淡水生成方法

淡水生成方法
【专利摘要】一种淡水生成方法，通过该方法，即使在原水品质波动时，也可稳定且有效地获得满足目标水品质的产品水，通过在用于通过处理原水(1)来获得产品水的淡水生成方法中使原水(1)流过的供水管线的至少一部分分支成包括分支管线(A1)和分支管线(A2)的多个分支管线，并且使从分支到汇合在一起的滞留时间在分支管线(A1)与分支管线(A2)之间不同，来提供该淡水生成方法。
【专利说明】淡水生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通过处理诸如海水、河水、地下水或处理废水的原水而获得产品水的淡水生成方法，且更详细而言，涉及可根据原水浓度波动来有效地处理原水的淡水生成方法。
【背景技术】
[0002]近年来，水资源的枯竭已变得严重，并且正在研究迄今为止未被利用的水资源的使用。具体而言，从最为熟悉且不可直接利用的海水生产饮用水的技术，所谓“海水淡化(seawater desalination) ”引人注目。在极度缺乏水资源且基于石油的热资源非常丰富的中东地区，海水淡化已通过蒸发方法而被常规地应用于实际用途。然而，在热资源不丰富的中东以外的地区，由于高能量效率，已采用反渗透(reverse osmosis)方法,并且在如加勒比海和地中海地区，许多工厂已建设且实际运转。最近，基于反渗透方法的技术进步的可靠性提高和成本降低继续进行，且利用反渗透技术的许多海水淡化工厂也已在中东建设，且已显示出对亚洲、非洲、大洋洲、中美洲和南美洲的世界性扩张。
[0003]由海水淡化工厂处理的原水从其澄清度和减少的环境影响的观点来看，理想的是取自距海岸尽可能远的地点。在浅水的情况下，取水管道的长度必须较长，因而倾向于发生成本问题。当像海湾那样复杂时，即使在取水管道的长度较长时，在某些情况下，也得不到适合用于海水淡化的清澄海水。出于该理由，通常不从海岸附近取水。然而，当在取水点附近存在河时，来自该河的淡水倾向于流入并且其比例根据退潮和涨潮、降雨等而较大地波动。例如，特立尼达和多巴哥的海水淡化工厂受到较大的河的影响，并且原水盐分浓度从
1.5%波动至3.5%(非专利文献I)。原水浓度波动导致渗透压的波动即运转压力的波动，因而需要适当地调整泵的输出。
`[0004]为了使泵的输出波动，通常选择将流量调节阀附接于泵的排出部分，或利用变换器(inverter)进行调节。然而，前者不能够避免因压力损耗而引起的能量损耗，尽管它是简单的且成本低。后者虽然可抑制能量损耗，但是导致设备成本的增加，并且它成为将变换器附接于较大的泵的成本较大的限制，该泵安装于近来持续增加的大型海水淡化工厂。
[0005]而且，运转压力的频繁波动导致持续对管道、阀、和反渗透膜给予应力，并且还导致加速材料的疲劳。因此这不是理想的状况。
[0006]而且，原水浓度波动导致广品水品质波动。从广品水品质的观点来看，需要基于最严格的情况来进行设计，因而工厂在许多情况下过度工业设计。用于解决该情况的方法包括如专利文献I所示地在原水浓度低的情况下使浓缩物回流，并且如专利文献2所示地使不满足水品质的产品水回流。然而，循环再处理导致产品水量的减少和运转成本的增大。
[0007]可减轻浓度变化的方法包括安装原水储槽的方法。然而，仅仅安装储水槽导致依赖自然滞留(natural retention),并且此外,水流为从入口到出口的单向的。因此,浓度不能够充分均匀化。当在安装原水储槽的情况下进行搅拌时，浓度可均匀化。然而，这需要搅拌能量，并且特别是在大型工厂中，在能量和设备方面是不实用的。[0008]背景领域文献
专利文献
专利文献1:日本专利N0.3270211 ；
专利文献 2 JP-A-2008-307487。
[0009]非专利文献
非专利文献 I:Yoshinari Fusaoka, "Example in Trinidad and Tobago〃，Bulletinof the Society of Sea Water Science, Japan, June 1， 2004，vol.58，N0.3，pp.264-267。

【发明内容】

[0010]本发明要解决的问题
本发明的目的是提供一种淡水生成方法，通过该方法，即使在原水品质波动时，也可以以低成本稳定地且有效地获得满足目标水品质的产品水。
