本發(fā)明的目的在于利用反滲透的過飽和熱水的脫鹽方法。
背景技術(shù)：
：反滲透是從地表水或地下水、尤其是從含鹽海水制備飲用水的最常用方法中的一種。因此存在多種設(shè)備用于利用反滲透處理這些過飽和熱水，尤其是在沙特阿拉伯。這些設(shè)備迄今均根據(jù)以下的一系列步驟來設(shè)計：1、在潛水層中泵唧，2、通過通風冷卻裝置進行冷卻以將水溫降低到反滲透膜可接受的水平，3、任選地，結(jié)合了去碳酸化和/或軟化和/或脫硅和/或除鐵的補充步驟，以提高反滲透效率，4、然后，在一個或兩個階段中的過濾步驟，以攔住會帶來反滲透膜堵塞風險的較細顆粒，5、注入所謂“螯合劑”的化學試劑，以提高反滲透效率，6、具有通常為5-10微米的標稱截止閥值(但根據(jù)設(shè)計選擇可以在這個范圍之上或者之下)的筒式過濾器的步驟，這個步驟的作用在于進行保護以免于偶然到達的懸浮物質(zhì)，7、最后，反滲透步驟，其使得能夠?qū)⑺擕}至其目標用途所需的水平。當然可以考慮使用沒有CO2損失的熱交換器，但這類裝置遠貴于開放通風冷卻裝置(其提取一部分的待處理水以獲得所希望的冷卻)并且因此一旦處理流量大于幾個m3/h就變得經(jīng)濟上不可行。為了限制或者避免碳酸鹽沉淀，有時進行的操作是在冷卻塔的上游注入酸和/或螯合劑，并且這些同樣的酸和螯合劑有時作為補充物也在過濾的上游注入。在這兩種情況下，這類試劑添加的目的在于降低在冷卻塔和過濾器中經(jīng)過時的沉淀潛力，并且因而保護這些裝置免于物質(zhì)的有害累積。但這些解決方案具有與在這些熱水中存在的某些離子的沉淀相關(guān)的重大缺陷。這是因為，這些水是地下來源的，尤其來源于地下儲水層(réservoirsaquifères)中所包括的含水層(nappes)。這些天然水是含鹽的并且可包含大量的懸浮物質(zhì)。而且，到達冷卻塔的這些熱水(>40-45℃)來自于深潛水層并且相比于地表天然水因而通常具有低pH(通常低于7.5)并且因而具有可變但高的CO2含量。這些水還包含可變但顯著量的鈣離子(Ca2+)和碳酸氫根離子(HCO3-)。它們因而象所有天然水一樣符合所謂鈣-碳(calco-carbonique)的平衡，所述平衡按照已知的平衡定律決定離子Ca2+、HCO3-、CO32-、H+、OH-以及物質(zhì)CO2和CaCO3之間的平衡，每種由常數(shù)控制并且可由以下的簡化方程式表示：[1]CO2+OH-<＝>HCO3-[2]HCO3-<＝>H++CO32-[3]Ca2++CO32-<＝>CaCO3因此，當在通風冷卻裝置中經(jīng)過時，CO2的損失引起pH升高，這超出了平衡pH。為了在這些新條件下恢復平衡狀況，水將傾向于根據(jù)[2]由碳酸氫根離子HCO3-產(chǎn)生碳酸根離子CO32-。但這種額外的碳酸根則可導致平衡[3]向著出現(xiàn)碳酸鈣CaCO3的方向移動，而碳酸鈣是不可溶的并且因而會發(fā)生沉淀。而且，向缺乏氧的這種水中供應氧會導致鐵的氧化和快速沉淀，所述鐵通常以可變量存在，可一直到幾個mg/l。如果僅鐵沉淀，那么其很大部分會被塔中的水沖洗，但當碳酸鈣沉淀時，鐵沉淀物往往會加入其中，由此進一步提高了冷卻塔中的堵塞負荷。在冷卻塔的交換結(jié)構(gòu)中沉淀物的沉淀和累積具有兩個主要缺陷：1、該結(jié)構(gòu)的重量增加，這是最嚴重的后果；該結(jié)構(gòu)如果不及時清潔的話甚至會破裂。這種周期性的清潔降低了系統(tǒng)的可利用性。2、冷卻效率的損失，這可能必須要降低設(shè)備的流量。在過濾器中的沉淀物的沉淀和累積導致：1、可移動裝置(如閥、泵)的阻塞，2、過濾材料的結(jié)塊，這損害了其過濾能力及其每日的自動清洗，以及3、堵塞物質(zhì)的累積，這降低了循環(huán)持續(xù)時間并且使引向反滲透單元的水的水質(zhì)劣化。塔上游的酸化有時被用于減少初始存在的碳酸氫根并且因而降低形成碳酸根的潛力。