[发明专利]使用可调阴离子交换床的苦咸水淡化方法

说明书

参考相关申请

本申请要求2013年5月29日提交的临时申请号61/828,477的优先权，其全部内容引入于此供参考。

发明领域

本发明涉及通过使用混合阴离子交换树脂床以消除淡化过程中的结垢而从各种含盐来源生产饮用水的系统和方法。

发明背景

淡化过程是将溶解盐从溶质水中分离出来。例如，热法是加热盐水并收集所生成的蒸汽，和膜法是使用半透膜从盐中除去水。有许多类型和成熟的淡化方法，但都产生基本相同的结果-饮用水和含进料水余留盐的盐水。

在环保和成本效益方式方面，管理和处置盐水面临重大挑战。对于毗邻海岸的淡化工厂，此盐水常规是排放回海洋；然而，内陆工厂必须采取其它更昂贵的处置方法。常用方法例如包括蒸发池和深井注入，这会使工厂运营成本大增。例如浓缩物处置往往构成了总运营费用的50％。因此，所产生的盐水体积的任何减少都将降低处置成本。例如过程中回收率从80％增加到90％将导致浓缩物体积减少50％。

然而，提高淡化过程的回收率以减少盐水体积是具有挑战性的。具体而言，随着海水淡化过程回收率的增加，截留盐水的浓度变得如此之高，以至于超过了盐如碳酸钙和/或硫酸钙和/或磷酸钙的溶解度，导致它们沉淀并形成水垢。这些由不溶盐形成的水垢若不加以遏制往往不利于淡化过程的效率。对反渗透或RO法，沉淀物会不可逆地污染膜。

防止这些不溶盐沉淀的一个途径是将酸或阻垢化学品投入进料水中。然而，这些阻垢剂通常是有机磷化合物，在处置时有环境问题。此外，排放到环境中时，进料中任何剂量的化学物质在淡化过程中都已浓缩了数倍，使得排出的废水在环境问题方面尤为严重。

这种加入化学品、过程回收率降低和盐水处置费用的综合结果就是会导致淡化过程操作成本的显着增加。因此，存在不使用有环境问题的酸和防垢剂而减少盐水体积的需求。本发明即是满足了这一需求的其中之一。

发明概述

下面将简要概述本发明，以便对本发明的某些方面提供基本了解。本概述并非本发明的全面描述。它既不试图确认本发明的关键/决定性元素，也不试图界定本发明的范围。它唯一的目的是以简化形式给出本发明的一些概念以作为稍后给出的更详细说明的开篇。

本发明涉及连续处理淡化过程进料水以降低多价离子难溶盐浓度的系统和方法。具体地，本发明涉及一种或多种阴离子交换树脂床的应用，其对全部多价/一价离子的选择性可调，无需再生剂，可在一体化淡化过程中连续运行。更具体地说，所述树脂床可针对特定的苦咸进料水组成调整成多价阴离子的选择性高于一价阴离子，而对浓缩盐水则一价阴离子的选择性高于多价阴离子，这样就起到再生剂作用而将树脂床再生。以这种方式，进料水中的多价阴离子优先替换等当量的一价阴离子，其盐的溶解度比多价阴离子盐大几个数量级。因此，当进料流经淡化处理和盐变得更为浓缩时，它们不太可能沉淀和生成水垢。然后，将来自淡化过程的富含一价阴离子、主要是氯化物的盐水料流反冲洗通过树脂床以将混合离子交换树脂再生来维持树脂床的离子交换容量。因此，树脂床对进料流进行淡化过程处理以除去产生水垢的多价离子并通过盐水料流进行再生。结果是一个不使用酸或阻垢剂且截留盐水体积最小化的连续淡化过程。

在一个实施方案中，本发明使用增强对不同进料水“调整”能力的混合床。更具体地说，申请人认识到离子交换取决于分离因子，它是树脂和与树脂接触的溶液(即进料水或盐水)中多价离子的相对浓度与树脂和与树脂接触的溶液中一价离子的相对浓度的函数。申请人还认识到一些树脂偏好多价离子，这有利于处理进料水，而另一些树脂则偏好单价离子，这有利于树脂床再生。因此，对于具体的进料水组成，树脂床可通过将多种树脂混合来确保在一个方向上交换过程促使多价离子对一价离子的交换(处理加料水)和在另一方向上促使一价离子对多价离子的交换(床进行再生)而进行调整。此外，本发明不限于特定类型的淡化方法，且可以与膜法和热法一起使用。

因此，本发明的一个方面是使用阴离子交换树脂混合床处理淡化过程进料水的连续方法。在一个实施例中，所述方法包括：(a)通过将进料水送入包括一种或多种阴离子交换树脂的床，在足以将所述进料水中多价阴离子与所述树脂中一种或多种一价阴离子进行交换的条件下从所述进料水中脱除一种或多种多价阴离子；和(b)通过将盐水料流送入所述树脂床，在足以将所述盐水料流中一种或多种一价阴离子与所述树脂中一种或多种多价阴离子进行交换的条件下将所述树脂床再生。