污物回收系统和方法

专利名称：污物回收系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种油回收系统和方法。具体地说，本发明涉及一种自持可浮动的油污物回收设备和该设备的使用方法。
背景技术：
由于油船触礁和它们漏的油进入世界航道似乎是经常发生的事，因此漏油清除技术就是一件非常有意义的活动。已经提出了各种各样的方法，试图在漏油后回收油，以防止损害水中的生物和环境的其它方面。在现有技术中，已经建议使用化学添加物、多孔材料以及各种片材和阻挡层回收漏油，后者的代表是1992年6月授予Robeson等的美国专利5120598号。Robeson等公开的文件提供了一种由聚乙烯醇超细纤维制成的吸盘(mat)产品。该纤维制成一个吸盘，并与泄漏的油接触。其结果是纤维吸入泄漏的油。
Robeson等的设备虽然是有价值和有用的产品，但是一旦纤维吸盘被漏油饱和后，仍需要除去水面的浮油。此外，在该垫子以相似方式使用前，可能必须从该吸盘上除去油。很清楚，从时间的观点来看，这是一麻烦而费钱的方法。
1991年12月17日授予Conradi等美国专利5073261提供了一种带进出口和由不渗水的橡皮材料制成的可折叠的容器。该可折叠容器与将油-水混合物排入容器的入口连接。该容器用挡板等制成，特别适合装油，随后该装油容器拖到其它位置除去油。这种设备不是从含油的水体中立即除去油，而是当盛有油的容器仍在水中时，从含油的水体中分离油。因此，即使浮在水中的容器内已吸入了大量的油，在水面上也有残油存留的可能性。
其它一般相关的技术包括美国专利4492957和4305819。
鉴于现有技术已经提出的清除漏油的可能解决办法，很清楚，仍需要更先进的从水体中除去并回收的大量油或其它污物的系统，该系统可以是漂浮和/或自持的，并不要求从漂浮的吸收材料中挤、压或其它挤出回收的油和/或污物。
发明概述本发明的一个目的是提供改进的油回收系统和使用该系统的方法。
本发明一个实施方案的另一个目的是提供用于从含待回收的污物的液体中回收不互溶污物的纤维设备，该装置包括多个与污物接触的，在其上有孔的中空纤维；该纤维适于与经该中空纤维抽吸装置连接以抽吸污物。
该中空纤维可以下述方式排列，辐射式、平行方式、交叉方式排列，捆成一束或几束，与吸盘结构相结合，或与适宜的基材如布材或聚合物膜相结合。对本领域内的技术人员来说，许多其它的排列方式也是明显的。
关于纤维，优选孔的平均孔径为0.03-约5μm的微孔纤维。当然，孔径随纤维的用途而改变。
中空纤维的适宜材料包括聚烯烃类，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚戊烯、聚(4-甲基-异戊烯)和至少有一个氟原子的它们的卤取代衍生物。聚碳酸酯类；聚苯氧；聚苯乙烯和至少有一个氟原子的卤取代聚苯乙烯；乙烯化(et hylenically)不饱和烃类和/或至少有一个氟原子的卤取代的乙烯化不饱和烃类的共聚物，所述乙烯化不饱和烃类和它们的卤取代衍生物包括乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、己烯、一氟代乙烯、1，1-二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯等；和掺和聚合物如聚乙烯与聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚苯乙烯的混合物；聚丙烯与聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯的混合物；聚偏氟乙烯与聚砜、聚丙烯腈、聚苯氧或聚四氟乙烯的混合物等等。可采用的物料的优选实例(用作主要成分)包括聚乙烯、至少有一个氟原子的卤取代聚乙烯、聚丙烯，至少有一个氟原子的卤取代聚丙烯、聚碳酸酯或聚苯氧；或选自下述单体的两种或三种单体的共聚物，这些单体是乙烯、丙烯和四氟乙烯。还要指出的是，不同临界表面张力的许多组分是可以组合使用的，低临界表面张力的组分的比例越高，生成的整个聚合物的临界表面张就越低。
