專利名稱：脫鹽系統(tǒng)和方法
脫鹽系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
概括地講，本發(fā)明涉及脫鹽系統(tǒng)和方法。更具體地講，本發(fā)明涉及使用電分離 (E-分離)元件的脫鹽系統(tǒng)和方法。在工業(yè)過程中，產(chǎn)生大量廢水，諸如鹽水溶液。一般來說，這類鹽水溶液不適合在國內(nèi)或工業(yè)應(yīng)用中直接消耗。鑒于有限的合格水源，使廢水、海水或淡鹽水去離子或脫鹽 (desaltification)(通常稱為脫鹽(desalination))稱為生產(chǎn)新鮮水的選擇。當(dāng)前采用諸如蒸餾、汽化、反滲透和部分凍結(jié)的不同脫鹽方法來使水源去離子或脫鹽。然而，這類方法可能受低效率和高能耗的困擾，這可妨礙其廣泛實施。因此，需要使廢水或淡鹽水脫鹽的新型且改善的脫鹽系統(tǒng)和方法。發(fā)明簡述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供了一種脫鹽系統(tǒng)。所述脫鹽系統(tǒng)包括經(jīng)構(gòu)造以接受第一物流以便脫鹽的電分離裝置及結(jié)晶裝置。所述結(jié)晶裝置經(jīng)構(gòu)造以將第二物流提供給所述電分離裝置來帶走從第一物流中除去的離子，且限定結(jié)晶區(qū)以促進所述離子沉淀。 所述結(jié)晶裝置進一步限定與所述結(jié)晶區(qū)流體連通的固液分離區(qū)以便分離所述沉淀物。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供了一種脫鹽方法。所述脫鹽方法包括使第一物流通過電分離裝置以便脫鹽，和使來自結(jié)晶裝置的第二物流通過所述電分離裝置以帶走從第一物流中除去的鹽。所述結(jié)晶裝置限定結(jié)晶區(qū)以促進所述離子沉淀及與所述結(jié)晶區(qū)流體連通的固液分離區(qū)以便分離所述沉淀物。從結(jié)合附圖提供的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的以下詳述將更好地理解這些和其他優(yōu)勢及特征。附圖簡述

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的脫鹽系統(tǒng)的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案包括超電容器脫鹽(S⑶)裝置和結(jié)晶裝置的脫鹽系統(tǒng)的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的脫鹽系統(tǒng)的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案包括反向電滲析(EDR)裝置和結(jié)晶裝置的脫鹽系統(tǒng)的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的又一實施方案的脫鹽系統(tǒng)的示意圖。發(fā)明詳述下文將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案。在以下描述中，沒有詳細(xì)描述熟知的功能或構(gòu)造以避免以不必要的細(xì)節(jié)使公開內(nèi)容變模糊。圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的脫鹽系統(tǒng)10的示意圖。對于所說明的實施例，脫鹽系統(tǒng)10包括電分離(E-分離)裝置11和與E-分離裝置11流體連通的結(jié)晶裝置 12。