[发明专利]用于水脱盐的设备及该设备的使用以及过程

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于盐溶液的脱盐的过程。本发明还涉及一种用于执行此过程的设备，以及所述过程或所述设备的如下使用，即：用于降低浓缩的盐溶液副产品的量，所述浓缩的盐溶液副产品是反渗透膜脱盐设施的，或者存在于用于生产脱盐水、用于制盐、用于电力和脱盐水的合作生产或用于空气调节的装置或设施或过程中。

在本申请中，术语“盐溶液”表示包含至少一种溶解盐的任何水溶液，并且术语“第一副产品流”表示从反渗透（RO）膜脱盐设施获得的浓缩的盐溶液副产品。浓缩的盐溶液的其它示例包括海水、半咸水或矿井水。要注意的是，RO膜脱盐设施的盐溶液供给流和第一副产品流，以及浓缩的盐溶液的其它上述示例，全部都包含至少一种溶解无机盐，通常为NaCl。

淡水是公众和生活用水、农业中的灌溉和畜牧业以及工业上的多种过程所需要的。在本申请中，术语“淡水”一般表示以具有低浓度的溶解盐和其它总溶解固体为特征的水，并且特定地排除海水和半咸水。在一个实施例中，“淡水”表示包含小于3,000 ppm的溶解盐的水，优选包含小于1,000 ppm的溶解盐的水，最优选包含小于500 ppm的溶解盐的水。饮用水是淡水的一个示例。由于缺少均匀分布的淡水供应，因此在许多地区中有必要通过对例如来自海洋的盐溶液的脱盐来获得淡水。在本申请中，术语“第一产品水流”表示通过本发明的过程、设备或使用而获得的淡水。

反渗透（RO）是用于水脱盐的最普遍的技术，并且反渗透脱盐设备和反渗透脱盐方法在例如US 4,115,274或US 4,125,463中被公开。在膜分离过程中，通过将盐溶液加压到超出其渗透压力，以及基本上使用膜从加压的溶液过滤出盐离子并且只允许水通过，从所述溶液回收水。RO技术中主要的能量消耗源自对盐溶液的加压。当通过使用装置从排出的浓缩盐溶液流（第一副产品流）回收机械压缩能量，来最小化由释放浓缩盐溶液的压力而产生的能量损失时，能够有利地获得利用RO技术情况下的相对较低的能量消耗。由于RO技术有利的经济性，它是用于脱盐的最普遍的商用技术，所述经济性主要源自相对有利的能量消耗。

尽管如此，RO技术也有其缺点。由于回收额外的淡水所需的压力随着盐溶液或盐水流被浓缩而增加，因此RO系统的水回收率趋于变低。那么，特别是对内陆RO设施（inland RO plants）而言，相关的另一个主要缺点则是处置来自RO设施的大量的浓缩盐溶液副产品流（第一副产品流）的成本和环境影响。例如，盐溶液副产品通常被排出到海洋或内陆地表水，或者被注入到深井中。这样的做法是不环保的，并且因此它们不再是可接受的。因此，需要具有用于提高回收淡水的量、降低来自RO设施的第一副产品流（浓缩的盐溶液）的量并且不引起对环境的额外危害的过程和设备。

降低RO系统的第一副产品流的量的基于热的浓缩方法是已知的，例如US 4,083,781中公开的闪蒸方法、US 4,434,057中公开的强制蒸发方法以及US 5,695,643的燃烧热蒸发方法。这样的基于热的浓缩方法具有如下缺点，即：能量消耗大，并且因此是非常昂贵的。此外，它们是易受结垢及其相关联的热问题和机械问题影响的。可替代地，第一副产品流可以通过具有较低能量成本的太阳池来浓缩，但此热力方法需要大量的土地和直射阳光，并且遭受较低的生产率以及昂贵的和耗费时间的维护的影响。而且，因为灰尘的存在可阻挡用于蒸发的阳光和/或表面区域，从而增加蒸发所需的时间，所以太阳能热力方法并不适用于所有的地区和/或气候。此外，在太阳池的情况下，对于环境而言，蒸发的水损失了，并且它随后不可用作饮用水的供应。最后，有毒成分，例如硫基化合物，可以蒸发并被转移到环境，从而导致EHS问题。

对处理RO系统的第一副产品流而言，电渗析方法也是已知的。例如，集成的RO和电渗析系统从EP 2 070 583 A2是已知的，并且US 6,030,535的方法使用了电渗析单元和蒸发器的组合来处理来自RO系统的浓缩的盐溶液副产品流。但是，电渗析方法遭受对膜污染和结垢敏感的缺点，并且它们还需要大量的直流电，而它们的电场仅能够移除离子组分。综上所述，需要具有降低RO系统的浓缩的盐溶液副产品流的量的过程和设备，所述过程和所述设备具有降低的能量需求，无需大型基础设施并且不易受膜污染的影响以及具有对结垢的降低的敏感性。

发明内容