專利名稱：處理水溶液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)，尤其是處理水溶液的方法。
背景技術(shù)：
自然界尚未利用過的水和各種廢水，例如生活廢水與エ業(yè)廢水，常常含有懸浮或者溶解于其中的雜質(zhì)，因而，人們開發(fā)了多種水處理技術(shù)以在水被使用或排放前去除雜質(zhì)。例如，美國(guó)專利第6365051號(hào)公開ー種處理溶解有無機(jī)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(jī)溶劑以形成包含至少部分無機(jī)物的無機(jī)沉淀；(b)用真空膜蒸餾從水流中移出至少大部分的有機(jī)溶劑；以及(C)在步驟(b)后，從水流中移出至少大部分的無機(jī)沉淀。
前述方法在移出無機(jī)沉淀前使用真空膜蒸餾，無機(jī)沉淀可能會(huì)堵塞膜孔，或者在膜上結(jié)垢，因此不甚理想。而且，除了無機(jī)物外，水中還可能含有有機(jī)物，前述方法并未提及去除水中的有機(jī)物?，F(xiàn)有的其他水處理技術(shù)也不能完全滿足現(xiàn)有水處理的實(shí)際需要。因此，需要提供新的或者改進(jìn)的處理水溶液的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(jī)溶劑與水溶液混合以產(chǎn)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(tài)有機(jī)相和第二液相。
具體實(shí)施例方式說明書中的近似用語用來修飾數(shù)量，表示本發(fā)明并不限定于該具體數(shù)量，還包括與該數(shù)量接近的可接受的而不會(huì)導(dǎo)致相關(guān)基本功能的改變的修正的部分。相應(yīng)的，用“大約”、“約”等修飾ー個(gè)數(shù)值，意為本發(fā)明不限于該精確數(shù)值。在某些例子中，近似用語可能對(duì)應(yīng)于測(cè)量數(shù)值的儀器的精度。本發(fā)明中所提及的數(shù)值包括從低到高一個(gè)單元一個(gè)單元増加的所有數(shù)值，此處假設(shè)任何較低值與較高值之間間隔至少兩個(gè)単元。舉例來說，如果說了一個(gè)組分的數(shù)量或一個(gè)エ藝參數(shù)的值，比如，溫度，壓力，時(shí)間等等，是從I到90，20到80較佳，30到70最佳，是想表達(dá)15到85，22到68，43到51，30到32等數(shù)值都已經(jīng)明白的列舉在此說明書中。對(duì)于小于I的數(shù)值，0. 0001,0. 001，0. 01或者0. I被認(rèn)為是比較適當(dāng)?shù)末`個(gè)單元。前述只是想要表達(dá)的特別示例，所有在列舉的最低到最高值之間的數(shù)值組合均被視為以類似方式清楚地列在本說明書中。本發(fā)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(yè)廢水等。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明所涉及的水溶液可為開采原油過程中產(chǎn)生的廢水，例如蒸汽輔助重力泄油(steam assisted gravity drainage,SAGD)過程中產(chǎn)生的廢水。在與有機(jī)溶劑混合前，可根據(jù)需要先對(duì)水溶液進(jìn)行必要的預(yù)處理，例如通過過濾、沉淀等方法去除水中懸浮的固體雜質(zhì)。水溶液可含有無機(jī)鹽、有機(jī)物或其組合。在一些實(shí)施例中，水溶液可為總?cè)芙夤腆w高于6 %、或高于10%的高鹽溶液。在一些實(shí)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(jī)物中的至少ー種。本發(fā)明涉及的“水溶性有機(jī)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(gè)或者多個(gè)步驟可至少一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗖⒖膳c水分離的任何有機(jī)物。該水溶性有機(jī)溶劑可根據(jù)不同應(yīng)用進(jìn)行選擇。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及的水 溶性有機(jī)溶劑在常溫(約25°C )常壓(約I個(gè)大氣壓)時(shí)為氣態(tài)，適當(dāng)加大壓カ(如在約20個(gè)大氣壓以下)時(shí)呈液態(tài)。在一些實(shí)施例中，所述水溶性有機(jī)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(fā)明所涉及的第一壓カ為水溶性有機(jī)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(guān)聯(lián)。例如，溫度越低，需要將水溶性有機(jī)溶劑完全液化的壓カ就越低，施加的第一壓カ也相應(yīng)就較低。在一些實(shí)施例中，第一壓カ在約I個(gè)大氣壓至約20個(gè)大氣壓的范圍內(nèi)，而水溶性有機(jī)溶劑與水溶液的混合在低于約80°C的溫度范圍進(jìn)行。水溶性有機(jī)溶劑可在液化后直接以液態(tài)形式在第一壓カ與水溶液混合，也可以氣態(tài)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(jī)溶劑與水溶液在第一壓カ混合吋，與水至少部分互溶，產(chǎn)生固體物和第一液相。固體物為水溶液中溶質(zhì)的沉淀析出物或結(jié)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(jī)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(zhì)的殘留。第一液相可為水與水溶性有機(jī)溶劑完全互溶的均一液相，也可為水與水溶性有機(jī)溶劑部分互溶的相互之間分層排列的兩個(gè)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(jié)合。第二壓カ低于第一壓力，其可為水溶性有機(jī)溶劑從開始?xì)饣鑹亥酵耆珰饣鑹亥g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(fù)壓，水溶性有機(jī)溶劑至少部分氣化，第一液相分為氣態(tài)有機(jī)相和第二液相。氣態(tài)有機(jī)相可以直接排放，也可回收后重復(fù)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(tài)水溶性有機(jī)溶劑和殘留的溶質(zhì)。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(shù)對(duì)第二液相進(jìn)行進(jìn)一歩處理。