Извлечение обратимо растворимого растворенного вещества для прямоосмотической водоочистки

Извлечение обратимо растворимого растворенного вещества для прямоосмотической водоочистки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данная заявка подтверждает приоритет предварительной заявки на патент США №61/517687, озаглавленной «Регенерация обратимо растворимых растворенных веществ для прямоосмотической водоочистки», зарегистрированной 25 апреля 2011 г, и предварительной заявки на патент США №61/572394, озаглавленной «Регенерация обратимо растворимого растворенного вещества для прямоосмотической водоочистки», зарегистрированной 15 июля 2011 г, которые обе приводятся здесь посредством ссылки во всей полноте для любых целей.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к обессоливанию морской воды, жесткой воды, сточных вод и/или загрязненной воды. Более конкретно, настоящее изобретение относится к прямому осмотическому обессоливанию.

Предпосылки создания изобретения

Прямой осмос известен в технике и является предметом недавних исследований благодаря вероятности будущей нехватки свежей воды и соответствующему увеличению спроса в технологии экономически эффективного обессоливания и водоочистки. Морская вода, жесткая вода или иная загрязненная вода могут быть очищены путем проведения воды (растворителя) через полупроницаемую мембрану, которая отбирает соли и другие загрязнения (растворенные вещества). Указанный способ естественного, или прямого, осмоса отличается от широко используемого обратноосмотического способа, где воду пропускают через аналогично действующую полупроницаемую мембрану под давлением. В прямоосмотических способах вода проводится через полупроницаемую мембрану с использованием выводящего раствора. Прямоосмотический способ не очищает воду. Прямой осмос просто перемещает воду из одной группы растворенных веществ в другую группу растворенных веществ.

Анализ и обзор прямоосмотической технологии выполнен в работе: Miller and Evens, Forward Osmosis, A new approach to water purification and desalination, Sandia Report SAND2006-4634, July 2006, в которой рассматривается концепция использования выведения растворенных веществ обратимо растворимых полимеров. Способ осуществления выделения растворенных веществ из воды не описывается.

Прямоосмотическая система на основе аммиака-диоксида углерода описана в патентах США №№7560029 и 6393295 (McGinnis), где температурнозависимая растворимость растворенных веществ используется для частичного выделения растворенных веществ из воды. Рассматриваемые осажденные растворенные вещества являются твердыми солями, и баланс выделения достигается дистилляцией. Заявка на патент США серийный №11/632994 (Collins) также описывает использование температурнозависимой растворимости солей для выделения выводимого растворенного вещества из воды.

Заявка на патент США серийный №11/796118 описывает другую прямоосмотическую систему, которая использует покрытые магнитные наночастицы в качестве выводимого растворенного вещества. PCT/WO 2010/107804 описывает использование магнитных частиц в качестве контролируемого осмотического агента.

Патент США №5679254 (Chakrabarti) описывает использование температурнозависимой растворимости полимеров в воде для осуществления обессоливания, хотя без помощи прямого осмоса.

Патент США №8021553 (Iyer) описывает систему, использующую обратимо растворимые полимерные растворенные вещества, и нанофильтр для отделения и извлечения получаемых мицелл растворенного вещества из продукта-воды. Iyer определяет выводимые растворенные вещества как с гидрофобным, так и с гидрофильным компонентом. Iyer также рассматривает полупериодическое извлечение растворенных веществ путем собирания осажденного (или фазоотделенного) выделяемого растворенного вещества на нанофильтре и извлечения растворенного вещества обратной промывкой нанофильтра.

Здесь рассматриваются улучшенные системы и способы прямоосмотической водоочистки или обессоливания.

