专利名称：增强型高水回收率膜工艺的制作方法
增强型高水回收率膜工艺
背景技术：
本发明涉及使用单级或二级膜工艺的含有可溶以及略溶或部分可溶性无机化合物的水的经济纯化，这些工艺将膜水纯化与化学沉淀软化以及对应地使用离子交换树脂和二氧化娃分离床(silica sequestering bed)的完全硬度以及二氧化娃去除相结合。硬度化合物如钡、钙、镁、铁、碳酸盐、碳酸氢盐、氟化物、硫酸盐以及二氧化硅通常发现于地表水源(如湖以及河)中、地下水源(如水井以及含水层)中以及工业废水(包括冷却塔排污、锅炉排污以及垃圾填埋浙滤液)中。这些略溶性污染物限制了从反渗透(RO)以及纳滤(NF)膜系统中净化水渗透物的百分比回收率，因为当浓缩时它们倾向于形成水垢化合物，这些水垢化合物通常不可逆地沉积在这些膜表面上并且降低它们有用的使用寿命O 为了防止水垢化合物过早沾污和沉积在RO或NF膜表面上，通过添加酸来增加“暂时”硬度化合物的溶解度，通过使用离子交换软化来去除硬离子，或通过使用“冷石灰”或“热石灰”软化工艺对硬度化合物和二氧化硅进行化学沉淀来对原水进行预处理。当需要化学沉淀软化预处理时，在这个步骤之后是澄清(优选地使用固体接触澄清剂)、以及使用重力或压力砂滤池、多介质过滤器或“细介质”压力过滤器进行过滤。可替代地，可以通过超滤和微滤膜对澄清的上清液进行过滤，其中来自澄清池的任何夹带的悬浮固体以及细胶体被完全去除，产生一种膜滤液，它具有非常低的< 3的15分钟淤积密度指数(SDI15),这适合于使用反渗透(RO)膜或纳滤(NF)膜进行纯化和脱盐。为了增加RO或NF膜渗透物的回收百分比，可以通过在一个级间RO浓缩物软化步骤中添加石灰或氢氧化钠来将预浓缩的略溶性化合物进一步沉淀，之后对沉淀的硬度化合物和二氧化硅进行另外的澄清，将澄清池的上清液过滤，并且通过一个第二 RO或NF膜级进行纯化从而实现进一步的渗透物回收。然而，这些工艺实现的全部(即总的)2级膜系统回收率限于80% -85%范围内。现有技术的纵览示于以下专利中美国专利号4，000, 065披露了反渗透(RO)和超滤(UF)的组合用于从水流中分离有机物质的用途。将污染的水流从RO单元的高压室循环到UF单元的一个高压室中，然后到该UF单元的低压室中进而返回到该RO单元的高压室中。日本专利57-197085披露了一种过滤装置，该装置包括串联连接UF装置和RO装置从而不使水垢沉积在RO膜上。美国专利号3，799，806披露了通过反复超滤和反渗透纯化步骤来纯化糖汁。美国专利号4，083，779披露了一种通过超滤和反渗透处理用于处理花青素 (anthocyante)提取物的工艺。美国专利号4，775，477披露了一种用于提取蔓越橘压滤饼的工艺，其中将压滤饼研磨并且经受微滤以去除胶体的高分子量化合物，之后进行反渗透以回收红色溶液。美国专利号5，182，023披露了一种用于从水中去除砷的工艺，其中首先将水过滤以去除固体，然后通过超滤器，之后进行化学处理从而将pH调节到从大约6至8的一个范围。此后，在使水经受反渗透以提供具有小于大约50ppb砷的ー个流之前添加水垢抑制剂以及防污材料。
日本专利53025-280披露了通过首先使用反滲透膜并且然后使用具有更可渗透性膜(例如微孔或超滤膜)的ー个第二级反渗透膜从液体中分离无机和有机化合物。通过该第二膜处理从该第一膜获得的污染液体的一部分。美国专利号5，501，798披露了ー种高回收率水纯化工艺，包括使用反渗透之后对来自该RO浓缩物的硬度化合物进行化学沉淀，继之进行微滤以分离沉淀的固体并且将“不含悬浮固体的浓缩物”再循环返回到该RO中。美国专利号5925255和美国专利号6537456披露了一种エ艺，其中使用氢型或钠型弱酸阳离子离子交換(IX)软化树脂将原水中的钙和镁硬度完全去除，之后通过添加氢氧化钠提高pH来增加ニ氧化硅的溶解度并且防止当膜渗透物回收增加时它发生沉淀。pH提高也减缓了生物沾污。这个エ艺实现了 90%或更高的渗透物回收率，这取决于原水TDS和膜系统操作pH。美国专利号6，113，797披露了ー种2级高回收率膜エ艺，其中通过化学沉淀或通过离子交换(如果ニ氧化硅不以限制浓度存在，因为ニ氧化硅不能通过IX树脂去除)来去除该RO或NF膜浓缩物中的预浓缩的硬度以及ニ氧化硅。这个现有技术エ艺披露了将高TDS第2级膜浓缩物软化并且再循环并且将它与该第一级RO膜浓缩物混合，以便能够从该第二级进ー步纯化和回收水，由此以经济的方式实现> 95%的总渗透物回收，而不必诉诸于昂贵的多个、谨慎的级间软化和膜级。美国专利号6，461，514披露了一个单级高回收率膜エ艺，其中通过离子交換来去除该RO或NF膜浓缩物中的预浓缩的硬度。将软化的高TDS膜浓缩物再循环并且与原流入液共混以便能够进ー步纯化和回收水，由此以经济的方式实现> 95%的总渗透物回收率。在所有现有技术的ニ氧化硅限制性应用中(其中通过用氢氧化钙(石灰)、氢氧化钠或其他碱溶液来提高PH从而同时沉淀硬度和ニ氧化硅化合物)，有必要提供在该高pH水与这些沉淀的悬浮固体之间的有效而紧密的接触。有效的固体接触将改善硬度前体与这些化学试剂的反应程度，导致更高的硬度以及ニ氧化硅沉淀效率。在澄清池上清液中残留的略溶性硬度以及ニ氧化硅化合物越低，通过该膜系统可实现的渗透物回收率的程度越高，因为回收率受这些化合物的溶解度的限制，它们将进ー步浓缩在膜表面上。通过使用一种凝结剂和/或ー种高分子絮凝剂来增强固体沉降而将这些沉淀的固体去除，使它们能够从澄清池底部去除，同时降低夹带的可能被携带进入下游的过滤链中的细颗粒的浓度。存在着多种澄清池エ艺增强措施，目的在于使沉淀效率最大化并且随后使硬度化合物和ニ氧化硅沉降和去除。将含有来自澄清池底部沉淀的固体的淤浆再循环到混合/反应区中已经被实践了数十年。ー些公司已经引入将硬度颗粒引晶以提供成核位点的方法，这将增强沉淀エ艺的效力。其他人引入较小粒径的惰性砂样颗粒以提供沉淀反应可以在其上发生的大的接触表面，从而实现更高的硬度以及ニ氧化硅沉淀速率，由此能够使用澄清池中较少的保留时间并且降低它的资本成本。然而，这个エ艺是相当复杂的，包括在外部旋风分离器中分离和回收惰性固体以及再循环返回到澄清池中，其中损失掉ー些惰性固体，因此增加了所产生的废污泥体积并且增加了运行和维护成本。如此可看出，这些现有技术エ艺具有多种限制，因为在一致性的基础上它们不能确保澄清 池上清液中非常低的残留硬度以及ニ氧化硅浓度。存在着影响澄清池性能的多个变量，包括进水温度、pH、碱性化学物质的剂量、依赖于流速的凝结剂和絮凝剂以及在进水中的略溶性化合物的浓度。此外，以上所述设备增强措施(同时提供了増加的效カ以及改善的沉淀性能)是昂贵的并且涉及实质性的另外的运行和维护成本。显著浓度的硬度阳离子(即，钙和镁)仍然保留在澄清池上清液中。因为关键性的是使总的膜エ艺渗透物(即，浄化水)回收率最大化，鉴于全世界日益増加的水成本、水短缺以及对城市和エ业水回收升高的要求，因此所需要的是ー种可靠的更少受到上述限制的影响的エ艺。所需要的是这样的一种和多种エ艺，不管进水质量、进水硬度以及ニ氧化硅浓度、流速或操作问题以及与该“固体”沉淀设备相关的低效率，它们可以确保非常高的这些硬度和ニ氧化硅化合物的去除效率，并且实现> 95%的高总回收率。发明概述本发明的ー个目的是提供ー种用于处理含有“略溶的”无机的形成水垢的化合物的来自天然源或废水的小和大流速进水的改进エ艺。本发明的另ー个目的是提供一种改进的使用单级或2级膜エ艺来纯化进水并且回收67% -99. 9%水作为净化水而不引起形成水垢的化合物沉淀在膜表面上的风险(这降低了这些膜的寿命)的エ艺。本发明的又另ー个目的是通过添加适合的碱性化合物通过在ー个外部再循环回路中将来自膜浓缩物的所述化合物进行化学沉淀，之后凝结、絮凝并且去除所述沉淀的化合物而防止形成水垢的化合物沉淀在膜表面上，由此产生ー种化学软化的膜浓缩物用于进一步水回收和再循环。本发明的又另ー个目的是使用ー种离子交换软化树脂、一种ニ氧化硅分离介质或两者通过从所述化学软化的膜浓缩物中去除残留的硬度以及ニ氧化硅来增强膜浓缩物软化工艺从而确保一致地并且几乎是完全地从该膜浓缩物中去除所述形成水垢的化合物，从而防止沉积在膜表面上，防止滲透物通量损失以及防止过早清洗和/或膜更换。从说明书、权利要求书以及随附其上的附图，本发明的这些和其他目的将变得清
