淡水生成方法

2023-12-05 07:53:56

淡水生成方法
【專利摘要】一種淡水生成方法，通過該方法，即使在原水品質波動時，也可穩定且有效地獲得滿足目標水品質的產品水，通過在用於通過處理原水(1)來獲得產品水的淡水生成方法中使原水(1)流過的供水管線的至少一部分分支成包括分支管線(A1)和分支管線(A2)的多個分支管線，並且使從分支到匯合在一起的滯留時間在分支管線(A1)與分支管線(A2)之間不同，來提供該淡水生成方法。
【專利說明】淡水生成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於通過處理諸如海水、河水、地下水或處理廢水的原水而獲得產品水的淡水生成方法，且更詳細而言，涉及可根據原水濃度波動來有效地處理原水的淡水生成方法。
【背景技術】
[0002]近年來，水資源的枯竭已變得嚴重，並且正在研究迄今為止未被利用的水資源的使用。具體而言，從最為熟悉且不可直接利用的海水生產飲用水的技術，所謂「海水淡化(seawater desalination) 」引人注目。在極度缺乏水資源且基於石油的熱資源非常豐富的中東地區，海水淡化已通過蒸發方法而被常規地應用於實際用途。然而，在熱資源不豐富的中東以外的地區，由於高能量效率，已採用反滲透(reverse osmosis)方法,並且在如加勒比海和地中海地區，許多工廠已建設且實際運轉。最近，基於反滲透方法的技術進步的可靠性提高和成本降低繼續進行，且利用反滲透技術的許多海水淡化工廠也已在中東建設，且已顯示出對亞洲、非洲、大洋洲、中美洲和南美洲的世界性擴張。
[0003]由海水淡化工廠處理的原水從其澄清度和減少的環境影響的觀點來看，理想的是取自距海岸儘可能遠的地點。在淺水的情況下，取水管道的長度必須較長，因而傾向於發生成本問題。當像海灣那樣複雜時，即使在取水管道的長度較長時，在某些情況下，也得不到適合用於海水淡化的清澄海水。出於該理由，通常不從海岸附近取水。然而，當在取水點附近存在河時，來自該河的淡水傾向於流入並且其比例根據退潮和漲潮、降雨等而較大地波動。例如，千里達及托巴哥的海水淡化工廠受到較大的河的影響，並且原水鹽分濃度從
1.5%波動至3.5%(非專利文獻I)。原水濃度波動導致滲透壓的波動即運轉壓力的波動，因而需要適當地調整泵的輸出。
`[0004]為了使泵的輸出波動，通常選擇將流量調節閥附接於泵的排出部分，或利用變換器(inverter)進行調節。然而，前者不能夠避免因壓力損耗而引起的能量損耗，儘管它是簡單的且成本低。後者雖然可抑制能量損耗，但是導致設備成本的增加，並且它成為將變換器附接於較大的泵的成本較大的限制，該泵安裝於近來持續增加的大型海水淡化工廠。
[0005]而且，運轉壓力的頻繁波動導致持續對管道、閥、和反滲透膜給予應力，並且還導致加速材料的疲勞。因此這不是理想的狀況。
[0006]而且，原水濃度波動導致廣品水品質波動。從廣品水品質的觀點來看，需要基於最嚴格的情況來進行設計，因而工廠在許多情況下過度工業設計。用於解決該情況的方法包括如專利文獻I所示地在原水濃度低的情況下使濃縮物回流，並且如專利文獻2所示地使不滿足水品質的產品水回流。然而，循環再處理導致產品水量的減少和運轉成本的增大。
[0007]可減輕濃度變化的方法包括安裝原水儲槽的方法。然而，僅僅安裝儲水槽導致依賴自然滯留(natural retention),並且此外,水流為從入口到出口的單向的。因此,濃度不能夠充分均勻化。當在安裝原水儲槽的情況下進行攪拌時，濃度可均勻化。然而，這需要攪拌能量，並且特別是在大型工廠中，在能量和設備方面是不實用的。[0008]背景領域文獻
專利文獻
專利文獻1:日本專利N0.3270211 ；
專利文獻 2 JP-A-2008-307487。
[0009]非專利文獻
非專利文獻 I:Yoshinari Fusaoka, "Example in Trinidad and Tobago〃，Bulletinof the Society of Sea Water Science, Japan, June 1， 2004，vol.58，N0.3，pp.264-267。

【發明內容】

[0010]本發明要解決的問題
