處理水溶液的方法

專利名稱：處理水溶液的方法
技術領域：
本發明涉及水處理技術，尤其是處理水溶液的方法。
背景技術：
自然界尚未利用過的水和各種廢水，例如生活廢水與エ業廢水，常常含有懸浮或者溶解于其中的雜質，因而，人們開發了多種水處理技術以在水被使用或排放前去除雜質。例如，美國專利第6365051號公開ー種處理溶解有無機物的水流的方法，其包括步驟(a)向水流中添加有效劑量的有機溶劑以形成包含至少部分無機物的無機沉淀；(b)用真空膜蒸餾從水流中移出至少大部分的有機溶劑；以及(C)在步驟(b)后，從水流中移出至少大部分的無機沉淀。
前述方法在移出無機沉淀前使用真空膜蒸餾，無機沉淀可能會堵塞膜孔，或者在膜上結垢，因此不甚理想。而且，除了無機物外，水中還可能含有有機物，前述方法并未提及去除水中的有機物。現有的其他水處理技術也不能完全滿足現有水處理的實際需要。因此，需要提供新的或者改進的處理水溶液的方法。

發明內容
本發明的一個實施例提供了一種處理水溶液的方法，包括在第一壓カ將有效劑量的水溶性有機溶劑與水溶液混合以產生固體物和第一液相；分離固體物與第一液相；以及施加低于第一壓カ的第二壓カ以將第一液相分為氣態有機相和第二液相。
具體實施例方式說明書中的近似用語用來修飾數量，表示本發明并不限定于該具體數量，還包括與該數量接近的可接受的而不會導致相關基本功能的改變的修正的部分。相應的，用“大約”、“約”等修飾ー個數值，意為本發明不限于該精確數值。在某些例子中，近似用語可能對應于測量數值的儀器的精度。本發明中所提及的數值包括從低到高一個單元一個單元増加的所有數值，此處假設任何較低值與較高值之間間隔至少兩個単元。舉例來說，如果說了一個組分的數量或一個エ藝參數的值，比如，溫度，壓力，時間等等，是從I到90，20到80較佳，30到70最佳，是想表達15到85，22到68，43到51，30到32等數值都已經明白的列舉在此說明書中。對于小于I的數值，0. 0001,0. 001，0. 01或者0. I被認為是比較適當的ー個單元。前述只是想要表達的特別示例，所有在列舉的最低到最高值之間的數值組合均被視為以類似方式清楚地列在本說明書中。本發明涉及的水溶液可為取自自然界尚未利用過的水，也可為各種廢水，如生活廢水和エ業廢水等。在一些實施例中，本發明所涉及的水溶液可為開采原油過程中產生的廢水，例如蒸汽輔助重力泄油(steam assisted gravity drainage,SAGD)過程中產生的廢水。在與有機溶劑混合前，可根據需要先對水溶液進行必要的預處理，例如通過過濾、沉淀等方法去除水中懸浮的固體雜質。水溶液可含有無機鹽、有機物或其組合。在一些實施例中，水溶液可為總溶解固體高于6 %、或高于10%的高鹽溶液。在一些實施例中，水溶液含有銨根離子、金屬離子(如鈉離子、鈣離子、鎂離子、鉀離子等)、酸根離子(如硫酸根離子、氯離子、碳酸根離子、硅酸根離子、硝酸根離子和磷酸根離子等)和有機物中的至少ー種。本發明涉及的“水溶性有機溶劑”是指在ー種或者多種條件下可與水部分或完全互溶，且在ー種或者多種條件下或者通過ー個或者多個步驟可至少一部分轉變為氣相并可與水分離的任何有機物。該水溶性有機溶劑可根據不同應用進行選擇。在一些實施例中，本發明涉及的水 溶性有機溶劑在常溫(約25°C )常壓(約I個大氣壓)時為氣態，適當加大壓カ(如在約20個大氣壓以下)時呈液態。在一些實施例中，所述水溶性有機溶劑為ニ甲醚、こ醚、甲こ醚、甲胺、ニ甲胺或前述材料的任意組合。本發明所涉及的第一壓カ為水溶性有機溶劑可至少部分液化并與水至少部分互溶的壓力，其與溫度相關聯。例如，溫度越低，需要將水溶性有機溶劑完全液化的壓カ就越低，施加的第一壓カ也相應就較低。