在本發(fā)明的實施方案中，E-分離裝置11經(jīng)構(gòu)造以從液體源(未示出)接受具有諸如鹽或其他雜質(zhì)的帶電物質(zhì)的第一物流13 (如圖1中所示)以便脫鹽。因此，與物流13相比，輸出物流(產(chǎn)物流)14(其可為從E-分離裝置11出來的稀釋液體)可具有較低濃度的帶電物質(zhì)。在一些實例中，可使輸出物流14循環(huán)到E-分離裝置11中或?qū)⑵渌偷狡渌?E-分離裝置以便進一步脫鹽。結(jié)晶裝置12經(jīng)構(gòu)造以提供液體15，使液體15在第一物流13脫鹽期間或之后循環(huán)到E-分離裝置11中，從而將從輸入物流13除去的帶電物質(zhì)(陰離子和陽離子)帶出E-電氣裝置11。因此，與從結(jié)晶裝置12輸入E-分離裝置11的第二物流17相比，流出物流(濃縮物流)16可具有較高濃度的帶電物質(zhì)。隨著液體15繼續(xù)循環(huán)，所述鹽或其他雜質(zhì)的濃度不斷增加以致在液體15中飽和或過飽和。因此，飽和度或過飽和度可達到開始發(fā)生沉淀的點ο在某些應(yīng)用中，初始(第一)物流13和初始(第二)物流17可能包含或可能不含相同的鹽或雜質(zhì)，且可能具有或可能不具有相同濃度的鹽或雜質(zhì)。在其他實例中，初始(第二)物流17中所述鹽或雜質(zhì)的濃度可能飽和或過飽和或可能未飽和或過飽和。在一些實施方案中，E-分離裝置11可包括超電容器脫鹽(S⑶)裝置。術(shù)語“S⑶ 裝置”可籠統(tǒng)地指用以使海水脫鹽或使其他淡鹽水去離子以將鹽或其他離子化雜質(zhì)的量降低到適于家庭和工業(yè)使用的容許水平的超電容器。在某些應(yīng)用中，所述超電容器脫鹽裝置可包括一個或多個超電容器脫鹽單元(未示出)。如已知，在非限制性實例中，各超電容器脫鹽單元可至少包括一對電極、間隔物和連接到相應(yīng)電極的一對集電器。當(dāng)使用堆疊在一起的多于一個超電容器脫鹽單元時，多個絕緣分離器可布置在各對鄰近的SCD單元之間。在本發(fā)明的實施方案中，所述集電器可分別連接到電源(未示出)的正端和負(fù)端。 因為電極與相應(yīng)集電器接觸，所以所述電極可分別充當(dāng)陽極和陰極。在超電容器脫鹽裝置11的充電狀態(tài)期間，來自電源的正電荷和負(fù)電荷分別積聚在(一個或多個)陽極和(一個或多個)陰極的表面上。因此，當(dāng)諸如第一物流13(如圖 1中所示)的液體通過SCD裝置11以便脫鹽時，正電荷和負(fù)電荷分別吸引離子化第一物流 13中的陰離子和陽離子以使它們吸附在(一個或多個)陽極和(一個或多個)陰極的表面上。由于電荷積聚在(一個或多個)陽極和(一個或多個)陰極上，諸如輸出物流14的流出物流可具有比第一物流13低的鹽度。在某些實施例中，稀釋的流出物流可通過進料通過另一 S⑶裝置再次去離子。隨后，在超電容器脫鹽裝置11的放電狀態(tài)中，所吸附的陰離子和陽離子分別從 (一個或多個)陽極和(一個或多個)陰極的表面解離。因此，當(dāng)諸如第二物流17的液體通過SCD裝置11時，所吸附的陰離子和陽離子可從SCD裝置11中被帶走，以使得諸如流出物流16的輸出液體可具有比第二物流17高的鹽度。在放電狀態(tài)下，隨著所述液體循環(huán)通過SCD裝置，液體15中所述鹽或其他雜質(zhì)的濃度增加以產(chǎn)生沉淀物。在SCD裝置的放電竭盡之后，隨后將所述SCD裝置置于充電狀態(tài)一段時間以便準(zhǔn)備隨后的放電。也就是說，SCD 裝置的充電和放電交替進行以便分別處理第一物流13和第二物流17。在某些實例中，在放電狀態(tài)下釋放的能量可用以驅(qū)動電裝置(未示出)，諸如燈泡，或者可使用諸如雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器的能量回收單元回收。