[0011]用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明具有下列构成。
[0012](I) 一种用于通过处理原水来获得产品水的淡水生成方法，该方法包括使供原水流过的供水管线的至少一部分分支成包括分支管线Al和分支管线A2的多个分支管线，并且使从分支到汇合在一起的滞留时间在分支管线Al与分支管线A2之间不同。
[0013](2)根据(I)的淡水生成方法，其中，使分支管线Al的容积与分支管线A2的容积不同。
[0014](3)根据⑴或⑵的淡水生成方法，其中，使对分支管线Al的供给流量与对分支管线A2的供给流量实质上等同。
[0015](4)根据(I)至(3)中的任一项的淡水生成方法，其中，分支管线Al和分支管线A2具有沉淀分离的功能。
[0016](5)根据(I)至(4)中的任一项的淡水生成方法，其中，实质上同时对分支管线Al和分支管线A2供给原水。
[0017](6)根据(I)至(5)中的任一项的淡水生成方法，其中，使分支之后的滞留时间在分支管线Al与分支管线A2之间不同，并且其后，利用前处理单元在分支管线Al和分支管线A2中的各个分支管线中执行处理，之后汇合在一起。
[0018](7)根据(I)至(6)中的任一项的淡水生成方法，其中，分支管线Al中的滞留时间与分支管线A2中的滞留时间之差为在4小时到8.5小时之间。
[0019](8)根据(I)至(6)中的任一项的淡水生成方法，其中，分支管线包括η个管线，且不同管线之间的滞留时间之差为在8/η小时到17/η小时之间，或在8_8/η小时到17-17/η小时之间，其中，η为3以上的自然数。
[0020](9)根据(I)至(8)中的任一项的淡水生成方法，其中，使用从多个分支管线汇合在一起的原水来生产淡水。
[0021](10)根据(I)至(8)中的任一项的淡水生成方法，其中，使用从多个分支管线汇合在一起的原水来执行生物处理。
[0022](11)根据(I)至(10)中的任一项的淡水生成方法，其中，一年中的原水的总盐分浓度的波动在两倍以上。
[0023](12)根据(I)至(11)中的任一项的淡水生成方法，其中，在将原水供给至分支管线Al和分支管线A2时测量原水品质，在原水品质满足预定条件时供给原水，且在原水品质不满足条件时，既不对分支管线Al供给原水，也不对分支管线A2供给原水。
[0024]本发明的优点
根据本发明，即使在原水品质波动时，也可能稳定地且有效地获得满足目标水品质的产品水。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1为示出根据本发明的淡水生成方法的用于海水淡化的水处理装置的一个实施例的示意流程图，其作为分支管线而具有沉淀槽。
[0026]图2为示出根据本发明的淡水生成方法的用于海水淡化的水处理装置的一个实施例的示意流程图，其作为分支管线而具有中间水槽。
[0027]图3为示出根据本发明的淡水生成方法的用于海水淡化的水处理装置的一个实施例的示意流程图，其作为分支管线而具有沉淀槽和中间水槽。
[0028]图4为示出根据本发明的淡水生成方法的生物处理装置的一个实施例的示意流程图，其作为分支管线而具有沉淀槽。
[0029]图5为示出根据本发明的淡水生成方法的用于海水淡化的水处理装置的一个实施例的示意流程图，其具有三个分支管线。
[0030]图6为示出根据本发明的淡水生成方法的用于海水淡化的水处理装置的一个实施例的示意流程图，其在各个分支管线中具有前处理单元。
[0031]图7为用于海水淡化的常规水处理装置的流程图。
【具体实施方式】
[0032]以下将使用【专利附图】

【附图说明】本发明的优选实施例。然而，应当明白的是，本发明的范围不受其限制。
[0033]作为根据本发明的淡水生成方法的水处理装置的一个示例，在图1中示出海水淡化反渗透膜装置，原水在其中被分支到两个管线。在图1所示的水处理装置中，原水I被分支到沉淀槽2a和2b，并且之后，被允许汇合在一起。然后，它通过前处理供给泵3而利用前处理单元4处理，并且前处理原水穿过中间水槽5通过增压泵6供给至反渗透膜单元7。反渗透膜单元7的透过物(permeate)储存在产品水槽9中，并且穿过水分配管线10使用。反渗透膜单元7的浓缩物在被穿过能量回收单元8回收压力能量之后，从排出管线11排出至系统外部。
