專利名稱：以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的方法，包括高速過(guò)濾以及相應(yīng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的領(lǐng)域。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及這類領(lǐng)域的一種方法，包括實(shí)施通過(guò)反滲透過(guò)濾的步驟。
背景技術(shù)：
對(duì)水(海水、河口水、含鹽度很高的工業(yè)水、遭鹽污染的地下水、微咸水等)進(jìn)行脫鹽的操作一般包括在一張或多張反滲透膜上執(zhí)行過(guò)濾的步驟。
這種類型的過(guò)濾膜的制造商可能會(huì)通過(guò)契約來(lái)保證他們所提供的膜的使用壽命，但是條件是，通過(guò)這種膜的水具備特定的品質(zhì)水平。因此，為了防止膜被淤堵的速度過(guò)快，供給到這些膜的水必須是高品質(zhì)的。SDI (淤塞密度指數(shù))這個(gè)參數(shù)表示水的淤堵可能性，通常用來(lái)表征等待通過(guò)反滲透膜加以處理的水的品質(zhì)水平。SDI15是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化ASTM D4189-95法(2007年6月15日)測(cè)得的水的SDI值。SDI15的測(cè)量過(guò)程如下在2. I巴的恒定壓力下通過(guò)截?cái)帱c(diǎn)等于O. 45微米的過(guò)濾器對(duì)水進(jìn)行過(guò)濾。首先，測(cè)量對(duì)500ml的水進(jìn)行過(guò)濾所需要的時(shí)間T0。然后，在通過(guò)過(guò)濾器對(duì)水連續(xù)過(guò)濾15分鐘后，進(jìn)行第二次測(cè)量以確定對(duì)500ml水進(jìn)行過(guò)濾所需要的時(shí)間T15。因此，根據(jù)以下公式算出SDI15:SDI15= (100/15). (1_(T0/T15))SDI15的變化范圍是在O與6. 67之間，其中其值越大，所表征的水的淤堵可能性越聞。對(duì)于淤堵可能性很高的水來(lái)說(shuō)，是無(wú)法通過(guò)這種標(biāo)準(zhǔn)化方法來(lái)確定SDI15的。在這種情況下可以計(jì)算替代性的指數(shù)，具體方法是，根據(jù)待處理的水的性質(zhì)、在通過(guò)過(guò)濾器對(duì)水連續(xù)過(guò)濾3分鐘、5分鐘或10分鐘而非15分鐘后，測(cè)量對(duì)500ml水進(jìn)行過(guò)濾所需要的時(shí)間。反滲透膜的制造商通常建議，根據(jù)本文上述方法，等待通過(guò)反滲透膜過(guò)濾的水的SDI15范圍應(yīng)為3至3. 5。因此，在反滲透膜上進(jìn)行的過(guò)濾操作需要對(duì)饋給水實(shí)施預(yù)處理，以便讓這些水具有反滲透膜的制造商所要求的品質(zhì)水平。目前有幾種技術(shù)正在實(shí)施以便讓所產(chǎn)生的水的SDI15與此范圍所包括的值盡可能接近。在第一種技術(shù)中，對(duì)預(yù)凝結(jié)的和預(yù)絮凝的水進(jìn)行過(guò)濾-在顆粒層過(guò)濾器中以大約7.5m/hr的速度進(jìn)行，顆粒層過(guò)濾器包括約I. 6米高的、由一層無(wú)煙煤和一層沙構(gòu)成的過(guò)濾塊，然后-在5-微米濾筒中進(jìn)行。在反滲透膜或納米過(guò)濾膜的上游使用濾筒(例如，Pall、Sartorius等供應(yīng)的濾筒)，以防止顆粒(尺寸大于5μπι)使反滲透膜發(fā)生功能故障。加入到筒中的過(guò)濾介質(zhì)包括有機(jī)膜(聚砜、聚醚砜、聚丙烯或類似物)。這些筒還可以將那些尺寸大于筒的截?cái)帱c(diǎn)的微生物消除。這項(xiàng)技術(shù)只在待處理的未經(jīng)凈化的水的SDI3范圍為15至20時(shí)，才能產(chǎn)生SDI15S3至3. 5的水。因此，在多數(shù)情況下，實(shí)施這類處理無(wú)法生成具有合適品質(zhì)的水來(lái)后續(xù)通過(guò)反滲透膜進(jìn)行最佳的過(guò)濾操作。第二項(xiàng)技術(shù)實(shí)施分離步驟，例如在顆粒層過(guò)濾步驟上游實(shí)施傾析。第三項(xiàng)技術(shù)通過(guò)連續(xù)運(yùn)用凝結(jié)、絮凝、分離操作將前兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，例如，采取傾析、顆粒層過(guò)濾、在濾筒上過(guò)濾然后通過(guò)反滲透法過(guò)濾?？蓪?shí)施第二種和第三種技術(shù)來(lái)產(chǎn)生品質(zhì)令人滿意的饋給水，供給反滲透過(guò)濾單
J Li ο