在其他非限制性實例中，類似于堆疊在一起的S⑶單元，超電容器脫鹽裝置11可包括一對電極、連接到相應(yīng)電極的一對集電器、布置在該電極對之間的一個或多個雙極電極和布置在成對的鄰近電極中的每一對之間的多個間隔物以便在充電狀態(tài)處理第一物流 13和在放電狀態(tài)處理第二物流17。各雙極電極具有由離子不可滲透層間隔開的正側(cè)和負(fù)側(cè)。在一些實施方案中，所述集電器可構(gòu)造為板、篩、箔或薄板且由金屬或金屬合金形成。所述金屬可包括例如鈦、鉬、銥或銠。所述金屬合金可包括例如不銹鋼。在其他實施方案中，所述集電器可包括石墨或塑料材料，諸如聚烯烴，所述聚烯烴可包括聚乙烯。在某些應(yīng)用中，可將塑料集電器與導(dǎo)電碳黑或金屬粒子混合以達到某一導(dǎo)電率水平。所述電極和/或雙極電極可包括導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料可能導(dǎo)熱或可能不導(dǎo)熱，且可具有粒度較小且表面積較大的粒子。在一些實例中，所述導(dǎo)電材料可包括一種或多種碳料。所述碳料的非限制性實例包括活性碳粒子、多孔碳粒子、碳纖維、碳?xì)饽z、多孔中間碳微球或其組合。在其他實例中，所述導(dǎo)電材料可包括導(dǎo)電復(fù)合物，諸如錳或鐵或兩者的氧化物或者鈦、鋯、釩、鎢或其組合的碳化物。另外，所述間隔物可包括任何離子可滲透的不導(dǎo)電材料(包括膜)及多孔和無孔材料以間隔開該電極對。在非限制性實例中，所述間隔物可具有間隙或本身可為間隙以形成處理液體在該電極對之間通過的流動通道。在某些實例中，電極、集電器和/或雙極電極可以彼此平行布置以形成堆疊結(jié)構(gòu)的板形式。在其他實例中，電極、集電器和/或雙極電極可具有不同的形狀，諸如薄板、塊狀或圓柱體。此外，電極、集電器和/或雙極電極可以不同構(gòu)型配置。例如，電極、集電器和/ 或雙極電極可以在其間具有螺旋形連續(xù)的間隙同心地布置。超電容器脫鹽裝置的其他描述可見于美國專利申請公開案20080185346，該案通過全文引用結(jié)合到本文中來。對于某些配置，E-分離裝置11可包括反向電滲析(EDR)裝置(未示出)。術(shù)語 “EDR”可指使用離子交換膜以從水或其他流體除去離子或帶電物質(zhì)的電化學(xué)分離方法。公知的是，在一些非限制性實例中，所述EDR裝置包括經(jīng)構(gòu)造以分別充當(dāng)陽極和陰極的一對電極。多個交替的陰離子可滲透膜和陽離子可滲透膜布置在陽極和陰極之間以在其間形成多個交替的稀釋通道和濃縮通道。所述(一個或多個)陰離子可滲透膜經(jīng)構(gòu)造以使陰離子可通過。所述(一個或多個)陽離子可滲透膜經(jīng)構(gòu)造以使陽離子可通過。另外， 所述EDR裝置還可包括布置在各對膜之間和電極與鄰近膜之間的多個間隔物。因此，在對EDR裝置11施加電流時，諸如物流13和17 (如圖1中所示)的液體分別通過相應(yīng)交替的稀釋通道和濃縮通道。在稀釋通道中，使第一物流13離子化。第一物流 13中的陽離子通過陽離子可滲透膜向陰極遷移以進入鄰近通道。陰離子通過陰離子可滲透膜向陽極遷移以進入其他鄰近通道。在位于稀釋通道的各側(cè)上的鄰近通道(濃縮通道)中， 陽離子不可遷移通過陰離子可滲透膜且陰離子不可遷移通過陽離子可滲透膜，即使電場對離子施加朝向相應(yīng)電極的力(例如，將陰離子推向陽極)。因此，陰離子和陽離子保留在濃縮通道中且在濃縮通道中濃縮。因此，第二物流17通過濃縮通道以將濃縮的陰離子和陽離子帶出EDR裝置11，以使得流出物流16可具有比輸入物流高的鹽度。在液體15在EDR裝置11中循環(huán)之后，在結(jié)晶裝置12中可發(fā)生所述鹽或其他雜質(zhì)的沉淀。在一些實例中，EDR裝置11的電極的極性可反轉(zhuǎn)，例如每15_50分鐘發(fā)生反轉(zhuǎn)，以降低陰離子和陽離子在濃縮通道中的結(jié)垢傾向。