申请日2015.10.21
公开(公告)日2017.08.29
IPC分类号C02F5/02; B01D1/00; B01D3/34; B01D5/00; C02F1/04
摘要
总体上描述了进行脱盐的水处理系统中的选择性结垢。根据某些实施方案，通过调节水处理系统内的含盐水性流的一个或更多个系统参数(例如温度和/或流速)来控制水处理系统内固体垢的形成位置。
权利要求书
1.一种使水处理系统内的水脱盐的方法，包括：
在所述水处理系统的离子去除设备内，从包含成垢离子和至少一种溶解一价盐的含盐水性进料流中去除至少一种成垢离子的至少一部分，以产生相对于所述含盐水性进料流包含更少的所述成垢离子的离子减少流;
在所述水处理系统的换热器内，将来自第一换热器流的热传递到至少一部分所述离子减少流以加热所述离子减少流;
在所述水处理系统的加湿器内，使水从经加热的离子减少流中蒸发到气态流中，以产生相对于所述含盐水性进料流富含溶解一价盐的浓缩含盐流和经加湿的气态流;以及
在所述水处理系统的与所述加湿器流体连接的除湿器内，使水从所述经加湿的气态流中凝结，以产生含水流和经除湿的气态流;
其中在所述加湿器内形成垢，使得所述水处理系统中形成的所有垢的至少约60重量%在所述加湿器中形成。
2.根据权利要求1所述的方法，包括操作所述水处理系统以确定所述加湿器内的所述离子减少流的温度和/或流速，使得在所述加湿器内形成垢，并且所述水处理系统中形成的所有垢的至少约60重量%在所述加湿器中形成。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中在所述加湿器中形成的至少一部分垢在所述加湿器内的填充物的至少一部分暴露表面上形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括操纵所述离子减少流的温度以在所述加湿器内形成垢。
5.根据权利要求4所述的方法，其中操纵所述离子减少流的温度以形成垢包括加热所述离子减少流以在所述加湿器内形成垢。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括选择和/或操纵所述加湿器内的所述离子减少流的流速以在所述加湿器内形成垢。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在所述离子去除设备内去除所述至少一种成垢离子的至少一部分包括使所述至少一种成垢离子的至少一部分在所述离子去除设备内沉淀。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述至少一种成垢离子包括Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、碳酸根阴离子、碳酸氢根阴离子、硫酸根阴离子、硫酸氢根阴离子、溶解氧化硅和/或氢氧根阴离子。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中离开所述离子去除设备的所述离子减少流相对于成垢化合物的过饱和指数为至少约0.9。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述浓缩含盐流相对于成垢化合物的过饱和指数为至少约0.9。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述浓缩含盐流相对于成垢化合物的过饱和指数小于1。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述浓缩含盐流包含溶解盐，使得所述浓缩含盐流的密度为约9磅/加仑至约11磅/加仑。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述含盐水性进料流在被输送至所述离子去除设备之前包含过饱和水平的BaSO4、SrSO4、BaCO3和/或SrCO3。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中使至少一部分所述经除湿的气态流再循环回到所述加湿器。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述含水流包含量为至少约75重量%的水。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述加湿器与所述除湿器直接流体连接。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述离子去除设备与所述加湿器直接流体连接。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述气态流直接接触所述加湿器内的所述含盐水性进料流。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中所述经加湿的气态流直接接触所述除湿器内的所述含水流。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中所述除湿器包括鼓泡塔凝结器。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，包括向所述水处理系统中输送包含多价配体的液体组合物，使得所述多价配体从所述水处理系统的固体表面去除至少一部分垢。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述液体组合物包含二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)。