本發明的目的是提供一種淡水生成方法，通過該方法，即使在原水品質波動時，也可以以低成本穩定地且有效地獲得滿足目標水品質的產品水。
[0011]用於解決問題的方案
為了解決上述問題，本發明具有下列構成。
[0012](I) 一種用於通過處理原水來獲得產品水的淡水生成方法，該方法包括使供原水流過的供水管線的至少一部分分支成包括分支管線Al和分支管線A2的多個分支管線，並且使從分支到匯合在一起的滯留時間在分支管線Al與分支管線A2之間不同。
[0013](2)根據(I)的淡水生成方法，其中，使分支管線Al的容積與分支管線A2的容積不同。
[0014](3)根據⑴或⑵的淡水生成方法，其中，使對分支管線Al的供給流量與對分支管線A2的供給流量實質上等同。
[0015](4)根據(I)至(3)中的任一項的淡水生成方法，其中，分支管線Al和分支管線A2具有沉澱分離的功能。
[0016](5)根據(I)至(4)中的任一項的淡水生成方法，其中，實質上同時對分支管線Al和分支管線A2供給原水。
[0017](6)根據(I)至(5)中的任一項的淡水生成方法，其中，使分支之後的滯留時間在分支管線Al與分支管線A2之間不同，並且其後，利用前處理單元在分支管線Al和分支管線A2中的各個分支管線中執行處理，之後匯合在一起。
[0018](7)根據(I)至(6)中的任一項的淡水生成方法，其中，分支管線Al中的滯留時間與分支管線A2中的滯留時間之差為在4小時到8.5小時之間。
[0019](8)根據(I)至(6)中的任一項的淡水生成方法，其中，分支管線包括η個管線，且不同管線之間的滯留時間之差為在8/η小時到17/η小時之間，或在8_8/η小時到17-17/η小時之間，其中，η為3以上的自然數。
[0020](9)根據(I)至(8)中的任一項的淡水生成方法，其中，使用從多個分支管線匯合在一起的原水來生產淡水。
[0021](10)根據(I)至(8)中的任一項的淡水生成方法，其中，使用從多個分支管線匯合在一起的原水來執行生物處理。
[0022](11)根據(I)至(10)中的任一項的淡水生成方法，其中，一年中的原水的總鹽分濃度的波動在兩倍以上。
[0023](12)根據(I)至(11)中的任一項的淡水生成方法，其中，在將原水供給至分支管線Al和分支管線A2時測量原水品質，在原水品質滿足預定條件時供給原水，且在原水品質不滿足條件時，既不對分支管線Al供給原水，也不對分支管線A2供給原水。
[0024]本發明的優點
根據本發明，即使在原水品質波動時，也可能穩定地且有效地獲得滿足目標水品質的產品水。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為示出根據本發明的淡水生成方法的用於海水淡化的水處理裝置的一個實施例的示意流程圖，其作為分支管線而具有沉澱槽。
[0026]圖2為示出根據本發明的淡水生成方法的用於海水淡化的水處理裝置的一個實施例的示意流程圖，其作為分支管線而具有中間水槽。
[0027]圖3為示出根據本發明的淡水生成方法的用於海水淡化的水處理裝置的一個實施例的示意流程圖，其作為分支管線而具有沉澱槽和中間水槽。
[0028]圖4為示出根據本發明的淡水生成方法的生物處理裝置的一個實施例的示意流程圖，其作為分支管線而具有沉澱槽。
[0029]圖5為示出根據本發明的淡水生成方法的用於海水淡化的水處理裝置的一個實施例的示意流程圖，其具有三個分支管線。
[0030]圖6為示出根據本發明的淡水生成方法的用於海水淡化的水處理裝置的一個實施例的示意流程圖，其在各個分支管線中具有前處理單元。
[0031]圖7為用於海水淡化的常規水處理裝置的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]以下將使用【專利附圖】

【附圖說明】本發明的優選實施例。然而，應當明白的是，本發明的範圍不受其限制。
[0033]作為根據本發明的淡水生成方法的水處理裝置的一個示例，在圖1中示出海水淡化反滲透膜裝置，原水在其中被分支到兩個管線。在圖1所示的水處理裝置中，原水I被分支到沉澱槽2a和2b，並且之後，被允許匯合在一起。然後，它通過前處理供給泵3而利用前處理單元4處理，並且前處理原水穿過中間水槽5通過增壓泵6供給至反滲透膜單元7。反滲透膜單元7的透過物(permeate)儲存在產品水槽9中，並且穿過水分配管線10使用。反滲透膜單元7的濃縮物在被穿過能量回收單元8回收壓力能量之後，從排出管線11排出至系統外部。
