CN105073217A - 用于水回收的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于水回收的方法和系统。

Description

用于水回收的方法和系统
相关申请
本申请获得来自以下的优先权：于2013年1月28日提交的美国临时专利申请US61/757,369；于2013年5月03日提交的US61/819,195；于2013年11月09日提交的US61/902,174；和于2013年11月19日提交的US61/906,112，其全部通过引用被并入，如同在本文中被完全地陈述。
发明领域
本发明是在水处理的领域中。
发明背景
水，相似于许多其他的自然资源，在地球上以有限的量存在。地球上的水的多于95％作为含有盐浓度的微咸水或海水存在，这使其不适合用于许多目的。
据估计，多于三分之二的剩下的非盐水作为冰存在，主要地在极地冰冠和冰川中。
这意味着地球上的水的小于1％作为淡水是可用的。
淡水的这样小的分数必须不仅维持生命而且还有工业。虽然对于饮用水的需求随着世界的人口而增加，但水的被人的直接消耗(即饮水)和被人的间接消耗(例如洗浴、洗衣、在卫生设备中)组成世界上的总的水消耗的相对地小的百分数。
世界上的总的水消耗的大部分是在工业过程中，包括作为冷却介质的用途。
例如，加拿大的国家能源委员会(TheNationalEnergyBoardofCanada)(2006)估计约2至4.5桶的淡水被用于生产一桶的合成原油。用于合成原油的生产的总的水消耗被预计达到5.29亿立方米/年。来自合成原油生产的废水是碱性的并且微咸的。
用于从页岩生产天然气和其他的石油化学产品的诱导水力压裂(亦称液压破碎法(fracking))也消耗很大的量的水。据估计，20％至多于40％的液压破碎法水作为回流水或作为采出水被回收。
仅在宾夕法尼亚州由液压破碎法产生的并且需要处置的高TDS(总溶解固体)废水的量被天然气工业预计在2011年达到73亿加仑每年。液压破碎法水中的盐的水平可以高于在海水中多于六倍。
发明概述
本发明的一个宽泛的方面涉及从含有亲水性的或水溶性的污染物的水的流分离可用水。在本发明的某些示例性的实施方案中，所述流是来自工业过程的流出物并且可用水被足够地纯化以在同一工业过程中被再使用。
如在本说明书和伴随的权利要求中使用的，术语“双向溶剂”指示有机溶剂或两种或更多种这样的溶剂的混合物，该有机溶剂的特征在于在20℃下与5％(w/w)NaCl水溶液平衡时，水相中的溶剂浓度是至少1％并且小于50％(W/W)并且溶剂相中的水浓度是至少5％并且小于50％(W/W)。
双向溶剂的实例包括但不限于3至6个碳的醇和/或3至6个碳的酮和/或3至6个碳的酯和/或3至6个碳的有机酸和胺。在某些实施方案中，双向溶剂包括丁醇。在某些实施方案中，丁醇是双向溶剂的混合物中的主要的活性组分。在某些实施方案中，丁醇用作单独的活性的双向溶剂。可选择地或另外地，在某些实施方案中，一种或更多种双向溶剂包括由以下组成的组中的一个或更多个成员：正丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇、正戊醇、仲戊醇、异戊醇和叔戊醇。可选择地或另外地，在某些实施方案中，一种或更多种双向溶剂作为萃取剂被提供。任选地，萃取剂包含不是双向溶剂的组分。根据实施方案，萃取剂包含水。
本发明的某些实施方案的另一个方面涉及从被污染的废水流回收可用水，而没有污染物的固化(例如沉淀和/或结晶)。
根据本发明的多种示例性的实施方案，待被处理的水流包含一种或更多种亲水性溶质和任选地一种或更多种疏水性溶质。
如在本说明书和伴随的权利要求中使用的，术语“亲水性溶质”指示具有logP≤-0.5的溶质。根据本发明的多种示例性的实施方案，亲水性溶质的logP是-0.55；-0.6-0.65；-0.7；-0.75；-0.8或中间的或更小的值。根据本发明的多种示例性的实施方案，术语“亲水性溶质”包括离子化合物。
如在本说明书和伴随的权利要求中使用的，术语“疏水性溶质”指示具有logP≥0.0的溶质。根据本发明的多种示例性的实施方案，疏水性溶质的logP是0.1；0.15；0.2；0.25；0.3；0.35或中间的或更大的值。根据本发明的多种示例性的实施方案，术语“疏水性溶质”指示具有大于3的C:O原子比的有机化合物。
本发明的某些实施方案的一个方面涉及含有亲水性溶质和疏水性溶质二者的产品工艺用水的处理。在本发明的某些示例性的实施方案中，疏水性溶质是与原油相关联的。
如在本说明书和伴随的权利要求中使用的，术语“废水流”和“产品工艺用水”是可互换的或所述“废水流”包含“产品工艺用水”。因此，根据实施方案，所述废水流包含与另外的流的产品工艺用水混合物。根据实施方案，所述另外的流包括补充水。根据相关的实施方案，所述补充水包括微咸水或海水。
如在本说明书和伴随的权利要求中使用的，术语“与原油相关联的”指示在原油(即未精炼的油)中存在的材料、在原油的精炼或原油的化学转化期间产生的材料、在采出气中存在的材料、在采出气的精炼或采出气的化学转化期间产生的材料。根据本发明的多种示例性的实施方案，术语原油包括石油和/或植物油(例如棕榈油厂流出物-POME)。在某些实施方案中，与原油相关联的疏水性溶质在废水流中以10PPM、25PPM、50PPM100PPM、200PPM、300PPM、400PPM或500PPM的浓度或中间的或更高的浓度存在。
如在本说明书和伴随的权利要求中使用的，术语“蒸馏”和“蒸发”被可互换地使用。
如在本说明书和伴随的权利要求中使用的，术语“水贫化的”和“水富集的”分别地意指含有在量或通量或浓度的方面与在接触之前的含量相比更少的水和更多的水。
在本发明的某些示例性的实施方案中，提供了方法，所述方法包括：
(a)使包含一种或更多种亲水性溶质的废水流的至少一部分与包含双向溶剂的萃取剂第一接触以形成水贫化的第一水溶液和水富集的第一有机相；
(b)使所述第一有机相与已浓缩的水溶液第二接触以形成第二有机相和第二水溶液；
(c)把水从所述第二水溶液分离以形成已浓缩的水溶液和已分离的水；
(d)把所述已浓缩的水溶液再循环至所述第二接触；以及
(e)把双向溶剂从所述第二有机相再循环至所述第一接触；
其中所述废水流、所述水贫化的第一水溶液、所述已浓缩的水溶液和所述第二水溶液在50℃的水蒸气分压(waterpartialvaporpressure)分别地是P1、P2、P3和P4；并且其中所述双向溶剂被选择为使得P1>P2；P1>P3并且P4>P3。
根据本发明的多种示例性的实施方案，所述第一接触在高于1℃、10℃、20℃、30℃或40℃并且低于99℃、90℃、80℃、70℃或60℃的温度下进行。
