浸沒(méi)式板式正滲透系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】浸沒(méi)式板式正滲透系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)，其基于2012年7月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)61/667, 375并且要求該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容據(jù)此通過(guò)引用并入。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及正滲透工藝。正滲透(FO)是相對(duì)新的膜技術(shù)，其具有與其他滲透膜系統(tǒng)極其不同的要求和性能。與為壓力驅(qū)動(dòng)工藝的反滲透(RO)相反，F(xiàn)O是基于擴(kuò)散的工藝并且需要提取液以及將被濃縮的進(jìn)料液。在FO中，水通過(guò)高度選擇性膜從較低濃度的流體擴(kuò)散至較高濃度的溶液即擴(kuò)散至提取液內(nèi)。兩個(gè)流體流(提取液和進(jìn)料液)的需求使FO工廠的設(shè)計(jì)比壓力驅(qū)動(dòng)工藝更復(fù)雜。
[0004]發(fā)明概述
[0005]本文中描述的是浸沒(méi)式板式膜裝置及利用浸沒(méi)式板式膜裝置的工藝。該裝置意圖用于正滲透工藝，具體地用于濃縮各種工藝流。更具體地，該裝置設(shè)計(jì)成在池中使用?？梢岳霉_(kāi)的裝置和工藝濃縮的進(jìn)料流的具體示例包括鹽水、海水、鉆井泥漿、廢水、生物沼渣及類似物。本文中描述的工藝和裝置對(duì)于使太陽(yáng)能蒸發(fā)池和鉆井泥漿池的內(nèi)容物脫水以及因此濃縮該內(nèi)容物是有用的。
[0006]附圖簡(jiǎn)述
[0007]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置的透視圖。圖1B是第一側(cè)(前面)示意性透視圖，且圖1C是第二側(cè)(后面)的示意性透視圖，各自顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置的橫截面，示出了該裝置的部件層。圖1D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置的分解圖。
[0008]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置的左側(cè)或右側(cè)的示意性側(cè)視圖。圖2B是俯視圖，且圖2C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置的仰視圖。
[0009]圖3A示出了部分地浸沒(méi)于池中的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置，且圖3B示出了完全地浸沒(méi)于池中的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置。
[0010]發(fā)明詳細(xì)描述
[0011]本發(fā)明涉及用于利用正滲透(“F0”)處理某種工藝流的裝置和工藝，所述工藝流傾向于非常難以加工，這是因?yàn)樗鼈儗?duì)于滲透膜是高度污染的并且具有高滲透勢(shì)。通過(guò)本發(fā)明處理的示例性工藝流是鹽水蒸發(fā)池中的鹽水溶液、從其他工藝產(chǎn)生的鹽水溶液、尾礦、鉆井泥漿、通過(guò)生物反應(yīng)處理的工業(yè)廢水等等。在這些情況下，膜通量通常遠(yuǎn)低于反滲透(“R0”)工藝?yán)绾Ｋ械玫降哪ね俊Ｒ虼?，反映RO系統(tǒng)的膜通量的膜元件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得不適當(dāng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)成利用FO處理當(dāng)前將廢棄的現(xiàn)有的工藝流、廢水，或其中工藝流的濃度對(duì)于生產(chǎn)有益產(chǎn)品是必要的。
