。每种配置类型具有如表格中所示的其依赖的/共同的操作参数。在已经选择配置后，预编程的工艺以与给定的膜配置的要求一致的方式移动水。此表格还界定控制参数(BF1/BF2反冲洗)，所述控制参数控制对于某种类型的膜将进行哪种类型的反冲洗操作，并且所述控制参数是可配置的。在一种情况下，膜可以从顶端(BFl)被反冲洗5个循环并且从底端(BF2)被反冲洗I个循环。在其他情况下，其可以被颠倒，并且在第三种情况下，其可以是交替的循环及它的其他组合，由此允许有效操作开放式体系结构设备设计中的每种膜，而没有复杂化的编程要求。
[0036]图2:具有UF/MF膜的基于盐水的反冲洗和用于UF/MF膜的各种配置选项的操作的开放式体系结构系统的工艺流程布局。进料泵(PD将水从底端发送到UF/MF膜，并且将渗透物从UF/MF发送到RO进料罐。此UF/MF处理的渗透物通过升压泵(P3)升压并且通过泵(P4)进一步加压，以用于反渗透过程。来自RO的浓缩物被发送到临时收集罐(回洗和CIP罐)，所述临时收集罐用于回洗过滤的MF/UF部分。RO进料罐容量被设计为使其保持运行，而在MF/UF部分经历周期性反冲洗过程时没有中断。如图中所示的5个阀的组合允许为两种MF/UF膜进行过滤、反冲洗、排出、正向冲洗、就地清洁以及为RO膜进行冲洗和就地清洁所必需的各种组合。
[0037]图3:具有允许通过最小努力使由内而外UF/MF膜快速变换为由外而内UF/MF膜的开放式体系结构的相同的脱盐系统的两张图片。系统还允许基于共用的PLC的控制系统与如图2中所示的具有内置缓冲罐的一体化UF/R0工艺的操作。此方法允许用于相同容量的占地面积的显著减少，并且消除对一种类型的膜用途(本发明的关键部件)的依赖性。
[0038]发明描述
[0039]虽然下文详细地讨论本发明的各种实施方案的构成和使用，但应理解的是，本发明提供可以体现在范围广泛的特定环境中的很多可适用的发明构思。本文讨论的特定实施方案仅仅例证作出和使用本发明的不同的方式，并且不限定本发明的范围。
[0040]为了利于对本发明的理解，下文定义许多术语。本文定义的术语具有如在与本发明相关的领域中的普通技术人员所通常理解的含义。术语比如“一个(a)”、“一个(an)”和“所述(the) ”不被意图仅指单数实体，而且包括特定的实施例可以被用于例证的一般类别。术语在本文被用来描述本发明的特定实施方案，但其使用不限定本发明，除权利要求中概括的之外。
[0041]膜是可渗透的、通常多孔的材料，其呈薄膜、管、粉末或块的形式，并且能够过滤某种材料同时阻挡其他材料。膜的孔或薄层界定其用作选择性屏障的独特的特性。膜广泛地用于气体和液体的纯化。膜是高度能量有效的；然而，其通常需要压差来起作用。现今，水的深度纯化大部分使用膜。基于其孔尺寸，膜被分类为反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)。虽然这些膜中的全部可透过水，但其截留某些尺寸的杂质，同时允许水经过膜。
[0042]通常，对于通过MF膜和UF膜的过滤，流入水必须被净化以除去尺寸大于150um的颗粒，并且还应除去高密度颗粒，以最小化对活性分离层的磨损损害。在本发明的一个实施方案中，我们公开了离心分离器接着筛过滤的组合的、相继的实施方式，这在MF和UF阶段之前提供期望的水品质。此相继的组合步骤显著地减少了通过其他方法比如盘过滤或使用单步筛过滤或滤袋过滤所利用的占地面积。
[0043]筛过滤和滤袋过滤通常需要频繁替换筛/滤袋，以便清洁。在本发明的一个实施方案中，我们公开了具有隔离阀的并行筛过滤器，以在系统继续运行的同时除去并且替换过滤器。