因此，在反轉(zhuǎn)極性狀態(tài)下，來自正常極性狀態(tài)的稀釋通道可充當(dāng)?shù)诙锪?7的濃縮通道，且來自正常極性狀態(tài)的濃縮通道可起到第一物流13的稀釋通道的作用。在一些應(yīng)用中，所述電極可包括導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料可能導(dǎo)熱或可能不導(dǎo)熱， 且可具有粒度較小且表面積較大的粒子。所述間隔物可包括任何離子可滲透的不導(dǎo)電材料 (包括膜)及多孔和無孔材料。在非限制性實例中，所述陽離子可滲透膜可包含季胺基團。 所述陰離子可滲透膜可包含磺酸基或羧酸基。應(yīng)注意到E-分離裝置11不限于用于處理液體的任何特定的超電容器脫鹽(S⑶) 裝置或任何特定的反向電滲析(EDR)裝置。此外，上文所用的“(一個或多個)”通常意欲包括所修飾術(shù)語的單數(shù)和復(fù)數(shù)，由此包括一個/種或多個/種所述術(shù)語。圖2為包括超電容器脫鹽(S⑶)裝置100和結(jié)晶裝置12的脫鹽系統(tǒng)10的示意圖。 圖1-5中的相同數(shù)字可指類似的元件。對于所說明的配置，在充電狀態(tài)期間，來自液體源(未示出)的第一物流13通過閥門110且進入S⑶裝置100以便脫鹽。在該狀態(tài)下，輸入物流17到S⑶裝置的流動路徑在閥門110中關(guān)閉。稀釋物流(產(chǎn)物流)14從S⑶裝置100中流出且通過閥門111以供使用且具有與第一物流13相比較低濃度的鹽或其他雜質(zhì)。在某些實例中，可將所述稀釋物流再次導(dǎo)入S⑶裝置11中以便進一步處理。在放電狀態(tài)下，第二物流17通過泵18從結(jié)晶裝置12中泵出且通過過濾器19和閥門110以進入SCD裝置100從而自其中帶出離子(陰離子和陽離子)，且流出物流16從 S⑶裝置100中流出并通過閥門111，且其具有與第二物流17相比更高濃度的鹽或其他雜質(zhì)。在該狀態(tài)下，輸入物流13到S⑶裝置的流動路徑在閥門110中關(guān)閉。另外，過濾器19 經(jīng)構(gòu)造以過濾一些粒子從而避免堵塞S⑶裝置100。在某些應(yīng)用中，可能未提供過濾器19。如圖2中所繪，結(jié)晶裝置12包括經(jīng)構(gòu)造以限定用以容納液體15(如圖1中所示) 的包容區(qū)(未標(biāo)注)的容器20和限定布置在所述包容區(qū)內(nèi)且與所述包容區(qū)流體連通的結(jié)晶區(qū)(未標(biāo)注)的結(jié)晶元件21。因此，固液分離區(qū)200限定在結(jié)晶元件21和容器20的外壁之間以供固液分離，以使得所述鹽或其他雜質(zhì)的沉淀粒子的一部分可通過沉降到容器20 的下部而分離，之后使液體15從結(jié)晶裝置12循環(huán)到E-分離裝置，諸如S⑶裝置100。在所說明的實施方案中，容器20的底部為錐形。結(jié)晶元件21具有中空圓柱形狀以限定結(jié)晶區(qū)且包括與容器20連通的下部開口 201。在一些非限制性實例中，容器20可具有其他形狀，諸如圓柱形或矩形。類似地，結(jié)晶元件21也可包括其他形狀，諸如矩形或錐形。另外，可提供或可不提供與結(jié)晶元件21的底部開口 201連通的上部開口 202以與容器 20連通。因此，如圖2中所說明，輸出物流16從結(jié)晶元件21的上端(未標(biāo)注)再次導(dǎo)入結(jié)晶區(qū)中，且隨后使其從結(jié)晶元件21的下部開口 201和/或上部開口 202分散到在結(jié)晶元件 21和容器20之間的固液分離區(qū)200中以便固液分離和循環(huán)。當(dāng)液體15在S⑶裝置100和結(jié)晶裝置12之間循環(huán)時，發(fā)生離子的沉淀(由離子形成沉淀)且該沉淀在結(jié)晶裝置12中隨時間增加。