TWI619676B - 製造氯化鈉鹽水之方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠之氯化鈉鹽水的方法及系統，該方法包含(a)奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自該給水之至少85%的任何二價離子；及(b)純化該滲透物以製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的氯化鈉鹽水，其中步驟(b)包含電滲析該滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比該滲透物大之總溶解鹽濃度及比該滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自該滲透物分離之水及二價離子。本發明亦提供用於製造氫氧化鈉之方法及系統，及用於商業製造蘇打灰之方法。

Description

製造氯化鈉鹽水之方法及系統
本發明係關於製造氯化鈉鹽水之方法及系統，及自該鹽水製造氫氧化鈉或碳酸鈉之方法及系統。
氯化鈉鹽水係用於製造氫氧化鈉，且存在三種基本氯鹼製程電池用於自鹽水製造氫氧化鈉：汞電池、隔膜電池及薄膜電池。雖然薄膜電池提供優於汞電池及隔膜電池之顯著優勢，亦即電池效率、功率消耗、產品品質及總經濟情況；但此等薄膜電池需要比前者純之鹽水。詳言之，需要具有低鎂、鈣及硫酸鹽含量之鹽水。
為製造合適品質之鹽水，氫氧化鈉製造者通常使用塊狀粗鹽形成生鹽水。隨後純化生鹽水以製造適用於在氯鹼薄膜電池中電解之氯化鈉鹽水來製造氫氧化鈉。
粗鹽通常會含有除氯化鈉以外之不同礦石的組合。此等礦石可包括：硬石膏(CaSO4)、霰石(CaCO3)、鉀芒硝(K2SO4)、水氯鎂石(MgCl2.6H2O)、鈉鎂礬(Na2SO4.MgSO4.4H2O)、硼砂(Na2B4O7.10H2O)、碳鈉礬(Na2CO3.Na2SO4)、方解石(CaCO3)、光鹵石(MgCl2.KCl.6H2O)、硬硼鈣石(Ca2B6O11.5H2O)、白雲石(CaMg(CO3)2)、瀉利鹽(MgSO4.7H2O)、單斜鈉鈣石(Na2CO3.CaCO3.5H2O)、鉀鈉芒硝(3K2SO4.Na2SO4)、石膏(CaSO4.2H2O)、六水合物(MgSO4.6H2O)、氯鈣石(CaCl2)、鉀鹽鎂礬(4KCl.4MgSO4.11H2O)、硫鎂礬(MgSO4.H2O)、斜方硼砂(Na2B4O7.4H2O)、無水鉀鎂礬 (K2SO4.2MgSO4)、鉀鎂礬(K2SO4.MgSO4.4H2O)、鈉鎂礬(Na2SO4.MgSO4.2.5H2O)、菱鎂礦(MgCO3)、芒硝(鈣芒硝)(Na2SO4.10H2O)、蘇打石(NaHCO3)、硝石(KNO3)、雜鹵石(K2SO4.MgSO4.2CaSO4.2H2O)、鈣水鹼(Na2CO3.CaCO3.2H2O)、軟鉀鎂礬(K2SO4.MgSO4.6H2O)、鉀石鹽(KCl+NaCl)、鉀鹽(KCl)、鉀石膏(K2SO4.CaSO4.H2O)、溢晶石(CaCl2.2MgCl2.12H2O)、無水芒硝(Na2SO4)、天然鹼(Na2CO3.NaHCO3.2H2O)、鈉硼解石(NaCaB5O9.8H2O)及鈉鎂礬(3Na2SO4.MgSO4)。
粗鹽可藉由曝曬蒸發以下來製造：海水、自岩鹽製備之鹽水、天然存在之鹽水或在煤礦或其他來源中得到之鹹水。曝曬蒸發來製造鹽已實踐多個世紀且典型地包括以下步驟：濃縮含鹽之水、使鹽結晶、收穫鹽、洗滌以滿足市場規格及儲備以排乾及脫水。使用曝曬蒸發製造之粗鹽一般稱為曬製鹽(solar salt)。雖然曬製鹽典型地為90%至94%氯化鈉，但此可視起始物質之組成而變化。
作為曝曬蒸發之替代方案，來自海水或其他鹹水之水可使用單效或多效蒸發器(包括熱力式或機械式蒸氣再壓縮蒸發器)蒸發以製造粗鹽。多效系統典型地含有三個或三個以上串聯連接之強制循環蒸發容器。在多效系統中，將各蒸發器中所製造之蒸汽饋入下一蒸發器中以提高能量效率。機械式蒸氣再壓縮強制循環蒸發器包含結晶器、壓縮機及蒸氣洗滌器。鹽水進入結晶器容器，其中鹽結晶。抽出蒸氣，洗滌並壓縮以便在加熱器中再使用。
使自粗鹽製造之生鹽水穿過鹽水純化製程以製造適用於氯鹼薄膜電池之氯化鈉鹽水。該純化製程可包括化學沈澱鈣、鎂及硫酸鹽雜質，過濾沈澱及離子交換以進一步減少鈣、鎂及硫酸鹽物質之含量。
為確保鹽水具有足夠的純度，可以超過化學計算量比率提供用於化學沈澱雜質之試劑。亦即，化學試劑可過量。舉例而言，具有氯化 鈣之硫酸鹽沈澱通常需要在石膏(CaSO4.2H2O)晶體形成之前使氯化鈣過量且延長反應時間。
在第二製程步驟中，經由在添加碳酸鈉(Na2CO3)之後沈澱來移除來自粗鹽以及來自過量氯化鈣之鈣。
經由添加氫氧化鈉(NaOH)使鎂自生鹽水中沈澱。
自過量碳酸鈉及氫氧化鈉產生之鹽水為鹼性。一般經由添加鹽酸來校正所處理鹽水之pH。
維持試劑之正確劑量對使用化學沈澱有效鹽水純化至關重要。若試劑之劑量過低，則將不能移除雜質，使雜質進入薄膜電池並損壞薄膜。另一方面，若使用過多試劑，則浪費過量試劑且校正鹽水pH所需鹽酸之含量過高。過量的試劑消耗可能成本高且影響氯化鈉製造之經濟效率。因此，可能需要最小化或避免使用化學沈澱來製造用於氯鹼薄膜電池之氯化鈉鹽水。
因此，解決或改善與製造氯化鈉鹽水之現有方法有關之一或多個缺點或劣勢及/或至少提供現有方法之有用的替代方案之機會依然存在。
本發明提供一種製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠之氯化鈉鹽水的方法，該方法包含：a)奈米過濾含溶解之氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中阻留物包含來自給水之至少85%的任何二價離子；及b)純化滲透物以製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的氯化鈉鹽水，其中步驟b)包含電滲析滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比滲透物大之總溶解鹽濃度及比滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自滲透物分離之水及二價離子。
根據本發明製造氯化鈉鹽水可實現比製備用於氫氧化鈉製造之氯化鈉鹽水的習知方法有效地利用水資源。詳言之，本發明將給水轉化成鹽水，無需首先蒸發所有來自給水之水以製造塊狀粗鹽，且隨後將粗鹽復原成生鹽水。據說，甚至在給水為生鹽水之具體實例中，本發明亦可促進自生鹽水回收水。舉例而言，奈米過濾滲透物之電滲析形成濃縮液，該濃縮液可為適用於氯鹼薄膜電池之氯化鈉鹽水；及稀釋液，該稀釋液具有相對於給水減少的總溶解鹽。稀釋液可佔超過95%之奈米過濾滲透物之體積且可使用習知淡化技術處理以回收其體積之約75%作為飲用水。
當氯化鈉鹽水用於氯鹼薄膜電池時，尤其重要之二價離子雜質為鎂、鈣及硫酸根離子。在氯鹼薄膜電池中，鎂造成在陽極處析氫。典型地在製程期間形成之氯氣可與析出之氫氣結合，產生***性混合物。因此，自鹽水中移除鎂離子對安全製造氫氧化鈉很重要。高濃度之硫酸根離子可造成薄膜之機械性及其分離效能過早失效。鈣可在薄膜上累積，形成水垢。定期水垢移除成本高且導致產量損失。
因為來自給水之至少85%的任何二價離子被分離至奈米過濾阻留物中，故可進一步處理阻留物以回收有價值的產物。舉例而言，可自阻留物回收鎂。
在一些具體實例中，可實施本發明方法以使得無或極少液態廢棄物排放。實情為，可使用習知淡化技術將來自奈米過濾阻留物及電滲析稀釋液之水轉化成飲用水或另外使其再循環返回製程中。亦可將在阻留物或稀釋液淡化之後產生之任何富含礦物之流傳遞至礦物回收階段或再循環。舉例而言，若富含礦物之流具有高二價離子含量，則可將其引導至回收鎂或鈣之製程。若富含礦物之流主要含有溶解氯化鈉，則可能需要使此蒸汽再循環至給水或奈米過濾滲透物中。在某些具體實例中，電滲析稀釋液可經由逆滲透處理階段再循環，在逆滲透處理階段中製造飲用水及逆滲 透阻留物；且使阻留物再循環至給水中以便製造具有約200ppm或200ppm以下之二價離子之鹽水。因此，經由本發明之分階段奈米過濾及電滲析製程，有可能使來自給水之飲用水、氯化鈉鹽水及其他礦物產物的回收達到最大。
本發明方法製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的氯化鈉鹽水。亦即，該氯化鈉鹽水可適用於經由氫氧化鈉製造工廠中之現有純化系統(諸如化學沈澱及離子交換)饋入該工廠中。「適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠」之氯化鈉鹽水亦包括具有足夠純度以直接使用氯鹼薄膜電池之鹽水。所述鹽水典型地具有約250ppm或250ppm以下之二價離子含量，及至少180,000ppm(例如至少190,000ppm)之總溶解鹽，因此可將其直接饋入氯鹼薄膜電池以電解。因此，本發明方法之一些具體實例可消除進行任何化學沈澱或離子交換以便製造適用於氯鹼薄膜電池之足夠純度鹽水的需要。