[0034]在此，作为前处理单元4，可应用一般的分离处理，诸如固液分离或吸附分离。作为尤其适合于海水淡化的前处理的固液分离，可列举用于移除毫级(mill1-order)物质的网式过滤器、用于移除微级(micron-order)物质的砂滤或滤布、能够移除亚微(submicron)物质的微滤膜或超滤膜、能够进行更精密的过滤的毫微滤膜等。此外，还可能通过应用凝结剂或吸附剂或结合固液分离使用凝结剂或吸附剂来有效地移除有机物质等。
[0035]该示例具有在沉淀槽2a与2b之间产生滞留时间之差的构成。本发明的特征在于，使供原水流过的供水管线的至少一部分分支成多个分支管线，并且使从分支到汇合在一起的其滞留时间彼此不同[上述(I)的实施例]。对用于使滞留时间不同的方法没有限制。例如，当对相应的分支管线的供给流量相同时，仅仅需要使分支管线的容积不同[上述(2)的实施例]。此外，这还可通过改变分支管线的流路长度、其流路宽度或单元的数量来实现。然而，为了使原水品质的波动平衡化，即本发明的主旨，滞留时间之差D被设定为水波动周期C的至少十分之一到其十倍。当水品质波动周期C固定为某水平时，从沉淀槽2a和2b排出的水在水品质波动周期的反相上。即，滞留时间之差被调节为水品质波动周期的一半。即使在水品质波动周期C不规则的情况下，通过把握近似的最小水品质波动周期且设定其十分之一到十倍的滞留时间之差，也可能实现本发明的主旨。
[0036]例如，当接近河口的海水用作原水时，由潮汐导致的海平面波动具有较大的影响。因而，考虑在潮汐周期即12.5小时的近似一半的6.25小时附近的波动，滞留时间之差D理想地设定为在4小时到8.5小时之间，并且更理想地设定为在5小时到7.5小时之间[上述(7)的实施例]。而且，尽管对于供给到沉淀槽2a和2b的流量也没有特别的限制，但是通过使它们实质上等同，可能最为使原水波动最小化[上述(3)的实施例]。此外，在图1中，用于改变滞留时间的沉淀槽2提供在两个管线中。然而，如在图5中例示的，将它们提供在三个以 上管线中也是理想的实施例。当提供在η个管线中时(其中，η为3以上的自然数)，不同管线之间的滞留时间之差D理想地设定为水品质波动周期C的(I/η)倍或(1-1/η)倍。即，更具体而言，当河口附近的海水用作原水时，不同管线之间的滞留时间之差D理想地设定为在8/η小时到17/η小时之间，或在8_8/η小时到17-17/η小时之间[上述(8)的实施例]。
[0037]在图1的水处理装置中，沉淀槽2a和2b用作用于使滞留时间之差不同的手段。优选地，本发明中的分支管线具有类似该示例的沉淀分离功能[上述(4)的实施例]。具有沉淀分离功能的沉淀槽被粗略地分为其中简单地通过重力来进行沉淀的重力驱动沉淀槽和其中通过添加凝结剂来加速沉淀的凝结沉淀槽。而且，为了增大沉淀速率或沉淀面积，还可能将倾斜板应用于它们中的各个。
[0038]而且，在图1中，滞留时间之差提供在沉淀槽2a与2b之间。为了实现本发明的目的，例如，还可以从原本不同的位置取水，或者还可改变取水管线至沉淀槽2a和2b的管道长度。然而，为了提供必要的滞留时间之差，取水管线的管道长度变得相当长。因此理想的是，如图1中那样，使到沉淀槽2a和2b的原水供给管线共通，并且像水槽那样可廉价且充分地具有容积。即，理想的是实质上同时地将原水供给至相应的分支管线[上述(5)的实施例]。从该观点来看，在图1中，使沉淀槽2a和2b具有该功能。然而，还可以如图2所示地使中间水槽5a和5b具有该功能，或者如图3所示地使沉淀槽2a和2b和中间水槽5a和5b双方具有该功能。然而，当如图2所示地利用前处理单元4处理波动的原水I时，前处理单元4上的负载因原水I的水品质波动而波动。因此，在前处理单元4上的负载波动大，以导致设想运转困难的情况下，使中间水槽5a和5b而不是使沉淀槽2a和2b具有提供滞留时间之差的功能是不利的。然而，在前处理单元4设计成以便耐受负载波动的情况下，相反地，前处理单元4中的环境变化变大，从而导致生物体的繁殖风险降低。因而使沉淀槽2a和2b和中间水槽5a和5b双方具有提供滞留时间之差的功能是理想的实施例。
