CN1044636A - 水净化的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种分离装置，包括从污染了的水污染积聚物中分离出水和水溶性物质渗透液以及纯烃类和卤代烃渗透液的第一和第二分离器组件(12，14)。还包括流体导流回路：a)把被烃类和/或卤代烃污染的水导引至第1分离器组件(12)：b)使一部分第一污染积聚物和一部分第二污染积聚物返流至第一分离器组件(12)：c)把另一部分第一污染积聚物和第二污染积聚物导引至第二分离器组件(14)。一种利用上述装置进行连续分离作业的方法。

Description

本发明涉及一种从污水中回收清洁水和可再利用的烃类以及卤代烃类的方法及其装置。更具体地说，本发明提供了一种在除去水和可再利用的烃类和/或卤代烃的同时连续地浓缩杂质的方法及设备。

最近，本发明的收让人积极研究了用空心纤维膜来分离水和烃类和/或卤代烃类的技术。1988年12月13日颁布的、已转让给本发明之受让人的John    A.Taylar的美国专利4，790，941揭示了用于流体净化的方法及装置。该发明提供了一种利用包括多个空心纤维膜的分离器组件从烃类流体中除去腐蚀性杂质的方法及装置。这些膜为包含在纤维网内的一束空心的憎水微孔膜纤维。1988年5月17日申请的、已转让给本发明之受让人的Taylar的U.S.S.N194，984报道了从水和烃类或卤代烃混合物中分离出水的装置和方法。该发明使用了由无孔隙的自撑式的亚铜铵纤维素的空心纤维组成的膜束。

水被烃类和卤代烃的污染是世界上一种普遍存在的问题。工业操作区附近的地面水和地下水源含有难以除去的油性污物。例如炼油厂、工业操作区、油田作业区以及油气管含有被烃类和卤代烃化合物污染的水。水源中经常发现的污染物为多氯二苯基化合物（PCB′s）。这些问题已经存在已久，并且尚未被现有的技术所解决。

例如，Skarstrom等人的美国专利3，735，558揭示了一种分离流体的方法及该方法所用的装置。该装置由穿过可渗透的管壁形成的压力梯度而从空气中分离水蒸气，从而导致渗透。一种逆流回流流动引起了沿可渗透管壁的纵向浓度梯度，该可渗透管促进了关键组分渗透通过管壁，于是从混合的流体进料中将它们分离出来。1979年2月1日颁布的日本专利13，653和1979年12月1日颁布的日本专利152，679均揭示了对亚铜铵嫘萦（cuproammonium    rayon）的使用，从而使水蒸气选择性地通过。尽管这些现有技术的分离装置已经存在10年以上了，但水净化的问题至今还未解决。这些不算是小问题，而是属于企业界和政府至今尚未解决的重大的工业和环境问题。目前还不存在基于已有技术的、用于从污染的水（被烃和卤代烃污染）中分离出纯水的方法和装置，也还没有一些方法来浓缩用以回收或使用的纯烃类、卤代烃或这些产物的混合物。

本发明的目的是要把本申请人先前首创地用在新分离系统中的分离器组件与目前为新颖的流体回路相结合，以便从被烃类和卤代烃污染了的水中回收纯水，并提供能浓缩这种纯烃类、卤代烃类或这些产物的混合物（用以回收或使用的）的方法。本发明不需要辅助设备或其它物质（如聚结剂、离心机、蒸馏塔、真空装置、活性炭或热能）来充分实施水的分离和净化以及污物的回收和再利用。

根据本发明，提供了一种从污染了的水中连续地分离出水和水溶性物质、烃类和/或卤代烃的装置，该装置包括：用于从第一污染积聚物（retentate）中分离出水和水溶性物质的渗透液（permeat）的第一分离装置，和从浓缩了的第二污染积聚物中分离出纯烃类和/或卤代烃渗透液的第二分离装置。流体流动的导流装置将污染水的流动导引到至少一个分离器装置。污染积聚物循环装置将使第一和第二分离器装置之间的第一和第二污染积聚物的流动得以循环。

本发明还提供了一种从污染了的水中连续地分离出水和水溶性物质、烃类和/或卤代烃的方法。该方法包括：对污染水的流动进行导流的几个步骤，从浓缩污染水的污染积聚物中分离出处于第一分离器组件的水和水溶性物质渗透液和处于第二分离器组件的烃类和/或卤代烃渗透液，并使这些分离器组件之间的污染积聚物流动得以循环。