在一些具體實例中，給水包含由本發明方法隨後階段供應之流。舉例而言，本發明方法可包含：a)奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中阻留物包含來自給水之至少85%的任何二價離子；及b)純化滲透物以製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的氯化鈉鹽水，其中步驟b)包含：電滲析滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比滲透物大之總溶解鹽濃度及比滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自滲透物分離之水及二價離子；使用逆滲透處理稀釋液以製造逆滲透阻留物；及供應逆滲透阻留物之至少一部分至步驟a)。可供應逆滲透阻留物以使得其構成給水之至少一部分。在一些此等具體實例中，濃縮液可為適於直 接用於氯鹼薄膜電池之氯化鈉鹽水。因此，電滲析濃縮液可為具有至少180,000ppm(例如至少190,000ppm)總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水。舉例而言，該鹽水可具有大於300,000ppm總溶解鹽。
或者，可操作本發明方法以使得所有給水皆由所供應之逆滲透阻留物組成。在此等具體實例中，電滲析濃縮液可為具有以下之氯化鈉鹽水：至少180,000ppm、例如至少190,000ppm、較佳大於300,000ppm之總溶解鹽及小於50ppm之二價離子，較佳小於1ppm之二價離子，更佳小於100ppb之二價離子且甚至更佳小於20ppb之二價離子。
在此等具體實例中，「供應(supplying)」包括將逆滲透阻留物再循環或返回至用於製造該逆滲透阻留物之方法的反覆中的同一奈米過濾單元中。「供應」亦包括將逆滲透阻留物轉移至實施本發明方法之串聯排列的另一系統中。因此，當操作本發明方法以使得所有給水皆由所供應之逆滲透阻留物組成時，可以分批方式操作本發明方法或可使用實施該方法之兩個或兩個以上系統串聯來實現使用逆滲透阻留物作為給水連續製造氯化鈉鹽水。
除製造逆滲透阻留物之外，亦對稀釋液進行逆滲透製造逆滲透滲透物。逆滲透滲透物可為飲用水。
可能需要進一步純化以製造適於直接用於氯鹼薄膜電池本身之氯化鈉鹽水。此進一步純化可藉由將適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的鹽水饋入該氫氧化鈉製造工廠之現有純化系統中來執行。或者，本發明方法可包括其他純化步驟。在此等具體實例中，純化可進一步包含對電滲析濃縮液進行化學沈澱處理以製造氯化鈉鹽水。在一些具體實例中，在化學沈澱處理之後，對濃縮液進行離子交換處理以製造氯化鈉鹽水。在一些其他具體實例中，可在未先經受化學沈澱處理之情況下對電滲析濃縮液進行離子交換處理。在一些彼等具體實例中，具有20ppb或20 ppb以下之二價離子之氯化鈉鹽水係藉由使具有高達200ppm二價離子之濃縮液進行離子交換處理來製造。因此，當電滲析濃縮液具有大於200ppm之二價離子時，可對其相繼進行化學沈澱處理及離子交換以便製造適於直接使用氯鹼薄膜電池之氯化鈉鹽水，較佳為具有小於20ppb二價離子之鹽水。
應瞭解，當執行化學沈澱處理及/或離子交換處理時，電滲析濃縮液中之雜質濃度相較於給水中之雜質濃度仍然顯著減小。因此，較少雜質必須藉由可具有成本效益之化學沈澱或離子交換來移除。舉例而言，對於化學沈澱將需要較少數量之試劑。又，由於雜質含量減少，故可在必需再生之前的較長時間段內使用離子交換樹脂。
在一些具體實例中，氯化鈉鹽水為飽和氯化鈉鹽水。亦即，其在操作溫度下可為具有約300,000ppm至315,000ppm總溶解鹽之鹽水。在該等具體實例中，純化可包括蒸發濃縮液(視情況在執行化學沈澱處理及/或離子交換處理之後)以製造飽和氯化鈉鹽水。
本發明亦提供用於實施本發明方法之系統。亦即，本發明提供用於製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠之氯化鈉鹽水的系統，該系統包含：奈米過濾單元，用於奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中阻留物包含來自給水之至少85%的任何二價離子；及純化單元，用於接收滲透物且製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的氯化鈉鹽水，其中該純化單元包含電滲析單元，該電滲析單元用於接收滲透物且電滲析滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比滲透物大之總溶解鹽濃度及比滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自滲透物分離之水及二價離子。
在一些具體實例中，純化單元進一步包含化學沈澱處理單元及/或離子交換處理單元。在一些其他具體實例中，化學沈澱處理單元及/或 離子交換處理單元形成使用氯化鈉鹽水之氫氧化鈉製造工廠之一部分。
在一些具體實例中，純化單元包含逆滲透單元，該逆滲透單元用於自電滲析單元接收稀釋液且處理該稀釋液以製造逆滲透阻留物；其中該逆滲透單元以流體方式連接至奈米過濾單元以便供應該逆滲透阻留物之至少一部分至彼奈米過濾單元且給水包含逆滲透阻留物。以流體方式連接逆滲透單元之奈米過濾單元可為製造彼逆滲透阻留物之方法之反覆中使用之同一奈米過濾單元。或者，該奈米過濾單元可在串聯排列之另一系統中。
另外，本發明提供用於製造氫氧化鈉之方法，該方法包含：a)奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自給水之至少85%的任何二價離子；b)純化該滲透物以製造具有至少180,000ppm(例如至少190,000ppm)總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水，其中步驟b)包含電滲析該滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比滲透物大之總溶解鹽濃度及比滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自滲透物分離之水及二價離子；及c)在氯鹼薄膜電池中電解該氯化鈉鹽水以製造氫氧化鈉。
在一些具體實例中，步驟b)進一步包含：使用逆滲透處理稀釋液以製造逆滲透阻留物；及供應逆滲透阻留物之至少一部分至步驟a)。在此等具體實例中製造之濃縮液可為具有至少180,000ppm(例如至少190,000ppm)總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水。
在一些具體實例中，步驟b)進一步包含：使用化學沈澱及/或離子交換處理濃縮液以製造具有至少180,000ppm(例如至少190,000ppm)總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水。
此外，本發明提供用於製造氫氧化鈉之系統，該系統包含：奈米過濾單元，用於奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自給水之至少85%的任何二價離子；純化單元，用於接收滲透物且製造具有至少180,000ppm(例如至少190,000ppm)總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水，其中該純化單元包含電滲析單元，該電滲析單元用於接收且電滲析滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比滲透物大之總溶解鹽濃度及比滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自滲透物分離之水及二價離子；及氯鹼薄膜電池，用於接收且電解該氯化鈉鹽水以製造氫氧化鈉。
該系統為整合系統，允許在未先蒸發給水以製造粗鹽之情況下將給水轉化成氫氧化鈉。因此，系統可允許比習知氫氧化鈉製造方法有效地使用水資源。
在一些具體實例中，氯鹼薄膜電池以流體方式連接至純化單元，純化單元又可以流體方式連接至奈米過濾單元及給水源。藉由定位氯鹼薄膜電池以使得其可以流體方式連接至給水之原始來源(例如海)，本發明系統避免了與遠程製造氯化鈉鹽水或鹽且藉由運載工具將該鹽水或鹽輸送至氫氧化鈉工廠位置處有關之成本及資源。