因此，直徑大于特定直徑的沉淀物粒子可在容器20的下部沉降。同時，直徑小于特定直徑的其他沉淀物粒子可分散在液體15中。當(dāng)在放電步驟期間物流27的沉淀速度加放空速度等于在充電步驟期間的帶電物質(zhì)的去除速度時，可使SCD裝置和結(jié)晶裝置之間循環(huán)的濃縮物流的飽和度或過飽和度穩(wěn)定化且可建立動態(tài)平衡。對于所說明的實施方案中，提供限制元件22以限定限制區(qū)，所述限制區(qū)的至少一部分布置在結(jié)晶區(qū)內(nèi)且與結(jié)晶區(qū)和包容區(qū)連通。在一個實例中，限制元件22可包括兩個開口端且具有限定限制區(qū)的中空圓柱形狀?；蛘?，限制元件22可具有其他形狀，諸如矩形或錐形。另外，可提供延伸到限制區(qū)中的攪拌器23，從而促進液體15在結(jié)晶區(qū)和限制區(qū)中流動。用攪拌器23攪拌的液體15的流動方向可自上而下(如由箭頭102指出)或自下而上。在其他實例中，還可提供包括泵的裝置25以從容器20的底部引導(dǎo)液體15的一部分通過閥門沈且使其進入結(jié)晶區(qū)，從而促進液體15在結(jié)晶區(qū)和限制區(qū)中流動。通常，閥門 26阻斷排放(廢棄)物流的流動路徑。在某些實例中，裝置25還可用于磨耗在液體15的該部分中的粒子。通過在裝置25中的粒子磨耗，可使形成的沉淀物粒子的一部分懸浮在液體15中以充當(dāng)晶種粒子，從而增加所述粒子與所述鹽或雜質(zhì)的接觸面積以誘發(fā)在所形成的沉淀粒子的表面上更多地沉淀。在一些實例中，可不采用限制元件22。類似地，在特定實例中，也可不提供攪拌器23和/或泵25。對于圖2中說明的配置，結(jié)晶區(qū)和固液分離區(qū)兩者都限定在同一容器20內(nèi)。在一些非限制性實施例中，結(jié)晶區(qū)和固液分離區(qū)可彼此在空間上被間隔開。圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的脫鹽系統(tǒng)的示意圖。為了便于說明，一些元件沒有繪出。對于所說明的配置，結(jié)晶裝置12包括限定結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶元件21和與結(jié)晶元件21在空間上被間隔開且限定固液分離區(qū)200的分離元件205。因此，類似于圖2中所說明的配置，輸出物流16再次導(dǎo)入結(jié)晶區(qū)以促進鹽或其他雜質(zhì)沉淀，且隨后流入固液分離區(qū)200中以從液體15中分離一部分沉淀物，之后使液體15 循環(huán)到E-分離裝置11中。在一些實例中，液體15最初被納入結(jié)晶元件21和/或分離元件25中。結(jié)晶裝置 12可包括兩個或更多個在空間上被間隔開的元件以分別限定結(jié)晶區(qū)和固液分離區(qū)。在某些實例中，用于限定固液分離區(qū)的分離元件205的非限制性實例可包括容器、水力旋流器、離心機、壓濾器、筒式過濾器、微濾和超濾裝置。在一些實施方案中，可能不發(fā)生鹽或其他雜質(zhì)的沉淀，直至其飽和度或過飽和度極高。例如，CaSO4達到500%的過飽和度才發(fā)生沉淀，這對于系統(tǒng)來說可能不利。因此，在某些實例中，可將晶種粒子(未示出)加到容器20中以在鹽或其他雜質(zhì)的較低過飽和度下誘發(fā)在容器20的表面上沉淀。另外，可提供攪拌器23和/或泵25以促進晶種粒子懸浮在容器20中。在非限制性實例中，所述晶種粒子可具有約1-約500微米的平均直徑，且其重量可為在所述結(jié)晶區(qū)中液體重量的約0. 重量(wt% )-約30%重量。在一些實例中，所述晶種粒子可具有約5-約100微米的平均直徑，且其重量可為在所述結(jié)晶區(qū)中液體重量的約 1. Owt % -約20wt %。