CN102963996A - 处理水溶液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种处理水溶液的方法，包括：在第一压力将有效剂量的水溶性有机溶剂与水溶液混合以产生固体物和第一液相；分离固体物与第一液相；以及施加低于第一压力的第二压力以将第一液相分为气态有机相和第二液相。

Description

处理水溶液的方法
技术领域
本发明涉及水处理技术，尤其是处理水溶液的方法。
背景技术
自然界尚未利用过的水和各种废水，例如生活废水与工业废水，常常含有悬浮或者溶解于其中的杂质，因而，人们开发了多种水处理技术以在水被使用或排放前去除杂质。
例如，美国专利第6365051号公开一种处理溶解有无机物的水流的方法，其包括步骤：(a)向水流中添加有效剂量的有机溶剂以形成包含至少部分无机物的无机沉淀；(b)用真空膜蒸馏从水流中移出至少大部分的有机溶剂；以及(c)在步骤(b)后，从水流中移出至少大部分的无机沉淀。
前述方法在移出无机沉淀前使用真空膜蒸馏，无机沉淀可能会堵塞膜孔，或者在膜上结垢，因此不甚理想。而且，除了无机物外，水中还可能含有有机物，前述方法并未提及去除水中的有机物。
现有的其他水处理技术也不能完全满足现有水处理的实际需要。
因此，需要提供新的或者改进的处理水溶液的方法。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种处理水溶液的方法，包括：在第一压力将有效剂量的水溶性有机溶剂与水溶液混合以产生固体物和第一液相；分离固体物与第一液相；以及施加低于第一压力的第二压力以将第一液相分为气态有机相和第二液相。
具体实施方式
说明书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。
本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从1到90，20到80较佳，30到70最佳，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于1的数值，0.0001，0.001，0.01或者0.1被认为是比较适当的一个单元。前述只是想要表达的特别示例，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。
本发明涉及的水溶液可为取自自然界尚未利用过的水，也可为各种废水，如生活废水和工业废水等。在一些实施例中，本发明所涉及的水溶液可为开采原油过程中产生的废水，例如蒸汽辅助重力泄油(steam assisted gravitydrainage，SAGD)过程中产生的废水。在与有机溶剂混合前，可根据需要先对水溶液进行必要的预处理，例如通过过滤、沉淀等方法去除水中悬浮的固体杂质。
水溶液可含有无机盐、有机物或其组合。在一些实施例中，水溶液可为总溶解固体高于6％、或高于10％的高盐溶液。在一些实施例中，水溶液含有铵根离子、金属离子(如钠离子、钙离子、镁离子、钾离子等)、酸根离子(如硫酸根离子、氯离子、碳酸根离子、硅酸根离子、硝酸根离子和磷酸根离子等)和有机物中的至少一种。
本发明涉及的“水溶性有机溶剂”是指在一种或者多种条件下可与水部分或完全互溶，且在一种或者多种条件下或者通过一个或者多个步骤可至少一部分转变为气相并可与水分离的任何有机物。
该水溶性有机溶剂可根据不同应用进行选择。在一些实施例中，本发明涉及的水溶性有机溶剂在常温(约25℃)常压(约1个大气压)时为气态，适当加大压力(如在约20个大气压以下)时呈液态。在一些实施例中，所述水溶性有机溶剂为二甲醚、***、甲***、甲胺、二甲胺或前述材料的任意组合。