本发明的其它优点也将会被人们欣赏，因为通过参考下列详细描述并且同时考虑附图时，这些优点将会被更好地理解。其中图1是按照本发明设计的流体分离回路示意图。

按照本发明制造的装置一般被显示在附图的10处。该装置具有同时分离水和水溶性物质、并分别回收烃类和卤代烃类、和从污染水中浓缩污染物的能力。至于污染的水，这是指被烃类、卤代烃或其它可溶和难熔颗粒（如细菌、藻类或矿物类）所污染的水。

水渗透液这一术语是指含有水溶性物质但不含有任何微粒物质或污染性烃类或卤代烃的水。

这些烃类的例子是取自石油精炼作业的柴油、以及用在流体动设备（例如加油站中的升液器和驱动飞机方向舵的驱动器）的驱动及操纵中的液压流体。卤代烃的例子为三氯氟甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、四氯化碳以及所有的氟里昂（rreon）^TM型氯氟化合物。这些烃类也可以是不同粘度的润滑型油类。

通常，装置10包括用12表示的用于从第一污染积聚物中分离出纯水渗透液的第一分离装置，以14表示的用于从浓缩的第二污染积聚物中分离出纯烃类和/或卤代烃渗透液的第二分离器装置，和具有三种功能的流体导流回路。流体导流回路a）把被烃类和/或卤代烃污染的水导引至第一分离器组件12，b）把一部分第一污染积聚物和一部分第二污染积聚物导引至第一分离器组件12，c）把另一部分第一污染积聚物和另一部分第二浓缩的污染积聚物导引至第二分离器组件14。于是，使污染积聚物在两分离器组件12、14之间得以循环并混合。

更具体地说，第一分离器组件12包括具有入口18、污染积聚物出口20和渗透液出口22的外壳16。外壳16含有一束空心的亲水纤维，而最好是由再生纤维素制成的。至于再生纤维素，是指所用的纤维素是亚铜铵再生纤维素。该亚铜铵再生纤维素纤维为无特征且无孔隙膜的管形壁。这种组件详细地公开在待批专利申请S.N.194，984（申请人为Taylor，1988年5月17日申请，已转让给本发明的受让人）中。然而，外壳16则不同于上述专利申请中所描述的外壳，因为它包括流体入口18、污染积聚物出口20以及一个渗透液出口22。图中未示的泵装置则从渗透液出口22抽取水。

第二分离器组件14包括一外壳23，该外壳又包括流体入口24、污染积聚物出口26和一个渗透液出口28。分离器组件14的外壳23包括多个未图示的空心纤维膜。该膜被包含在塑料纤维网中，如Taylor的美国专利4，790，941（已转让给本发明的受让者）中所揭示的。组件外壳23含有多个空心的憎水微孔膜纤维。每一纤维包括一空心核，它具有在空心核周围延伸的一个内表面。每一纤维也包括一外表面。

第二分离器组件的膜纤维为使内腔与外室（由环绕纤维的外壳23所确定的）分离的微孔膜。每一纤维可包括由憎水材料（如聚乙烯、聚丙烯聚亚乙烯和四氟乙烯氟碳树脂）构成的微孔性材料均相层。这一组中所包括的树脂在现有的亲水元素环境下（例如水和溶解了的水溶性组分）以及在流体的烃类环境下必须是绝对地耐降解作用的。

在分离器组件12或14，来自入口18和24的进入流体可穿过空心纤维的内核而污染积聚物流体则分别从出口20、26流出，渗透液流体分别从出口22、28流出。或者，反过来说，本发明可这样地发挥其功能，即，使来自入口18和24的进入流体流过空心纤维膜的外表面，而渗透液从膜核分别流至渗透液出口22、28。换言之，不管怎样，穿过纤维的流向不是关键性的。

流体回路可包括储水器30。该储水器可以是用于盛放被烃类和/或卤代烃污染的水的实用性结构，也可使它呈湖床形式或处于其它污染区。本发明的导流装置包括与储水器30以流体连通的输入导管。于是，输入导管32可以是与储水器外壳以流体连通的导管，或者是直接来自现场水源（如湖或其它具有被烃类或卤代烃污染的地下水）的管线。过滤器34以可操作的方式与输入导管32连接以除去可能存在于污染水的粗的或细小的颗粒物质。泵36也以可操作的方式与输入导管连接以抽取通过此处的污染水。