Краткое описание изобретения

Здесь рассматриваются улучшенные системы и способы прямоосмотической водоочистки или обессоливания. Согласно одному варианту предусматривается способ очистки загрязненной воды. Способ включает подачу потока питающего загрязненного раствора, содержащего воду и имеющего первое осмотическое давление, на сторону питания полупроницаемой мембраны и обеспечение потока выводящего раствора, содержащего выводимое растворенное вещество и имеющего второе осмотическое давление, на стороне выведения полупроницаемой мембраны. Воду пропускают через полупроницаемую мембрану на сторону выведения с получением потока разбавленного выводящего раствора. Выводимому растворенному веществу в потоке разбавленного выводящего раствора позволяют образовывать выходящий двухфазный поток. Выводимое растворенное вещество в двухфазном выходящем потоке агломерируется с получением агломерированного выходящего потока. Агломерированное выводимое растворенное вещество отделяется от агломерированного выходящего потока с получением водообогащенного потока, содержащего воду и остаточное выводимое растворенное вещество, и обогащенного растворенным веществом потока, содержащего агломерированное выводимое растворенное вещество и воду. Водообогащенный поток охлаждается с растворением остаточного выводимого растворенного вещества и с получением охлажденного однофазного водообогащенного потока. Остаточное выводимое растворенное вещество выделяется из охлажденного однофазного водообогащенного потока с получением потока остаточного выведенного растворенного вещества и потока продукта очищенной воды.

Описанные выше и другие объекты, характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более легко понятными из последующего подробного описания типичных вариантов, как рассмотрено здесь.

Краткое описание чертежей

Варианты настоящего изобретения описываются только путем примера со ссылкой на прилагающиеся чертежи, на которых:

на фигуре 1 представлен типичный прямоосмотический способ согласно одному варианту;

на фигуре 2 представлен типичный прямоосмотический способ согласно другому варианту;

на фигуре 3 представлен типичный прямоосмотический способ согласно другому варианту; и

на фигуре 4 представлена технологическая схема типичной прямоосмотической системы согласно одному варианту.

Подробное описание изобретения

Должно быть отмечено, что для простоты и ясности показа, когда это подходит, ссылочные номера могут повторяться на всех фигурах для указания соответствующих или аналогичных элементов. Кроме того, многочисленные отдельные детали приводятся для обеспечения полного понимания типичных вариантов, описанных здесь. Однако, специалистам в данной области техники будет понятно, что типичные варианты, описанные здесь, могут быть осуществлены без указанных отдельных деталей. В других случаях способы, операции и компоненты не описаны подробно с тем, чтобы не сделать непонятными варианты, описанные здесь.

Настоящее изобретение относится к улучшенным системам с выводящим раствором и к способам прямоосмотической водоочистки или обессоливания. Системы с выводящим раствором и способы содержат устройство для выделения растворенных веществ выводящего раствора из водного растворителя и концентрирования растворенных веществ выводящего раствора как часть системы прямоосмотической водоочистки.

Рассматриваемые здесь выводимые растворенные вещества имеют обратимую растворимость. Растворимость рассматриваемых здесь выводимых растворенных веществ значительно снижается с температурой, но имеется достаточная растворимость в окружающих условиях при обеспечении используемого рабочего осмотического давления. Рассматриваемыми здесь выводимыми растворенными веществами являются, предпочтительно, полимеры, специально предназначенные для использования в системе и способе прямоосмотической водоочистки обратимо растворимых веществ.

В типичном варианте выводимым растворенным веществом является статистический или чередующийся сополимер низкомолекулярных диолов, таких как 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол и/или 1,2-этандиол. Выводимые растворенные вещества имеют приемлемое осмотическое давление интересующего применения специальной очистки с температурой помутнения в интервале от 40°C до 90°C и молекулярной массой, достаточно высокой, чтобы обеспечить тонко очищающую фильтрацию растворенного полимера с использованием нанофильтра и/или обратноосмотической мембраны.

В типичном варианте выводимым растворенным веществом является полигликольный сополимер для использования в способе извлечения выводимого растворенного вещества, который содержит коагулятор/сепаратор для объемного извлечения растворенного вещества и нанофильтр для окончательного извлечения повторно растворенного вещества.

Рассматриваемые здесь выводимые растворенные сополимеры состоят из различных рядов или порядков диолов, которые придают требуемые свойства раствору. Осмотическое давление, температура помутнения, молекулярная масса и молекулярная структура регулируются введением или выведением различных мономерных звеньев.

