[发明专利]一种净化系统

说明书

本文公开了用于净化和浓缩液体进料流的净化系统。在该系统中，将从反渗透段的高压侧输出的浓缩液体用作被称为渗透辅助反渗透的构造中的反渗透段的低压侧的提取液。这降低了跨过膜的渗透压差，从而允许获得高溶质浓度，加速了液体的净化。通过以逆流布置布置多个渗透辅助反渗透段也可以获得降低的系统压力。与用于高浓度流的传统热工艺相比，降低了整体系统能耗。

本申请是申请日为2017年6月2日，发明名称为“多段渗透辅助的反渗透系统和方法”的中国专利申请No.2017800352498的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月6日提交的美国临时专利申请序列No.62/346,116和2017年3月7日提交的美国临时专利申请序列No.62/467,858的优先权。这些公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

本公开涉及通过从液体进料流中除去各种溶质来净化液体进料流以获得净化的渗透物或输出流的系统和方法。特别地，预期这些方法可用于盐水的脱盐和卤水的浓缩。以逆流渗透辅助反渗透(OARO)布置来布置多个反渗透段，与传统的反渗透工艺相比，逆流渗透辅助反渗透布置允许使用降低的压力和整体更低的能量消耗。另外，该布置允许将这种系统应用于这样的流，该流被浓缩至超过反渗透通常实用的浓度。

渗透膜是半渗透屏障，其允许较小分子(通常为溶剂分子，例如水)通过，同时阻止相对较大的分子或离子(例如溶解在溶剂中的溶质)的通过。渗透压通常与渗透膜两侧的液体之间的溶质浓度差有关。反渗透(“RO”)是向含有超过渗透压的较高溶质浓度的渗透膜一侧施加压力的工艺，其用于反向驱动渗透工艺，即驱动溶剂通过渗透膜至具有较低溶质浓度的一侧。RO适用于广泛的应用，特别是当需要从溶剂中除去盐和/或溶解的固体时，并且通常用于脱盐。

为了实现增加的溶剂分离，必须施加更高的驱动压力。然而，由于许多可用的渗透膜的操作压力限制，增加驱动压力并不总是可行的。已经使用了其他方法，如蒸馏(例如，多级闪蒸、真空等)；机械蒸汽再压缩；热蒸汽再压缩；正渗透；和/或单级或多级蒸发器。与反渗透相比，这些方法通常都是相对能量密集的。其他方法依赖于使用多个段间泵，阀门，从膜的低压侧到高压侧的旁路，以及混合相似浓度的流的管道，以提高工艺效率。然而，实际上，这样的设置操作起来很复杂，尤其是在启动和工艺异常期间。

仍然需要不太复杂的反渗透方法和系统，该方法和系统允许净化液体，但在降低的压力下操作和/或具有降低的整体系统能量消耗，并且可以与具有高溶质浓度和低溶质浓度的液体一起使用。

发明内容

本公开提出了满足这些需求的部分级联的逆流反渗透系统。本文的各种实施方案中公开了用于净化液流的系统和方法，其中以部分级联的逆流布置对反渗透段进行分段。与常规布置相比，本文公开的布置在具有类似的分离效率的情况下允许降低渗透压差，净化具有非常高的溶质浓度的溶液，以及在降低的压力下操作。

本文公开了用于净化液体进料流以获得渗透物的系统，包括：(a)初始渗透辅助反渗透段，其具有高压侧和低压侧，该高压侧具有用于接收液体进料流的高压侧入口和用于输出再循环流和浓缩物流的高压侧出口，该低压侧具有用于接收来自高压侧出口的再循环流的低压侧入口和用于输出稀释流的低压侧出口；(b)具有一个或多个串联布置的中间渗透辅助反渗透段的中间区段，其中各个中间段具有：具有高压侧入口和高压侧出口的高压侧，具有低压侧入口和低压侧出口的低压侧，排出高压侧出口的再循环流和浓缩物流，被送到低压侧入口的再循环流，以及排出低压侧出口的排出流；并且其中中间段接收来自初始渗透辅助反渗透段的稀释流并输出净化流；和(c)最终反渗透段，其具有：高压侧，具有用于接收净化流的高压侧入口和用于输出废料流的高压侧出口，以及输出渗透物的低压侧。

在一些实施方案中，最终反渗透段的废料流与来自初始渗透辅助反渗透段的稀释流合并并由中间区段接收。该系统还可以包括用于增加稀释流的压力的加压装置。在其他实施方案中，最终反渗透段的废料流与液体进料流合并，并由初始渗透辅助反渗透段接收。