-現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)只有當(dāng)待處理的未經(jīng)凈化的水的SDI3范圍為15至20，目前用來(lái)產(chǎn)生供應(yīng)給反滲透過(guò)濾膜的饋給水的技術(shù)中的第一種技術(shù)所產(chǎn)生的品質(zhì)水平才符合這種膜的制造商所建議的標(biāo)準(zhǔn)。在反滲透膜上對(duì)品質(zhì)沒(méi)有達(dá)到必需水平的水進(jìn)行過(guò)濾的同時(shí)，這些膜中發(fā)生的水頭損失快速增加。這個(gè)情況的根本原因在于膜上發(fā)生了細(xì)菌生長(zhǎng)、有機(jī)物的吸附以及礦物和有機(jī)物質(zhì)的積聚。水頭損失的這種增加使得必需經(jīng)常對(duì)膜執(zhí)行化學(xué)清洗操作。在實(shí)務(wù)上，使用侵蝕劑實(shí)施這類清洗操作，侵蝕劑對(duì)這些膜的使用壽命具有負(fù)面影響。因此，這些膜需要定期更換，這成了主要的成本問(wèn)題。這些技術(shù)中的第二種和第三種技術(shù)所產(chǎn)生的品質(zhì)水平符合這類膜的制造商所建議的標(biāo)準(zhǔn)。但是，這些技術(shù)的缺點(diǎn)是相對(duì)比較復(fù)雜因此實(shí)施成本高。-發(fā)明目標(biāo)本發(fā)明的目標(biāo)特別在于克服現(xiàn)有技術(shù)的這些缺點(diǎn)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種通過(guò)反滲透法以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的技術(shù)，其延長(zhǎng)了為達(dá)此目的而實(shí)施的反滲透膜的使用壽命。在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的目標(biāo)是，產(chǎn)生以下這種技術(shù)延長(zhǎng)了反滲透膜發(fā)生淤堵的時(shí)間并因此減小這些膜的沖洗和更換頻率。在至少一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的目標(biāo)是，實(shí)施以下用途的這種技術(shù)在通過(guò)反滲透膜進(jìn)行過(guò)濾之前產(chǎn)生SDI15的范圍為3至3. 5的水(根據(jù)ASTMD4189-95法測(cè)得)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的又一目標(biāo)是，提供以下這種技術(shù)簡(jiǎn)單以及成本較低，至少在于先前技術(shù)的技術(shù)相比時(shí)如此。在至少一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的又一目標(biāo)是，提供以下這種技術(shù)減小了為對(duì)水進(jìn)行脫鹽所構(gòu)建的設(shè)備所占據(jù)的表面區(qū)域。在至少一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的目標(biāo)進(jìn)一步為，減小對(duì)水進(jìn)行脫鹽所需的試劑的量。

發(fā)明內(nèi)容
這些目標(biāo)與將在這下面出現(xiàn)的其他目標(biāo)一樣，可通過(guò)一種以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的方法實(shí)現(xiàn)，所述方法由以下項(xiàng)構(gòu)成
-所述水的凝結(jié)步驟⑴；-對(duì)來(lái)自所述凝結(jié)步驟(i)的水進(jìn)行的絮凝步驟(ii) ;-通過(guò)至少一個(gè)顆粒層過(guò)濾器而對(duì)直接來(lái)自所述絮凝步驟(ii)的水進(jìn)行的顆粒層過(guò)濾步驟(iii)，所述至少一個(gè)顆粒層過(guò)濾器包括至少由至少一種過(guò)濾材料的一層構(gòu)成的過(guò)濾塊；-對(duì)來(lái)自所述顆粒層過(guò)濾步驟(iii)的水進(jìn)行的過(guò)濾步驟(iv)，該步驟截?cái)帱c(diǎn)的范圍為10納米至10微米；-通過(guò)反滲透對(duì)來(lái)自截?cái)帱c(diǎn)范圍為10納米至10微米的過(guò)濾步驟(iv)的水進(jìn)行的過(guò)濾步驟(V)；-對(duì)來(lái)自反滲透過(guò)濾的所述步驟(iv)的至少部分經(jīng)去鹽的水進(jìn)行的恢復(fù)步驟(vi);所述顆粒層過(guò)濾步驟(iii)包括以范圍為15m/hr至25m/hr的速度經(jīng)由所述顆粒層過(guò)濾器輸送來(lái)自所述絮凝步驟(ii)的水。因此，本發(fā)明依賴于由凝結(jié)、絮凝、在高速(S卩，15m/h至25m/h的速度)下通過(guò)過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)的過(guò)濾，以及截?cái)帱c(diǎn)為10納米至10微米的對(duì)水進(jìn)行的過(guò)濾形成的組合構(gòu)成以產(chǎn)生進(jìn)行反滲透過(guò)濾的饋給水的原始方法。截?cái)帱c(diǎn)為10納米至10微米的過(guò)濾步驟可能需要使用一個(gè)或多個(gè)濾筒，對(duì)于濾筒，其截?cái)帱c(diǎn)的范圍可能為I μ m至10 μ m且將優(yōu)選地等于5。