在一些實施例中，第一壓カ在約I個大氣壓至約20個大氣壓的范圍內，而水溶性有機溶劑與水溶液的混合在低于約80°C的溫度范圍進行。水溶性有機溶劑可在液化后直接以液態形式在第一壓カ與水溶液混合，也可以氣態形式引入以在第一壓カ液化并與水溶液混合。有效劑量的水溶性有機溶劑與水溶液在第一壓カ混合吋，與水至少部分互溶，產生固體物和第一液相。固體物為水溶液中溶質的沉淀析出物或結晶析出物，如氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀、碳酸鈣等鹽。第一液相為水與水溶性有機溶劑至少部分混溶的混合物，也可能含有部分水溶液中溶質的殘留。第一液相可為水與水溶性有機溶劑完全互溶的均一液相，也可為水與水溶性有機溶劑部分互溶的相互之間分層排列的兩個以上液相的組合。固體物和第一液相的分離可通過任何固液分離的裝置或方法，如水力旋流、離心分離、壓濾、過濾、或者前述裝置或方法的任意結合。第二壓カ低于第一壓力，其可為水溶性有機溶劑從開始氣化所需壓カ到完全氣化所需壓カ之間的任意值，第二壓カ也可多次施加，并且每次施加的值可以相同也可不同。施加低于第一壓カ的第二壓カ，例如第二壓カ等于第一壓カ的80 %、大氣壓力或者負壓，水溶性有機溶劑至少部分氣化，第一液相分為氣態有機相和第二液相。氣態有機相可以直接排放，也可回收后重復利用來處理水溶液，或用于其它用途。第二液相可含水、殘留的液態水溶性有機溶劑和殘留的溶質。如果第二液相滿足直接使用或排放的要求，即可直接使用或排放。反之，則可用各種水處理技術對第二液相進行進一歩處理。例如，如果第ニ液相中殘留有液態水溶性有機溶劑，其可與水完全互溶也可與水部分互溶，第二液相可為水與水溶性有機溶劑完全互溶的均一液相，也可為水與水溶性有機溶劑部分互溶的相互之間分層排列的兩個以上液相的組合，可通過各種液-液分離技術將液態水溶性有機溶劑與水分離，也可通過ー個或多個步驟進ー步降低壓力，使水溶性有機溶劑加大氣化的比例直至完全氣化，以與水氣液分離。如果第二液相中的殘留溶質需要進ー步處理，則可重復本發明所涉及方法去除，也可用別的去除水溶液中溶質的方法，例如通過施加負壓將水中溶解的氣體(如溶解于水中的氣態水溶性有機溶劑)抽出。固體物和水溶性有機溶劑從第一液相的分離可以同時進行，也可先后進行。在一些實施例中，在第一壓カ先將固體物與第一液相分離，再施加第二壓力，使水溶性有機溶劑至少部分轉化為氣態，產生氣態有機相和第二液相。在一些實施例中，在第二壓カ同時將氣態有機相和固體物分離出來，產生第二液相，例如在室溫大氣壓過濾ニ甲醚與水溶液在ニ甲醚液化條件混合后產生的固體物時，ニ甲醚轉為氣態，同時產生固體物、氣態ニ甲醚與第ニ液相三種不同相態的產物。本發明采用水溶性有機溶劑來處理水溶液，在第一壓カ時，水與水溶性有機溶劑彼此至少部分互溶，水溶液的溶質在水溶性有機溶劑內的溶解度低的會大部分沉淀析出或者結晶析出形成固體物。施加低于第一壓カ的第二壓カ，水溶性有機溶劑至少部分由液態轉為氣態，從而與水分離。本發明在不同的壓カ條件分別實現水溶性有機溶劑與水溶液的混合與分離，水溶性有機溶劑與水可至少部分通過氣液兩相分離，操作簡單，對能量要求不高。例如ニ甲醚在室溫大氣壓即為氣態，即可與水分離。
