專利名稱：用反滲透法在酸性條件下處理流體的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基于水處理、純化、和濃縮系統(tǒng)的膜中處理酸性水和廢水的方法，以及實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備。更具體地講，本發(fā)明涉及給水預(yù)處理方法和基于如反滲透法(“RO”)和微濾法(“NF”)處理系統(tǒng)的膜的操作方法，該方法可獲得較高的溶解物廢料，從而制備非常高的純凈水(含有較少的溶解物)，同時(shí)明顯增加了水處理設(shè)備的運(yùn)行效果。
背景技術(shù)：
世界上很多地方存在著天然生成的酸性水和工業(yè)過程中產(chǎn)生的酸性廢水。通常用來處理這類水的常規(guī)方法包括用堿中和來提高其pH值，從而水可被釋放或被有益地應(yīng)用。但是，這些方法并不總是所希望的，或在某些情況下甚至是不可行的。并且，所需的化學(xué)品特別是堿的成本可能非常高。
若處理過的水用來飲用，其通常不符合其必須滿足的世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為每升飲用水中可溶固體的含量不超過500毫克，且硫酸根離子或氯離子含量均不超過250mg/L。但在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中再用水的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)比此嚴(yán)格。因此，通常“直接中和”處理方法在大多數(shù)水處理應(yīng)用中是不可接受的。
在工業(yè)應(yīng)用中，酸性水處理/再回收通常是基于離子交換法或基于反滲透(RO)系統(tǒng)。根據(jù)一些因素，例如硬度(多價(jià)離子)、總有機(jī)碳(TOC)、和水中存在的其它污染物，可使用陰離子交換法來處理這類酸性給水以降低/消除酸性。另外，在陰離子交換步驟前或陰離子交換步驟后附加陽離子交換步驟確實(shí)可得到完全脫礦物質(zhì)的水。為此，可單獨(dú)或結(jié)合使用弱堿性、中堿性、或強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。
這些現(xiàn)有離子交換處理方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于(1)在工業(yè)上，這些方法被認(rèn)為是“鈍態(tài)的”，即該方法不易改變進(jìn)料的性質(zhì)。
(2)與常規(guī)反滲透法相比，該方法的成本較低。
這些現(xiàn)有離子交換處理方法的主要缺點(diǎn)在于(1)與直接中和法相比，(為再生IX型樹脂)所需堿的質(zhì)量、類型(例如，鈉型)和數(shù)量實(shí)際上更高和/或更嚴(yán)格，從而所需化學(xué)品的成本非常高。
(2)需要大量體積的陰離子交換樹脂；這些樹脂通常非常昂貴。從而，在這類系統(tǒng)中離子交換樹脂的起始和再生成本與基于膜的處理系統(tǒng)相比成本非常高。
(3)根據(jù)所用的離子交換樹脂的具體變化，因總有機(jī)碳(TOC)引起的污染可能非常高。遺憾的是被污染的陰離子型樹脂難以清洗且成本較高。且不能被除去非離子TOC成分例如IPA(異丙醇)。另外也不能除去實(shí)質(zhì)上是陽離子的TOC成分。通常在許多希望再利用被處理水的工業(yè)應(yīng)用中，除去TOC或至少明顯減少TOC是非常重要的要求。
在基于用來處理酸性廢水或天然酸性水的系統(tǒng)的常規(guī)膜中，RO/NF進(jìn)料的PH值通常通過加入堿來調(diào)節(jié)。從而，這些常規(guī)的RO/NF系統(tǒng)在中性PH環(huán)境或基本接近中性PH環(huán)境下運(yùn)行。除了一些特例，常規(guī)RO/NF系統(tǒng)能夠確保RO/NF膜不被過高或過低的PH環(huán)境破壞的PH環(huán)境下操作。更重要的是，對許多通常使用膜材料的情況，通過膜的總的溶解物廢料通常在PH值約為8時(shí)最高。因此，在水處理工業(yè)中的常規(guī)理論是避免在低PH值條件下使用RO/NF。
