用于防止膜分离单元积垢的预防性控制方法和系统与流程

本发明涉及用于控制水处理设备的膜分离单元(特别是通过反渗透或纳滤)的方法和系统。特别地，本发明涉及允许操作膜分离单元而没有任何堵塞风险并且成本较低的方法和系统。

背景技术：

1、反渗透是近年来在水处理方面，例如在海水淡化、盐水净化和饮用水生产方面以及在工业废水净化或用于各种工业应用的纯水制备和超纯水制备方面引起极大兴趣的膜分离方法。

2、在反渗透系统中，将溶解的物质从通常的水性介质(例如包含以离子形式溶解在后者中的一种或更多种化合物的水溶液)中除去，并通过在高压下将所述溶液挤压通过半透膜而与溶剂分离，该半透膜使得溶剂分子能够以非常选择性的方式通过膜，从而形成基本上不含任何杂质(例如最初存在于进料溶液中的溶解离子)的所谓的渗透物。杂质保留在被称为渗余物(或浓缩物)的浓缩物中，因此浓缩物比进料溶液中溶解的物质更丰富。

3、与反渗透系统的长期连续操作相关的反复出现的问题是控制，或者更确切地说是防止系统中的沉积物，特别是在面向渗余物的膜表面上方形成的沉积物。除了所谓的“积垢(fouling)”或“堵塞”即悬浮的有机物质、胶体和微生物在膜上方的沉积之外，“结垢(scaling)”(即无机沉淀物的形成)也是这样的沉积物形成的主要原因。积垢和结垢这两种现象都倾向于堵塞溶剂分子的膜。这导致系统中渗透物流量的降低、系统选择性的降低、能量成本的增加、膜纯化周期的减少及其使用寿命的缩短。

4、术语“结垢”是指当渗余物中或多或少可溶于水的一些盐，例如caco3、ca2(po4)3、碱土金属硫酸盐，特别是caso4、baso4和srso4，和/或一些硅酸盐等的浓度超过这些盐的溶解度极限时发生的通过沉淀形成无机沉积物。保留在渗余物中的离子颗粒的浓度在紧邻膜表面定位的水中特别高，在紧邻膜表面定位的水中所述离子颗粒的浓度可以比渗余物中高最高至20％。

5、通常，为了避免沉淀和膜系统的堵塞，将沉淀抑制剂化合物(通常被称为“防垢剂”)添加至待处理的水中并调节ph，最通常通过添加酸来调节ph。此外，调节渗透物回收率，使得可能沉淀的盐的最大浓度保持在渗余物中的溶解度极限以下。

6、沉淀抑制剂是干扰或破坏可能沉淀的化合物的晶体生长的化合物。这些化合物通过与可能沉淀的离子形成相对可溶的络合物，或者通过分散沉淀的化合物而起作用。

7、通常，沉淀抑制剂和/或酸的应用剂量基于含水进料介质的平均组成的化学分析来计算。常用的计算方法仅考虑一些用于结垢(scale formation)的模型参数，例如存在于进料介质中的可能沉淀的化合物的饱和指数(saturation index，si)及其ph，但忽略了通常太复杂而不能获得的其他参数。因此，沉淀抑制剂的常规剂量是相当不准确的，并且通常使用过量的沉淀抑制剂和/或酸以避免膜系统的结垢。虽然它们允许膜分离系统的安全操作，但是这些过度填充物对这些分离系统的操作成本以及渗透物后处理成本(通过再矿化)具有相当大的影响。

8、文献wo2006/128730描述了用于利用反渗透处理水性介质的方法，其中通过测量浊度或通过计算具有特定尺寸的颗粒的数量来连续监测渗余物中可能沉淀的化合物的颗粒的存在，将关于这些颗粒的数据与在类似操作条件下针对类似水性介质预先以实验确定的数据进行比较，并且当源自连续监测的数据不同于实验数据时，添加沉淀抑制剂。这种方法具有检测可能沉淀的化合物的颗粒的缺点。然而，这些颗粒的存在意味着沉淀已经开始：因此，所描述的方法无法允许防止沉淀，而是限制沉淀，这可能被证明是不足的。此外，比较数据是基于在相同操作条件下从相同的待处理的水性介质中获得的实验数据：就待处理的水性介质的组成变化没有被监测而言，这些实验数据可能不会在待处理的水性介质的组成变化时限制沉淀。

9、对于反渗透和纳滤膜分离系统二者均观察到堵塞和结垢问题。

10、因此，仍然需要允许注入最小量的沉淀抑制剂和/或酸以可靠地防止可能沉淀的物质沉淀的方法。还需要优化操作成本，优选地考虑后处理成本来优化操作成本。

技术实现思路

1、本发明涉及用于控制水性液体流出物(aqueous liquid effluent)处理设备的膜分离单元的方法和系统。膜分离单元接收待处理的流出物并产生渗余物和渗透物。本发明的旨在控制包括用于向待处理的流出物中注入至少一种化合物的系统的膜分离单元的方法和控制系统允许调节选自要添加的化合物的量和转化率中的至少一个参数，以避免堵塞和/或渗余物中离子物质的沉淀。该调节使用根据渗余物的一个或更多个特征参数确定的最佳设定点值。