在某些應(yīng)用中，所述晶種粒子可包括固體粒子，包括但不限于CaSO4粒子及其水合物以誘發(fā)沉淀。所述CaSO4粒子可具有約10-約100微米的平均直徑。在一些實例中，CaSO4晶種粒子的平衡加載量可在所述結(jié)晶區(qū)中液體重量的約0. Iwt% -約2. Owt%的范圍內(nèi)，以使得在操作中在CaSO4沉淀發(fā)生時可將結(jié)晶裝置12中CaSO4的過飽和控制在約100% -約150%的范圍內(nèi)。在其他實例中，可將一種或多種添加劑M加到流出物流16中以降低一些物質(zhì)的飽和度或過飽和度。例如，可將酸添加劑加到流出物流16中以降低CaCO3的飽和度或過飽和度。在某些實例中，可將添加劑加到第一物流13中或可以不將添加劑加到第一物流13中。應(yīng)注意到所述晶種粒子和所述添加劑不限于任何特定的晶種粒子或添加劑，且可基于不同應(yīng)用來選擇。在某些實例中，可將一定量的物流四從液體15中除去以保持恒定體積和/或降低容器20中一些物質(zhì)的飽和度或過飽和度。可將物流四與使用泵25從容器20的底部除去的物流30混合以形成排出(廢棄)物流27。在一些實例中，物流30可包含10%重量或更多的沉淀物。對于這些實例，閥門沈阻斷液體15循環(huán)的流動路徑。另外，閥門204也可布置在下部以促進排空容器20。對于圖2中所說明的配置，物流16從容器20的上部進料到容器20中。或者，流出物流16可從其下部進料到容器20中。脫鹽系統(tǒng)10的其他方面可見于美國專利申請公開案20080185；346，該案在上文中引用。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案包括反向電滲析(EDR)裝置101和結(jié)晶裝置12 的脫鹽系統(tǒng)的示意圖。圖3中的配置與圖2中的配置類似。圖2和圖3中的兩種配置的不同之處在于E-分離裝置包括EDR裝置101。因此，在當(dāng)所述EDR裝置處于正常極性狀態(tài)時的狀態(tài)下，來自液體源(未示出)和容器20的物流13和17沿如由實線33和34所指出的相應(yīng)第一輸入管道通過第一閥門31 和32以進入EDR裝置101。稀釋物流14和輸出物流16通過第二閥門35和36且進入如由實線37和38所指出的相應(yīng)第一輸出管道。當(dāng)所述EDR裝置處于反轉(zhuǎn)極性狀態(tài)時，物流13和17可沿如由虛線39和40所指出的相應(yīng)第二輸入管道進入EDR裝置101。稀釋物流14和流出物流16可沿如由虛線41和 42所指出的相應(yīng)第二輸出管道流動。因此，輸入物流和輸出物流可交替進入相應(yīng)管道以使結(jié)垢趨勢減至最小。當(dāng)物流27的沉淀速度加放空速度等于帶電物質(zhì)的去除速度時，可使在EDR裝置和結(jié)晶裝置之間循環(huán)的濃縮物流的飽和度或過飽和度穩(wěn)定化且可建立動態(tài)平衡。圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的脫鹽系統(tǒng)10的示意圖。為了便于說明，一些元件沒有繪出。如圖4中所繪，脫鹽系統(tǒng)10還可包括蒸發(fā)器43和結(jié)晶器44以使排出物流 27蒸發(fā)并結(jié)晶，從而改善物流使用率且實現(xiàn)零排液(ZLD)。蒸發(fā)器43和結(jié)晶器44可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易地實施。在一個非限制性實例中，結(jié)晶器44可為熱結(jié)晶器，諸如干燥器。在某些應(yīng)用中，可能不使用蒸發(fā)器43和/或結(jié)晶器44。