實驗示例以下實驗例子可以為本領域中具有一般技能的人實施該發明提供參考。但是，這些例子并不用于限制權利要求的范圍。例I氯化鈉水溶液(5毫升，25wt% )通過具有兩個進料ロ的加蓋耐壓玻璃瓶的其中一個進料ロ加入瓶中。內有壓カ為約4個大氣壓的氣態ニ甲醚的容器與另ー個進料ロ連接以將氣態ニ甲醚注入瓶內。將玻璃瓶在約_20°C的冷卻器中放置5分鐘。另外ー個盛有氯化鈉水溶液(5毫升，25wt% )但沒有通氣態ニ甲醚的加蓋耐壓玻璃瓶也在約_20°C的冷卻器中放置5分鐘。從冷卻器中取出兩個玻璃瓶后，發現通氣態ニ甲醚的瓶中有固體物和第一液相，表明氯化鈉析出了。第一液相的量為約10毫升，比原本加入的氯化鈉水溶液量大，表明ニ甲醚發生了液化。沒有通氣態ニ甲醚的瓶中沒有發現變化。例2水溶液(5毫升，其樣本的分析數據如下表I所示)通過具有兩個進料ロ的加蓋耐壓玻璃瓶的其中一個進料ロ加入瓶中。內有壓カ為約4個大氣壓的氣態ニ甲醚的容器與另一個進料ロ連接以將氣態ニ甲醚注入瓶內。將玻璃瓶在約_20°C的冷卻器中放置5分鐘。從冷卻器中取出玻璃瓶后，發現瓶中有固體物和第一液相。第一液相的量為約10毫升，比原本加入的水溶液量大。在常溫(25°C)常壓(I個大氣壓)過濾，得到約5毫升第二液相和約0. 29克固體物。可以得知在過濾過程中二甲醚至少部分氣化，產生氣態有機相，并已經至少部分與第二液相分離。對第二液相和固體物進行樣本分析，結果如下表I所
/Jn o表I
權利要求
1.處理水溶液的方法，包括 在第一壓カ將有效劑量的水溶性有機溶劑與水溶液混合以產生固體物和第一液相； 分尚固體物與第一液相；以及 施加低于第一壓カ的第二壓カ以將第一液相分為氣態有機相和第二液相。
2.如權利要求I所述的處理水溶液的方法，其中第二壓カ為大氣壓力。
3.如權利要求I所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機溶劑在與水溶液混合前為液態。
4.如權利要求I所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機溶劑在與水溶液混合前為氣態，在第一壓カ液化。
5.如權利要求I所述的處理水溶液的方法，其中第一壓カ為約I個大氣壓至約20個大氣壓。
6.如權利要求5所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機溶劑與水溶液的混合在低于約80°C的溫度進行。
7.如權利要求I所述的處理水溶液的方法，其中所述分離固體物與第一液相的步驟先于施加低于第一壓カ的第二壓カ以將第一液相分為氣態有機相和第二液相的步驟。
8.如權利要求I所述的處理水溶液的方法，其中固體物包含氯化鈉。
9.如權利要求I所述的處理水溶液的方法，其中水溶液為蒸汽輔助重力泄油過程中產生的廢水。
10.如權利要求I至9中任一項所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機溶劑為ニ甲醚、こ醚、甲こ醚、甲胺、ニ甲胺或其任意組合。
11.如權利要求I至9中任一項所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機溶劑為ニ甲醚。
12.如權利要求I至9中任一項所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機溶劑在第一壓カ至少部分為液態，在第二壓カ至少部分為氣態。
全文摘要
本發明公開一種處理水溶液的方法，包括在第一壓力將有效劑量的水溶性有機溶劑與水溶液混合以產生固體物和第一液相；分離固體物與第一液相；以及施加低于第一壓力的第二壓力以將第一液相分為氣態有機相和第二液相。
文檔編號C02F9/04GK102963996SQ20111025598
公開日2013年3月13日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者夏激揚, 劉春杰, 熊日華, 蔡巍, 彭文慶 申請人:通用電氣公司