TL·, ο根据这些目的，提供了一种改进的用于处理含有“略溶的”无机的形成水垢的化合物的来自天然源或废水的水的膜エ艺，其中以可靠的并且一致的方式实现了非常高的在67% -99. 9%范围内的渗透物回收率。首先通过使用油分离设备对含有无机的形成水垢的化合物以及完全可溶性无机化合物以及低浓度的有机化合物的进水进行预处理以分离几乎所有的悬浮物质(包括油和脂)，之后进行化学凝结、絮凝、澄清和/或重力沉降、以及多介质过滤。可替代地，使用微介质(S卩，细颗粒)过滤、微滤膜或超滤膜对进水进行预过滤，以有效地分离所有这些悬浮的固体以及胶体物质。如果进水中还存在鉄，则在凝结、絮凝和/或过滤之前必须使用适当的槽内空气喷布器使水曝气。通过在适当压カ下(这取决于进水中可溶性化合物的浓度以及所希望的总渗透物回收率)操作的ー个2级或单级膜系统将本发明中预处理的进水纯化。为了防止在膜上形成水垢化合物，通过添加适当的碱性化合物来升高PH并且将这些略溶性硬度化合物沉淀而将膜浓缩物(也称为渗余物)软化，之后凝結、絮凝并且去除在澄清池或沉降槽中的所述沉淀的化合物。通过使用离子交换(IX)水软化树脂、ニ氧化硅分离介质或两者的组合将化学软化的膜浓缩物进ー步软化，以确保几乎完全去除残留的阳离子水垢前体(即，钙、镁、钡、铁、铝、以及其他略溶性多价离子)，否则它们将在这些膜上引起水垢形成并且降低该エ艺的可靠性以及它的一致地实现所希望的67%至99. 9%范围内的渗透物回收率的能力。这种完全软化的膜浓缩物将含有高浓度的可溶性离子，也称为溶解固体总量(TDS)。在单级エ艺的情况下将软化的膜浓缩物再循环并且与进水共混，或在2级エ艺的情况下与该第一级膜浓缩物共混以经历进ー步的纯化。通过IX水软化树脂从系统上游中移出少量的浓缩物，与来自澄清池底部的少量淤浆排出流合并，并且作为总エ艺排出流而被去除，从而控制膜的渗透压、防止沉淀并且将总膜系统的渗透物回收率控制在67% -99. 9%的范围内。附图简要说明 图I是ー种增强型高回收率2级膜エ艺(R01-CP-IX-R02)的ー个示意图，该エ艺处理了含有低的溶解固体总量(TDS)、中等至高硬度以及低至中等ニ氧化硅浓度的高流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅、以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。图2是图I的增强型高回收率2级膜エ艺(R01-CP-IX-SSU-R02)的另ー个实施方案的示意图，它处理了高流量、低TDS、中等至高硬度以及高ニ氧化硅的进水，并且回收了67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。图3是图I的增强型高回收率2级膜エ艺(CP-R01-IX-R02)的又另ー个实施方案的示意图，它处理了含有低TDS、高至非常高硬度以及中等ニ氧化硅浓度的高流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。图4是图3的增强型高回收率2级膜エ艺(CP-R01-IX-SSU-R02)的另ー个实施方案的示意图，它处理了含有低TDS、高至非常高硬度以及高ニ氧化硅浓度的高流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅以及其他水垢化合物以及沾污物质沉积在膜表面上的风险。图5是图I的增强型高回收率2级膜エ艺(R01-IX-R02)的又另ー个实施方案的示意图，它处理了含有低TDS、中等至高硬度以及非常低ニ氧化硅浓度的高流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。图6是图I的增强型高回收率2级膜エ艺(R01-IX-SSU-R02)的又另ー个实施方案的示意图，它处理了含有低TDS、中等硬度以及低至中等ニ氧化硅浓度的高流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。图7是另ー种增强型高回收率2级膜エ艺(R01-R02-CP-IX)的ー个示意图，该エ艺处理了含有低TDS、低至中等硬度以及低ニ氧化硅浓度的高流速的进水，并且回收了67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度以及ニ氧化硅沉积在膜表面上的风险。
图8是具有后2级膜浓缩物软化以及再循环该软化的浓缩物的图7的增强型2级高回收率膜エ艺(R01-R02-CP-IX-SSU)的另ー个实施方案的示意图，该エ艺处理了具有低TDS、低至中等硬度以及低至中等ニ氧化硅的高流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度以及ニ氧化硅沉积在膜表面上的风险。图9是在图8中描述的增强型高回收率2级膜エ艺(R01-R02-IX-SSU)的又另ー个实施方案的示意图，它处理了含有低TDS、低硬度以及低至中等ニ氧化硅的高流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。
图10是另ー种增强型高回收率单级膜エ艺(RO-CP-IX)的ー个示意图，该エ艺处理了低流速进水或含有中等浓度的TDS、低至中等硬度以及低至中等ニ氧化硅浓度的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅、以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。 图11是图10的增强型高回收率单级膜エ艺(RO-CP-IX-SSU)的另ー个实施方案的示意图，该エ艺处理了含有中等浓度的溶解固体总量(TDS)、低至中等硬度以及中等至高ニ氧化硅浓度的低流速进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅、以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。图12是在图10中描述的增强型高回收率单级膜エ艺(RO-IX-SSU)的又另ー个实施方案的示意图，它处理了含有高TDS、低硬度以及低ニ氧化硅的低流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅以及其他水垢化合物沉积在膜単元的表面上的风险。图13是又另一种增强型高回收率单级膜エ艺(CP-IX-RO)的ー个示意图，该エ艺处理了低流速进水或含有中等浓度的溶解固体总量(TDS)、高至非常高硬度以及低至中等ニ氧化硅浓度的进水，并且回收了 67%至99. 9%的净化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅、以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。图14是图13的增强型高回收率单级膜エ艺(CP-IX-SSU-RO)的另ー个实施方案的示意图，该エ艺处理了含有中等浓度的TDS、高至非常高硬度以及高ニ氧化硅浓度的低流速进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅、以及其他水垢化合物沉积在膜表面上的风险。图15是在图14(IX-SSU-RO)中描述的增强型高回收率单级膜エ艺的又另ー个实施方案的示意图，它处理了含有高TDS、中等硬度以及低至中等ニ氧化硅的低流速的进水，并且回收了 67%至99. 9%的浄化水，同时消除了硬度、ニ氧化硅以及其他水垢化合物沉积在膜单元的表面上的风险。发明的说明本发明旨在解决现有技术(包括美国专利6113797以及美国专利6461514B1)的多种限制。美国专利6113797传授了使用具有后2级膜浓缩物软化的2级膜エ艺，这实现了非常高的在67%至99. 9%范围内的净化水回收率。在美国专利6113797中，在高pH通过化学沉淀将含有大多数可溶性以及略溶性无机离子的高TDS 2级膜浓缩物软化，之后澄清、过滤并且降低PH，并且再循环到该2级膜系统的低压侧从而实现浄化水的进ー步回收。