在一些具體實例中，純化單元包含逆滲透單元，該逆滲透單元用於自電滲析單元接收稀釋液且處理該稀釋液以製造逆滲透阻留物；且該逆滲透單元以流體方式連接至奈米過濾單元以使得逆滲透阻留物之至少一部分被供應至該奈米過濾單元且給水包含逆滲透阻留物。在此等具體實例中，電滲析滲透物可製造濃縮液，該濃縮液為具有至少180,000ppm(例如至少190,000ppm)總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水。或者或另外，純化單元可包含化學沈澱單元，該化學沈澱單元用於接收電滲析濃縮液且對該濃縮液執行化學沈澱以製造具有至少180,000ppm(例如至 少190,000ppm)總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水。製造氫氧化鈉之系統可包含離子交換處理單元，該離子交換處理單元用於接收且處理化學沈澱單元之電滲析濃縮液或經純化之輸出以製造具有至少180,000ppm(例如至少190,000ppm)總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水。
又，本發明提供用於商業製造蘇打灰之方法，該方法包含：a)藉由以下製備氯化鈉鹽水：- 奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自給水之至少85%的任何二價離子；- 純化該滲透物以製造具有至少180,000ppm總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水，包含電滲析該滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比滲透物大之總溶解鹽濃度及比滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自滲透物分離之水及二價離子；及b)在蘇打灰製造工廠中使用該氯化鈉鹽水。
可用於商業製造蘇打灰之鹽水具有約250ppm或250ppm以下之二價離子含量，及至少180,000ppm總溶解鹽，較佳至少190,000ppm總溶解鹽，更佳至少305,000ppm總溶解鹽。一般而言，此鹽水可在採用氯化鈉水溶液工業合成蘇打灰之所有彼等已知方法中用作氯化鈉前驅體，該等方法例如(但不限於)索耳未法(Solvay process)或來源於索耳未法之方法。在此等方法中，將氯化鈉鹽水與濃氨溶液混合且放置混合溶液與氣體二氧化碳接觸以製造氯化銨及碳酸氫鈉。二氧化碳可藉由在950-1100℃下鍛燒石灰石製造。隨後分離碳酸氫鈉且藉由在160-230℃下鍛燒將其轉化成蘇打灰。可在碳酸氫鈉鍛燒期間且藉由使氯化銨溶液與石灰石鍛燒期間所製造之氧化鈣反應，分別再生二氧化碳及氨。
如本文所用，「含溶解氯化鈉之給水(feed water containing dissolved sodium chloride)」包括含至少1.5wt.%溶解氯化鈉之水。為方便起見，含溶解氯化鈉之給水亦可僅簡單地稱為「給水(feed water)」。熟習此項技術者應輕易地理解，出於本發明之目的，該給水可為需要自其分離氯化鈉鹽水之任何水溶液。一般而言，本發明可有效用於旨在自含氯化鈉溶液中之二價離子分離單價離子的所有彼等方法中。單價離子可在電滲析濃縮液中濃縮，且二價離子在奈米過濾中受擋阻。
給水可包括典型地用於鹽製造之任何水源，包括海水、湖水、自流水或地下水，及自溶液採礦岩鹽沈積物製造之鹽水。本發明之一些具體實例尤其適合使用海水。六種離子以重量計佔海水中所有溶解固體之99%以上。鈉及氯佔海水中所有溶解固體之略大於85%，海水含約2.7wt.%溶解氯化鈉。鈉以重量計佔海水中所有溶解固體之約30%且氯佔略大於55%。其他四種離子包括鈣、鎂、鉀及硫酸根。
可將給水供應至製程作為尚未經歷任何形式預處理之生水或預處理水。視生水之來源而定，該水可為渾濁的且必需預處理以防止水中之懸浮粒子使得用於奈米過濾之薄膜堵塞或積垢。因此，預處理可包括使用比奈米過濾「粗糙(coarser)」之過濾形式過濾生水。典型的預處理方法為介質過濾(砂、無煙媒等)及濾芯過濾。對於高度渾濁水，可在凝聚及沈降或絮凝及沈降之後過濾。在一些具體實例中，可能需要不同類型過濾之組合以將水中之懸浮物質減少至可接受含量。舉例而言，可使生水相繼經歷過濾、微濾及超濾。
給水由於懸浮粒子而將造成積垢之可能性的常用預測因子為給水之淤塞密度指數(silt density index；SDI)。根據ASTM標準D-4189-07，SDI為經由標準0.45微米孔徑微濾薄膜過濾固定體積水所需時間之經驗量測值。給水中堵塞微濾器之懸浮物質增加樣品過濾時間，得到較高SDI。出於本發明之目的，該方法之給水的SDI典型地將為小於2.5，較佳小於1.5， 甚至更佳小於1，且可視需要預處理生水以達成合適的SDI。
如本文所用，「含溶解氯化鈉之給水」亦包括由本發明方法後期供應之流。在一些具體實例中，將所供應之流與生給水流或經預處理之給水流合併。在其他具體實例中，操作本發明方法以使得所有給水由供應流組成。可再循環或返回供應流至在第一個實例中製造該流之系統中，或可將其輸送至串聯排列之另一系統。
在一些具體實例中，「含溶解氯化鈉之給水」為經稀釋之海水。可藉由將海水與具有僅痕量總溶解鹽之水混合來獲得經稀釋之海水。具有痕量總溶解鹽之水可為例如飲用水或冷凝水。在一些較佳具體實例中，飲用水或冷凝水可由本發明系統之一或多個流獲得。在此等較佳具體實例中，飲用水可藉由例如微鹹水逆滲透之已知淡化方法由逆滲透滲透物獲得。冷凝水可由例如氯化鈉鹽水之蒸發獲得。
如上文所提及，「含溶解氯化鈉之給水」亦可為取自任何可用天然鹽水儲備之天然鹽水，如南美洲之阿塔卡馬鹽澤湖(Salar de Atacama)、北美洲之猶他州大鹽湖(Utah's Great Salt Lake)或澳大利亞之卡琳加克里克湖(Karinga Creek)。
一般而言，視給水源而定，經分離之氯化鈉鹽水可含有各種工業相關單價離子，諸如鈉離子、鋰離子或鉀離子。此等物質可使用對熟習此項技術者應已知之方法自氯化鈉鹽水萃取。隨後奈米過濾擋阻物會含有大部分二價離子，諸如鈣離子或鎂離子，可相應萃取此等離子。
在本發明之一些具體實例中，給水亦可為源自溶液採礦岩鹽沈積物之溶液。詳言之，給水可源自浸濾自礦石之金屬物質，例如鈉、鋰、鉀、鈣或鎂物質。若浸濾法為酸浸濾法，則在操作系統之前可中和給水。隨後收集之氯化鈉鹽水將富含所關注之單價離子，而二價金屬離子將濃縮在奈米過濾擋阻物中。可隨後相應地分離金屬物質。
在本發明方法中，奈米過濾給水以製造滲透物及阻留物。「奈米過濾(nanofiltered)」、「奈米過濾(nanofiltering)」或其其他變體意謂使用一或多個奈米過濾薄膜過濾給水。滲透物為通過薄膜之液體，而阻留物為經薄膜持留之液體。
「奈米過濾單元(nanofiltration unit)」意謂配備有一或多個奈米過濾薄膜之單元。該單元可包含以串聯、並聯或其組合形式排列之個別奈米過濾裝置，各具有一或多個薄膜。在一些具體實例中，奈米過濾單元可包括在合適的壓力下提供給水用於奈米過濾之泵。然而，可提供出於此目的之泵使其與奈米過濾單元隔開。合適的泵包括能夠將給水傳遞至壓力高達3.0MPa之奈米過濾單元的高壓泵，但在一些具體實例中，用於奈米過濾之壓力可為約1.0MPa至約2.5MPa。
奈米過濾薄膜落在逆滲透薄膜與超濾薄膜之分離範圍之間。因此，此等薄膜適於粒度範圍為約1nm至約10nm且分子量為200公克/莫耳及200公克/莫耳以上之分離。奈米過濾薄膜可為螺旋捲繞、中空細纖維、管狀或板狀組態，但幾乎大量商業奈米過濾薄膜為薄膜複合型且由具有螺旋捲繞組態之非纖維素聚合物製成。該聚合物通常為併入帶負電荷基團之疏水型。已發現尤其適用於本發明之奈米過濾薄膜包括由GE Water & Process Technologies供應之Seasoft系列薄膜，諸如Seasoft 8040 HF薄膜或Seasoft 8040 HR。合適的薄膜亦可購自Dow Chemicals,USA(例如DOW FILMTEC NF270-400薄膜)及Hydranautics(例如ESNA1-LF-4040或ESNA1-LF薄膜)。
不同於逆滲透薄膜及超濾薄膜，奈米過濾薄膜使用兩種機制以實現分離：根據尺寸擋阻中性粒子且藉由與帶電薄膜之靜電相互相用擋阻離子物質。另外，奈米過濾薄膜操作亦受滲透原理部分調節。因此，奈米過濾薄膜達成之對二價離子(諸如硫酸根、鈣及鎂離子)之擋阻比單價 離子(諸如溶解氯化鈉)大。在本發明中，奈米過濾阻留物包含來自給水之至少85%任何二價離子。在一些具體實例中，阻留物包含來自給水之至少90%任何二價離子，較佳至少95%。某些薄膜可在阻留物中持留大於99%之硫酸根離子。
可在奈米過濾阻留物中持留一些單價離子，包括溶解氯化鈉。一般而言，奈米過濾分離來自給水之小於40%之溶解鈉離子至阻留物中，較佳小於35%，更佳小於20%。
在一些具體實例中，阻留物中之離子組成等效於給水中90%或90%以上之鈣、來自給水之95%或95%以上之鎂、來自給水之95%或95%以上之硫酸根、來自給水之87%或87%以上之碳酸氫根及來自給水之35%以下之鈉。
