使用電滲析從鹽水中除去礦物質(zhì)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】提供一種用阻垢劑處理包含多種礦物質(zhì)的鹽水流的方法。所述鹽水流由廢水處理系統(tǒng)提供。所述方法還包括將所述經(jīng)過處理的鹽水引導至第一納米過濾以由所述經(jīng)過處理的鹽水產(chǎn)生NF滲透流和NF非滲透流；將所述第一NF非滲透流引導至設置在下游的礦物質(zhì)除去系統(tǒng)并且從所述第一NF非滲透流除去所述多種礦物質(zhì)以產(chǎn)生第一溢出流。所述第一溢出流包含所述多種礦物質(zhì)的至少一部分。所述方法還包括使所述第一溢出流的一部分到達鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)產(chǎn)生系統(tǒng)。所述方法進一步包括將所述第二鹽水流引導至設置在所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)并且與所述第二NF系統(tǒng)流體聯(lián)接的第一電滲析(ED)系統(tǒng)。所述第一ED系統(tǒng)可由所述第二鹽水流產(chǎn)生HCl和NaOH。
【專利說明】使用電滲析從鹽水中除去礦物質(zhì)的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請受益于2013年11月25日提交的標題為“System for Removing Mineralsfrom a Brine Using Electrodialysis”的美國臨時專利申請?zhí)?1/908,318以及2014年 10月10日提交的標題為“Mineral Recovery System”的美國臨時專利申請?zhí)?2/062,657的優(yōu)先權(quán)，這兩個臨時專利申請以全文引用的方式并入本文中。
[0003]背景
[0004]本文所公開的主題大體上涉及礦物開采且更具體地說使用電滲析從鹽水中除去礦物質(zhì)的系統(tǒng)和方法。
[0005]在美國(例如，美國西南部，包括新墨西哥州、加利福尼亞州南部以及德克薩斯州的部分)和全世界有若干區(qū)域部分歸因于這些地理位置的干旱氣候而經(jīng)歷飲用水供應不足。因為水源有限，所以對創(chuàng)新技術(shù)和用于飲用水與農(nóng)業(yè)兩者的替代供水的需要為重要的。用于獲得替代飲用水源的一種方法使用脫鹽系統(tǒng)來產(chǎn)生飲用水。
[0006]脫鹽工藝涉及從海水、農(nóng)業(yè)徑流水以及/或者含鹽地下水鹽水中除去鹽來產(chǎn)生飲用水。脫鹽可使用一類過濾法(諸如納米過濾和反滲透)來將原料流分離成脫鹽水流和尾流。尾流可含有各種鹽和在脫鹽工藝之后留下的其他物質(zhì)。實際上，通過脫鹽來處理所產(chǎn)生的尾流可能導致土壤退化和地下水污染。因此，尾流的替代和創(chuàng)新的用途可使得處理尾流的不希望的結(jié)果減少。
[0007]—種此類替代用途涉及處理尾流以除去有價值的礦物質(zhì)。特定而言，內(nèi)陸含鹽水和海水可能富含硫酸鹽、鎂、鈣以及其他礦物質(zhì)。主要呈石膏形式的硫酸鹽具有多種商業(yè)用途，包括但不限于建筑材料(例如，干壁或石膏纖維板(sheetrock))、護膚霜、洗發(fā)劑以及牙印模膏劑。此外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可使用石膏作為肥料和/或土壤調(diào)節(jié)劑。還可以氧化鎂(例如，氧化鎂)形式提取鎂，其由于其防火能力用于耐火材料工業(yè)中并且作為瀉藥中的成分用于醫(yī)學領(lǐng)域中。當這些礦物質(zhì)的傳統(tǒng)礦藏被耗盡時，從替代來源提取它們的能力代表有價值的商業(yè)機會以及用于減小由含鹽量高的廢物流處理所引起的環(huán)境影響的手段。
[0008]用于除去礦物質(zhì)的現(xiàn)有程序常常展現(xiàn)次佳的效率。舉例來說，蒸發(fā)池需要大面積的陸地并且常常產(chǎn)生具有極小商業(yè)價值的低純度混合鹽。此外，由蒸發(fā)工藝產(chǎn)生的廢混合鹽固體可浸出到地下水供給系統(tǒng)中。其他提取方法涉及處理含鹽水或海水脫鹽設備中產(chǎn)生的尾流。然而，對于尾流來說，當前的采礦程序可能不會有效地發(fā)揮作用。
[0009]如上文所描述，脫鹽系統(tǒng)可采用納米過濾和反滲透中的一種或其組合來促進脫鹽和除去工藝。在最初分離飲用水流與尾流之后，可通過礦物質(zhì)除去系統(tǒng)進一步處理尾流。舉例來說，可執(zhí)行各種沉淀技術(shù)來促進從溶液中除去所溶解的礦物質(zhì)。然而，尾流中的高鹽濃度可能增加許多這些有價值的礦物質(zhì)的溶解度并且因此降低這些礦物質(zhì)可能沉淀析出的效率。未充分除去這些礦物質(zhì)可能對礦物質(zhì)除去系統(tǒng)本身具有負面影響。舉例來說，未完全除去石膏可能導致過濾和/或反滲透膜結(jié)垢，由此降低這些膜的壽命和滲透通量。頻繁更換和修復此類礦物質(zhì)除去系統(tǒng)組件，除欠佳的提取效率之外，還可能導致增高的礦物質(zhì)除去成本，從而促成對進一步優(yōu)化礦物質(zhì)除去系統(tǒng)的需要。
[0010]此外，現(xiàn)有程序可能不足以從礦物質(zhì)中移除雜質(zhì)。此類雜質(zhì)(包括砷、硼酸以及二氧化硅)的無效移除可能在除去的礦物質(zhì)中產(chǎn)生不希望的雜質(zhì)并且由于膜結(jié)垢而降低礦物質(zhì)除去設備的生產(chǎn)率。因此，改善的礦物質(zhì)除去系統(tǒng)可促成更高純度的有價值礦物質(zhì)，減少雜質(zhì)，增加效率，并且增加礦物質(zhì)除去系統(tǒng)的組件的壽命。
[0011]概述
[0012]在第一實施方案中，一種方法包括用阻垢劑處理包含多種礦物質(zhì)的第一鹽水流以產(chǎn)生經(jīng)過處理的鹽水。第一鹽水流由廢水處理系統(tǒng)提供。所述方法還包括將經(jīng)過處理的鹽水引導至設置在廢水處理系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的第一納米過濾(NF)系統(tǒng)，從而在第一NF系統(tǒng)中由經(jīng)過處理的鹽水產(chǎn)生第一NF滲透流和第一NF非滲透流，將第一NF非滲透流引導至設置在第一 NF系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的礦物質(zhì)除去系統(tǒng)，并且從第一 NF非滲透流中除去所述多種礦物質(zhì)，以在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)中產(chǎn)生第一溢出流。第一溢出流包含所述多種礦物質(zhì)的至少一部分。所述方法還包括使第一溢出流的第一部分到達設置在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)產(chǎn)生系統(tǒng)。HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)包括第二 NF系統(tǒng)，其可接收第一溢出流的第一部分并且可由第一溢出流的第一部分產(chǎn)生第二鹽水流。所述方法進一步包括將第二鹽水流引導至設置在HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)并且與第二 NF系統(tǒng)流體聯(lián)接的第一電滲析(ED)系統(tǒng)。第一 ED系統(tǒng)可由第二鹽水流產(chǎn)生HCl和NaOH。
[0013]在第二實施方案中，一種系統(tǒng)包括第一納米過濾(NF)系統(tǒng)，其可由來自水處理系統(tǒng)的第一鹽水流產(chǎn)生第一NF滲透流和第一NF非滲透流；以及設置在第一納米過濾系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的礦物質(zhì)除去系統(tǒng)。礦物質(zhì)除去系統(tǒng)可接收第一 NF非滲透流并且輸出溢出流。所述系統(tǒng)還包括鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括設置在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的第二NF系統(tǒng)；以及第一電滲析(ED)系統(tǒng)。第二NF系統(tǒng)可接收來自礦物質(zhì)除去系統(tǒng)的溢出流以產(chǎn)生第二鹽水流，而第一 ED系統(tǒng)可接收第二鹽水流以產(chǎn)生HCl和NaOH。
[0014]在第三實施方案中，一種系統(tǒng)包括鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括可由第一鹽水流產(chǎn)生NF滲透流和NF非滲透流的納米過濾(NF)系統(tǒng)；以及在NF系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的第一電滲析(ED)系統(tǒng)。第一 ED系統(tǒng)可接收NF滲透流并且可產(chǎn)生第二鹽水流。所述系統(tǒng)還包括流體聯(lián)接至HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)并且可輸出第一鹽水流的礦物質(zhì)除去系統(tǒng)。礦物質(zhì)除去系統(tǒng)包括可從在廢水處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的第三鹽水流中除去礦物質(zhì)的礦物質(zhì)除去部分。礦物質(zhì)除去系統(tǒng)還包括流體聯(lián)接至礦物質(zhì)除去部分和NF系統(tǒng)的溢流罐。溢流罐可接收來自礦物質(zhì)除去部分的溢出流并且可將至少一部分溢出流引導至NF系統(tǒng)以產(chǎn)生NF滲透流和NF非滲透流。
[0015]在第四實施方案中，系統(tǒng)包括流體聯(lián)接至廢水處理系統(tǒng)的離子交換軟化器。第一離子交換軟化器可接收來自廢水處理系統(tǒng)的第一鹽水流并且從第一鹽水流中除去多種礦物質(zhì)以產(chǎn)生包括所述多種礦物質(zhì)的第二鹽水流和第三鹽水流。所述系統(tǒng)還包括設置在離子交換軟化器下游并且可接收第二鹽水流并且產(chǎn)生氯化鈉(NaCl)鹽水流的礦物質(zhì)除去系統(tǒng)；以及設置在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)。酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)包括第一電滲析(ED)系統(tǒng)，其可接收來自礦物質(zhì)除去系統(tǒng)的NaCl鹽水流并且由NaCl鹽水流產(chǎn)生鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)。所述系統(tǒng)還包括第二 ED系統(tǒng)，其設置在離子交換軟化器的下游并且酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)的上游。第二 H)系統(tǒng)流體聯(lián)接至離子交換軟化器以及酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)，并且第二 ED可產(chǎn)生來自第三鹽水流的脫鹽水和ED濃縮流。第二 ED系統(tǒng)可將H)濃縮流引導至酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)。
[0016]在第五實施方案中，一種方法包括將來自水處理系統(tǒng)的廢水鹽水流引導至設置在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)上游的第一離子交換軟化器。廢水鹽水流包括多種礦物質(zhì)。所述方法還包括經(jīng)由第一離子交換軟化器由廢水鹽水產(chǎn)生第一軟化鹽水流和第一氯化物鹽水流。第一氯化物鹽水流包括多種礦物質(zhì)的第一部分，而第一軟化鹽水流包括多種礦物質(zhì)的第二部分。所述方法還包括將第一氯化物鹽水流供應至礦物質(zhì)除去系統(tǒng)以回收多種礦物質(zhì)的第一部分;將第一軟化鹽水流供應至第一電滲析(ED)系統(tǒng)，其可產(chǎn)生第二軟化鹽水流;并且經(jīng)由在第一 ED系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)由第二軟化鹽水流產(chǎn)生鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)。
[0017]在第六實施方案中，一種方法包括經(jīng)由設置在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)上游的離子交換軟化器從第一鹽水流中除去多種礦物質(zhì)。第一鹽水流從廢物處理系統(tǒng)輸出，離子交換軟化器包括樹脂，并且樹脂包含酸部分和中性部分。所述方法還包括使第一鹽水流中的碳酸氫鹽與離子交換軟化器內(nèi)的樹脂的酸部分反應以產(chǎn)生二氧化碳，并且經(jīng)由離子交換軟化器由第一鹽水流產(chǎn)生軟化鹽水流和第二鹽水流。第二鹽水流包括所述多種礦物質(zhì)并且被引導至礦物質(zhì)除去系統(tǒng)，而軟化鹽水流包括二氧化碳并且被引導至可產(chǎn)生脫鹽水的電滲析(ED)系統(tǒng)。
[0018]附圖簡述
[0019]當參考附圖閱讀以下詳細說明時，本公開的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點將變得更好理解，其中在所有圖式中相同的符號表示相同的部件，其中:
[0020]圖1為水處理系統(tǒng)的一個實施方案的框圖，其中根據(jù)本公開的數(shù)個方面，水處理系統(tǒng)包括水除去設備，所述水除去設備具有礦物質(zhì)除去系統(tǒng)和鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)產(chǎn)生系統(tǒng)；
[0021]圖2為圖1的礦物質(zhì)除去設備的一個實施方案的框圖，其中礦物質(zhì)除去設備使用化學添加劑來處理所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)上游的鹽水流；
[0022]圖3為圖2的礦物質(zhì)除去設備的一個實施方案的框圖，其中所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)包括納米過濾(NF)系統(tǒng)、電滲析(ED)系統(tǒng)以及蒸發(fā)器部分；
[0023]圖4為圖3的蒸發(fā)器部分的一個實施方案的框圖，其中蒸發(fā)器部分具有預濃縮蒸發(fā)器；
