高效淨水系統的製作方法

2023-04-28 13:34:41 2

高效淨水系統的製作方法
【專利摘要】一種高效淨水系統，其被設置為包括了與反滲透單元相關聯的一部分濃縮廢水的回收。通過濃縮物回收單元的淨化濃縮物再利用為RO給水，該系統減少了濃縮廢水需要排出/處理的總量。初始給水被加壓且穿過RO膜，並且被分成滲透物流和濃縮物流。然後，較高壓力的濃縮物被引至附加組的薄膜複合膜(濃縮物回收膜)。濃縮物回收膜被布置成陣列使得濃縮物壓力足以提供驅動濃縮物穿過回收系統膜所需的力。由濃縮物回收系統產生的滲透物被引回至初級RO單元的供給處；因此，減少了系統操作需要的新給水的量。
【專利說明】高效淨水系統
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及一種用於常規工業應用的淨水系統，並且本發明尤其涉及一種反滲透回收系統，該反滲透回收系統在濃縮上使用二級回收而獲得超過85%的回收。
【背景技術】
[0002]實際上所有大型城市給水系統必須按照世界、聯邦和州管理條例的廣泛規則來處理它們的水。通常，在產品達到消費者之前水處理發生，且然後(當水被排出時)之後水處理再次發生。水淨化通常在接近最終輸送點處發生以降低泵送成本和在處理之後水被汙染的可能性。
[0003]常規的表面水處理廠通常由三個步驟組成:澄清、過濾和消毒。澄清指的是顆粒(汙垢、有機物等)與水流的分離。化學添加(即，鋁、氯化鐵)使粒子電荷失去平衡，且通過沉澱水流或通過從水流浮動來為了澄清而準備顆粒電荷。砂、無煙煤或活性炭過濾器淨化水流，從而去除較小的顆粒物質。儘管存在其它的消毒方法，但是優選方法是通過氯添加。氯有效地殺死細菌和大部分病毒，且維持剩餘以通過供應網絡保護給水。
[0004]在近幾年日益地，水源保護已經在城市用水系統上形成另外的壓力。水源保護努力的目的包括:持續性、能 源保護和棲息地保護。持續性通常被認為將從生態系統抽出淡水限制到不超過生態系統的自然置換速率的限制。通過降低的對於水泵送、輸送和汙水處理的需求來實現能源保護。在世界的一些地區中，淨水和水處理消耗相當大量的能量(諸如，加利福尼亞，在加利福尼亞例如全部電力消耗的超過15%用於水管理)。通過最小化人類用水來實現棲息地保護以有助於保護用於當地野生物和遷徙水鳥的淡水棲息地。
[0005]儘管水源保護努力在宏觀水平上的目的具有合理的經濟優點，但是相對於單個城市用水系統，水源保護努力的結果可以通常不可避免地導致增加的每單位生產成本。固定基礎設施在小需求佔地面積上的進展和操作可以導致且已經導致淨化的城市用水成本且汙水下水管的成本收費的增加。儘管在這種成本結構中的變化可能不非常影響個人住宅用戶，但工業水用戶看到對於他們的設備操作的顯著影響。除了商品或服務的可以在短期內加倍或加三倍的成本以外，在蓄水層內的總體水平衡上的限制可以造成在進入和排出上的限制。儘管住宅用戶可以僅停止對草坪澆水或清洗汽車，但是在這種情況下工業用戶可能面臨減產或工業產值限制。在這種情況下，增加產量的唯一方法是提高加工效率(或減少廢品)。
[0006]水處理的增加的效率能夠造成可以對於特定過程或過程流有效的解決方案。實例包括鹽水脫鹽、礦井復墾鹽水回收或具有特定產品或流程要求的類似情況。然而，這種解決方案趨向於保持在特定地點且不分享普遍可適用優點。開發用於改進淨水效率的一般方法必須考慮到水可以包含各種硬度的化合物，諸如鋇、鈣、鎂、鐵、二氧化矽、碳酸鹽和碳酸氫、氟化物和硫酸鹽。而且，硬度變化可以通常被發現在地表給水中，諸如湖和江以及地下給水，諸如水井和蓄水層以及含水的工業汙水和垃圾浸出液。
