专利名称：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，例如生活废水与エ业废水，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号公开ー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，包括在第一压カ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カ的第二压カ以将第一液相分为气态有机相和第二液相。
具体实施例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“大約”、“约”等修饰ー个数值，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増加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个単元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个エ艺參数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从I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I的数值，0. 0001,0. 001，0. 01或者0. I被认为是比较适当的ー个单元。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，如生活废水和エ业废水等。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 gravity drainage,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)和有机物中的至少ー种。本发明涉及的“水溶性有机溶剂”是指在ー种或者多种条件下可与水部分或完全互溶，且在ー种或者多种条件下或者通过ー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°C )常压(约I个大气压)时为气态，适当加大压カ(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ニ甲醚、こ醚、甲こ醚、甲胺、ニ甲胺或前述材料的任意組合。本发明所涉及的第一压カ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カ就越低，施加的第一压カ也相应就较低。在一些实施例中，第一压カ在约I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°C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カ与水溶液混合，也可以气态形式引入以在第一压カ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カ混合吋，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。第二压カ低于第一压力，其可为水溶性有机溶剂从开始气化所需压カ到完全气化所需压カ之间的任意值，第二压カ也可多次施加，并且每次施加的值可以相同也可不同。施加低于第一压カ的第二压カ，例如第二压カ等于第一压カ的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歩处理。例如，如果第ニ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，也可通过ー个或多个步骤进ー步降低压力，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ー步处理，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，在第一压カ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，在第二压カ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ニ甲醚与水溶液在ニ甲醚液化条件混合后产生的固体物时，ニ甲醚转为气态，同时产生固体物、气态ニ甲醚与第ニ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，在第一压カ时，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。施加低于第一压カ的第二压カ，水溶性有机溶剂至少部分由液态转为气态，从而与水分离。本发明在不同的压カ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。例如ニ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參考。但是，这些例子并不用于限制权利要求的范围。例I氯化钠水溶液(5毫升，25wt% )通过具有两个进料ロ的加盖耐压玻璃瓶的其中一个进料ロ加入瓶中。内有压カ为约4个大气压的气态ニ甲醚的容器与另ー个进料ロ连接以将气态ニ甲醚注入瓶内。将玻璃瓶在约_20°C的冷却器中放置5分钟。另外ー个盛有氯化钠水溶液(5毫升，25wt% )但没有通气态ニ甲醚的加盖耐压玻璃瓶也在约_20°C的冷却器中放置5分钟。从冷却器中取出两个玻璃瓶后，发现通气态ニ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，表明ニ甲醚发生了液化。没有通气态ニ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I所示)通过具有两个进料ロ的加盖耐压玻璃瓶的其中一个进料ロ加入瓶中。内有压カ为约4个大气压的气态ニ甲醚的容器与另一个进料ロ连接以将气态ニ甲醚注入瓶内。将玻璃瓶在约_20°C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°C)常压(I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I所
/Jn o表I
权利要求
1.处理水溶液的方法，包括 在第一压カ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； 分尚固体物与第一液相；以及 施加低于第一压カ的第二压カ以将第一液相分为气态有机相和第二液相。
2.如权利要求I所述的处理水溶液的方法，其中第二压カ为大气压力。
3.如权利要求I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I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，在第一压カ液化。
5.如权利要求I所述的处理水溶液的方法，其中第一压カ为约I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°C的温度进行。
7.如权利要求I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カ的第二压カ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I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I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I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ニ甲醚、こ醚、甲こ醚、甲胺、ニ甲胺或其任意組合。
11.如权利要求I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ニ甲醚。
12.如权利要求I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カ至少部分为液态，在第二压カ至少部分为气态。
全文摘要
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。
文档编号C02F9/04GK102963996SQ20111025598
公开日2013年3月13日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者夏激扬, 刘春杰, 熊日华, 蔡巍, 彭文庆 申请人:通用电气公司