贮存装置和抽吸装置可以设置在浮置平台上，适于纤维装置与抽吸装置相连接。抽吸装置可以包括一台在中空纤维中足以产生充分的抽吸作用的适宜泵，以便通过中空纤维吸入油并存放贮存装置中。
人们希望有一台自动推进的自持单元，贮存装置可以设一水的排放出口，还包括一个强制排放水流的水排放出口。例如，可以使用强制排放的水流推动浮置回收系统通过油膜区域。
除上述之外，该设备通常还包括一台接收器，因此，该设备可以遥控。在这方面，该设备可以包括一用于析测来自遥控点的信号的无线电接收器或其它适宜的电磁装置。另外，该设备还可以通过任何适宜的装置手动地移动，而且还包括连接夹具，以提供牵引该装置的可能性。
可遥控性是一个方便的特征，因为既使在该区域，例如表面着火区、毒烟雾等区域的危险情况下，也允许使用者接近油、化学品或其它污物泄漏区域。
本发明的另一个目的是提供在水体上的回收油的方法，该方法包括:
提供一中空纤维阵列；将纤维置于油或油/水混合物中；在负压条件下，把油吸入纤维并回收油。
本发明的另一目的是提供用于从含要回收污物的液体中回收不互溶污物的吸盘，该吸盘包括多根带空腔的中空纤维，用于接触污物；适于与抽吸装置相连接的纤维，以吸入污物并使之通过中空纤维和回收装置。
本领域内的技术人员清楚，虽然讨论了装置在回收油方面的用途，但是许多与水混合或浮在水体上的不互溶物质也可以使用本发明装置中的发明构思来回收。
本发明还有一个目的是提供被不互溶污物污染了的水的净化方法，该方法包括的步骤如下提供在其中有孔的中空纤维装置；使不互溶的污物与纤维接触；在负压条件下用纤维收集污物；和从水中分离污物。
如上所述，设想该装置有许多用途。除部分利用地面设备的自持装置或浮置装置外，本发明可以采用牵引的装置，中空纤维被牵引在大漂浮容器例如一袋或其它的漂浮载运容器的后面。其明显的好处在于可以除去从容器中漏出的上层表面残油。用这种方式，装置有效地自净容器经过的水面。
被明显地估计在本发明范围内的其它装置包括利用适宜构型例如吸盘，或用于衬在污水池如矿山尾渣池的其它构型的纤维。而且，该装置可全部浸在污水中，例如污水河的沉积物床、湖泊沉积床等中，以净化污水。
当以吸盘或束的方式使用时，纤维以堆积的方式放置在被处理的区域内，该堆积方式包括纤维束、吸盘、编织或非织吸盘的方式堆积，或采用基材支撑纤维或前述布置方式的任意组合。
十分清楚，纤维和设想的装置可以与污物水栅结合使用，或与任何其它的污水净化系统结合使用。
这样本发明已进行了一般的描述，现在参考附图，描述优选的方案。
附图概述

图1是本发明的一个实施方案的吸盘的俯视图；图2是图1所示垫子的剖视图；图3是本发明中纤维的放大视图；图4是本发明的另一实施方案；图5是本发明的再一实施方案；图6是本发明的又一实施方案；图7是本发明的又一实施方案，描述设置在分离容器内的吸盘；图8还是本发明的另一实施方案；图9仍是本发明的另一实施方案；和图10是本发明采用污物水栅时的示意图。
所有附图中，相同的标号表示相同的部件。
优选实施方案的详细描述首先，参考附图1，2和3，所示的是本发明第一实施方案的装置。
图1中用标号10表示的吸盘，吸盘包括多根单根中空纤维12，每根纤维12有空的内部或腔13。纤维12还包括许多从纤维的外部延伸到纤维12内部的微孔13，因此微孔与腔13连通。一般说来，微孔13的孔径随制造纤维的材料和纤维在处理污物上的用途改变，它受其它许多因素的影响。例如，孔径为0.03-约5μm一般是有用的范围。概括地说，微孔将大到足以允许可接受的通量，但是足够小以利用疏水纤维的表面张力的作用来排除水。
在聚丙烯纤维的情况下，纤维的内径为约0.001cm-约5cm，优选为0.005cm-约1cm，更优选为约0.01cm-0.1cm。
在有些应用中，要求纤维有大的内径，例如较少的水体被油沾污，纤维的直径近似一般软管(hose)的直径。