雖然已經(jīng)在典型實施方案中說明并描述了公開內(nèi)容，但并非想要將其限制在所示的詳述，因為可在不以任何方式脫離本發(fā)明的精神的情況下進行各種改進和替代。因而，本領(lǐng)域的技術(shù)人數(shù)僅僅使用常規(guī)實驗就可想到本文公開的公開內(nèi)容的其他改進和等價物，且據(jù)信所有這些改進和等價物都在如由以上權(quán)利要求書限定的公開內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脫鹽系統(tǒng)，其包括電分離裝置，其經(jīng)構(gòu)造以接受第一物流以便脫鹽；和結(jié)晶裝置，其經(jīng)構(gòu)造以將第二物流提供給所述電分離裝置來從第一物流中帶走離子， 且限定結(jié)晶區(qū)以促進所述離子沉淀及與所述結(jié)晶區(qū)流體連通的固液分離區(qū)以便分離所述沉淀物。
2.權(quán)利要求1的脫鹽系統(tǒng)，其中所述結(jié)晶裝置包括限定所述結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶元件。
3.權(quán)利要求2的脫鹽系統(tǒng)，其中所述結(jié)晶裝置還包括限定包容區(qū)的容器，其中所述結(jié)晶區(qū)布置在所述包容區(qū)內(nèi)且與所述包容區(qū)流體連通以使得所述固液分離區(qū)限定在所述容器與所述結(jié)晶元件之間。
4.權(quán)利要求2的脫鹽系統(tǒng)，其中所述結(jié)晶裝置還包括限制元件，所述限制元件的至少一部分布置在所述結(jié)晶區(qū)中以限定與所述結(jié)晶區(qū)流體連通的限制區(qū)以便促進在所述結(jié)晶裝置內(nèi)沉淀。
5.權(quán)利要求4的脫鹽系統(tǒng)，其中第一和限制元件各自具有圓柱形狀。
6.權(quán)利要求2的脫鹽系統(tǒng)，其中所述結(jié)晶區(qū)和所述固液分離區(qū)彼此在空間上被間隔開。
7.權(quán)利要求6的脫鹽系統(tǒng)，其中所述結(jié)晶裝置包括與所述結(jié)晶元件在空間上被間隔開且限定所述固液分離區(qū)的分離元件。
8.權(quán)利要求7的脫鹽系統(tǒng)，其中所述固液分離元件包括以下元件中的一種或多種容器、沉降器、筒式過濾器、壓濾器、微濾裝置、超濾裝置、水力旋流器和離心機。
9.權(quán)利要求1的脫鹽系統(tǒng)，其中所述電分離裝置包括超電容器脫鹽裝置或反向電滲析裝置，其中所述超電容器脫鹽裝置在充電狀態(tài)期間接受第一物流且在放電狀態(tài)期間接受第二物流，且其中所述反向電滲析裝置同時接受第一物流和第二物流。
10.權(quán)利要求1的脫鹽系統(tǒng)，其中第二物流包括飽和物流或過飽和物流。
11.權(quán)利要求1的脫鹽系統(tǒng)，其中第二物流在通過所述電分離裝置之后從所述結(jié)晶區(qū)再次導(dǎo)入所述結(jié)晶裝置中以便在所述電分離裝置和所述結(jié)晶裝置之間循環(huán)。
12.權(quán)利要求1的脫鹽系統(tǒng)，其還包括延伸到所述結(jié)晶區(qū)的攪拌器。
13.權(quán)利要求1的脫鹽系統(tǒng)，其還包括與所述結(jié)晶裝置流體連通且經(jīng)構(gòu)造以將第二物流的一部分導(dǎo)出和導(dǎo)入所述結(jié)晶裝置的裝置。
14.權(quán)利要求13的脫鹽系統(tǒng)，其中所述裝置經(jīng)進一步構(gòu)造以磨耗在第二物流的一部分中的粒子。
15.權(quán)利要求1的脫鹽系統(tǒng)，其還包括布置在所述結(jié)晶裝置內(nèi)以誘發(fā)沉淀的多個晶種粒子。
16.權(quán)利要求15的脫鹽系統(tǒng)，其中所述晶種粒子具有約1微米-約500微米的平均直徑。