23.根据权利要求21至22中任一项所述的方法，其中所述液体组合物包含草酸根阴离子。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其中所述多价配体从所述水处理系统的所述换热器的固体表面去除垢。
25.一种使水脱盐的方法，包括：
在水处理系统的脱盐设备内，从含盐水性进料流中去除水，以产生含水流和相对于所述含盐水性进料流富含溶解一价盐的浓缩含盐流;以及
在所述脱盐设备内形成垢，使得所述水处理系统中形成的所有垢的至少约60重量%在所述水处理系统的所述脱盐设备的浓缩器中和/或含填充物的容器中形成。
26.根据权利要求25所述的方法，包括操作所述水处理系统以确定含盐流的温度和/或流速，使得在所述脱盐设备内形成垢并且所述水处理系统中形成的所有垢的至少约60重量%在所述水处理系统的所述脱盐设备的所述浓缩器中和/或含填充物的容器中形成。
27.根据权利要求25所述的方法，包括在所述脱盐设备内形成垢，使得所述水处理系统内形成的所有垢的至少约60重量%在所述脱盐设备的所述浓缩器中形成。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中所述脱盐设备包括加湿-除湿脱盐设备。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其中所述浓缩器为加湿器。
30.根据权利要求29所述的方法，包括在所述加湿器内，使水从所述含盐水性进料流中蒸发到气态流中，以产生相对于所述含盐水性进料流富含溶解一价盐的所述浓缩含盐流和经加湿的气态流。
31.根据权利要求30所述的方法，包括在与所述加湿器流体连接的除湿器内，使水从所述经加湿的气态流中凝结，以产生所述含水流和经除湿的气态流。
32.根据权利要求25所述的方法，其中所述脱盐设备包括机械蒸汽压缩脱盐设备。
33.根据权利要求25所述的方法，其中所述脱盐设备包括正向渗透脱盐设备。
34.根据权利要求25所述的方法，其中所述脱盐设备包括真空蒸馏脱盐设备。
35.根据权利要求25至34中任一项所述的方法，其中至少一部分结垢发生在所述含填充物的容器内的填充物的至少一部分暴露表面上。
36.根据权利要求25至35中任一项所述的方法，其中至少一部分结垢发生在所述浓缩器内的填充物的至少一部分暴露表面上。
37.根据权利要求25至36中任一项所述的方法，包括选择和/或操纵所述含盐水性进料流的温度以形成垢。
38.根据权利要求37所述的方法，包括加热所述含盐水性进料流以形成垢。
39.根据权利要求25至38中任一项所述的方法，包括降低所述含盐水性进料流的流速以形成垢。
40.根据权利要求25至39中任一项所述的方法，包括在将所述含盐水性进料流输送至所述脱盐设备之前，在离子去除设备内，从包含成垢离子和至少一种溶解一价盐的所述含盐水性进料流中去除至少一种成垢离子的至少一部分。
41.根据权利要求40所述的方法，其中在所述离子去除设备内去除所述至少一种成垢离子的至少一部分包括使所述至少一种成垢离子的至少一部分在所述离子去除设备内沉淀。
42.根据权利要求40至41中任一项所述的方法，其中所述至少一种成垢离子包括Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、碳酸根阴离子、碳酸氢根阴离子、硫酸根阴离子、硫酸氢根阴离子、溶解氧化硅和/或氢氧根阴离子。
43.根据权利要求40至42中任一项所述的方法，其中离开所述离子去除设备的所述含盐水性进料流相对于成垢化合物的过饱和指数为至少约0.9。
44.根据权利要求25至43中任一项所述的方法，其中所述浓缩含盐流相对于成垢化合物的过饱和指数为至少约0.9。
45.根据权利要求25至44中任一项所述的方法，其中所述浓缩含盐流相对于成垢化合物的过饱和指数小于1。
46.根据权利要求25至45中任一项所述的方法，其中所述浓缩含盐流包含溶解盐，使得所述浓缩含盐流的密度为约9磅/加仑至约11磅/加仑。
47.根据权利要求40至46中任一项所述的方法，其中在被输送至所述离子去除设备之前，所述含盐水性进料流包含过饱和水平的BaSO4、SrSO4、BaCO3和/或SrCO3。
48.根据权利要求31和35至47中任一项所述的方法，其中使所述经除湿的气态流的至少一部分再循环回到所述加湿器。
49.根据权利要求25至48中任一项所述的方法，其中所述含水流包含量为至少约75重量%的水。
50.根据权利要求31和35至49中任一项所述的方法，其中所述加湿器与所述除湿器直接流体连接。
51.根据权利要求40至50中任一项所述的方法，其中所述离子去除设备与所述脱盐设备直接流体连接。
52.根据权利要求30至31和35至51中任一项所述的方法，其中所述气态流直接接触所述加湿器内的所述含盐水性进料流。
53.根据权利要求31和35至52中任一项所述的方法，其中所述经加湿的气态流直接接触所述除湿器内的所述含水流。
54.根据权利要求31和35至53中任一项所述的方法，其中所述除湿器包括鼓泡塔凝结器。
55.根据权利要求25至54中任一项所述的方法，包括向所述脱盐设备输送包含多价配体的液体组合物，使得所述多价配体从所述脱盐设备的固体表面去除至少一部分垢。
56.根据权利要求55所述的方法，其中所述液体组合物包含二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)。
