩擦和渗透物体积损失引起的膜元件内部的压力损失)，而每个级的进料的TDS则与通量回收比率成比例地增加。如以下各段中所讨论的，多级设计具有几个严重的缺点，这些缺点会促使系统积垢和结垢。以下讨论的缺点通过所提出的新型淡化系统得以解决-
1.在以上实例中，第1级、第2级和第3级的渗透物回收率(渗透物与进料的比率)非常相似(42％-46％)，然而，这三个级的平均通量(单位为gfd)显著不同15.0-10.7，有很大的变化(>25％)。如果进一步研究每个元件的通量，则第一级中的首元件与第三级中的尾元件之间的差异可能会很大(>50％)。为了从整个系统中获得所需的产量，同时利用单个泵的初始进料压力，由于最高的压力和最低的盐度浓度，第一级中的首元件产生的产量最高，从而导致第一级以显著更高的通量运行。任何不能通过所述膜的颗粒或有机物都具有使第一级膜积垢的较高可能性，而第三级和其尾元件受到的压力最小，且盐度浓度最高，从而导致显著较低的通量。这种过通量(第一级)和通量不足(第三级)是不希望的，并且是第一级生物积垢和颗粒积垢的主要原因。
2.在以上实例中，进料流离子经历了递增的浓度(因为超过99％的离子被膜排斥并留在进料中供后续的级使用)，并且当它们到达最后一级的最后一个元件时，离子浓度增加了约4-6倍，从而为第10段中讨论的各种离子对物种的沉淀创造了条件。尽管取决于离子对物种的溶解度指数、水的化学性质、温度、pH值和抗衡离子的可用性，一些可能会迅速沉淀，而另一些可能会花费一段时间沉淀。此外，取决于流速和表面相互作用，一些可能会形成结垢种子，而另一些可能会简单地退出系统。不幸的是，由于在最后一级中水垢形成物种的浓度达到最大浓度状态，因此这不是是否的问题，而是何时沉淀和何时膜开始结垢的问题。
3.当今的系统还使用“浓缩物控制阀”来管理回收率％，同时要求设定的渗透物生产率。这些阀通常是手动的、静态的，最初设置在某个位置，并且放置在那里较长时间。另外，如图1所示，还与在系统的CIP、渗透物冲洗或进料冲洗期间使用的“浓缩物控制阀”并行地使用了旁通阀，以允许更高的流速，并且所述浓缩物控制阀在设置之后很少改变。随着RO系统末端附近进水的结垢趋势越来越大，结垢可能会在“浓缩物控制阀”上开始，并向后传播到最后一个元件，然后进一步传播到系统的前部。
4.如表1所示，在第一级中存在显著的压力损失，随后在第二级中压力损失有所减小，而在第三级中压力损失最小。通过前面的级的压力损失是造成各级之间通量的巨大差异的主要因素。随着进料流中离子浓度的增加，实现相同通量所需的渗透压也增加。因此，第一级中的压力损失不利于第二级和第三级中的生产，并且第二级中的压力损失不利于第三级中的生产。理想地，重要的是减少第一级中的压力损失，以更好地平衡跨多个级的通量并减少第一级的积垢。
5.尽管多级设计为流速优化带来了非常有趣的益处，然而，它不能灵活地适应进水的变化。由于渗透物生产是通过各级进行的，因此后续各级的PV数目的减少允许将横流速度维持在一定范围内，而无需任何特殊的努力。过低的横流速度会导致混合不良，因此使CP层更强，并使污染物与膜表面之间的接触时间更长，从而导致结垢和积垢的可能性增加。同样，过高的横流速度会增加过度压力损失和磨损损坏的可能性，但由于接触时间减少而有助于减少积垢/结垢。可以推断，第一级由于过通量操作而主要易受有机物和颗粒积垢的影响，而最后一级由于离子浓度和沉淀的增加而主要易受水垢积垢的影响。因此，希望在最后一级中实现更高的横流速度，同时防止在第一级中引起过高的速度。通过采用静态设计减少后续各级中的容器数目，并因此减少对水盐度和温度变化的响应灵活性，可以实现此类目标。
多级RO系统的清洁度面临重大挑战。图1示出了当前最先进的分级RO/NF微咸水系统的工艺布局，所述系统利用顺序且分级的CIP来维护所有合并的级。从附图中可以清楚地看到，在CIP过程中，清洁溶液必须依次经过三个级才能与膜表面上的积垢物和结垢物相互作用。这使得在前导级中清洁剂与积垢物之间的反应速率与后继级中相比更高，这是因为清洁化学品的浓度在从首级移动到尾级时会下降(被消耗掉)。这导致相对更有效地清洁首级，并允许更多的受污染流穿过稍后的级，从而冒着稍后级的膜受到CIP期间产生的颗粒(尤其是尖锐水垢颗粒)磨损的危险。另外，总溶液的流速受到第三级允许通过的最大流速的限制，因此限制了前导级的流速。在实例中，3-2-1 8”压力容器配置可能会限制75GPM的最大流量，从而在第一级中仅允许25GPM，在第二级中仅允许37.5GPM，并且在第三级中仅允许75GPM的流量。尽管随着更多化学品流过每个膜，这可以使稍后级的反应速率的损失有所恢复，然而，它显著增加了流速，从而再次在一定程度上帮助了最后一级中的反应速率，但对膜表面磨损产生了很大的风险。通常使用图1所示的工艺布局，因为从操作的角度来看，所述工艺非常简单，并且由于较少的阀/控件要求而降低了设备的初始成本。然而，这需要进行权衡，其中在每个清洁循环中，膜的寿命和性能都会受到负面影响。