В типичном варианте 1,2-этандиольные звенья вводятся в выводимый растворенный сополимер для увеличения молекулярной массы и температуры помутнения получаемого выводимого растворенного сополимера. Наоборот, введение 1,2-пропандиольных звеньев в выводимый растворенный сополимер дает более низкую температуру помутнения и более высокую молекулярную массу получаемого выводимого растворенного полимера.

В другом типичном варианте 1,3-пропандиольные или 1,2-этандиольные мономеры замещают часть 1,2-пропандиольных мономеров высокомолекулярных поли(пропилен)гликольных полимеров с увеличением растворимости и снижением температуры помутнения получаемого полимера.

Осмотическое давление типичных выводимых растворенных веществ зависит от применения и требуемого извлечения. Типичные выводимые растворенные вещества требуют более высокого осмотического давления для высокого извлечения в применениях с потоками способа, содержащими более высокие концентрации растворенных твердых веществ. Осмотическое давление выводящего раствора, требуемое для типичных систем и способов прямоосмотического водообессоливания морской воды, обычно составляет более ~30 атм (30 кг/см²) при минимуме более ~40 атм (40 кг/см²), являющимся предпочтительным для обеспечения приемлемого течения продукта и извлечения. В типичном варианте растворимость выводимого растворенного вещества снижается при температуре, которая является достаточно (~10°C) выше окружающей температуры и достаточно (~10°C) ниже температуры кипения.

Другими словами, растворимость выводимого растворенного вещества значительно изменяется и зависимость растворимости от температуры увеличивается в интервале от 40°C до 90°C. Типичные выводимые растворенные вещества, имеющие сильную зависимость растворимости в более низком температурном интервале (например, ближе к 40°C), являются предпочтительными для минимизации рабочей температуры стадий регенерации в способе и для минимизации итоговых потерь энергии.

С ограничениями осмотического давления и температуры помутнения химизм типичных выводимых растворенных полимеров выбран так, чтобы регулировать молекулярную массу и/или физическую структуру полимера, что дает высокое (>90% и, предпочтительно, >99%) отведение выводимого растворенного вещества путем фильтрации. Кроме того, химизм типичных выводимых растворенных полимеров выбран так, чтобы минимизировать обратную диффузию растворенного вещества через прямоосмотическую мембрану. Предпочтительно, для водообессоливания соли осмотическое давление типичного выводящего раствора, содержащего 40% выводимого растворенного сополимера в воде, составляет более 30 атм (30 кг/см²), предпочтительно, более 40 атм (40 кг/см²), и, более предпочтительно, более 50 атм (50 кг/см²), тогда как молекулярная масса выводимого растворенного сополимера составляет более 500, предпочтительно, более 1000, и, более предпочтительно, более 2000.

Пример

Композиции выводимого растворенного вещества

Последующие неограничивающие примеры предусматриваются для иллюстрации типичных вариантов и не предназначены ограничивать объем данного изобретения.

Композиции выводимого растворенного сополимера, содержащие статистический полиоксисополимер, были рецептурированы при концентрациях от 30 до 70% масс. выводимого растворенного вещества в растворе. Влияние концентрации выводящего раствора на осмотическое давление при типичной рабочей температуре прямого осмоса 25°C показано в таблице 1. Осмотическое давление измерялось непосредственно в сравнении с NaCl сравнительным эталоном с использованием равновесного диализа.

На фигуре 1 показан типичный прямоосмотический способ согласно одному варианту. Поток 1 из источника жесткой воды подается на сторону питания полупроницаемой мембраны в прямоосмотическом модуле 3. Поток 18 выводящего раствора подается на сторону выведения полупроницаемой мембраны в прямоосмотическом модуле 3. Осмотическое давление потока 1 из источника жесткой воды является меньше осмотического давления потока 18 выводящего раствора. Указанный перепад давления заставляет воду из потока 1 из источника жесткой воды проходить через полупроницаемую мембрану, что дает поток 5 разбавленного выводящего раствора и поток 2 соляного раствора. Поток 5 разбавленного выводящего раствора пропускают через сеть 4 теплообменников, где температура увеличивается достаточно для инициирования фазового разделения. Сеть 4 теплообменников может содержать один или более теплообменников, установленных последовательно или параллельно, для увеличения температуры разбавленного выводящего раствора 5. Температура потока 19 разбавленного выводящего раствора, выходящего как выходящий поток из сети 4 теплообменников, является достаточной для создания двухфазного выходящего потока.