一流体流动的分流连接器被设置在38上以便把污染水的输入流体分成二股输入流体，第一股经过导管40到达第一分离器组件12，而第二股则经过可操作地与第二分离器组件14相连接的导管42。第二泵38可操作地与第二导管40相连以把通过此处的流体抽取至第一分离器组件12的流体进口18。导管44连接在第一分离器组件12的污染积聚物出口20和输入导管32之间，连接处为46。止回阀48与导管44连接以防止在此处的回流。换言之，流体朝着输入导管32的方向流经导管34的方向是单向的。导管50以可操作方式连接在第二分离器组件14的污染聚积物出口26和连接件52之间，以便通向输入导管32。

在操作过程中，本装置提供了一种从污染水中连续地分离水和水溶性物质、烃类和/或卤代烃类的方法。一般说来，该方法包括几个步骤如下，把被烃类和/或卤代烃污染了的水通过输入导管32和导管40输送到第一分离器组件12。水和水溶性物质的渗透液通过第一分离器组件12内的纤维而被分离，并经出口22而排出，而第一污染积聚物经出口20被除去。一部分第一污染积聚物通过导管44被输送至第二分离器组件14中的微孔性空心纤维（在T字接头38处分股并经导管42到达入口24）。接着，从浓缩的第二污染积聚物中分离出纯烃类和/或卤代烃渗透液。通过渗透液出口28除去纯烃类和/或卤代烃类的渗透液，而浓缩的第二污染积聚物则经出口26离开第二分离器组件14。此污染积聚物通过导管50回流至输入导管32。该流体与来自储水池30的输入流体和进入输入导管32（连接处46上的）的污染积聚物一起被泵36抽取，并在T接头处38汇成一股通过导管40输送到第一分离器组件12的流体。另一部分第二浓缩的污染积聚物随一部分第一污染积聚物和来自储水池30的流体则返回到第二分离器组件14。

于是，本发明提供了一种二阶段分离工艺，该工艺首先是使被烃类和/或卤代烃类污染的水受到膜分离装置的作用，该装置含有可渗透水但不渗透烃类的空心纤维膜。这种膜是无孔隙的并可以是以上所讨论的亚铜铵再生纤维素型。来自第一阶段分离作业的渗透液为不含烃类的纯净水。然后将由水和残留的烃类污染物所构成的污染积聚物抽取到微孔性空心纤维的内侧。第二阶段分离组件14能够除去悬浮在污染水中的烃类。于是，该工艺的第二阶段能够连续地除去和回收存在于水中的任一烃类和/或卤代烃，这些物质通过精炼成有商业价值的产物而得到回收，或被简单地分离成待使用的浓缩物。

本发明的典型应用是从来自炼油作业的水中除去烃类柴油。在生产商业产品如柴油燃料的过程中，通常的做法是利用水，而使用形式往往为水流。该水流被用来从柴油燃料中除去不需要的挥发性烃类产物，并且在该过程中冷凝水会被各种烃类分子所污染。

实施例1

从被柴油燃料所污染的水中分离出水

被3%柴油燃料污染的水的样品，通过将该污染水循环经过具有无孔隙膜的SD    I空心纤维组件，而接受根据本发明制造的SD    I2-级空心纤维膜分离系统的作用。然后从第一阶段中收集净化了的渗透水样品，并用作分析。为了从水中分离出油，除了SD    I膜之外没有使用热、真空、离心作用或任何其它手段。来自第一阶段的污染积聚物被连续地通过该系统第二阶段的第二SD    I微孔型分离作用而环流。最后，从SD    I过程的第二阶段中收集纯柴油燃料。

结果：

1）分离前的柴油污染水的形态为浅棕色且不透明的。这种油看上去已在水中被充分乳化了。第一阶段的膜分离之后，来自被柴油污染的水的净化水之外观呈玻璃状，透明且无色。

离开第一阶段空心纤维分离器的污染了的油水浓缩物被连续地抽送到微孔性的聚亚乙烯氟化物（PVDF）空心纤维组件的内腔，该组件能以渗透液的形式分离出油。第二阶段的憎水微孔性空心纤维组件可收集流过膜孔进入收集容器的浓缩柴油。

2）化学分析表明，在SD    I净化的水样品中不发现烃的存在。通过SD    I膜之后的纯水样品中无气味发现。

实施例2

从水中分离三氯乙烷

按照与从水中分离出柴油时所使用的相同程序，使含有约500ppm的三氯乙烷的水的样品接受第一阶段的膜的作用。被三氯乙烷污染的水的外观呈清晰无色，但略带有三氯乙烷的气味。