在一些具體實例中，阻留物將佔總給水體積之約40%或40%以下，較佳約30%或30%以下。亦即，滲透物將佔給水體積之約60%或60%以上，較佳為給水體積之約70%或70%以上。
在一些具體實例中，為增加所回收之滲透物之量，將使第一奈米過濾薄膜(或裝置)之阻留物在第二奈米過濾薄膜(或裝置)中進行奈米過濾。合併且純化第一滲透物及第二滲透物以製造氯化鈉鹽水。因此，可串聯排列多個奈米過濾薄膜或裝置，各薄膜或裝置之滲透物與其他薄膜或裝置之滲透物合併，使自給水之奈米過濾回收之滲透物之量達到最大。
在一些具體實例中，為改良所回收之滲透物之純度，將使第一奈米過濾薄膜(或裝置)之阻留物在第二奈米過濾薄膜(或裝置)中進行奈米過濾。可在不同壓力下操作此等第一及第二奈米過濾階段，因為大多數二價離子將進入第一奈米過濾薄膜之阻留物中。因此，宜對第二奈米過濾薄膜採用較高操作壓力。在一些具體實例中，串聯排列三個或三個以上薄膜以逐次處理滲透物。在一些此等具體實例中，各薄膜之操作壓力沿 系列逐次增加。
奈米過濾阻留物之總溶解鹽(TDS)含量可為大約72,000ppm或72,000ppm以下，較佳約36,000ppm。在一些具體實例中，可將阻留物排放回給水源中。舉例而言，若給水為(視情況經預處理)海水，則可將阻留物排放回海中。
或者，可對阻留物進行進一步加工以自阻留物中經濃縮之雜質回收商業上有價值的產物。舉例而言，可處理阻留物以回收鎂或鈣。此回收可使用化學沈澱處理來執行，其類似於自使用粗鹽製造之生鹽水移除離子所採用之處理。
如上所指出，純化奈米過濾滲透物以製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的氯化鈉鹽水。在本發明中，純化包括電滲析滲透物以製造濃縮液，其具有比滲透物大之總溶解鹽濃度及比滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，其包含自滲透物分離之水及二價離子。在一些具體實例中，電滲析對自滲透物分離水可比自滲透物分離二價離子有效。因此，所得濃縮液可具有比滲透物高之二價離子濃度(以百萬分率(parts per million)計)，但相較於相對於滲透物之總溶解鹽所表示之滲透物中二價離子之濃度，二價離子之此濃度仍將表示濃縮液中總溶解鹽之較小比例。
如本文所用，術語「電滲析(electrodialyzing)」及其變體意謂由於電遷移穿過與溶液接觸之薄膜而更改此等電解質溶液之組成及/或濃度的方法。電滲析裝置通常為狹窄室之堆疊，抽汲饋料溶液穿過該等室。藉由堆疊一端之陽極及另一端之陰極，在堆疊兩端施加電壓。用通常按交替的陽離子交換薄膜及陰離子交換薄膜之順序排列之離子交換薄膜將該等室隔開，該等薄膜分別可選擇性滲透正離子及負離子。適用於本發明之電滲析裝置可含有至少一對薄膜，其包含一個陰離子交換薄膜及一個陽離子交換薄膜。在一些具體實例中，該裝置可含有複數對該等薄膜，較佳100 對或100對以上，更佳300對或300對以上。
合適的電滲析裝置包括經配備以執行電滲析逆轉之裝置。在電滲析逆轉中，定期逆轉經施加至薄膜之電荷。藉由逆轉極性，電極處之化學反應逆轉，其可輔助控制薄膜結垢或積垢，從而允許裝置在不維護之情況下連續操作持續比使用習知「單向(unidirectional)」電滲析之系統長的時間段。在一些電滲析逆轉裝置中，一小時極性切換兩至四次。
電滲析將奈米過濾滲透物分離成濃縮液及稀釋液。如本文所用，術語「濃縮液(concentrate)」意謂離開電滲析裝置或單元且具有比奈米過濾滲透物高之溶解鹽濃度之流。「稀釋液(diluent)」為離開電滲析裝置或單元且溶解鹽濃度相對於奈米過濾滲透物已耗乏之流。當使用電滲析逆轉之裝置經使用時，當極性逆轉時，將切換濃縮液及稀釋液輸出。典型地將該等裝置連接至本發明系統之其他部分，用適當的閥門系統來補償輸出切換且確保連續供應正確流至該方法之其餘部分。
「電滲析單元(electrodialysis unit)」意謂配備有一或多個電滲析裝置之單元。適用於本發明之電滲析裝置包括由Astom公司製造之裝置，諸如Acilyzer 25-300型號；或由Tokuyama公司製造之裝置，諸如TSW-200型號。TSW-200型號具有3200對薄膜，其中各對之有效面積為2m2且相鄰薄膜之間的間隔為0.75mm。Acilyzer 25-300型號具有300對薄膜且對於電池對之每一半而言，具有75m2之總有效薄膜表面積，且尤其適用於本發明。可執行電滲析逆轉之合適的裝置包括Astom公司之Acylizer EDR。
在較佳具體實例中，電滲析裝置包含至少一個為單價陰離子選擇性薄膜之薄膜及至少一個為單價陽離子選擇性薄膜之其他薄膜。單價陰離子選擇性薄膜為選擇性通過單價陰離子(諸如氯陰離子)而選擇性擋阻二價陰離子(諸如硫酸根離子)之陰離子交換薄膜。適用於本發明之單價陰離子選擇性薄膜之實例包括由Astom公司在商品名稱NEOSEPTA下銷 售且為ACS級之選擇性薄膜。單價陽離子選擇性薄膜為選擇性通過單價陽離子(諸如鈉離子)而選擇性擋阻二價陽離子(諸如鈣及鎂離子)之陽離子交換薄膜。適用於本發明之單價陽離子選擇性薄膜之實例包括由Astom公司在商品名稱NEOSEPTA下銷售且為CIMS級之選擇性薄膜。
在一些具體實例中，陽離子交換薄膜及陰離子交換薄膜中之每一者為單價離子選擇性薄膜。舉例而言，電滲析裝置可包含由交替的NEOSEPTA ACS薄膜及NEOSEPTA CIMS薄膜組成之堆疊。
經由電滲析將奈米過濾滲透物分離成濃縮液及稀釋液。濃縮液之體積可等效於奈米過濾滲透物總體積之約2%至約4%，較佳約2.5%至約3%。當使用單價離子選擇性薄膜時，電滲析濃縮液可含有高含量氯化鈉，諸如大於200,000ppm。濃縮液所含氯化鈉之濃度較佳大於210,000ppm，更佳大於220,000ppm，且甚至更佳大於240,000ppm。在一些具體實例中，諸如當給水包含逆滲透阻留物時，電滲析濃縮液可具有300,000ppm或高於300,000ppm之氯化鈉濃度。
在一些具體實例中，為增加所回收之濃縮液之量，將使第一電滲析裝置之稀釋液在第二電滲析裝置中進行電滲析。合併第一濃縮液及第二濃縮液且可純化以製造氯化鈉鹽水。因此，可串聯排列多個電滲析裝置，其中將各裝置之濃縮液與其他裝置之濃縮液合併以使所回收之濃縮液之量達到最大。
在一些具體實例中，為改良所回收之濃縮液之純度，將使第一電滲析裝置之濃縮液在第二電滲析裝置中進行電滲析。在一些具體實例中，串聯排列三個或三個以上裝置以逐次處理濃縮液。
電滲析濃縮液將典型地具有小於700ppm二價離子。在一些具體實例中，電滲析濃縮液具有小於350ppm二價離子，較佳小於100ppm。舉例而言，奈米過濾滲透物可具有8ppm之鈣含量及13.5ppm之鎂含量， 其將產生具有約32ppm鈣及約21ppm鎂之電滲析濃縮液，其中二價離子之總量小於100ppm。
在一些具體實例中，可使電滲析濃縮液進行奈米過濾以進一步減少雜質總含量。此可藉由將電滲析濃縮液再循環返回初始奈米過濾階段來達成。在一些具體實例中，分批操作本發明方法。在此等具體實例中，可處理一批給水且可將所有所得電滲析濃縮液再循環返回奈米過濾階段，而不與新批給水合併。
或者，可將電滲析濃縮液之至少一部分與進入奈米過濾單元之給水合併。此可發生於連續操作該方法時。
在一些其他具體實例中，存在位於第一奈米過濾單元及電滲析單元下游之個別第二奈米過濾單元。在此等具體實例中，第二奈米過濾單元之滲透物可為適用於氯鹼薄膜電池之氯化鈉鹽水。或者，可將第二奈米過濾單元之滲透物饋入第二電滲析單元且電滲析濃縮液可為適用於氯鹼薄膜電池之氯化鈉鹽水。在一些具體實例中，可串聯排列三個或三個以上奈米過濾及電滲析階段以達成合適純度之氯化鈉鹽水。
可使用逆滲透處理電滲析稀釋液以製造逆滲透阻留物。隨後可將此逆滲透阻留物供應至奈米過濾單元以使得給水包含逆滲透阻留物。使用包含逆滲透阻留物之給水製造之電滲析濃縮液可具有比使用生給水製造之濃縮液低之二價離子含量及比其高之總溶解鹽含量。此為初始奈米過濾階段之結果，其中移除85%二價離子。饋入至逆滲透階段之電滲析稀釋液具有相較於初始給水相對於總鹽低之二價離子比例。因此，藉由逆滲透處理製造之阻留物可具有相較於初始給水高之總鹽含量，其中大部分為溶解氯化鈉；及相對小之二價離子比例。藉由使此阻留物進行奈米過濾及電滲析，二價離子之比例進一步減小且所得電滲析濃縮液可具有大於300,000ppm總溶解鹽及小於250ppm二價離子。在給水主要或完全由逆滲透阻留物 組成之具體實例中，電滲析濃縮液中之二價離子之濃度可低如20ppb。
「使用逆滲透處理稀釋液(treating the diluent using reverse osmosis)」或其其他變體意謂使用一或多個逆滲透薄膜處理稀釋液。逆滲透滲透物為通過薄膜之液體，而阻留物為經薄膜持留之液體。之所以稱為逆滲透是因為「滲透(osmosis)」定義為液體自稀溶液穿過薄膜至較濃溶液，而「逆滲透(reverse osmosis)」使用相同原理，但藉由對濃溶液施加壓力，迫使滲透液體沿反方向流動。在本發明之方法中，在逆滲透處理期間施加至稀釋液之壓力為約6至7MPa。