該步驟可替代性地通過(guò)超濾來(lái)實(shí)施用于過(guò)濾的過(guò)濾單元，對(duì)于超濾，其截?cái)帱c(diǎn)范圍將優(yōu)選地在10納米至O. I微米之間，且運(yùn)動(dòng)壓力范圍為I巴至5巴；或通過(guò)微濾單元實(shí)施用于過(guò)濾的過(guò)濾單元，對(duì)于微濾單元，其截?cái)帱c(diǎn)范圍將優(yōu)選地在O. I微米至10微米之間，且運(yùn)動(dòng)壓力變化范圍為O. I巴至3巴。此種特殊實(shí)施能夠使得水中的絮狀物通過(guò)擴(kuò)散作用沿著深度快速穿入顆粒層過(guò)濾器的過(guò)濾塊并且基本上在所述過(guò)濾塊的整個(gè)高度上至少部分填充過(guò)濾介質(zhì)顆粒之間留有的空隙。與先前技術(shù)相對(duì)的是，本發(fā)明的技術(shù)不需要實(shí)施分離操作，例如，通過(guò)當(dāng)未經(jīng)凈化的水的SDI3介于15與20之間時(shí)在顆粒層過(guò)濾操作的上游執(zhí)行的傾析或浮選。實(shí)際上，考慮到本發(fā)明的技術(shù)依賴于在高速下實(shí)施顆粒層過(guò)濾，水中的絮狀物基本上在過(guò)濾塊的高度內(nèi)留下來(lái)。相反，當(dāng)實(shí)施先前技術(shù)時(shí)，那些絮狀物基本上在很小高度上穿入過(guò)濾塊。然后一層絮狀物在過(guò)濾塊的表面形成。過(guò)濾塊的此表面污染同時(shí)帶有通過(guò)顆粒層過(guò)濾器的水頭損失的快速增加。這使得必須經(jīng)常清洗過(guò)濾器并且使得有必要增加位于下游的反滲透膜的化學(xué)清洗頻率。相反，本發(fā)明的技術(shù)的實(shí)施方案阻止-過(guò)濾塊表面絮狀物層的形成，以及-另一方面能夠使絮狀物幾乎在過(guò)濾塊的整個(gè)高度上被吸收掉。因此本發(fā)明的技術(shù)可保留存在于水中的、促進(jìn)SDI的微粒的主要部分并且可能限制反滲透膜的清洗和更換頻率。進(jìn)一步地，可注意到，鑒于這些粒子填充過(guò)濾塊的構(gòu)成顆粒之間留有的空隙這個(gè)事實(shí)，該技術(shù)能夠保留住甚至更大部分的粒子，因此能夠保留尺寸比這些空隙尺寸更小的微粒。所有這些優(yōu)點(diǎn)能夠使本發(fā)明的技術(shù)產(chǎn)生用于反滲透膜的饋給水，其SDI15為3至3.5，即符合這種制造商所建議的值。截?cái)帱c(diǎn)為10納米至10微米的過(guò)濾步驟在顆粒層過(guò)濾步驟與反滲透過(guò)濾步驟之間實(shí)施。這種過(guò)濾，其作用如同保險(xiǎn)絲，可以做到，例如，當(dāng)待處理水的性質(zhì)發(fā)生極大變化時(shí)可確保用于位于下游的反滲透膜的饋給水的品質(zhì)水平足夠阻止對(duì)這些膜造成的傷害。這種實(shí)施延長(zhǎng)了這些成本非常高的反滲透膜的使用壽命。可以回想到，在通常的水處理結(jié)構(gòu)中，液體/固體通過(guò)過(guò)濾器分離的速度等于每小時(shí)所處理的水的體積除以過(guò)濾器的表面積。因此，如果我們知道每小時(shí)待處理的水的體積和過(guò)濾速度，就可以確定過(guò)濾器的表面積。然后，過(guò)濾材料的總體積可根據(jù)如下關(guān)系計(jì)算出過(guò)濾材料的體積=過(guò)濾器的表面積X過(guò)濾器的高度。在某些情況下，已知過(guò)濾速度和影響給定化學(xué)反應(yīng)(例如吸附等)所需的接觸時(shí)間，過(guò)濾器的高度可由如下關(guān)系確定過(guò)濾器的高度=過(guò)濾速度X時(shí)間。 優(yōu)選地，所述顆粒層過(guò)濾步驟(iii)實(shí)施顆粒層過(guò)濾器，其中過(guò)濾塊具有逐漸減小的粒度。此特征幫助水中的絮狀物在顆粒層過(guò)濾器的幾乎整個(gè)高度上的穿入。實(shí)際上，較大尺寸絮狀物最先留住，并允許較小尺寸絮狀物逐漸穿入過(guò)濾塊的核心。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地由先于所述凝結(jié)步驟(i)之前的篩選步驟組成。在這種情況下，所述篩選步驟在50微米至500微米的截?cái)帱c(diǎn)下執(zhí)行。此步驟的實(shí)施可留住待處理水中的藻類和/或微粒以阻止可能堵塞顆粒層過(guò)濾器表面的非常大尺寸絮狀物的形成。本發(fā)明也涉及用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的方法的裝置，所述裝置由以下項(xiàng)組成-所述水的凝結(jié)區(qū)(11)；-從所述凝結(jié)區(qū)(11)獲得的所述水的絮凝區(qū)(13)；-顆粒層過(guò)濾器，其包括由至少一種過(guò)濾材料的至少一層組成的過(guò)濾塊；-用于經(jīng)由所述顆粒層過(guò)濾器而抽取直接來(lái)自所述絮凝區(qū)的水的器件，所述用于抽取的器件能夠使來(lái)自所述絮凝區(qū)的水以15m/hr至25m/hr的速度流經(jīng)所述顆粒層過(guò)濾器；-用10納米至10微米的截?cái)帱c(diǎn)對(duì)來(lái)自所述顆粒層過(guò)濾器的水進(jìn)行過(guò)濾的器件，以及-對(duì)從截?cái)帱c(diǎn)在10納米與10微米之間的所述用于過(guò)濾的器件中獲得的水的進(jìn)行反滲透過(guò)濾的單元。