根据本发明的多种示例性的实施方案，所述第二接触在高于1℃、10℃、20℃、30℃或40℃并且低于99℃、90℃、80℃、70℃或60℃的温度下进行。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述废水流包含一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质。可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法包括把所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的至少一部分从所述第二有机相的至少一部分分离。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，分离水包括加热所述第二水溶液。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述加热分离气态的和/或固体的化合物，并且所述方法包括使所述已分离的气态的和/或固体的化合物与第三水溶液接触以形成所述已浓缩的水溶液。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述气态的或固体的化合物包括由以下组成的组中的至少一个成员：NH3、CO、CO2、CaCl2、Ca(NO2)3、KBr、KCl、KHCO3、K2SO4、MgCl2、MgSO4、NaCl、NaHCO3、Na2SO4、NH4Cl、(NH4)2CO3、(NH4)HCO3、H2NCOONH4和(NH4)2SO4。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述已浓缩的水溶液包含铵化合物。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述第二水溶液包含所述双向溶剂的至少一部分并且所述加热分离第三有机相。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，分离水包括使所述第二水溶液与膜接触以形成已分离的水和渗余物。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法的特征在于所述膜是反渗透膜。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述第二水溶液包含所述双向溶剂的至少一部分并且所述渗余物包含第四有机相。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法包括把所述第三有机相的至少一部分或所述第四有机相的至少一部分再循环至所述第一接触。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述分离水包括加热所述第二水溶液并且使所述第二水溶液与膜接触。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法的特征在于所述已分离的水包含所述废水流的所述至少一部分中的所述水的至少60％。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，P2>P3。可选择地或另外地，在某些实施方案中，P1>P4。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述双向溶剂具有与二价离子相比更大的对一价离子的亲合力；所述废水流包含以多价与一价离子比率R1的至少一种多价离子和至少一种一价离子，所述第一水溶液包含以多价与一价离子比率R2的至少一种多价离子和至少一种一价离子，并且R2相似于R1。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述废水流包含以多价与一价离子比率R1的至少一种多价离子和至少一种一价离子，所述已浓缩的水溶液包含以多价与一价离子比率R3的至少一种多价离子和至少一种一价离子，并且R3>R1。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述废水流和所述已浓缩的水溶液二者都包含至少一种多价离子并且所述废水流中的多价离子的组成不同于所述已浓缩的水溶液中的多价离子的组成。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法包括使所述第一有机相和所述第二有机相中的至少一个的至少一部分与具有至少2倍大于所述双向溶剂中的C:O比率的C:O比率的疏水性溶剂接触。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质包含由以下组成的组中的至少一个成员：环烷酸、其他的包含至少5个碳原子的有机酸、1,4-二氧六环、丙酮、溴仿、二苯并(a,h)蒽、吡啶、酚类和油。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述第二有机相包含所述废水流中的所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的至少85％。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述水贫化的第一水溶液包含所述废水流中的所述一种或更多种亲水性溶质的至少80％。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法包括把来自所述废水流的水的至少50％再循环至产生所述废水流的工业过程。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述废水流包含蒸汽发生器的排料(blowdown)。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法包括软化所述废水流以形成已软化的进料流以及把所述已软化的进料流进料至蒸汽发生器以形成蒸汽和排料流。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述废水流通过选自由以下组成的组的工业过程产生：水力压裂(液压破碎法)、从油砂的原油生产、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、石油工业加工、提高原油采收率(EOR)和植物油生产。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述废水流通过选自由以下组成的组的工业过程产生：回收原油和加工原油。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法包括使原油与所述已分离的水接触以产生所述废水流。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述双向溶剂包含一种或更多种具有3至6个碳原子的包含氧的有机分子。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述双向溶剂包括由以下组成的组中的一个或更多个成员：醇、酮、酯、酚类和有机酸。