[发明专利]用于提高渗透驱动膜系统中的通量的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月3日提交的美国临时专利申请序号61/514,661的权益和优先权；所述临时专利申请的整个公开内容特此以引用的方式整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及改进渗透驱动膜系统中的通量，并且更具体地涉及促进和控制在所述膜的表面上的生物薄膜的生长以便防止膜积垢。

背景技术

传统上，膜表面已被处理或以另外的方式制造以便抵抗在其上形成生物薄膜。参见例如，美国专利公布号2007/0251883，所述专利的公开内容特此以引用的方式整体并入本文。在膜上形成生物薄膜已被认为是积垢的一种形式，并且通过例如减少系统的通量而对膜系统的运行有害。

发明内容

总体上，促进膜表面(例如，进料和/或透过侧)上的选择类型的生物薄膜的生长可以为其中使用膜的工程化的系统提供有益服务。这些有益服务可以包括：可能以另外的方式穿过膜表面的进料组分(例如，小分子不带电的有机物)的氧化；在膜表面上产生平滑均匀的表面，其可以防止积垢；以及将以另外的方式在膜表面上生水垢的矿物质减少。在一种情况下，防止或至少减少在膜表面上积垢可以帮助维持更高和/或更恒定的通量水平。通常，本文使用的积垢是指可以减少通量或以另外的方式有害影响膜的各种类型的膜污染并且包括：结晶积垢(矿物质生水垢或由于在溶液产品中过量而引起的矿物质沉积)、有机积垢(溶解的腐殖酸、油、油脂等的沉积)、颗粒和胶体积垢(粘土、淤泥、微粒腐殖物质、碎片以及二氧化硅的沉积)以及微生物积垢(微生物的生物积垢、粘附和累积以及生物薄膜的形成)。在一些实施方案中，选择类型的生物薄膜的形成可以抑制或防止有害生物薄膜的形成。

一方面，本发明涉及一种促进或稳定渗透驱动膜系统中的通量率的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有进料侧和透过侧的正向渗透膜，将进料溶液引入至正向渗透膜的进料侧，将汲取溶液引入至正向渗透膜的透过侧，以及促进正向渗透膜的进料侧或透过侧的至少一个上的选择生物薄膜(例如，与不希望的生物薄膜相反的希望的生物薄膜，所述不希望的生物薄膜可能倾向于以另外的方式在膜上形成，但没有给予有益作用)的生长。例如，膜的进料侧可以天然地或被修改以便形成用于具体生物薄膜的支撑结构。可以促进一种或多种类型的生物薄膜的生长以便适合具体应用，例如以便防止生水垢。在一个实施方案中，汲取溶液包括至少一种选择营养物以便帮助生物薄膜的形成。所使用的溶液可以是水性或非水性的以便适合具体应用。

在前述发明的各种实施方案中，促进生物薄膜的生长的步骤包括将至少一种营养物引入至进料溶液以便优先与一种或多种微生物反应，所述一种或多种微生物可以存在于进料溶液中或可以被添加至进料溶液或汲取溶液。在一个实施方案中，至少一种营养物经由反向输送穿过正向渗透膜而从汲取溶液引入至进料溶液。可选地或另外地，至少一种营养物可以被直接引入至进料溶液或汲取溶液的源。可以例如手动穿过容纳进料溶液或汲取溶液的腔室或包含膜的壳体中的插孔或其它开口引入至少一种营养物。在一个实施方案中，可以经由带计量装置(例如，阀门)的料斗添加营养物和/或微生物，所述料斗可以控制的方式引入至少一种营养物和/或微生物。至少一种营养物/微生物可以例如液体或粉末的形式引入。用于引入至少一种营养物/微生物的装置还可以包括搅拌器或用于使营养物/微生物混合在所选择的溶液内以用于相对均匀分散的其它类型的仪器。用于引入至少一种营养物/微生物的装置还可以包括带相关传感器和开关的控制系统，所述控制系统可以监测任何汲取溶液、进料溶液以及膜的状态或特征(例如，通量率或材料)并且控制至少一种营养物或其它物质的引入以便促进和/或控制例如基于所测量的状态或特征的生物薄膜的生长。