[0034]在此，作為前處理單元4，可應用一般的分離處理，諸如固液分離或吸附分離。作為尤其適合於海水淡化的前處理的固液分離，可列舉用於移除毫級(mill1-order)物質的網式過濾器、用於移除微級(micron-order)物質的砂濾或濾布、能夠移除亞微(submicron)物質的微濾膜或超濾膜、能夠進行更精密的過濾的毫微濾膜等。此外，還可能通過應用凝結劑或吸附劑或結合固液分離使用凝結劑或吸附劑來有效地移除有機物質等。
[0035]該示例具有在沉澱槽2a與2b之間產生滯留時間之差的構成。本發明的特徵在於，使供原水流過的供水管線的至少一部分分支成多個分支管線，並且使從分支到匯合在一起的其滯留時間彼此不同[上述(I)的實施例]。對用於使滯留時間不同的方法沒有限制。例如，當對相應的分支管線的供給流量相同時，僅僅需要使分支管線的容積不同[上述(2)的實施例]。此外，這還可通過改變分支管線的流路長度、其流路寬度或單元的數量來實現。然而，為了使原水品質的波動平衡化，即本發明的主旨，滯留時間之差D被設定為水波動周期C的至少十分之一到其十倍。當水品質波動周期C固定為某水平時，從沉澱槽2a和2b排出的水在水品質波動周期的反相上。即，滯留時間之差被調節為水品質波動周期的一半。即使在水品質波動周期C不規則的情況下，通過把握近似的最小水品質波動周期且設定其十分之一到十倍的滯留時間之差，也可能實現本發明的主旨。
[0036]例如，當接近河口的海水用作原水時，由潮汐導致的海平面波動具有較大的影響。因而，考慮在潮汐周期即12.5小時的近似一半的6.25小時附近的波動，滯留時間之差D理想地設定為在4小時到8.5小時之間，並且更理想地設定為在5小時到7.5小時之間[上述(7)的實施例]。而且，儘管對於供給到沉澱槽2a和2b的流量也沒有特別的限制，但是通過使它們實質上等同，可能最為使原水波動最小化[上述(3)的實施例]。此外，在圖1中，用於改變滯留時間的沉澱槽2提供在兩個管線中。然而，如在圖5中例示的，將它們提供在三個以 上管線中也是理想的實施例。當提供在η個管線中時(其中，η為3以上的自然數)，不同管線之間的滯留時間之差D理想地設定為水品質波動周期C的(I/η)倍或(1-1/η)倍。即，更具體而言，當河口附近的海水用作原水時，不同管線之間的滯留時間之差D理想地設定為在8/η小時到17/η小時之間，或在8_8/η小時到17-17/η小時之間[上述(8)的實施例]。
[0037]在圖1的水處理裝置中，沉澱槽2a和2b用作用於使滯留時間之差不同的手段。優選地，本發明中的分支管線具有類似該示例的沉澱分離功能[上述(4)的實施例]。具有沉澱分離功能的沉澱槽被粗略地分為其中簡單地通過重力來進行沉澱的重力驅動沉澱槽和其中通過添加凝結劑來加速沉澱的凝結沉澱槽。而且，為了增大沉澱速率或沉澱面積，還可能將傾斜板應用於它們中的各個。
[0038]而且，在圖1中，滯留時間之差提供在沉澱槽2a與2b之間。為了實現本發明的目的，例如，還可以從原本不同的位置取水，或者還可改變取水管線至沉澱槽2a和2b的管道長度。然而，為了提供必要的滯留時間之差，取水管線的管道長度變得相當長。因此理想的是，如圖1中那樣，使到沉澱槽2a和2b的原水供給管線共通，並且像水槽那樣可廉價且充分地具有容積。即，理想的是實質上同時地將原水供給至相應的分支管線[上述(5)的實施例]。從該觀點來看，在圖1中，使沉澱槽2a和2b具有該功能。然而，還可以如圖2所示地使中間水槽5a和5b具有該功能，或者如圖3所示地使沉澱槽2a和2b和中間水槽5a和5b雙方具有該功能。然而，當如圖2所示地利用前處理單元4處理波動的原水I時，前處理單元4上的負載因原水I的水品質波動而波動。因此，在前處理單元4上的負載波動大，以導致設想運轉困難的情況下，使中間水槽5a和5b而不是使沉澱槽2a和2b具有提供滯留時間之差的功能是不利的。然而，在前處理單元4設計成以便耐受負載波動的情況下，相反地，前處理單元4中的環境變化變大，從而導致生物體的繁殖風險降低。因而使沉澱槽2a和2b和中間水槽5a和5b雙方具有提供滯留時間之差的功能是理想的實施例。