但與離子交換方法相比，一些堿性RO/NF方法的特征具有許多潛在的優(yōu)點(diǎn)，例如(1)RO/NF可同時(shí)除去陽離子及陰離子。
(2)通常在介質(zhì)或膜的污染成為主要問題前，RO/NF即可除去較多百分量的所存在的TOC。例如，RO法可除去約80％或更高的非離子物質(zhì)，例如IPA。
(3)不象非離子交換方法，RO/NF方法的固定成本以及運(yùn)行成本對流入水的化學(xué)性質(zhì)不很敏感。
據(jù)本人所知，不論對廢水還是對天然生成水，處理這類酸性水的常規(guī)RO/NF系統(tǒng)仍存在重大不足。這些不足包括(1)為中和RO進(jìn)料所需堿的質(zhì)量和費(fèi)用與僅用中和法相當(dāng)。因此總體處理成本高，因?yàn)镽O方法的固定成本和運(yùn)行成本必須被加到中和成本中。
(2)pH中和后結(jié)合RO法是非常沒有效率的，因?yàn)榭偟墓倘芪镆騪H中和步驟首先增加，但總的固溶物因RO/NF步驟然后降低。
(3)當(dāng)在中性或接近中性的pH環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，RO/NF系統(tǒng)對生物污染和/或顆粒物和/或有機(jī)污染非常敏感。但遺憾的是通常使用的薄層復(fù)合膜不能耐受氧化性生物殺滅劑，如氯。因此控制生物污染是有問題的，特別是在處理含有機(jī)污染物的水的情況下。
因此仍需要簡單、高效且經(jīng)濟(jì)可靠的處理酸性水的方法，這些水可以是天然水或從其它過程產(chǎn)生的廢水。也需要提供所需純度的水，同時(shí)需要最低的維持費(fèi)。特別地，在如半導(dǎo)體、化工制品、采礦業(yè)、制藥業(yè)、生物技術(shù)和電廠等許多工業(yè)領(lǐng)域，需要提高給水效率，并且水處理系統(tǒng)的固定成本和運(yùn)行成本。
顯然若開發(fā)新的水處理方法并結(jié)合常規(guī)RO/NF膜處理法和離子交換法的優(yōu)點(diǎn)，特別是用于天然生成的酸性水以及工業(yè)生成的廢水，該方法將是極其有利的。另外，如果這類方法能夠避免反滲透/微濾法或離子交換法存在的令人討厭的缺點(diǎn)，那么這類方法將非常具有吸引力。總之，經(jīng)濟(jì)的、重要的新的酸性水處理方法應(yīng)同時(shí)具備一些(如果不是大部分)反滲透/微濾法和離子交換法的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)任何這類新方法也必須能夠有效地克服困擾反滲透/微濾法或離子交換法的難題。
目的、優(yōu)點(diǎn)和新的特征由前述可知，本發(fā)明一個(gè)重要和主要目的在于提供一種處理水的新方法，從而連續(xù)可靠地從酸性水或廢水持續(xù)制備純凈水。更具體地講，本發(fā)明的一個(gè)重要目的在于提供一種用于水處理方法的膜，該方法可避免常規(guī)的預(yù)處理成本以及處理過程中的污染問題，從而可確切地提供高效率地制備純凈水的方法。本發(fā)明另外一個(gè)目的在于提供如前所述的水處理方法，其特征在于(1)本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于就全部“固定成本和運(yùn)行成本”而言，該方法提供一種比常規(guī)反滲透膜/微濾法或離子交換法更經(jīng)濟(jì)易行的方法。
(2)本發(fā)明方法的目的在于其不需要“嚴(yán)格控制”，從而該方法易于處理各種給水。
(3)本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠制備持續(xù)高質(zhì)量的產(chǎn)品。
(4)本發(fā)明方法的目的在于反滲透膜/微濾膜設(shè)置成不易被生物或有機(jī)物污染。
(5)本發(fā)明方法的目的在于可同時(shí)除去陽離子型、陰離子型、和非離子型污染物。
(6)本發(fā)明方法的目的在于所存在的TOC幾乎全部被排出或除去，而不取決于TOC成分的離子特征。
(7)本發(fā)明方法的目的在于化學(xué)物質(zhì)的加入可被最小化，從而不僅降低成本，而且有利于環(huán)境。