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述双向溶剂包括由以下组成的组中的一个或更多个成员：正丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇、正戊醇、仲戊醇、异戊醇和叔戊醇。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述双向溶剂被选择为使得所述一种或更多种亲水性溶质与所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的比率在所述水贫化的第一水溶液中高于在所述废水流中至少十倍。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述萃取剂中的所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质中的至少一种的浓度在即将所述第一接触之前高于所述废水流中的所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质中的所述至少一种的浓度至少三倍。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述把所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的至少一部分从所述第二有机相分离包括蒸发。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述方法包括在逆流模式中进行所述第一接触、所述第二接触或二者。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，在所述第一接触，对于所述废水流中的每个重量单位的水提供在2至20重量单位之间的所述双向溶剂。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述双向溶剂包括一种或更多种酚类。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质包括一种或更多种油。
在本发明的某些示例性的实施方案中，提供了系统，所述系统包括：
(a)废水源，其产生包含一种或更多种亲水性溶质的废水流；
(b)萃取剂源，其包含含有双向溶剂的萃取剂；
(c)第一萃取模块，其与所述萃取剂源流体连通并且适应于使所述萃取剂与所述废水流的至少一部分接触以形成水贫化的第一水溶液和水富集的第一有机相；
(d)第二萃取模块，其适应于接收所述第一有机相并且使所述第一有机相与已浓缩的水溶液接触，以产生第二有机相和第二水溶液；
(e)分离模块，其适应于把水和溶质从所述第二水溶液分离；以及
(f)泵，其适应于把所述溶质的至少一部分引导至所述第二水萃取模块作为被再循环的水溶液。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，所述系统包括把所述第二有机相的至少一部分导向至所述第一水萃取模块的溶剂泵。
将理解的是，上文描述的多个方面涉及与可用水的生产和/或水在工业过程中的再循环相关联的技术问题的解决方案。
可选择地或另外地，将理解的是，上文描述的多个方面涉及与水纯化过程中的能量节约相关的技术问题的解决方案。
除非另有定义，否则在本文中使用的所有的技术和科学术语具有与被本发明所属领域的普通技术人员普遍地理解的相同的含义。虽然合适的方法和材料在下文中被描述，但与本文描述的那些相似或等效的方法和材料可以在本发明的实践中被使用。在冲突的情况下，将以本专利说明书(包括定义)为准。所有的材料、方法和实例是仅例证性的并且不意图是限制性的。
如本文使用的，术语“包括(comprising)”和“包括(including)”或其语法的变体应被视为指定包括所声明的特征、整数、行动或组分而不排除添加一个或更多个另外的特征、整数、行动、组分或其组。该术语是比术语“由……组成”和“基本上由……组成”更宽泛的并且包含它们，如被美国专利与商标局的ManualofPatentExaminationProcedure定义的。
措词“基本上由……组成”或其语法的变体，当在本文中使用时，应被视为指定所声明的特征、整数、步骤或组分但不排除添加一个或更多个另外的特征、整数、步骤、组分或其组，但只有在该另外的特征、整数、步骤、组分或其组不实质上改变被要求保护的组合物、装置或方法的基本的和新颖的特性的时候。
如在本说明书和伴随的权利要求中使用的措词“适应于”对先前被叙述的部件施加另外的结构限制。
术语“方法”是指用于实现给定的任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于，被建筑学和/或计算机科学的从业者已知的或从已知的方式、手段、技术和程序容易地开发的那些方式、手段、技术和程序。
化学品和/或污染物的百分数(％)是W/W(重量每重量)，除非另有指示。溶质在溶剂中的百分数(溶质浓度)是W/W。在其中溶质的一部分沉淀或结晶的那些情况下，固体溶质和被溶解的溶质的重量二者都在计算溶质浓度中被考虑。
如本文使用的，“疏水性溶质”、“一种或更多种疏水性溶质”、“所述一种或更多种疏水性溶质中的至少一种”、“亲水性溶质”、“一种或更多种亲水性溶质”、“所述一种或更多种亲水性溶质中的至少一种”、“一价的”、“至少一种一价离子”、“多价的”、“至少一种多价离子”“的比例”、“的浓度”或“之间的比率”和相似的措词应被视为指定至少一种溶质/离子的比例或浓度，或单一的溶质/离子的浓度和另一种单一的溶质/离子的浓度之间的比率。
附图简述
为了理解本发明并且为了看到其可以如何在实践中被实施，现在将通过仅非限制性的实施例的方式，参照附图来描述实施方案。在图中，在多于一个图中出现的相同的和相似的结构、元件或其部分通常在它们在其中出现的图中以相同的或相似的参考物标记。在图中示出的部件和特征的尺寸主要地为了呈现的方便性和清楚性被选择并且不一定是按比例的。附图是：
图1是根据本发明的示例性的实施方案的水回收工艺的示意性的流程图，描绘了程序和流；
图2是根据本发明的示例性的实施方案的水回收工艺的示意性的流程图，描绘了程序和流；
图3是根据本发明的示例性的实施方案的水回收工艺的示意性的流程图，描绘了程序和流；并且
图4是根据本发明的某些示例性的实施方案的水回收系统的示意图。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及用于水回收的方法和系统并且涉及通过回收工艺产生的各种流。
特别地，本发明的某些实施方案可以被用于从工业过程中的产品工艺用水回收废水。
根据本发明的示例性的实施方案的方法和/或系统的原理和操作可以参照附图和伴随的描述被更好地理解。
在详细地解释本发明的至少一个实施方案之前，应理解，本发明在其应用中不受限于在以下的描述中提出的或被实施例例示的细节。本发明能够有其他的实施方案或能够以多种方式被实践或实施。此外，应理解，本文采用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应当被认为是限制性的。
示例性的水回收工艺综述