Двухфазный выходящий поток 19 выводящего раствора, выходящий из сети 4 теплообменников, подается в коагулятор 6 с регулируемой температурой для агломерирования небольших капель, обогащенных растворенным веществом, в сети 4 теплообменников. Коагулятор 6 предназначен для агрегирования капель, обогащенных растворенным веществом, достаточно крупных, чтобы отделяться в последующем способе 8 фазового разделения. В типичном варианте коагулятор 6 предназначен для агрегирования капель, обогащенных растворенным веществом, размером более 10 мкм, предпочтительно, более 25 мкм и, более предпочтительно, более 50 мкм. Падение давления, вызванное двухфазными потоками, прошедшими через коагулятор 6, является значительно меньше, чем падение давления, вызванное двухфазными потоками, прошедшими через нанофильтр. Использование коагулятора 6 исключает вводимую сложность и обратную промывку, требуемые в полупериодических операциях.

Коагулятор 6 также может быть разделен на верхнюю секцию, содержащую гидрофобные коагулирующие элементы для агломерирования выводимого растворенного вещества, и на нижнюю секцию, содержащую гидрофильные коагулирующие элементы для агрегирования воды. Степень гидрофобности гидрофобных коагулирующих элементов и степень гидрофильности гидрофильных коагулирующих элементов выбираются для достижения определенной степени агломерирования выводимого растворенного вещества размером более 10 мкм. В типичном варианте степень гидрофобности гидрофобных коагулирующих элементов и степень гидрофильности гидрофильных коагулирующих элементов выбираются для агломерирования выводимого растворенного вещества размером более 10 мкм.

Выходящий поток 7 коагулятора подается в гравитационный сепаратор 8 с регулируемой температурой, центрифугу, гидроциклон или подобное устройство, в котором накапливаются обогащенные растворенным веществом капли из коагулятора. Гравитационный сепаратор 8 предназначен для выделения растворенного вещества из воды и получения непрерывного обогащенного растворенным веществом потока 10 и непрерывного водообогащенного потока 9. В типичном варианте рабочая температура коагулятора 6 и гравитационного сепаратора 8 поддерживается ниже 150°C, предпочтительно, ниже 100°C и, более предпочтительно, ниже 80°C, для установления определенной концентрации растворенного вещества и осмотического давления водообогащенного потока 9, выходящего как выходящий поток из сепаратора 8. В типичном варианте рабочая температура коагулятора 6 и гравитационного сепаратора 8 выбрана для установления концентрации растворенного вещества в водообогащенном потоке 9 менее 5%, предпочтительно, менее 2% и, более предпочтительно, менее 1% масс. растворенного вещества в растворе.

В типичном варианте гравитационный фазовый сепаратор 8 предназначен для концентрирования растворенного веществ в обогащенном растворенным веществом потоке 10 до концентрации более 60%, предпочтительно, более 80%, и, более предпочтительно, более 90% масс. растворенного вещества в растворе.

Обогащенный растворенным веществом поток 10, выходящий из фазового сепаратора 8 как выходящий поток, охлаждается в теплообменнике 16. Водообогащенный поток 9, выходящий как выходящий поток из фазового сепаратора 8, также охлаждается теплообменником 11 с обеспечением повторного растворения остаточного растворенного вещества и созданием однофазного охлажденного водообогащенного потока 12. Охлажденный водообогащенный поток 12 является однофазным потоком, подаваемым в нанофильтр 13, ультрафильтр или обратноосмотический модуль, содержащий полупроницаемую мембрану, или подобное устройство, используемое для отделения остаточного растворенного вещества от продукта-воды. Нанофильтр 13 выбран для отделения молекул растворенного вещества на основе размера или структуры и в идеальном случае пропускает большую часть растворенной соли. Конечная стадия фильтрации в нанофильтре 13, ультрафильтре, обратноосмотическом модуле или подобном устройстве используется только для извлечения остаточных растворенных веществ в однофазном охлажденном водообогащенном потоке 12. Растворенные вещества повторно растворяются в однофазном охлажденном водообогащенном потоке 12 для минимизации падения давления через нанофильтр 13 и для упрощения работы. Пермеат 14 фильтра воды, не содержащий растворенное вещество, представляет собой продукт способа.