关于单根纤维，优选纤维包括所述的疏水材料，这些疏水材料的实例包括了聚烯烃类，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚戊烯、聚(4-甲基异戊烯)和它们至少有一个氟原子的卤取代衍生物；聚碳酸酯；聚苯氧；聚苯乙烯和至少有一个氟原子卤代聚苯乙烯；乙烯化不饱和烃类和/或至少有一个氟原子的卤代乙烯化不饱和烃类的共聚物，所述乙烯化不饱和烃类和它们的卤代衍生物包括乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、己烯、一氟代乙烯、1，1-二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯等；和掺和聚合物，例如聚乙烯与聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或聚苯乙烯的混合物；聚丙烯与聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯的混合和；聚偏氟乙烯与聚砜、聚丙烯腈、聚苯氧或聚四氟乙烯的混合物等等。作为主要组分可采用材料的优选实例是聚乙烯、至少有一个氟原子的卤代聚乙烯、聚丙烯，至少有一个氟原子的卤代聚丙烯、聚碳酸酯或聚苯氧；或两种或三种单体的共聚物，所述的单体选自乙烯、丙烯和四氟乙烯。
在示出的实施方案中，装置10包括许多分隔开的、平行设置的疏水纤维，通常用标号12表示。在图1中虽然没有说明，但是应当理解该纤维包括如图3所示的微孔，并且在前面进行了简单地讨论。
按照这个实施方案，构成浮置吸盘装置的每根纤维12包括如图2所示的开口端16和18。在这个实施方案中，开口端16和18分别与接受器或贮存器20和22连通。纤维的各端与各自的容器20或22相连，使得纤维的各端均在容器内，不与待处理的流体、水体等接触。
导管26从各自的容器20和22延伸与负压泵28连通，它用作将抽吸作用引入纤维12的一种可能的形式。按照容器20和22封闭这一实事，泵28产生的净抽吸效果涉及制造吸盘结构的每根纤维12。
在操作中，当吸盘10置于水体内除去污物或几种污物时，开动负压泵28，在各根中空纤维12中产生抽吸作用。由于纤维与待除去的污物相通，物料经微孔14吸入纤维12，最后吸入容器20或22中的一个或两个。选择装置10的密度，使其漂浮在待收集的污物中，以便使每一根纤维与污物有尽可能最大的表面。
一旦待收集的物料被收集在容器20或22中后，物料可以贮在容器中，或随后转移到另一个位置。这方面的情况将在下文讨论。
参看图4，它示出了本发明的另一个实施方案。在这个实施方案中，吸盘10包括许多分隔开的纵向排列的中空纤维12，每根纤维有自由端16。自由端16是封闭的，就此而论，在这个实施方案中所采用的纤维是“单端的”。如果纤维在端16处是开口的，就会发生水进入纤维的腔，因此纤维在端16处封闭这就阻止了水进入纤维腔。在这种布置中，还包括许多横向定位的元件30。可以采用元件30赋予纤维装置结构的整体性，或用作结合的增强件等。再者，元件30可包括与纤维12相似的纤维。在每根纵向定位的纤维12中，用密封件32将相对端18密封地啮合。密封件32与标号34表示的负压源连接。
作为其它可能的排列方式，中空纤维可以是简单地构成返回密封件32的回路，因此就避免了必须提供纤维12的在端16处的封闭端。
现在参考图5，它示出了本发明的又一实施方案。在这个实施方案中，示出的吸盘10是由多个纤维束构成的，这些纤维束都用标号40表示。与上述的方案相似，由许多单根纤维12构成的各个纤维束包括相对端42、44，并用密封化合物、垫圈或其它这样的密封件，使其与收集室46、48密封地啮合，用标号50表示。
如前所述，为了将污物吸入纤维12的微孔14并随后通过纤维12的腔13，收集室46、48可以与负压源连接。
图6示出了如图4或5中所示的以分隔开并连续的多个单元。在这个实施方案中，示出的所有各个单元包括一共同连接的抽吸装置，该抽吸装置用标号52表示。共同连接52或占有装置的一侧，或占有装置的两侧，取决于所采用的装置的方式。
参考图7，它图示地示出了一种油水混合物相分离单元的一个实例，用标号54表示。在这个方案中，标号56表示一个贮罐，待分离的水和污物的混合物可以泵入其中。该混合物可在A处导入罐56中。