本发明所涉及的第一压力为水溶性有机溶剂可至少部分液化并与水至少部分互溶的压力，其与温度相关联。例如，温度越低，需要将水溶性有机溶剂完全液化的压力就越低，施加的第一压力也相应就较低。在一些实施例中，第一压力在约1个大气压至约20个大气压的范围内，而水溶性有机溶剂与水溶液的混合在低于约80℃的温度范围进行。
水溶性有机溶剂可在液化后直接以液态形式在第一压力与水溶液混合，也可以气态形式引入以在第一压力液化并与水溶液混合。
有效剂量的水溶性有机溶剂与水溶液在第一压力混合时，与水至少部分互溶，产生固体物和第一液相。固体物为水溶液中溶质的沉淀析出物或结晶析出物，如氯化钠、氯化钙、氯化钾、碳酸钙等盐。第一液相为水与水溶性有机溶剂至少部分混溶的混合物，也可能含有部分水溶液中溶质的残留。第一液相可为水与水溶性有机溶剂完全互溶的均一液相，也可为水与水溶性有机溶剂部分互溶的相互之间分层排列的两个以上液相的组合。
固体物和第一液相的分离可通过任何固液分离的装置或方法，如水力旋流、离心分离、压滤、过滤、或者前述装置或方法的任意结合。
第二压力低于第一压力，其可为水溶性有机溶剂从开始气化所需压力到完全气化所需压力之间的任意值，第二压力也可多次施加，并且每次施加的值可以相同也可不同。
施加低于第一压力的第二压力，例如第二压力等于第一压力的80％、大气压力或者负压，水溶性有机溶剂至少部分气化，第一液相分为气态有机相和第二液相。气态有机相可以直接排放，也可回收后重复利用来处理水溶液，或用于其它用途。第二液相可含水、残留的液态水溶性有机溶剂和残留的溶质。如果第二液相满足直接使用或排放的要求，即可直接使用或排放。反之，则可用各种水处理技术对第二液相进行进一步处理。例如，如果第二液相中残留有液态水溶性有机溶剂，其可与水完全互溶也可与水部分互溶，第二液相可为水与水溶性有机溶剂完全互溶的均一液相，也可为水与水溶性有机溶剂部分互溶的相互之间分层排列的两个以上液相的组合，可通过各种液-液分离技术将液态水溶性有机溶剂与水分离，也可通过一个或多个步骤进一步降低压力，使水溶性有机溶剂加大气化的比例直至完全气化，以与水气液分离。如果第二液相中的残留溶质需要进一步处理，则可重复本发明所涉及方法去除，也可用别的去除水溶液中溶质的方法，例如通过施加负压将水中溶解的气体(如溶解于水中的气态水溶性有机溶剂)抽出。
固体物和水溶性有机溶剂从第一液相的分离可以同时进行，也可先后进行。在一些实施例中，在第一压力先将固体物与第一液相分离，再施加第二压力，使水溶性有机溶剂至少部分转化为气态，产生气态有机相和第二液相。在一些实施例中，在第二压力同时将气态有机相和固体物分离出来，产生第二液相，例如在室温大气压过滤二甲醚与水溶液在二甲醚液化条件混合后产生的固体物时，二甲醚转为气态，同时产生固体物、气态二甲醚与第二液相三种不同相态的产物。
本发明采用水溶性有机溶剂来处理水溶液，在第一压力时，水与水溶性有机溶剂彼此至少部分互溶，水溶液的溶质在水溶性有机溶剂内的溶解度低的会大部分沉淀析出或者结晶析出形成固体物。施加低于第一压力的第二压力，水溶性有机溶剂至少部分由液态转为气态，从而与水分离。本发明在不同的压力条件分别实现水溶性有机溶剂与水溶液的混合与分离，水溶性有机溶剂与水可至少部分通过气液两相分离，操作简单，对能量要求不高。例如二甲醚在室温大气压即为气态，即可与水分离。
实验示例
以下实验例子可以为本领域中具有一般技能的人实施该发明提供参考。但是，这些例子并不用于限制权利要求的范围。
例1
氯化钠水溶液(5毫升，25wt％)通过具有两个进料口的加盖耐压玻璃瓶的其中一个进料口加入瓶中。内有压力为约4个大气压的气态二甲醚的容器与另一个进料口连接以将气态二甲醚注入瓶内。将玻璃瓶在约-20℃的冷却器中放置5分钟。