[0039]而且，在具有提供多個滯留時間之差的功能的情況下，如圖3所示的沉澱槽和中間水槽，沉澱2a和2b和中間水槽5a和5b的相應的滯留時間之差的總和理想地設定為在4小時到8.5小時之間，並且更理想地設定為在5小時到7.5小時之間，作為滯留時間之差。特別地，當分支的流量不同時，通過一個滯留時間之差使原水品質均勻化是不容易的。因而，使如圖3所示的沉澱槽2a和2b和中間水槽5a和5b雙方具有提供滯留時間之差的功能的方法是極為有效的。
[0040]根據本發明而抑制了原水品質波動的水在後級中可經歷各種處理。特別地，如圖1所例示地利用其中運轉壓力或產品水品質根據原水濃度而波動的反滲透膜水處理裝置尤其是其中滲透壓波動較大且產品水品質波動也較大的海水淡化來生產淡水是適合的[上述(9)的實施例]。而且，這對於其中穩定的處理因原水品質波動而變得困難的生物處理也是適合的[上述(10)的實施例]。圖4例示包括生物處理的膜生物反應器。
[0041]另外，作為適合於本發明的原水，對運轉條件或產品水品質具有影響的水品質波動較大的原水是適合的。本發明還適合於如前所述地具有高鹽分濃度的海水或鹽水(brinewater)的處理，而且適合於不僅鹽分濃度，且有機物質濃度具有較大波動的下水道廢水等的處理。具體而言，當一年中的原水的總鹽分濃度的波動在兩倍以上時，可適合地利用本發明[上述(11)的實施例]。而且，當一年中的原水中的有機物質濃度的波動在兩倍以上時，也可適合地利用本發明。在此，對於總鹽分濃度和有機物質濃度的波動幅度，其最大值和最小值由通過監視原水品質一年而獲得的總鹽分濃度等的最大值和最小值限定。在本發明中，理想的是其最大值和最小值的比例為2以上。此外，作為原水的總鹽分濃度的測量方法，例示了利用其中使原水蒸發乾燥並且測量其重量的「總溶解固體」濃度的測量方法，或者簡單地使用傳導度計或將其轉換成鹽分濃度的鹽度計。而且，作為有機物質濃度的測量方法，最通常的是使用TOC(總有機碳濃度)作為指標的測量方法。然而，此外還例示使用COD (化學需氧量)、BOD (生物需氧量)、UV (紫外吸收)、IR(紅外吸收)和GC-MS (氣相色譜-質譜)作為指標的測量方法。
[0042]而且，為了使本發明更有效，在供給原水時測量原水品質且在原水品質滿足預定條件時取水也是理想的[上述(12)的實施例]。作為在此使用的水品質，例示如前所述地對後級中的膜分離運轉條件具有較大影響的水品質。例如，在反滲透膜的情況下，例示對滲透壓造成較大波動的總鹽分濃度，並且在膜生物反應器的情況下，例示對生物活性或處理效率有較大影響的有機物質濃度`或總鹽分濃度。進行控制以便在這些原水品質在預定範圍內時取水是理想的。
[0043]例如，當原水為如前述非專利文獻I中說明的接近河口的海水(總鹽分濃度:1.5到3.5%)時，通過不取具有2.5%以上的總鹽分濃度的海水，與3.5%的總鹽分濃度的情況相t匕，滲透壓降低5至10巴。因而可能降低必要的增壓泵規格，這還導致運轉時的壓力降低(所需動力的降低)。這使得容易抑制原水濃度的波動，這是本發明的目的，且因而是非常理想的。然而，當縮小閾值時，能夠取水的時間變短。因此，取水泵能力增大，以至於需要考慮成本平衡。另外，當在河口附近的海水用作原水的情況下應用該方法時，例如，由潮汐引起的海平面波動的一部分不被取水。因此，與取水有關的周期變得比12.5小時短，因而理想的是，使得比前述「12.5小時的近似一半」短。具體而言，當每天能夠取水的時間為T小時時，滯留時間之差D理想地設定為近似CxT/48 (例如，在T = 12小時的情況下，在6小時到6.5小時之間)。當然，在三個以上管線中提供用於改變滯留時間的沉澱槽2等也是理想的實施例。在η個管線的情況下，理想的是將滯留時間之差D設定為水品質波動周期C的T/24/n 倍或 Τ/24χ(1-1/η)倍。
[0044]而且，當反滲透膜單元7的濃縮物的濃度小於流入時的原水I的濃度時，還可能如圖3所例示地通過打開閥12a和12b來使濃縮物回流。在圖3中，濃縮物回流至沉澱槽2a和2b之前。然而，它可回流至沉澱槽2a和2b之後或中間水槽5a和5b之前和之後。而且，從抑制產品水品質波動的觀點來看，如圖3所例示地以瀑布(cascade)形式像產品水槽9a.9b.9c那樣安裝產品水槽9且控制用於產品水品質的波動的三通閥13從而抑制波動也是理想的。具體而言，例如，通過周期性地切換至產品水槽9a和9b且儲存在其中以減小產品水槽9a與9b之間的濃度之差，之後由此在9c中混合，可獲得9a和9b的平均濃度。