图1、图2和图3是根据本发明的示例性的实施方案的水回收工艺或方法的示意性的流程图，通常分别地被指示为100、200或300。
在图中，有机相的流动通过虚线箭头描绘，水溶液的流动通过实线箭头描绘并且气体或固体的化合物的流动通过点箭头描绘。
在所描绘的示例性的实施方案中，使含有一种或更多种亲水性溶质的废水流106的至少一部分与包含双向溶剂的萃取剂108第一接触110以形成水贫化的第一水溶液116和水富集的第一有机相118。
在所描绘的示例性的实施方案中，使第一有机相118与已浓缩的水溶液132第二接触以形成第二有机相128和第二水溶液126。
在所描绘的示例性的实施方案100中(图1)，从第二水溶液126分离(例如通过加热130)水以形成气体或固体的化合物134和已分离的水136。
在所描绘的示例性的实施方案100中(图1)，使气体或固体的化合物134与第三水溶液接触以形成已浓缩的水溶液132。在所描绘的示例性的实施方案200中(图2)，从第二水溶液126分离(例如通过反渗透230)水以形成已浓缩的水溶液132和已分离的水136。
在所描绘的示例性的实施方案300中(图3)，将气体或固体的化合物134从第二水溶液126分离(例如通过加热330)并且从第二水溶液126分离(例如通过反渗透331)水以形成已浓缩的水溶液132和已分离的水136。
在所描绘的示例性的实施方案中，已浓缩的水溶液132被再循环至第二接触120。
在所描绘的示例性的实施方案中，将双向溶剂从第二有机相128再循环至第一接触110。
在本发明的某些示例性的实施方案中，废水流106、水贫化的第一水溶液116、被再循环的水溶液132和第二水溶液126在50℃的水蒸气分压分别地是P1、P2、P3和P4；其中P1>P2；P1>P3并且P4>P3。根据某些实施方案，P2>P3和/或P1>P4。
根据本发明的某些实施方案，第二接触120在已浓缩的水溶液132和第一有机相118的至少一部分之间进行。
在本发明的某些示例性的实施方案中，废水流106包含一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质。根据本发明的多种实施方案，将一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的至少一部分从第二有机相128的一部分分离(在所描绘的示例性的实施方案中，通过蒸发150)。根据实施方案，分离疏水性溶质152在将双向溶剂从第二有机相128再循环至第一接触110之前或与其同时地进行。
在本发明的某些示例性的实施方案中，第一水溶液116大体上不含除了双向溶剂的有机化合物(与原油相关联的疏水性溶质)。这些有机化合物(如果存在)趋于迁移到第一有机相118中。如下文描述的，通过蒸发的另外的分离导致双向溶剂的再生并且(可选择地)导致期望的有机化合物的回收。
所描绘的示例性的实施方案100、200和300采用蒸馏140以回收被溶解在第一水相116中的双向溶剂148。在本发明的其他的示例性的实施方案中，采用其他的分离方法，例如盐析或使用辅助性的溶剂。待被蒸馏的溶剂148的量是相对地小的，因为来自萃取剂108的双向溶剂的主要部分在第一有机相118中存在。在某些实施方案中，溶剂148作为与水的共沸物蒸馏。任选地，溶剂148中的水有助于增加的总的水收率，因为萃取剂流108被再循环。
在所描绘的示例性的实施方案中，蒸馏140还产生杂质富集的水溶液146。根据实施方案，所述杂质富集的溶液以P5在50℃的水蒸气分压为特征并且P5>P1。根据多种实施方案，所述杂质富集的溶液如此地或在进一步的处理之后被处置。根据多种实施方案，这样的进一步的处理包括进一步的浓缩、至少一个组分的沉淀和化合物的添加中的至少一种。根据多种实施方案，所述废水的流量是F1，所述杂质富集的溶液的流量是F2并且F1/F2大于2、4、6、8、10或更大的比率的中间值。
在所描绘的示例性的实施方案中，第二有机相128(含有一些水)被再循环至萃取剂流108而没有水的进一步的分离。
已分离的水136是方法100、200和300的主要的产品。在本发明的某些示例性的实施方案中，已分离的水136中的双向溶剂和/或亲水性溶质和/或疏水性溶质的量在该阶段是足够地低的，使得其可以用作向工业过程的进料水和/或农业灌溉水和/或饮用水。
在本发明的某些示例性的实施方案中，废水流106含有一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质。这些疏水性溶质迁移至双向溶剂并且如果不被除去，将趋于在那里积聚。在所描绘的示例性的实施方案中，蒸发150被描绘为在与废水流106接触之前把一种或更多种疏水性溶质152的至少一部分从第二有机相128分离。在某些实施方案中，疏水性溶质152包括有机酸(例如环烷酸)。
根据多种实施方案，从第二水溶液126的水分离包括加热、蒸发、反渗透、正渗透、电渗析和与溶剂接触中的至少一种。
在本发明的某些示例性的实施方案200(图2)和300(图3)中，从第二水溶液126分离水包括使第二水溶液126与膜230(图2)或331(图3)接触以形成已分离的水136和包含已浓缩的水溶液132的渗余物。在所描绘的示例性的实施方案中，膜是反渗透膜(RO)。在其他的示例性的实施方案中，膜是纳米过滤膜。
根据某些实施方案，第二水相126包含双向溶剂。第二水相126中的双向溶剂的浓度是那里的亲水性溶质(例如盐)浓度的函数。根据某些实施方案200(图2)和300(图3)，双向溶剂在与膜(被描绘为分离膜230(图2)、或331(图3))接触之前被至少部分地从第二水溶液126除去，例如通过蒸馏。可选择地或另外地，根据某些实施方案，双向溶剂通过与膜(例如分离膜230(图2)、或331(图3))接触被分离。根据实施方案，双向溶剂被膜截留并且与已浓缩的水溶液一起被保留在渗余物中。根据实施方案，所述已浓缩的水溶液132具有与所述第二水溶液相比的减少的体积和更高的盐浓度。作为结果，被溶解在其中的双向溶剂的量与被溶解在所述第二水溶液中的量相比是小的，并且双向溶剂的绝大多数被截留至在渗余物中形成的第三有机相138。
在某些实施方案中，第三有机相138的至少一部分作为双向溶剂被再循环至第一接触110。根据多种实施方案，所述第三有机相138与所述第二有机相128被组合或被分开地引入至所述第一接触，例如在更靠近于所述第一水溶液116的出口的位置。
在某些实施方案中，渗余物被包含在已浓缩的水溶液中，所述已浓缩的水溶液作为已浓缩的水溶液132被至少部分地再循环至第二接触120。根据相关的实施方案，向第二接触120的再循环被进行，而没有预先分离被溶解的双向溶剂。
在某些实施方案中，已分离的水136包含废水流106中的水的至少60％、70％、80％、85％、90％或至少95％。
根据多种实施方案，第三有机相138包含双向溶剂和水。根据实施方案，第三有机相138可以被如此地再循环至以110的第一接触。
根据多种实施方案，相对于离子，水萃取(第一接触110)对于水是选择性的。与二价离子的萃取相比，选择性是特别地高的，所述二价离子包括有助于硬度和水垢的二价离子。