[0007]這種水通常通過使用以「離子交換樹脂」為形式的軟水器、使用生石灰或熟石灰軟化處理的化學軟水器、反滲透膜和納米過濾膜和/或蒸餾來淨化。大多數工業用戶需要包含低到非常低濃度的硬度化合物和可溶性無機化合物的淨化水以供應他們的冷卻塔、低壓和高壓鍋爐、熱交換器和各種處理應用。製藥和電子業用戶以及醫院和實驗室需要幾乎完全沒有無機化合物的高純度水。如上所述的淨水處理包括將可溶於水的雜質輸送至必須以高成本再生和/或處理的樹脂床。此外，添加大量的化學藥品可以在石灰軟化的情形中產生相當大量的化學廢物。在現有技術的RO和NF膜處理中，反滲透(RO)膜和納米過濾(NF)膜的使用產生大量必須以高成本進一步加工或處理的濃縮物。此外，在蒸餾的情形中，存在非常高的資金成本和操作成本。
[0008]儘管膜過濾處理諸如反滲透(RO)或納米過濾(NF)已經提供有效的且經濟上可行的淨水的方法，然而以當前形式的這些膜處理在被認為是滲透或產品回收的生產淨化水的百分比中是受限制的。反滲透利用薄膜複合膜以從給水源去除溶解鹽。由於大部分的可溶化合物被分離且被濃縮成較小量，所以通常是原始水源的量的25至50% (且有時與直到75%一樣多)變成滲透的。水穿過膜，而大多數溶解鹽不穿過膜。這樣，膜濃縮物量太大且昂貴以至於不能處理，除了在濃縮物流(也稱為廢棄物流)被返回到海的海水脫鹽中且在排出的廢棄流的或含有無機化合物的濃縮物的量上沒有監管限制的一些其它應用中之外。
[0009]此外，不可能通過RO或NF膜進一步回收淨化水的主要原因是隨著結垢化合物以及微溶鹽的濃縮物超過它們的飽和值，在膜表面上形成結垢趨勢。該垢的沉積通常導致淨化水生產的損失(也被稱為通過膜的滲透通量的損失)和昂貴的膜置換的最終需要。
[0010]通常，反滲透(RO)系統作為錯流過濾器操作，其中給水的一部分穿過RO膜(通常是75%)，一部分被當做廢水排出(25%)。給水被加壓(通常低於標準壓力容器的額定值，取決於反壓力而在100至600磅/平方英寸之間)(P-1)以提供驅動水穿過RO膜所需的力。產生滲透物的給定量所需的驅動力取決於供水鹽濃度和水溫。在穿過膜之後，滲透物通常在相當低的壓力10至100磅/平方英寸(P-3)下，而濃縮物保持在較高得多的壓力下通常是100至600磅/平方英寸(P-2)下。控制閥(V-1)用於調整濃縮物流並且還減少適於排出的濃縮物壓力。
[0011]反滲透處理的缺 點是回收通常被限制為60至80%，如通過如下等式I計算的:
[0012]回收百分比=[(給水-滲透物)xlOO] /給水。
[0013]隨著城市用水和汙水處理的成本增加,最小化給水和濃縮物量對於很多RO系統操作者是有興趣的。
[0014]在給水中使用化學添加劑諸如用於減小PH的酸和無機或有機阻垢化合物在水處理和膜工業中是有經驗的，以便在水回收中提供一些改進並且防止結垢。然而，這種改進僅具有限的程度，這是因為沒有阻垢劑對於所有結垢物都有效且因此它們不為整個水流處理提供經濟上可行的選擇。
[0015]現有技術的對於該問題的解決方案的研究沒有披露在本專利的權利要求上直接讀出的任何專利。因此，對於用於常規工業應用的改進的淨水系統的裝置和方法或在最優化這種高效淨水系統用於特定操作變量的情況下存在需求。

【發明內容】

[0016]因此本發明的目的是提供一種用於常規工業應用的改進的淨水系統。[0017]本發明的特徵允許用反滲透回收系統處理常規城市用水原料，該反滲透回收系統通過在濃縮上使用二級回收而獲得超過30%的回收。