(8)本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于其可使用由多個(gè)公司常規(guī)制備的容易購買到的成分來實(shí)現(xiàn)。
(9)本發(fā)明處理酸性水或廢水的方法的特點(diǎn)在于可購買的成分整體上是相互協(xié)作的，而不是相互沖突的，從而可充分發(fā)揮實(shí)現(xiàn)該方法所用設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。
(10)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在處理酸性水或廢水時(shí)可實(shí)現(xiàn)高回收率、或體積效率。
(11)所述膜的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于與常規(guī)系統(tǒng)相比，其可實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)率(流量)，并且可使膜污染最小化或消除污染；更重要的是這降低了固定成本和運(yùn)行成本。
(12)反滲透/微濾法預(yù)處理操作的簡化和成本降低也是本發(fā)明的目的，可通過本發(fā)明的酸性水處理方法很容易地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
由前述、下文詳細(xì)描述、以及權(quán)利要求和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可明確本發(fā)明的其它重要的目的、特征和另外的優(yōu)點(diǎn)。


為了確保讀者對本發(fā)明、其特征和優(yōu)點(diǎn)有更完整的理解，將參考附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述，其中圖1表示本發(fā)明處理酸性水和廢水的方法在實(shí)地試驗(yàn)所用設(shè)備的流程圖；圖2表示本發(fā)明水處理方法在不同領(lǐng)域處理不同給水的通用方法流程圖。
前述示意性數(shù)據(jù)包括多種在實(shí)際操作中根據(jù)環(huán)境可存在或省略的方法步驟和處理元件。繪制圖表應(yīng)至少描述那些可明顯理解本發(fā)明不同實(shí)施方式和方面的元件。但可使用可仿效低pH膜處理方法的其它不同的方法步驟和處理元件，特別是用于所示的各種不同的功能元件，以提供適用于環(huán)境系統(tǒng)的完整的水或廢水處理系統(tǒng)。
詳細(xì)描述通過廣泛研究和評價(jià)現(xiàn)有方法中的不足，現(xiàn)開發(fā)一種新的處理酸性水的水處理方法。重要的是本人已確定某些反滲透/微濾系統(tǒng)可在pH低到為2時(shí)成功地進(jìn)行操作，且沒有任何或僅有最少的化學(xué)或物理預(yù)處理。目前最低的pH極限由工業(yè)上購買的可連續(xù)運(yùn)行的反滲透膜的性質(zhì)確定，約為pH2.0。將來若可購買更好的膜(即更低的pH耐受能力)，本發(fā)明方法可在比目前pH2.0的極限更低的pH值條件下操作。
盡管在低pH值操作條件下進(jìn)行，相對于常規(guī)工業(yè)手冊，可實(shí)現(xiàn)徹底排除陽離子型溶解物和多種陰離子型溶解物。排除鈉和銨離子的能力也非常高，這是本發(fā)明新的酸性水處理方法的非常顯著和意料不到的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明新的酸性水處理方法的操作條件下，排除TOC的能力也非常高。
另外，本人還發(fā)現(xiàn)在向低pH值的反滲透膜給水之前(或之后、或甚至在陰離子交換步驟之后)，附加的除去TOC的步驟可在最后的制品水中產(chǎn)生所期望的低TOC含量。可接受的除去TOC的方法包括(1)在水的儲存槽或其他任意適當(dāng)?shù)娜萜髦泄呐荩ㄊ褂每諝饣蚨栊詺怏w的微泡；(2)機(jī)械法或膜處理法來脫氣；(3)用185nm波長的紫外光輻照，加入或不加氧化劑，例如過氧化氫和/或臭氧；(4)如果需要，可在加入過氧化氫的同時(shí)，加入二價(jià)鐵離子或三價(jià)鐵離子，以隨即形成Fenton′s試劑，已知該試劑是可有效除去TOC化合物的氧化物；(5)向給水或制品水中加入臭氧。