以上确定和讨论的一些缺点已经通过其他方式解决，然而，具有局限性。例如，通过浓缩物再循环回路已经改善了过通量和通量不足的问题，其中最终浓缩物的一部分在高压泵之前、在进料段的入口处进料，从而使进水的TDS整体增加。这导致在更高的压力下运行，并且有助于前导级的过通量，然而，这样做的代价是-a)能量使用更多；b)渗透物的盐度增加；c)在第一级中引入结垢条件，其中结垢物种在系统内获得更多的驻留时间，并且甚至可能在第一级中产生结垢种子，从长远来看，这会促进整个系统的结垢。尽管最新一代的防垢剂(AS)已经突破了AS试剂的溶解度极限和隔绝能力，使回收率在85％-90％的范围内，然而，仍然迫切需要进一步提高回收率并减少浓缩物体积。
可以进一步查阅参考文献，诸如《陶氏反渗透膜技术手册》(Dows ReverseOsmosis Membrane Technical Manual)[004]和埃里克森(Erickson)等人呈现的GE/SUEZ[005]以了解可以如何计算通过RO膜的通量以及其对进水化学性质的依赖性，诸如离子浓度(渗透压)、温度以及由于速度和渗透导致的压力损失。
发明内容
在本申请中教导的新颖发明解决了第15段中概述的所有6个挑战，并且提供用于-a)增加各级之间的通量平衡，从而导致第一级的积垢减少；-b)破坏稳态水垢形成条件，从而导致最后一级的结垢减少；-c)减少通过第一级的压力损失，这允许更灵活的操作以及通过各个级的最佳横流速度，并且同时节省了4％-10％的能量；d)降低浓缩物阀的结垢可能性；-e)通过几种方法主动破坏结垢或积垢，从而降低使系统离线进行CIP的频率；-f)通过减少阀数目实现CIP的简易性和有效性，以及最后-g)通过在其余系统处于生产模式的同时隔离最后一级以进行维护来保持系统可操作性。在“具体实施方式”部分中进一步概述了本申请中的发明步骤。
附图说明
对本发明实施例及其优点的更完整和透彻的理解可以通过参照与附图相关进行的以下说明来获得，在附图中：
图1是当前最先进的分级RO/NF微咸水系统的工艺布局，所述系统利用顺序且分级的CIP来清洁所有组合的级。所述系统可以通过四(4)个自动阀(AVx)、一(1)个可调节截止阀(AGVx)以及四(4)个可以自动或手动操作以支持CIP过程的阀(AVx/HVx)来进行操作。为使系统正常运行和维护，总共需要九(9)个阀，不包括作为CIP部段的一部分的阀。
图2是当前最先进的分级RO/NF微咸水系统的工艺布局，所述系统利用并行或独立的CIP进行每个级的维护。所述系统可以通过四(4)个自动阀(AVx)、一(1)个可调节截止阀(AGVx)以及八(8)个可以自动或手动操作以支持CIP过程的阀(AVx/HVx)来进行操作。为使系统正常运行和维护，总共需要十三(13)个可调节阀(标识为阀1-13)，不包括作为CIP部段的一部分的阀。
图3是新型(标记为红色和虚线)分级RO/NF微咸水系统的工艺布局，所述系统利用并行或独立的CIP进行每个级的维护。所述系统可以通过三(3)个自动阀(AVx)、两(2)个可调节截止阀(AGVx)、一(1)个静态止回阀以及四(4)个可以自动或手动操作以支持CIP过程的阀(AVx/HVx)来进行操作，这些阀要么对于每个级都是独立的，要么对于每个级都是并行的。为了正确地进行系统操作和维护，总共需要九(9)个可调节阀(标识为阀1-9)和一(1)个静态止回阀，不包括作为CIP部段的一部分的阀。
图4是新型分级RO/NF微咸水系统的部分工艺布局(在图3的上下文中标记为红色)，其描绘了在操作期间、在保持来自第一级和第二级的生产进入渗透物供应的同时，第三级的部分和全部隔离。在部分隔离中，来自第三级的渗透物被送至渗透物转移管线，并且需要在系统设计中添加自动3通阀。在完全隔离中，除了部分隔离步骤之外，来自第一级和第二级的浓缩物通过自动阀AV10并结合止回阀CV3、完全绕过第三级直接被送至AGV7。
具体实施方式
虽然以下详细讨论了本发明的各种实施例的制造和使用，但是应当理解，本发明提供了许多可应用的发明概念，这些概念可以在各种各样的具体上下文中体现。本文讨论的特定实施例仅仅是制造和使用本发明的不同方式的说明，并且不限定本发明的范围。
为了促进对本发明的理解，以下定义了几个术语。本文所定义的术语具有与本发明相关的领域的普通技术人员通常理解的含义。诸如“一个”、“一种”和“所述”之类的术语并非旨在仅指单数实体，而是包括其通用类别，其特定实例可以用于说明。本文中的术语用于描述本发明的特定实施例，但是除了权利要求书中概述的之外，它们的用法不限定本发明。