相較於奈米過濾薄膜，逆滲透薄膜對離子及有機化合物具有較大程度之不滲透性。逆滲透薄膜相對不滲透幾乎所有離子，包括氯化鈉。因此，廣泛使用逆滲透薄膜來淡化鹹水或微鹹水以製造飲用水。本發明所用之逆滲透薄膜可為螺旋捲繞聚醯胺薄膜。適於本發明之薄膜包括可購自Dow Chemicals,USA(例如DOW FILMTEC逆滲透薄膜)及Hydranautics之薄膜。已發現尤其適用於本發明之逆滲透薄膜包括特定設計用於處理海水(諸如SW30HR-380薄膜)或處理微鹹水(諸如BW30-4040薄膜)之FILMTEC逆滲透薄膜。
「逆滲透單元(reverse osmosis unit)」意謂配備有一或多個逆滲透薄膜之單元。該單元可包含以串聯、並聯或其組合形式排列之個別逆滲透裝置，各具有一或多個薄膜。適用於本發明之逆滲透裝置包括海水逆滲透單元，例如配備有FILMTEC SW30HR-380薄膜之單元；及微鹹水逆滲透單元，例如配備有FILMTEC BW30-4040薄膜之單元。
某些氯鹼薄膜電池可在約250ppm或250ppm以下之二價雜質含量之情況下操作。然而，隨著雜質含量增加，電池之薄膜壽命降低。因此，替換氯鹼薄膜之成本必須與獲得高純度鹽水之成本相平衡。對於一些氯鹼薄膜電池，鹽水中之雜質必須小於200ppm。在此等具體實例中，可 藉由使濃縮液進行化學沈澱處理來進一步純化電滲析濃縮液以製造氯化鈉鹽水。移除諸如鈣、鎂及硫酸根之二價離子之化學沈澱法將與已用於純化供氯鹼薄膜電池用之鹽水之習知方法一致。舉例而言，可藉由添加氯化鈣沈澱硫酸根，電滲析濃縮液中之鈣及亦殘餘氯化鈣可在第二方法步驟中在添加碳酸鈉之後經由沈澱移除，且可經由添加氫氧化鈉沈澱鎂。根據慣例，沈澱試劑將過量。然而，因為電滲析濃縮液中典型地存在小於700ppm二價離子，故應瞭解各試劑之總量相較於用於純化自粗鹽製造之生鹽水所需之量將顯著減少。
雜質沈澱後，將過濾經處理之濃縮液。舉例而言，可使用離心機移除沈澱雜質。可連續操作離心機以移除沈澱。在一些具體實例中，可添加絮凝劑以促進沈澱自經處理之濃縮液中過濾出來。相較於習知曬製鹽製程中所用之分批操作之板框壓濾機，宜使用離心機來連續移除沈澱。
經處理及過濾之電滲析濃縮液(亦即所得氯化鈉鹽水)可具有小於1ppm二價離子，較佳小於50ppb。
對於一些氯鹼薄膜電池，需要氯化鈉鹽水具有20ppb或20ppb以下之二價離子。為達成如此低含量之雜質，除化學沈澱之外，可能還需要執行離子交換處理。可根據鹽水純化之習知方法執行離子交換處理。因此，可使用具有螯合樹脂之離子交換樹脂系統進一步純化經過濾之電滲析濃縮液以製造具有20ppb或20ppb以下之二價離子之氯化鈉鹽水。用於自鹽水移除二價陽離子(例如鈣、鎂)之合適的樹脂包括巨孔樹脂、胺基烷基膦酸樹脂或亞胺基二乙酸螯合樹脂。該樹脂之實例描述於美國專利第5,804,606號中，其全部內容以引用之方式併入本文中。
對於一些氯鹼薄膜電池，需要氯化鈉鹽水為飽和的，亦即在操作溫度下為約300,000至約315,000ppm總溶解鹽，其中絕大部分溶解鹽內含物由溶解氯化鈉組成。因此，在一些具體實例中，該方法可包括蒸發 濃縮液(視情況在執行化學沈澱處理及/或離子交換處理之後)以製造飽和氯化鈉鹽水。可在大氣壓下或在真空中進行蒸發。可使用單效或多效蒸發器(包括熱力式或機械式蒸汽再壓縮蒸發器)或閃蒸蒸發器進行蒸發。舉例而言，可使用諸如由Veolia Water Solutions & Technologies供應之機械式蒸汽再壓縮系統來製造飽和氯化鈉鹽水。
在一些具體實例中，可能需要限制電滲析濃縮液之濃度為240,000ppm總溶解鹽；否則鹽會在薄膜上開始結晶。在此等具體實例中，隨後蒸發濃縮液可為有利的，因為需要諸如飽和鹽水之具有較高濃度之鹽水以用於氯鹼薄膜電池。
可蒸發、結晶並乾燥根據本發明製造之氯化鈉鹽水以製造99.99%純度之氯化鈉晶體。舉例而言，可在真空下蒸發鹽水並結晶成99.99%純氯化鈉。隨後可藉由離心乾燥氯化鈉晶體。可在流體化床乾燥器中進一步乾燥此等經離心之晶體，隨後封裝為最終產物。
由於氯化鈉鹽水之純度，該結晶製程不應導致顯著產量之鹽鹵。此外，可能不需要洗滌結晶鹽。因此，使本發明之氯化鈉鹽水結晶可使與經由曝曬蒸發製造鹽有關之鹽損失降至最低。亦應瞭解，就土地使用而言，本發明系統具有比經由曝曬蒸發製造鹽所需之池塘顯著小之佔據面積。
在本發明之一些具體實例中，可回收由蒸發製程產生之冷凝液且例如經處理以製造飲用水、用於使離子交換樹脂(若使用離子交換處理)再生或用於給水中。
根據本發明製造之氯化鈉鹽水適用於氯鹼薄膜電池。因此，可將該氯化鈉鹽水直接饋入薄膜電池中且電解以製造氫氧化鈉。因此，本發明可提供用於自給水製造氫氧化鈉之整合系統。
在一些具體實例中，可修改位於給水源附近之現有氫氧化鈉 工廠(例如位於海水附近之沿海工廠)，引入奈米過濾及電滲析單元以便執行本發明之方法。此等具體實例可與氯鹼薄膜電池、現有純化設備一起使用以向電池供應合適純度之氯化鈉鹽水。舉例而言，可修改現有化學沈澱及離子交換設施以處理電滲析濃縮液。
在一些具體實例中，奈米過濾及電滲析單元可位於具有氯鹼薄膜電池之工廠的遠處。然而，在此等具體實例中，奈米過濾及電滲析單元可仍然以流體方式連接至氯鹼薄膜電池以使得可抽汲鹽水至氫氧化鈉工廠中。諸如化學沈澱及離子交換設施之其他純化設施可與奈米過濾及電滲析單元位於一處或可形成氫氧化鈉工廠之一部分。
在系統包含逆滲透單元之具體實例中，該逆滲透單元典型地與奈米過濾及電滲析單元位於一處。
在已製造氫氧化鈉之後，可使耗乏鹽水再循環。耗乏鹽水可具有約280,000ppm之氯化鈉濃度且在已去氯之後可使其再循環返回純化單元。舉例而言，可將耗乏鹽水與電滲析濃縮液合併，隨後蒸發濃縮液以製造飽和氯化鈉鹽水，隨後將其饋入至氯鹼薄膜電池。可將耗乏鹽水在已進行化學沈澱及/或離子交換之後與電滲析濃縮液合併。
如上文所論述，經由電滲析將奈米過濾滲透物分離成濃縮液及稀釋液。濃縮液體積可等效於奈米過濾滲透物總體積之約2%至約4%。由稀釋液表示之剩餘96%至98%可具有約18,000ppm之TDS含量。可使用諸如逆滲透之已知淡化方法處理電滲析稀釋液，製造具有例如小於500ppm之TDS的飲用水。根據世界衛生組織飲用水品質準則，第三版，2008，一般認為TDS含量小於600毫克/公升之水具有良好的水適口性(water palatability)。
在一些具體實例中，使用逆滲透處理電滲析稀釋液來回收其體積之約75%作為具有小於500ppm TDS之飲用水。
亦可藉由將電滲析稀釋液饋入逆滲透單元中，且將逆滲透單元之阻留物再循環至給水中來操作本發明之方法。在此組態中，可以分批方式或以穩態工作之連續系統形式操作該系統。在此類系統中，再循環之逆滲透阻留物中之總溶解鹽之濃度會影響氯化鈉鹽水之組成。詳言之，增加逆滲透阻留物中總溶解鹽之濃度會刺激氯化鈉鹽水中鈉濃度增加，且又減少其二價離子含量。
再循環之逆滲透阻留物中之總溶解鹽之濃度亦將決定阻留物流之滲透壓。在逆滲透阻留物再循環至給水中之後，其經合併之壓力應保持在奈米過濾單元饋料泵之操作極限內。又，合併流中之總溶解鹽之濃度不應超過溶解鹽中之任一者的飽和極限，以防止鹽在奈米過濾薄膜中結晶。此等問題可藉由選擇並維持再循環之逆滲透阻留物中之總溶解鹽之適當含量而避免。
當海水用作再循環系統中之給水時，維持再循環之逆滲透阻留物中之總溶解鹽的濃度等於或小於約6%(60,000ppm)，較佳約6%。在此等具體實例中，饋入奈米過濾單元之給水與逆滲透阻留物之合併流所具有之總溶解鹽的濃度小於或等於約4%(40,000ppm)，較佳約4%。在另一較佳具體實例中，逆滲透阻留物及奈米過濾饋料中之總溶解鹽之濃度分別為約6%及約4%。
當經稀釋之海水用作再循環系統中之給水時，藉由將總溶解鹽小於或等於9.5%(95,000ppm)，較佳介於約9%(90,000ppm)與9.5%之間，更佳為約9.5%之逆滲透阻留物再循環，維持奈米過濾單元饋料流之總溶解鹽的含量值小於或等於約4%(40,000ppm)，較佳約4%。相較於不涵蓋使用經稀釋之海水的具體實例，當需要進一步降低奈米過濾饋料中之二價離子(亦即鈣、鎂、硫酸根及其類似離子)的濃度時，此等具體實例尤其有利。
熟習此項技術者應理解，亦可以自動化及遠程控制方式達成本發明氯化鈉鹽水之製造。根據操作本發明方法之模態，可採用此項技術中已知之離散、分批或連續控制系統來執行此製造。該等控制系統將包含安裝在本發明系統之相關區段中之感測器及致動器的硬體網路。將感測器及致動器硬體網路佈線至主要控制單元中，亦即可程式邏輯控制(PLC)單元。可經由安裝在電腦處理器中之合適的過程控制軟體(亦即統計或多變數控制軟體)組態該控制單元。將設計該系統以根據將由操作人員預置之製程參數值操作。該軟體將自動比較預置製程參數值與由感測器網路記錄之對應值。若記錄值與預置值不同，則軟體將發送輸入至控制單元以藉由操作應安裝在該系統相關區段中之合適的致動器，自動調整相關製程參數以適應預置值。該軟體將基於感測器輸入數據操作致動器，且將藉由通常已知之回饋控制演算法(亦即比例、積分、導數或比例、積分及導數之任何組合)調整系統以匹配預置值。