结果：

经过第一阶段膜之后收集的水样经化学分析后显示为不存在可测得出的三氯乙烷。净化的水样品为无味的。

从第二阶段的微孔性膜分离器组件中流出了清晰流体（具有强烈的三氯乙烷味道）。化学分析可确定该流体为三氯乙烷。

在以上两个例子中，2个阶段的分离系统连续地受到被原油和三氯乙烷污染的水的作用达12星期。结果没有观察到水回流速度的减退，也没有发现膜的降解迹象。膜的表面没有出现油沉淀的聚集，或表现出有恶臭的趋势，也没有出现膜的化学降解的任何迹象。

Claims (12)

1、一种从污染了的水中连续地分离出水和水溶性物质以及烃类和/或卤代烃类的方法，包括以下步骤：输送污染水流；从正在浓缩中的污染水污染积聚物流体中分离出第一分离器组件上的水和水溶性物质渗透液和第二分离器组件上的烃类和/或卤代烃渗透液；并使污染积聚物流体在两个分离器组件之间作反复循环。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是进一步包括将污染水选择性地加入循环中的污染积聚物流中的步骤。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的导流和分离步骤将进一步被定义为：把被烃类和/或卤代烃类污染了的水输送至含有无孔亚铜铵纤维素空心纤维膜的第一分离器组件;通过纤维从第一污染积聚物中分离出水和水溶性物质的渗透液;把一部分第一污染积聚物输送到微孔性空心纤维的第二分离器组件，而使第一污染积聚物的第二部分循环流入第一分离器组件;从浓缩了的第二污染积聚物中分离出烃类和/或卤代烃渗透物;把一部分第二浓缩了的污染积聚物与第一污染积聚物的循环部分一起输送至第一分离器组件，而使第二浓缩的污染积聚物的另一部分与第一污染积聚物的其它部分一起循环流入第二分离器组件。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征是第一次提到的导流步骤被进一步定义为把污染水的水流从一储水池抽取至第一分离器。

5、根据权利要求3所述的方法，其特征是第二次提到的导流步骤被进一步定义为把第一污染积聚物流抽取到T-管，并把该流体划分成分别输送到第一和第二分离器组件的两股流体。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征是所述的第三次提到的导流步骤被进一步定义为，把浓缩了的第二污染积聚物流体与污染水的水流以及第一污染积聚物流体合并在一股混合流中，并把这一股混合流抽取至T-管，最后把该混合流划分成两股分别输送到第一和第二分离器组件的流体。

7、一种从污染水中连续地分离出水和水溶性物质以及烃类和/或卤代烃的装置（10）包括：用于从第一污染积聚物中分离出水和水溶性物质渗透液的第一分离器装置（12）;用于从浓缩的第二污染积聚物中分离出烃类和/或卤代烃渗透液的第二分离器装置;用于把污染水的水流输送到至少是所述第一和第二分离器装置之一的流体导流装置;使第一和第二污染积聚物在所述第一和第二分离器装置之间作循环运动的污染积聚物循环装置。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征是所述的循环装置包括导管装置，该装置把被烃类和/或卤代烃污染的水输送至所述第一分离器装置（12），使一部分第一污染积聚物循环并把一部分第二污染积聚物输送到所述第一分离器装置（12），把第一污染积聚物的另一部分和第二浓缩的污染积聚物的另一部分输送到所述的第二分离器（14）。

9、根据权利要求7所述的装置，其特征是所述的导流装置包括，与所述的第一和第二分离器装置（12，14）相连的输入导管，该导管还具有为把污染水的输入流体分成两股输入流（分别流向第一和第二分离器装置）的分流装置。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征是所述的导流装置进一步包括以可操纵方式连接在第一分离器装置（12）和所述分流装置之所述输入导管上游之间的第二导管，用于在这二者之间输送第一污染积聚物流体;还包括以可操纵方式连接在所述第二分离器装置（14）和所述分流装置之所述输入导管上游之间的第三导管，用于在这二者之间输送浓缩的第二污染积聚物流体，从而当所述第一和第二分离器装置浓缩这些流体时使第一和第二污染积聚物流体和输入流一起进行环流和混合。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征是包括第一泵装置，该装置以可操纵方式与分流装置的输入导管上游连接，并把所述第二及第三导管连接处的下游与所述输入导管连接，用于抽取流过所述输入导管的流体，并从所述第二和第三导管抽取流体。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征是进一步包括以可操纵方式连接在所述分流装置和第一分离器装置之间的第四导管和以可操纵方式连接在所述分流装置和第二分离器装置之间的第五导管以及以可操纵方式与第四导管相连的第二泵装置，用以抽取通过那里的流体。

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