在背景部分(包括图1和图2)中披露了当前技术、挑战和限制的情况下，此部分进一步提供了本发明的描述性细节，所述细节先前已概述并参考图3和图4进一步讨论。
在本发明的一个实施例中，利用绕过RO的第一级的平行管线，即在图3和图4中示出为带有阀AV4/HV4的管线，将进料体积的一部分直接送至第二级NF或RO。绕过的体积量在总进料体积的15％-30％范围内。由于第一级中的压力损失大于供应第二级的管道中的压力损失，因此不需要注入泵或增压装置。这会产生以下影响-a)用于实现相同的系统总产量的操作压力降低；-b)第一级与最后一级之间的通量平衡增加，这是因为进入第二级的体积的压力损失被消除，同时在第二级中压力得到增强，从而导致第二级和第三级中的产量提高。可立即实现典型的>4％的能量节省，并且通量范围减少了>40％以上。下表举例说明了本发明对具有4-3-2:6M配置的RO的影响，并且利用典型的RO膜的产量为200GPM渗透物。如下表中可以看出，当前最先进的3级系统在183.1psi下产生200GPM，其中第一级和第三级的平均通量分别为14.8和11.4，而20％旁路在172.8psi下产生相同的体积，其中第一级和第三级节省了5.6％的能量并且通量分别为14.2和11.8，从而导致整个单元的通量差距从3.4GFD缩小到2.4GFD。在本发明的实施例中，由于通量更均匀地分布，因此系统节省了能量并且导致第一级的积垢减少。
Figure BDA0003016393570000121
在本发明的一个实施例中，第27段的发明通过AV4/HV4的实现方式来实现，其中使用自动阀(AV)或手动阀(HV)或自动截止阀(AGV4)以及适当大小的管线或管线大小和阀的组合来实现本发明所需的总进料体积旁路能力的15％-30％。
在本发明的一个实施例中，与标准膜相比，当与低能(LE)或超低能(ULE)膜结合使用时，跨RO的多个级的通量范围显著减小。这是因为由于膜的渗透性较高，跨RO的三个级的压降与RO的操作压力之比明显更高。
在本发明的一个实施例中，当与具有亲水涂层的RO膜结合使用时，跨RO的多个级的通量范围显著减小，这使得它们能够抵抗积垢和结垢，因此可实现在较高通量下的操作，然而，通量范围成为利用较高通量的益处的瓶颈。随着跨三个级的通量范围变窄，所提出的发明更容易获得亲水涂层[3]的益处。
在本发明的一个实施例中，利用绕过RO的第一级和第二级的平行管线，即图3和图4中示出为具有阀AGV3的管线，将进料体积的一部分间歇性地送至第三级RO。AGV3以防止水垢产生所必需的频率间歇性地打开，其持续时间足以在膜表面附近以低速搅动和冲洗CP层和水垢种子易发区域。绕过的体积量在总进料体积的10％-20％范围内。同样，由于第一级和第二级中的压力损失大于供应第三级的管线中的压力损失，因此不需要注入泵或增压装置。AGV3的缓慢打开与浓缩物回收阀AGV7的打开和进料泵的加速相结合，以在间歇性注入周期期间在系统中维持相同的产量。本发明的这个实施例导致第三级中的稳态水垢形成条件被破坏。在间歇性注入周期期间，系统发生以下变化-a)第三级内的流的TDS减少20％-40％，从而导致水垢形成稳态完全被破坏；-b)第三级中的速度提高25％-50％，从而导致死区的快速混合，在所述死区中形成结垢种子的可能性很大；-c)系统的总回收率暂时下降5％-10％。需要在总回收率中付出一定的代价才能造成在第三级中这种水垢形成条件的破坏，然而，这种破坏的频率可以小于整体运行持续时间的10％，从而导致总回收率仅降低0.5％-1％。然而，由于减少或消除了清洁循环，因此整体生产率更高，因为系统更不容易由于结垢而积垢，并且可以大大延长CIP要求之前的运行时间。
在本发明的一个实施例中，将静态浓缩物阀+用于CIP旁路的并行阀(图1中示出为HGV4+AV3并且图2中示出为HGV12+AV11)替换为单个自动截止阀(图3和图4中示出为AGV7)。如先前在第15.3段中所讨论的，静态浓缩物阀是系统中水垢形成的起点，而在第三级间歇性冲洗期间定期打开(第29段)并且在其他时间关闭回到正常状态的自动截止阀明显更不容易形成水垢，并且预期会在每个间歇性冲洗步骤期间不断地进行自我清洁。除了从阀去除水垢外，这还防止RO系统在浓缩物回收阀上产生水垢、从而导致通过浓缩物回收阀的流量减少的情况，随着水垢的增长和浓缩物回收流量的进一步减少，系统以重复的方式进入加速结垢范围(超出最大回收率极限)，从而允许在数小时内加速结垢，最终导致停机并需要化学清洁。本发明提供用于减小包括膜和阀的整个系统的结垢特性，并且同时还支持间歇性冲洗以防止CP中断，同时保持总产量稳定。