[0024]圖5為圖1的礦物質(zhì)除去設備的一個實施方案的框圖，根據(jù)本公開的數(shù)個方面，礦物質(zhì)除去設備在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)的上游具有離子交換軟化器；
[0025]圖6為圖5的礦物質(zhì)除去設備的另一實施方案的框圖，其說明根據(jù)本公開的數(shù)個方面的HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng);并且
[0026]圖7為根據(jù)本公開的數(shù)個方面使用圖5和6的水處理系統(tǒng)來除去礦物質(zhì)和產(chǎn)生HCl和NaOH的方法的一個實施方案的流程圖；
[0027]發(fā)明詳述
[0028]以下將描述本公開的一個或多個特定實施方案。試圖提供對這些實施方案的簡明描述，在本說明書可能未描述實際實現(xiàn)方式的所有特征。應了解，在如在任何工程設計或設計項目中開展任何此類實際實現(xiàn)方式時，必須做出許多實現(xiàn)方式特異性決定以實現(xiàn)開展者的特定目標，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務相關(guān)約束，一種實現(xiàn)方式與另一種實現(xiàn)方式之間的特定目標可不同。此外，應了解，此類開展工作可能為復雜并且費時的，但盡管如此對于享有本公開權(quán)益的普通技術(shù)人員來說仍將為進行設計、裝配以及制造的常規(guī)舉措。
[0029]當介紹本發(fā)明的各個實施方案的元素時，冠詞“一個(種)(a/an)”、“該”以及“所述”意在指存在一個(種)或多個(種)所述元素中。術(shù)語“包含”、“包括”以及“具有”旨在為包括性的并且意味著可存在除所列元素外的其它元素。
[0030]如下文詳細論述，所公開的實施方案包括水處理系統(tǒng)(例如脫鹽系統(tǒng))，其被配置成使水(例如海水、農(nóng)業(yè)徑流水以及/或者含鹽地下水)脫鹽并且回收從脫鹽水提取的礦物質(zhì)。在水脫鹽工藝中，使用離子分離系統(tǒng)從否則可能被棄去的尾流(例如，納米過濾和反滲透非滲透流)中提取礦物質(zhì)(例如，鈣、鎂、鈉以及硫酸鹽)。可回收所提取的礦物質(zhì)作為工業(yè)級產(chǎn)品用于商業(yè)用途。在水脫鹽和礦物質(zhì)回收期間，礦物質(zhì)可導致用于使水脫鹽的系統(tǒng)組件(例如，納米過濾(NF)系統(tǒng)、電滲析系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)等)結(jié)垢。這可能部分歸因于停止運作和維護而增加系統(tǒng)的操作成本。舉例來說，可能需要從系統(tǒng)組件移除在系統(tǒng)組件上形成的垢，并且可能需要更換系統(tǒng)膜。因此，可能有利的是溶解和/或移除生垢化合物來緩解系統(tǒng)組件的結(jié)垢。
[0031]圖1為水處理系統(tǒng)10的一個實施方案的框圖，所述水處理系統(tǒng)可使用化學添加劑來緩解在使水脫鹽期間所用的系統(tǒng)組件的結(jié)垢。舉例來說，水處理系統(tǒng)10可為水脫鹽系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、水凈化系統(tǒng)、油和氣鹽水處理系統(tǒng)或任何其他適合的水處理系統(tǒng)的一部分。在所說明的實施方案中，使用水處理系統(tǒng)10來從饋料流產(chǎn)生脫鹽水并且從饋料流中除去礦物質(zhì)。舉例來說，可使用水處理系統(tǒng)10來產(chǎn)生高純度農(nóng)業(yè)級石膏(CaS0.2H20)(例如，以干重計約大于97重量％ (wt% )石膏)、工業(yè)級燒堿(例如，以干重計約大于97的％氫氧化鈉(NaOH))、適合于工業(yè)的氧化鎂耐火材料的工業(yè)級氫氧化鎂(Mg(OH)2)(例如，以灼燒后計或以灼燒后氧化物計約大于98wt%Mg0H)、工業(yè)級氯化鈉(NaCl)(例如，以干重計約大于99.9?七％他(:1)、用于商業(yè)用途的縮!1(:1(例如，約1(^%至22￥七％)以及/或者來自地下鹽水的脫鹽水(例如，約小于I克/升(g/L)(百萬分之lOOO(ppm))總?cè)芙夤腆w(TDS))、海水脫鹽廢鹽水以及/或者含鹽水脫鹽廢鹽水。此外，水處理系統(tǒng)10可使用石膏沉淀、氫氧化鎂沉淀中、電滲析(ED)以及/或者軟化和納米過濾(NF)的一種或多種的組合來從鹽水中除去作為工業(yè)級產(chǎn)品的礦物質(zhì)和/或大體上減少(或消除)廢鹽水流。
[0032]在所說明的實施方案中，水處理系統(tǒng)10包括被配置成接收饋料流14的預處理系統(tǒng)12 ο饋料流14可來源于任何適合的水源。舉例來說，饋料流14可來源于地下水、海水、含鹽水等。此外，饋料流14可含有各種元素和/或化合物。舉例來說，饋料流14可含有NaCl、硫酸鹽(S04)、鈣(Ca)、鎂(Mg)以及/或者二氧化硅(硅石或S12)。在某些實施方案中，饋料流14可含有約0.50g/L(500ppm)至約3.00g/L(3，000ppm)NaCl、約0.10g/L( 10ppm)至約I.50g/L( I，500ppm)S04、約 0.01g/L( 1ppm)至約 0.80g/L(800ppm)Ca 和 Mg 以及 / 或者約 0.01g/L( 1ppm)至約0.30g/L(300ppm)Si02。此外，在某些實施方案中，饋料流14可具有在約5與9之間的pH值范圍。舉例來說，饋料流14可具有約8的pH值。
[0033]預處理系統(tǒng)12接收饋料流14并且從饋料流14中除去固體物質(zhì)(例如，細粒16)，諸如鐵(Fe)和錳(Mn)。預處理系統(tǒng)12將經(jīng)過預處理的饋料流18提供至第一反滲透(RO)系統(tǒng)
20。第一RO系統(tǒng)20接收經(jīng)過預處理的饋料流18并且產(chǎn)生脫鹽水流28。在某些實施方案中，脫鹽水流28可包括Si02。此外，脫鹽水流28可具有約7.5的pH值。此外，第一RO系統(tǒng)20將鹽水流30提供至礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32。在某些實施方案中，脫鹽水流28可為第一RO系統(tǒng)20的輸出物的約70%至約90%，而鹽水流30可為第一 RO系統(tǒng)20的輸出物的約10%至約30%。舉例來說，在一些實施方案中，脫鹽水流28可為第一RO系統(tǒng)20的輸出物的約80%，而鹽水流30可為第一RO系統(tǒng)20的輸出物的約20 %。如可理解，雖然所說明的實施方案使用第一RO系統(tǒng)20，但是其他實施方案可使用NF系統(tǒng)替代第一 RO系統(tǒng)20。
[0034]礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32可為礦物質(zhì)除去設備34的一部分。礦物質(zhì)除去設備34被配置成從鹽水流30中除去礦物質(zhì)、元素以及/或者化合物。如可理解，可從任何適合的來源和/或系統(tǒng)提供鹽水流30至礦物質(zhì)除去設備34。在某些實施方案中，鹽水流30可包括大量的鹽，諸如NaCl、硫酸鈉(Na2SO4)、鈣(Ca)以及/或者鎂(Mg)。如上文所論述，處理鹽水流30(例如，化學或機械地)可緩解鹽的結(jié)垢(沉淀)。換句話說，如下文更詳細論述，可將鹽水流30用化學添加劑處理，從而增加結(jié)垢組分在鹽水流30中的溶解度，并且/或者軟化鹽水流30以減少硬度和二價化合物。礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32可提供包括脫鹽水的一個或多個可能含有S12的脫鹽流
36。此外，一個或多個脫鹽流36可包括消毒劑和/或氧化劑。可經(jīng)由消毒劑流38將消毒劑和/或氧化劑提供至預處理系統(tǒng)12。
[0035]可向礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32中提供基于石灰的物質(zhì)40(例如，石灰、生石灰、白云石灰?guī)r等)以促進從鹽水流30中除去礦物質(zhì)。在操作期間，礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32可被配置成從鹽水流30中除去任何適合的礦物質(zhì)、元素以及/或者化合物。舉例來說，礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32可視鹽水流30的礦物質(zhì)含量而定提供石膏流46(例如，農(nóng)業(yè)級石膏)、鹽流50(例如，工業(yè)級氯化鈉)、氫氧化鎂流54(例如，工業(yè)級氫氧化鎂)、溴流58、草堿流62以及/或者其他礦物質(zhì)流。
[0036]礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32可產(chǎn)生其他料流，其可被收集用于商業(yè)用途和/或在水處理系統(tǒng)1的下游工藝中加以利用。在某些實施方案中，礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32可將一個或多個輸出流64提供至HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66。舉例來說，礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32可將NaCl鹽水提供至HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66 ACl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66可依次經(jīng)由離子分離工藝(例如，ED工藝)和蒸發(fā)工藝產(chǎn)生濃縮HCl。此外，礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32可接收來自HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的一個或多個輸入流68。一個或多個輸入流68可為礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32提供由HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66產(chǎn)生的HCl和/或燒堿(例如，NaOH)。此外，HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66可產(chǎn)生不由礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32使用的燒堿溶液70 (例如濃縮工業(yè)級NaOH)和/或濃縮工業(yè)級HCl產(chǎn)物溶液72 (例如為出售而制備的)。
[0037]礦物質(zhì)除去設備34還包括加熱和動力產(chǎn)生系統(tǒng)74。加熱和動力產(chǎn)生系統(tǒng)74可包括天然氣發(fā)動機和/或鍋爐。加熱和動力產(chǎn)生系統(tǒng)74可被配置成接收燃料76。燃料76可為任何適合的燃料，諸如天然氣、合成天然氣(例如，合成氣)或其組合。加熱和動力產(chǎn)生系統(tǒng)74可如箭頭80所指示向HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66提供動力、蒸汽、熱水、任何適合的被加熱的流體等。此外，加熱和動力產(chǎn)生系統(tǒng)74可接收來自HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的冷卻的流體流82(例如，冷卻水)。如所說明，加熱和動力產(chǎn)生系統(tǒng)74還可以如箭頭84所指示為礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32提供動力。另外，加熱和動力產(chǎn)生系統(tǒng)74可如箭頭90所指示為另一系統(tǒng)和/或第一 RO系統(tǒng)20提供動力88。
[0038]圖2為礦物質(zhì)除去設備34的一個實施方案的框圖，所述礦物質(zhì)除去設備被配置成用緩解結(jié)垢的化學添加劑處理鹽水流30。如上文所論述，鹽水流30包括礦物質(zhì)，諸如NaS04、Si02、鈣以及鎂，其在脫鹽期間在系統(tǒng)組件上形成垢。因此，在某些實施方案中，在脫鹽之前將鹽水流30加熱并且用HCl處理。舉例來說，在所說明的實施方案中，被加壓至約100鎊/平方英寸表壓(psig)與約150psig之間的鹽水流30流經(jīng)換熱器96，所述換熱器使用在HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66中被加熱的水來將鹽水流30加熱至約30°C與約40°C (約90°F與約100°F)之間。在加熱之前或之后，將鹽水流30用稀HCl 101(例如，低于約lwt%HCl)處理，所述稀HCl如箭頭102所示是在第一納米過濾(NF)系統(tǒng)104和HCl吹洗系統(tǒng)106中產(chǎn)生。在某些實施方案中，如下文參考圖3更詳細論述，第一 NF系統(tǒng)104可形成HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的一部分。HCl100將鹽水流30的pH值調(diào)節(jié)至小于約5。鹽水流30的增加的溫度和降低的pH值使二氧化硅(S12)的溶解度增加，由此使下游系統(tǒng)組件(例如，納米過濾和電滲析系統(tǒng))中的二氧化硅結(jié)垢減少。此外，HCl 100與鹽水流30中的碳酸氫鹽反應并且產(chǎn)生可溶性CO2氣體，由此從鹽水流30中除去碳酸氫鹽。除HCl 100之外，可將阻垢劑108添加至鹽水流30中。阻垢劑108可使硬度和二價化合物/元素以及其他礦物質(zhì)(例如，NaSO4)的結(jié)垢減少。阻垢劑108的非限制性實例包括石膏硫酸鋇阻垢劑，諸如Hypersperse MDC706(GE Water and ProcessTechnology)、Vitec 7000(Avista Technologies Inc);任何其他適合的阻垢劑以及其組合?？蓪Ⅺ}水流30、HC1 100以及阻垢劑108在混合器(例如，靜態(tài)混合器)中混合，以提供大體上均勻的混合(例如，以產(chǎn)生大體上均質(zhì)的混合物)。在某些實施方案中，可在熱交換器96下游將鹽水流30用第一過濾器110過濾。第一過濾器110可除去可能已存在于鹽水流30中或在加熱和用HCl 100和/或阻垢劑108處理期間形成的任何粒子(例如，氟化鈣或硫酸鋇)。過濾器(例如，第一過濾器110)可為4至6微米筒式過濾器。然而，可使用任何其他適合的過濾器來除去粒子。