[0039]而且，在具有提供多个滞留时间之差的功能的情况下，如图3所示的沉淀槽和中间水槽，沉淀2a和2b和中间水槽5a和5b的相应的滞留时间之差的总和理想地设定为在4小时到8.5小时之间，并且更理想地设定为在5小时到7.5小时之间，作为滞留时间之差。特别地，当分支的流量不同时，通过一个滞留时间之差使原水品质均匀化是不容易的。因而，使如图3所示的沉淀槽2a和2b和中间水槽5a和5b双方具有提供滞留时间之差的功能的方法是极为有效的。
[0040]根据本发明而抑制了原水品质波动的水在后级中可经历各种处理。特别地，如图1所例示地利用其中运转压力或产品水品质根据原水浓度而波动的反渗透膜水处理装置尤其是其中渗透压波动较大且产品水品质波动也较大的海水淡化来生产淡水是适合的[上述(9)的实施例]。而且，这对于其中稳定的处理因原水品质波动而变得困难的生物处理也是适合的[上述(10)的实施例]。图4例示包括生物处理的膜生物反应器。
[0041]另外，作为适合于本发明的原水，对运转条件或产品水品质具有影响的水品质波动较大的原水是适合的。本发明还适合于如前所述地具有高盐分浓度的海水或盐水(brinewater)的处理，而且适合于不仅盐分浓度，且有机物质浓度具有较大波动的下水道废水等的处理。具体而言，当一年中的原水的总盐分浓度的波动在两倍以上时，可适合地利用本发明[上述(11)的实施例]。而且，当一年中的原水中的有机物质浓度的波动在两倍以上时，也可适合地利用本发明。在此，对于总盐分浓度和有机物质浓度的波动幅度，其最大值和最小值由通过监视原水品质一年而获得的总盐分浓度等的最大值和最小值限定。在本发明中，理想的是其最大值和最小值的比例为2以上。此外，作为原水的总盐分浓度的测量方法，例示了利用其中使原水蒸发干燥并且测量其重量的“总溶解固体”浓度的测量方法，或者简单地使用传导度计或将其转换成盐分浓度的盐度计。而且，作为有机物质浓度的测量方法，最通常的是使用TOC(总有机碳浓度)作为指标的测量方法。然而，此外还例示使用COD (化学需氧量)、BOD (生物需氧量)、UV (紫外吸收)、IR(红外吸收)和GC-MS (气相色谱-质谱)作为指标的测量方法。
[0042]而且，为了使本发明更有效，在供给原水时测量原水品质且在原水品质满足预定条件时取水也是理想的[上述(12)的实施例]。作为在此使用的水品质，例示如前所述地对后级中的膜分离运转条件具有较大影响的水品质。例如，在反渗透膜的情况下，例示对渗透压造成较大波动的总盐分浓度，并且在膜生物反应器的情况下，例示对生物活性或处理效率有较大影响的有机物质浓度`或总盐分浓度。进行控制以便在这些原水品质在预定范围内时取水是理想的。
[0043]例如，当原水为如前述非专利文献I中说明的接近河口的海水(总盐分浓度:1.5到3.5%)时，通过不取具有2.5%以上的总盐分浓度的海水，与3.5%的总盐分浓度的情况相t匕，渗透压降低5至10巴。因而可能降低必要的增压泵规格，这还导致运转时的压力降低(所需动力的降低)。这使得容易抑制原水浓度的波动，这是本发明的目的，且因而是非常理想的。然而，当缩小阈值时，能够取水的时间变短。因此，取水泵能力增大，以至于需要考虑成本平衡。另外，当在河口附近的海水用作原水的情况下应用该方法时，例如，由潮汐引起的海平面波动的一部分不被取水。因此，与取水有关的周期变得比12.5小时短，因而理想的是，使得比前述“12.5小时的近似一半”短。具体而言，当每天能够取水的时间为T小时时，滞留时间之差D理想地设定为近似CxT/48 (例如，在T = 12小时的情况下，在6小时到6.5小时之间)。当然，在三个以上管线中提供用于改变滞留时间的沉淀槽2等也是理想的实施例。在η个管线的情况下，理想的是将滞留时间之差D设定为水品质波动周期C的T/24/n 倍或 Τ/24χ(1-1/η)倍。
[0044]而且，当反渗透膜单元7的浓缩物的浓度小于流入时的原水I的浓度时，还可能如图3所例示地通过打开阀12a和12b来使浓缩物回流。在图3中，浓缩物回流至沉淀槽2a和2b之前。然而，它可回流至沉淀槽2a和2b之后或中间水槽5a和5b之前和之后。而且，从抑制产品水品质波动的观点来看，如图3所例示地以瀑布(cascade)形式像产品水槽9a.9b.9c那样安装产品水槽9且控制用于产品水品质的波动的三通阀13从而抑制波动也是理想的。具体而言，例如，通过周期性地切换至产品水槽9a和9b且储存在其中以减小产品水槽9a与9b之间的浓度之差，之后由此在9c中混合，可获得9a和9b的平均浓度。