在本发明的一个实施例中，将高压注入泵管道连接至第三级的入口，从而允许提供以下各项-a)实时连续地注入pH值调节化学物质或防垢剂以管理水垢沉淀极限；-b)间歇性地注入化学物质以去除正常在线操作过程中可能已经形成的水垢种子；或者-c)在其余系统在线进行生产的同时、第三级已经离线进行恢复和维护的条件下，注入化学物质以浸泡第三级，具体地如图4所示。本发明的这个实施例允许水垢形成条件的连续或周期性破坏的另一维度，同时保持生产在线，并允许在离线模式下对第三级进行部分维护。
在第27-31段中描述的本发明的所有四个实施例通过降低第一级中的积垢可能性、然后通过频繁地且主动地破坏整个系统中的结垢现象，使得RO系统能够长期运行而不需要使其完全离线以进行CIP。
通过图2所示的工艺布局解决了在图1的上下文中的第16段中所讨论的CIP限制。借助图2中设置的附加阀，可以并行地清洁所有三个级，或者一次清洗一个级，并且化学品流过率最佳。例如，每8”30GPM的压力容器将是优化的CIP流速，它消除了高的横流速度，从而降低了颗粒磨损造成损坏的风险，并使化学品递送到膜的速率(接触时间)相同，因此所有三个容器的清洁速度相似，这转化为对操作员的简化说明。如果同时清洁所有的级，则精心设计的管道集管将允许分散到三个级中的3-2-1进料比率。替代性地，可以通过针对每个级调整泵送流速来一次清洁一个级。图2的布局也反映了当前最先进的技术，并且解决了在图1的上下文中讨论的挑战，然而，它显著增加了设备成本以及CIP操作的复杂性，特别是在使用非自动阀手动完成所述操作的情况下。
在本发明的一个实施例中，在第一级/第二级与第二级/第三级之间添加了一对阀，在图3和图4中示出为AV5/HV5和AV6/HV6。在本发明的实施例中，当与阀AV2/HV2、AGV3、AV4/HV4、CV2(止回阀)组合时，这两个阀允许所有级同时进行CIP。图3中呈现的这种新型工艺布局解决了图1中提到的问题(分级CIP)，并且降低了图2中提到的复杂性和成本(13个阀对9个阀)。如图2所示，总共需要13个主动阀来实现3级系统的并行CIP。然而，利用两个级间阀以及具有第27-31段中披露的功能的附加阀，只需要总共9个阀就可实现相同的3级系统的并行CIP。由于每年总体上减少了清洗循环，并且缩短了NF/RO系统进行CIP的时间，因此降低了原始设备的成本，提高了多级的清洁度，延长了膜的使用寿命，并且增加了正常运行时间。仅使用9个主动阀的CIP过程的流向箭头，请参考图3。
在本发明的一个实施例中，如在图4的上下文中专门讨论的，可选择自动阀AV10、3通阀3WV1和止回阀CV3以用于前两个级的操作，而第三级则离线以进行维护或进行第31段中所披露的在线间歇性维护，所述在线间歇性维护可能会导致产品水质差并需要转移来自第三级的渗透物。如图4所示(红色标记以示出与图3的差异)，实现了第三级的部分或完全隔离，同时使第一级和第二级的生产进入渗透物供应。在部分隔离的情况下，来自第三级的渗透物被送至渗透物转移管线，除图3的系统设计之外，还需要自动的3通阀，而在完全隔离的情况下，除部分隔离步骤之外，来自第一级和第二级的浓缩物通过自动阀AV10并联合止回阀CV3、完全绕过第三级直接被送至AGV7。在本发明的此披露内容中，由于第1级和第2级可以在不停机进行维护或CIP的情况下运行，并且可以在较短的维护时间内将第三级与运行隔离，因此由于前两个级的连续运行，系统的整体生产率显著提高。
在本发明的一个实施例中，如图3和图4所示的具有止回阀CV2的CIP入口可以在高压泵P2之前，管道连接在CV1与P2之间，特别是在离心泵的情况下，而所述入口处不会产生明显的压力损失。对于像P2这样的容积泵，这种方法仍然可行，然而，这将需要在CIP过程中操作泵以允许流过泵。
在本发明的一个实施例中，在第31段中描述的破坏CP的益处的上下文中，定期用10％-20％的附加进料体积冲洗系统的第三级，其方式是通过将10％-50％的附加进料量注入到整个系统，并配合放松比例浓缩物回收阀，从而导致所有三个级的部分冲洗，同时所有级都继续产生并供应渗透物。
尽管以上第27-35段中的发明方法围绕3级RO系统进行教导，但对于2级系统或4级系统仍可实现类似的功能，在后者中，最后两级被视为单个级或者中间两级被视为一个级。如此处所教导的，通过针对3级实现方式的披露内容，本领域普通技术人员(PHOSITA)可能够在呈较低盐度水平的4级应用或甚至具有较高盐度水平的2级应用中实施所述概念和发明步骤。
参考文献
1.马沈伟，《填充有垫片的反渗透膜系统中的浓度极化》(ConcentrationPolarization in Spacer Filled Reverse Osmosis Membrane Systems)-在新加坡国立大学提交的博士学位论文，2005年