所使用的過(guò)濾器是下流過(guò)濾器或重力過(guò)濾器。用于以15m/hr至25m/hr的速度經(jīng)由所述顆粒層過(guò)濾器對(duì)來(lái)自所述絮凝區(qū)的水進(jìn)行抽取的器件，在水由于重力作用流經(jīng)過(guò)濾器時(shí)可為天然器件，或者在水是泵送流經(jīng)過(guò)濾器時(shí)可為機(jī)械器件。如上進(jìn)一步所指示，截?cái)帱c(diǎn)為10納米至10微米的過(guò)濾器件，用作保險(xiǎn)絲以保護(hù)反滲透過(guò)濾單元的膜。這些過(guò)濾器件可包括的截?cái)帱c(diǎn)范圍為I μ m至10 μ m且優(yōu)選地等于5 μ m的濾筒。它們可替代性地包括通過(guò)超濾進(jìn)行過(guò)濾的、截?cái)帱c(diǎn)范圍優(yōu)選地為10納米至O. I微米并且運(yùn)動(dòng)壓力為I巴至5巴的，或者通過(guò)微濾單元進(jìn)行過(guò)濾的、截?cái)帱c(diǎn)范圍優(yōu)選地為O. I微米至10微米并且運(yùn)動(dòng)壓力為O. I巴至3巴的過(guò)濾單元。優(yōu)選地，所述過(guò)濾塊總高度范圍為2. 5米至4米。過(guò)濾塊的此高度足夠能產(chǎn)生SDI15符合上文所述建議的水。根據(jù)一個(gè)特定的實(shí)施例，所述第一顆粒層過(guò)濾器包括第一過(guò)濾材料和第二過(guò)濾材料兩個(gè)層的堆疊，所述第一和第二過(guò)濾材料具有逐漸減小的粒度。位于頂部的材料的粒度比位于底部的材料的粒度大，密度比位于底部的材料的密度小。這種配置是特別有價(jià)值的。 在水的過(guò)濾期間，水含有的絮狀物在以位于過(guò)濾器頂端的顆粒形式的材料層中逐漸地聚集。它們填充初始時(shí)顆粒之間存在的空隙。因此，這種材料可儲(chǔ)存水中的絮狀物，該絮狀物自身陷于淤堵物質(zhì)與懸浮物質(zhì)中。最大高度處的材料用作絮狀物的儲(chǔ)液槽、陳化過(guò)濾器(maturing filter),并且能消除SDI。這種機(jī)制發(fā)生于幾小時(shí)后，即，當(dāng)過(guò)濾器開始積聚足夠量的絮狀物時(shí)。位于過(guò)濾器稍低處的第二層材料扮演精煉的角色，并且能夠保留住可能已經(jīng)從第一層逃逸出的絮狀物。這就是為什么第二層材料的粒度總是比第一層粒度小的原因。根據(jù)另一個(gè)有利特征,所述第一材料的粒度為O. 8mm至2. 5mm,所述第二材料的粒度為O. 5謹(jǐn)至O. 9謹(jǐn)。這種情況下，有利地是，所述第一材料的高度是過(guò)濾塊總高度的50%至80%。實(shí)施此特征能夠使大部分絮狀物在第一材料的層中發(fā)散，并且因此阻止在該層上形成過(guò)濾塊。因此，減小了顆粒層過(guò)濾器的淤堵速度，從而降低該過(guò)濾器的反流頻率。這些絮狀物在第一層內(nèi)擴(kuò)散的事實(shí)，即它們陷于第一層材料的顆粒之間留有的空隙中從而沒(méi)有淤堵過(guò)濾器的事實(shí)，也能保留尺寸小于這些空隙尺寸的其他粒子。因此，該第一層材料能保留住初始時(shí)存在于待處理水中的、促進(jìn)SDI的微粒的主要部分，而同時(shí)限制顆粒層過(guò)濾器的淤堵。根據(jù)優(yōu)選的特征，所述第一材料是無(wú)煙煤，所述第二材料由沙或石榴石的顆粒構(gòu)成。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的特征，所述第一材料是浮石，所述第二材料由沙或石榴石的顆粒構(gòu)成。根據(jù)另一個(gè)特定的實(shí)施例，所述顆粒層過(guò)濾器包括第一、第二和第三過(guò)濾材料三個(gè)層的堆疊，所述第一、第二和第三過(guò)濾材料具有逐漸減小的粒度。更加強(qiáng)的精煉可通過(guò)使用比第二層材料密度更大和更精純的第三層材料獲得。這種精煉操作進(jìn)一步消除了懸浮的微粒，并且將經(jīng)處理的水的SDI15值降低O. 2至O. 5。在這種情況下，所述第一、第二和第三材料的高度分別占到所述過(guò)濾塊總高度的40%至 75%、7· 5%至 40%和 . 5%至 20%。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的特征，所述顆粒層過(guò)濾器(15)的所述層的所述材料(17、18、17’、18’、22)中的顆粒的密度從所述過(guò)濾器的頂層至底層逐漸增大。顆粒層過(guò)濾器的不同層的構(gòu)成材料中顆粒的密度自底層較大開始向頂層去這個(gè)事實(shí)，可使得形成過(guò)濾器的不同層在過(guò)濾器被清洗后自然地重整。實(shí)際上，在由于過(guò)濾器反流帶來(lái)的材料層震動(dòng)停止后，構(gòu)成底層的密度最大的材料的顆粒首先沉積，而其他顆粒以密度減小的順序進(jìn)行沉積。根據(jù)本發(fā)明的裝置可選地地由位于所述凝結(jié)區(qū)上游的篩選單元構(gòu)成。