但是，當使用典型地包含3毫當量碳酸氫根的水時，這將代表可達110mg/l的HCl或者接近300mg/l的38％商業(yè)酸的鹽酸消耗，這代表了顯著的運行成本以及存儲困難。而且，下游反滲透系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化(回收)非常少從這種去除操作獲益，因為鈣的含量并沒有降低并且由硫酸鈣導致的沉淀風險則對于反滲透回收來說仍是限制性因素。有時還使用螯合劑產(chǎn)品，其將限制或者延遲冷卻塔中的沉淀。但這種產(chǎn)品相當昂貴，其在此場所的應用仍然是憑經(jīng)驗的，并且其可由于劣化從過濾器中移除懸浮物質(zhì)的效率而在過濾方面具有有害的副作用。對于該螯合劑產(chǎn)品來說還可能在與冷卻塔中的交換物質(zhì)或者與過濾器中的過濾物質(zhì)接觸時喪失其效力，這造成了對這些系統(tǒng)有害的后沉淀。因此，迄今所采用的方法的主要缺陷因而是：1、冷卻塔中以及隨后的過濾步驟中的鐵和碳酸鈣的大沉淀風險，2、由于累積的沉淀物所導致的塔的冷卻效率的損失，3、冷卻塔的維護頻率大增，這導致其加速磨損和可利用性的損失，4、如果不及時進行維護的話則存在冷卻塔機械損害的風險，5、由于在環(huán)循過程中累積的沉淀物所導致的過濾步驟的性能損失，6、過濾介質(zhì)結(jié)塊、過濾器的閥阻塞以及過濾器傳感器的堵塞和失活的風險，7、反滲透膜的提高的污泥風險，以及8、用來限制或消除沉淀的試劑的高成本。因而需要提供下述這樣的方法，該方法使得能夠減少甚至避免在冷卻塔的交換結(jié)構(gòu)中以及在過濾器中的沉淀物的沉淀和累積。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過取消反滲透之前的冷卻步驟，沉淀風險被極大地降低，甚至被消除。因此，本發(fā)明的目的在于溫度為40℃-80℃、有利地為40-60℃的過飽和熱水的脫鹽方法，包括使所述熱水與耐受40℃-80℃的溫度的反滲透膜接觸，而無預先的冷卻步驟。出于本發(fā)明的目的，“過飽和熱水”被理解為是指地下來源的水，尤其來源于地下儲水層中所包括的含水層，并且其主要特征為：-大于35℃、優(yōu)選40℃-80℃的溫度，-含鹽性質(zhì)，也即選自下列鈣、鎂、鈉、鉀、碳酸根、碳酸氫根、氯根、硫酸根或其混合物的離子的總和大于500mg/l，并且-高CO2含量，賦予其小于7.5并且優(yōu)選小于7的平衡pH。任選地，這些水還包含選自下列的化合物：-大于50μg/l的鐵含量，-大于25μg/l的錳含量，-大于10mg/l的二氧化硅含量，-含量大于10μg/l的膠體形式或者硫化氫形式的硫，-一種或多種放射性核素，例如鐳或鈾，使得總α活性大于0.5Bq/l，或者-其混合物，以高含量地。舉例來說，含鹽性質(zhì)的超飽和熱水具有以下特性：溫度＝60℃鈣＝360mg/lCO2＝60mg/lpH＝6.7HCO3＝190mg/l鐵＝3mg/l錳＝200μg/l二氧化硅＝15mg/l總α活性≥0.5Bq/l該熱水與反滲透膜的接觸可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何技術(shù)進行。該水例如可被泵唧并且經(jīng)由管道引至該膜。根據(jù)本發(fā)明，在該方法中采用的反滲透膜可以是耐受40-80℃的溫度的任意反滲透膜，尤其是基于聚酰胺和聚砜的膜。在本發(fā)明的一種有利實施方案中，從井中抽取的原水被引至反滲透膜上，而沒有壓力損失，以避免CO2的損失。在本發(fā)明的一種有利實施方案中，該方法包括來自該反滲透的經(jīng)脫鹽滲透物的冷卻步驟。由此則沒有任何沉淀風險，而與冷卻技術(shù)無關(guān)。在本發(fā)明的一種有利實施方案中，該方法可包括在該熱水與反滲透膜的接觸之前的去除懸浮物質(zhì)的步驟或者添加螯合劑的步驟，或者二者。