2、通过根据渗余物而不是待处理的水的特征参数来确定设定点值，根据本发明的控制方法和系统允许将要添加的化合物的量和/或膜分离单元的转化率精确地调节为最佳值，从而允许避免堵塞和/或可能沉淀的物质的沉淀，并且同时使操作成本最小化。因此，根据本发明的控制方法和系统允许在堵塞和/或沉淀现象出现之前，特别是在可能沉淀的化合物的颗粒形成之前调节膜分离单元的操作参数，从而确保在膜分离单元的使用寿命期间的可靠操作及其使用寿命的增加，同时限制操作成本。

3、特别地，通过选择ph(用于测量水溶液中氧离子h3o+的浓度的化学参数)作为渗余物的特征参数，本发明允许甚至在可能沉淀的化合物颗粒形成(并因此可能检测)之前实现调节，具有上述优点。

4、定义

5、转化率通常被定义为膜分离单元的渗透物流量与总进料流量的比率。转化率允许表征设备的液压操作。

6、就参数的“当前值”而言，其应被理解为该参数的最新确定值。

7、本发明中提及的膜分离单元可以包括一个、两个或更多个过滤级，尤其是通常串联排列的三个级。每个过滤级产生渗余物和渗透物，上游级的渗余物形成下游级的待处理的流出物。每个过滤级由通常串联和/或并联连接的一个或更多个膜组件构成。例如，可以使用膜组件和过滤组件。

8、就“待处理的流出物”而言，其应被理解为待处理的水性液体流出物，例如单独的或呈混合物的原水(地表水或地下水)、海水、盐水、城市流出物、工业流出物、多级膜分离单元的过滤级中的一者或更多者的渗余物。

9、特别地，从膜分离单元出来的渗余物(在一个或更多个级上)可以在后者的入口处再循环。

技术特征：

1.一种用于控制水性液体流出物处理设备的膜分离单元的方法，所述膜分离单元接收待处理的流出物，产生渗余物和渗透物，并且包括用于向所述待处理的流出物中注入至少一种化合物的系统，其中：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其中：

3.根据权利要求1或2中任一项所述的控制方法，其中：

4.根据权利要求3所述的控制方法，其中当确定了所述电导率的值和至少一种可能沉淀的离子物质的浓度二者的变化时，所述至少一个设定点值基于所述渗余物的ph的测量值和已确定了变化的所述至少一种浓度的测量值来确定。

5.根据权利要求3和4中任一项所述的控制方法，其中在步骤(a)期间，测量选自以下中的至少一种离子物质的浓度：钙离子、碳酸根离子、镁离子、硫酸根离子、硅离子、钡离子、锶离子、锰离子、铁ii离子、铁iii离子、铝离子、氟离子。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制方法，其中：

7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制方法，其中在步骤(a)期间，通过在线测量确定所述渗余物的ph以及任选地所述渗余物的所述至少一个其他参数和/或所述至少一种温度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制方法，包括建立将一个或更多个设定点值与成组的参数值相关联的数据库的先前步骤，这些参数包括：所述渗余物的ph；同一膜分离单元的至少一个操作参数；以及任选地选自所述渗余物的温度、所述待处理的流出物的温度、所述渗余物的电导率和所述渗余物中至少一种可能沉淀的物质的浓度中的至少一个其他参数。

9.一种计算机程序，包括这样的指令：在所述指令由一个或更多个处理器执行时，所述指令用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的控制方法的步骤。

10.一种计算机可读介质，其上存储有根据权利要求9所述的计算机程序。

11.一种用于控制水性液体流出物处理设备的膜分离单元的系统，所述膜分离单元接收待处理的流出物，产生渗余物和渗透物，并且包括用于向所述待处理的流出物中注入至少一种化合物的系统，所述控制系统包括：

12.根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述计算和传输装置被编程为：

13.根据权利要求11或12所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

14.根据权利要求13所述的控制系统，其中所述计算和传输装置被编程为，当确定了所述电导率和至少一种可能沉淀的离子物质的至少一种浓度的测量值二者的变化时，基于所述渗余物的ph的所述测量值和已确定了变化的所述至少一种浓度的所述测量值来计算所述至少一个设定点值。

15.根据权利要求13或14中任一项所述的控制系统，其中所述第二测量装置包括用于测量选自以下中的至少一种离子物质的浓度的装置：钙离子、碳酸根离子、镁离子、硫酸根离子、硅离子、钡离子、锶离子、锰离子、铁ii离子、铁iii离子、铝离子、氟离子。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

技术总结
本发明涉及用于控制水性液体流出物处理设备的膜分离单元的方法和系统，所述膜分离单元包括用于向待处理的流出物中注入至少一种化合物的系统。所述方法和系统使得可以调节选自要添加的化合物的量和转化率中的至少一个参数，以避免积垢和/或渗余物中离子物质的沉淀。该调节使用基于渗余物而不是待处理的水的一个或更多个特征参数而确定的最佳设定点值。通过将要添加的化合物的量和/或膜分离单元的转化率精确地调节至最佳值，不仅可以防止积垢和/或易于沉淀的物质的沉淀，而且还可以使操作成本最小化。

技术研发人员：埃马纽埃勒·菲尤,安妮·布雷昂,塞利娜·勒韦克,韦罗尼克·博纳利,拉斐尔莱·杜贝塞特
受保护的技术使用者：苏伊士国际公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15