根据某些实施方案，废水流106包含以多价与一价比率R1的至少一种多价离子和至少一种一价离子，第一水溶液116包含以多价与一价比率R2的至少一种多价离子和至少一种一价离子，并且R2相似于R1。根据某些实施方案，R2/R1是在0.75和1.25之间、在0.8和1.2之间、在0.85和1.15之间或在0.9和1.1之间的范围内。
根据某些实施方案，已浓缩的水溶液132包含以多价与一价比率R3的至少一种多价离子和至少一种一价离子，并且R3>R1。根据某些实施方案，R3/R1大于2、4、6、8或大于10。
根据某些实施方案，废水流106和已浓缩的水溶液132二者都包含至少一种多价离子，并且废水流106中的多价离子的组成不同于已浓缩的水溶液132中的多价离子的组成。根据多种实施方案，这些溶液(132和106)中的一种含有至少一种在其他中不存在的多价离子。可选择地或另外地，在某些实施方案中，在这些溶液中的一种中的给定的多价离子的浓度不同于在其他中的相同的多价离子的浓度。
示例性的水分离方法
在本发明的某些示例性的实施方案100(图1)和300(图3)中，已浓缩的水溶液132含有以下中的至少一个成员：NH3、CO、CO2、CaCl2、Ca(NO2)3、KBr、KCl、KHCO3、K2SO4、MgCl2、MgSO4、NaCl、NaHCO3、Na2SO4、NH4Cl、(NH4)2CO3、(NH4)HCO3、H2NCOONH4和(NH4)2SO4。在第二接触120，所述已浓缩的水溶液132和所述第一有机相接触，产生第二有机相128和第二水溶液126。
根据示例性的实施方案100(图1)，第二水溶液126的加热130产生以下的流：第三有机相138、固体或气体的化合物134、第三水溶液和已分离的水136。使所述第三水溶液与所述固体或气体的化合物接触重整(reform)所述已浓缩的水溶液132。
根据示例性的实施方案300(图3)，第二水溶液126被加热330以分离固体和/或气体的化合物134。根据示例性的实施方案，已分离的化合物选自由以下组成的组：NH3、CO、CO2、CaCl2、Ca(NO2)3、KBr、KCl、KHCO3、K2SO4、MgCl2、MgSO4、NaCl、NaHCO3、Na2SO4、NH4Cl、(NH4)2CO3、(NH4)HCO3、H2NCOONH4和(NH4)2SO4。使形成的水溶液与膜例如反渗透膜接触，以形成渗余物、已分离的水136和第四有机相。
根据示例性的实施方案，使所述已分离的固体和/或气态的化合物与所述渗余物接触以重整所述已浓缩的水溶液132。
根据某些实施方案，已浓缩的水溶液132包含铵化合物。铵化合物包括碳酸氢铵、碳酸铵和氨基甲酸铵中的至少一种。
示例性的水回收方法
可选择地或另外地，在某些实施方案中，方法100、200和300包括使第一有机相118和第二有机相128中的至少一个的至少一部分与疏水性溶剂接触(未描绘)，其特征在于疏水性溶剂中的C:O比率是至少2倍大于双向溶剂中的该比率。根据这些实施方案，接触诱导从第一有机相118和/或第二有机相128的水截留。根据多种实施方案，在分离被截留的水之后，将疏水性溶剂从第一有机相118和/或第二有机相128中的双向溶剂分离(例如通过两个中的一个的蒸馏)，然后该溶剂分别在接触120和/或110中被再使用。
多种示例性的实施方案
根据本发明的多种示例性的实施方案，与原油相关联的疏水性溶质152包括环烷酸和/或其他的包含至少5个碳的有机酸、和/或1,4-二氧六环、和/或丙酮、和/或溴仿、和/或二苯并(a,h)蒽、和/或吡啶、和/或酚类和/或油(例如石油、植物油)。根据某些实施方案，除了可溶解的与原油相关联的疏水性物质以外，还可以存在悬浮的与原油相关联的疏水性物质。因此，106中的与原油相关联的疏水性物质的量可以大于饱和浓度。
根据某些实施方案，与原油相关联的疏水性溶质中的一种或更多种是比水较小挥发性的，并且难以通过已知的方法例如蒸发从废水流106分离。根据本发明的某些实施方案，这样的溶质以低的成本被高效率地除去，任选地没有它们的蒸发。
在某些实施方案中，第二有机相128包含在废水106中存在的一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质中的至少一种的至少85％、至少90％、至少95％、至少97.5％或至少99％。可选择地或另外地，在某些实施方案中，水贫化的第一水溶液116包含废水流106中的一种或更多种亲水性溶质中的至少一种(即在多溶质的情况下，这可以是在某些实施方案中对于溶质中的一种适用并且在其他的实施方案中对于它们中的多于一种适用)的至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少97.5％或至少99％。
在本发明的某些示例性的实施方案中，方法包括把至少50％、至少55％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％或至少95％的水从废水流106再循环至产生该废水流的工业过程。根据某些实施方案，被再循环的水来源于第二水溶液126。根据其他的实施方案，被再循环的水包含来自加热130(图1)或分离膜230(图2)或331(图3)的已分离的水136。根据某些实施方案，工业过程产生不同的“产品工艺用水”流(即废水流)和/或在多个步骤中消耗水/水溶液。根据某些实施方案，被再循环的水来源于任何流并且在任何步骤中使用。根据某些实施方案，被再循环的水是以高的品质。根据某些示例性的实施方案，被再循环的水是以如对于蒸汽生产(包括为了从离开的流汽提溶剂所要求的蒸汽)所要求的品质。可选择地或另外地，根据某些实施方案，来源于第二水溶液126和/或来源于已分离的水136的水具有可选择的出口(例如灌溉、向河流和下水道的排放)。
根据本发明的多种示例性的实施方案，废水流106通过选自由以下组成的组的工业过程产生：诱导水力压裂(液压破碎法)、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、从油砂的原油生产、石油工业加工、提高原油采收率(EOR)和植物油生产。在本发明的某些示例性的实施方案中，废水流106通过选自由以下组成的组的工业过程产生：回收原油、回收气体、和加工原油。
在本发明的某些示例性的实施方案中，方法100、200和300包括使原油与来源于第二水溶液126的已分离的水136接触以产生废水流106。
根据本发明的多种示例性的实施方案，萃取剂108中的双向溶剂包括一种或更多种具有3至6个碳原子的有机分子。在某些实施方案中，有机分子包括醇和/或酮和/或酯和/或有机酸。在某些实施方案中，萃取剂108中的双向溶剂包括丁醇(例如正丁醇或异丁醇)。可选择地或另外地，在某些实施方案中，萃取剂108中的双向溶剂包括一种或更多种胺。根据某些实施方案，一种或更多种胺包括由以下组成的组中的一个或更多个成员：二乙胺、三乙胺、1-甲基哌啶、4-甲基哌啶、二异丙胺、N,N-二乙基甲胺、二甲基异丙胺、乙基异丙胺、甲基乙基异丙胺、甲基乙基正丙胺、二甲基仲丁胺、二甲基叔丁胺、二甲基异丁胺、二甲基正丁胺、甲基二乙胺、二甲基烯丙胺、二甲基正丙胺、二异丙胺、二正丙胺、二烯丙胺、n-甲基正戊胺、n-乙基正丁胺、n-乙基仲丁胺、n-乙基叔丁胺、n-乙基正丙胺、n-乙基异丙胺、n-甲基正丁胺、n-甲基仲丁胺、n-甲基异丁胺、n-甲基叔丁胺、二甲基、1,1-二甲基丙胺和二甲基、1-甲基丁胺。