[0018]根據本發明的簡述，提供了一種對與反滲透單元相關聯的濃縮廢水的一部分進行回收的方法，所述方法通過將濃縮物回收單元的淨化的濃縮物再次用作RO給水來減少需要排出/丟棄的濃縮廢水總量。初始給水入口(預期為來自城市用水源、工業用水源或三級用水源)被以其它的常規方式預處理隨著對於任何RO操作的完成(通過過濾等去除已知對RO膜操作不利的材料)。然後使給水入口加壓且穿過RO膜，且分開成滲透物流和濃縮物流。在穿過膜之後，滲透通常在非常低的壓力下，而濃縮物保持在較高的壓力下。較高壓濃縮物的一部分然後被引導至附加組的薄膜複合膜(濃縮物回收膜)。濃縮物從濃縮物流量控制閥上遊的初級RO單元被引出，在此處壓力通常在100至600磅/平方英寸之間。濃縮物回收膜被布置成陣列使得濃縮物壓力足以提供驅動濃縮物穿過回收系統膜所需的力。由濃縮物回收系統14產生的滲透物被引回至初級RO單元的供給處；因此，減少了系統操作需要的新給水的量。濃縮物流量由第二流量控制閥控制且作為廢水被排出。取決於給水特性，濃縮物回收系統被在30至60%之間的回收率下操作。回收率受到可使反滲透膜結垢的微溶鹽限制。
[0019]根據優選實施例，濃縮物回收單元利用了作為初級RO單元的正常操作參數的一部分的可用壓力。這樣，回收處理不需要附加的能量。
[0020]本發明的優點是，該濃縮物回收系統可以被在現有的RO單元上改型，以及併入新的RO設備。
[0021]儘管在常規工業應用中的高效淨水系統的情況下，公開了本發明的優選實施例，本領域中的一般技術人員會意識到，本發明的原理可以被應用以便基於本文中所述的原理提供替代的系統。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]結合附圖參照以下更詳細的說明和權利要求，會被較佳地理解本發明的優點和特徵，在該附圖中以相同的附圖標記表示相同的元件，且在該附圖中:
[0023]圖1是根據本發明的優選實施例的示例性的濃縮物回收反滲透系統的處理流程示意圖；
[0024]圖2A是用於結合本發明的優選實施例使用的示例性反滲透單元12的處理流程示意圖；
[0025]圖2B是用於結合本發明的第一替代實施例使用的示例性反滲透單元12的處理流程示意圖，在該實施例中，初級滲透限制被以與入口給水16的溫度成比例或成反比例的方式的調整或另外控制；
[0026]圖3A是用於結合本發明的優選實施例使用的且在優選發明的圖1中所示的第一替代實施例中此處所示的濃縮物回收單元14的處理流程示意圖；
[0027]圖3B是用於結合優選發明的圖1中所示的優選實施例使用的濃縮物回收單元14的第一替代實施例的詳細處理流程示意圖；
[0028]圖3C是用於結合在圖1中所示的優選實施例使用的且在用於減少濃縮物回收膜32的結垢的原系統中包含的濃縮物回收單元14的詳細處理流程示意圖；[0029]圖4是利用本發明且具有帶有濃縮物回收的初級反滲透的實例的管道和儀表圖(P&ID)；
[0030]圖5是在現有技術中當前可用的類型且能夠結合本發明使用的典型薄膜複合構件20的不意圖；
[0031]圖6A是用於結合本發明的優選實施例的教導、特徵和優點的高效淨水系統反滲透陣列的示例性構造的前視圖；
[0032]圖6B是該淨水系統的後視圖；
[0033]圖6C是該淨水系統的頂視圖；
[0034]圖6D是該淨水系統的左側視圖；並且
[0035]圖6 E是該淨水系統的右側視圖。
【具體實施方式】
[0036]現在說明示例性系統、方法、過程等。在下面的說明中，為了說明的目的，闡述很多具體細節以便有助於徹底理解該方法、系統、過程等。然而，可以明顯的是，在不具有這些特定細節的情況下實施該方法、系統等。在其它例子中，公知的結構和裝置被以方框圖的形式示出，以簡化說明。