2.赫拉尔德斯·V.(Geraldes V.)、塞米奥·V.(Semiao V.)、皮尼奥·M.·N.(Pinho，M.N.)(2002)-带有梯形垫片的NF/RO螺旋缠绕模块中的流体动力学和浓度极化(Hydrodynamics and concentration polarization in NF/RO spiral-wound moduleswith ladder type spacers)，《海水淡化》(Desalination)，第157卷，第395-402页。
3.弗里曼(Freeman)等人US 8017050 B2具有改善的防垢性的净水膜(Waterpurification membranes with improved fouling resistance)
4.陶氏反渗透膜技术手册(第3.11.2节)-http://msdssearch.dow.com/PublishedLiteratureDOWCOM/dh_095b/0901b8038095b91d.pdf？filepath＝liquidseps/pdfs/noreg/609-00071.pdf
5.彼得·K·埃里克森(Peter K Eriksson)-国际海水淡化协会2015年世界海水淡化与水回用大会/美国加利福尼亚州圣地亚哥市

Claims (7)

1.一种使用三级反渗透系统处理水的淡化方法，所述三级反渗透系统包括：
第一级、第二级和第三级；每个级具有进料入口流、浓缩物出口流和渗透物出口流；其中，压力容器的数目在后续各级中减少；
其中，三个级被配置成使所述渗透物出口流并行地流动，并且使所述浓缩物出口流串行地流过后续各级；
就地清洁CIP系统，其中，所述CIP系统从所述三个级接收合并的渗透物出口流或合并的浓缩物出口流或两者；
其中，使用多个阀和并联管道，总进料入口流的第一分量被配置成流到第一级入口，所述总进料入口流的第二分量被配置成流到第二级入口，并且所述总进料入口流的第三分量被配置成流到第三级入口；
其中，所述第一级的浓缩物出口流与所述第二分量混合，从而形成所述第二级的混合进料入口流，并且所述第二级的浓缩物出口流与所述第三分量混合，从而形成所述第三级的混合进料入口流；
其中，所述第二分量是所述总进料入口流的15％-30％，并且所述第三分量是所述总进料入口流的10％-20％；
其中，使用多个阀和并联管道，分别在所述总进料入口流的体积和持续时间方面控制所述第二分量和第三分量；
其中，在正常操作期间，到达所述第二级的所述第二分量是连续的，和到达所述第三级的所述第三分量是连续的或间歇性的；
并且其中，在所述正常操作期间使用的通到所述第二级和所述第三级的所述多个阀和并联管道还用于离线CIP过程。
2.如权利要求1所述的淡化方法，其中，所述三级反渗透系统的分级比为3:2:1。
3.如权利要求1所述的淡化方法，其中，所述第三级间歇性地离线并隔离以进行维护，而其余各级处于正常运行状态；其中，所述隔离的时间为1-100分钟，并且所述隔离的频率为1-100小时一次。
4.如权利要求1所述的淡化方法，其中，所述系统的所述第三级是串联连接的两个压力容器的串联组合，并且代表了所述系统的第三和第四级组合。
5.如权利要求1所述的方法，其中，通过可编程逻辑控制器PLC控制方法流程，并在PLC内以可调节的周期、频率、生产率、流速、回收率％、压力和流量条件对实现方法特性的决策进行编程。
6.如权利要求1所述的方法，其中，作为维护的一部分，所述第三级间歇性地接收化学物质的注入，以破坏积垢并溶解水垢形成种子；间歇性化学物质注入的时期在0.5-60分钟之间，间歇度在1-100小时之间，并且发生在正常操作期间或开始隔离所述第三级以进行维护时。
7.如权利要求1所述的方法，其中，定期用10％-20％的附加进料体积冲洗所述系统的所述第三级，其方式是通过将10％-50％的附加进料体积注入到整个系统。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10947143B2 (en) 2019-04-01 2021-03-16 Saline Water Conversion Corporation Desalination brine concentration system and method
US20210053848A1 (en) 2019-08-22 2021-02-25 Saline Water Conversion Corporation Multi-Valent Ion Concentration Using Multi-Stage Nanofiltration