[0039]在加熱、化學處理以及過濾之后，可將鹽水流30饋送至第二納米過濾(NF)系統(tǒng)116。在所說明的實施方案中，第二NF系統(tǒng)116包括NF單元118和120 JF單元118、120可為單級或多級單元。舉例來說，在一個實施方案中，NF單元118、120可為兩級、三級、四級或更多級NF單元。在其他實施方案中，NF單元118、120可為單級NF單元。在另一個實施方案中，NF單元118、120可為單級和多級NF單元的組合。舉例來說，NF單元118可為二級NF單元，而NF單元120可為一級NF單元。NF單元118、120將鹽水流30分離成含有氯化鈉(NaCl)的低壓滲透流(例如，在約5psig與約20psig之間)和具有硬度和二價化合物/元素(例如，Ca、MgW&S〇4)的濃縮流。在所說明的實施方案中，NF單元118產(chǎn)生第一NF滲透流124和第一NF濃縮流126。第一 NF濃縮流126被饋送至NF單元120，而第一 NF滲透流124被饋送至反向電滲析(EDR)饋料罐128。類似地，NF單元120由第一 NF濃縮流126產(chǎn)生第二 NF滲透流130和第二 NF濃縮流132。然而，不同于第一 NF滲透流124，第二 NF滲透流130可具有不希望的量的鈣、鎂以及/或者硫酸鹽。因此，第二 NF滲透流130或料流130的一部分被循環(huán)回來成為第一 NF單元118的饋料(例如，第一級NF饋料)以降低NF滲透流124中的鈣、鎂以及硫酸鹽的濃度。在具有三級NF系統(tǒng)的實施方案中，第三級滲透物被循環(huán)回來成為第一級NF饋料。
[0040]含有鈣、鎂以及硫酸鹽的第二NF濃縮流132被饋送至礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32以產(chǎn)生石膏46和氫氧化鎂54。舉例來說，第二 NF濃縮流132被饋送至石膏除去系統(tǒng)140。此外，還使來自第一 NF系統(tǒng)104的第三NF濃縮流134到達石膏除去系統(tǒng)140。石膏除去系統(tǒng)140回收來自第二NF濃縮流132的Ca和S04，由此產(chǎn)生石膏46。石膏除去系統(tǒng)140可包括混合器142、沉降器146以及第二過濾器148，從而促進從第二 NF濃縮流132中除去石膏46。料流132中的Ca和SO4在石膏除去系統(tǒng)140中反應以沉淀出石膏46。在某些實施方案中，料流132中的約50%至約70%S04被除去?；旌掀?42(例如，湍流混合器)中存在石膏46晶種可促進石膏沉淀動力學，由此能夠進行快速石膏沉淀。此外，在某些實施方案中，混合器142可具有大于約2小時的滯留時間。因此，大滯留時間(例如，大于約I小時)與湍流混合和大固體含量(例如，大于約10wt%)組合，可使得能夠形成具有100微米或更大的平均粒度的石膏晶體。較大的石膏晶體可促進在沉降器146中石膏46的除去?；旌掀?42可在約3與約5之間的pH值下操作以降低添加至鹽水流30中的阻垢劑108的有效性，由此促進石膏46的沉淀。
[0041]在沉降器146中，石膏晶體沉降并且將飽和的幾乎不含固體的溶液傾析掉。在某些實施方案中，可將NaOH 150添加至沉降器146中。NaOH 150可使pH值從混合器142增加至約8至約9之間。在沉降器146中堿性的pH值可使得二氧化硅以硅酸鎂形式沉淀。此外，堿性的pH值還可以導致痕量的鐵以氫氧化鐵(例如，F(xiàn)e(OH)3)和硅酸鐵形式沉淀，由此促進石膏46的沉降。富含鎂(例如，氯化鎂(MgCl2))的石膏沉降器溢出流154被饋送至溢流罐156。在某些實施方案中，可將來自第一 NF系統(tǒng)104的第三NF滲透流158與石膏沉降器溢出流154組合以沖淡石膏沉降器溢出流154并且減少在下游裝置中石膏的結(jié)垢。舉例來說，石膏沉降器溢出流154可具有約105 %與約110 %之間的石膏飽和度(約3，000mg/L至約8,000mg/L的溶解石膏)，并且含有痕量的細粒石膏固體(約Ippm與約1ppm之間的石膏固體)。因此，可使用第三NF滲透流158來稀釋石膏沉降器溢出流154以使石膏飽和度降至100 %以下，并且溶解任何細粒石膏固體以防止下游裝置中的結(jié)垢。因此，在溢流罐156和其他下游系統(tǒng)組件中石膏46的沉淀可減少。
[0042]可使沉降器殘渣(例如，沉降的石膏46)到達水力旋流器和過濾器(例如，第二過濾器148)以洗滌(例如，用脫鹽產(chǎn)物水)石膏46并且使其濃縮成可出售的經(jīng)過洗滌的濾餅。在某些實施方案中，濾餅可包括約70wt%至約100wt%的石膏46。舉例來說，濾餅可包括約90wt%的石膏46。因此，石膏46是作為石膏除去系統(tǒng)140的輸出物160而提供?？蓪⒊两灯鳉堅囊徊糠逐佀椭粱旌掀?42以維持為沉淀石膏46所需的固體加載量。來自第二過濾器148的濾液被再循環(huán)至沉降器146。
[0043]溢流罐156將第一溢出部分162引導至HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66。舉例來說，在所說明的實施方案中，溢流罐156將第一溢出部分162饋送至第一NF系統(tǒng)104。第一NF系統(tǒng)104可使用第一溢出部分162來產(chǎn)生第三NF濃縮流134和第三NF滲透流158。因此，來自稀NaCl流163的水輸出到稀酸流102提供礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32中的水平衡。第二溢出部分164被饋送至氫氧化鎂除去系統(tǒng)168。如上文所論述，石膏沉降器溢出流154富含鎂。通過NF系統(tǒng)116和104在第二NF濃縮流13 2和第三NF濃縮流134中鹽水流30中的鎂以在約5與約15之間的系數(shù)濃縮。因此，氫氧化鎂除去系統(tǒng)168除去并且回收第二溢出部分中的鎂。類似于石膏除去系統(tǒng)140，在某些實施方案中，氫氧化鎂除去系統(tǒng)168還可以包括混合器、沉降器以及過濾器以促進氫氧化鎂54從第二溢出部分164中除去。在一些實施方案中，氫氧化鎂除去系統(tǒng)168可被配置成除去第二溢出部分164中的約90至98%的Mg。
[0044]可使用類似于石膏除去系統(tǒng)140的布置(例如，混合器142、沉降器146、過濾器148等)來產(chǎn)生經(jīng)過洗滌的氫氧化鎂濾餅和低鎂廢鹽水?？蓪碜詺溲趸V除去系統(tǒng)168的過濾器的溢出物饋送至沉降器，并且用燒堿(例如NaOH)處理。燒堿與MgCl2反應以產(chǎn)生氫氧化鎂54。氫氧化鎂沉降器的pH值被維持在約10與約11之間，使得過量氫氧化物(0H—)得以減少。可將氫氧化鎂沉降器混合器部分中的固體維持在約4wt%至約15wt%之間，以增加晶體生長位點的數(shù)目，并且由此增加氫氧化鎂晶體尺寸并且減少鎂廢鹽水中的細粒。鎂沉降器溢出流170可被饋送至溢流罐156，并且作為第二溢出部分164的一部分通過氫氧化鎂除去系統(tǒng)168再循環(huán)，并且/或者作為第一溢出部分160的一部分被饋送至HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66，如下文參考圖6詳細論述。在某些實施方案中，可將HCl 100添加至料流170中以使pH值降至約6.5與約8.5之間并且溶解任何夾帶的氫氧化鎂細粒?？蓪Cl 100添加至溢流罐156上游的料流170中或可添加至溢流罐156中。
[0045]如上文所論述，第二 NF系統(tǒng)116還產(chǎn)生第一 NF流124，并且將其引導至EDR饋料罐128。第一NF滲透流124可包括約0.5wt %與約I.0wt %之間的氯化鈉(NaCl) JaCl可在EDR饋料罐128的下游被HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66使用，以產(chǎn)生HCl 72、100以及NaOH 70、150。在將第一NF滲透流124饋送至EDR饋料罐128之前，將第一 NF滲透流124在空氣吹提器178中脫氣，由此從第一 NF滲透流124中除去⑶2 180并且產(chǎn)生脫氣鹽水流184。如上文所論述，可將鹽水流30用HCl 100處理，以將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成CO2 180，由此從鹽水流30中除去碳酸氫鹽。吹提器178將經(jīng)過脫氣的鹽水流184弓I導至EDR饋料罐128以便進一步處理。
[0046]雖然在EDR饋料罐128中，可將經(jīng)過脫氣的鹽水流184用氧化劑186處理以促進從第一NF滲透流124中除去砷(As)，并且在EDR饋料罐128中產(chǎn)生低氯殘留(例如，小于約0.5mg/L的氯)。舉例來說，鹽水流30可具有溶解的砷。如果砷呈還原亞砷酸鹽形式(H2AsO3),那么第二NF系統(tǒng)116可能不除去鹽水流30中的砷。添加氧化劑186(例如，次氯酸鈉)通常導致砷的氧化，由此產(chǎn)生砷酸鹽(AsO4H3)13如下文參考圖3所論述，砷酸鹽可離子化并且在下游被除去。
[0047]EDR饋料罐128如箭頭192所示將經(jīng)過脫氣的鹽水流184輸出至第一電滲析(ED)系統(tǒng)190(例如，反向ED系統(tǒng))，所述第一電滲析(ED)系統(tǒng)從經(jīng)過脫氣的鹽水流184中除去鹽，諸如NaCl。因此，第一ED系統(tǒng)190產(chǎn)生至少一部分的脫鹽流36和第一ED鹽水流196(具有約4wt %與約7wt %之間的NaCl)。脫鹽流36滿足飲用水質(zhì)量標準并且可與由第一RO系統(tǒng)20產(chǎn)生的脫鹽水28組合用于在整個系統(tǒng)10中的各個工藝中。脫鹽水28可包括二氧化硅(例如，在約百萬分之50(卩卩111)與約150卩卩1]1之間)。如下文更詳細論述第一ED鹽水流196被饋送至HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66以使得能夠產(chǎn)生濃縮工業(yè)級HCl和濃縮工業(yè)級NaOH(例如，HCl 72、100以及燒堿溶液70)。
[0048]在某些實施方案中，可使用經(jīng)過脫氣的鹽水流184的一部分來沖洗第一ED系統(tǒng)190中的電極。電極沖洗水可被再循環(huán)回到EDR饋料罐128?？墒褂寐?lián)接至EDR饋料罐128的空氣鼓風機來排出電極沖洗水中的氫和氯。排出的氫和氯蒸氣198可被饋送至氣體洗滌器200。氣體洗滌器200可使用NaOH 150(例如，在約3wt%與約5wt%之間的NaOH)來吸收蒸氣198中的氯，由此將NaOH 150轉(zhuǎn)化成次氯酸鈉(例如，氧化劑186)?？墒怪辽僖徊糠值拇温人徕c如箭頭202所示到達EDR饋料罐128。不被饋送至EDR饋料罐128的次氯酸鈉(例如，氧化劑186)可用于其他系統(tǒng)工藝中和/或作為商業(yè)產(chǎn)品而被收集。
[0049]如上文所論述，HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66由第一ED鹽水流196產(chǎn)生HCl 72、100以及NaOH 70、150。圖3為礦物質(zhì)除去設備34的一個實施方案的框圖，所述礦物質(zhì)除去設備被配置成在HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66中產(chǎn)生HCl 72、100以及NaOH 70、150。為便于討論圖3，已省略礦物質(zhì)除去設備34的某些特征。在所說明的實施方案中，第一ED鹽水流196被饋送至多床離子交換系統(tǒng)210。第一 ED系統(tǒng)190可將第一 ED鹽水流196引導至ED鹽水饋料罐212，所述ED鹽水饋料罐如箭頭214所示將第一 ED鹽水流196提供至多床離子交換系統(tǒng)210。同時，在ED鹽水饋料罐212中，第一ED鹽水流196可與產(chǎn)生于第一NF系統(tǒng)104中的第二ED鹽水流216(具有約4wt %與約7wt %之間的NaCl)混合。
[0050] 多床離子交換系統(tǒng)210包括第一離子交換軟化器220(例如，由MidlancUMichigan的The Dow Chemical Company制造的Amberlite? IRC747)和第一吸收器224。在操作期間，第一離子交換軟化器220從料流214(例如，ED鹽水流196、216)中除去在NF系統(tǒng)104、116中未除去的殘余硬度化合物/元素(例如，鈣和鎂)。第一離子交換軟化器220產(chǎn)生第一軟化鹽水流230和氯化鈣(CaCl2)鹽水234。舉例來說，第一離子交換軟化器220包括吸收二價離子(例如，鈣和鎂)的樹脂，由此從料流214中除去二價離子?？蓪⒌谝浑x子交換軟化器220用HCl100 (例如，約5wt %至約8wt %之間的HCl)和NaOH 150 (例如，約3wt %與約5wt %之間的NaOH)處理，以使樹脂再生(例如，釋放所吸收的鈣和鎂)，并且產(chǎn)生CaCl2鹽水234<XaCl2鹽水234可作為商業(yè)產(chǎn)品出售。在某些實施方案中，可在再生步驟之間(例如，添加HCl 100和NaOH 150之間)使用軟化鹽水流230的一部分來沖洗第一離子交換軟化器220。所得到的用過的沖洗鹽水可被引導至ED鹽水饋料罐214。在將用過的沖洗鹽水饋送至ED鹽水饋料罐214之前可使用NaOH 150將其pH值調(diào)節(jié)至約6與約8之間。
[0051 ] 第一軟化鹽水流230可具有痕量的砷酸鹽和二氧化硅。因此，第一軟化鹽水流230被饋送至第一吸收器224。如上文所論述，氧化劑186將來自鹽水流30的砷轉(zhuǎn)化成在EDR饋料罐128中的砷酸鹽。在約5的pH值下，砷酸鹽離子化并且第一 ED系統(tǒng)190從料流192中除去砷酸鹽。因此，第一 H)鹽水流196可能含有砷酸鹽和二氧化硅。第一吸收器224除去來自第一軟化鹽水流230的殘留砷酸鹽和二氧化硅。第一吸收器224包括多個離子交換床(諸如由Lanxess制造的Lewatit F036)，其吸收來自第一軟化鹽水流230的砷酸鹽和二氧化娃。以此方式，多床離子交換系統(tǒng)210產(chǎn)生第二軟化鹽水流236，所述第二軟化鹽水流可用于產(chǎn)生HCl72、100以及NaOH 70、150。第一吸收器224可用NaOH 150定期再生。NaOH 150與砷酸鹽和二氧化硅反應以形成富含砷酸鈉和硅酸鈉的鹽水240?？蓪Ⅺ}水240饋送至砷回收罐242。在砷回收罐242中，可將鹽水240用HCl 100中和并且用氯化鐵(FeCl3)處理，由此產(chǎn)生砷酸鐵、硅酸鐵以及氫氧化鐵沉淀。第一吸收劑床在約5與約6之間的pH值下操作以使砷除去最大化。第二吸收劑床可在約8與約9之間的pH值下操作(在添加NaOH流150的情況下)以使二氧化硅除去最大化。主要含有硅酸鈉的由第二床的再生產(chǎn)生的鹽水可任選被饋送至石膏除去系統(tǒng)140，以使二氧化硅與石膏一起以硅酸鎂形式沉淀并且減小砷酸鐵固體的體積。
[0052]第二軟化鹽水流236可被饋送至第二RO系統(tǒng)248(例如，海水反滲透系統(tǒng))。第二RO系統(tǒng)248將第二軟化鹽水流236濃縮，由此產(chǎn)生第一氯化鈉(NaCl)鹽水流250。舉例來說，第二軟化鹽水流236可具有約5wt %與約7wt %之間的NaCl。第二 RO系統(tǒng)248可產(chǎn)生第一 NaCl鹽水流250(具有約8wt%NaCl)和補充水254。補充水254可用于系統(tǒng)10的各個工藝。舉例來說，補充水254可用作系統(tǒng)10的冷卻塔補充和日常供水(utility water)。