例如，如果第ニ液相中殘留有液態(tài)水溶性有機(jī)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(jī)溶劑完全互溶的均一液相，也可為水與水溶性有機(jī)溶劑部分互溶的相互之間分層排列的兩個(gè)以上液相的組合，可通過各種液-液分離技術(shù)將液態(tài)水溶性有機(jī)溶劑與水分離，也可通過ー個(gè)或多個(gè)步驟進(jìn)ー步降低壓力，使水溶性有機(jī)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(zhì)需要進(jìn)ー步處理，則可重復(fù)本發(fā)明所涉及方法去除，也可用別的去除水溶液中溶質(zhì)的方法，例如通過施加負(fù)壓將水中溶解的氣體(如溶解于水中的氣態(tài)水溶性有機(jī)溶劑)抽出。固體物和水溶性有機(jī)溶劑從第一液相的分離可以同時(shí)進(jìn)行，也可先后進(jìn)行。在一些實(shí)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(jī)溶劑至少部分轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，產(chǎn)生氣態(tài)有機(jī)相和第二液相。在一些實(shí)施例中，在第二壓カ同時(shí)將氣態(tài)有機(jī)相和固體物分離出來，產(chǎn)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(chǎn)生的固體物時(shí)，ニ甲醚轉(zhuǎn)為氣態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生固體物、氣態(tài)ニ甲醚與第ニ液相三種不同相態(tài)的產(chǎn)物。本發(fā)明采用水溶性有機(jī)溶劑來處理水溶液，在第一壓カ時(shí)，水與水溶性有機(jī)溶劑彼此至少部分互溶，水溶液的溶質(zhì)在水溶性有機(jī)溶劑內(nèi)的溶解度低的會(huì)大部分沉淀析出或者結(jié)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(jī)溶劑至少部分由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，從而與水分離。本發(fā)明在不同的壓カ條件分別實(shí)現(xiàn)水溶性有機(jī)溶劑與水溶液的混合與分離，水溶性有機(jī)溶劑與水可至少部分通過氣液兩相分離，操作簡(jiǎn)單，對(duì)能量要求不高。例如ニ甲醚在室溫大氣壓即為氣態(tài)，即可與水分離。
實(shí)驗(yàn)示例以下實(shí)驗(yàn)例子可以為本領(lǐng)域中具有一般技能的人實(shí)施該發(fā)明提供參考。但是，這些例子并不用于限制權(quán)利要求的范圍。例I氯化鈉水溶液(5毫升，25wt% )通過具有兩個(gè)進(jìn)料ロ的加蓋耐壓玻璃瓶的其中一個(gè)進(jìn)料ロ加入瓶中。內(nèi)有壓カ為約4個(gè)大氣壓的氣態(tài)ニ甲醚的容器與另ー個(gè)進(jìn)料ロ連接以將氣態(tài)ニ甲醚注入瓶?jī)?nèi)。將玻璃瓶在約_20°C的冷卻器中放置5分鐘。另外ー個(gè)盛有氯化鈉水溶液(5毫升，25wt% )但沒有通氣態(tài)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(gè)玻璃瓶后，發(fā)現(xiàn)通氣態(tài)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(fā)生了液化。沒有通氣態(tài)ニ甲醚的瓶中沒有發(fā)現(xiàn)變化。例2水溶液(5毫升，其樣本的分析數(shù)據(jù)如下表I所示)通過具有兩個(gè)進(jìn)料ロ的加蓋耐壓玻璃瓶的其中一個(gè)進(jìn)料ロ加入瓶中。內(nèi)有壓カ為約4個(gè)大氣壓的氣態(tài)ニ甲醚的容器與另一個(gè)進(jìn)料ロ連接以將氣態(tài)ニ甲醚注入瓶?jī)?nèi)。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(fā)現(xiàn)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(gè)大氣壓)過濾，得到約5毫升第二液相和約0. 29克固體物?？梢缘弥谶^濾過程中二甲醚至少部分氣化，產(chǎn)生氣態(tài)有機(jī)相，并已經(jīng)至少部分與第二液相分離。對(duì)第二液相和固體物進(jìn)行樣本分析，結(jié)果如下表I所
/Jn o表I
權(quán)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(jī)溶劑與水溶液混合以產(chǎn)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(tài)有機(jī)相和第二液相。
2.如權(quán)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(quán)利要求I所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機(jī)溶劑在與水溶液混合前為液態(tài)。
4.如權(quán)利要求I所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機(jī)溶劑在與水溶液混合前為氣態(tài)，在第一壓カ液化。
5.如權(quán)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(gè)大氣壓至約20個(gè)大氣壓。
6.如權(quán)利要求5所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機(jī)溶劑與水溶液的混合在低于約80°C的溫度進(jìn)行。
7.如權(quán)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(tài)有機(jī)相和第二液相的步驟。
8.如權(quán)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(quán)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(chǎn)生的廢水。
10.如權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機(jī)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(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機(jī)溶劑為ニ甲醚。
12.如權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的處理水溶液的方法，其中水溶性有機(jī)溶劑在第一壓カ至少部分為液態(tài)，在第二壓カ至少部分為氣態(tài)。
全文摘要
本發(fā)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(jī)溶劑與水溶液混合以產(chǎn)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(tài)有機(jī)相和第二液相。
文檔編號(hào)C02F9/04GK102963996SQ20111025598
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者夏激揚(yáng), 劉春杰, 熊日華, 蔡巍, 彭文慶 申請(qǐng)人:通用電氣公司