通過(guò)下文借助于簡(jiǎn)單的說(shuō)明性而非詳盡的實(shí)例以及附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚，在附圖中-圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的水處理裝置的圖；-圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的水處理裝置的圖；-圖3的曲線所示為在I.6米高的兩層式(無(wú)煙煤-沙)過(guò)濾器中以7. 5m/hr根 據(jù)先前技術(shù)被過(guò)濾的水的SDI15的進(jìn)程；-圖4的曲線所示為在I.6米高的兩層式(無(wú)煙煤-沙)過(guò)濾器中以9. 5m/hr根據(jù)先前技術(shù)被過(guò)濾的水的SDI15的進(jìn)程；-圖5的曲線所示為在3米高的兩層式(無(wú)煙煤-沙)過(guò)濾器中以15m/hr根據(jù)本發(fā)明被過(guò)濾的水的SDI15的進(jìn)程。
具體實(shí)施例方式-本發(fā)明的一般原理本發(fā)明的一般原理依賴于，凝結(jié)、絮凝、通過(guò)顆粒層過(guò)濾器以高速即在15m/hr與25m/hr之間的速度進(jìn)行的過(guò)濾，以及在截?cái)帱c(diǎn)為10納米至10微米下對(duì)水進(jìn)行的過(guò)濾的操作的組合，從而產(chǎn)生進(jìn)行反滲透過(guò)濾的饋給水。如果水的過(guò)濾速度很快，那么水中存在的、促進(jìn)SDI15的絮狀物的主要部分基本上在過(guò)濾塊的高度內(nèi)被其迅速吸收，而過(guò)濾塊的表面上不會(huì)看到任何淤堵現(xiàn)象。因此，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)的實(shí)施方案使得能夠產(chǎn)生SDI15范圍為3至3. 5的水。然后，該水通過(guò)反滲透膜得到最佳地過(guò)濾，以便脫鹽。與先前技術(shù)相對(duì)的是，本發(fā)明的技術(shù)可以不再需要執(zhí)行分離，例如，通過(guò)當(dāng)未經(jīng)凈化的水的SDI3介于15與20之間時(shí)在顆粒層過(guò)濾操作的上游執(zhí)行的傾析或浮選。-根據(jù)本發(fā)明的處理裝置的第一實(shí)施例的實(shí)例參考圖1，描述了根據(jù)本發(fā)明的水處理裝置的第一實(shí)施例。如圖I所示，根據(jù)此第一實(shí)施例的裝置包括入口導(dǎo)管10，用于使待處理的水進(jìn)入到凝結(jié)區(qū)11，在凝結(jié)區(qū)11中注入有凝結(jié)劑，這種凝結(jié)劑在此實(shí)施例中是氯化鐵(FeCl3)。凝結(jié)區(qū)11通過(guò)導(dǎo)管12連到絮凝區(qū)13，絮凝區(qū)13中注入有絮凝劑，這種絮凝劑為人工絮凝聚合物FLOPAM AN905。在一個(gè)變體中，可實(shí)施自然絮凝聚合物。絮凝區(qū)13通過(guò)導(dǎo)管14連到過(guò)濾器15。過(guò)濾器15是一個(gè)開放式顆粒層過(guò)濾器，待處理的預(yù)凝結(jié)的和預(yù)絮凝的水在重力作用從中流過(guò)。在一個(gè)變體中，此過(guò)濾器15可以是壓力作用下的顆粒層過(guò)濾器，通過(guò)泵等抽取器件產(chǎn)生的壓力使待處理的水從中流過(guò)。在這個(gè)實(shí)施例中，顆粒層過(guò)濾器包括由兩個(gè)層17、18的堆疊構(gòu)成的過(guò)濾塊16，這兩個(gè)層17、18由兩種顆粒層過(guò)濾器材料制成。層17和18分別構(gòu)成了過(guò)濾器的頂層和底層。層17、18的構(gòu)成材料從頂層17到底層18，粒度降低并且密度增加。第一層17由無(wú)煙煤構(gòu)成，其粒度的范圍為從O. 8毫米至2. 5毫米。第二層18由沙構(gòu)成，其粒度的范圍為從O. 5毫米至O. 9毫米。在此實(shí)施例中，這些材料層中各層的高度占到過(guò)濾塊16總高度的約50%。在各個(gè)變體中，第一材料層17和第二材料層18的高度可以按比例變化，使得第一層的高度可以高達(dá)過(guò)濾塊16總高度的80%。在一個(gè)變體中，無(wú)煙煤可以被粒度為O. 8毫米至2. 5毫米的浮石取代。在各種情況中，沙利于滾動(dòng)或碾壓，可以由石榴石顆粒或任何其他等效的材料來(lái)取代。
過(guò)濾塊16的總高度的變化范圍可以是從2. 5米至4米，具體取決于使用條件。過(guò)濾器15的輸出端通過(guò)導(dǎo)管20連接到濾筒24的入口。此濾筒24的截?cái)帱c(diǎn)等于5微米。此濾筒24的出口通過(guò)導(dǎo)管25連接到反滲透過(guò)濾單元19的入口。反滲透單元19具有經(jīng)處理水的出口 21。-根據(jù)本發(fā)明的處理裝置的第二實(shí)施例的實(shí)例圖2所示為第二實(shí)施例，其與第一實(shí)施例的不同之處只在于過(guò)濾器15的結(jié)構(gòu)。在此第二實(shí)施例中，過(guò)濾器15具有由三個(gè)層17'、1V和22的堆疊構(gòu)成的過(guò)濾塊16，這三個(gè)層17'、18'和22由粒度下降的三種顆粒層過(guò)濾器材料制成。第一層17'或頂層由厚度為I. 6米至3米的、粒度為I. Omm至2. 5mm的無(wú)煙煤構(gòu)成。