[发明专利]渗透分离系统和方法

说明书

本申请是申请日为2012年4月24日、发明名称为“渗透分离系统和方法”的申请号为201280031184.7的专利申请的分案申请。

技术领域

一个或多个方面一般涉及渗透分离。更具体地，一个或多个方面涉及使用渗透驱动膜方法，例如正向渗透，以分离溶液中的溶质。

背景技术

已经将正向渗透用于脱盐。一般而言，正向渗透脱盐方法涉及具有被半透膜隔开的两个室的容器。一个室包含海水。另一个室包含浓缩溶液，其在海水和浓缩溶液之间产生浓度梯度。该梯度吸引海水中的水穿过膜进入到浓缩溶液中，所述膜选择性地允许水通过而不允许盐通过。逐渐地，进入浓缩溶液中的水将该溶液稀释。然后从该稀释的溶液移除溶质，以产生饮用水。

正向渗透系统的一个缺点是破坏系统离子平衡的离子交换现象。例如，在使用NH₃-CO₂吸引溶液和NaCl进料溶液的系统中，Na⁺和NH₄⁺离子将穿过膜而交换，这可以导致更高盐度的产物水和增加的回收吸引溶质的难度。一些脱盐装置目前使用预处理和后处理离子交换或类似方法；然而，该使用通常被用于进一步调节产物溶剂，而不是试图克服这些缺点，特别是对于回收吸引溶质。

发明内容

各方面一般涉及渗透驱动膜系统和方法，包括正向渗透分离(FO)、直接渗透浓缩(DOC)、压力辅助正向渗透和压力延缓渗透(PRO)。

一方面，本发明涉及渗透驱动膜方法以及维持其离子平衡的方法。所述过程/方法包括将第一溶液引入正向渗透膜的第一侧并将浓缩吸引溶液引入正向渗透膜的第二侧的步骤。所述浓缩吸引溶液具有足以维持跨膜的渗透浓度梯度的溶质浓度。所述过程/方法还包括促进所述第一溶液的溶剂流动穿过所述膜，从而在所述正向渗透膜的第一侧形成第二溶液，并在所述正向渗透膜的第二侧形成稀释的吸引溶液。所述第二溶液包含经由通过膜的反向离子交换的至少一种第一离子物类的溶质(例如，铵)。此外，所述过程/方法包括将所述稀释的吸引溶液导入分离系统并将所述稀释的吸引溶液分离成吸引溶质和溶剂。回收的溶剂包含至少一种第二离子物类的溶质；例如，通过正向渗透膜交换的钠离子(Na⁺)和/或由于离子失衡而留存在回收溶剂中的碳酸根离子，离子失衡阻碍全部的吸引溶质从稀释的吸引溶液中回收。离子失衡可以是跨正向渗透膜发生的离子交换的结果。所述过程/方法还包括以下步骤：将吸引溶质再循环入被引入正向渗透膜的第二侧的浓缩吸引溶液以维持其中的渗透浓度梯度，将回收的溶剂导入反向渗透系统，给回收的溶剂加压以产生纯化的溶剂和包含至少一种第二离子物类的溶质的浓缩溶液，并将所述浓缩溶液引入被引入正向渗透膜的第一侧的第一溶液。第二离子物类的溶质与第一离子物类的溶质在第二溶液内平衡形成第二溶液内另外的可去除的吸引溶质。具体地，各种正和负离子物类的溶质以等电荷平衡驻留在第二溶液内。然后将第二溶液导入分离/再循环系统以回收另外的吸引溶质。与第二离子物类的溶质(或其形式)组合的第一离子物类的溶质(或其形式)使得每个物类的吸引溶质可从第二溶液去除。

可选地，可以将来自反向渗透单元的浓缩溶液引入膜第一侧的第二溶液、分离/再循环系统内的第二溶液、和/或从膜第一侧转移至分离/再循环系统时的第二溶液。在一些实施方案中，来自反向渗透单元的浓缩溶液可以具有比第一溶液更大数目的总溶解固体(TDS)，在这种情况下，优选将浓缩溶液引入正向渗透单元下游的第二溶液，从而避免更大TDS对正向渗透单元的可能的不利影响。在一些情况下，第二溶液可以包含来自其他来源的另外的铵，其也可以用公开的系统和方法来回收。