[0045]而且，在本发明中，如图1所示，还可利用前处理单元4处理分支和混合之后的水品质稳定的水，而且如图2所示，还可在分支之前利用前处理单元4处理水。而且，如图6所例示的，使用沉淀槽2a和2b改变分支之后的水的滞留时间，并且各自使用前处理单元4a和4b独立地进行前处理随后进行混合也是理想的。由于前处理单元4a与4b之间的水品质之差，可通过利用该方法来分散前处理单元上的负载。即，当负载较大地施加在4a上时，可能减小4b上的负载。因此它是理想的实施例[上述(6)的实施例]。 [0046]工业应用性
本发明可用于通过处理诸如海水、河水、地下水或处理废水的原水而稳定地且有效地获得满足目标水品质的产品水的淡水生成方法。
[0047]参考标号列表 I原水
2沉淀槽
3原水供给泵
4前处理单元
5中间水槽
6增压泵
7反渗透膜单元
8能量回收单元
9处理水槽
10水分配管线
11排出管线
12阀
13三通阀
14抽吸泵
15生物处理水槽
16 淹没(immersion)式膜。
【权利要求】
1.一种用于通过处理原水来获得产品水的淡水生成方法，所述方法包括使供原水流过的供水管线的至少一部分分支成包括分支管线Al和分支管线A2的多个分支管线，并且使从分支到汇合在一起的滞留时间在所述分支管线Al与所述分支管线A2之间不同。
2.根据权利要求1所述的淡水生成方法，其特征在于，使所述分支管线Al的容积与所述分支管线A2的容积不同。
3.根据权利要求1或2所述的淡水生成方法，其特征在于，使对所述分支管线Al的供给流量与对所述分支管线A2的供给流量实质上等同。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，所述分支管线Al和所述分支管线A2具有沉淀分离的功能。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，实质上同时对所述分支管线Al和所述分支管线A2供给原水。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，使分支之后的滞留时间在所述分支管线Al与所述分支管线A2之间不同，并且其后，利用前处理单元在所述分支管线Al和所述分支管线A2中的各个分支管线中执行处理，之后汇合在一起。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，所述分支管线Al中的滞留时间与所述分支管线A2中的滞留时间之差为在4小时到8.5小时之间。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，所述分支管线包括η个管线，且不同管线之间的滞留时间之差为在8/η小时到17/η小时之间，或在8-8/η小时到17-17/η小时之间，其中，η为3以上的自然数。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，使用从所述多个分支管线汇合在一起的原水来生产淡水。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，使用从所述多个分支管线汇合到一起的原水来执行生物处理。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，一年中的原水的总盐分浓度的波动在两倍以上。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的淡水生成方法，其特征在于，在将原水供给至所述分支管线Al和所述分支管线Α2时测量原水品质，在原水品质满足预定条件时供给原水，且在原水品质不满足条件时，既不对所述分支管线Al供给原水，也不对所述分支管线Α2供给原水。
【文档编号】C02F1/44GK103748040SQ201280041111
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年8月21日 优先权日:2011年8月24日
【发明者】谷田雅英, 前田智宏 申请人:东丽株式会社