第二層18'或中間層由厚度為0.3米至I米的、粒度為0.6mm至0.9mm的沙構(gòu)成。第三層22或底層由厚度為O. 3米至O. 5米的、粒度為O. 3mm至O. 55mm的石榴石或沙構(gòu)成。層17'、18'和22的構(gòu)成材料從頂層17'向底層22，粒度降低并且密度增加。第一材料層17'的高度占到過(guò)濾塊16'總高度的約40%至75%。第二材料層IV的高度占到過(guò)濾塊^總高度的約7. 5%至40%，并且第三材料層22的高度占到過(guò)濾塊16'總高度的約7. 5%至20%。過(guò)濾塊16'總高度的范圍為從2. 5米至4. 5米。-根據(jù)本發(fā)明的處理裝置的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的變體在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的一個(gè)變體(未圖示)中，根據(jù)本發(fā)明的裝置將進(jìn)一步由位于凝結(jié)區(qū)17上游的篩選單元構(gòu)成。此篩選單元優(yōu)選包括用于保留待處理水中存在的、尺寸超過(guò)500微米的藻類和/或微粒的元件。在另一個(gè)變體中，顆粒層過(guò)濾器15可由粒度為O. 5mm至I. 5mm的單個(gè)沙層形成。在其他的變體中，濾筒可以由以下項(xiàng)來(lái)取代用于通過(guò)超濾進(jìn)行過(guò)濾的過(guò)濾單元，其截?cái)帱c(diǎn)為10納米至O. I微米，且運(yùn)動(dòng)壓力為I巴至5巴，或者微濾單元，其截?cái)帱c(diǎn)優(yōu)選為O. I微米至10微米，并且運(yùn)動(dòng)壓力為O. I巴至3巴。但是，濾筒的實(shí)施具有的優(yōu)勢(shì)是，所要求的運(yùn)動(dòng)壓力以及因此要求的能量消耗小于超濾或微濾所要求的。-根據(jù)本發(fā)明的處理方法的實(shí)例
參考圖1，描述了一種根據(jù)本發(fā)明的用于以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的方法。這種方法包括將未經(jīng)凈化的水通過(guò)導(dǎo)管10輸送到凝結(jié)區(qū)11，使得水在凝結(jié)區(qū)11中執(zhí)行凝結(jié)步驟。來(lái)自凝結(jié)區(qū)11的經(jīng)凝結(jié)水接著通過(guò)導(dǎo)管12被引入到絮凝區(qū)13，使得水在絮凝區(qū)13中執(zhí)行絮凝步驟。來(lái)自絮凝區(qū)13的經(jīng)絮凝水接著通過(guò)導(dǎo)管14被引入到顆粒層過(guò)濾器15中。經(jīng)凝結(jié)的和經(jīng)絮凝的水接著以15m/hr至25m/hr的速度通過(guò)過(guò)濾塊16。此水中存在的絮狀物23接著通過(guò)擴(kuò)散作用快速穿入到過(guò)濾塊16的內(nèi)部并且深入，并且基本上在所述過(guò)濾塊的整個(gè)高度內(nèi)至少部分填充過(guò)濾介質(zhì)顆粒之間留有的空隙。因此，顆粒層過(guò)濾器十分快速地達(dá)到陳化。 這些絮狀物中的一部分填充了過(guò)濾塊的構(gòu)成顆粒之間留有的空隙，鑒于這一事實(shí)，尺寸小于這些空隙尺寸的微粒也保留在了過(guò)濾塊中。根據(jù)本發(fā)明的凝結(jié)、絮凝和高速下進(jìn)行的顆粒層過(guò)濾的組合進(jìn)一步阻止絮狀物層形成于過(guò)濾塊的表面上，從而降低對(duì)顆粒層過(guò)濾器進(jìn)行沖洗的頻率。顆粒層過(guò)濾的此步驟的實(shí)施導(dǎo)致產(chǎn)生了 SDI15值為3至3. 5的水流。因此此水流的品質(zhì)水平符合反滲透膜的制造商所建議的標(biāo)準(zhǔn)。這樣，此水流可以成為供應(yīng)給反滲透過(guò)濾單元19的膜的饋給水。但是，可能會(huì)發(fā)生十分出人意料的事，就是此水流的SDI15值略高于3. 5。這一情況可能與未經(jīng)凈化的水的品質(zhì)降級(jí)這個(gè)事實(shí)等有關(guān)。為此，將該水流傳送到濾筒24的內(nèi)部。此濾筒24的作用類似于保險(xiǎn)絲，其在需要時(shí)在顆粒層過(guò)濾器的出口處保留住該水流中存在的微粒，使得供應(yīng)到反滲透單元19的饋給水在任何情況下SDI15的值均為3至3. 5。接著，系統(tǒng)地將該水流導(dǎo)向截?cái)帱c(diǎn)為10納米至10微米的過(guò)濾器件。在此實(shí)施例中，這些過(guò)濾器件包括反滲透過(guò)濾單元19，以便從其清除至少一部分所含的鹽并且產(chǎn)生經(jīng)脫鹽的水。在各個(gè)變體中，濾筒可以由通過(guò)超濾或微濾來(lái)進(jìn)行過(guò)濾的過(guò)濾單元取代。在一個(gè)變體中，經(jīng)凝結(jié)和經(jīng)絮凝的水將通過(guò)根據(jù)第二實(shí)施例的三層式過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。在另一變體中，未經(jīng)凈化的水將在凝結(jié)步驟之前接受篩選步驟。