可替代地，如果ニ氧化硅浓度没有限制，简单地通过穿过一个适当的离子交换软化树脂将该2级膜浓缩物软化，之后再循环到所述2级膜系统的低压侧从而实现浄化水的进ー步回收。美国专利6461514B1传授了一种单级高回收率膜エ艺，由此通过经过ー个适当的离子交换软化树脂将含有高硬度但是低ニ氧化硅的膜浓缩物软化，之后再循环到所述单级膜系统的低压侧中从而实现净化水的进ー步回收。已经发现的是，虽然在美国专利6113797中所传授的化学沉淀(即CP)软化步骤能够从该2级膜浓缩物中去除大多数硬度以及ニ氧化硅，由于在设计方面以及在所述CP软化步骤操作方面的低效率，所述CP软化步骤将留下显著浓度的残留硬度(即，钙、镁)离子以及ニ氧化硅。当与来自该第一膜级的预浓缩的略溶性离子混合时，这些再循环的残留的略溶性离子将进ー步在该2级膜上浓缩，从而潜在地形成水垢化合物，这些水垢化合物可能限制总エ艺浄化水回收率，尤其是在当进水硬度较大的情况下。存在着针对这个问题的多种补救措施，包括(I)増加再循环的2级膜浓缩物的流速，(2)将酸添加到膜単元中降低共混进料的PH，并且从而进一歩降低钙和镁的结垢潜力，以及(3)増加所添加的用于进一歩降低硬度和ニ氧化硅结垢潜力的防垢剂化学物的剂量，或这些不同补救措施的组合。 然而，应当注意的是这些替代的补救措施将不利地影响高回收率エ艺的资本和/或操作成本。当将离子交换(IX)软化独立地应用到该2级膜浓缩物上(美国专利6113797中)或作为CP软化的一个简单的低成本的替代方案应用到单级膜エ艺浓缩物(美国专利6461514B1)上时，在从该膜浓缩物中去除ニ氧化硅方面该IX软化步骤将不再有效，从而允许ニ氧化硅在这些膜上进ー步浓缩并且潜在地限制总渗透物(即净化水)回收率。添加防垢剂将缓解但不是完全消除这个问题，因为防垢剂具有200-250mg/L的ニ氧化硅溶解度范围上限。本发明披露g在解决现有技术(包括美国专利6113797以及6461514B1)的上述限制并且能够以经济的方式实现在67%至99. 9%范围内净化水高回收率，不论进水中的硬度和ニ氧化硅浓度如何。此外，本发明中的净化水回收率将不会受到在CP软化系统中的设计和/或操作缺陷的不利影响，这些缺陷可能导致在该CP步骤的上清液中的较高残留硬度以及ニ氧化硅。将披露总计15个高回收率エ艺配置以便处理具有不同特征的进水，具体地取决于进水的流速、溶解固体总量(TDS)、总硬度离子以及ニ氧化硅浓度。这些エ艺配置列出如下R01-CP-IX-R02，如在图I中所描述R01-CP-IX-SSU-R02，如在图 2 中所描述R01-IX-SSU-R02，如在图 6 中所描述R01-IX-R02，如在图5中所描述CP-R01-IX-R02，如在图3中所描述CP-R01-IX-SSU-R02，如在图 4 中所描述R01-R02-CP-IX,如在图7中所描述
R01-R02-CP-IX-SSU,如在图 8 中所描述R01-R02-IX-SSU,如在图 9 中所描述R0-CP-IX，如在图10中所描述
R0-CP-IX-SSU,如在图11中所描述R0-IX-SSU，如在图12中所描述CP-IX-R0，如在图13中所示CP-IX-SSU-R0，如在图14中所描述IX-SSU-R0，如在图15中所描述上述エ艺配置中使用的缩写词列表如下ROl是在ー个2级高回收率膜エ艺中的第一级反渗透膜系统R02是在ー个2级高回收率膜エ艺中的第二级反渗透膜系统 RO是在ー个单级高回收率膜エ艺中的反渗透膜系统CP表示用于去除本体硬度以及ニ氧化硅的化学沉淀软化，IX表示用于完全去除硬度的离子交换软化。SSU表示用于有效地并且选择性地去除ニ氧化硅的一个单或多柱ニ氧化硅分离单
J Li o本发明的最佳模式是在图I中示意性表示的R01-CP-IX-R02高回收率エ艺配置。这种模式表示增强型高回收率2级膜エ艺，它处理了含有低至中等浓度的溶解固体总量(TDS)(例如，200-4000mg/L)、中等至高硬度(例如，150_300mg/L，以碳酸钙CaCO3形式)以及低至中等的ニ氧化硅(例如5-40mg/L)高流速(例如> 100美制加仑/分钟)的进水1，并且产生高质量的低TDS净化水流21以及ー个小量的高TDS排出流20，同时防止了硬度和ニ氧化硅化合物沉淀在这些膜的表面上。如图I中所示，首先通过使用一种适当的预处理装置在2中预处理(包括曝气和/或化学氧化来氧化和沉淀铁和锰(如果存在的化)，进行生物处理以去除可溶性有机化合物以及防止生物沾污(如果化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD5)是显著的话))进水I以去除悬浮的固体、胶体物质、油(如果存在的话)、以及其他可溶性有机和无机沾污物质、凝結、絮凝、澄清、多介质过滤、超滤或微滤悬浮的固体、化学或生物沉淀固体、之后化学调理(包括添加酸以及防垢剂)不含悬浮固体的水，以进一歩降低预处理的水3的结垢潜力。然后将预处理的水3引入到该第一级反渗透(RO)或纳滤(NF)膜系统4中，在200-300磅/平方英寸并且高达600磅/平方英寸下操作(它将大部分(即50%至75%并且高达85% )的进水I纯化)，产生ー个第一级膜渗透物5以及ー个较小的第一级膜浓缩物6(通常是进水流速的20% -30% )。将具有1，000-4000mg/L正常范围内并且高达10，000mg/L的TDS的第一级膜浓缩物6与再循环的高TDS的第二级膜浓缩物17混合从而产生合并的膜浓缩物7，该浓缩物7含有提高浓度的TDS (在10，000-20, 000mg/L的范围内)、以及提高的硬度和ニ氧化硅。通过添加碱性溶液(包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙以及氢氧化镁)在化学沉淀与澄清単元8中处理所述合并的膜浓缩物7从而将pH升高到范围10-11，对ニ价和三价硬度化合物(包括钙、镁、铁、锰以及ニ氧化硅)进行化学沉淀并且产生ー种软化且澄清的合并的膜浓缩物(即澄清池上清液)9，它是在硬度、ニ氧化硅以及其他化学和生物沾污方面低的化合物。通过使用一种适当的有效的过滤装置在10中将该化学软化的合并的膜浓缩物9过滤以去除残留的、夹带的悬浮固体并且通过添加适当的无机酸将pH调节到6-8范围以进ー步降低所述合并的浓缩物流的暂时硬度并且产生ー种化学软化的、澄清的、并且过滤的合并的膜浓缩物11.如图I中所示，在离子交换软化单元12中进ー步软化所述化学软化的、澄清的以及过滤的合并的膜浓缩物11，在其中有效分离残留的硬度离子(包括钡、钙以及镁)以及残留的重金属(包括铝、鉄、以及锰)，产生完全软化的合并的膜浓缩物13。将所述完全软化的合并的膜浓缩物13引入到高压第二级RO或NF膜系统17中，通常在高达1100磅/平方英寸并且可能高达2000或甚至3000磅/平方英寸下操作，从而产生另外的纯化的第二级膜渗透物15以及具有通常在20，000-40, 000mg/L范围内并且高达80，000至100，000mg/L的TDS的ー种高TDS的第二级膜浓缩物16。将纯化的第二级膜渗透物15与该第一级膜渗透物5合并从而产生ー种合并的纯化的膜エ艺渗透物21，它等价于进水I的67%至99. 9%的流速。将大部分的第二级膜浓缩物17再循环并且与该第一级膜浓缩物6合并，以实现如前面所述的进一步软化和水回收。将高TDS的第二级膜浓缩物18的一个小流与澄清池淤浆排出物19合并，并且作为ー个小的エ艺排出流20而排放用以限制滲透压。将该第二级膜渗透物15与该第一级膜渗透物5合并并且作为最終回收产物2而移出。本发明的其他实施方案在前面已经进行了说明，并且对应地在图2-15中进行展示。如前面说明的，这些实施方案g在解决可变的进水流量、TDS、硬度以及ニ氧化硅浓度， 从而确保硬度以及ニ氧化硅化合物分离的效力同时使资本和操作成本降至最低。例如，当进水流量较小时(例如< 100美制加仑/分)和/或当进水TDS较高时(例如在5，000-10，000mg/L的范围内)，使用单级增强型高回收率エ艺(如在图10、13、11、