感測器可為接觸式或非接觸式溫度感測器(亦即溫度計、電阻溫度偵測器、熱電偶、紅外偵測器、高溫計等)、壓力感測器(亦即彈性感測器、電子感測器、微壓差計、真空感測器等)、流動及流量感測器(亦即差壓計、直接測力計、頻率計、超音波計、磁力計、量熱計、齒輪計、測熱計等)、組成感測器(亦即光度感測器、電位感測器等)、pH值感測器及此項技術中已知之類似感測器。
致動器可為例如可改變系統流之通量的閥門(亦即氣動式閥門、液壓式閥門、電動式閥門等)、泵之可調速驅動(亦即機械式、液壓式、電動式可調速驅動等)及此項技術中已知之類似致動器。
舉例而言，逆滲透阻留物中之總溶解鹽的濃度可藉由此類自動回饋控制維持在恆定預置值下。預置濃度可為製程控制軟體之輸入。該軟體可隨後操作置放在逆滲透饋料流中之通量控制閥門，以使得由組成感 測器(諸如電位感測器)量測之阻留物流中鹽的濃度可匹配初始預置值。
另外，考慮到奈米過濾單元饋料之操作壓力視逆滲透阻留物之濃度及滲透壓而定，可使用變速驅動來控制饋料泵之頻率及功率消耗。控制軟體將基於由置放在奈米過濾單元饋料中之壓力感測器所接收之壓力數據自動操作變速驅動。類似地，亦可經由壓力交換器或類似裝置設定奈米過濾阻留物之路線以便減少功率消耗。
90‧‧‧給水流
100‧‧‧奈米過濾單元
101‧‧‧奈米過濾裝置
102‧‧‧奈米過濾裝置
111‧‧‧滲透物
112‧‧‧阻留物
113‧‧‧滲透物
120‧‧‧阻留物
130‧‧‧滲透物
150‧‧‧純化單元
200‧‧‧電滲析單元
201‧‧‧電滲析裝置
202‧‧‧電滲析裝置
210‧‧‧稀釋液
211‧‧‧稀釋液
212‧‧‧濃縮液
220‧‧‧濃縮液
222‧‧‧濃縮液
232‧‧‧濃縮液
300‧‧‧逆滲透單元
310‧‧‧阻留物
320‧‧‧飲用水
330‧‧‧給水源
340‧‧‧滲透物
400‧‧‧化學沈澱單元
410‧‧‧試劑
410a‧‧‧氯化鈣溶液
410b‧‧‧氫氧化鈉溶液
410c‧‧‧碳酸鈉溶液
420‧‧‧漿料
420a‧‧‧沈澱硫酸鈣
420b‧‧‧沈澱氫氧化鎂
420c‧‧‧沈澱碳酸鈣
430‧‧‧固體殘餘物
440‧‧‧經過濾之鹽水流
450‧‧‧過濾單元
500‧‧‧離子交換單元
510‧‧‧經純化之鹽水
600‧‧‧機械式蒸汽再壓縮單元(MVR)
610‧‧‧飽和鹽水
611‧‧‧冷凝器
620‧‧‧晶體
630‧‧‧蒸氣冷凝液
640‧‧‧接收器沈澱硫酸鈣
650‧‧‧乾燥單元
660‧‧‧經乾燥之塊狀氯化鈉
700‧‧‧氯鹼單元
710‧‧‧耗乏鹽水
720‧‧‧氫氧化鈉
以下進一步詳細描述本發明之各種具體實例，例如參考隨附圖式，其中：圖1為本發明一個具體實例之製程流程圖；圖2為可用於本發明系統之奈米過濾單元具體實例的製程流程圖；圖3為可用於本發明系統之電滲析單元具體實例的製程流程圖；圖4為可用於本發明系統之純化單元具體實例的製程流程圖；圖5為實施例1之具體實例的製程流程圖；及圖6為實施例2之具體實例的製程流程圖。
在下文中僅藉助於實施例描述本發明所示具體實例。
圖1顯示本發明一個具體實例之製程流程圖。此具體實例之給水流90為海水。因此，給水源330為海。
在此具體實例中，圖示用於製造飽和氯化鈉鹽水610、99.99%純氯化鈉晶體620及飲用水320之製程。
在此具體實例中，將給水流90饋入奈米過濾單元100中以製造滲透物130及阻留物120。奈米過濾單元100可包括一或多個具有薄膜之奈米過濾裝置(圖1中未示)，該等薄膜諸如由GE Water&Process Technologies供應之Seasoft系列薄膜。在此具體實例中，在小於1.2MPa之 壓力下，較佳在1.0MPa下，將給水流90饋入奈米過濾單元100中。在此等壓力下，給水流90中至少85%之二價離子經分離成阻留物120。隨後將該阻留物排放至給水源330(海)中。
將具有例如23,000ppm TDS之滲透物130饋入純化單元150中。純化單元包括電滲析單元200，其可包括一或多個電滲析裝置(圖1中未示)，諸如由Astom公司供應之Acilyzer 25-300電滲析器。以約1675立方公尺/小時之速率且在0.2MPa之壓力下在35℃下，將滲透物130連續饋入電滲析單元200中。在電滲析單元200包括Acilyzer 25-300電滲析器之具體實例中，用380V，60Hz，60安培之3相電源供應器操作電滲析器。
以39立方公尺/小時之速率排放電滲析單元200之濃縮液220且其具有約230,000ppm TDS。濃縮液220中之二價離子含量小於約700ppm。濃縮液220之氯化鈉含量超過210,000ppm。
電滲析單元200之稀釋液210具有約18,000ppm之TDS含量且將其饋入逆滲透單元300以回收飲用水320。逆滲透單元300之阻留物310可具有約60,000ppm TDS。亦即，阻留物310所具有之TDS含量可為海水之TDS含量的約兩倍，且因此可使阻留物310再循環至給水流90中，如圖1所示。或者，如圖1中之虛線所指示，可將其排放至給水源330中。
當將阻留物310再循環至給水流90中時，逆滲透單元300形成純化單元150之一部分。如上所指出，阻留物310可為約60,000ppm TDS。在此等溶解鹽中，約700ppm為二價離子。因此，當將此阻留物310再循環至饋料流90中且使用奈米過濾單元100及電滲析單元200處理時，所得濃縮液220具有約305,000ppm TDS及小於250ppm二價離子。
在將阻留物310再循環之具體實例中，逆滲透單元300可製造具有約8,600ppm TDS之滲透物340，可將其排放至給水源330中或饋入至另一微鹹水逆滲透單元(圖中未示)中以回收飲用水。或者，如圖1中 之虛線所指示，在不將阻留物310再循環之具體實例中，可回收75%以上之體積之稀釋液210作為具有小於500ppm TDS之飲用水320。
在圖1所示之具體實例中，將電滲析單元200之濃縮液220饋入單效機械式蒸氣再壓縮單元(MVR)600中。在冷凝器611中冷凝濃縮液220之蒸氣610且將所得冷凝液630儲存在接收器640中。蒸氣冷凝液630可具有小於10ppm TDS。在一些具體實例中，可將蒸氣冷凝液630與飲用水320合併(圖1中未示)。
根據第一製程流程途徑，使用MVR 600蒸發電滲析單元200之濃縮液220直至其變為具有315,000ppm之濃度的飽和鹽水610。可分別儲存飽和鹽水610且稍後將其運送至遠端氫氧化鈉工廠。或者，如圖1所示，可將其直接饋入包含至少一個用於製造氫氧化鈉720之薄膜電池的氯鹼單元700中。可使氯化鈉濃度可為約280,000ppm之耗乏鹽水710在耗乏鹽水已去氯之後返回至MVR 600進行蒸發。可與濃縮液220一起蒸發耗乏鹽水710以製造飽和鹽水610。
根據第二製程流程途徑(用虛線顯示)，使用MVR 600蒸發電滲析單元200之濃縮液220直至製造出氯化鈉晶體620。在可包括離心機及流體化乾燥床之乾燥單元650中處理此等晶體620，製造經乾燥之塊狀氯化鈉660。
一般而言，實施本發明時將僅採用第一及第二流程途徑中之一者。然而，在一些具體實例中，可使用複數個MVR 600以使得第一及第二流程途徑能夠並行實施。
圖2說明包含兩個奈米過濾裝置101、102之奈米過濾單元100的具體實例。在相較於第一奈米過濾裝置101所用壓力而略高之壓力下，將第一奈米過濾裝置101之阻留物112饋入第二奈米過濾裝置102。兩個奈米過濾裝置101、102之總回收體積將為輸入體積之約70%。合併奈米 過濾裝置101、102之滲透物111、113以形成滲透物130，其將具有約23,000ppm TDS。自第二奈米過濾裝置102放出之奈米過濾單元100之阻留物120具有約72,000ppm TDS。
阻留物112中之溶解鹽表示諸如鈣、鎂及硫酸根離子之二價離子的整體(亦即至少85%)，且僅包括給水流90之小部分單價離子，諸如鈉、鉀及氯離子。在第二奈米過濾裝置102中，將相對較小比例之單價離子分離成阻留物120，從而增加阻留物120中二價離子與單價離子之比率。第二奈米過濾裝置102之滲透物113中之離子實質上將為單價離子。
可進一步處理富含二價離子之阻留物120以回收鈣及鎂。或者，可將其排放至給水源330中。
圖3說明包含兩個電滲析裝置201、202之電滲析單元200的具體實例。第一電滲析裝置201之稀釋液211具有約18,000ppm TDS且將其饋入第二電滲析裝置202中，其製造濃縮液222及稀釋液210。將濃縮液222與第一裝置201之濃縮液212混合以形成濃縮液220。可在純化單元150之其他部分(諸如圖1所示之MVR 600)中進一步處理濃縮液220。此具體實例之稀釋液210將具有低含量TDS且可將其排放回給水源330中。
純化單元之替代性具體實例說明在圖4中。在此具體實例中，在化學沈澱單元400中處理電滲析單元200之濃縮液220。