[0037]如本應用中所使用的，術語「半滲透膜」或「聚醯胺膜」表示薄膜複合膜，諸如用於淨化水的反滲透(RO)或納米過濾(NF)膜、可溶無機離子諸如鈉、鉀、鈣、鎂、鐵、氯化物、氟化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫 酸鹽和二氧化矽被該膜分離，而水被允許滲透或穿過該膜。這些薄膜複合膜通常由三層構成:聚酯支撐網、多微孔聚碸內層和在頂表面上的超薄聚醯胺屏障層。如本應用中所使用的，本發明不僅僅依賴於任何特定類型或牌子的半滲透膜，但更確切地廣泛地依賴於使用任何這種現有的或新開發的反滲透回收系統，該反滲透回收系統在濃縮物上利用二級回收以實現超過80%的回收。膜的設計可以為螺旋纏繞低壓或「微鹹水」反滲透膜、螺旋纏繞「高壓」或「海水」反滲透膜、或板和框式膜或盤式膜。應該顯而易見地，在本教導的後見之明的情況下，對於本領域中的一般技術人員將新發展的膜包含在該系統內。
[0038]如在本應用中所使用的，術語水的「硬度」指的是溶液中存在的水溶性的一價和多價離子。通常一價離子表示具有一價且通常習慣於指的是離子諸如鈉、鉀、銫、氯化物、氟化物、硝酸鹽和元素周期表的其它一價陽離子。多價離子通常指的是具有二價或更多價的離子，且通常習慣於指的是離子諸如碳酸鹽、磷酸鹽、矽酸鹽、硫酸鹽、鋁、鋇、鈣、鎂、鍶、鉻、銅、鉛、鎳、銀、錫、鈦、釩、鋅和元素周期表的其它多價離子。從水去除「硬度」通常指的是將多價離子與水分離或防止多價離子穿過屏障，而允許一價離子諸如鈉、鉀、銫、氯化物、氟化物、硝酸鹽和其它一價離子保持在水中或相反地滲透穿過屏障。通常，這些硬度離子在與某種一價、二價或多價陰離子諸如氟化物、碳酸鹽、氫氧化物、磷酸鹽和硫酸鹽(即，氟化鈣、碳酸鈣或碳酸鎂、矽酸鈣或矽酸鎂、硫酸鈣)結合時的水溶性在與一價陽離子的化合物諸如氯化鈉、碳酸鈉或硫酸鈉相比時是非常低的。這些多價陽離子的化合物因此被稱為「微溶化合物」，且該術語會在本發明中使用。
[0039]就本發明的本文在附圖中描述的優選實施例而言，提出實施本發明的最佳模式。
[0040]1.附圖詳細說明[0041]根據本發明的優選實施例，參照的圖1為標記為10的示例性的濃縮物回收反滲透系統的處理流程圖。系統10包括與至少一個濃縮物回收單元14流體連通的初級反滲透單元12。
[0042]儘管不是該系統的新穎元件，但是預料到任何給水入口 16可以是用於任何城市用水、工業水或三級用水，該三級用水可以經過通過任何合適的方法進行預處理，這會有效地分離懸浮固體且防止下遊膜的過早結垢和「表面堵塞(surface blinding)」。如結合圖2A中所示，示例性初級反滲透單元12用於淨水中使用的任何其它常規類型，該初級反滲透單元12利用薄膜複合膜20以將溶解鹽從預處理的給水源16去除。為了提供本發明的優選實施例的足夠教導本領域中的一般技術人員如何實施本發明的特徵和功能的實施，預料到如圖5中大體示出，可以使用與由陶氏化學公司(「DOW β」)提供的當前商標名稱F1LMTEC?的薄膜複合膜類似的薄膜複合膜20。對於本領域中的一般技術人員還會明白，使用具有這種質量和規格的反滲透膜片會是基於備用源或供應商、唯一的工業性能標準或狀況、新的可用設備或技術等能夠改進或替代的設計選擇。在使用這種自主品牌的薄膜複合膜中，在變化的操作條件下對這種膜的性能計算機建模可以是在系統構造上進行設計決定中的重要工具。對於DOW ? F1LMTEC?反滲透膜的那些用戶已知的一款這種工具是ROSA (反滲透系統分析)設計軟體。該ROSA設計軟體被不斷地更新和發展以滿足在新的操作需求或構造下的 系統設計需要。給定包括廣泛地功能性等價物，設計為水穿過膜20，而大部分的溶解鹽不穿過該膜。理解的是，除了本公開中預料的其它操作構造之外，這些條件可以用於改進現有的ROSA軟體參數。在這種之前未預料的設計標準的示例性實施例中，反滲透(RO)系統12作為錯流過濾器操作，其中給水的一部分通常是75%穿過RO膜20，而一部分通常是25%被當做廢水排出。ROSA設計軟體的當前功能需要為每一個初級或二級回收進行單獨的設計計算，且最終設計估算需要這些條件的迭代。明顯的是，在本教導的後見之明的情況下，本領域中的一般技術人員利用任何功能上等同系統作為置換物，其中該置換物被認為等同於本創新。濃縮物22包含不能穿過膜20的可溶鹽。滲透物24穿過膜20且為相對純的水。