當(dāng)存在于半導(dǎo)體制造過程廢水的過氧化氫增加時(shí)，鐵鹽或亞鐵鹽具有特別重要的應(yīng)用。此時(shí)，氧化產(chǎn)物通常為有機(jī)酸，和或二氧化碳，其可通過陰離子交換步驟被有效地除去。但沒被預(yù)先氧化的IPA不能通過陰離子交換步驟除去，因?yàn)槠洳荒鼙浑x子化。
圖1表示一種評價(jià)本發(fā)明處理酸性廢水方法的試驗(yàn)設(shè)置。使用了三段反滲透系統(tǒng)。具有電導(dǎo)為2700uS/cm的給水在壓力為1.45MPa、流速為2m3/hr的條件下，在pH為2.6、溫度為28℃時(shí)被送入系統(tǒng)的第一階段。隨后，第一階段排出物在1.4MPa時(shí)被送入第二階段。第二階段的排出物在1.35MPa下被送入第三階段。最后，第三階段的排出的濃縮物在壓力為1.25MPa和pH為2.4時(shí)以0.5m3/hr的流速釋放。三個(gè)階段的透過物流速為1.5m3/hr、壓力為0.3MPa和電導(dǎo)為28.5uS/cm。
總之，考慮所有三個(gè)制造階段，制得的產(chǎn)品平均流速為每天每平方英尺22.1加侖(0.99089m3/m2/day)。所述的總回收率為約75％。然后RO透過物在壓力為0.02MPa下被送入陰離子交換器，經(jīng)過離子交換后制得最后的流出物，其電導(dǎo)為6.7uS/cm。
這類試驗(yàn)的示意性結(jié)果，特別是RO制品的高純度，以及從陰離子交換步驟得到的最終流出物表明了本發(fā)明方法的效果。
圖2表示本發(fā)明酸性廢水處理方法在工業(yè)上應(yīng)用的總體流程圖。可如圖中所示或直接將未凈化的酸性水10直接提供到低pH值的RO單元12，或可選擇地如虛線所示將未凈化的酸性水依次流過一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理系統(tǒng)單元。首先，未凈化的水10可被送入U(xiǎn)V單元20，其中優(yōu)選提供過氧化氫22和/或亞鐵離子或鐵離子的源24。然后，部分處理過的水進(jìn)入脫氣單元30或其他液-氣接觸器，以進(jìn)一步除去TOC成分。從RO中排出物被進(jìn)一步處理或在符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下被釋放。如線32所示的透過物被送入陰離子交換(“1-X”)單元34。然后離子交換處理后的產(chǎn)物適宜用于向超純水系統(tǒng)40的補(bǔ)充物，或可選擇地被送入一級混合床1-X單元42和/或二級混合床1-X單元44。然后高純水可被使用，或在被送入超純水(UPW)系統(tǒng)54前，在過濾單元50或第二UV處理設(shè)備52中作進(jìn)一步適當(dāng)?shù)奶幚怼?br> 此處描述的方法可在包括至少一個(gè)具有膜分離器的分離單元中進(jìn)行，以制備含較少溶解物的產(chǎn)物流和含較多溶解物的廢料流。該方法可提供處理用的含溶解物的給水流。在一些情況下，當(dāng)給水不含游離無機(jī)酸時(shí)這些溶劑物可包括至少一種造成膜污染的成分。在膜分離器中處理給水前，調(diào)節(jié)給水的pH值，如果需要可調(diào)節(jié)至確保在向膜分離器輸入的給水中至少存在一些游離的無機(jī)酸。pH值調(diào)節(jié)后的給水通過膜分離設(shè)備被輸入，在膜分離設(shè)備中膜主要阻擋至少某些溶解物通過，以將給水濃縮至預(yù)定的濃度，可制備(i)含較多溶解物的廢料流，和(ii)含較少溶解物的產(chǎn)品流。在該方法中通常調(diào)節(jié)給水的pH值至約4.3或更低。重要的是該方法可在膜分離器為反滲透膜或微濾膜或疏松的反滲透膜的情況下應(yīng)用。
對于許多重要的應(yīng)用，給水包括總有機(jī)碳(TOC)成分，并且總有機(jī)碳(TOC)可被有效地從產(chǎn)品流中除去。對于許多應(yīng)用，處理目的包括除去TOC使產(chǎn)品流中存在的TOC為給水中該成分濃度的約10％或更低。當(dāng)TOC成分包括一種或多種主要是非離子型物質(zhì)時(shí)(例如異丙醇和丙酮)可有效地使用該方法。