[0053]第一 NaCl鹽水流250可被引導至NaCl饋料罐，所述NaCl饋料罐將料流250栗送至第二ED系統(tǒng)256。第二ED系統(tǒng)256可包括具有第一EDBM 258和第二EDBM 260的電滲析雙極性膜(EDBM)堆(例如，由GE Power and Water of Trevose，PA制造的Electromat電滲析和雙極性電滲析)C=EDBM 258、260各自具有鹽水隔室264、酸隔室266以及燒堿隔室268。在操作期間，氫離子(H+)和氯離子(Cl—)在酸隔室266中累積。類似地，鈉離子(Na+)和氫氧化物(OH—)在燒堿隔室268中累積。以此方式，隔室266、268分別產(chǎn)生HCl 100(具有約4wt%與約8wt%之間的HCl WPNaOH 150(具有約4wt%與約8wt %之間的NaOH)。如下文詳細論述，HCl 100和NaOH 150可被饋送至聯(lián)接至第二ED系統(tǒng)256的蒸發(fā)器部分276，以產(chǎn)生具有約15wt%與約35wt %之間的HCl的濃縮HCl (例如，濃縮工業(yè)級HCl 72)和具有約20wt %與約50wt %之間的NaOH的濃縮NaOH 150(例如，濃縮工業(yè)級NaOH 70)。此外，可使用HCl 100和NaOH 150的一部分來調(diào)節(jié)系統(tǒng)10內(nèi)的各種料流和各種化合物的pH值。
[0054]來自EDBM 258、260各自的鹽水隔室264的第三ED鹽水流280(具有約3wt%與約5wt %之間的NaCl)可被饋送至第一 NF系統(tǒng)104內(nèi)的第三ED系統(tǒng)284。第三ED鹽水流280可被饋送至第三H)系統(tǒng)284的濃縮區(qū)，由此增加第二ED鹽水流216的NaCl濃度。舉例來說，如上文所論述，第一 NF系統(tǒng)104接收來自溢流罐156的第一溢出部分162。第一溢出部分162被饋送至第一 NF系統(tǒng)104內(nèi)的NF單元290 JF單元290從第一溢出部分162中除去殘留鈣、鎂以及硫酸鹽，由此產(chǎn)生料流158和第四NF濃縮流292(例如，NaCl鹽水)。第四NF濃縮流292被饋送(例如，從饋料罐)至第三ED系統(tǒng)284。第三ED系統(tǒng)284從第四NF濃縮流292中除去NaCl并且產(chǎn)生具有約低于的稀NaCl 294。稀NaCl 294可與HCl 100(例如，來自蒸發(fā)器部分276的具有約16wt %的HCl的吹洗HCl)混合以產(chǎn)生料流102。如上文所論述，可將鹽水流30用HCl 100(例如經(jīng)由料流102)處理，以在第二 NF系統(tǒng)116的上游將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成可溶性C02180。在另一個實施方案中，使用第三RO替代第三ED系統(tǒng)284。料流292被饋送至第三R0，第三RO滲透物為稀NaCl流294，并且將第三RO濃縮物與料流280至混合以產(chǎn)生料流216。
[0055]第三ED系統(tǒng)284產(chǎn)生具有約4wt%與約6wt%之間的NaCl的NaCl鹽水(例如，第二 ED鹽水流216)。然而，在某些實施方案中，通過將第三ED鹽水流280饋送至第三ED系統(tǒng)284的濃縮物側(cè)來避免第二 ED鹽水流216的再循環(huán)。第二 ED鹽水流216被饋送至ED鹽水饋料罐212并且再循環(huán)穿過第二H)系統(tǒng)256，以促進在蒸發(fā)部分276中產(chǎn)生濃縮工業(yè)級HCl 72和濃縮工業(yè)級NaOH 70。
[0056]在所說明的實施方案中，蒸發(fā)器部分276包括HCl蒸發(fā)器300和NaOH蒸發(fā)器302。蒸發(fā)器300、302分別使HCl流100和NaOH流150濃縮，由此產(chǎn)生濃縮工業(yè)級HCl 72(約15的％至約20wt %之間的HCl)和濃縮工業(yè)級NaOH 70(約30wt %與約50wt %之間的NaOH)。如應注意，可將濃縮工業(yè)級HCl 72和NaOH 70的一部分稀釋以產(chǎn)生HCl 100和NaOH 150。在某些實施方案中，HCl蒸發(fā)器300為機械蒸氣再壓縮(MVR)蒸發(fā)器系統(tǒng)，而NaOH蒸發(fā)器302為真空蒸發(fā)器。
[0057]在其他實施方案中，HCl蒸發(fā)器300為蒸餾單元，而NaOH蒸發(fā)器302為三效反向流蒸發(fā)器。舉例來說，圖4為HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的一個實施方案，所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)使用蒸餾單元和降膜式蒸發(fā)器來濃縮HCl和NaOH，由此產(chǎn)生濃縮工業(yè)級HCl 72和濃縮工業(yè)級NaOH 70。在所說明的實施方案中，HCl 100和NaOH 150被饋送至預濃縮蒸發(fā)器308(例如，四效降膜式蒸發(fā)器)。預濃縮蒸發(fā)器308包括NaOH第一效310、Na0H第二效312、HC1第一效316以及HCl第二效318 JaOH 150依次被饋送至NaOH第二效312和NaOH第一效310。類似地，HCl100依次被饋送至HCl第二效318和HCl第一效316。蒸汽320被饋送至NaOH第一效310并且循環(huán)穿過效312、316以及318，以蒸發(fā)HCl 100和NaOH 150中的水的一部分，由此預濃縮NaOH和HCl。饋送至NaOH第一效310的蒸汽320可在約690千帕(kPa) (100鎊/平方英寸(psi))與約1103kPa(160psi)之間并且具有約160°C(320°F)與約190°C(375°F)之間的溫度。當蒸汽320流經(jīng)效310、312、316、318時，蒸汽320的壓力降至約413kPa(60psi)與約7kPa(lpsi)之間，并且蒸汽320的溫度降至約150°C(300°F)與約37°C(100°F)之間。來自HCl第二效318的蒸汽320被饋送至直接接觸式冷凝器322，其使用冷卻水流324來冷凝蒸汽320和少量HCl蒸氣(在蒸汽320中低于約0.1體積％(vol%))，以產(chǎn)生含有冷凝的蒸汽和HCl的返回的冷卻水流325。因此，預濃縮蒸發(fā)器308使NaOH 150的濃度從約7wt%Na0H增加至約15wt%Na0H，而HCl100的濃度則為從約7wt%HCl增加至約15wt%HCl。與蒸汽320的流動相比較，HCl 100和NaOH 150的反向流動降低NaOH粘度，降低HCl到冷卻水中的損失(例如，來自最低濃度HCl效的蒸氣(HCl第二效318)被引導至直接接觸式冷凝器322)，并且可減少預濃縮蒸發(fā)器308的饋料分配器中的閃蒸?？墒褂谜婵绽?例如，液環(huán)真空栗)從直接接觸式冷凝器322中除去不可冷凝的組分。在某些實施方案中，可使用來自預濃縮蒸發(fā)器的熱冷凝物來預加熱NaOH150。然后，可將冷凝物饋送至冷卻器并且再循環(huán)以穿過HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66。
[0058]在預濃縮之后，NaOH第一效310將預濃縮NaOH流326饋送至NaOH蒸發(fā)器302，在NaOH蒸發(fā)器中NaOH被濃縮以產(chǎn)生具有約40wt%至約50wt%Na0H的濃縮NaOH流330和NaOH冷凝物332。如下文所論述，NaOH冷凝物332可在HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66中再循環(huán)(例如，被饋送至第二ED系統(tǒng)256)。類似于預濃縮蒸發(fā)器308，Na0H蒸發(fā)器302也可為反向流多效蒸發(fā)器。關(guān)于上文所論述的效310、312，Na0H蒸發(fā)器302可類似于預濃縮蒸發(fā)器308進行操作。濃縮NaOH流330可具有在料流326濃縮(蒸發(fā))期間可能已經(jīng)沉淀的固體NaCl。因此，NaOH蒸發(fā)器302可將濃縮NaOH流330饋送至離心機334。離心機334除去所沉淀的NaCl并且產(chǎn)生濃縮工業(yè)級NaOH70?？墒褂脕碜缘诙O 248的第一NaCl鹽水流250的一部分335將由離心機334除去的鹽再溶解，由此除去所沉淀的NaCl并且產(chǎn)生離心機NaCl鹽水流336?？蓪㈦x心機NaCl鹽水流336與料流250組合并且再循環(huán)穿過第二 ED系統(tǒng)256。(參見圖3)
[0059]HCl第一效316將預濃縮HCl流340饋送至HCl蒸發(fā)器300 ACl蒸發(fā)器300可為多塔蒸餾單元。舉例來說，在所說明的實施方案中，HCl蒸發(fā)器300包括第一蒸餾塔342和第二蒸餾塔346。塔342、346可在不同壓力下操作以促進在蒸餾期間與水形成共沸物的HCl(例如HCl濃度為約15wt %至約20wt % )的分離。舉例來說，第一蒸餾塔342可為在約13kPa (2psi)與約27kPa(4psi )之間操作的真空塔，而第二蒸饋塔346可在約345kPa( 50psi )與約485kPa(70psi)之間操作?？墒褂弥胤衅鱽碚舭l(fā)塔342、346底部的水和HC1。第一蒸餾塔342產(chǎn)生HCl冷凝物348(約0.0lwt%與約0.1wt%之間的HCl)和濃縮HCl流350(約20wt%與約30wt%之間的HCl)。如下文所論述，HCl冷凝物348可在HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66中再循環(huán)(例如，被饋送至第二 ED系統(tǒng)256)。料流340中的不可冷凝的物質(zhì)(例如，空氣和氫氟酸(HF))可通過真空栗(例如，液環(huán)真空栗)來除去。補充水254和NaOH 150(例如約4wt%NaOH)可與不可冷凝的物質(zhì)混合以產(chǎn)生氟化鈉吹洗流354。如圖3中所示，可將氟化鈉吹洗流354引導至石膏除去系統(tǒng)140 ο吹洗流354中的NaF可與石膏除去系統(tǒng)140中的可溶性鈣(例如，尚未沉淀的鈣)反應以在石膏晶體上形成氟化鈣(CaF2)，由此從鹽水流30中除去氟化物。
[0060]濃縮HCl流350被饋送至第二蒸餾塔346以產(chǎn)生具有約35wt%HCl的HCl 72。此外，第二蒸餾塔346產(chǎn)生HCl吹洗物360(含有約5wt%與約15wt%之間的HC1)，其如箭頭362所示被再循環(huán)至第一蒸餾塔342。將HCl吹洗物360的一部分364從再循環(huán)的料流362中除去以將HCl吹洗物360中的非揮發(fā)性鹽(NaCl和NaHSO4)雜質(zhì)吹洗出來，所述雜質(zhì)可在第二蒸餾塔346中沉淀析出。部分364可被引導至第三ED系統(tǒng)284并且與稀NaCl 294組合(參見圖2和3)。[0061 ] 回到圖3，來自NaOH蒸發(fā)器302的NaOH冷凝物332被饋送至第二 EDBM單元260的燒堿隔室268。類似地，HCl冷凝物348被饋送至第二 EDBM單元260的酸隔室266。冷凝物332、348分別產(chǎn)生NaOH補充物368和HCl補充物370 JaOH補充物368和HCl補充物370如箭頭374、378所示被饋送至第一EDBM單元268中其各自的隔室(例如，燒堿隔室268和酸隔室266)。以此方式，第一 EDBM 單元268產(chǎn)生 HCl 100 和 NaOH 150。
[0062]本發(fā)明實施方案還包括廢水處理系統(tǒng)，例如系統(tǒng)10，其使用軟化器來從礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32上游的鹽水流30中除去硬度化合物(例如鈣和鎂)。舉例來說，圖5為礦物質(zhì)除去設備34的一個實施方案的框圖，所述礦物質(zhì)除去設備被配置成降低鹽水流30的鹽度。如先前所描述，礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32接收來自第一 RO系統(tǒng)20的鹽水流30 ο如可理解，鹽水流30可能含有各種硬度元素和/或化合物。舉例來說，鹽水流30可含有各種鹽和礦物質(zhì)，諸如但不限于他〇1、304丄&、1%以及/或者3丨02。在某些實施方案中，鹽水流30可含有約3.(^/1(3，00(^111)至約8.(^/1(8，000??111)似(:1、約3.(^/1(3，000??111)至約8.(^/1(8，000??111)504、約0.18/1(10ppm)至約0.4g/L(400ppm)Mg、約0.2g/L(200ppm)至約0.68凡(60(^。111)0&以及/或者約
0.05g/L(50ppm)至約0.2g/L(200ppm)Si02。此外，在某些實施方案中，鹽水流30可具有在約4與約8之間的pH值范圍。舉例來說，鹽水流30可具有約6的pH值。
[0063]在所說明的實施方案中，鹽水流30流經(jīng)第二離子交換軟化器386(例如，由MidlancUMichigan的The Dow Chemical Company制造的Amberlite? IRC747)，在其中大部分(例如，約大于99%)的硬度礦物質(zhì)被除去。舉例來說，第二離子交換軟化器386從鹽水流30中除去二價陽離子(例如，Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Sr2+以及Ba2+)，由此降低鹽水流30的硬度。在操作中，第二離子交換軟化器386內(nèi)的樹脂吸收鹽水流30的二價離子以產(chǎn)生第三軟化鹽水流388。第三軟化鹽水流388可具有約小于0.015g/L( 15ppm)的Ca、Mg、Sr以及Ba。鹽水流30中的鐵(Fe)和錳(Mn)保持在還原二價態(tài)(例如，F(xiàn)e (I I)和Mn (II))，使得它們可作為溶解的物質(zhì)被除去，而不存在軟化器樹脂結(jié)垢。鹽水流30還可含有碳酸氫鹽(HCO3)。如下文所論述，第二離子交換軟化器386可將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成CO2 180 XO2 180可在第三離子交換軟化器388下游的空氣吹提器178中被除去，由此產(chǎn)生脫氣軟化鹽水流390。在某些實施方案中，在空氣吹提器178中使用多個層級以使實現(xiàn)低CO2殘留(例如，小于約2ppm CO2)。低CO2殘留可抑制當?shù)谌浕}水流388的pH值增加時在各個下游鹽水處理步驟期間再形成碳酸鹽和發(fā)生結(jié)垢。如下文詳細論述，脫氣軟化鹽水流390經(jīng)過脫鹽以產(chǎn)生脫鹽水28。
[0064]在脫氣之前，可將第三軟化鹽水388用熱交換器96加熱至約32°C(90° F)與約50°C(122°F)之間。熱交換器96可使用來自HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66內(nèi)的燒堿蒸發(fā)器的真空蒸氣來加熱第三軟化鹽水388。在某些實施方案中，可使第三軟化鹽水388在空氣吹提器178的上游和熱交換器96的下游與HCl 100 (例如，約6wt %與約8wt %之間的HCl)混合。HCl 100可使第三軟化鹽水388的pH值降至小于約4，由此將任何殘留碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成C02。如應注意到，HCl100可由HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66產(chǎn)生。