14、12以及15的实施方案中所展示)。在这些情况下，该单级膜エ艺将在500-1100磅/平方英寸以及高达3000磅/平方英寸的高压下操作。当进水流量较高时(即> 100加仑/分)并且当TDS较低时(即< 5000mg/L)，使用ニ级增强型高回收率膜エ艺以便在第一级膜系统的低压下提取大多数浄化水(即，滲透物)，从而节省能量并且降低膜成本。该第一级膜系统可以在高达600磅/平方英寸下操作，而处理小得多的流量的该第二级系统在高达1100磅/平方英寸并且可能高达3000磅/平方英寸下操作。通过硬度离子(尤其是钙、镁以及钡)、重金属污垢物(包括铁、锰以及铝)的相对浓度并且通过ニ氧化硅相对于该硬度的浓度来指示增强型高回收率エ艺配置(即，化学沉淀单元(CP)、离子交換(IX)软化单元(IX)以及ニ氧化硅分离单元(SSU)的相对位置)。例如，当硬度和ニ氧化硅两者的浓度都较低时，可以使用单级RO-CP-IX配置(图10)以及2 级 R01-R02-CP-IX(图 7)、R01-R02-CP-IX_SSU(图 8)以及 R01-R02-IX-SSU(图 9)配置。这是可行的，因为有可能通过进水的酸化以及防垢剂配量将硬度和ニ氧化硅化合物在ROl和R02膜系统上预浓缩到ー个合理的程度而不形成水垢，之后从该第二级膜的浓缩物中去除所述预浓缩的硬度以及ニ氧化硅化合物并且将所述软化的高TDS膜浓缩物再循环到所述第二级膜的低压侧中，从而能够进一歩回收净化水。虽然现有技术美国专利6113797传授了一种高回收率的2级エ艺，该エ艺包括R01-R02-CP配置以及R01-R02-IX配置，并且现有技术美国专利6461514传授了具有ー种简单的RO-IX配置的一种单级高回收率エ艺，可以看出的是该再循环、软化的膜浓缩物可能含有显著浓度的残留的硬度、ニ氧化硅以及其他沾污化合物。所述残留的硬度、ニ氧化硅以及其他沾污化合物可以干扰该单级膜或该2级エ艺的第二级膜的有效操作，可能引起过早地沾污以及水垢形成以及需要更高软化的浓缩物再循环流量以及更高的成本。通过将IX、IX-SSU添加到R01-R02-CPエ艺配置中并且将CP和SSL添加到现有技术的RO-IX配置中，在本发明中对应地在该ニ级或单级膜上的沾污潜力以及水垢形成潜力大大降低了当进水中的硬度和ニ氧化硅浓度是中等至高时，使用前面说明的2级R01-CP-IX-R02 配置(图 I)、2 级 R01-CP-IX-SSU-R02 配置(图 2)以及 2 级 R01-IX-SSU-R02配置(图6)、连同I级CP-IX-RO配置(图13)、1级CP-IX-SSU-RO配置(图14)以及I级IX-SSU-RO配置(图15)。通过硬度浓度的范围、ニ氧化硅浓度的范围以及在进水中它们的相对值来指示软化实验方案的选择(即CP-IX、CP-IX-SSU或IX-SSU)，其中CP-IX-SSU链提供了最高的硬度和ニ氧化硅两者的去除，从而相应于具有高硬度以及高ニ氧化硅浓度的进水。当进水中的硬度和ニ氧化硅浓度是高至非常高时，如前面所述对应地使用CP-R01-IX-R02配置(图3)以及CP-R01-IX-SSU-R02配置(图4)。当进水中的ニ氧化硅浓度是非常低时，推荐R01-IX-R02配置(图5)。虽然就优选实施方案而言已经对本发明进行了说明，随附到其上的权利要求是旨在包括落在本发明精神之内的其他实施方案。
权利要求
1.一种改进的用于经济操作半滲透性反滲透(RO)膜的增强型ニ级高回收率膜エ艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及略溶性无机化合物的水并且实现进水的67% -99. 9%范围内的浄化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上，如图I中所示，包括 a)通过使用适合的过滤装置过滤分离悬浮的固体并且通过添加酸以及防垢剂进行预处理从而产生ー种预处理的进水而预处理含有可溶性以及略溶性无机化合物的进水； b)将所述预处理的进水引入ー个第一级RO膜系统(ROl)的高压侧，并且对所述预处理的进水加压从而在低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； c)从所述ROl膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的第ー级ROl膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在该ROl膜上； d)以将所述含有可溶性以及略溶性无机化合物的水引入所述RO膜的高压侧的速率的 至少50%的速率回收在该ROl膜低压侧的浄化水滲透物的本体； e)使含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的ROl膜浓缩物与大部分的软化高TDS的第二级RO膜(R02)浓缩物再循环流共混，产生ー种含有提高的略溶性无机化合物的共混的高TDS流； f)将含有所述提高的略溶性无机化合物的所述共混的高TDS流引入到ー个良好混合的化学沉淀池中，其中通过添加一种碱性溶液来升高pH，从而提供一种这些不溶性无机化合物的沉淀； g)从该化学沉淀池中移出含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液； h)将含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液引入到一个澄清池中从而产生一种在该池的顶部的基本上(但不是完全地)不含有悬浮固体的上清液溶液以及ー种在底部的含有这些悬浮固体的大部分的淤浆相； i)以含有I%-5%范围内的高TDS以及2%-5%范围内的高悬浮固体总量(TSS)作为小淤浆排出流从该澄清池底部移出本体固体； j)从该澄清池的顶部移出上清液，它含有1% -5%范围内的高TDS以及50-250mg/L范围内的低TSS ； k)通过添加一种适当的无机酸将从该澄清池的顶部移出的上清液的pH降低至6-9的中性范围内的pH ； I)将调节过PH的来自澄清池的上清液引入到一个适当的过滤装置中，从而提供ー种“共混的、软化的并且不含悬浮固体的”浓缩物流； m)将所述“共混的、软化的并且不含悬浮固体的”浓缩流引入到一种适当的离子交換的软化装置中从而提供一种“共混的、软化的、不含悬浮固体的并且无硬度的”浓缩物流； n)将所述“共混的、软化的、不含悬浮固体的并且无硬度的”浓缩物引入到ー个第二级RO膜系统(R02)的高压侧中并且对所述共混的、软化的、不含悬浮固体并且无硬度的浓缩物加压从而在所述R02膜系统的低压层产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； 0)从所述R02膜系统的高压侧移出含有浓缩的可溶性以及“不饱和的”略溶性无机化合物的R02膜浓缩物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在该膜的表面上； P)以进水速率的至少5 %并且高达50 %的速率回收在所述R02膜系统的低压侧的剩余的净化水渗透物； q)将来自所述ROl膜系统的净化水渗透物与来自所述R02膜系统的净化水合并从而以进水速率的范围从67%至99. 9%的速率提供最終的浄化水流； r)将所述R02膜浓缩物分流成ー个大R02膜浓缩物再循环流以及ー个小R02膜排出流，该大R02膜浓缩物再循环流被再循环并且与所述ROl膜浓缩物进行共混； s)调节来自澄清池底部的所述小淤浆排出流以及所述小R02膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且由此控制渗透压； t)从该エ艺中移出所述小淤浆排出流以及所述小R02膜排出流作为最终排出物以便弃置或进ー步处理。
2.根据权利要求I所述的エ艺，其中该第一级包括一种纳滤(NF)膜并且该第二级含有一种反渗透(RO)膜。
3.根据权利要求I或2所述的エ艺，如图2中所示，将来自所述离子交换软化装置的所述“共混的、软化的、不含悬浮固体的并且无硬度的”浓缩物流引入含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性ニ氧化硅去除材料的ニ氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“共混的、软化的、不含悬浮固体的、无硬度的并且无ニ氧化硅的”浓缩物流，将该浓缩物流引入所述第ニ级RO膜系统(R02)的所述高压侧从而产生进一步的净化水滲透物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在所述R02膜的表面上。