[0044]在本发明的一个实施方案中，我们公开了使用单个泵来驱动用于离心分离器、筛过滤接着超过滤器的过滤阶段，同时测量横跨每个阶段的压差，以监测横跨每个阶段的压力损失。本发明通过适当地设计泵容量简化了过滤泵硬件要求。
[0045]如上文所讨论，超滤膜和微滤膜有两种类型的几何结构，由内而外过滤和由外而内过滤。除了两种几何结构之外，若干膜材料组合物比如PVDF、PAN和PES并且需要非常不同的操作参数，比如通量速率或流动速率、跨膜压(TMP)、过滤方向(向腔内或向腔外)、反冲洗方向，配置可以显著地改变并且可以非常依赖于系统设计。在本发明的一个实施方案中，我们公开了能够包括各种流动方向、变化的反冲洗要求和膜特定的操作参数的工艺流程。
[0046]在本发明的另一实施方案中，我们公开了使用共用的可编程逻辑控制器和操作界面的各种配置的用户选择驱动操作。
[0047]RO膜被设计为截留与如Na+和Cl的离子一样小的材料，由此能够实现水的脱盐。通常，RO膜能够截留大于99%的单价和二价离子，比如Na+、Cl、Ca'Mg+IPSO4。大部分RO膜需要压力以使水通过其过滤。此压力要求与用于加工的水的盐浓度(或总溶解固体，TDS)的量直接相关。较高的TDS需要较高的进料压力，以克服渗透压。较高的压力意指泵的增加的能量使用，以使水渗透穿过RO膜。现今，对于海水脱盐，能量是显著的成本组成，并且可以高达使水脱盐的总成本的30%。海水常常具有在3% -4%的范围中的TDS，微咸水(地下水)TDS可以在范围0.5% -2%中变化，而地表水(河流和湖泊)TDS可以是较低的，在0.1-1%的范围中。为了饮用目的，需要小于0.05% (500ppm)的TDS并且常常越低越好。为了脱盐，为最大渗透效率(渗透物和进料的比率)优化施加的压力是必需的。对于海水脱盐，通常的进料压力可以范围从600psi到100psi，同时实现在25 % -40 %的范围中的渗透效率。对于微咸水，进料压力通常范围从200psi到400psi，同时实现在50% -70%的范围中的渗透效率。地表水脱盐通常需要在100-200psi的范围中的进料压力，并且能够实现60-80%的效率。对于这些脱盐方案中的大部分，浓缩物盐水(截留物)可以具有在4-5%的范围中的盐浓度，如果已经通过UF或MF预处理阶段加工，完全没有悬浮的颗粒并且大部分包含溶解固体。在本发明的一个实施方案中，我们公开了盐水的临时储存以用作UF/MF膜的反冲洗，从而增加MF/UF节段的总效率。
[0048]在本发明的另一实施方案中，我们公开了这种高盐度反冲洗对细菌的任何生物生长的破坏(由于增加的盐度)的影响。
[0049]下文包括系统工艺流程图以便参考，所述系统工艺流程图覆盖上文讨论的多种发明步骤和工艺。若干双向(打开/关闭状态)阀(图2)的组合为各种UF/MF膜提供需要的工艺控制。另外的阀为维护UF/MF过滤器所涉及的各个工艺提供中间收集罐的使用。在本发明的一个实施方案中，共用的泵被用于多种目的，比如MF/UF反冲洗、MF/UF就地清洁、RO冲洗和RO就地清洁。
【主权项】