[0065]在軟化鹽水流30期間，第二離子交換軟化器386可變得用二價離子(例如，硬度礦物質(zhì))飽和。因此，可將第二離子交換軟化器386用HCl 100處理以從軟化器樹脂除去已吸收的二價離子，由此使軟化器樹脂再生。用HCl 100處理第二離子交換軟化器386產(chǎn)生軟化器氯化物鹽水流392，其包括硬度和二價離子(例如，Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Sr2+、Ba2+以及S042 一)以及氯化鈉(NaCl)。如下文詳細論述，軟化器氯化物鹽水流392被饋送至礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32以便除去礦物質(zhì)。除添加HCl 100之外，還可將第二離子交換軟化器386用NaOH 150(例如，約0.1wt%與約4wt%之間)處理。NaOH 150可在用HCl 100使軟化器樹脂再生(例如，除去硬度二價物質(zhì))之后中和第二離子交換軟化器386的至少一部分。舉例來說，NaOH 150通過將軟化器樹脂的一部分從酸形式(H+)393轉(zhuǎn)化成鈉形式(Na+)394來中和樹脂。因此，在某些實施方案中，軟化器樹脂可呈分別為393、394的酸形式和鈉(例如，中性)形式兩者。鈉形式394可經(jīng)由Na與二價元素(例如，Ca和Mg)之間的離子交換從鹽水流30中除去硬度和二價離子物質(zhì)，而酸形式393可將鹽水流30中的碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成CO2 180。因此，在第二離子交換軟化器386下游可能不需要添加額外的HCl 100來除去碳酸氫鹽。
[0066]NaOH 150的濃度可至少部分基于鹽水流30中的碳酸氫鹽的量進行調(diào)節(jié)。舉例來說，如果鹽水流30中碳酸氫鹽的濃度高(例如，大于約200mg/L(200ppm))，那么可降低NaOH150的濃度使得較少的軟化器樹脂被中和。換句話說，通過向第二離子交換軟化器386中添加較不濃的NaOH 150，樹脂中較少的酸形式393可被中和成鈉形式394。因此，在具有高濃度的碳酸氫鹽的鹽水流中在軟化器樹脂中更多的酸可用于將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成C02。類似地，如果碳酸氫鹽濃度低(例如，小于約50mg/L(50ppm))，那么可使用更高濃度的NaOH 150(例如，約4?七％與5的％之間)或更高流速來中和更大部分的軟化器樹脂。由第二離子交換軟化器386的中和而產(chǎn)生的流出物基本上為脫鹽水。舉例來說，NaOH 150中的鈉離子被軟化器樹脂吸收，而NaOH 150中的氫氧化物離子(0H—)與軟化器樹脂中的酸(H+)反應以產(chǎn)生脫鹽水流出物(例如，一個或多個脫鹽水流36)。脫鹽水流出物可與脫鹽水流28組合。
[0067]如上文所論述，脫氣軟化鹽水流390經(jīng)過脫鹽以產(chǎn)生脫鹽水28。雖然硬度和二價生垢化合物/元素被除去，但脫氣軟化鹽水流390可能仍含有雜質(zhì)和其他生垢化合物，諸如二氧化硅(S12)和硫酸鈉(Na2SO4)。與圖2中的實施方案相比之下，此特定實施方案中的第二NF系統(tǒng)116在空氣吹提器178的下游。因此，使脫氣軟化鹽水流390到達第二 NF系統(tǒng)116，其從脫氣軟化鹽水流390中除去一種或多種其他生垢物質(zhì)(例如，S04)?？稍诘谝?NF單元120的上游使脫氣軟化鹽水流390與阻垢劑108混合。阻垢劑108可緩解在脫氣軟化鹽水流390中二氧化硅的沉淀。阻垢劑108的非限制性實例包括膦酸酯，諸如1-羥基亞乙基I，1_二磷酸(HEDP)或其他專有的二氧化娃阻垢劑配制品Vitec 4000(Avista Technologies Inc)、GenesysSI(Genesys Internat1nal Ltd)。另外，在某些實施方案中，可將NaOH 150添加至脫氣軟化鹽水流390中。NaOH 150將脫氣軟化鹽水流390的pH值調(diào)節(jié)至約4以上。舉例來說，NaOH150可使脫氣軟化鹽水390的pH值增加至約4與約7之間。pH值增加可引起脫氣軟化鹽水390內(nèi)的某些化合物的沉淀。因此，可在將脫氣軟化鹽水390饋送至第二 NF系統(tǒng)116之前將其過濾。舉例來說，可通過第一過濾器110過濾脫氣軟化鹽水390。第一過濾器110可除去在脫氣軟化鹽水390的pH值調(diào)節(jié)期間所形成的沉淀固體(例如，氫氧化鐵)。在某些實施方案中，第一過濾器110可為2-8微米濾筒。然而，可使用任何其他適合的過濾器尺寸來除去固體。
[0068]第二NF系統(tǒng)116可包括2至4級反滲透和納米過濾膜，如上文所論述，其從脫氣軟化鹽水流390中除去硫酸鹽。因此，第二NF系統(tǒng)116可產(chǎn)生具有低于約20%的硫酸鹽的第一軟化NF滲透流396 ο如下文詳細論述，可使第一軟化NF非滲透流398到達礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32。第一軟化NF滲透流396可包括約80 %或更多的二氧化硅和氯化物以及殘留硫酸鹽。因此，使第一軟化NF滲透流396到達第一 ED系統(tǒng)190以便除去氯化物和殘留硫酸鹽，由此產(chǎn)生脫鹽水28。脫鹽水28包括大部分的來自鹽水流30的二氧化硅(例如，大于約80%)。
[0069]除具有氯化物和殘留硫酸鹽之外，第一軟化NF滲透流396還可以包括砷(As)。舉例來說，如上文所論述，鹽水流30可因礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32上游的含鹽地下水處理而具有溶解的砷。NF單元116不除去溶解的砷。因此，為滿足飲用水標準，可將第一軟化NF滲透流396用氧化劑186(例如次氯酸鈉或其他適合的氧化劑)加以處理。在某些實施方案中，可在第一NF系統(tǒng)116上游將氧化劑186添加至脫氣軟化鹽水流390中。氧化劑186氧化砷并且產(chǎn)生砷酸鹽(H2AsO4I。視軟化NF滲透流396的pH值而定，可用HCl 100或NaOH 150調(diào)節(jié)pH值，使得第一軟化NF滲透流396具有約5的pH值。在pH值5下，砷酸鹽呈離子形式(例如，As043—)。因此，可通過第一 ED系統(tǒng)190除去呈離子形式的砷酸鹽?？墒沟谝?ED鹽水流196經(jīng)由HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66到達礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32 (例如，作為補充水流)，在所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)中其被分離成HCl產(chǎn)物流72、Na0H產(chǎn)物流70、吹洗硫酸鈉氯化鈉流399以及脫鹽水流400和401。料流400使第一 ED鹽水流196中的NaCl和S04的濃度降低。通過在料流30被饋送至NF系統(tǒng)116中之前除去鹽水流30中的硬度和二價化合物/元素，ED系統(tǒng)190可利用非選擇性膜來產(chǎn)生脫鹽水流36。非選擇性膜通常與離子選擇性膜(例如，單價選擇性膜)相比具有較低的成本。因此，與在整個系統(tǒng)中采用離子選擇性膜并且不具有軟化器(例如第一離子交換軟化器386)的系統(tǒng)相比，可降低系統(tǒng)10的總操作和維護成本。
[0070]如上文所論述，礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32接收軟化器鹽水流392、第一軟化NF非滲透流398、吹洗硫酸鈉氯化鈉蒸汽399以及脫鹽水流401。礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32從相應料流392、398以及401中除去礦物質(zhì)(例如，硬度和二價化合物/元素、氯鹽以及硫酸鹽)，由此產(chǎn)生石膏46、鎂54以及其他化合物(例如，鹽50、溴58以及草堿62)。舉例來說，在所說明的實施方案中，料流392被引導至氫氧化鎂除去系統(tǒng)168。在操作期間，氫氧化鎂除去系統(tǒng)168被配置成以氫氧化鎂54的形式回收Mg ο可在氫氧化鎂除去系統(tǒng)168的上游將料流392用燒堿(例如，所述NaOH 150)和氧化劑186處理。氧化劑186將鐵物質(zhì)Fe2+氧化至Fe3+JaOH 150將料流392的PH值調(diào)節(jié)至約5與約7之間，這使得氫氧化鐵(Fe(OH)3)能夠形成和沉淀析出?？赏ㄟ^經(jīng)第三過濾器404過濾料流392來除去氫氧化鐵。
[0071]在某些實施方案中，可將過濾后的料流392用額外的燒堿處理以使pH值增至約8與約10之間，由此沉淀錳并且產(chǎn)生工業(yè)級錳。在其他實施方案中，可通過在過濾之前，更確切地說在第三過濾器404中過濾之前將料流392的pH值調(diào)節(jié)至約8與約10之間而在單一步驟中沉淀錳和鐵。而不是以兩步工藝進行，例如首先將pH值調(diào)節(jié)至約5與約7之間以沉淀析出氫氧化鐵，然后在第三過濾器404中過濾料流392，隨后在第三過濾器404中過濾料流392之后將pH值調(diào)節(jié)至約8與約10之間。
[0072]第三過濾器404可通過添加HCl 100(例如，約5wt%與約20wt%之間的HCl)而定期再生。HCl 100溶解鐵和錳，由此使第三過濾器404再生。含有溶解的鐵，并且在某些實施方案中含有錳的酸化過濾器流出物406可被饋送至石膏除去系統(tǒng)140。可在石膏除去系統(tǒng)140中使用酸化過濾器流出物406作為凝結(jié)劑或可被濃縮并且作為商業(yè)凝結(jié)劑出售。使過濾后的鹽水流408到達氫氧化鎂除去系統(tǒng)168。當在氫氧化鎂除去系統(tǒng)168中時，將過濾后的鹽水流408用石灰40或來自HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的約7wt %與12wt %之間的燒堿(例如，NaOH150)加以處理。舉例來說，當在過濾后的鹽水流408中Ca/S04摩爾比小于約I時，可將過濾后的鹽水流408用石灰40處理。換句話說，當在過濾后的鹽水流408中S04的濃度超過Ca的濃度時。相比之下，當過濾后的鹽水流408中Ca/S04摩爾比大于約I時，可將過濾后的鹽水流408用NaOH 150處理。石灰40和NaOH 150使Mg(OH)2 54能夠沉淀析出，由此從鹽水流30回收Mg(OH)2 54(約50wt%至約70wt%之間的Mg(OH)2)?；厥盏腗g(OH)2 54可作為工業(yè)級產(chǎn)品出售。
[0073]在氫氧化鎂除去系統(tǒng)168中回收鎂之后，將鹽水流出物流412引導至石膏除去系統(tǒng)140。石膏除去系統(tǒng)140從鹽水流出物流412回收Ca和S04以產(chǎn)生石膏46。在Ca/S04比率大于I的實施方案中，可將鹽水流出物流412用HCI 100 (約6wt %與約8wt %之間的HCI)處理以將鹽水流出物流412的pH值調(diào)節(jié)至約7與約8之間。pH值調(diào)節(jié)后的鹽水流出物流412的至少一部分被饋送至第四H)系統(tǒng)414。第四ED單元414可提取鹽水流出物流412中的一部分鈣，由此產(chǎn)生具有約15wt%與約35wt%之間的CaCl2的氯化鈣(CaCl2)鹽水234。可使CaCl2鹽水234變得可用作商業(yè)產(chǎn)品。含有剩余氯化鈣、硫酸鈉以及氯化鈉的H)稀料流418被饋送至石膏除去系統(tǒng)140以便除去Ca和S04以產(chǎn)生石膏46。
[0074]石膏除去系統(tǒng)140可包括混合器142、沉降器146以及第二過濾器148，從而促進從鹽水流(例如，H)滲透流418)中除去石膏46。在某些實施方案中，如上文所論述，在石膏除去系統(tǒng)140的上游，可將料流418用氧化劑186處理，以將任何殘余砷轉(zhuǎn)化成砷酸鹽。料流418中的Ca和S04在石膏除去系統(tǒng)140中反應以沉淀石膏46。在某些實施方案中，約50%至約70%的S04從料流418中除去。在中性pH值(例如約6至約8的pH值)下操作的混合器142 (例如，湍流混合器)中存在石膏46晶種可促進石膏46沉淀動力學，由此實現(xiàn)快速石膏沉淀。石膏54粒子可形成懸浮液并且，因此可與水更好地混合。因此，當在混合器142中時，可將料流418用酸化過濾器流出物406處理以使石膏46粒子凝結(jié)(結(jié)塊)，并且促進石膏粒子與水分離。舉例來說，如上文所論述，酸化過濾器流出物406包括氫氧化鐵，其可用作凝結(jié)劑。
[0075]除石膏沉淀之外，不溶性氟化鈣(CaF2)也在混合器142中沉淀析出，由此從料流418中除去大部分的氟化物；由此使下游ED系統(tǒng)中的氟化物結(jié)垢減少。在沉降器146中，石膏晶體沉降并且將飽和的幾乎不含固體的溶液傾析掉。將少量的軟化鹽水419再循環(huán)至沉降器溢出物中，以增加石膏溶解度并且沖淡鹽水流，由此使下游單元中的結(jié)垢減少?？墒钩两灯鳉堅竭_水力旋流器和第二過濾器148，以洗滌(例如，用脫鹽產(chǎn)物水)石膏46并且使其濃縮成可出售的經(jīng)過洗滌的濾餅。在某些實施方案中，濾餅可包括約70wt%至約10wt %的石膏46。舉例來說，濾餅可包括約90wt%的石膏46。因此，石膏46是作為石膏除去系統(tǒng)160的輸出物160而提供。來自水力旋流器的微細固體溢出流再循環(huán)至混合器142作為晶種。來自第二過濾器148的濾液被再循環(huán)至沉降器142。在某些實施方案中，將沉降器146的流出物用硫酸氫鈉(NaHSO4)處理以除去任何殘余氧化劑186。舉例來說，可使NaHSO4與次氯酸鈉反應以產(chǎn)生S04和氯化物。
[0076]石膏除去系統(tǒng)140可以石膏46形式除去約60%至約75%的來源于料流418的鈣，并且產(chǎn)生第二 NaCl鹽水流420。第二 NaCl鹽水流420還包括在用NaHSO4處理來自第二過濾器148的濾液和來自沉降器146的流出物期間產(chǎn)生的SO4和氯化物。第二 NaCl鹽水流420還可以包括在除去系統(tǒng)140、168中未除去的殘余的鎂和鈣。舉例來說，第二 NaCl鹽水流420可含有小于約5-9g/L的石膏54和小于約0.4g/L的氯化鎂。因此，鹽水流420在到達礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32內(nèi)的阻垢劑回收ED系統(tǒng)428之前被饋送至第三離子交換軟化器424。類似于軟化器220、386，第三離子交換軟化器424從鹽水流420中除去殘余的鎂和鈣，由此產(chǎn)生第四軟化鹽水流430。以此方式，可將通常用于電滲析系統(tǒng)中的離子選擇性電滲析膜用更高成本效率的非選擇性ED膜代替。將第三離子交換軟化器424用HCl 100和NaOH 150處理，并且產(chǎn)生氯化物鹽水流432 (例如，CaCl2、MgCl2 )，并且將其與第三過濾器404下游的料流408組合以促進鈣和鎂的回收。