在原水包含由鉆井獲得的懸浮物質(zhì)或者存在包含由鉆井獲得的懸浮物質(zhì)的風險的情況下將需要去除懸浮物質(zhì)的步驟，而螯合劑的添加可以提高通過反滲透的過濾步驟的效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉根據(jù)其常識并且根據(jù)待處理水的類型來選擇所需的額外步驟。在本發(fā)明的另一有利實施方案中，如果原水的壓力不足以確保膜所需的性能，則該熱水可在與反滲透膜接觸之前通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何措施(例如通過使用泵)進行加壓。在另一實施方案中，冷卻塔位于反滲透膜的下游，從而降低了與冷卻塔的結(jié)垢有關(guān)的運行成本，而且另外由于所述塔在其流量小于供料流量的滲透物的線路上的定位而降低了投資成本。有利地，在熱水包含鐳的情況下，此實施方案允許在反滲透膜上保留放射性核素，尤其是鐳或鈾。該滲透的滲透物的這種冷卻可避免氡污染環(huán)境空氣，而氡是一種由鐳226的裂變獲得的高度不穩(wěn)定的元素。除了這些經(jīng)濟優(yōu)勢之外，這種布置還具有消除氡污染大氣的風險，因為元素鐳和氡在滲透物經(jīng)過冷卻塔之前將會被反滲透膜留住。通過使用本發(fā)明的方法，對于具有以下特性的鉆井水來說：·pH6.7·碳酸氫根190mg/lHCO3-·鈣130mg/lCa2+·CO260mg/l·溫度50℃，該反滲透將能夠以75％的轉(zhuǎn)化率工作，這與利用如上所述的目前的方法所獲得的轉(zhuǎn)化率相同，但對于在站出口處的相同產(chǎn)品水流量來說，冷卻塔將僅具有在針對相同恢復溫度的目前方法中的塔尺寸的75％。附圖說明為了進一步說明本發(fā)明的方法，下面將描述一種實施模式。當然要指出的是，這僅是一個實施例，完全沒有任何限制性含義。在此描述的過程中，將參考附圖1，附圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的方法的各步驟的圖。具體實施方式從井(1)抽取的原水通過泵(圖中未示出)被立即引向反滲透系統(tǒng)(2)，而沒有壓力破壞，以便避免損失CO2。后者幾乎完全穿過該膜到滲透物(產(chǎn)品水側(cè))。在反滲透系統(tǒng)的上游，壓力計(M)測量離開井的原水的出口壓力。滲透物然后被冷卻到希望的溫度并且被引向存儲槽(3)，然后被運送到使用地點。根據(jù)本發(fā)明的方法的主要應用在于處理具有碳酸鈣過飽和潛力的熱的深層天然水。不過，這種方法也可應用于生產(chǎn)：·用于人類消費的水，·用于供應工業(yè)方法的水，例如洗滌水，在生產(chǎn)制造品時所涉及的水，用于供應鍋爐的水等，以及，·用于灌溉的水。最后，這種方法還可應用于處理來自于工業(yè)生產(chǎn)方法(該工業(yè)生產(chǎn)方法為大于40-45℃的水帶來碳酸鈣過飽和潛力)的水，如果希望再循環(huán)該水、從其回收成分或者在排放之前對其進行處理的話。相比于如上所述的迄今使用的方法，根據(jù)本發(fā)明的方法兼具多種優(yōu)點：·消除在所有步驟中的沉淀風險，·對于相同生產(chǎn)率來說更小尺寸的冷卻塔，因為只處理生產(chǎn)的滲透物(鹽水排放物當然可被熱排放)，·更小尺寸的冷卻塔，因為僅與工廠出口處所要求的溫度相關(guān)聯(lián)的所需冷卻得以減少，·沒有冷卻塔堵塞的風險，并且因而具有最大的可利用性和有限的維護成本，·反滲透上游的過濾步驟是無意義的，因為不再有懸浮物質(zhì)要被去除，因而使得投資和運行成本顯著降低。該步驟僅可在直接從鉆井獲得的原水中懷疑有懸浮物質(zhì)時才保留，·無化學去除碳酸氫根(通過計量加入酸)并且不需要降低冷卻塔中和過濾步驟過程中的沉淀風險(通過應用螯合劑)，因而使得顯著節(jié)約運行成本。當前第1頁1 2 3