在單元400中，對濃縮液220給予試劑410。試劑410包括：氯化鈣溶液410a、氫氧化鈉溶液410b及碳酸鈉溶液410c。添加足夠數量之氯化鈣溶液410a以呈硫酸鈣420a形式自濃縮液220移除硫酸根離子。類似地，添加足夠數量之氫氧化鈉溶液410b以確保濃縮液220中之鎂經沈澱為氫氧化鎂420b。添加足夠碳酸鈉以自濃縮液220中沈澱鈣以及自氯化鈣溶液410a中沈澱任何殘餘鈣。鈣經沈澱為碳酸鈣420c。在過濾單元450中過濾包括沈澱硫酸鈣420a、氫氧化鎂420b及碳酸鈣420c之漿料420，製造經 過濾之鹽水流440及包含沈澱硫酸鈣420a、氫氧化鎂420b及碳酸鈣420c之固體殘餘物430。
在本發明之此具體實例中，根據純化由粗鹽製成之生鹽水以為合成氫氧化鈉作準備而使用之化學沈澱方法執行化學沈澱。然而，因為濃縮液220中之雜質含量僅為約700ppm，故相較於習知方法僅需要較少量之試劑410。另外，所製造之固體殘餘物430之數量相較於純化生鹽水之習知方法亦將為較小的。在離子交換單元500中進一步處理經過濾之鹽水流440以減少鹽水中之總雜質且製造具有小於20ppb雜質(包括二價離子)之經純化之鹽水510。離子交換單元500包括利用螯合離子交換樹脂之離子交換樹脂床。樹脂對各種陽離子之相對親和力可按以下順序降低：Mg>Ca>Sr>Ba>Na>K。
經過濾之鹽水流440之氯化鈉濃度可為約300,000ppm且pH為約11。將在約60℃之溫度下，把此流440饋入離子交換單元中。經過離子交換單元500之流動速率可基於離子交換樹脂床之體積，且認為每小時約20床體積之流動速率適用於本發明。在此等條件下，諸如美國專利第5,804,606號中所述之尤其合適的樹脂在樹脂需要再生之前可使用約72小時。
在一些具體實例中，可將經純化之鹽水510直接饋入包含至少一個用於製造氫氧化鈉720之薄膜電池的氯鹼單元700中。在一些其他具體實例中，可將經純化之鹽水饋入MVR 600中且沿圖1所示之第一或第二製程流程途徑進行，以製造氫氧化鈉720或經乾燥之塊狀氯化鈉660。
藉由以下非限制性實施例進一步說明本發明。
實施例
以下所述及藉由圖5及6所示之實施例為本發明方法之具體實例。已基於以下進一步詳細描述之操作參數計算此等具體實例之效能及 各個製程流之所得組成。
實施例1
圖5說明實施例1之製程流程圖。
此實施例之給水最初為海水，其具有表1所示之組成及SDI小於1.5。此實施例中之給水源330為海。
在製程開始時，以8.49立方公尺/小時之速率將海水作為給水流90饋入奈米過濾單元100中。奈米過濾單元100配備有兩個奈米過濾裝置101、102。各奈米過濾裝置101、102包括由GE Water & Process Technologies供應之Seasoft 8040 HR薄膜、螺旋捲繞薄膜。以20公升/平方公尺/小時之通量操作薄膜且各薄膜具有36m2之有效表面積。第一奈米過濾裝置101具有三個薄膜陣列，而第二奈米過濾裝置102具有四個薄膜陣列。在1.79MPa之壓力下，經由泵141(圖中未示)將給水流饋入第一奈米過濾裝置。在2.5MPa之略高壓力下，經由泵142(圖中未示)以3.72立方公尺/小時之速率將第一奈米過濾裝置101之阻留物112饋入第二奈米過濾裝置102。合併奈米過濾裝置101、102之滲透物111、113以形成滲透物130。計算滲透物111以4.77立方公尺/小時之速率放出，且計算滲透物113以2.03 立方公尺/小時之速率放出。計算兩個奈米過濾裝置101、102之總回收速率為6.8立方公尺/小時，其等於給水流90輸入之約80%。奈米過濾單元100之滲透物130之計算的組成顯示在表2中。
奈米過濾單元100之阻留物120經計算以1.69立方公尺/小時之速率自第二奈米過濾裝置102放出，且其計算的組成顯示在下表3中。
以6.8立方公尺/小時之流動速率將此滲透物130饋入具有由Astom公司供應之Acilyzer 25-300電滲析器的電滲析單元200。所得電滲析濃縮液220及稀釋液210之計算的組成分別顯示在下表4及5中。以0.16 立方公尺/小時之速率製造濃縮液220，而以6.64立方公尺/小時之速率製造稀釋液210。
根據表4所示電滲析濃縮液220組成，顯然可使用本發明製造具有大於230,000ppm總溶解鹽及小於700ppm二價離子之氯化鈉鹽水。該鹽水必須經歷其他純化(去電離)步驟以饋入氯鹼電池中。
隨後將電滲析單元200之稀釋液210饋入配備有Filmtech XLE4040薄膜(Dow Chemicals,USA之聚醯胺薄膜)之逆滲透單元300中。該單元為雙通道逆滲透系統，其由第一通道中之3個階段及第二通道中之 單個階段組成。第一通道之3個階段中之每一者所施加之壓力分別為21.66巴、32.78巴及39.19巴。533.43m2之有效薄膜面積內之第一通道的平均通量為8.98公升/平方公尺/小時。第二階段之單個通道所施加之壓力為9.66巴。290.96m2之有效薄膜面積內的第二通道之平均通量為14.33公升/平方公尺/小時。計算逆滲透單元300以4.65立方公尺/小時之速率製造飲用水320且以1.99立方公尺/小時之速率製造逆滲透阻留物310。針對飲用水320及阻留物310計算的組成分別顯示在下表6及7中。
如由表6中之組成可知，可使用本發明方法製造具有小於600mg/l TDS之飲用水320。因此，根據世界衛生組織飲用水品質準則，第 三版，2008，可認為飲用水320之水適口性為良好的。
如圖5所示，可將阻留物310再循環至饋料海水流中以形成合併之饋料90。合併之饋料90具有下表8中所示之組成。給水流90中之海水及阻留物310之各別比例為6.5立方公尺/小時及1.99立方公尺/小時。
以8.49立方公尺/小時之速率將合併之饋料作為給水流90饋入奈米過濾單元100中。奈米過濾單元100之滲透物130及阻留物120的計算的組成分別顯示在下表9及10中。如同製程之最初循環使用海水作為給水流90之情況，據計算，滲透物130將在6.8立方公尺/小時之速率下製造，而阻留物120將在1.69立方公尺/小時之速率下製造。
以6.8立方公尺/小時之速率將此滲透物130饋入電滲析單元200。所得電滲析濃縮液220及稀釋液210之計算的組成分別顯示在下表11及12中。據計算，濃縮液220在0.16立方公尺/小時之速率下製造，而稀釋液210在6.64立方公尺/小時之速率下製造。
根據表11所示電滲析濃縮液220組成，顯然可使用本發明製造具有超過305,000ppm總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水。因此，可使用本發明之此具體實例製造適用於無需其他去電離步驟而直接饋入氯鹼薄膜電池中之氯化鈉鹽水。
在替代方案中，可使用此具體實例之電滲析濃縮液220在製造蘇打灰(碳酸鈉及碳酸氫鈉)方法中(例如在索耳未法中)作為氯化鈉鹽水前驅體。
將電滲析單元200之稀釋液210饋入逆滲透單元300中，該逆滲透單元300為與上述單元300相同之雙通道滲透系統，且使用相同參數操作。此逆滲透單元300以4.648立方公尺/小時之速率製造逆滲透滲透物340(參見圖5中之虛線)且以1.99立方公尺/小時之速率製造逆滲透阻留物310。關於滲透物340及阻留物310所計算之組成分別顯示在下表13及14中。
在一些非圖5所示之具體實例中，可將滲透物340排放至給水源330中或饋入另一微鹹水逆滲透單元(圖中未示)以回收飲用水。將阻留物310再循環至海水輸入流中以獲得給水流90。
實施例2
圖6說明實施例2之製程流程圖。
根據圖5所示之製程，此實施例之給水為具有表15所示組成及SDI小於1.5的海水。此實施例中之給水源330為海。
以8.49立方公尺/小時之速率將海水作為給水流90饋入與上 文實施例1所述之奈米過濾單元100一致的奈米過濾單元100中。奈米過濾單元100之滲透物130之計算的組成顯示在下表16中。
計算奈米過濾單元100之阻留物120以1.69立方公尺/小時之速率自第二奈米過濾裝置102放出，且其計算的組成顯示在下表17中。
以6.8立方公尺/小時之流動速率將此滲透物130饋入電滲析單元200。電滲析單元200具有三個電滲析裝置201、202、203。各電滲析裝置201、202、203配備有由Astom公司供應之Acilyzer 25-300電滲析器。自第一電滲析裝置201放出之電滲析濃縮液212及稀釋液211的計算的組成分別顯示在下表18及19中。濃縮液212在0.16立方公尺/小時之速率下製 造，而稀釋液211在6.64立方公尺/小時之速率下製造。
將第一電滲析裝置201之稀釋液211饋入第二電滲析裝置202中。自第二電滲析裝置202放出之電滲析濃縮液222及稀釋液221的計算的組成分別顯示在下表20及21中。據計算，濃縮液222在0.16立方公尺/小時之速率下製造，而稀釋液221在6.48立方公尺/小時之速率下製造。
將第二電滲析裝置202之稀釋液221饋入第三電滲析裝置203中。自第三電滲析裝置203放出之電滲析濃縮液232及稀釋液210的計算的組成分別顯示在下表22及23中。據計算，濃縮液232在0.152立方公尺/小時之速率下製造，而稀釋液210在6.33立方公尺/小時之速率下製造。根據圖5所示之製程，可將稀釋液210自電滲析單元200供應至逆滲透單元300(圖中未示)中以進一步處理。