[0012]本發(fā)明的裝置包括依靠浸沒(méi)式板的膜元件構(gòu)造?？梢岳帽景l(fā)明的裝置和工藝處理的進(jìn)料液的類型的非限制性示例包括從天然氣鉆井產(chǎn)生的鉆井泥漿、尾礦和鹽水太陽(yáng)能蒸發(fā)池中的鹽水。
[0013]膜元件板式裝置通過(guò)使其完全地或部分地浸沒(méi)于容納待加工或濃縮的進(jìn)料液的池或容器內(nèi)來(lái)使用。優(yōu)選地，裝置完全地浸沒(méi)于進(jìn)料液的表面下方。雖然對(duì)于在池或容器中待栗送或另外循環(huán)的進(jìn)料液是不必要的，但是可以任選地采用某些循環(huán)方法。
[0014]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置的透視圖。在該實(shí)施方式中，示出了裝置2的第一側(cè)或第一面(相反側(cè)大體上是第一側(cè)的鏡像)。圖1A示出了膜23和夾具48，膜23與進(jìn)料液接觸，夾具48沿著周邊用于將膜23和26 (膜26未示出)保持到下部支撐板20。螺釘50有助于使夾具固定至膜和支撐板。另外示出的是提取液進(jìn)口 44和提取液出口 46，它們分別用于將提取液引入裝置并且用于使稀釋的提取液離開(kāi)裝置。
[0015]當(dāng)使用裝置2時(shí)，提取液進(jìn)口 44和提取液出口 46中的每一個(gè)經(jīng)由管、管道或其他導(dǎo)管連接，所述管、管道或其他導(dǎo)管通過(guò)進(jìn)口 44將相對(duì)濃縮的提取液輸送至裝置內(nèi)，并且通過(guò)出口 46將相對(duì)稀釋的提取液從裝置輸送出去。相對(duì)濃縮的提取液被輸送至提取液進(jìn)口內(nèi)，提取液進(jìn)口橫穿(經(jīng)過(guò))夾具48。提取液接下來(lái)與裝置的所有層接觸，并且前進(jìn)通過(guò)提取液隔離物并且經(jīng)由提取液出口 46離開(kāi)裝置。提取液出口 46也橫穿(穿過(guò))夾具。在可選擇的實(shí)施方式中，當(dāng)除夾具之外的工具用于固定例如焊接膜和支撐板時(shí)，提取液進(jìn)口和出口從裝置2的內(nèi)部橫穿至裝置的外部。
[0016]圖1A中還示出的是任選的把手52，把手52有助于移動(dòng)并安放裝置2。
[0017]如圖1B和IC所示，浸沒(méi)式板式FO元件裝置2包括大體上平的主體，所述主體包括若干層。圖1B和IC不按尺寸繪制，以便示出組裝在一起的各層，并且因此，構(gòu)成裝置的各層被示出為比它們實(shí)際上厚的多。裝置2具有第一大體上平的面10和第二大體上平的面11，每個(gè)第一平的面和第二平的面具有:第一側(cè)12和第二側(cè)13，其中第一側(cè)和第二側(cè)大體上彼此平行；第三側(cè)14和第四側(cè)15，其中第三側(cè)14和第四側(cè)15大體上彼此平行，并且第一側(cè)12和第二側(cè)13大體上垂直于第三側(cè)14和第四側(cè)15。
[0018]圖1D示出裝置2的實(shí)施方式的分解圖，但是未示出提取液進(jìn)口和出口。如圖1D所示，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，裝置2包括布置成彼此鄰近的層的以下元件:
[0019]支撐物或板20，其包括大體上平的主體并且具有第一面21和第二面22 (面22是相對(duì)的面21);圖1D示出了支撐物的第一面21，但是第二面22不可見(jiàn)；
[0020]第一膜23，其包括大體上平的主體并且具有第一面24和第二面25 (面24是相對(duì)的面25);圖1D示出了第一面24，但是第二面25不可見(jiàn)；
[0021]第二膜26，其包括大體上平的主體并且具有第一面27和第二面28 (面27是相對(duì)的面28);圖1D示出了第一面27，但是第二面28不可見(jiàn)；
[0022]第一提取液隔離物29，其安置于支撐物20和第一膜23之間，并且界定第一提取液通道30 ;和
[0023]第二提取液隔離物31，其安置于支撐物20和第二膜26之間，并且界定第二提取液通道32。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的正滲透膜裝置具有板式構(gòu)造并且包括以下部件:
[0025]大體上平的膜支撐物，其具有第一側(cè)和第二側(cè)；
[0026]第一大體上平的膜，其以大體上平行的方式附接至支撐物的第一側(cè)；