[0043]給水16被加壓至被選擇為系統10和膜20的全部操作的設計標準的水平。儘管該給水壓力Pl通常在100至600磅/平方英寸，且優選在200至400磅/平方英寸，但是本發明不取決於任何所使用的準確壓力範圍，而僅利用給水壓力Pl以提供驅使水穿過RO膜20所需的力，其中足夠的驅動力用於產生給定量的滲透物24。預期到該壓力Pl至少取決於給水鹽濃度、水溫、反壓力需求等。然而，在任何壓力Pl下，穿過膜20之後的滲透物壓力Ρ3通常相當低，諸如約在20至40磅/平方英寸之間，而濃縮物壓力Ρ2保持更高得多的壓力，諸如約在100至600磅/平方英寸之間，考慮到該特定實例，優選是200至300磅/平方英寸。控制閥26用於調節最終濃縮物流28且還減少了適於排出的最終濃縮物壓力。
[0044]儘管本優選實施例適應於很多常規工業狀況，但已知在大多數地理位置處，在入口給水源16的條件下，可以存在季節變化。一個可以顯著影響淨水系統的這種季節變化是入口水溫。隨著入口給水源16的溫度上升，存在穿過膜20的較大的驅動力，這樣會實現較大的滲透物流24。因此，為了在這種狀況下最優化淨水系統10的效率，在滲透物流24中可能需要如結合圖2Β所示地包括流量限制機構25。儘管這種流量限制機構25可以是以其它常規流量限制的任何形式，不管是節流孔板、手動閥或類似的方法，但是為了使最堅固機構能夠最優化本發明的目的，此處所示的流量限制機構25是滲透物流量調節閥25，該滲透物流量調節閥25能夠被調節與入口溫度Tl成反比例或與入口壓力Pl成正比例，或另外基於初級滲透物流27a或初級濃縮物流27b的測量到流量的來調節。然而，應該注意到，在本發明的任何實施例的教導中對高效淨水系統10的操作的必要限制包括某一形式的流量調節停止限制部以防止初級滲透物流24的完全停止。
[0045]在圖2A或圖2B的任一變體中，初級反滲透單元12會產生作為廢水排出的最終濃縮物流28。取決於給水特性，預測最終濃縮物流28為通常在總濃縮物22的30至60% (且直到80%)之間的回收率下操作。回收率受到能夠使反滲透膜結垢的微溶鹽限制。平衡隨著回收的濃縮物流30被轉向，且隨著濃縮物回收單元14的入口給料被引導，諸如結合示出了濃縮物回收單元的圖3A所示，在該濃縮物回收單元中，多個初級薄膜回收膜32在此處被示出為彼此並行的三個初級薄膜回收膜32，且一起與反滲透容器33串聯。如圖3A中所示，在典型構造中，回收濃縮物流30被引導到附加組的作為濃縮物回收膜32的薄膜複合膜。預料到，數量可變的膜32可以以並行的方式的與回收濃縮物流30流體連通。為例證該情況，三個這種薄膜回收膜32示出在作為圖3A的濃縮物回收單元14的一部分的並行構造。類似地，如圖3B中所示，示出了替代物而等價的構造，在該替代物中使用了大量的膜32和反滲透容器33。如每個實施中所示，從每一個回收膜32排出的滲透物被收集在共用歧管中，且被連通到反滲透容器33 (其中多個反滲透容器33被如圖3B中示例地並行連接的方式使用)。類似地，，從每一個回收膜32排出的濃縮物被收集在單獨的共用歧管中，且通過與反滲透容器33的濃縮物排出公共連接而連通，以作為結合的濃縮物回收滲透物34。
[0046]在任何實施例中，濃縮物30被從在初級RO單元的上遊的濃縮物流量控制閥26抽出，在該濃縮物流量控制閥26處壓力優選在100至600磅/平方英寸之間，且通常在200至300磅/平方英寸之間。濃縮物回收膜32被布置成陣列，使得濃縮物壓力P4足以提供驅動濃縮物30穿過回收系統膜32所需的力。通過濃縮物回收系統14產生的滲透物34被引導回以供給初級RO單元12 ;因此，減少了系統操作需要的未加工的給水16的量。