[0045]而且，在本發明中，如圖1所示，還可利用前處理單元4處理分支和混合之後的水品質穩定的水，而且如圖2所示，還可在分支之前利用前處理單元4處理水。而且，如圖6所例示的，使用沉澱槽2a和2b改變分支之後的水的滯留時間，並且各自使用前處理單元4a和4b獨立地進行前處理隨後進行混合也是理想的。由於前處理單元4a與4b之間的水品質之差，可通過利用該方法來分散前處理單元上的負載。即，當負載較大地施加在4a上時，可能減小4b上的負載。因此它是理想的實施例[上述(6)的實施例]。 [0046]工業應用性
本發明可用於通過處理諸如海水、河水、地下水或處理廢水的原水而穩定地且有效地獲得滿足目標水品質的產品水的淡水生成方法。
[0047]參考標號列表 I原水
2沉澱槽
3原水供給泵
4前處理單元
5中間水槽
6增壓泵
7反滲透膜單元
8能量回收單元
9處理水槽
10水分配管線
11排出管線
12閥
13三通閥
14抽吸泵
15生物處理水槽
16 淹沒(immersion)式膜。
【權利要求】
1.一種用於通過處理原水來獲得產品水的淡水生成方法，所述方法包括使供原水流過的供水管線的至少一部分分支成包括分支管線Al和分支管線A2的多個分支管線，並且使從分支到匯合在一起的滯留時間在所述分支管線Al與所述分支管線A2之間不同。
2.根據權利要求1所述的淡水生成方法，其特徵在於，使所述分支管線Al的容積與所述分支管線A2的容積不同。
3.根據權利要求1或2所述的淡水生成方法，其特徵在於，使對所述分支管線Al的供給流量與對所述分支管線A2的供給流量實質上等同。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，所述分支管線Al和所述分支管線A2具有沉澱分離的功能。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，實質上同時對所述分支管線Al和所述分支管線A2供給原水。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，使分支之後的滯留時間在所述分支管線Al與所述分支管線A2之間不同，並且其後，利用前處理單元在所述分支管線Al和所述分支管線A2中的各個分支管線中執行處理，之後匯合在一起。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，所述分支管線Al中的滯留時間與所述分支管線A2中的滯留時間之差為在4小時到8.5小時之間。
8.根據權利要求1至6中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，所述分支管線包括η個管線，且不同管線之間的滯留時間之差為在8/η小時到17/η小時之間，或在8-8/η小時到17-17/η小時之間，其中，η為3以上的自然數。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，使用從所述多個分支管線匯合在一起的原水來生產淡水。
10.根據權利要求1至8中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，使用從所述多個分支管線匯合到一起的原水來執行生物處理。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，一年中的原水的總鹽分濃度的波動在兩倍以上。
12.根據權利要求1至11中的任一項所述的淡水生成方法，其特徵在於，在將原水供給至所述分支管線Al和所述分支管線Α2時測量原水品質，在原水品質滿足預定條件時供給原水，且在原水品質不滿足條件時，既不對所述分支管線Al供給原水，也不對所述分支管線Α2供給原水。
【文檔編號】C02F1/44GK103748040SQ201280041111
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年8月21日 優先權日:2011年8月24日
【發明者】谷田雅英, 前田智宏 申請人:東麗株式會社