在该图中，标号58表示水，而标号60表示浮在水58表面的一种污物或多种污物。这种布置可以用于在混合物分散成小滴的不互溶的污物的分离，为了清晰地如所示产生分相，这需要沉降时间。这个方案对与在重力分离装置遇到的情况相比小滴尺寸还要小的情况特别有用。在这个实例中，可以在贮罐56内采用如图2所示的吸盘10。如图清楚所示的，该吸盘组件浸没在污物60内，因此浮在污物60内，或在B表示的混合相区域中。泵34可以如前述的图2或其它方案示出的直接设置在吸盘上，或设置在贮罐56的一个适当位置，并经用标号62表示的适合导管与吸盘10连通。从这个方案可以清楚看出，泵34可以设置在这样的一个适宜位置，即在该位置允许将从吸盘10的收集区域内20，22收集的物料易转移到第二个位置。不含污物的水可以通过出口64从贮罐56排出，然后再引入水体，或再引入贮罐56进一步处理，或可通过其它的净化设备(未示出)。
参考图8，它也图示地示出了本发明的另一实施方案。在这个方案中，装置包括向内延伸地喷嘴66，它并与贮罐56相通。贮罐56还包括用于有机萃取溶剂循环、补充或液面控制的入口67。同样，入口67允许与贮罐56相通，这样可以选择性地改变层70的组成。喷嘴用于将污物/水/金属组合物加入贮罐56进行分离。由于加入含上述组分的物料，其结果一般是物料分成70、72和74层。通常层70包含有机相，层72包含多相混合物、水结合物等，而层74主要包括水。这是分层的一个例子，有机物、提取溶剂等的密度比水轻。本领域的普通技术人员容易理解，当有机物、污物等的密度大于水密度时，分层的顺序按密度的不同而改变。
在贮罐56上直接连接吸盘10的出口76用于提取与螯合金属化合物和/或自由金属及螯合剂在一起的有机层。出口78用于排放无金属螯合剂、配位化合物或有机物的纯水。
参看图9，示出了按本发明构思的溶剂提取系统的另一实施方案。用标号80表示的该装置用于可溶物如包括有机物和金属无机物的溶剂提取。在示出的装置中，系统包括用前述纤维制成的第一吸盘82。纤维12的末端与第一提取溶剂贮罐8 4连通，适于盛装适宜的提取溶剂，该提取溶剂或强制地通过纤维，或自然地扩散通过纤维。当提取溶剂被强制地通过纤维12时，可以用适合的正压泵或其它装置强制流体通过纤维(图9中未示出)。采用第二个贮罐86回收未使用的提取溶剂。
在图9中如箭头A所示，由于分散的提取溶剂流过被处理的水体，用最上面的吸盘回收提取物，并收集在贮罐20和22，随后用泵34泵送到其它的收集位置。
在另一实施方案中，吸盘装置82可用任何适宜装置取代，将提取溶剂等分散进入待处理的物料体中。这种适宜装置对本领域内的普通技术人员来说是很清楚的。实例包括简单的穿孔管或喷嘴。另外，可以采用提取溶剂等的外部来源。它输送到吸盘装置82。
由于提供出口76和其它的实事，即由纤维制成的吸盘10允许除去有机污物和各种金属的这一实事，本发明在采矿领域有显著的实用性，这是因为该装置可以提供回收有价值的金属，否则，这些有价值的金属将会损失或不可再回收。
本领域内的技术人员十分清楚，本发明可明显地应用于从含可溶解污物的水体中除去可溶解的污物。
本领域的技术人员清楚，本发明进行适当的修改就可从另一相中进行水相的沉淀，这显然也在本发明的范围内。用这种方式，一旦分相，就可以采用本发明的纤维吸盘，或捆(束)或纤维阵列从另一相中分离出一个相。
污物包括从例如油船泄漏的浮在水体表面上的石油或任何其它的烃类，为从表面回收油从而净化水可以采用一个或几个吸盘。根据泄漏的大小，希望使用图6所示的装置来清除泄漏的油。当温度提高油或污物粘度的粘度升高或污物具有较高粘性时，粘性污物可以用适宜的稀释剂如液态烃或任何其它适宜的粘度改性剂稀释。另外，如果可行的话，可将粘性污物加热以降低它的粘度。用这种方式，包含微孔的中空纤维装置在各种各样的环境中易发挥作用。
参考图10，示出了本发明的另一实施方案，其中纤维12阵列与在清除油中常用的污物水栅联合使用。整个装置用标号90表示。在这个实例中，水体92被浮在其上的油94所沾污。由前述任何方案，包括的束、吸盘等的装置10设置油9 4中回收油。回收的油收集在水栅96中，它的剖面如示意图所示。经导管98实现吸盘10与污物水栅94间的连通。标号100表示连接到污物水栅因而经导管98到吸盘的抽吸源。这是一任选的部件，如果装置10包括在抽吸源中，它将是不需要的。