4.一种改进的用于经济操作半滲透性反滲透(RO)膜的增强型ニ级高回收率膜エ艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及提高浓度的略溶性无机化合物的水并且实现进水的67% -99. 9%范围内的净化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上,如图3中所示,包括 a)使含有可溶性以及提高水平的略溶性无机化合物的进水与第一级ROl膜浓缩物再循环流共混从而提供一种共混的具有提高水平的略溶性无机化合物的进水； b)将所述共混的进水引入到ー个良好混合的化学沉淀池中，其中通过添加一种碱性溶液来升高PH从而提供一种这些不溶性无机化合物的沉淀； c)从该化学沉淀池中移出含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液； d)将含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液引入到一个澄清池中从而产生在该槽的顶部的ー种基本上(但不是完全地)不含有悬浮固体的上清液溶液以及ー种在底部的含有这些悬浮固体的大部分的淤浆相； e)作为含有1^-5%范围内的高TDS以及2%-5%范围内的高悬浮固体总量(TSS)的小淤浆排出流从该澄清池的底部移出本体固体； f)从该澄清池的顶部移出该上清液，它含有1%-5%范围内的高TDS以及50-250mg/L范围内的低TSS ； g)通过添加一种适当的无机酸将从该澄清池的顶部移出的上清液的PH降低至6-9的中性范围内的pH ； h)将调节过pH的来自该澄清池的上清液引入到一个适当的过滤装置中，以便提供一种软化的并且不含悬浮固体的进水； i)通过添加酸以及防垢剂预处理所述软化的并且不含悬浮固体的进水从而产生ー种预处理的进水；j)将所述预处理的进水引入ー个第一级RO膜系统(ROl)的高压侧，并且对所述预处理的进水加压从而在低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； k)从所述ROl膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的第ー级ROl膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在该ROl膜上； I)以将所述含有可溶性以及略溶性无机化合物的水引入到所述RO膜的高压侧的速率的至少50%的速率回收在该ROl膜低压侧的净化水渗透物的本体； m)将所述ROl膜浓缩物分流成ー个ROl膜浓缩物再循环流以及ー个ROl膜浓缩物流，该ROl膜浓缩物再循环流被再循环并且与所述进水共混，该ROl膜浓缩物流在该第二级膜系统(R02)中用于进ー步软化和浄化水回收； n)使所述ROl膜浓缩物与大部分的软化的高TDS的第二级RO膜(R02)浓缩物再循环流共混，产生ー种共混的含有提高水平的略溶性无机化合物的高TDS流； 0)将含有所述提高水平的略溶性无机化合物的所述共混的、高TDS流引入到一个适当的离子交换软化装置中，从而提供一种“共混的、高TDS并且无硬度的”浓缩物流； P)将所述“共混的、高TDS并且无硬度的”浓缩物引入到ー个第二级RO膜系统(R02)的高压侧中，并且对所述共混的、高TDS以及无硬度浓缩物加压从而在所述R02膜系统的低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； q)从所述R02膜系统的高压侧移出含有浓缩的可溶性以及“不饱和的”略溶性无机化合物的R02膜浓缩物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在该膜的表面上； r)以进水速率的至少5 %并且高达50 %的速率回收在所述R02膜系统的低压侧的剩余的净化水渗透物； s)将来自所述ROl膜系统的净化水渗透物与来自所述R02膜系统的净化水渗透物合并从而以进水速率的范围从67%至99. 9%的速率提供最終的浄化水流； t)将所述R02膜浓缩物分流成ー个大R02膜浓缩物再循环流以及ー个小R02膜排出流，该大R02膜浓缩物再循环流被再循环并且与所述ROl膜浓缩物共混； u)调节所述小R02膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且由此控制渗透压； v)从该エ艺中移出所述小淤浆排出流以及所述小R02膜排出流作为最终排出物以便弃置或进ー步处理。
5.根据权利要求4所述的エ艺，其中该第一级包括一种纳滤(NF)膜并且该第二级包括一种反渗透(RO)膜。
6.根据权利要求4或5所述的エ艺，其中，如图4中所示，将来自所述离子交换软化装置的所述“共混的、高TDS并且无硬度的”浓缩物流引入到含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性ニ氧化硅去除材料的一个ニ氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“共混的、高TDS、无硬度的并且无ニ氧化硅的”浓缩物流，将该浓缩物流引入所述第二级RO膜系统(R02)的所述高压侧中从而产生进ー步的浄化水滲透物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在所述R02膜的表面上。
7.ー种用于改进的经济操作半滲透性反滲透(RO)膜的增强型ニ级高回收率膜エ艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及低浓度的略溶性无机化合物的水并且实现进水的67% -99. 9%范围内的净化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上,如图5中所示,包括 a)通过使用适合的过滤装置过滤分离悬浮的固体并且通过添加酸以及防垢剂进行预处理从而产生ー种预处理的进水而预处理含有可溶性以及低浓度的略溶性无机化合物的进水； b)将所述预处理的进水引入到ー个第一级RO膜系统(ROl)的高压侧中并且对所述预处理的进水进行加压从而在低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； c)从所述ROl膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的第ー级ROl膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在该ROl膜上； d)以将所述含有可溶性以及略溶性无机化合物的水引入所述RO膜的高压侧的速率的至少50%的速率回收在该ROl膜低压侧的浄化水滲透物的本体； e)使所述ROl膜浓缩物与大部分的软化的高TDS第二级RO膜(R02)浓缩物再循环流共混，产生ー种共混的含有提高水平的略溶性无机化合物的高TDS流； f)将含有所述提高水平的略溶性无机化合物的所述共混的、高TDS流引入到一个适当的离子交换软化装置中从而提供了一种“共混的、高TDS并且无硬度的”浓缩物流； g)将所述“共混的、高TDS并且无硬度的”浓缩物引入到ー个第二级RO膜系统(R02)的高压侧中，并且对所述共混的、高TDS以及无硬度浓缩物加压从而在所述R02膜系统的低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； h)从所述R02膜系统的高压侧移出含有浓缩的可溶性以及“不饱和的”略溶性无机化合物的R02膜浓缩物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在该膜的表面上； i)以进水速率的至少5%并且高达50 %的速率回收在所述R02膜系统的低压侧的剩余的净化水渗透物； j)将来自所述ROl膜系统的净化水渗透物与来自所述R02膜系统的净化水渗透物合并从而以进水速率的范围从67%至99. 9%的速率提供最終的浄化水流； k)将所述R02膜浓缩物分流成ー个大R02膜浓缩物再循环流以及ー个小R02膜排出流，该大R02膜浓缩物再循环流被再循环并且与所述ROl膜浓缩物共混； I)调节所述小R02膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且由此控制渗透压； m)从该エ艺中移出所述小R02膜排出流作为最终排出物以便弃置或进ー步处理。