[0047]濃縮物回收濃縮物流量由流動控制閥36控制，且濃縮物回收濃縮物被當做廢水40排出。取決於給水特性，濃縮物回收系統通常在30至60%且直到高達80%的回收率下操作。回收率受到可以使反滲 透膜結垢的微溶鹽限制。取決於給水化學過程，根據具體情況來建立回收百分比率。
[0048]為了控制該結垢和通過增加的操作周期時間來提高總體回收，可以通過若干方式原位地實現膜的保護。如圖3C中所示，用於降低膜結垢的一個預期手段可以是通過以相對小濃度的且與對於濃縮物回收單元14起到第二入口作用的初級濃縮物排出成相對比例地將阻垢劑或酸性化學品注入初級濃縮物排出中。作為可計算和可控的功能，通常被示作31，且基於系統中的朗熱利耶飽和指數(有時被指為朗熱利耶穩定指數)或LSIO指數的確定，可以注入這種阻垢劑。LSIO指數是一個用於預測水的碳酸鈣的穩定性的計算出的數，且為濃縮物30是否會沉澱、溶解或與碳酸鈣均衡的指示。預料到，LSI控制器31將計算濃縮物30會被飽和為碳酸鈣的預測PH值，其稱為PHs。LSI表示為實際系統PH和飽和PH之間的差:
[0049]LSI=PH(測量)-PHs。
[0050]對於LSI > 0，水是超飽和的且趨向於沉澱CaCO3垢層。
[0051]對於LSI = 0，水是飽和的(在平衡中)，CaCO3垢層既不沉澱也不溶解。[0052]對於LSI〈0，水是不飽和的且趨向於溶解固體CaC03。
[0053]如果溶液30的實際PH33小於計算的飽和PH，LSI是負的且溶液具有很有限的結垢可能性。如果實際PH超過PHs，那麼LSI是正的，且相對於CaCO3是超飽和的，溶液具有結垢的趨勢。在增加的正指數值下，結垢可能性增加。在實踐中，LSI在-0.5和+0.5之間情況下的溶液不會顯示增強的礦物溶解或結垢特性。LSI在-0.5以下情況下的溶液趨向於顯示顯著提高的溶解能力，而LSI在+0.5以上情況下的溶液趨向於顯示顯著提高的結垢特性。
[0054]也是值得注意的，LSI是溫度敏感的。LSI隨著溫度升高而變得更正。該溫度升高可以導致結垢，且因此阻垢劑(anticalant)注入可以相對於該增加的溫度被控制，且根據流體流量、溶液PH或導電性或其它適應的或計算的因素，以防止二級膜32結垢。
[0055]防止二級膜32結垢的這種除垢可以是重要行為以便整個系統10在全部操作時間基礎上總體回收最大化。由於置換或清潔已結垢的膜32所需的停工期會導致一段時間的性能顯著下降，使該 情況的全部操作時間最小化可以造成總體回收提高超過80%。作為調整阻垢劑注入的替代物或連同調整阻垢劑一起使用，二級濃縮物回收膜30的另外防護方法可以包括初級滲透物流24穿過二級回收系統14的原位衝洗。圖3C示出了這種原位清潔的滲透衝洗35的實例。
[0056]2.利用本發明的操作實例
[0057]在操作中，濃縮物回收單元利用了作為初級RO單元的正常操作參數的一部分的可用壓力。對於回收處理不需要附加能量。如圖6A至6E中示例性所示，濃縮物回收系統可以被改型到現有的RO單元，和被結合在新的RO設備上。此外，如連同圖4所示，管道和利用本發明的並具有帶有濃縮物回收的初級反滲透的實例的儀表圖(P&ID)實例被示出，以便說明具有可以被維持的構造和根據本發明的教導可以實現的性能的實例。
[0058]已經為了闡述與說明的目的展示了本發明的特定實施例的前述說明，而該前述說明不旨在詳盡說明或將本發明限制於公開的確切形式。根據以上教導，許多變型和變體是可能的。選擇和說明實施例以便最佳地解釋本發明的原理和它的實際應用，因此使其它的本領域中的一般技術人員能夠最佳地利用本發明和適合於設想的特別應用的帶有各種變型的各個變型。目的是本發明的範圍通過所附權利要求書和它們的等同物限定。因此，本發明的範圍僅由以上的權利要求書限制。