最后，关于制造纤维和/或纤维束材料的选择，本领域内的技术人员清楚，纤维的组成取决于被收集的污物的类型，用这种方式，将这样来选择纤维材料，即选择污物不会破坏性地改变纤维在腔大小、内径、外径、孔径或表面特征如纤维和/或孔的疏水性方面的性质的纤维材料，虽然本发明在具体方案方面进行了描述，但是本领域的技术人员清楚，对本发明在不离开本发明的精神和范围内可以做出许多改变。
权利要求
1.一种用于从含待回收的污物的液体中回收不互溶的污物的纤维装置，其特征在于所述的纤维装置包含在装置中的多根带孔的中空纤维，用于与所述污物接触；所述的纤维适于与抽吸装置连接，以便通过所述的中空纤维抽吸所述的污物。
2.按权利要求1的装置，其特征在于所述的孔是微孔。
3.按权利要求1的装置，其特征在于所述的纤维是包含微孔的疏水纤维。
4.按权利要求1的装置，其特征在于所述纤维相互成交叉关系排列。
5.按权利要求4的装置，其特征在于所述交叉排列的纤维布置成一种吸盘。
6.按权利要求1的装置，其特征在于所述纤维成发散状排列。
7.按权利要求1的装置，其特征在于所述纤维相互在平行关系排列。
8.按权利要求5的装置，其特征在于上述交叉排列的纤维相互垂直。
9.按权利要求1的装置，其特征在于将所述的多根中空纤维捆成束，形成单个的中空纤维组件。
10.按权利要求1的装置，其特征在于所述纤维的内径为约0.001cm-约5cm。
11.按权利要求10的装置，其特征在于所述纤维的内径为约0.005cm-约1cm。
12.按权利要求11的装置，其特征在于所述纤维的内径为约0.01cm-约0.2cm。
13.一种用于回收污物液体中的污物的污物回收系统，其特征在于所述的纤维装置包括带孔的中空纤维装置；与所述纤维相通的抽吸装置，用于通过所述孔抽吸所述污物；和用于贮存收集的污物的贮存装置。
14.按权利要求13的回收系统，其特征在于所述中空纤维包括微孔疏水纤维。
15.按权利要求13的回收系统，其特征在于所述回收系统是一个回收浮在水体上的油污染物的油回收系统。
16.按权利要求13的回收系统，其特征在于所述系统是自持的，所述系统进一步包括向所述抽吸装置和所述贮存装置提供浮力的漂浮装置。
17.按权利要求15的回收系统，其特征在于所述系统进一步包括用于排放基本上不含所述污物的排放装置。
18.按权利要求16的回收系统，其特征在于所述系统进一步包括驱动所述自持系统的驱动装置。
19.按权利要求13的回收系统，其特征在于所述系统是可遥控的系统。
20.一各纯化被不互溶污物污染的水的方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤提供一个具有孔的中空纤维的装置；使所述纤维与所述不互溶污物接触；在负压下用所述纤维收集所述污物；从所述水中分离所述污物。
21.一种回收水体上的油的方法，其特征在于所述纤维装置包括提供具有孔的中空纤维装置；将所述纤维放置在油内；在负压下将所述油抽到所述纤维中；回收所述油。
22.按权利要求21的方法，其特征在于所述纤维上的所述孔基本被所述油包围。
全文摘要
本发明公开了从含污物的液体如水体中分离油和其它不互溶的污物的系统。该系统包括利用许多微孔中空纤维(16、18)，该中空纤维可以许多方式如纤维束、交叉排列、辐射状或似吸盘排列，或上述方式的组合排列。中空纤维与抽吸源(28)连通，以便经孔通过纤维抽吸污物，并随后贮存在适合的容器中(20、22)。通过引入可接受的密度控制装置，适宜量的中空纤维的表面积可以暴露到污物中，因此提高了从水体中抽提污物的效率。该装置可任意是独立的装置。这种系统提供了超过现有装置的许多优点，在许多情况下抽提效率大大提高了。
文档编号C02F1/40GK1152885SQ95193786
公开日1997年6月25日 申请日期1995年6月23日 优先权日1994年6月24日
发明者乔治·萨瑟兰 申请人:G-泰克公司