[0077]第四軟化鹽水流430以及HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的硫酸鈉和氯化鈉吹洗流399被引導至第三NF系統(tǒng)436。第三NF系統(tǒng)436使硫酸鹽能夠從第四軟化鹽水流430中除去，并且產(chǎn)生具有大于約40g//L的NaCl的第二軟化NF滲透流438和第二軟化NF非滲透流440。第二軟化NF非滲透流440可包括約50g/L與70g/L之間的總?cè)芙夤腆w，其包括Ca和S04。因此，第二軟化NF非滲透流440被引導至石膏除去系統(tǒng)140以按石膏46形式回收Ca和S04。在某些實施方案中，可在第三NF系統(tǒng)436的上游將第四軟化鹽水流430與第一軟化NF非滲透流398組合。在饋送至第三NF系統(tǒng)436之前，可將料流398、430用HCl 100(約5%wt%與約8wt%之間的HCl)中和并且用第四過濾器442(類似于過濾器110、404)過濾。第四過濾器442可大體上阻止石膏垢傳送至第三NF系統(tǒng)436。在某些實施方案中，可將第四軟化鹽水流430的一部分再循環(huán)至石膏沉降器146。再循環(huán)的鹽水可沖淡沉降器146的流出物并且使石膏回收系統(tǒng)140中的石膏結(jié)垢減少。
[0078]除具有高濃度的NaCl之外，第四軟化器流出物流430還包括阻垢劑108?？赡苄枰厥蘸驮傺h(huán)在整個系統(tǒng)10中所用的阻垢劑108。回收和再循環(huán)阻垢劑108可通過降低與購買阻垢劑108相關(guān)的成本來降低系統(tǒng)10的總操作成本。因此，使第四軟化器流出物流430的一部分446、第二軟化NF滲透流438以及脫鹽水流401到達阻垢劑回收ED系統(tǒng)428以便回收阻垢劑108。在所說明的實施方案中，阻垢劑回收ED系統(tǒng)428包括第一級ED單元448、第二級ED單元450以及第三級ED單元452。然而，如應了解，阻垢劑回收ED系統(tǒng)428可包括更多或更少個層級。舉例來說，阻垢劑回收ED系統(tǒng)428可包括一個、兩個、三個、四個、五個或更多個ED層級。ED單元448、450以及452可使用陽離子和陰離子選擇性膜或非選擇性膜來從第二軟化NF滲透流438中除去殘余的砷酸鹽、鈣以及鎂。舉例來說，第二軟化NF滲透流438被饋送至濃縮物側(cè)，而軟化器流出物流430的部分401被饋送至第一級ED單元448的稀液側(cè)，并且第一級ED單元448將氯化鈉(NaCl)和殘余的砷酸鹽從軟化器流出物流430的部分401萃取至第二軟化NF滲透流438中。第一級ED單元448可在約4至約7的pH值下操作。更高的pH值使砷能夠電離以產(chǎn)生砷酸鹽，由此促進從第二軟化NF滲透流438中除去砷。在第一級ED單元448的操作pH值下，第二軟化NF滲透流438中的二氧化硅為非離子的。因此，第一級ED單元448可能不除去二氧化娃。因此，第一級ED濃縮流456可包括約小于I OOppm的二氧化娃。
[0079]具有阻垢劑108的第一級ED稀料流458被饋送至第二級ED單元450。如下文參考圖6詳細論述，第一級H)濃縮流456被引導至HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66并且用于產(chǎn)生HCl和NaOH(例如，HCl 72、100以及NaOH 70、150)。在某些實施方案中，可通過添加HCl 100(約6wt%與約8wt%之間的HCl)來調(diào)節(jié)第一級ED稀料流458的pH值。舉例來說，第一級ED稀料流458的pH值可降至小于約3。以此方式，可將在第二軟化器192上游添加的氯化鐵(Fe(III)Cl3)從阻垢劑108中釋放，并且可在第三級ED單元452中回收阻垢劑108。
[0080]第一級ED稀料流458包括氯化物鹽，諸如但不限于氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵等。第二級ED單元450(例如，混合的氯化物萃取ED)使用陰離子單價選擇性滲透膜從第一級ED稀料流458萃取大部分(例如，約65%至80%)的氯化鎂、氯化鈣以及氯化鈉，以產(chǎn)生第二級ED稀料流460和第二級ED濃縮流462。料流462可為濃的氯化鎂、氯化鈣以及氯化鈉鹽水(例如，約3至25wt%)。第二級ED濃縮流462可與軟化器鹽水流392組合并且循環(huán)回去穿過除去系統(tǒng)140、168。因為第二級ED濃縮流462可具有增加濃度的鈣和鎂，所以可如箭頭400所示將來自HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的補充水饋送至第二級ED單元450，以稀釋第二級ED濃縮流462并且緩解系統(tǒng)140、168中的結(jié)垢。
[0081 ]第三級ED單元452接收第二級ED濃縮流460并且使用非選擇性膜來從第二級濃縮流460中除去殘余的Na2SO4并且回收阻垢劑108。類似于第二級ED單元450，第三級ED單元452也可以接收來自HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的補充水400以稀釋從第三級ED單元452輸出的硫酸鈉鹽水468。第三級ED單元452將硫酸鈉鹽水468引導至石膏除去系統(tǒng)140。第三ED單元452還產(chǎn)生再生的阻垢劑流454。再生的阻垢劑流454可被引導至系統(tǒng)10的各種料流和/或組件，使得阻垢劑108可被系統(tǒng)10(例如，在NF系統(tǒng)116、436中)再使用。在某些實施方案中，再生的阻垢劑108可被提供作為工業(yè)級商業(yè)產(chǎn)品。
[0082]圖6為HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66的一個實施方案，其可被礦物質(zhì)除去設備34用來產(chǎn)生HCI和NaOH(例如，HCI 72、100以及NaOH 7O、150)。如上文所論述，HCI和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66接收來自ED系統(tǒng)190、468的料流196、456。!1(:1和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66包括接收第一 ED鹽水流196的第一吸收器224 ο如上文所論述，第一 ED鹽水流196可包括砷。第一吸收劑224可從第一 ED鹽水流146中除去砷。在將第一 ED鹽水流196饋送至第一吸收器224之前，可將料流196用硫酸氫鈉(NaHSO3)處理。硫酸氫鈉與用于在第二 NF系統(tǒng)116上游氧化砷的殘余氧化劑186反應。舉例來說，硫酸氫鈉與殘余氧化劑186(例如，次氯酸鈉)反應產(chǎn)生非氧化性氯化物和硫酸鹽物質(zhì)，由此阻止下游離子交換樹脂和膜被殘余氧化劑186氧化。第一吸收器224可使用一次性單次使用吸收劑(例如，對于低砷含量鹽水)或可再生吸收劑(例如，對于高砷含量鹽水)。在第一吸收器224使用可再生的吸收劑的實施方案中，吸收劑可用NaOH 150和NaCl鹽水(例如，來自第一級ED濃縮物456)定期再生?？蓪⒌谝桓簧榱?72與氯化鐵溶液(FeCl3)混合以產(chǎn)生砷酸鐵?？墒褂玫谖暹^濾器476從第一富砷鹽水流472中除去砷酸鐵，由此產(chǎn)生過濾后的貧砷流478。過濾后的貧砷流478為大于約98%NaCl。使過濾后的貧砷流478循環(huán)回去穿過第一吸收器224，此舉從可再生的吸收劑除去另外的砷。
[0083]第一吸收器濃縮鹽水流480被饋送至第四NF系統(tǒng)482，其從第一吸收器濃縮鹽水流480中除去大于約90%的殘余硫酸鹽、大于約75%的殘余鈣和鎂以及小于約25%的氯化物。第四NF系統(tǒng)482可包括至少2個NF層級。第三NF滲透流484被饋送至第二 RO系統(tǒng)248，而第三NF非滲透流486被引導至礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32。第三NF非滲透流486包括來自第一 ED鹽水流196的殘余硫酸鹽、鈣、鎂以及氯化物，其在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32中作為石膏46和Mg(OH)2 54而被回收。在某些實施方案中，第三NF非滲透流486在第三NF系統(tǒng)436的上游與第四軟化鹽水流430混合。在其他實施方案中，第三NF非滲透486被饋送至阻垢劑回收ED系統(tǒng)428。
[0084]第三NF滲透流484具有低硫酸鹽含量(例如，約0.1-0.5g/L(100-500ppm))和超過約3%的氯化物(例如，約40g/L(40，OOOppm)至60g/L(60，OOOppm)的NaCl)。因此，可使用第三NF滲透流484來產(chǎn)生HCl 72、100以及NaOH 70、150。舉例來說，第二RO系統(tǒng)248將第三NF滲透流484分離成第一 NaCl鹽水流250(例如，具有約75g/L與約115g/L之間的NaCl)和補充水254(例如，具有小于約lg/L(100ppm)的NaCl的低鹽度RO滲透流)。第一 NaCl鹽水流250中的NaCl為具有高于約99#%的似(:1的高純度NaCl。因此，根據(jù)國家衛(wèi)生基金會(Nat1nalSanitat1n Foundat1n，NSF)標準60(NSF 60)，可使用第一NaCl鹽水流250來產(chǎn)生符合NSF60的燒堿(例如，NaOH 70、150)和HCl(例如HCl 72、100)。因為系統(tǒng)10被配置成在操作期間產(chǎn)生符合NSF 60的NaOH和HCl，所以可降低與購買符合NSF 60的NaOH和HCl相關(guān)的成本。
[0085]補充水254(例如，補充水399、400)可用于系統(tǒng)10內(nèi)的若干工藝中。舉例來說，在一個實施方案中，補充水254可如箭頭400所示被饋送至阻垢劑回收ED系統(tǒng)428(例如，第二和第三級ED單元450和452)。在某些實施方案中，補充水254可如箭頭399所示被饋送至第一 ED系統(tǒng)190。此外，補充水254可被饋送至ED系統(tǒng)190和428。補充水254還可用作冷卻塔補充物和其他非飲用水用途(例如，洗滌水、灌溉等)。
[0086]HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66還包括第一和第二 EDBM單元258、260以及第三EDBM單元490(例如，由GE Power and Water of Trevose，PA制造的Electromat電滲析和雙極性電滲析)，其如上文參考圖3所論述使得能夠產(chǎn)生HCl 72、100以及NaOH TOUSOt3EDBM單元258、260以及490可為包括鹽水部分264、酸部分266以及燒堿部分268的三種細胞膜。在所說明的實施方案中，EDBM單元258接收來自第二 RO系統(tǒng)248的第一 NaCl鹽水流250。除接收第一 NaCl鹽水流250之外，EDBM單元258還接收來自EDBM單元490(例如，補充EDBM)的補充HCl 370(具有約0.5wt %至約4wt %的HCl)和補充NaOH 368(具有約0.5wt %至約4wt %的NaOH)以促進產(chǎn)生HCl 100和NaOH 150。在EDBM單元258(例如，輸出EDBM)內(nèi)，從第一NaCl鹽水流250萃取氯化物以產(chǎn)生第一HCl流492 (例如，約4wt %至約7wt %的HCl)和第一NaOH流494 (例如，約5?^%至12*1:%的他0!0 C3HCl流492被饋送至HCl蒸發(fā)器300，而NaOH流494被饋送至NaOH蒸發(fā)器302(例如，真空蒸發(fā)器)?？蓪⒌诙?ED鹽水流280與第一濃縮物鹽水流480組合以緩解殘余硫酸鹽的累積。
[0087]蒸發(fā)器300、302分別使HCl流492和NaOH流494濃縮，由此產(chǎn)生濃縮工業(yè)級HCl 72(約15wt %至約20wt %之間的HCl)和濃縮工業(yè)級NaOH 7O (約30wt %與約50wt %之間的NaOH)。如應注意到的，HCl流492和NaOH流494的至少一部分分別可用于向系統(tǒng)10的各種料流和組件中提供HCl 100和NaOH 150。在某些實施方案中，HCl蒸發(fā)器300為機械蒸氣再壓縮(MVR)蒸發(fā)器系統(tǒng)。MVR蒸發(fā)器系統(tǒng)包括冷凝器和壓縮機。在HCl流492濃縮期間，HCl蒸發(fā)器300產(chǎn)生水蒸氣。水蒸氣和HCl可形成共沸物，導致在水蒸氣中存在HCl。因此，來自第二 RO系統(tǒng)248的補充水254的一部分可如箭頭496所示被饋送至HCl蒸發(fā)器300。補充水496的部分可用作用于從水蒸氣中除去HCl的洗氣水。從水蒸氣中除去HCl可緩解不希望的HCl對蒸發(fā)器300的其他組件(例如壓縮機)的影響。在某些實施方案中，可使用過的洗氣水498(具有約小于1的％的此1)到達EDBM 260的酸部分266并且用作用于產(chǎn)生第二HCl流500的補充酸。第二HCl流500可被饋送至EDBM 490的酸隔室266，由此促進產(chǎn)生向EDBM 258提供的補充HCl370。在其他實施方案中，用過的洗氣水498可形成HCl 100的一部分。
[0088]類似于蒸發(fā)器300，NaOH蒸發(fā)器302 (例如，真空蒸發(fā)器)在NaOH流494濃縮期間產(chǎn)生水蒸氣流502。水蒸氣流502可被饋送至熱交換器96以加熱吹提器178上游的第三軟化鹽水流388。在熱交換器96中轉(zhuǎn)移熱量之后，冷凝的水蒸氣可被饋送至EDBM 258作為補充水。
[0089]如上文所論述，使第一級ED濃縮流456到達HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66以促進產(chǎn)生HCl72、100以及NaOH 70、150。第一級ED濃縮流456可具有大量的NaCl (例如約30g/L( 30，OOOppm)與約60g/L(60,OOOppm)之間的NaCl)，其可由EDBM單元258、260以及490用于產(chǎn)生HCl和NaOH。因此，第一級ED濃縮流456可被饋送至EDBM單元490 JDBM單元490可使用第一級H)濃縮流456以產(chǎn)生被饋送至EDBM單元258的HCl補充物370和NaOH補充物368。然而，在將第一級ED濃縮流456饋送至EDBM單元490之前，可將第一級ED濃縮流456用氧化劑186處理以使砷酸鹽離子化并且實現(xiàn)第二吸收器506中的砷酸鹽的除去。第二吸收器506類似于上文所論述的第一吸收器224進行操作。第二吸收器506可在約5與約6之間的pH值下進行操作。第二吸收器506中的pH值與約I分鐘與約5分鐘之間的滯留時間組合可使料流456中的二氧化硅(約0.01g/L(10ppm)二氧化娃)的共吸收降至最低。在某些實施方案中，可將料流456用硫酸氫鈉(NaHSO4)處理以在除去第二吸收器506中的砷之前除去殘余氧化劑186。第二富砷流508與第一富砷流472組合并且如上文所論述被饋送至第五過濾器476以產(chǎn)生貧砷流478。第三NaCl鹽水流510被饋送至EDBM單元490，由此分別產(chǎn)生HCl和NaOH補充流368和370，以及第二EDBM鹽水流512 JDBM單元490的部分266、268還接收來自EDBM單元260的第二 HCl流500和補充水254(如箭頭514所示)以及來自NaOH蒸發(fā)器302的燒堿冷凝物。