【權利要求】
1.一種淨水系統,包括: 給水源； 初級反滲透單元，所述初級反滲透單元處理第一輸入且具有第一滲透物排出和第一濃縮物排出； 至少一個濃縮物回收單元，所述濃縮物回收單元與所述第一濃縮物排出流體連通，在所述濃縮物回收單元中，所述濃縮物排出的至少一部分被進一步分成第二滲透物排出和第二濃縮物回收； 其中，所述第二滲透物回收和所述給水源與所述第一輸入流體連通；並且 其中，所述第一滲透物回收和所述第二滲透物回收的組合能夠連續回收所述給水源的至少80%。
2.根據權利要求1所述的淨水系統，其中，所述給水源選自以下組:城市用水源、工業用水源和三級用水源。
3.根據權利要求2所述的淨水系統，其中，所述初級反滲透單元包括至少一個薄膜回收膜。
4.根據權利要求3所述的淨水系統，進一步包括: 所述濃縮物回收單元包括並行布置的多個複合反滲透膜模塊，並且 每一個所述模塊具有彼此結 合併形成所述第二滲透物排出的滲透物排出，並且其中，每一個模塊進一步具有彼此結合併形成所述第二濃縮物排出的濃縮物排出； 其中，利用所述初級反滲透單元的濃縮物壓力的推壓力且在沒有輸入附加能量的情況下，所述第一濃縮物排出被驅動成與所述濃縮物回收單元流體連通。
5.根據權利要求3所述的淨水系統，其中，所述濃縮物回收單元進一步包括串聯的至少一個附加反滲透級，用於將收集的滲透物與並行布置的所述多個複合反滲透膜模塊分離。
6.根據權利要求5所述的淨水系統，其中，所述附加反滲透級進一步包括多個附加的反滲透元件。
7.根據權利要求1所述的淨水系統，其中，所述初級反滲透單元在200-400磅/平方英寸的範圍中的壓力下操作。
8.根據權利要求7所述的淨水系統，其中，所述濃縮物回收在200-300磅/平方英寸的範圍中的壓力下操作。
9.根據權利要求2所述的淨水系統，其中，通過過濾和以其它方式去除已知對於RO膜操作有害的材料，來對所述給水源進行預處理。
10.根據權利要求1所述的淨水系統，其中，所述濃縮物回收系統適合於能夠改型到現有的RO設備上。
11.根據權利要求3所述的淨水系統，所述淨水系統進一步包括: 流量限制機構，所述流量限制機構在所述滲透物流內；以及 流量調節停止限制部，所述流量調節停止限制部用於防止初級滲透物流的完全停止。
12.根據權利要求11所述的淨水系統，其中，所述流量限制機構能夠與入口溫度Tl成反比例或與入口壓力Pl成正比例地被調節，或另外基於所述初級滲透物流或所述初級濃縮物流的測量到的流量來調節。
13.根據權利要求3所述的淨水系統，進一步包括如下的裝置，所述裝置用於通過將相對小濃度的且與所述初級濃縮物排出成相對比例的阻垢劑或酸性化學品直接注入所述初級濃縮物排出中來降低膜結垢。
14.根據權利要求13所述的淨水系統，其中，用於降低膜結垢的所述裝置進一步包括基於所述系統中的水的朗熱利耶飽和指數的確定來注入所述阻垢劑作為可計算和可控的功能。
15.根據權利要求3所述的淨水系統，進一步包括用於所述初級滲透物流穿過所述二級回收系統來原位「衝洗」的系統。
16.根據權利要求13所述的淨水系統，進一步包括用於所述初級滲透物流穿過所述二次回收系統來原位「衝洗 」的系統。
【文檔編號】C02F1/44GK103459326SQ201180067373
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年12月9日 優先權日:2010年12月10日
【發明者】約瑟夫·胡利, 威廉·E·科瓦克斯 申請人:沃特智慧財產權公司, 約瑟夫·胡利, 威廉·E·科瓦克斯