Обогащенный растворенным веществом поток 15, выходящий из нанофильтра 13, объединяется в смесителе 17 с охлажденным обогащенным растворенным веществом потоком 10, выходящим из теплообменника 16, с созданием объединенного обогащенного растворенным веществом потока 18. Смеситель 17 используется для полного растворения растворенного вещества в полученном объединенном обогащенном растворенным веществом потоке 18. Объединенный обогащенный растворенным веществом поток 18 подается в прямоосмотический модуль 3 для очистки или обессоливания потока 1 из источника непрерывным образом. Обогащенный растворенным веществом поток 10, выходящий из фазового сепаратора 8 как выходящий поток, охлаждается в теплообменнике 16 до определенной температуры, которая поддерживает температуру объединенного обогащенного растворенным веществом потока 18 достаточно низкой и обеспечивает полную растворимость растворенного вещества в объединенном обогащенном растворенным веществом потоке 18, который поступает в прямоосмотический модуль 3.

В типичном варианте, показанном на фигуре 1, коагулятор 6 и/или фазовый сепаратор 8 могут нагреваться до рабочей температуры дополнительным внешним источником тепла (не показано).

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 1, коагулятор 6 и фазовый сепаратор 8 объединяются в одном физическом устройстве. Альтернативно, вместо коагулятора 6 могут использоваться площадь поверхности в сети 4 теплообменников и трубопровод между сетью 4 теплообменников и фазовым сепаратором 8.

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 1, вместо поддержания температуры на основе концентрации растворенного вещества температура коагулятора 6 и фазового сепаратора 8 регулируется с поддержанием осмотического давления водообогащенного потока 9 ниже 50 мОсм, предпочтительно, ниже 25 мОсм и, более предпочтительно, ниже 15 мОсм.

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 1, концентрация растворенного вещества в потоке 5 разбавленного выводящего раствора регулируется с использованием скорости течения потока 5 разбавленного выводящего раствора или объединенного обогащенного растворенным веществом потока 18. Заданная концентрация в потоке 5 разбавленного выводящего раствора регулируется с поддержанием минимального расхода в прямоосмотическом модуле 3, по меньшей мере, 4 л/(м².ч.).

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 1, концентрация микроорганизма в потоке 5 разбавленного выводящего раствора регулируется УФ-стерилизатором или введением пестицида.

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 1, усовершенствованный способ окисления или адсорбционная система используется для удаления остаточного выводимого растворенного вещества из пермеата 14 фильтра.

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 1, нанофильтр 13, ультрафильтр или обратноосмотический фильтр выбирается для получения среза молекулярной массы менее 2000, предпочтительно, менее 1000 и, более предпочтительно, менее 500; отведения NaCl менее 50%, предпочтительно, менее 25% и, более предпочтительно, менее 10%; и отведения растворенного вещества более 95%, предпочтительно, более 99% и, более предпочтительно, более 99,9% масс. растворенного вещества в растворе.

Пример

Рабочие условия коагулятора

Было исследовано влияние рабочей температуры коагулятора на концентрацию потока способа и осмотическое давление в прямоосмотическом способе, показанном на фигуре 1. В способе используют предпочтительный выводящий раствор, содержащий статистический полиоксисополимер. При нагревании в коагуляторе 6 осмотическое давление потока 5 разбавленного выводящего раствора снижается, и раствор разделяется на обогащенную растворенным веществом фазу и водообогащенную фазу. Выходящий поток 7 коагулятора подается в гравитационный сепаратор 8 с регулируемой температурой, где гравитационный фазовый сепаратор 8 выделяет растворенное вещество из воды с получением непрерывного обогащенного растворенным веществом потока 10 и непрерывного водообогащенного потока 9. Осмотическое давление водообогащенного потока 9 (которое устанавливает или ограничивает конечное энергопотребление фильтра 13) и композиция растворенного вещества обогащенного растворенным веществом потока 10 (которая устанавливает или ограничивает расход мембраны и максимальную концентрацию солевого раствора, обрабатываемого в прямоосмотическом модуле) определяются как функция рабочей температуры коагулятора. Результаты представлены в таблице 2.