[0090]第二 EDBM鹽水流512(具有約15g/L與約50g//L之間的NaCl)被饋送至EDBM單元260(例如，內(nèi)部。另外，EDBM單元260的酸部分266接收來自HCl蒸發(fā)器300的用過的洗氣水498以使得能夠產(chǎn)生第三HCl流500。在EDBM單元260的燒堿部分268中饋入在EDBM260的鹽水隔室264中產(chǎn)生的第三EDBM鹽水流520。第三EDBM鹽水流520可具有小于約5g/L(5，000ppm)的NaCl，并且使得能夠產(chǎn)生用于使軟化器386、424再生并且用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)10內(nèi)的各種料流的pH值的NaOH 150。
[0091]本發(fā)明的實施方案還包括一種在第二NF單元116和礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32的上游使用軟化器386從鹽水流30中除去硬度和二價元素/化合物的方法。HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66可饋送HCl和NaOH以使軟化器386再生并且使得能夠回收硬度和二價元素/化合物。以此方式，可部分歸因于在ED系統(tǒng)190、428中使用較不昂貴的非選擇性(與成本更高的離子選擇膜相比)；阻垢劑108的回收；以及符合NSF 60的HCl和NaOH(例如，HCl 72、100以及NaOH 70,150)的產(chǎn)生而降低系統(tǒng)10的操作成本。圖7為方法530的流程圖，根據(jù)該方法廢水處理系統(tǒng)(例如，上文所描述的廢水處理系統(tǒng)10)可從鹽水流(例如，鹽水流30)中除去硬度和二價元素、回收阻垢劑(例如，阻垢劑108)并且產(chǎn)生HCl和NaOH(例如，HCl 72、100以及NaOH 72、150)。在某些實施方案中，如上文參考圖5所描述，第一 RO系統(tǒng)20為第二離子交換軟化器386供應鹽水流30以產(chǎn)生第三軟化鹽水流388和軟化器鹽水流392(方框532)。第二離子交換軟化器386從鹽水流30中除去Ca、Mg、Fe、Mn、Sr、Ba以及其他硬度化合物。此外，第二離子交換軟化器386將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成C02。因此，可使系統(tǒng)10中所用的HCl 100的量減少。舉例來說，一般來說，將鹽水流30用HCl處理以將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成C02。然而，因為第二離子交換軟化器386被配置成將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成C02，可能不需要用HCl處理鹽水流30，由此降低HCl用量。
[0092]方法530還包括用阻垢劑108處理第三軟化鹽水流388(方框534)，并且將第三軟化鹽水流388引導至第二NF系統(tǒng)116和第一ED系統(tǒng)190，以產(chǎn)生脫鹽水28和第一ED鹽水流196(方框538) ο在某些實施方案中，第三軟化鹽水流388包括二氧化硅(S12)，其可在第二NF系統(tǒng)116中在第三軟化鹽水流388脫鹽期間引起結(jié)垢。因此，可將第三軟化鹽水流388用阻垢劑108處理以緩解結(jié)垢。第二 NF系統(tǒng)116從第三軟化鹽水流388中除去硫酸鹽(S04)，并且第一ED系統(tǒng)190從第三軟化鹽水流388中除去大于95%的NaCl，由此產(chǎn)生脫鹽水28和第一ED鹽水流196(NaCl鹽水)。因為在第二離子交換軟化器386中大多數(shù)的硬度和二價化合物(例如，大于98%)被除去，所以第一 ED系統(tǒng)190可使用較不昂貴的非選擇性膜來使水(例如，來自鹽水流30)脫鹽。
[0093]方法530進一步包括將軟化器鹽水流392饋送至礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32并且回收硬度和二價元素/化合物(方框542)。舉例來說，軟化器鹽水流392被饋送至氫氧化鎂除去系統(tǒng)168以從軟化器鹽水流392中回收鎂，由此產(chǎn)生氫氧化鎂54。來自氫氧化鎂除去系統(tǒng)168的溢出物被饋送至石膏回收系統(tǒng)140以回收鈣和硫酸鹽，由此產(chǎn)生石膏46。氫氧化鎂54和石膏46可作為工業(yè)級產(chǎn)品出售。
[0094]方法530還將第一軟化NF非滲透流398供應至礦物質(zhì)除去系統(tǒng)32并且回收阻垢劑108以產(chǎn)生NaCl鹽水(例如，第一級ED濃縮流456)(方框546)?；厥盏淖韫竸?08可在整個系統(tǒng)10中再循環(huán)，由此降低與購買阻垢劑108相關(guān)的成本。在某些實施方案中，阻垢劑108可作為工業(yè)級阻垢劑出售。
[0095]方法530還包括將來自第一ED系統(tǒng)190和阻垢劑回收ED系統(tǒng)428的NaCl鹽水流(例如，第一ED鹽水流196和第一級ED濃縮流456)供應至HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66，以產(chǎn)生HCl和NaOH(例如，HCl 72、100以及NaOH 70、150)(方框548)。舉例來說，如上文參考圖6所論述，HCl和Na0H產(chǎn)生系統(tǒng)66包括系統(tǒng)482、248以及EDBM單元258、260、490，其促進產(chǎn)生HCl、72、100以及NaOH 70、150。由HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66產(chǎn)生的HCl 72、100以及NaOH 70、150的品質(zhì)符合NSF 60。產(chǎn)生的HCl和NaOH可在整個系統(tǒng)10中再循環(huán)(例如，HCl 100和NaOH 150)和/或可作為高純度濃縮工業(yè)級HCl 72和NaOH 70出售。因為系統(tǒng)10可使用由HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)66產(chǎn)生的HCl 100和NaOH 150，所以可降低與購買符合國家衛(wèi)生基金會(NSF)標準60的HCl和NaOH相關(guān)的成本。
[0096]方法530進一步包括將HCl 100和NaOH 150引導至軟化器386、424，以產(chǎn)生濃縮氯化物鹽水流110并且使軟化器386、424再生(方框550)。以此方式，系統(tǒng)10可繼續(xù)除去硬度和二價化合物并且回收硬度和二價化合物作為工業(yè)級產(chǎn)品。
[0097]如上文所描述，水處理系統(tǒng)10的某些實施方案在納米過濾和電滲析系統(tǒng)的上游使用離子交換軟化器(例如軟化器386、424)來產(chǎn)生軟化鹽水流(例如，料流388、486)。以此方式，可在納米過濾和電滲析之前從鹽水流中除去硬度和二價離子，并且使得能夠在電滲析系統(tǒng)(例如，ED系統(tǒng)190、428)中使用較低成本的非選擇性膜。此外，離子交換軟化器可將鹽水流(例如，鹽水流30)中的碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成C02，由此降低系統(tǒng)10所用的HCl的量(例如，在處理鹽水流30以將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成⑶2 180時)。另外，水處理系統(tǒng)10可回收阻垢劑(例如，阻垢劑108)并且將其再循環(huán)并且產(chǎn)生符合NSF的HCl和NaOH。因此，可降低與購買阻垢劑、HCl以及NaOH相關(guān)的成本。因此，也可以降低系統(tǒng)10的總操作費用。
[0098]雖然本文僅已說明和描述了本公開的僅某些特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到許多修改和變化。因此，應了解，隨附權(quán)利要求書旨在覆蓋屬于本公開的真正精神范圍內(nèi)的所有此類修改和變化。
【主權(quán)項】
1.一種方法，其包括: 用阻垢劑處理包含多種礦物質(zhì)的第一鹽水流以產(chǎn)生經(jīng)過處理的鹽水，其中所述第一鹽水流由廢水處理系統(tǒng)提供； 將所述經(jīng)過處理的鹽水引導至設置在所述廢水處理系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的第一納米過濾(NF)系統(tǒng)； 在所述第一 NF系統(tǒng)中由所述經(jīng)過處理的鹽水產(chǎn)生第一 NF滲透流和第一 NF非滲透流；將所述第一 NF非滲透流引導至設置在所述第一 NF系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的礦物質(zhì)除去系統(tǒng)； 從所述第一NF非滲透流中除去所述多種礦物質(zhì)，以在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)中產(chǎn)生第一溢出流;其中所述第一溢出流包含所述多種礦物質(zhì)的至少一部分； 使所述第一溢出流的第一部分到達設置在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)包含第二 NF系統(tǒng)，其被配置成接收所述第一溢出流的所述第一部分并且由所述第一溢出流的所述第一部分產(chǎn)生第二鹽水流；以及 將所述第二鹽水流引導至設置在所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)并且與所述第二 NF系統(tǒng)流體聯(lián)接的第一電滲析(ED)系統(tǒng)，其中所述第一 ED系統(tǒng)被配置成由所述第二鹽水流產(chǎn)生HCl和NaOH02.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括將所述第一NF滲透流引導至設置在所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)上游并且與其流體聯(lián)接的第二 H)系統(tǒng)，其中所述第二 ED系統(tǒng)被配置成由所述第一NF滲透流產(chǎn)生第三鹽水流，并且將所述第三鹽水流與所述第二鹽水流組合。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括將所述第一溢出流的第二部分引導至氫氧化鎂除去系統(tǒng)，所述氫氧化鎂除去系統(tǒng)被配置成從所述第一溢出流的所述第二部分中除去鎂并且產(chǎn)生第二溢出流。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其包括所述第二溢出流與所述第一溢出流。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括將所述第二鹽水流引導至設置在所述第一ED系統(tǒng)上游的離子交換軟化器，并且由所述第二鹽水流產(chǎn)生氯化鈣鹽水流和第一氯化鈉鹽水流。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其包括將所述第一氯化鈉鹽水流引導至所述第一ED系統(tǒng)并且產(chǎn)生第二氯化鈉鹽水流。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其包括將所述第二氯化鈉鹽水流引導至所述第二NF系統(tǒng)，以及將所述第二氯化鈉鹽水流與所述第二鹽水流組合。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述阻垢劑包括石膏阻垢劑、硫酸鋇阻垢劑或其組入口 ο9.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括過濾所述第一NF系統(tǒng)上游的所述經(jīng)過處理的鹽水流。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括在設置在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)內(nèi)的石膏除去系統(tǒng)中產(chǎn)生所述第一溢出流。11.一種系統(tǒng)，其包括: 第一納米過濾(NF)系統(tǒng)，其被配置成由來自水處理系統(tǒng)的第一鹽水流產(chǎn)生第一 NF滲透流和第一 NF非滲透流； 礦物質(zhì)除去系統(tǒng)，其被設置在所述第一納米過濾系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接，其中所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)被配置成接收所述第一NF非滲透流并且輸出溢出流;以及 鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括設置在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的第二NF系統(tǒng)；以及第一電滲析(ED)系統(tǒng)，其中所述第二NF系統(tǒng)被配置成接收來自所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)的溢出流以產(chǎn)生第二鹽水流，并且所述第一 ED系統(tǒng)被配置成接收所述第二鹽水流以產(chǎn)生HCl和NaOH。12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其包括與所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)和所述第二NF系統(tǒng)流體聯(lián)接的溢流罐，其中所述溢流罐被配置成將所述溢出流的第一部分引導至所述第二NF系統(tǒng)，而將所述溢出流的第二部分引導至所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)。13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)包括石膏除去系統(tǒng)和鎂除去系統(tǒng)，其中所述石膏除去系統(tǒng)被配置成接收所述第一 NF非滲透流并且產(chǎn)生所述溢出流的所述第一部分，而所述氫氧化鎂除去系統(tǒng)被配置成接收來自所述溢流罐的所述溢出流的所述第二部分。