57.根据权利要求55至56中任一项所述的方法，其中所述液体组合物包含草酸根阴离子。
58.一种用于从加湿-除湿脱盐设备中去除垢的方法，包括：
向加湿-除湿脱盐设备输送包含二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)和草酸根阴离子的液体组合物，使得二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)和/或草酸根阴离子从所述加湿-除湿脱盐设备的固体表面去除至少一部分垢。
59.根据权利要求58所述的方法，其中二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)和/或草酸根阴离子从所述加湿-除湿脱盐设备的加湿器的固体表面去除至少一部分垢。
60.根据权利要求58至59中任一项所述的方法，其中二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)和/或草酸根阴离子从所述加湿-除湿脱盐设备的换热器的固体表面去除至少一部分垢。
说明书
脱盐水处理系统中的选择性结垢及相关方法
相关申请
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年10月22日提交的题为“SelectiveScaling in Desalination Water Treatment Systems and Associated Methods”的美国临时专利申请序列号62/067,318的优先权，其通过引用整体并入本文用于所有目的。
技术领域
总体上描述了包括一个或更多个其中使用选择性结垢的脱盐设备的水处理系统和相关方法。
背景
脱盐是至少部分地分离液体溶液中一定量的盐和/或其他矿物质以及一种或更多种其他组分的过程。例如，可以对盐水进行脱盐以产生适合于人消耗、灌溉、工业使用和/或各种其他用途的淡水。目前对脱盐的注意力主要集中在开发具有成本效益的为人类使用提供淡水的方法。
由于世界人口扩张，随之淡水需求的增加已导致世界上许多地区淡水短缺。脱盐可潜在地对缓解这样的短缺发挥作用。因此，期望改善的水处理系统和方法。
发明内容
总体上描述了进行脱盐的水处理系统中的选择性结垢。根据某些实施方案，通过选择和/或调节一个或更多个系统参数(例如水处理系统内的含盐流的温度和/或流速)来控制水处理系统内的固体垢的形成。某些实施方案包括操作水处理系统以确定加湿器内的流的温度和/或流速，使得相对大量的垢在加湿器内形成。在一些情况下，本发明的主题涉及相关产品、特定问题的替代解决方案和/或一个或更多个系统和/或制品的多种不同用途。
某些方面涉及在水处理系统内进行使水脱盐的方法。在一些实施方案中，该方法包括在水处理系统的离子去除设备内，从包含成垢离子和至少一种溶解一价盐的含盐水性进料流中去除至少一种成垢离子的至少一部分，以产生相对于含盐水性进料流包含更少的成垢离子的离子减少流。一些实施方案包括在水处理系统的换热器内，将来自第一换热器流的热传递到至少一部分离子减少流以加热离子减少流。某些实施方案包括在水处理系统的加湿器内，使水从经加热的离子减少流中蒸发到气态流中，以产生相对于含盐水性进料流富含溶解一价盐的浓缩含盐流和经加湿的气态流。一些实施方案包括在水处理系统的与加湿器流体连接的除湿器内，使水从经加湿的气态流中凝结以产生含水流和经除湿的气态流。在一些这样的实施方案中，在加湿器内形成垢，使得水处理系统中形成的所有垢的至少约60重量%在加湿器内形成。
一些实施方案涉及使水脱盐的方法。在某些实施方案中，该方法包括在水处理系统的脱盐设备内，从含盐水性进料流中去除水，以产生含水流和相对于含盐水性进料流富含溶解一价盐的浓缩含盐流;以及在脱盐设备内形成垢，使得水处理系统中形成的所有垢的至少约60重量%在水处理系统的脱盐设备的浓缩器中和/或含填充物的容器中形成。
根据某些实施方案，提供了一种在水处理系统内进行使水脱盐的方法，该方法包括在水处理系统的离子去除设备内，从包含成垢离子和至少一种溶解一价盐的含盐水性进料流中去除至少一种成垢离子的至少一部分，以产生相对于含盐水性进料流包含更少的成垢离子的离子减少流;在水处理系统的换热器内，将来自第一换热器流的热传递到至少一部分离子减少流以加热离子减少流;在水处理系统的加湿器内，使水从经加热的离子减少流中蒸发到气态流中，以产生相对于含盐水性进料流富含溶解一价盐的浓缩含盐流和经加湿的气态流;在水处理系统的与加湿器流体连接的除湿器内，使水从经加湿的气态流中凝结以产生含水流和经除湿的气态流;以及操作水处理系统以确定加湿器内的离子减少流的温度和/或流速，使得在加湿器内形成垢，并且水处理系统中形成的所有垢的至少约60重量%在加湿器内形成。
某些实施方案涉及从加湿-除湿脱盐设备中去除垢的方法。在一些实施方案中，所述方法包括将包含二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)和草酸根阴离子的液体组合物输送至加湿-除湿脱盐设备，使得二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)和/或草酸根阴离子从加湿-除湿脱盐设备的固体表面去除至少一部分垢。
通过以下对本发明的多个非限制性实施方案的详述，当结合附图来考虑时，本发明的其他优点和新特征将变得明显。如果本说明书和通过引用并入的文件包括冲突的和/或不一致的公开内容，则以本说明书为准。