另外一个盛有氯化钠水溶液(5毫升，25wt％)但没有通气态二甲醚的加盖耐压玻璃瓶也在约-20℃的冷却器中放置5分钟。
从冷却器中取出两个玻璃瓶后，发现通气态二甲醚的瓶中有固体物和第一液相，表明氯化钠析出了。第一液相的量为约10毫升，比原本加入的氯化钠水溶液量大，表明二甲醚发生了液化。没有通气态二甲醚的瓶中没有发现变化。
例2
水溶液(5毫升，其样本的分析数据如下表1所示)通过具有两个进料口的加盖耐压玻璃瓶的其中一个进料口加入瓶中。内有压力为约4个大气压的气态二甲醚的容器与另一个进料口连接以将气态二甲醚注入瓶内。将玻璃瓶在约-20℃的冷却器中放置5分钟。
从冷却器中取出玻璃瓶后，发现瓶中有固体物和第一液相。第一液相的量为约10毫升，比原本加入的水溶液量大。在常温(25℃)常压(1个大气压)过滤，得到约5毫升第二液相和约0.29克固体物。可以得知在过滤过程中二甲醚至少部分气化，产生气态有机相，并已经至少部分与第二液相分离。对第二液相和固体物进行样本分析，结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0000087954270000051
表1中的pH值是在以1比50的比例稀释后的溶液中测的。从表1可以看出，第二液相样本中的大多数被分析物浓度均低于其在水溶液样本中的浓度。非酸溶性物质(主要为硅)情况有些不同，可能是因为实验过程中反应和存储容器都采用玻璃材质，而强碱性的溶液将玻璃中的硅部分溶解，导致硅的浓度升高。
从表1也可看出，从固体物样本中测得了钠离子、钾离子、氯离子和碳酸钙而且氯化钠的浓度较高。
从本实验结果可以看出，本发明所涉及的方法可用于从高盐(高总溶解固体)高有机物(高总有机碳)的水溶液中去除盐(以总溶解固体表征)和有机物(以总有机碳表征)等杂质。
虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以对本发明作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书意图覆盖在本发明真正构思范围内的所有这些修改和变型。

Claims (12)

1.处理水溶液的方法，包括：
在第一压力将有效剂量的水溶性有机溶剂与水溶液混合以产生固体物和第一液相；
分离固体物与第一液相；以及
施加低于第一压力的第二压力以将第一液相分为气态有机相和第二液相。
2.如权利要求1所述的处理水溶液的方法，其中第二压力为大气压力。
3.如权利要求1所述的处理水溶液的方法，其中水溶性有机溶剂在与水溶液混合前为液态。
4.如权利要求1所述的处理水溶液的方法，其中水溶性有机溶剂在与水溶液混合前为气态，在第一压力液化。
5.如权利要求1所述的处理水溶液的方法，其中第一压力为约1个大气压至约20个大气压。
6.如权利要求5所述的处理水溶液的方法，其中水溶性有机溶剂与水溶液的混合在低于约80℃的温度进行。
7.如权利要求1所述的处理水溶液的方法，其中所述分离固体物与第一液相的步骤先于施加低于第一压力的第二压力以将第一液相分为气态有机相和第二液相的步骤。
8.如权利要求1所述的处理水溶液的方法，其中固体物包含氯化钠。
9.如权利要求1所述的处理水溶液的方法，其中水溶液为蒸汽辅助重力泄油过程中产生的废水。
10.如权利要求1至9中任一项所述的处理水溶液的方法，其中水溶性有机溶剂为二甲醚、***、甲***、甲胺、二甲胺或其任意组合。
11.如权利要求1至9中任一项所述的处理水溶液的方法，其中水溶性有机溶剂为二甲醚。
12.如权利要求1至9中任一项所述的处理水溶液的方法，其中水溶性有机溶剂在第一压力至少部分为液态，在第二压力至少部分为气态。
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