在本发明的某些示例性的实施方案中，单一的胺被采用。在本发明的其他的示例性的实施方案中，两种或更多种胺的组合被采用。可选择地或另外地，胺与非胺分子组合地用在本发明的某些实施方案中。
在本发明的某些示例性的实施方案中，亲水性溶质中的至少一种与与原油相关联的疏水性溶质中的至少一种的比率在水贫化的第一水溶液116中至少十倍(该比率不一定适用于总的亲水性溶质和总的疏水性溶质之间的比率)高于在废水流106中。可选择地或另外地，在本发明的某些实施方案中，萃取剂108中的一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质中的至少一种的浓度在即将第一接触110之前至少三倍高于废水流106中的一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质中的至少一种的浓度(该比率不一定适用于总的疏水性溶质)。
再次地，在所描绘的示例性的实施方案中，从第二有机相128分离一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质152的至少一部分包括蒸发150。在本发明的某些示例性的实施方案中，蒸发150包括溶剂从溶质152的蒸馏。根据某些实施方案，疏水性溶质是比双向溶剂更挥发性的。在这种情况下，溶质被蒸发出来。在其他的情况下，相反的是适用的并且双向溶剂被蒸发。仍然可以存在比双向溶剂更挥发性的的溶质和较小挥发性的溶质二者。在这样的情况下，更挥发性的被首先蒸发并且然后双向溶剂被蒸发。根据实施方案，第二有机相128的仅一小部分被处理以用于疏水性溶质152的分离，例如小于其的20％、小于15％、小于10％、或小于5％。
在某些实施方案中，一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质包括一种或更多种酚类。可选择地或另外地，在某些实施方案中，一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质包括一种或更多种油(例如矿油、植物油)。
在某些实施方案中，方法包括在逆流模式中进行第一接触110和/或第二接触120。根据某些实施方案，接触110和/或120在2-20个阶段、3-15个阶段、4-12个阶段或5-10个阶段中被进行。
可选择地或另外地，在方法100、200和300的某些实施方案中，流108中的双向溶剂的量和流106中的水的量之间的重量/重量比率是在2:1和20:1之间、在3:1至17:1之间、在6:1至15:1之间、在2:1和12:1之间、在3:1和11:1之间、在4:1和10:1之间的范围内或在8:1至12:1之间的范围内。根据某些实施方案，第一接触110在连续的模式中被进行并且该比率是在流的重量通量之间，而不是量之间。
在某些实施方案中，流106含有悬浮固体。这些固体可以包括但不限于砂或土壤颗粒。根据多种实施方案，这些固体在第一接触110之前被除去。根据本发明的多种示例性的实施方案，固体除去模块包括沉降槽和/或过滤设备和/或离心设备(例如直流离心机和/或旋风分离器)。在某些实施方案中，固体的除去有助于下游工艺的机械效率。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，流106含有一种或更多种被溶解的表面活性剂(例如脂肪酸盐和/或洗涤剂)。根据多种实施方案，一种或更多种表面活性剂中的至少一种在第一接触110之前从流106的至少一部分中被除去和/或在流106的至少一部分中被灭活。在某些实施方案中，表面活性剂除去和/或灭活模块被定位在第一接触110的上游以降低在流106中存在的表面活性剂的活性。根据本发明的多种示例性的实施方案，表面活性剂除去和/或灭活模块采用表面活性材料(例如活性炭)和/或pH调整和/或多价离子的添加。
在本发明的某些示例性的实施方案中，表面活性剂除去和/或灭活模块有助于第一水溶液116与第一有机相118的分离的效率和/或有助于第二水溶液126与第二有机相128的分离的效率。
示例性的废水组成
在本发明的某些示例性的实施方案中，废水流106含有至少10,000PPM；至少20,000PPM；至少30,000PPM或至少40,000PPM的总溶解固体(TDS)。在本发明的其他的示例性的实施方案中，流106含有小于100,000PPM、小于90,000PPM、小于80,000PPM、小于70,000PPM或小于50,000PPM的总溶解固体(TDS)。
在本发明的多种示例性的实施方案中，所述废水流106中的总溶解固体(TDS)小于10,000ppm；小于8,000ppm；小于6,000ppm；小于4,000ppm或小于2,000ppm。具有这些相对地低的水平的TDS的废水流例如在冷却塔中和/或在石油工业中被生产。
可选择地或另外地，在某些实施方案中，TDS包含钡和/或锶和/或铁和/或其他的重金属和/或放射性同位素和/或氰化物和/或硫氰酸盐和/或氨的盐和/或硫化物和/或硫酸盐和/或钙盐和/或二氧化硅。
示例性的萃取条件
本文描述的本发明的多种示例性的实施方案涉及将水萃取(110)到包含双向溶剂的萃取剂中或从这样的萃取剂反萃取(120)水。根据多种实施方案，这样的萃取和反萃取中的至少一种通过在多个步骤逆流操作中接触被进行。根据多种实施方案，这样的接触在工业上使用的接触器中被进行，例如混合沉降器、萃取柱、离心接触器和雨斗接触器(raining-bucketcontactor)。根据实施方案，废水包含悬浮固体和/或固体在所述第一接触期间形成并且所使用的接触器被设计为操纵这样的固体。
所述第一有机相的示例性的任选的处理
在本发明的某些示例性的实施方案中，第一有机相118在所述第二接触之前被处理，例如通过添加有机溶剂或与水溶液接触。根据另一个实施方案，第一有机相118包含悬浮固体并且在所述第二接触之前的所述处理包括分离这样的悬浮固体，例如通过延长的沉降或添加促凝剂。
示例性的溶剂考虑
根据本发明的多种示例性的实施方案，在萃取剂流108中采用的双向溶剂基于流106的总溶解固体(TDS)含量和/或流106的有机化合物(例如疏水性溶质)含量和有效能的成本被选择。
示例性的优点
已知的用于处理废水的方法涉及水的蒸发。由于所需的潜热的输入，能量消耗是高的。主要的努力涉及开发基于膜分离(例如反渗透)的替代方案。那些要求若干预处理(例如过滤、吸附、凝结和软化)以保护膜。这些预处理大体上增加基于膜的分离的成本。
本发明的某些实施方案的一个示例性的优点是水通过使用双向溶剂的萃取被分离并且从形成的有机相被回收，而没有潜热的输入。
可选择地或另外地，本发明的某些实施方案的另一个示例性的优点是分离膜230(图2)和331(图3)不与废水流直接地接触；因此需要较少的预处理阶段。