17.權(quán)利要求15的脫鹽系統(tǒng)，其中所述晶種粒子具有約5微米-約100微米的平均直徑。
18.權(quán)利要求15的脫鹽系統(tǒng)，其中所述晶種粒子的重量為在所述結(jié)晶區(qū)中第二物流重量的約0. 重量-約30%重量。
19.權(quán)利要求15的脫鹽系統(tǒng)，其中所述晶種粒子的重量為在所述結(jié)晶區(qū)中第二物流重量的約1. 0%重量-約20%重量。
20.一種脫鹽方法，其包括使第一物流通過電分離裝置以便脫鹽；和使來自結(jié)晶裝置的第二物流通過所述電分離裝置以從第一物流中帶走離子，其中所述結(jié)晶裝置經(jīng)構(gòu)造以將第二物流提供給所述電分離裝置來從第一物流中帶走離子，且限定結(jié)晶區(qū)以促進所述離子沉淀和與所述結(jié)晶區(qū)流體連通的固液分離區(qū)以便分離所述沉淀物。
21.權(quán)利要求20的脫鹽方法，其還包括使第二物流在通過所述電分離裝置之后再次導(dǎo)入所述結(jié)晶裝置的結(jié)晶區(qū)中以使第二物流在所述電分離裝置和所述結(jié)晶裝置之間循環(huán)。
22.權(quán)利要求21的脫鹽方法，其還包括在第二物流通過所述電分離裝置之后將一種或多種添加劑提供到第二物流中以降低一種或多種物質(zhì)在第二物流中的濃度。
23.權(quán)利要求20的脫鹽方法，其還包括將多個晶種粒子提供到所述結(jié)晶裝置中以促進所述離子沉淀。
24.權(quán)利要求23的脫鹽方法，其中所述晶種粒子具有約1微米-約500微米的平均直徑，且其中所述晶種粒子的重量為在所述結(jié)晶區(qū)中第二物流重量的約0. 重量-約30%重量。
25.權(quán)利要求M的脫鹽方法，其中所述晶種粒子具有約5微米-約100微米的平均直徑，且其中所述晶種粒子的重量為在所述結(jié)晶區(qū)中第二物流重量的約1.0%重量-約20%重量。
26.權(quán)利要求23的脫鹽方法，其中所述晶種粒子包括CaSO4粒子。
27.權(quán)利要求23的脫鹽方法，其還包括使所述晶種粒子懸浮在所述結(jié)晶區(qū)中。
28.權(quán)利要求20的脫鹽方法，其中所述結(jié)晶區(qū)布置在所述包容區(qū)內(nèi)且與所述包容區(qū)流體連通以使得所述固液分離區(qū)限定在所述容器與所述結(jié)晶元件之間。
29.權(quán)利要求20的脫鹽方法，其中所述電分離裝置包括超電容器脫鹽裝置或反向電滲析裝置，其中所述超電容器脫鹽裝置在充電狀態(tài)期間接受第一物流且在放電狀態(tài)期間接受第二物流，且其中所述反向電滲析裝置同時接受第一物流和第二物流。
30.權(quán)利要求20的脫鹽方法，其中所述結(jié)晶裝置還包括限制元件，所述限制元件的至少一部分布置在所述結(jié)晶區(qū)中以限定與所述包容區(qū)和所述結(jié)晶區(qū)流體連通的限制區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種脫鹽系統(tǒng)，其包括經(jīng)構(gòu)造以接受第一物流并使其離子化以便脫鹽的電分離裝置及結(jié)晶裝置。所述結(jié)晶裝置經(jīng)構(gòu)造以將第二物流提供給所述電分離裝置來從第一物流中帶走離子，和限定結(jié)晶區(qū)以促進所述離子沉淀及與所述結(jié)晶區(qū)流體連通的固液分離區(qū)以便分離所述沉淀物。本發(fā)明還提供了脫鹽方法。
文檔編號C02F1/46GK102574707SQ201080045029
公開日2012年7月11日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者J·M·西爾瓦, W·張, 夏子君, 夏激揚, 張呈乾, 熊日華, 蔡巍 申請人:通用電氣公司