-其他優(yōu)點(diǎn)使用根據(jù)先前技術(shù)的顆粒層過(guò)濾器不足以產(chǎn)生具有必需品質(zhì)的水，這個(gè)品質(zhì)是指，水隨后便可以通過(guò)反滲透膜接受過(guò)濾操作的標(biāo)準(zhǔn)。因此，有必要大大增加所實(shí)施的設(shè)備的數(shù)量，以獲得所需的品質(zhì)水平。這就導(dǎo)致裝置的尺寸增加。但是本發(fā)明卻尤其可以借助高速顆粒層過(guò)濾器來(lái)產(chǎn)生具有必需品質(zhì)的水，而無(wú)需使用如傾析器或浮選器件等上游分離器件。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案減小了脫鹽設(shè)備的總體尺寸并且尤其是減小了脫鹽設(shè)備的占地面積。本發(fā)明的技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了與水的脫鹽相關(guān)的成本的降低。首先，根據(jù)本發(fā)明的、脫鹽所需的裝置的復(fù)雜度減小、緊湊度加大并且因此成本降低。其次，本發(fā)明的技術(shù)減少了反滲透膜的沖洗和更換頻率。反滲透膜沖洗頻率的減少進(jìn)一步減少了進(jìn)行脫鹽的水所發(fā)生的損失。本發(fā)明的實(shí)施方案還有助于減小水的脫鹽中所使用的試劑量。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明的過(guò)濾器的漸進(jìn)陳化(gradual maturation),其特征在于以下事實(shí)在過(guò)濾過(guò)程中將絮狀物收集到過(guò)濾塊內(nèi)，此漸進(jìn)陳化維持了淤堵物質(zhì)(以及因此SDI)的吸附動(dòng)力，即使是在最初注入的凝結(jié)劑的劑量減少的情況下。在過(guò)濾循環(huán)中注入的凝結(jié)劑數(shù)量的這種漸進(jìn)減少導(dǎo)致了試劑總消耗量減小。-試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)證明根據(jù)本發(fā)明的水處理方法的功效。第一系列的試驗(yàn)包括根據(jù)先前技術(shù)在包含一層O. 8米的無(wú)煙煤和一層O. 8米的沙的過(guò)濾柱中以速度7. 5m/hr對(duì)水進(jìn)行過(guò)濾，然后在5-微米濾筒中進(jìn)行。圖3所示為這些試驗(yàn)的結(jié)果，顯示了在此試驗(yàn)過(guò)程中過(guò)濾的水的SDI15通常大于3. 5。
·
第二系列的試驗(yàn)包括根據(jù)先前技術(shù)在包含一層I. 5米的無(wú)煙煤和一層I. 5米的沙的過(guò)濾柱中以速度9. 5m/hr對(duì)來(lái)自第一站(Stl)和第二站(St2)的水進(jìn)行過(guò)濾,然后在5-微米濾筒中進(jìn)行。圖4所示為這些試驗(yàn)的結(jié)果，顯示了在這些試驗(yàn)過(guò)程中過(guò)濾的水的SDI15平均值介于4與5之間。第三系列的試驗(yàn)包括根據(jù)本發(fā)明在包含一層I. 5米的無(wú)煙煤和一層I. 5米的沙的過(guò)濾柱中以速度15m/hr對(duì)水進(jìn)行過(guò)濾，然后在5-微米濾筒中進(jìn)行。圖5所示為這些試驗(yàn)的結(jié)果，顯示了在這些試驗(yàn)過(guò)程中過(guò)濾的水的SDI15總是小于3. 5。
權(quán)利要求
1.一種以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的方法，所述方法由以下項(xiàng)組成 對(duì)所述水進(jìn)行的凝結(jié)步驟(i); 對(duì)來(lái)自所述凝結(jié)步驟(i)的水進(jìn)行的絮凝步驟(ii); 通過(guò)至少一個(gè)顆粒層過(guò)濾器而對(duì)直接來(lái)自所述絮凝步驟(ii)的水進(jìn)行的顆粒層過(guò)濾步驟(iii)，所述至少一個(gè)顆粒層過(guò)濾器包括至少由至少一種過(guò)濾材料的一層構(gòu)成的過(guò)濾塊； 對(duì)來(lái)自所述顆粒層過(guò)濾步驟(iii)的水進(jìn)行的過(guò)濾步驟(iv)，其中截?cái)帱c(diǎn)的范圍為10納米至10微米； 通過(guò)反滲透對(duì)來(lái)自截?cái)帱c(diǎn)范圍為10納米至10微米的過(guò)濾步驟(iv)的水進(jìn)行的過(guò)濾步驟(V)； 對(duì)來(lái)自反滲透過(guò)濾的所述步驟(iv)的至少部分經(jīng)去鹽的水進(jìn)行的恢復(fù)步驟(vi)； 所述顆粒層過(guò)濾步驟(iii)包括以范圍為15m/hr至25m/hr的速度經(jīng)由所述顆粒層過(guò)濾器輸送來(lái)自所述絮凝步驟(ii)的水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述顆粒層過(guò)濾步驟(iii)實(shí)施一種顆粒層過(guò)濾器，對(duì)于該顆粒層過(guò)濾器所述過(guò)濾塊具有逐漸減小的粒度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步由在所述凝結(jié)步驟(i)之前的篩選步驟組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述篩選步驟在50微米與500微米之間的截?cái)帱c(diǎn)下執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于截?cái)帱c(diǎn)在10納米與10微米之間的所述過(guò)濾步驟(iv)使用濾筒或超濾單元或微濾單元。