除去其他成分也是重要的。例如，給水包括鈉離子時(shí)，在一些應(yīng)用中的處理可達(dá)到產(chǎn)品流中鈉離子濃度為給水中的鈉離子濃度的約2％或更低的程度。當(dāng)給水含銨離子時(shí)，在一些應(yīng)用中的處理可達(dá)到產(chǎn)品流中銨離子濃度為給水中的銨離子濃度的約8％或更低的程度。給水中含氯離子時(shí)，在一些應(yīng)用中的處理可達(dá)到產(chǎn)品流中氯離子濃度為給水中的氯離子濃度的約25％或更低的程度。硫酸根離子存在于給水中時(shí)，處理可達(dá)到產(chǎn)品流中硫酸根離子濃度為給水中的硫酸根離子濃度的約0.5％或更低的程度。但含氯離子時(shí)，產(chǎn)品流中存在的氟離子濃度基本與給水流中存在的氟離子濃度相同。
對于pH值條件下在膜分離系統(tǒng)中給水處理方法的附加步驟，在陰離子交換體系中可將產(chǎn)品流中存在的游離無機(jī)酸，如果不能完全除去，也至少達(dá)到所需要的程度。適當(dāng)?shù)年庪x子交換系統(tǒng)可以是(a)弱堿性陰離子交換系統(tǒng)，(b)中堿性陰離子交換系統(tǒng)，或(c)強(qiáng)堿性陰離子交換系統(tǒng)。如果需要，可使用陰離子交換系統(tǒng)處理產(chǎn)品流以有效地除去其中所含的所有陰離子。
為了強(qiáng)化處理效果，特別是除去TOC成分，在膜分離單元中進(jìn)行處理前可增加附加的給水處理步驟。在適當(dāng)?shù)臈l件下這類處理步驟包括向給水中加入鐵離子或亞鐵離子。另外，在這類方法中例如為了生成處理TOC的Fenton′s試劑可再加入過氧化氫。在這種情況下，總有機(jī)碳成分可從所述的產(chǎn)品流中被有效地除去。另外或附加地，在膜分離前可通過增加的UV光源照射給水流步驟進(jìn)一步處理給水流，且在這種方式下，總有機(jī)碳成分可從產(chǎn)品流中被有效地除去。為進(jìn)一步處理以從所有處理步驟中獲得高純水流出物，附加用UV光源輻照產(chǎn)品水流的步驟，從而總有機(jī)碳成分可被有效地從產(chǎn)品流中除去。
在另外的實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括用含臭氧的氣體臭氧化給水流，其中總有機(jī)碳成分可被有效地從產(chǎn)品流中除去?？蛇x擇地或附加地，該方法還包括用含臭氧的氣體臭氧化產(chǎn)物水流的步驟，從而總有機(jī)碳成分可被有效地從產(chǎn)品流中除去。
本發(fā)明低pH膜分離操作中處理給水方法的另外的實(shí)施方式中，在給水含過氧化氫的其他的例子中，或從工業(yè)方法或通過預(yù)處理步驟，可使用還包括在活性碳系統(tǒng)中處理給水流的步驟的方法，從而過氧化氫可從產(chǎn)品流中被有效地除去。
通?？扇菀椎孬@得流速至少為每天每平方英尺15加侖的滲透水產(chǎn)物。更重要地是回收率通常至少足以使得到的產(chǎn)品流的量與所提供的給水流的量的比約為75％或更高。在其他的實(shí)施方式中，回收率足以使得到的產(chǎn)品流的量與所提供的給水流的量的比約為80％或更高。在其他的實(shí)施方式中，回收率足以使得到的產(chǎn)品流的量與所提供的給水流的量的比約為85％或更高。還在其他的實(shí)施方式中，回收率足以使得到的產(chǎn)品流的量與所提供的給水流的量的比約為90％或更高。在某些應(yīng)用中，希望回收率足以使得到的產(chǎn)品流的量與所提供的給水流的量的比約為95％或更高。
對于結(jié)合此處描述的堿性低pH值膜分離方法的其他更多的處理方法，可在酸化給水之前進(jìn)行其他的預(yù)處理步驟。這樣的預(yù)處理步驟包括(a)介質(zhì)過濾，(b)筒式過濾，(c)超濾，(d)納濾，(e)氧化劑去除，(f)軟化，(g)陽離子交換，(h)脫氣，或(i)除氧。在一些實(shí)施方式中，陽離子交換預(yù)處理步驟可通過弱酸性陽離子交換來實(shí)現(xiàn)。在另外的實(shí)施方式中，陽離子交換預(yù)處理步可通過強(qiáng)酸性陽離子交換來實(shí)現(xiàn)。另外，氧化劑去除預(yù)處理步驟包括向所述的給水中加入焦亞硫酸鈉。更具體地講，此處提供的方法大體上可被描述為在膜分離設(shè)備中處理給水流，其中膜分離設(shè)備至少具有一個(gè)帶膜分離器的單元，以制備含較少溶解物的產(chǎn)品流和含較多溶解物的廢料流。該過程提供了含溶解物的給水流，并且調(diào)整了給水流的pH值以得到預(yù)處理過的給水流，如果需要可確保其中至少存在一些無機(jī)酸。具有預(yù)定pH值的預(yù)處理給水流通過膜分離設(shè)備，其中膜主要阻擋至少某些物質(zhì)的通過，從而濃縮預(yù)處理給水到預(yù)定的濃度。制備具有比預(yù)處理過的給水流更低pH值的含較多溶劑物的廢料流。也可制備比預(yù)處理過的給水流更高pH值的含較少溶解物的廢料流。