8.根据权利要求7所述的エ艺，其中该第一级包括一种纳滤(NF)膜并且该第二级包括一种反渗透(RO)膜。
9.根据权利要求7或8所述的エ艺，其中，如图6中所示，将来自所述离子交换软化装置的所述“共混的、高TDS并且无硬度的”浓缩物流引入到含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性ニ氧化硅去除材料的一个ニ氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“共混的、高TDS、无硬度的并且无ニ氧化硅的“浓缩物流，将该浓缩物流引入到所述第二级RO膜系统(R02)的所述高压侧中从而产生进ー步的浄化水滲透物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在所述R02膜的表面上。
10.一种改进的用于经济操作半滲透性反滲透(RO)膜的增强型ニ级高回收率膜エ艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及略溶性无机化合物的水并且实现进水的67% -99. 9%范围内的浄化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上，如图7中所示，包括 a)通过使用适合的过滤装置过滤分离悬浮的固体并且通过添加酸以及防垢剂进行预处理从而产生ー种预处理的进水而预处理含有可溶性以及低浓度的略溶性无机化合物的进水； b)将所述预处理的进水引入到ー个第一级RO膜系统(ROl)的高压侧，并且对所述预处理的进水加压从而在低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； c)从所述ROl膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的第ー级ROl膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在该ROl膜上； d)以将所述含有可溶性以及略溶性无机化合物的水引入到所述RO膜的高压侧的速率的至少50%的速率回收在该ROl膜低压侧的净化水渗透物的本体； e)使含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的ROl膜浓缩物与高TDS、无硬度的R02浓缩物再循环流共混，产生ー种共混的含有降低浓度的略溶性无机化合物的高TDS流； f)将含有所述降低浓度的所述略溶性无机化合物的所述共混的高TDS流引入到ー个第二级RO膜系统(R02)的高压侧中，并且对所述共混的、高TDS流加压从而在所述R02膜系统的低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； g)从所述R02膜系统的高压侧移出含有浓缩的可溶性以及“不饱和的“略溶性无机化合物的R02膜浓缩物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在该膜的表面上； h)以进水速率的至少5%并且高达50 %的速率回收在所述R02膜系统的低压侧的剩余的净化水渗透物； i)将来自所述ROl膜系统的净化水渗透物与来自所述R02膜系统的净化水合并从而以进水速率的范围从67%至99. 9%的速率提供最終的浄化水流； j)将所述R02膜浓缩物分流成ー个大R02膜浓缩物再循环流以及ー个小R02膜排出流，该大R02膜浓缩物再循环流在软化之后被再循环； k)将所述R02膜浓缩物再循环流引入到ー个良好混合的化学沉淀池中，其中通过添加一种碱性溶液来升高PH从而提供一种这些不溶性无机化合物的沉淀； I)从该化学沉淀池中移出含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液；m)将含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液引入到一个澄清池中从而产生一种在该槽的顶部的基本上(但不是完全地)不含有悬浮固体的上清液溶液以及ー种在底部的含有这些悬浮固体的大部分的淤浆相； n)以含有3%-10%范围内高TDS以及2%-5%范围内高悬浮固体总量(TSS)的小淤浆排出流的形式从该澄清池底部移出这些本体固体； 0)从该澄清池的顶部移出该上清液，它含有3% -10%范围内的高TDS以及50-250mg/L范围内的低TSS; P)通过添加一种适当的无机酸将从该澄清池的顶部移出的上清液的PH降低至6-9的中性范围内的pH ； q)将调节过PH的来自澄清池的上清液引入到一个适当的过滤装置中，以便提供ー种“高TDS、化学软化的并且不含悬浮固体的“R02浓缩物流； r)将所述“高TDS、化学软化的并且不含悬浮固体的” R02浓缩物流引入到一种适当的离子交换软化装置中从而提供一种“高TDS、无硬度的” R02浓缩物再循环流，如前面所述，它被再循环并且与所述ROl膜浓缩物共混； s)调节来自澄清池底部的所述小淤浆排出流以及所述小R02膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且由此控制渗透压； t)从该エ艺中移出所述小淤浆排出流以及所述小R02膜排出流作为最终排出物以便弃置或进ー步处理。
11.根据权利要求10所述的エ艺，其中该第一级包括一种纳滤(NF)膜并且该第二级包括一种反渗透(RO)膜。
12.根据权利要求10或11所述的エ艺，其中，如图8中所示，将来自所述离子交换软化装置的所述“高TDS、无硬度的”R02浓缩物再循环流引入到含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性ニ氧化硅去除材料的一种ニ氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“高TDS、无硬度并且无ニ氧化硅的”R02浓缩物再循环流，将该浓缩物再循环流再循环并且与所述ROl膜浓缩物共混，并且引入到所述第二级RO膜系统(R02)的所述高压侧中从而产生进ー步的浄化水滲透物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在所述R02膜的表面上。
13.—种改进的用于经济操作半滲透性反滲透(RO)膜的增强型ニ级高回收率膜エ艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及略溶性无机化合物的水并且实现进水67% -99. 