6.用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一權(quán)利要求所述的以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的方法的裝置，所述裝置由以下項(xiàng)組成 所述水的凝結(jié)區(qū)(11); 從所述凝結(jié)區(qū)(11)獲得的所述水的絮凝區(qū)(13)； 顆粒層過(guò)濾器(15)，其包括由至少一種過(guò)濾材料的至少一層組成的過(guò)濾塊(16、16')； 用于經(jīng)由所述顆粒層過(guò)濾器(15)而抽取直接從所述絮凝區(qū)(13)獲得的所述水的器件，所述用于抽取的器件能夠使從所述絮凝區(qū)(13)獲得的水以15m/hr至25m/hr的速度流經(jīng)所述顆粒層過(guò)濾器(15)； 用10納米至10微米的截?cái)帱c(diǎn)對(duì)從所述顆粒層過(guò)濾器(15)獲得的所述水進(jìn)行過(guò)濾的器件，以及 用于從具有10納米至10微米之間截?cái)帱c(diǎn)的所述用于過(guò)濾的器件中獲得的所述水的反滲透過(guò)濾單元(19)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述顆粒層過(guò)濾器(15)包括第一過(guò)濾材料和第二過(guò)濾材料兩個(gè)層(17、18)的堆疊，所述的第一過(guò)濾材料和第二過(guò)濾材料具有逐漸減小的粒度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述第一材料(17)的高度為所述過(guò)濾塊(16、16')的總高度的50%至80%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述顆粒層過(guò)濾器(15)包括第一過(guò)濾材料(17')、第二過(guò)濾材料(18')和第三過(guò)濾材料(22)三個(gè)層的堆疊，所述第一、第二和第三過(guò)濾材料具有逐漸減小的粒度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述第一材料(16')、第二材料(17')和第三材料(22)的高度分別占有所述過(guò)濾塊(16')的總高度的40%與75%之間、7. 5%與40%之間以及7. 5%與20%之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述顆粒層過(guò)濾器(15)的所述層的所述材料(17、18、17'、18'、22)中的顆粒的密度自所述過(guò)濾器的頂層至底層逐漸增大。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于該裝置進(jìn)一步地由位于所述凝結(jié)區(qū)(11)上流的篩選單元組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于具有10納米與10微米之間截?cái)帱c(diǎn)的所述過(guò)濾器件屬于包括以下項(xiàng)的群組 濾筒(24)； 超濾過(guò)濾單元； 微濾過(guò)濾單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以脫鹽為目的對(duì)水進(jìn)行處理的方法，所述方法由以下項(xiàng)組成-對(duì)所述水進(jìn)行的凝結(jié)步驟(i)；-對(duì)來(lái)自所述凝結(jié)步驟(i)的水進(jìn)行的絮凝步驟(ii)；-通過(guò)至少一個(gè)顆粒層過(guò)濾器而對(duì)直接來(lái)自所述絮凝步驟(ii)的水進(jìn)行的顆粒層過(guò)濾步驟(iii)，所述至少一個(gè)顆粒層過(guò)濾器包括至少由至少一種過(guò)濾材料的一層構(gòu)成的過(guò)濾塊；-對(duì)來(lái)自所述顆粒層過(guò)濾步驟(iii)的水進(jìn)行的過(guò)濾步驟(iv)，該步驟截?cái)帱c(diǎn)范圍為10納米至10微米；-通過(guò)反滲透對(duì)來(lái)自截?cái)帱c(diǎn)范圍為10納米至10微米的過(guò)濾步驟(iv)的水進(jìn)行的過(guò)濾步驟(v)；-對(duì)來(lái)自反滲透過(guò)濾的所述步驟(iv)的至少部分經(jīng)去鹽的水的恢復(fù)步驟(vi)；所述顆粒層過(guò)濾步驟(iii)包括以范圍為15m/hr至25m/hr的速度經(jīng)由所述顆粒層過(guò)濾器輸送來(lái)自所述絮凝步驟(ii)的水。
文檔編號(hào)C02F9/02GK102985377SQ201180020004
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者阿卜德爾卡德·蓋德 申請(qǐng)人:威立雅水務(wù)技術(shù)支持公司