US11806668B2 (en) 2021-12-14 2023-11-07 Saline Water Conversion Corporation Method and system for extraction of minerals based on divalent cations from brine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4476015A (en) * 1982-11-02 1984-10-09 V. J. Ciccone & Associates, Inc. Multiple element fluid separation device
CN1132108A (zh) * 1994-10-12 1996-10-02 东丽株式会社 反渗透分离装置以及反渗透分离方法
CN102258942A (zh) * 2010-05-26 2011-11-30 覃正元 三级反渗透
WO2012019273A1 (en) * 2010-08-13 2012-02-16 Hatch Ltd. Membrane treatment/separation plant and control system
CN207102346U (zh) * 2017-06-29 2018-03-16 广州市金强工贸发展有限公司 一种反渗透式污水处理装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4312755A (en) * 1979-06-29 1982-01-26 Dow Corning Corporation Reverse osmosis system
GB8807825D0 (en) * 1988-03-31 1988-05-05 Romicon Inc Multiple membrane filtration systems
US4986918A (en) * 1989-11-08 1991-01-22 Romicon Inc. Membrane separation system and method of operation
US6099733A (en) * 1996-12-09 2000-08-08 Atp International Ltd. Water treatment system
CA2186963C (en) * 1996-10-01 1999-03-30 Riad A. Al-Samadi High water recovery membrane purification process
US6942797B1 (en) * 1999-05-27 2005-09-13 Nate International Filtration using pressure vessel with multiple filtration channels
US6299766B1 (en) 2000-07-06 2001-10-09 Clark Permar Reverse osmosis filtering apparatus with concentrate dilution
US20040129637A1 (en) * 2000-07-07 2004-07-08 Hidayat Husain Multi-stage filtration and softening module and reduced scaling operation
EP1329425A1 (en) * 2002-01-18 2003-07-23 Toray Industries, Inc. Desalination method and desalination apparatus
US20050067341A1 (en) * 2003-09-25 2005-03-31 Green Dennis H. Continuous production membrane water treatment plant and method for operating same
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
PT1893325T (pt) * 2005-06-23 2019-02-01 Ben Gurion Univ Of The Negev Research And Development Authority Método de reposicionamento de elementos de escoamento numa estrutura de escoamento troncocónico