Рабочая температура коагулятора 6 регулируется с установлением определенного осмотического давления в водообогащенном потоке 9, выходящем как выходящий поток из сепаратора 8. Рабочая температура коагулятора 6 также регулируется с установлением концентрации растворенного вещества в обогащенном растворенным веществом потоке 10. Как показано в таблице 2, увеличение рабочей температуры коагулятора 6 снижает осмотическое давление водообогащенного потока 9, поэтому снижая энергию, требуемую для фильтрации на конечной стадии 13 фильтрации. Увеличение рабочей температуры коагулятора 6 также дает увеличение концентрации растворенного вещества в обогащенном растворенным веществом выходящем потоке коагулятора, поэтому обеспечивая увеличение расхода мембраны и максимальной концентрации солевого раствора, обрабатываемого в прямоосмотическом модуле 3.

На фигуре 2 показан типичный прямоосмотический способ согласно другому варианту. Поток 200 из источника жесткой воды подается на сторону питания полупроницаемой мембраны в прямоосмотическом модуле 202. Поток 240 выводящего раствора подается на сторону выведения полупроницаемой мембраны в прямоосмотическом модуле 202. Осмотическое давление потока 200 из источника жесткой воды является меньше осмотического давления потока 240 выводящего раствора. Указанный перепад давления заставляет поток 200 из источника жесткой воды проходить через полупроницаемую мембрану с получением потока 206 разбавленного выводящего раствора и потока 204 солевого раствора.

Поток 206 разбавленного выводящего раствора может быть разделен на два потока 206 разбавленного выводящего раствора и подан в сеть теплообменников, содержащую два или более теплообменников 208, 210, 214. Один поток 206 разбавленного выводящего раствора подается в обогащенный растворенным веществом теплообменник 208, а другой поток 206 разбавленного выводящего раствора подается в водообогащенный теплообменник 210. Оба потока 206 разбавленного выводящего раствора нагреваются в соответствующих теплообменниках 208, 210, и получаемые потоки нагретого выводящего раствора рекомбинируются с образованием объединенного потока 212 разбавленного выводящего раствора. Соотношение скорости течения потоков 206 разбавленного выводящего раствора регулируется так, что разность температур между двумя потоками 206 разбавленного выводящего раствора, выходящими из теплообменников 208, 210 в сети теплообменников, составляет менее 5°C, предпочтительно, менее 3°C и, более предпочтительно, менее 1°C. Объединенный поток 212 разбавленного выводящего раствора может быть пропущен через дополнительный комплектный теплообменник 214, в котором внешнее тепло от источника сбросового тепла, солнечного термического источника или источника тепла от горения топлива (не показано) вводится для регулирования температуры и компенсации тепловых потерь способа.

Потоки 206 разбавленного выводящего раствора и объединенный поток 212 выводящего раствора нагреваются в сети теплообменников 208, 210, 214 достаточно для инициирования фазового разделения. Температура объединенного потока 212 разбавленного выводящего раствора, выходящего как выходящий поток из комплектного теплообменника 214, является достаточной для создания двухфазного выходящего потока 212.

Двухфазный выходящий поток 5 выводящего раствора, выходящий из комплектного теплообменника 214, подается в коагулятор 216 с регулируемой температурой для агломерирования небольших обогащенных растворенным веществом капель, в сети теплообменников 208, 210, 214. Коагулятор 216 предназначен для агрегирования обогащенных растворенным веществом капель, достаточно крупных для отделения в последующей обработке в фазовом сепараторе 218. В типичном варианте коагулятор 216 предназначен для агрегирования обогащенных растворенным веществом капель размером более 10 мкм, предпочтительно, более 25 мкм и, более предпочтительно, более 50 мкм. Падение давления, вызванное двухфазными потоками течения, проходящими через коагулятор 216, является значительно меньше падения давления, вызванного двухфазными потоками течения, проходящими через нанофильтр. Использование коагулятора 216 исключает дополнительную сложность и обратную промывку, требуемую в полупериодических операциях.