將各裝置201、202、203之濃縮液212、222、232合併在一起，形成濃縮液220。自電滲析單元220放出之電滲析濃縮液220的計算組成顯示在下表24中。據計算，以0.472立方公尺/小時之速率製造濃縮液220。
根據表24所示電滲析濃縮液220組成，顯然可使用一系列電滲析裝置以使用本發明方法最大程度地製造具有大於180,000ppm總溶解 鹽及小於700ppm二價離子之氯化鈉鹽水。圖6之示意圖中之虛線係指如下進一步純化鹽水之可能性：藉由將稀釋液210饋入實施例1中所述之相同種類的逆滲透單元300中，且隨後將逆滲透阻留物310再循環返回奈米過濾單元100中。在一些非圖5所示之具體實例中，可將滲透物320排放至海中或饋入另一微鹹水逆滲透單元(圖中未示)以回收飲用水。
圖6之示意圖中之虛線係指如下進一步純化鹽水之可能性：藉由將稀釋液210饋入實施例1中所述之相同種類的逆滲透單元300中，且隨後將逆滲透阻留物310再循環返回奈米過濾單元100中。在一些非圖5所示之具體實例中，可將滲透物320排放至海中或饋入另一微鹹水逆滲透單元(圖中未示)以回收飲用水。
本說明書中對任何先前公開案(或自其獲得之資訊)或對任何已知物質之參考不會且不應視為承認或認同或以任何形式提議該先前公開案(或自其獲得之資訊)或已知物質形成本說明書相關研究領域中之公共常識的一部分。
除非上下文需要，否則貫穿本說明書及下文之申請專利範圍，字語「包含(comprise)」以及諸如「包含(comprises)」及「包含(comprising)」之變體應理解為暗含包括所述整數或步驟或整數群或步驟群，但不排除任何其他整數或步驟或整數群或步驟群。
在不偏離本發明範疇情況下，熟習此項技術者將顯而易知許多修改。

Claims (18)

  1. 一種製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠之氯化鈉鹽水的方法，該方法包含：a)奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自該給水之至少85%的任何二價離子；及b)純化該滲透物以製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的該氯化鈉鹽水，其中步驟b)包含電滲析該滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比該滲透物大之總溶解鹽濃度及比該滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自該滲透物分離之水及二價離子。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟b)進一步包含：使用逆滲透處理該稀釋液以製造逆滲透阻留物；及供應該逆滲透阻留物之至少一部分至步驟a)。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中步驟b)進一步包含：使用化學沈澱及/或離子交換處理該濃縮液以製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的氯化鈉鹽水。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該濃縮液為適合直接用於氯鹼薄膜電池之氯化鈉鹽水。
  5. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該氯化鈉鹽水具有至少180,000ppm之總溶解鹽及小於250ppm之二價離子。
  6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該氯化鈉鹽水具有至少180,000ppm之總溶解鹽及小於250ppm之二價離子。
  7. 一種用於製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠之氯化鈉鹽水的系統，該系統包含：奈米過濾單元，其用於奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自該給水之至少85%的任何二價離子；及 純化單元，其用於接收該滲透物且製造適用於具有氯鹼薄膜電池之氫氧化鈉製造工廠的該氯化鈉鹽水，其中該純化單元包含電滲析單元，該電滲析單元用於接收該滲透物且電滲析該滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比該滲透物大之總溶解鹽濃度及比該滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自該滲透物分離之水及二價離子。
  8. 如申請專利範圍第7項之系統，其中該純化單元進一步包含逆滲透單元，其用於自該電滲析單元接收稀釋液且處理該稀釋液以製造逆滲透阻留物；其中該逆滲透單元以流體方式連接至奈米過濾單元以便供應該逆滲透阻留物之至少一部分至該奈米過濾單元且給水包含該逆滲透阻留物。
  9. 如申請專利範圍第7項或第8項之系統，其中該純化單元進一步包含化學沈澱處理單元及/或離子交換處理單元。
  10. 一種用於製造氫氧化鈉之方法，該方法包含：a)奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自該給水之至少85%的任何二價離子；b)純化該滲透物以製造具有至少180,000ppm的總溶解鹽及小於250ppm的二價離子之氯化鈉鹽水，其中步驟b)包含電滲析該滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比該滲透物大之總溶解鹽濃度及比該滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自該滲透物分離之水及二價離子；及c)在氯鹼薄膜電池中電解該氯化鈉鹽水以製造氫氧化鈉。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中步驟b)進一步包含：使用逆滲透處理該稀釋液以製造逆滲透阻留物；及供應該逆滲透阻留物之至少一部分至步驟a)。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該濃縮液為具有至少180,000ppm總溶解鹽及小於250ppm二價離子之該氯化鈉鹽水。
  13. 如申請專利範圍第10項或第11項之方法，其中步驟b)進一步包含： 使用化學沈澱及/或離子交換處理該濃縮液以製造具有至少180,000ppm總溶解鹽及小於250ppm二價離子之該氯化鈉鹽水。
  14. 一種用於製造氫氧化鈉之系統，該系統包含：奈米過濾單元，其用於奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自該給水之至少85%的任何二價離子；純化單元，其用於接收該滲透物且製造具有至少180,000ppm總溶解鹽及小於250ppm二價離子之氯化鈉鹽水，其中該純化單元包含電滲析單元，該電滲析單元用於接收且電滲析該滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比該滲透物大之總溶解鹽濃度及比該滲透物小之二價離子比例；及稀釋液，該稀釋液包含自該滲透物分離之水及二價離子；及氯鹼薄膜電池，其用於接收且電解該氯化鈉鹽水以製造氫氧化鈉。
  15. 如申請專利範圍第14項之系統，其中該純化單元進一步包含逆滲透單元，該逆滲透單元用於自該電滲析單元接收稀釋液且處理該稀釋液以製造逆滲透阻留物；其中該逆滲透單元以流體方式連接至奈米過濾單元以便供應該逆滲透阻留物之至少一部分至該奈米過濾單元且給水包含該逆滲透阻留物。
  16. 如申請專利範圍第14項或第15項之系統，其中該純化單元進一步包含化學沈澱處理單元及/或離子交換處理單元。
  17. 一種用於商業製造蘇打灰之方法，該方法包含：a)藉由以下製備氯化鈉鹽水：奈米過濾含溶解氯化鈉之給水以製造滲透物及阻留物，其中該阻留物包含來自該給水之至少85%的任何二價離子；純化該滲透物以製造具有至少180,000ppm總溶解鹽及小於250ppm二價離子之該氯化鈉鹽水，包含電滲析該滲透物以製造濃縮液，該濃縮液具有比該滲透物大之總溶解鹽濃度及比該滲透物小之二價離子比例；及稀釋 液，該稀釋液包含自該滲透物分離之水及二價離子；及b)在蘇打灰製造工廠中使用該氯化鈉鹽水。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中在該蘇打灰製造工廠中蘇打灰之該製造係根據索耳未法(Solvay process)執行。
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