9%范围内的纯化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上，如图9中所示，包括 a)通过使用适合的过滤装置过滤分离悬浮的固体并且通过添加酸以及防垢剂进行预处理从而产生ー种预处理的进水而预处理含有可溶性以及略溶性无机化合物的进水； b)将所述预处理的进水引入到ー个第一级RO膜系统(ROl)的高压侧中，并且对所述预处理的进水加压从而在低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； c)从所述ROl膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的第ー级ROl膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在该ROl膜上； d)以将所述含有可溶性以及略溶性无机化合物的水引入到所述RO膜的高压侧的速率的至少50%的速率回收在该ROl膜低压侧的净化水渗透物的本体； e)使含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的所述ROl膜浓缩物与该高TDS、无硬度以及无ニ氧化硅的R02膜浓缩物再循环流共混，产生ー种共混的含有降低浓度的略溶性无机化合物的高TDS流； f)将含有所述降低浓度的所述略溶性无机化合物的所述共混的高TDS流引入到ー个第二级RO膜系统(R02)的高压侧中，并且对所述共混的、高TDS流加压从而在所述R02膜系统的低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； g)从所述R02膜系统的高压侧移出含有浓缩的可溶性以及“不饱和的”略溶性无机化合物的R02膜浓缩物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在该膜的表面上； h)以进水速率的至少5%并且高达50 %的速率回收在所述R02膜系统的低压侧的剩余的净化水渗透物； i)将来自所述ROl膜系统的净化水渗透物与来自所述R02膜系统的净化水合并从而以进水速率的范围从67%至99. 9%的速率提供最終的浄化水流； j)将所述R02膜浓缩物分流成ー个大R02膜浓缩物再循环流以及ー个小R02膜排出流，该大R02膜浓缩物再循环流在软化之后被再循环；k)将所述R02膜浓缩物再循环流引入到一种适当的离子交换软化装置中从而提供一种“高TDS、无硬度的” R02浓缩物再循环流； I)将来自所述离子交换软化装置的所述“高TDS、无硬度的”R02浓缩物再循环流引入到含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性二氧化硅去除材料的一种二氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“高TDS、无硬度并且无二氧化硅的”R02浓缩物再循环流，如前面所述，该浓缩物再循环流被再循环并且与所述ROl膜浓缩物共混； m)调节所述小R02膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且由此控制渗透压； η)从该工艺中移出所述小R02膜排出流作为最终排出物以便弃置或进一步处理。
14.一种改进的用于经济操作半渗透性反渗透(RO)膜的增强型单级高回收率膜工艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及略溶性无机化合物的水并且实现进水的67% -99. 9%范围内的纯化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上，如图10中所示，包括 a)通过使用适合的过滤装置过滤分离悬浮的固体并且通过添加酸以及防垢剂进行预处理从而产生一种预处理的进水而预处理含有可溶性以及略溶性无机化合物的进水； b)使所述预处理的进水与不含悬浮固体、高TDS以及无硬度的RO膜浓缩物再循环流共混从而提供一种含有提高的TDS以及降低浓度的硬度以及二氧化硅的共混流； c)将含有所述提高的TDS以及所述降低浓度的硬度以及二氧化硅的所述共混流引入到该反渗透(RO)膜系统的高压侧中，并且对含有所述提高的TDS的所述共混流加压从而在所述RO膜系统的低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的净化水渗透物； d)从所述RO膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的高TDS的RO膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在所述RO膜上； e)以进水速率的范围从67%至99.9%的速率回收在所述RO膜的低压侧的净化水渗透物； f)将所述高TDSRO膜浓缩物分流成一个大RO膜浓缩物再循环流以及一个小RO膜排出流； g)将含有提高浓度的略溶性无机化合物的所述大RO膜浓缩物再循环流引入到一个良好混合的化学沉淀池中，其中通过添加一种碱性溶液来升高PH，从而提供一种不溶性无机化合物的沉淀； h)从所述化学沉淀池中移出含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液； i)将含有所述化学沉淀的无机化合物的所述良好混合的悬浮液引入到一个澄清池中从而产生一种在该槽的顶部的基本上(但不是完全地)不含有悬浮固体的上清液溶液以及一种在底部的含有这些悬浮固体的大部分的淤浆相； j)作为含有3% -10%范围内的高TDS以及2% -5%范围内的高悬浮固体总量(TSS)的小淤浆排出流从该澄清池的底部移出这些本体固体； k)从该澄清池的顶部移出该上清液，它含有3% -10%范围内的高TDS以及50-250mg/L范围内的低TSS; I)通过添加一种适当的无机酸将从该澄清池的顶部移出的上清液的PH降低至6-9的中性范围内的pH ；m)将调节过pH的来自澄清池的上清液引入到一个适当的过滤装置中，以便提供一种“高TDS、软化的并且不含悬浮固体的” RO膜浓缩物再循环流； η)将所述“高TDS、软化的并且不含悬浮固体的”RO膜浓缩物再循环流引入到一种适当的离子交换软化装置中从而提供一种“高TDS、无硬度的” RO膜浓缩物再循环流； ο)调节来自澄清池底部的所述小淤浆排出流以及所述小RO膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且因此由此控制渗透压； P)从该工艺中移出所述小淤浆排出流以及所述小RO膜排出流作为最终排出物以便弃置或进一步处理。
15.根据权利要求14所述的工艺，其中该膜系统包括一个纳滤(NF)膜。
16.根据权利要求14或15所述的工艺，其中，如图11中所示，将来自所述离子交换软 化装置的所述“高TDS、无硬度的”RO膜浓缩物再循环流引入到含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性二氧化硅去除材料的一种二氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“高TDS、无硬度并且无二氧化硅的”RO膜浓缩物再循环流，将该浓缩物再循环流再循环并且与所述预处理的进水共混，进而引入到所述RO膜系统的所述高压侧中从而产生进一步的净化水渗透物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在所述RO膜的表面上。
17.—种改进的用于经济操作半渗透性反渗透(RO)膜的增强型单级高回收率膜工艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及略溶性无机化合物的水并且实现进水的67% -99. 9%范围内的净化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上，如图12中所示，包括 a)通过使用适合的过滤装置过滤分离悬浮的固体并且通过添加酸以及防垢剂进行预处理从而产生一种预处理的进水而预处理含有可溶性以及略溶性无机化合物的进水； b)使所述预处理的进水与所述高TDS、无硬度以及无二氧化硅的RO膜浓缩物再循环流共混从而提供一种含有提高的TDS以及降低浓度的硬度以及二氧化硅的共混流； c)将含有所述提高的TDS以及所述降低浓度的硬度以及二氧化硅的所述共混流引入到该反渗透(RO)膜系统的高压侧中，并且对含有所述提高的TDS的所述共混流加压从而在所述RO膜系统的低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的净化水渗透物； d)从所述RO膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的高TDS RO膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在所述RO膜上； e)以进水速率的范围从67%至99.9%的速率回收在所述RO膜的低压侧的净化水渗透物； f)将所述高TDSRO膜浓缩物分流成一个大RO膜浓缩物再循环流以及一个小RO膜排出流； g)将含有提高浓度的略溶性无机化合物的所述大RO膜浓缩物再循环流引入到一种适当的离子交换软化装置中从而提供一种“高TDS、无硬度的” RO膜浓缩物再循环流； h)将来自所述离子交换软化装置的所述“高TDS、无硬度的”RO膜浓缩物再循环流引入到含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性二氧化硅去除材料的一种二氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“高TDS、无硬度并且无二氧化硅的” RO浓缩物再循环流； i)调节所述小RO膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且由此控制渗透压；j)从该エ艺中移出所述小RO膜排出流作为最终排出物以便弃置或进ー步处理。