[0027]第二大體上平的膜，其以大體上平行的方式附接至支撐物的第二側(cè)；
[0028]第一提取通道，其在支撐物的第一側(cè)和第一膜之間，該第一提取通道具有進(jìn)口側(cè)和出口側(cè)；
[0029]第二提取通道，其在支撐物的第二側(cè)和第二膜之間，該第二提取通道具有進(jìn)口側(cè)和出口側(cè)；
[0030]其中膜的周邊被夾住、焊接或粘附至支撐物；和
[0031]提取液進(jìn)口，其與第一提取通道和第二提取通道的進(jìn)口側(cè)相連通；和提取液出口，其與第一提取通道和第二提取通道的出口側(cè)相連通。
[0032]提取通道可以例如通過(guò)壓花由形成于支撐物中的通道或凹部形成?？蛇x擇地，提取通道可以由夾在并且固定在膜中的每一個(gè)和支撐物之間的織物網(wǎng)眼組成。更具體地，提取液隔離物被夾在膜23、26中的每一個(gè)和支撐物20之間，從而在支撐物和膜之間形成通道，當(dāng)膜元件板式裝置在使用中時(shí)，提取液流過(guò)該通道。
[0033]支撐物20包括固塑性膜支撐物，其中膜被固定至塑料。塑性支撐物的厚度通常為約Icm至約2cm，并且由剛性的、可模制的、抗生物性塑料例如ABS或PVC制成。提取液進(jìn)口和出口或端口提供將提取液引入裝置并從裝置引出來(lái)的方式。
[0034]膜23和26的周邊通過(guò)夾具、或更優(yōu)選地通過(guò)粘合劑或熱焊接被附接至支撐板20。提取液經(jīng)由裝置2的底側(cè)12處的提取液入口 44被引入隔離物29和31。提取液經(jīng)由裝置的頂側(cè)13處的提取液出口 46離開(kāi)裝置2。通常，隔離物29和31由用于RO滲透隔離物的織物的類型組成，并且厚度小于約0.5_。提取液進(jìn)口和出口通常具有約3_或更少的內(nèi)徑，然而其他尺寸是可能的。重要的是，提取液進(jìn)口和出口不干擾膜的周邊密封，以便防止進(jìn)料液除通過(guò)膜23、26之外進(jìn)入裝置2。提取液通過(guò)隔離物的速度通常小于約5cm/秒。
[0035]膜元件板式裝置通過(guò)使其浸沒(méi)至含水的工藝流產(chǎn)物的池或容器內(nèi)來(lái)操作。池或容器內(nèi)的物質(zhì)被稱作進(jìn)料液。進(jìn)料液可以是濃縮的海水、污水、鉆井泥漿或需要除去水的其他含水流體。
[0036]用于在池中濃縮進(jìn)料液的工藝，包括以下步驟:
[0037](a)將正滲透膜板式裝置浸沒(méi)在池中，所述正滲透膜板式裝置包括大體上平的主體并且包括:大體上平的支撐物，其具有第一側(cè)和第二側(cè)；第一大體上平的膜，其以大體上平行的方式附接至支撐物的第一側(cè)；第二大體上平的膜，其以大體上平行的方式附接至支撐物的第二側(cè)；第一提取通道，其在支撐物的第一側(cè)和第一膜之間，該第一提取通道具有入口和出口 ；和第二提取通道，其在支撐物的第二側(cè)和第二膜之間，該第二提取通道具有入口和出口 ；和
[0038](b)將提取液的流引入提取通道的進(jìn)口內(nèi)并且從提取通道的出口除去提取液的流；
[0039]其中來(lái)自進(jìn)料液的水通過(guò)FO移動(dòng)至提取液內(nèi)，從而濃縮進(jìn)料液。
[0040]提取液流優(yōu)選地通過(guò)在提取通道的出口處對(duì)提取液施加負(fù)壓來(lái)提供。
[0041]可以與該裝置和工藝一起使用的池的類型的示例包括太陽(yáng)能蒸發(fā)池、鉆井泥漿池、廢水容納池、尾礦池和生物沼渣廢物池。在圖3A和3B中，示出了池，一個(gè)裝置2浸沒(méi)于該池內(nèi)。池中的進(jìn)料液指示為元件42，且容納進(jìn)料液的池的表面指示為元件40。
[0042]在使用中，如圖3A所示，裝置被部分地浸沒(méi)于池內(nèi)，以致裝置的大部分在池中的進(jìn)料液的表面的下方。然而，如圖3B所示，裝置優(yōu)選完全地浸沒(méi)于池中的進(jìn)料液的表面的下方。裝置可以通過(guò)浮力漂浮被支撐在表面的下面或者可以安放在池底部。
[0043]附圖中未示出的是用于使裝置2保持在適當(dāng)位置的支撐物、或提取液通過(guò)其流入和流出提取液通道的管道或其他導(dǎo)管。
[0044]雖然圖3A和3B中的每一個(gè)中僅示出了根據(jù)本發(fā)明的單一膜元件板式裝置，但是更