1.一种卓越的脱盐系统，其包括以下- 1.具有内置缓冲罐和共用的可编程逻辑控制器的一体化低压微滤/超滤(MF/UF)节段接着高压反渗透(RO)节段； ?.允许在呈开放式体系结构的所述系统中安装和操作由内而外或由外而内或交叉流的MF/UF膜的工艺流程，所述开放式体系结构代表各种配置和几何结构； ii1.允许缓冲储存来自RO节段的浓缩物盐水以用于反冲洗MF/UF膜的工艺流程； iv.一种缓冲罐，其在MF/UF节段和RO阶段之间储存MF/UF过滤的水；以及第二缓冲罐，其储存RO浓缩物，并且当MF/UF膜经历反冲洗过程时，两种罐一起允许RO的连续操作。2.如权利要求1所述的脱盐系统，其中，预过滤阶段在MF/UF阶段之前具有离心分离器接着筛过滤器的相继的组合。3.如权利要求1所述的脱盐系统，其中，单个泵通过跨越离心分离器、筛过滤器和MF/UF过滤器的内部阶段压差测量来驱动用于离心分离器、筛过滤器和MF/UF过滤器的过滤阶段。4.如权利要求1所述的脱盐系统，其中，用于作为开放式体系结构的不同的几何结构MF/UF过滤器的操作的工艺控制，通过可编程逻辑控制器和6个阀的组来控制，以满足膜的特定进料和渗透物流动方向、反冲洗方向和就地清洁要求。5.如权利要求1所述的脱盐系统，其中，用户能够通过设置表格和操作界面选择若干可能的配置中的一种，以启动在所述可编程逻辑控制器的内部的相应的操作方案。6.如权利要求1所述的脱盐系统，其中，共用的泵用于多种目的，比如MF/UF反冲洗、MF/UF就地清洁、RO冲洗和RO就地清洁。7.如权利要求1所述的脱盐系统，其中，共用的缓冲罐用于多种目的，比如MF/UF反冲洗、MF/UF就地清洁、RO冲洗和RO就地清洁。8.如权利要求1所述的脱盐系统，其中，MF/UF膜用RO浓缩物(盐水)反冲洗。9.如权利要求1所述的脱盐系统，其中，储存MF/UF过滤的水的一种缓冲罐存在于MF/UF阶段和RO阶段之间，所述一种缓冲罐是足够大的以允许在MF/UF膜经历反冲洗过程并且不是生产性的时期期间连续操作R0。10.一种脱盐系统，所述脱盐系统包括具有缓冲罐的MF/UF节段接着RO节段，所述缓冲罐临时储存来自RO的浓缩物(盐水)以便随后用作用于MF/UF节段的反冲洗备料，这允许MF/UF节段的较高效率操作。11.如权利要求10所述的脱盐系统，其中，MF/UF膜用RO浓缩物(盐水)来反冲洗。12.如权利要求10所述的脱盐系统，其中，用RO浓缩物(盐水)反冲洗MF/UF在RO阶段中产生高盐度喘振，这引起细菌生长的破坏和生物结垢的减少。13.如权利要求10所述的脱盐系统，其中，RO进料中的高盐度MF/UF反冲洗喘振产生反向渗透物流动，以实现结垢物和污垢物从膜表面的除去以及减少的长期结垢。14.一种脱盐系统，所述脱盐系统包括预过滤阶段，所述预过滤阶段在MF/UF节段之前具有离心分离器接着筛过滤器的相继的组合，以除去高密度悬浮颗粒(例如，沙)和低密度过程颗粒(例如，纤维素纤维)。15.如权利要求14所述的脱盐系统，其中，所述筛过滤器部件具有带有三向隔离阀的两个并行的筛过滤器，以便替换筛而不中断系统操作。
【专利摘要】本发明涉及水脱盐的领域，该水脱盐使用多孔微滤或超滤(MF或UF)膜接着高压反渗透(RO)膜用于盐除去。本发明描述具有独特工艺流程的新颖的一体化系统，该独特的工艺流程允许在相同的平台上使用多种UF膜和MF膜配置。该系统还利用卓越的工艺流程以能够实现MF膜和UF膜的高效率操作(从而减少占地面积)、膜的较长寿命以及减少的能量。我们公开开放式体系结构脱盐系统。
【IPC分类】C02F103/08, B01D61/02, B01D61/14
【公开号】CN105073228
【申请号】CN201480008981
【发明人】迪利普·阿格尼霍特利
【申请人】先进水处理公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2014年2月15日
【公告号】WO2014127313A1