可选择地或另外地，工艺的任选地采用潜热的那些部分(例如蒸馏140)被应用于系统中的总质量的较小的部分并且涉及相对地低潜热的溶剂的蒸发，导致显著的能量节约。
可选择地或另外地，示例性的方法100、200和300实现可用水(已分离的水136)从废水(106)的高效率的分离，形成减少体积的、杂质被浓缩的流(杂质富集的水溶液146)，由此减少待处置的废水的体积。
可选择地或另外地，示例性的方法100、200和300实现有机物质(疏水性溶质152)的良好的分离，其可以被用于能量或更具体的应用。
可选择地或另外地，示例性的方法100、200和300以与可选择的处理相比相对地低的成本产生高品质的已分离的水136，其可以被用于例如蒸汽。
可选择地或另外地，本文描述的示例性的方法比在之前可用的替代方案更适合用于在操纵硬水(以106)中使用。
可选择地或另外地，本文描述的示例性的方法有助于减少化学试剂的使用。
可选择地或另外地，本文描述的示例性的方法可接受与其他的方法的整合，例如重力分离装置例如API(美国石油学会)油-水分离器。
示例性的系统
图4是通常被指示为400的水回收系统的示意图。在图中，有机相的流动通过虚线箭头描绘，并且水溶液的流动通过实线箭头描绘。在图1、2和3中出现的数字在图4中被使用以指示相似于上文描述的那些的流动。
所描绘的示例性的系统400包括第一水萃取模块410，其适应于使包含双向溶剂的萃取剂108与包含一种或更多种亲水性溶质的废水流106的至少一部分接触以形成水贫化的第一水溶液116和水富集的第一有机相118。
在所描绘的示例性的实施方案中，系统400包括第二水萃取模块420，其适应于使第一有机相118与已浓缩的水溶液132接触，以产生第二有机相128和第二水溶液126。
所描绘的示例性的系统400还包括适应于从第二水溶液126分离已浓缩的水溶液132、第三有机相138和已分离的水136的分离模块430。
根据本发明的多种实施方案，在第一水萃取模块410处的第一接触110在第一温度(T1)下发生并且在第二水萃取模块420处的第二接触120在第二温度(T2)下发生。根据某些实施方案，T2相似于T1。根据其他的实施方案，T2不同于T1。
根据本发明的多种实施方案，系统400被配置为允许将已浓缩的水溶液的至少一部分再循环至第二水萃取模块420。在所描绘的示例性的系统中，已浓缩的水溶液132的至少一部分被再循环至第二水萃取模块420。
根据本发明的多种实施方案，系统400被配置为允许将第二有机相128的至少一部分作为双向溶剂再循环至第一水萃取模块410。
根据本发明的某些实施方案，分离模块包括适应于形成已分离的水136和在渗余物隔室中的渗余物的膜并且渗余物被包含在已浓缩的水溶液132中。在所描绘的示例性的系统中，膜是反渗透膜。
根据本发明的某些实施方案，系统的特征在于第二水溶液126包含双向溶剂并且在于渗余物隔室适应于包括第三有机相138。
根据本发明的多种实施方案，系统400被配置为允许将第三有机相138的至少一部分作为双向溶剂再循环至第一水萃取模块410。
根据本发明的多种实施方案，系统400的特征在于是便携的。根据某些实施方案，系统400是可移动的，可运动的，并且可以从一个地点运输至另一个(例如从一个页岩油区至另一个)。根据实施方案，系统400是装有滑轨的。
示例性的使用方案I：诱导水力压裂(液压破碎法)
典型的液压破碎井需要在4,000m3和超过22,000m3之间的水。由液压破碎法产生的废水含有亲水性溶质，包括但不限于钠、镁和钙盐、钡、锶、铁、其他的重金属和放射性同位素。总溶解固体(TDS)典型地在5,000PPM至100,000PPM或更多的范围内。
由液压破碎法产生的废水还含有疏水性材料例如油。
再次地参照图1、2、3和4：在本发明的某些示例性的实施方案中，液压破碎法充当工业过程并且回流和/或采出水充当废水流106。
在水回收工艺100、200和300期间，亲水性溶质的大部分将分离到第一水溶液116中并且根据某些实施方案，以146从系统被除去，如上文详细地描述的。
疏水性溶质在第一接触110中被选择性地并且高效率地萃取到第一有机相118中。疏水性溶质在第二接触期间几乎完全地保持在萃取剂中，即在第二有机相128中。在图1、2和3的所描绘的示例性的实施方案中，疏水性溶质的一部分到达蒸发150并且以152从系统被至少部分地除去。已分离的水136成为工业过程的进料工艺用水并且可以被用作输入水的一部分用于液压破碎法的后续的轮次。
在某些情况下，由液压破碎法产生的废水含有表面活性剂。任选地，表面活性剂在引入到方法100、200和300中之前被除去。在本发明的某些示例性的实施方案中，表面活性剂的除去有助于在整个工艺中在有机相和水溶液之间的更高效率的分配。
示例性的使用方案II：来自油砂的合成原油
从油砂生产一桶的合成原油需要约2至4.5桶的淡水作为输入。在常规的地下工艺中，该水作为蒸汽被施用于在井中的油砂。在地表采矿中，油砂从井被移除并且然后水被施用。
在蒸汽辅助重力泄油(SAGD)工艺中，两个水平井在油砂中钻井，一个在地层的底部并且另一个在其上方约5米处。这些井典型地被成组地钻井偏离中央垫(centralpad)并且可以在所有的方向上延伸几英里。在每个井对中，蒸汽被注入到上井中，热熔融沥青，这允许其流动到下井中，在下井其被泵送至表面。
用于SAGD工艺的蒸汽可以由直流蒸汽发生器(OTSG)产生。用于OTSG的进料可以包含采出水且任选地还包含补充水。OTSG产生用于井注入的高品质蒸汽以及可以含有溶解固体的排料流，排料流需要处理。所生产的合成原油含有水(产生水)，该水在合成原油的加工期间被分离，已分离的水被再循环至蒸汽发生器。
在合成原油生产期间，被注入的蒸汽的部分保持在地面地层中并且不作为采出水返回。为了维持合成原油生产所需要的蒸汽的量，使用除了被再循环的已分离的采出水之外的补充水。
补充水从自然来源例如河流或地下井提供，在某些情况下补充水含有无机盐(亲水性溶质)。
在OTSG之前除去无机盐和有机酸可以减少排料水中的无机盐和有机酸百分数。
在本发明的某些示例性的实施方案中，采出水(与补充水混合或不混合)和排料水是在合成原油的生产期间被产生的废水。
在合成原油的生产期间被产生的废水含有无机盐(亲水性溶质)、和有机酸(疏水性溶质)。
再次地参照图1、2、3和4：在本发明的某些示例性的实施方案中，合成原油的生产充当工业过程并且在合成原油的生产期间被产生的废水充当废水流106。
在水回收工艺100、200或300期间，亲水的无机盐的大部分将分离到第一水溶液116中并且根据某些实施方案，以146从系统被除去，如上文详细地描述的。
疏水性溶质(有机酸)在第一接触110中被选择性地并且高效率地萃取到第一有机相118中。疏水性溶质在第二接触期间几乎完全地保持在萃取剂中，即在第二有机相128中。在图1、2或3的所描绘的示例性的实施方案中，疏水性溶质的一部分到达蒸发150并且以152从系统被至少部分地除去。已分离的水(被描绘为渗透物136)成为工业过程的进料工艺用水并且可以被用作输入水的一部分用于合成原油的生产的后续的轮次。
示例性的使用方案III：冷却水