本發(fā)明公開的方法可通過使用從再生陽離子交換系統(tǒng)中的排出物流的步驟有益地使用。例如，這類方法可包括使用作為再生弱酸性陽離子交換系統(tǒng)的酸源的排出物流的步驟?；蛘?，這類方法可包括使用作為再生所述強(qiáng)酸性陽離子交換系統(tǒng)的酸源的排出物流的步驟。
使用膜分離設(shè)備，特別是結(jié)合反滲透/微濾法和離子交換設(shè)備處理酸性水的方法和設(shè)備，通過此處所述的方法可提供革命性的和意料不到的結(jié)果，即同時(shí)降低了待處理水中全部溶解的固體，且在純化的RO透過物中具有可靠的高純度。使用膜分離系統(tǒng)、特別是反滲透系統(tǒng)的該方法在處理酸性水方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低了固定成本和水處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本。另外，對于給定的效率，無論中和或離子交換再生或RO清洗等方面，都極大地降低了制備每加侖成品水時(shí)化學(xué)試劑的用量。
可以包括對方法描述的上述內(nèi)容可知，本發(fā)明目的可有效地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵谶\(yùn)行上述方法及在實(shí)現(xiàn)該方法和制備前述所需產(chǎn)品的適當(dāng)設(shè)備的構(gòu)造上可作一些改變，可以理解在不偏離本發(fā)明主旨和主要特征的情況下，本發(fā)明可以其他特定方式實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)本人提出處理酸性水的示范性的設(shè)計(jì)方案時(shí)，其他的實(shí)施方式也可獲得此處公開的本發(fā)明方法所得到的結(jié)果。因此，可以理解本發(fā)明代表性的實(shí)施方式的前述描述不僅代表了本發(fā)明的目的，而且也便于更好地理解本發(fā)明，而不是對本發(fā)明作限制，或?qū)⒈景l(fā)明限制在所公開的方式中。相反，目的在于覆蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的主旨和范圍內(nèi)所有變化、等同物和替換。因此，權(quán)利要求在于覆蓋此處所述的方法和結(jié)構(gòu)，不僅包括所述結(jié)構(gòu)或所述結(jié)構(gòu)的等同物，而且覆蓋等同的結(jié)構(gòu)或方法。因此，如權(quán)利要求所述的本發(fā)明的范圍在于包括所提供的實(shí)施方式的各種變化，無論這些實(shí)施方式具有廣義的描述或其等同物。
權(quán)利要求
1.一種在膜分離設(shè)備中處理給水流以制備含較少溶解物的產(chǎn)品流和含較多溶解物的廢料流的方法，所述的膜分離設(shè)備包括至少一個(gè)具有膜分離器的單元，所述方法包括(a)提供其中含溶解物的給水流；(b)如果需要，調(diào)整所述給水的pH值以確保在所述給水中至少存在一定的游離無機(jī)酸度；(c)將上述(b)步驟的產(chǎn)物通過所述的膜分離設(shè)備，所述的膜分離設(shè)備主要阻止至少某些溶解的物種通過，以濃縮所述給水至所述預(yù)先選擇的濃度倍數(shù)，以制備(i)含較多溶解物的廢料流，和(ii)含較少溶解物的產(chǎn)品流。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)中所述給水的pH值為或被調(diào)節(jié)至約4.3或更低。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的膜分離器包括反滲透膜。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的膜分離器包括納濾膜。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的膜分離器包括疏松的反滲透膜。
