用于正渗透水处理的反向可溶溶质的回收的制作方法
【专利说明】
[0001 ] 本申请是基于申请号为201280017645.5、申请日为2012年4月23日、发明名称为 "用于正渗透水处理的反向可溶溶质的回收"的中国专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[000；3] 本申请要求2011年4月25日提交的名称为"REGENERATION OF RETROGRADE SOLUBLE SOLUTES FOR FORWA畑 OSMOSIS WATER TREATMENT用于正渗透水处理的反向可 溶溶质的再生Γ的美国临时申请no .61/517,687?及2011年7月15日提交的名称为 "RETROGRADE SOLUBLE SOLUTE FOR F0RWA畑 OSMOSIS WATER TREATMENT(用于正渗透水处 理的反向可溶溶质r的美国临时申请no . 61/572，394的权益，运二者的全部内容出于全部 目的在此通过引用而被引入本文。
技术领域
[0004] 本发明设及海水、微咸水(brackish water)、废水和/或受污染水的脱盐。更特别 地，本发明设及正渗透脱盐。
【背景技术】
[0005] 正渗透在现有技术中是已知的并且由于未来淡水短缺的可能性和对成本效益脱 盐和水净化技术的需求相应提高的原因而已经成为最近研究的主题。海水、微咸水或者受 污染水可通过半透膜汲取水(或溶剂)而进行净化，该半透膜截留盐和其它污染物(溶质）。 运种自然或正渗透方法不同于被广泛使用的反渗透法，在该反渗透法中，在压力下使水强 制经过类似起作用的半透膜。在正渗透法中，使用汲取溶液通过半透膜汲取水。该正渗透法 并不净化水。正渗透只是将水从一组溶质转移到另一组溶质。
[0006] 正渗透的回顾和概述由Miller和Evens在下文中提供forward osmosis:A new approach to water purification and desalination(正渗透：水净化和脱盐的新方法）， Sandia Report SAND2006-4634,2006年7月，其中讨论了使用反向可溶聚合物汲取溶质的 概念。用于实现溶质与水分离的方法并未被描述。
[0007] 基于氨-二氧化碳的正渗透系统描述于McGinnis的美国专利No . 7,560,029和6 , 393,295中，其中溶质的溫度依赖性溶解度被用于溶质与水的部分分离。公开的沉淀溶质是 固体盐并且分离的平衡利用蒸馈实现。Collins的美国专利申请序列号11/632,994也描述 了使用盐的溫度依赖性溶解度W将汲取溶质与水分离。
[000引美国专利申请序列号11/796,118描述了另一种正渗透系统，其使用经涂布的磁性 纳米粒子作为汲取溶质。PCT W0/2010/107804描述了使用磁性粒子作为可控渗透剂。
[0009] 化akrabadi的美国专利No. 5，679，254描述了使用在水中的聚合物的溫度依赖性 溶解度W实现脱盐，不过不是通过正渗透。
[0010] Iyer的美国专利No.8,021，553描述了一种系统，该系统使用反向可溶聚合物溶质 和纳滤器用于从产品水分离和回收所产生的溶质胶束。Iyer详细说明了具有既疏水性又亲 水性的组分的汲取溶质。Iyer还公开了通过在纳滤器上收集沉淀的（或相分离的）汲取溶质 并且通过反冲纳滤器回收溶质来半批量回收溶质。
[0011] 在此公开了用于正渗透水净化或脱盐的改进的系统和方法。
【发明内容】
[0012] 在此公开了用于正渗透水净化或脱盐的改进的系统和方法。根据一种实施方式， 提供用于净化受污染水的方法。该方法包括在半透膜的原料侧上提供包含水且具有第一渗 透压的受污染原料溶液物流并且在半透膜的汲取侧上提供包含汲取溶质且具有第二渗透 压的汲取溶液物流。水经过半透膜到汲取侧而产生稀释的汲取溶液物流。将该稀释的汲取 溶液物流加热W过饱和该稀释的汲取溶液物流。使该稀释的汲取溶液物流中的汲取溶质沉 淀而产生沉淀的两相流出物流。在该沉淀的两相流出物流中的汲取溶质聚结而产生聚结的 流出物流。聚结的汲取溶质与聚结的流出物流分离而产生包含水和残余汲取溶质的富水物 流W及包含聚结的汲取溶质和水的富溶质物流。该富水物流被冷却W溶解残余汲取溶质并 且产生冷却的单相富水物流。该残余汲取溶质与该冷却的单相富水物流分离而产生残余汲 取溶质物流和净化的水产品流。