Коагулятор 216 также может быть разделен на верхнюю секции, содержащую гидрофобные коагулирующие элементы для агломерирования выводимого растворенного вещества, и на нижнюю секцию, содержащую гидрофильные коагулирующие элементы для агрегирования воды. Степень гидрофобности гидрофобных коагулирующих элементов и степень гидрофильности гидрофильных коагулирующих элементов выбираются для достижения определенной степени агломерирования выводимого растворенного вещества размером более 10 мкм. В типичном варианте степень гидрофобности гидрофобных коагулирующих элементов и степень гидрофильности гидрофильных коагулирующих элементов выбираются для агломерирования выводимого растворенного вещества размером более 10 мкм.

Выходящий поток 220 коагулятора подается в гравитационный сепаратор 218 с регулируемой температурой, центрифугу, гидроциклон или подобное устройство, в котором накапливаются обогащенные растворенным веществом капли из коагулятора.

Гравитационный фазовый сепаратор 218 предназначен для выделения растворенного вещества из воды и получения непрерывного водообогащенного потока 222 и непрерывного обогащенного растворенным веществом потока 224. В типичном варианте рабочая температура коагулятора 216 и гравитационного сепаратора 218 поддерживается ниже 150°C, предпочтительно, ниже 100°C и, более предпочтительно, ниже 80°C, для установления определенной концентрации растворенного вещества и осмотического давления водообогащенного потока 222, выходящего как выходящий поток из сепаратора 218. В типичном варианте рабочая температура коагулятора 216 и гравитационного фазового сепаратора 218 выбрана для установления концентрации растворенного вещества в водообогащенном потоке 222 менее 5%, предпочтительно, менее 2% и, более предпочтительно, менее 1% масс. растворенного вещества в растворе. В типичном варианте гравитационный фазовый сепаратор 218 предназначен для концентрирования растворенного веществ в обогащенном растворенным веществом потоке 224 до концентрации более 60%, предпочтительно, более 80%, и, более предпочтительно, более 90% масс. растворенного вещества в растворе.

Водообогащенный поток 222, выходящий как выходящий поток из сепаратора 218, пропускается через водообогащенный теплообменник 210, где он охлаждается потоком 206 разбавленного выводящего раствора, а поток 206 разбавленного выводящего раствора, в свою очередь, нагревается водообогащенным потоком 222. Обогащенный растворенным веществом поток 224, выходящий как выходящий поток из сепаратора 218, пропускается через обогащенный растворенным веществом теплообменник 208, где он охлаждается потоком 206 разбавленного выводящего раствора, а поток 206 разбавленного выводящего раствора, в свою очередь, нагревается обогащенным растворенным веществом потоком 224. Поэтому сеть теплообменников 208, 210, 214, главным образом, отводит/извлекает значительное тепло от выходящих потоков гравитационного фазового сепаратора 218, включая непрерывный водообогащенный поток 222 и непрерывный обогащенный растворенным веществом поток 224. Непрерывный водообогащенный поток 222 и непрерывный обогащенный растворенным веществом поток 224 охлаждаются на несколько градусов рабочей температурой прямоосмотического модуля 202, тогда как потоки 206 разбавленного выводящего раствора, соответственно, нагреваются.

Водообогащенный поток 222, выходящий как выходящий поток из сепаратора 218, охлаждается водообогащенным теплообменником 210 с обеспечением повторного растворения остаточного растворенного вещества и создания однофазного охлажденного водообогащенного потока 226. Охлажденный водообогащенный поток 226 является однофазным потоком, подаваемым в нанофильтр 228, ультрафильтр, обратноосмотический модуль, содержащий полупроницаемую мембрану, или подобное устройство, используемое для выделения остаточного растворенного вещества из продукта-воды. Нанофильтр 228 выбран для отделения молекул растворенного вещества на основе размера или структуры и в идеальном случае пропускает большую часть растворенной соли. Конечная стадия фильтрации в нанофильтре 228, ультрафильтре, обратноосмотическом модуле или подобном устройстве используется только для извлечения остаточных растворенных веществ в однофазном охлажденном водообогащенном потоке 226. Растворенные вещества повторно растворяются в однофазном охлажденном водообогащенном потоке 226 для минимизации падения давления через нанофильтр 228 и для упрощения работы. Пермеат 230 фильтра воды, не содержащий растворенное вещество, представляет собой продукт способа.