18.根据权利要求17所述的エ艺，其中该膜系统包括多个纳滤(NF)膜。
19.一种改进的用于经济操作半滲透性反滲透(RO)膜的增强型单级高回收率膜エ艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及提高浓度的略溶性无机化合物的水并且实现进水的67% -99. 9%范围内的净化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上,如图13中所示,包括 a)通过使用适当的油分离装置、曝气以及二次处理来生物降解可溶性有机化合物并且防止这些膜的下游的生物沾污而预处理含有可溶性以及略溶性无机化合物、可溶性有机化合物以及油的进水； b)使含有可溶性以及提高水平的略溶性无机化合物并且不含油和可溶性有机化合物的进水与高TDS RO膜浓缩物再循环流共混，从而提供一种共混的具有提高水平的略溶性无机化合物的预处理的进水； c)将所述共混的预处理的进水引入到ー个良好混合的化学沉淀池中，其中通过添加一种碱性溶液来升高PH从而提供ー种不溶性无机化合物的沉淀； d)从该化学沉淀池中移出含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液； e)将含有化学沉淀的无机化合物的良好混合的悬浮液引入到一个澄清池中从而产生一种在该槽的顶部的基本上(但不是完全地)不含有悬浮固体的上清液溶液以及ー种在底部的含有这些悬浮固体的大部分的淤浆相； f)作为含有3%-10%范围内的高TDS以及2% -5%范围内的高悬浮固体总量(TSS)的小淤浆排出流从该澄清池的底部移出本体固体； g)从该澄清池的顶部移出该上清液，它含有3%-10%范围内的高TDS以及50-250mg/L范围内的低TSS; h)通过添加一种适当的无机酸将从该澄清池的顶部移出的上清液的pH降低至6-9的中性范围内的pH ； i)将调节过pH的来自该澄清池的上清液引入到一个适当的过滤装置中，以便提供一种软化的并且不含悬浮固体的共混进水； j)通过添加酸以及防垢剂预处理所述软化的并且不含悬浮固体的共混进水从而产生ー种预处理的、软化的并且不含悬浮固体的共混进水； k)将所述预处理的、软化的并且不含悬浮固体的共混进水引入到一种适当的离子交換软化装置中从而提供一种共混的、预处理的、无硬度的进水； I)将所述共混的、预处理的、无硬度的进水引入到该单级反滲透(RO)膜系统的高压侧中并且对所述共混的、预处理的、无硬度的进水加压从而在该低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的净化水渗透物； m)从所述RO膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的RO膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在这些RO膜上； η)以进水速率的范围从67%至99. 9%的速率回收在所述RO膜系统的低压侧的净化水渗透物； ο)将所述RO膜浓缩物分流成ー个大R02膜浓缩物再循环流以及ー个小RO膜排出流，该大RO膜浓缩物再循环流被再循环并且与所述预处理的进水共混；P)调节来自澄清池底部的所述小淤浆排出流以及所述小RO膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且由此控制渗透压； q)从该エ艺中移出所述小淤浆排出流以及所述小RO膜排出流作为最终排出物以便弃置或进ー步处理。
20.根据权利要求19所述的エ艺，其中该膜系统包括一个纳滤(NF)膜
21.根据权利要求19或20所述的エ艺，其中，如图14中所示，将来自所述离子交换软化装置的所述“共混的、预处理的、无硬度的进水”流引入到含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性ニ氧化硅去除材料的一个ニ氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“共混的、预处理的、无硬度的并且无ニ氧化硅的”进水，将该进水引入所述RO膜系统的所述高压侧中从而以进水的67%至99. 9%范围内的一个速率产生净化水渗透物，而不使所述略溶性无机化合物沉淀在所述RO膜的表面上。
22.—种改进的用于经济操作半滲透性反滲透(RO)膜的增强型单级高回收率膜エ艺，这些膜用于纯化含有可溶性以及提高浓度的略溶性无机化合物的水并且实现进水的67% -99. 9%范围内的净化水的高回收率，而没有略溶性无机水垢化合物沉淀在该膜的表面上,如图15中所示,包括 a)通过使用适当的油分离装置、曝气以及二次处理来生物降解可溶性有机化合物并且防止这些膜的下游生物沾污而预处理含有可溶性以及略溶性的无机化合物、可溶性有机化合物以及油的进水，使用适当的过滤装置过滤分离悬浮固体并且通过添加酸以及防垢剂进行预处理从而产生一种预处理的进水； b)使含有可溶性以及提高水平的略溶性无机化合物并且不含油和可溶性有机化合物的预处理的进水与高TDS RO膜浓缩物再循环流共混从而提供一种共混的具有提高水平的略溶性无机化合物的预处理的进水； c)将所述共混的、预处理的进水引入到一种适当的离子交换软化装置中从而提供ー种共混的、预处理的、无硬度的进水； d)将来自所述离子交换软化装置的所述共混的、预处理的、无硬度的进水引入到含有颗粒状活性氧化铝或其他选择性ニ氧化硅去除材料的一种ニ氧化硅分离单元(SSU)中从而产生一种“共混的、预处理的、无硬度的并且无ニ氧化硅的”进水； e)将所述共混的、预处理的、无硬度的、并且无ニ氧化硅的进水引入到该单级反滲透(RO)膜系统的高压侧中，并且对所述共混的、预处理的、无硬度的并且无ニ氧化硅的进水加压从而在低压侧产生基本上不含有所述无机化合物的浄化水滲透物； f)从所述RO膜系统的高压侧移出含有预浓缩的可溶性以及略溶性无机化合物的RO膜浓缩物，而不使所述预浓缩的略溶性无机化合物沉淀在这些RO膜上； g)以进水速率的范围从67%至99.9%的速率回收在所述RO膜系统的低压侧的净化水渗透物； h)将所述RO膜浓缩物分流成ー个大RO膜浓缩物再循环流以及ー个小RO膜排出流，该大RO膜浓缩物再循环流被再循环并且与所述预处理的进水共混； i)调节所述小RO膜排出流的流速以控制可溶性无机化合物的浓度并且由此控制渗透压； j)从该エ艺中移出所述小RO膜排出流作为最终排出物以便弃置或进ー步处理。
23.根据权利要求22所述的工艺，其中该膜系统包括一个纳滤(NF)膜。
全文摘要
本发明披露了一种经济的使用单级或二级膜工艺用于纯化含有可溶性以及略溶性无机化合物的水的工艺，该单级或二级膜工艺将膜水纯化与化学沉淀软化以及对应地使用离子交换树脂和二氧化硅分离介质的将残留硬度和二氧化硅从膜浓缩物中去除相结合。本发明中的净化水回收率将不会受到在化学沉淀软化系统中的设计和/或操作缺陷的不利影响，这些缺陷可能导致在来自澄清池的上清液中的较高残留硬度以及二氧化硅。
文档编号C02F1/44GK102656122SQ201080036024
公开日2012年9月5日 申请日期2010年8月11日 优先权日2009年8月15日
发明者里亚德·阿尔-萨马迪 申请人:里亚德·阿尔-萨马迪