6.如權(quán)利要求3、4或5的方法，其中所述的給水含總有機(jī)碳(TOC)成分，其中所述的總有機(jī)碳(TOC)可從所述產(chǎn)品流中被有效地除去。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中在所述產(chǎn)品流中所述的總有機(jī)碳(TOC)成分為所述給水中該成分濃度的約10％或更少。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中所述的TOC包括一種或多種非離子化的物種，并且其中所述的一種或多種非離子化物種選自(a)異丙醇，和(b)丙酮。
9.如權(quán)利要求7的方法，其中所述的TOC包括一種或多種非離子化的物種，其中所述的一種或多種非離子化物種選自(a)異丙醇，和(b)丙酮。
10.如權(quán)利要求3的方法，其中所述的給水含鈉離子，其中所述的產(chǎn)品流含為所述給水中含有的鈉離子濃度的約2％或更低的鈉離子。
11.如權(quán)利要求3的方法，其中所述的給水含銨離子，其中所述的產(chǎn)品流含為所述給水中含有的銨離子濃度的約8％或更低的銨離子。
12.如權(quán)利要求3的方法，其中所述的給水含氯離子，其中所述的產(chǎn)品流含為所述給水中含有的氯離子濃度的約25％或更低的氯離子。
13.如權(quán)利要求3的方法，其中所述的給水含硫酸根離子，其中所述的產(chǎn)品流含為所述給水中含有的硫酸根離子濃度的約0.5％或更低的硫酸根離子。
14.如權(quán)利要求3或4的方法，其中所述的給水含氟離子，在所述產(chǎn)品流中氟離子濃度大約與所述的進(jìn)水流中的氟離子濃度相同。
15.如權(quán)利要求3、4或5的方法，其中所述的產(chǎn)品流中含游離無機(jī)酸度，且其中所述方法還包括在陰離子交換系統(tǒng)中處理所述產(chǎn)品流的另外的步驟，所述的另外的處理步驟可將游離無機(jī)酸度從所述產(chǎn)品流中有效地除去。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中所述的陰離子交換系統(tǒng)選自以下系統(tǒng)的一種或多種(a)弱堿陰離子交換系統(tǒng)，(b)中等堿性陰離子交換系統(tǒng)，和(c)強(qiáng)堿陰離子交換系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求15的方法，其中所述的陰離子交換系統(tǒng)可有效地除去所述產(chǎn)品流中所含的所有陰離子。
18.如權(quán)利要求1的方法，其還包括在權(quán)利要求1的(c)的步驟前，向所述給水中加入鐵離子或亞鐵離子的步驟。
19.如權(quán)利要求18的方法，還包括在權(quán)利要求1的(c)步驟前，向所述給水中加入過氧化氫的步驟。
20.如權(quán)利要求18或19的方法，其中所述給水含總有機(jī)碳成分，且其中所述的總有機(jī)碳成分可被有效地從所述產(chǎn)品流中除去。
21.如權(quán)利要求1的方法，其中所述給水含總有機(jī)碳成分，其中所述方法還包括用UV光源輻照所述給水流的步驟，且其中所述的總有機(jī)碳成分可被有效地從所述產(chǎn)品流中除去。
22.如權(quán)利要求1的方法，其中所述給水含總有機(jī)碳成分，其中所述方法還包括用UV光源輻照所述產(chǎn)品流的步驟，其中所述的總有機(jī)碳成分可被有效地從所述產(chǎn)品流中除去。
23.如權(quán)利要求1的方法，其中所述給水含總有機(jī)碳成分，所述方法還包括用含臭氧的氣體將所述給水流臭氧化的步驟，其中所述的總有機(jī)碳成分可被有效地從所述產(chǎn)品流中除去。
24.如權(quán)利要求1的方法，其中所述給水含總有機(jī)碳組分，且所述方法還包括用含臭氧的氣體將所述產(chǎn)品流臭氧化，其中所述的總有機(jī)碳成分可被有效地從所述產(chǎn)品流中除去。