[0013] 本发明前述的和其它的目标、特征和益处通过本文公开的示例性实施方式的W下 详细描述而变得更加明显。
【附图说明】
[0014] 参考附图仅W实例的方式描述本发明的实施方式，其中：
[0015] 图1示出了根据一种实施方式的示例性正渗透方法；
[0016] 图2示出了根据另一种实施方式的示例性正渗透方法；
[0017] 图3示出了根据另一种实施方式的示例性正渗透方法，并且
[001引图4示出了根据一种实施方式的示例性正渗透系统的示例性方法流程图。
【具体实施方式】
[0019]应当理解，为了说明的简化和清楚，当认为合适时，附图标记在附图中可被重复W 指代相应或类似的元件。另外，大量的特定细节被阐明W提供对在本文描述的示例性实施 方式的彻底理解。不过，对于本领域技术人员而言可理解的是，在此描述的示例性实施方式 可W在没有运些特定细节的情况下实施。在其它情况下，方法、程序和组成部分没有进行详 细的描述，W便不会模糊在此描述的实施方式。
[0020] 本公开针对用于正渗透水净化或脱盐的改进的汲取溶液系统和方法。该汲取溶液 系统和方法包括作为正渗透水净化系统的一部分的用于将汲取溶液溶质与水溶剂分离并 且将汲取溶液溶质浓缩的装置。
[0021] 在此公开的汲取溶质具有反向（retrograde)溶解度。在此公开的汲取溶质的溶解 度随着溫度而显著降低但在环境条件下具有足够的溶解度W提供有用的工作渗透压。在此 公开的汲取溶质优选是专口设计用在反向可溶正渗透水净化系统和方法中的聚合物。
[0022] 在一种示例性实施方式中，该汲取溶质是低分子量二醇如1，2丙二醇、1，3丙二醇 和/或1，2乙二醇的无规或序列共聚物。该汲取溶质具有对于所考虑的特定净化应用来说可 接受的渗透压，具有4〇°c-9(rc的浊点溫度W及足够高W至能够使用纳滤器和/或反渗透膜 精炼过滤溶解的聚合物的分子量。
[0023] 在一种示例性实施方式中，该汲取溶质是与汲取溶质回收工艺一起使用的聚二醇 (polyglycol)共聚物，该汲取溶质回收工艺包括用于大量溶质回收的聚结器koalescer)/ 分离器和用于再溶解溶质的最终回收的纳滤器。
[0024] 在此公开的汲取溶质共聚物由各种数目和顺序的二醇构成，其赋予了所要求的溶 液性能。渗透压、浊点溫度、分子量和分子结构通过增加或减去各种单体单元来调节。
[0025] 在一种示例性实施方式中，1，2乙二醇单元被添加到该汲取溶质共聚物中W提高 所产生的汲取溶质聚合物的分子量和浊点溫度。相反，在该汲取溶质聚合物中增加1，2丙二 醇单元导致所产生的汲取溶质聚合物具有较低的浊点溫度和较高的分子量。
[0026] 在另一种示例性实施方式中，1，3丙二醇或1，2乙二醇单体被一部分的较高分子量 聚丙二醇聚合物的1，2丙二醇单体代替W提高所产生的聚合物的溶解度并降低浊点溫度。
[0027] 该示例性汲取溶质的渗透压取决于应用和所希望的回收。该示例性汲取溶质对于 在利用包含较高浓度溶解固体的工艺流的应用中的高回收来说要求较高的渗透压。用于海 水正渗透水脱盐的示例性系统和方法所需的汲取溶液渗透压通常大于最小~30atm，大于 ~40atm是优选的W允许合理的产品通量和回收。在一种示例性实施方式中，汲取溶质的溶 解度在足够(~l〇°C)高于环境溫度并且在足够(~10°C)低于泡点溫度的溫度下降低。换句 话说，在40°C-9(rC的溫度之间，汲取溶质溶解度显著变化并且溶解度对溫度的依赖性增 加。在较低溫度范围下（例如更接近40°C)具有强溶解度依赖性的示例性汲取溶质是优选 的，W最小化该方法中的再生步骤的操作溫度并且最小化所产生的能量损失。