14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其包括與所述第一NF系統(tǒng)和所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)流體聯(lián)接的第二 ED系統(tǒng)，其中所述第二 ED系統(tǒng)被配置成接收所述NF滲透流并且產(chǎn)生第三鹽水流。15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其包括設置在所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的饋料罐，其中所述饋料罐與所述第一和第二 H)系統(tǒng)流體聯(lián)接，并且所述饋料罐被配置成接收所述第二和第三鹽水流。16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其包括與所述饋料罐流體聯(lián)接的反滲透系統(tǒng)，其中所述反滲透系統(tǒng)被配置成接收所述第二和第三鹽水流以產(chǎn)生氯化鈉鹽水流。17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其包括設置在所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的離子交換系統(tǒng)，其中所述離子交換系統(tǒng)被配置成接收所述第一鹽水流并且產(chǎn)生氯化鈣鹽水和氯化鈉鹽水。18.—種系統(tǒng)，其包括: 鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括: 納米過濾(NF)系統(tǒng)，其被配置成由第一鹽水流產(chǎn)生NF滲透流和NF非滲透流； 第一電滲析(ED)系統(tǒng)，其在所述NF系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接，其中所述第一 ED系統(tǒng)被配置成接收所述NF滲透流并且產(chǎn)生第二鹽水流；以及 礦物質(zhì)除去系統(tǒng)，其與所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)流體聯(lián)接并且被配置成輸出所述第一鹽水流，其中所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)包括: 礦物質(zhì)除去部分，其被配置成從在廢水處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的第三鹽水流中除去礦物質(zhì)；以及 溢流罐，其與所述礦物質(zhì)除去部分和所述NF系統(tǒng)流體聯(lián)接，其中所述溢流罐被配置成接收來自所述礦物質(zhì)除去部分的溢出流，并且將所述溢出流的至少一部分引導至所述NF系統(tǒng)，以產(chǎn)生所述NF滲透流和所述NF非滲透流。19.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其包括設置在所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)并且與所述第一ED系統(tǒng)流體聯(lián)接的反滲透(RO)系統(tǒng)以及設置在所述HCl和NaOH產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的第二ED系統(tǒng)，其中所述RO系統(tǒng)被配置成接收所述第一鹽水并且將所述第一鹽水引導至所述第二 ED系統(tǒng)以產(chǎn)生HCl和NaOH。20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述第一ED系統(tǒng)和所述第二ED系統(tǒng)為流體聯(lián)接的，并且其中所述第二 ED系統(tǒng)被配置成產(chǎn)生第四鹽水流并且將所述第四鹽水流引導至所述第一H)系統(tǒng)，并且其中所述第四鹽水流與所述第一鹽水流組合。21.—種系統(tǒng)，其包括: 離子交換軟化器，其與廢水處理系統(tǒng)流體聯(lián)接，其中所述第一離子交換軟化器被配置成接收來自所述廢水處理系統(tǒng)的第一鹽水流，并且從所述第一鹽水流中除去多種礦物質(zhì)，以產(chǎn)生包含所述多種礦物質(zhì)的第二鹽水流和第三鹽水流； 礦物質(zhì)除去系統(tǒng)，其被設置在所述離子交換軟化器下游，并且被配置成接收所述第二鹽水流并且產(chǎn)生氯化鈉(NaCl)鹽水流； 酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)，其被設置在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接，其中所述酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)包括第一電滲析(ED)系統(tǒng)，所述第一電滲析(ED)系統(tǒng)被配置成接收來自所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)的所述NaCl鹽水流并且由所述NaCl鹽水流產(chǎn)生鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH);以及 第二 ED系統(tǒng)，其被設置在所述離子交換軟化器的下游和所述酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)的上游，其中所述第二 ED系統(tǒng)與所述離子交換軟化器和所述酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)流體聯(lián)接，并且所述第二 ED被配置成產(chǎn)生來自所述第三鹽水流的脫鹽水和ED濃縮流，其中所述第二 ED系統(tǒng)被配置成將所述H)濃縮流引導至所述酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)。22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其包括在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)內(nèi)的阻垢劑回收系統(tǒng)，其中所述阻垢劑回收系統(tǒng)被配置成產(chǎn)生所述NaCl鹽水流。23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述阻垢劑回收系統(tǒng)包括多個ED單元。24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述阻垢劑回收系統(tǒng)與所述第一ED系統(tǒng)流體聯(lián)接并且將所述NaCl鹽水流饋送至所述第一 ED系統(tǒng)。25.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其包括設置在所述離子交換軟化器下游的納米過濾(NF)系統(tǒng)，其中所述NF系統(tǒng)與所述離子交換軟化器、所述第二 ED系統(tǒng)以及阻垢劑回收系統(tǒng)流體聯(lián)接，并且其中所述NF系統(tǒng)被配置成將NF非滲透流引導至所述阻垢劑回收系統(tǒng)以產(chǎn)生所述NaCl鹽水流，并且將NF滲透流引導至所述第二 ED系統(tǒng)以產(chǎn)生所述脫鹽水和所述ED濃縮流。26.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述第二ED系統(tǒng)包括非選擇性膜。27.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述離子交換軟化器包含樹脂，所述樹脂包含酸部分和中性部分，并且所述酸部分被配置成從所述第一鹽水流中除去碳酸氫鹽。28.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其包括設置在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)內(nèi)的第一礦物質(zhì)除去部分，其中所述第一礦物質(zhì)除去部分與所述離子交換軟化器流體聯(lián)接并且被配置成接收所述第二鹽水流，并且其中所述第一礦物質(zhì)除去部分被配置成從所述第二鹽水流中除去所述多種礦物質(zhì)的第一部分，以產(chǎn)生包含所述多種礦物質(zhì)的第二部分的第四鹽水流，并且所述第一礦物質(zhì)除去部分包括氫氧化鎂除去部分。29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其包括所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)內(nèi)的第二礦物質(zhì)除去部分，其中所述第二礦物質(zhì)除去部分被配置成從所述第四鹽水流中除去所述多種礦物質(zhì)的所述第二部分，并且所述第二礦物質(zhì)除去部分包括石膏除去部分。30.—種方法，其包括: 將來自水處理系統(tǒng)的廢水鹽水流引導至設置在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)上游的第一離子交換軟化器，其中所述廢水鹽水流包含多種礦物質(zhì)； 經(jīng)由所述第一離子交換軟化器由所述廢水鹽水流產(chǎn)生第一軟化鹽水流和第一氯化物鹽水流，其中所述第一氯化物鹽水流包含所述多種礦物質(zhì)的第一部分，而所述第一軟化鹽水流包含所述多種礦物質(zhì)的第二部分； 將所述第一氯化物鹽水流供應至所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)以回收所述多種礦物質(zhì)的所述第一部分； 將所述第一軟化鹽水流供應至被配置成產(chǎn)生第二軟化鹽水流的第一電滲析(ED)系統(tǒng)；以及 經(jīng)由在所述第一 ED系統(tǒng)下游并且與其流體聯(lián)接的酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)由所述第二軟化鹽水流產(chǎn)生鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)。31.如權(quán)利要求30所述的方法，其包括將所述HCl和NaOH供應至所述第一離子交換軟化器，以使所述第一離子交換軟化器再生，其中所述第一離子交換軟化器包括被配置成從所述廢水鹽水流中除去碳酸氫鹽的酸部分和被配置成從所述廢水鹽水流中除去所述多種礦物質(zhì)的所述第一部分的中性部分。32.如權(quán)利要求30所述的方法，其包括將所述HCl和NaOH供應至設置在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)內(nèi)的第二離子交換軟化器，其中所述第二離子交換軟化器被配置成從在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)中產(chǎn)生的第二氯化物鹽水流中除去所述多種礦物質(zhì)的第三部分，并且所述HCl和NaOH被配置成使所述第二離子交換軟化器再生。33.如權(quán)利要求30所述的方法，其包括將所述第一氯化物鹽水流供應至所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)，并且從所述多種礦物質(zhì)的所述第一部分中回收石膏和氫氧化鎂。34.如權(quán)利要求30所述的方法，其包括用阻垢劑處理所述第一軟化鹽水流以產(chǎn)生經(jīng)過處理的軟化鹽水流，并且將所述經(jīng)過處理的軟化鹽水流引導至設置在所述第一 ED系統(tǒng)上游的納米過濾(NF)系統(tǒng)，其中所述NF系統(tǒng)產(chǎn)生NF非滲透流和NF滲透流，其中所述NF滲透流被饋送至所述第一 H)系統(tǒng)以產(chǎn)生所述第二軟化鹽水流。35.如權(quán)利要求34所述的方法，其包括在設置在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)中的阻垢劑回收系統(tǒng)中從所述NF非滲透流中回收所述阻垢劑，其中所述阻垢劑回收系統(tǒng)包括第二 ED系統(tǒng)。36.如權(quán)利要求30所述的方法，其包括經(jīng)由所述第一離子交換軟化器將所述廢水鹽水流中的碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成二氧化碳。37.如權(quán)利要求30所述的方法，其包括由所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)中的所述第一氯化物鹽水流產(chǎn)生氯化鈣鹽水，其中所述氯化鈣鹽水介于約20重量％ (wt % )與30wt %氯化鈣之間。38.—種方法，其包括: 經(jīng)由設置在礦物質(zhì)除去系統(tǒng)上游的離子交換軟化器從第一鹽水流中除去多種礦物質(zhì)，其中所述第一鹽水流從廢物處理系統(tǒng)輸出，所述離子交換軟化器包括樹脂，并且所述樹脂包含酸部分和中性部分； 使所述第一鹽水流中的碳酸氫鹽與所述離子交換軟化器內(nèi)的所述樹脂的所述酸部分反應以產(chǎn)生二氧化碳；以及 經(jīng)由所述離子交換軟化器由所述第一鹽水流產(chǎn)生軟化鹽水流和第二鹽水流，其中所述第二鹽水流包含所述多種礦物質(zhì)并且被引導至所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)，并且所述軟化鹽水流包含所述二氧化碳并且被引導至被配置成產(chǎn)生脫鹽水的電滲析(ED)系統(tǒng)。39.如權(quán)利要求38所述的方法，其包括用經(jīng)由設置在所述第一ED系統(tǒng)和所述離子交換軟化器下游并且與其流體聯(lián)接的酸和燒堿產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氧化鈉中和所述樹脂的一部分，其中所述氫氧化鈉的至少一部分由所述第一 ED系統(tǒng)輸出的所述軟化鹽水流產(chǎn)生，并且其中所述酸和產(chǎn)生系統(tǒng)將所述氫氧化鈉引導至所述離子交換軟化器。40.如權(quán)利要求38所述的方法，其包括在所述第一ED系統(tǒng)的上游用阻垢劑處理所述軟化鹽水蒸汽，以及在所述礦物質(zhì)除去系統(tǒng)中回收所述阻垢劑。
【文檔編號】C02F5/00GK105939970SQ201480073478
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年11月24日
【發(fā)明人】保羅·史蒂文·華萊士
【申請人】環(huán)境水礦物質(zhì)公司