25.如權(quán)利要求1的方法，其中所述給水含過氧化氫，且其中所述方法還包括在活性炭系統(tǒng)中處理給水流的步驟，且其中所述的過氧化氫可被有效地從所述產(chǎn)品流中除去。
26.如權(quán)利要求3的方法，其中所述的反滲透膜以每天每平方英尺至少15加侖的產(chǎn)率(流量)制備所述產(chǎn)品流。
27.如權(quán)利要求3的方法，其中所述制備的產(chǎn)品流的量與所述提供的給水流的量的比為約75％或更高。
28.如權(quán)利要求3的方法，其中所述制備的產(chǎn)品流的量與所述提供的給水流的量的比為約80％或更高。
29.如權(quán)利要求3的方法，其中所述制備的產(chǎn)品流的量與所述提供的給水流的量的比為約85％或更高。
30.如權(quán)利要求3的方法，其中所述制備的產(chǎn)品流的量與所述提供的給水流的量的比為約90％或更高。
31.如權(quán)利要求3的方法，其中所述制備的產(chǎn)品流的量與所述提供的給水流的量的比為約95％或更高。
32.如權(quán)利要求1的方法，其在權(quán)利要求1的步驟(a)之前，還包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理步驟，其中所述的預(yù)處理步驟選自(a)介質(zhì)過濾，(b)筒式過濾，(c)超濾，(d)鈉濾，(e)氧化劑去除，(f)軟化，(g)陽離子交換，(h)脫氣和(i)除氧。
33.如權(quán)利要求32的方法，其中所述的陽離子交換預(yù)處理步驟包括弱酸陽離子交換。
34.如權(quán)利要求32的方法，其中所述的陽離子交換預(yù)處理步驟包括強(qiáng)酸陽離子交換。
35.如權(quán)利要求32的方法，其中所述的氧化劑去除預(yù)處理步驟包括向所述給水中加入焦亞硫酸鈉。
36.如權(quán)利要求32的方法，其還包括在再生所述陽離子交換系統(tǒng)中利用所述廢料流的步驟。
37.如權(quán)利要求33的方法，其還包括使用所述廢料流作為酸源來再生所述弱酸陽離子交換系統(tǒng)的步驟。
38.如權(quán)利要求34的方法，其還包括使用所述廢料流作為酸源來再生所述強(qiáng)酸陽離子交換體系的步驟。
39.一種在膜分離設(shè)備中處理給水流以得到含較少溶解物的產(chǎn)品流和含較高溶解物的廢料流的方法，其中所述的膜分離設(shè)備包括至少一個(gè)具有膜分離器的單元，其中所述方法包括(a)提供其中含溶解物的給水流；(b)如果需要，調(diào)整所述給水流的pH值以確保在所述給水流中至少存在一定的游離無機(jī)酸度來制備預(yù)處理給水流；(c)將上述(b)步驟得到的所述預(yù)處理給水流通過所述的膜分離設(shè)備，所述的預(yù)處理給水流具有預(yù)先選擇的pH值，所述的膜分離設(shè)備主要阻止至少某些溶解的物種通過，以濃縮所述預(yù)處理給水至所述預(yù)先選擇的濃度倍數(shù)，以制備(i)含較多溶解物的廢料流，其pH值低于所述預(yù)處理給水流的pH，和(ii)含較少溶解物的產(chǎn)品流，其pH值高于所述預(yù)處理給水流的pH。
40.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求39的方法，其中在所述給水流中的所述溶解物包括至少一種在沒有游離無機(jī)酸度存在的條件下造成膜污染的成分。
全文摘要
一種通過膜分離設(shè)備(圖2)處理水的方法。給水(10)被保持或調(diào)節(jié)至pH為4.3或更低，并被送入膜分離系統(tǒng)。以這種方式，如TOC類物種變得更加離子化，且(a)經(jīng)過膜分離方法其廢料明顯增加，(b)其在從膜處理過程流出的廢料流中的溶解度明顯增加。TOC的通過明顯降低。對大多數(shù)給水可實(shí)現(xiàn)80％或更高的回收率，同時(shí)膜分離設(shè)備的清潔頻率大大降低。該方法特別適用于制備高純水(54)。
文檔編號B01D61/04GK1625433SQ02828896
公開日2005年6月8日 申請日期2002年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者德巴斯什·穆霍帕德黑 申請人:德巴斯什·穆霍帕德黑