Обогащенный растворенным веществом поток 232, выходящий из нанофильтра 228, объединяется в смесителе 234 с охлажденным обогащенным растворенным веществом потоком 224, выходящим из обогащенного растворенным веществом теплообменника 208, с созданием объединенного обогащенного растворенным веществом потока 240. Смеситель 234 используется для полного растворения растворенного вещества в полученном объединенном обогащенном растворенным веществом потоке 240. Объединенный обогащенный растворенным веществом поток 240 подается в прямоосмотический модуль 202 для очистки или обессоливания потока 200 из источника непрерывным образом. Обогащенный растворенным веществом поток 224, выходящий из фазового сепаратора 218 как выходящий поток, охлаждается в обогащенном растворенным веществом теплообменнике 208 до определенной температуры, которая поддерживает температуру объединенного обогащенного растворенным веществом потока 240 достаточно низкой и обеспечивает полную растворимость растворенного вещества в объединенном обогащенном растворенным веществом потоке 240, который поступает в прямоосмотический модуль 202.

В типичном варианте, показанном на фигуре 2, коагулятор 216 и/или фазовый сепаратор 218 могут быть нагреты до рабочей температуры дополнительным внешним источником тепла (не показано).

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 2, коагулятор 216 и фазовый сепаратор 218 объединяются в одном физическом устройстве.

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 2, вместо поддержания температуры на основе концентрации растворенного вещества температура коагулятора 216 и фазового сепаратора 218 регулируется с поддержанием осмотического давления водообогащенного потока 222 ниже 50 мОсм, предпочтительно, ниже 25 мОсм и, более предпочтительно, ниже 15 мОсм.

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 2, концентрация растворенного вещества в потоке 206 разбавленного выводящего раствора регулируется с использованием скорости течения потока 216 разбавленного выводящего раствора или объединенного обогащенного растворенным веществом потока 240. Заданная концентрация в потоке 206 разбавленного выводящего раствора регулируется с поддержанием минимального расхода в прямоосмотическом модуле 202, по меньшей мере, 4 л/(м².ч).

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 2, концентрация микроорганизма в потоке 206 разбавленного выводящего раствора регулируется УФ-стерилизатором или введением пестицида.

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 2, усовершенствованный способ окисления или адсорбционная система используется для удаления остаточного выводимого растворенного вещества из пермеата 228 фильтра.

В другом типичном варианте, показанном на фигуре 2, нанофильтр 228, ультрафильтр или обратноосмотический фильтр выбирается для получения среза молекулярной массы менее 2000, предпочтительно, менее 1000 и, более предпочтительно, менее 500; отведения NaCl менее 50%, предпочтительно, менее 25% и, более предпочтительно, менее 10%; и отведения растворенного вещества более 95%, предпочтительно, более 99% и, более предпочтительно, более 99,9% масс. растворенного вещества в растворе.

На фигуре 3 показан типичный прямоосмотический способ согласно другому варианту. Поток 300 из источника жесткой воды подается на сторону питания полупроницаемой мембраны в прямоосмотическом модуле 304. Поток 318 выводящего раствора подается на сторону выведения полупроницаемой мембраны в прямоосмотическом модуле 304. Осмотическое давление потока 300 из источника жесткой воды является меньше осмотического давления потока 318 выводящего раствора. Указанный перепад давления заставляет поток 300 из источника жесткой воды проходить через полупроницаемую мембрану с получением потока 306 разбавленного выводящего раствора и потока 302 солевого раствора.

Поток 306 разбавленного выводящего раствора пропускается через сеть 308 теплообменников, где температура увеличивается достаточно для инициирования фазового разделения. Сеть 308 теплообменников может содержать один или более теплообменников, установленных последовательно или параллельно, для увеличения температуры потока 306 разбавленного выводящего раствора. Температура потока 30 разбавленного выводящего раствора, выходящего как выходящий поток из сети 308 теплообменников, является доста