CN101415482B (zh) * 2006-03-31 2015-04-15 金克克国际有限公司 用于化合物分离的切向流动过滤设备、系统和方法
US20080105617A1 (en) * 2006-06-14 2008-05-08 Eli Oklejas Two pass reverse osmosis system
US20080164206A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-10 Southwest Turf Solutions, Inc. Method and apparatus for removing minerals from a water source
US8216473B2 (en) * 2008-06-13 2012-07-10 Solution Dynamics, Llc Apparatus and methods for solution processing using reverse osmosis
EP2318126B1 (en) 2008-07-10 2018-08-22 Board Of Regents, The University Of Texas System Water purification membranes with improved fouling resistance
JP5535491B2 (ja) * 2009-02-06 2014-07-02 三菱重工業株式会社 スパイラル型海水淡水化装置
US20120145634A1 (en) * 2010-12-10 2012-06-14 Water Intellectual Properties, Inc. High Efficiency Water Purification System
US20140021135A1 (en) * 2011-04-06 2014-01-23 Liberty Hydro, Inc. Treatment of waters with multiple contaminants
JP5923294B2 (ja) * 2011-12-19 2016-05-24 株式会社日立製作所 逆浸透処理装置
US10245556B2 (en) * 2012-04-15 2019-04-02 Ben Gurion University Of The Negev Research And Development Authority Method and apparatus for effecting high recovery desalination with pressure driven membranes
EP2853307B1 (en) * 2012-05-22 2019-02-06 Toray Industries, Inc. Membrane separation device and operation method for membrane separation device
US9206060B1 (en) * 2015-05-22 2015-12-08 Basel Abusharkh Method for purifying liquids
JP2016221466A (ja) * 2015-06-01 2016-12-28 株式会社ウェルシィ 水処理システムおよびその洗浄方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4476015A (en) * 1982-11-02 1984-10-09 V. J. Ciccone & Associates, Inc. Multiple element fluid separation device
CN1132108A (zh) * 1994-10-12 1996-10-02 东丽株式会社 反渗透分离装置以及反渗透分离方法
CN102258942A (zh) * 2010-05-26 2011-11-30 覃正元 三级反渗透
WO2012019273A1 (en) * 2010-08-13 2012-02-16 Hatch Ltd. Membrane treatment/separation plant and control system
CN207102346U (zh) * 2017-06-29 2018-03-16 广州市金强工贸发展有限公司 一种反渗透式污水处理装置

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