在以色列，水冷冷凝器被估计消耗大约1.3亿M3的水每年并且排放3千5百万M3的盐水每年。盐水含有约5.6吨的氯化物/M3和约2.6吨的钠/M3。
因为水冷冷凝器在全国的大的公共机构中广泛地使用，所以据估计约5千万M3的水每年被消耗仅用于空气调节。
甚至更大的量的冷却水在工业环境中使用。作为实例，单个的精炼厂可以需要约350M3/小时的冷却水。在该量中，约60至80％损失于在冷却塔中的蒸发并且剩下的20至40％作为被冷却的水被回收，所述被冷却的水至少在理论上可用于再循环。因为矿物不蒸发，所以盐在冷却塔中以约2.5至5的因数被浓缩。
这意味着没有除去被溶解的矿物的处理的被冷却的水的再循环将导致在冷却系统中循环的水中的矿物浓度随时间推移而增加。
再次地参照图1、2、3和4：在本发明的某些示例性的实施方案中，在冷却塔中的冷却充当工业过程并且被冷却的水充当废水流106。
在水回收工艺100期间，亲水的无机盐的大部分将分离到第一水溶液116中并且根据某些实施方案，以146从系统被除去，如上文详细地描述的。已分离的水136成为进料工艺用水并且可以被用作输入水的一部分用于冷却的后续的轮次。
水回收工艺100、200和300适合于处理来自石油工业(例如精炼厂)和来自各种工业的冷却塔的废水流106。在某些情况下，炼油厂包括一个或更多个冷却塔使得存在废水的多个来源。根据本发明的多种示例性的实施方案，废水的这些多个来源根据方法100被分开地或彼此组合地处理。
示例性的使用方案IV：来自石油工业加工的流出物
在石油炼厂中，加工包括多种处理(例如裂化，其是在其中重烃被分解为较轻的烃的过程)。这些加工处理产生包含亲水性溶质的废水流。这些亲水性溶质可以包括但不限于氰化物盐、硫氰酸盐、氨的盐和硫化物(例如H2S)。此外，废物可以包含疏水性溶质例如油和/或酚类。酚类可以包括一羟基物(具有一个羟基)例如苯酚、邻、间和对甲酚类、各种二甲苯酚类、和各种乙基酚类。酚类可以还包括多羟基物(具有两个或更多个羟基)例如儿茶酚和间苯二酚，它们是C6H4(OH)2异构体。可选择地或另外地，酚类可以包括硫酚类例如苯硫酚(或苯基硫醇)，其是C6H5SH；和甲苯硫醇类(或甲苯基硫醇类)，其是CH3C6H4SH异构体。
例如，石油工业加工废水流可以包含作为亲水性溶质的≤50mg氰化物或硫氰酸盐和/或≥500mg/L氨或铵盐和/或≥500mg/L硫化物。相同的流可以还包含作为疏水性溶质的50至500mg/L的酚类和/或50至500mg/L的油。
再次地参照图1、2、3和4：在本发明的某些示例性的实施方案中，石油工业加工充当工业过程且在加工期间被产生的废水充当废水流106。
在水回收工艺100、200和300期间亲水性无机盐的大部分将分离到第一水溶液116中并且根据某些实施方案，以146从系统被除去，如上文详细地描述的。
疏水性溶质(酚类和/或油)在第一接触110中被选择性地并且高效率地萃取到第一有机相118中。疏水性溶质在第二接触期间几乎完全地保持在萃取剂中，即在第二有机相128中。在图1的所描绘的示例性的实施方案中，疏水性溶质的一部分到达蒸发150并且以152从系统被至少部分地除去。已分离的水136成为进料工艺用水并且可以被用作输入水的一部分用于任何加工处理的后续的轮次。
示例性的使用方案V：提高原油采收率(EOR)
EOR工艺相似于油从油砂的生产(上文的方案II)，因为其涉及把水向下地泵送到井中。在EOR中，液体水穿透在井的底部中的油并且在油下方积聚。随着水积聚，其抬升油，直到油到达其可以从井被泵送的水平。使用EOR从井泵送的油含有约20至30％携带高浓度的盐的水，所述盐可以含有金属和/或放射性同位素。为了再使用该水，其必须与油分离并且盐浓度必须被减少。
再次地参照图1、2、3和4：在本发明的某些示例性的实施方案中，EOR充当工业过程并且从被回收的原油分离的水充当废水流106。
在水回收工艺100、200和300期间，亲水性无机盐、金属和放射性同位素的大部分将分离到第一水溶液116中并且根据某些实施方案，以146从系统被除去，如上文详细地描述的。
疏水性溶质(悬浮油滴)在第一接触110中被选择性地并且高效率地萃取到第一有机相118中。疏水性溶质在第二接触期间几乎完全地保持在萃取剂中，即在第二有机相128中。在图1、2和3的所描绘的示例性的实施方案中，疏水性溶质的一部分到达蒸发150并且以152从系统被至少部分地除去。已分离的水136成为进料工艺用水并且可以被用作输入水的一部分用于EOR的后续的轮次。
实施例
实施例1：使用被再循环的正丁醇萃取剂从废物流的水萃取
使回流废物流与被再循环的正丁醇(双向溶剂)接触(萃取)。废物流(用于萃取的含水进料)含有3％总溶解溶质(TDS)，主要是盐(亲水性溶质)、以及约200ppm与油相关的有机物质(与原油相关联的疏水性溶质)。被再循环的(被再生的)正丁醇(萃取剂)初始地含有约11.5％水。实验室规模萃取在35℃下进行并且模拟8个阶段的逆流萃取。将水从废物流转移至萃取剂。萃取剂与含水进料(O/A)重量/重量比率是11。形成的有机相和水相被分析以确定它们的组成已经达到稳态的时间。稳态有机相(萃取物)和稳态水相(萃余液)被分析。
萃余液的TDS是12％。其正丁醇浓度是2.7％并且与油相关的有机物质的浓度小于20ppm。萃取物的水含量是17。这些分析指示约75％的水和基本上所有的在废物流中初始地存在的与油相关的有机物质被萃取到正丁醇中。形成的萃余液是水贫化的第一水溶液并且形成的萃取物是水富集的第一有机相。
实施例2-6：使用被再循环的正丁醇萃取剂从各种废物流的水萃取
具有变化的组成的另外的废物流用具有变化的初始水含量的被再循环的正丁醇(萃取剂)来萃取。程序相似于实施例1中的程序并且结果在表1中被概括。
表1
[1]作为水在被萃取到萃取物中的废物流中的分数计算。
实施例7-11：使用各种被再循环的萃取剂从废物流的水萃取
具有多种初始的TDS的废物流用多种被再循环的萃取剂来萃取。程序相似于实施例1中的程序并且结果在表2中被概括。
表2
[1]作为水在被萃取到萃取物中的废物流中的分数计算。
实施例12：在实施例1中形成的萃取物借助于MgCl 2 溶液的反萃取
使在实验1中形成的萃取物与被再循环的(被再生的)含水的11％MgCl2溶液接触(反萃取)。实验室规模反萃取在35℃下进行并且模拟8个阶段的逆流萃取。萃取物与含水的MgCl2溶液(O/A)重量/重量比率是5。将水从萃取物转移至MgCl2溶液。形成的有机相和水相被分析以确定它们的组成已经达到稳态的时间。稳态有机相(被再生的萃取剂)和稳态水相(被稀释的MgCl2溶液)被分析。
被稀释的MgCl2溶液中的MgCl2浓度是8。被再生的萃取物中的水含量是11.5％。根据实施例1从废物流萃取到萃取物中的水在该反萃取中从萃取物被转移至被再循环的MgCl2溶液，再生了实施例1的萃取剂。
实施例13-17：在实施例7-11中形成的萃取物借助于MgCl 2 溶液的反萃取
在实施例7-11中形成的萃取物用MgCl2溶液反萃取。程序相似于实施例12中的程序。结果在表3中被概括。反萃取已经把分别在实验7-11中萃取的水转移到MgCl2溶液中，并且已经再生相应的萃取剂。
表3
实施例18：借助于蒸发从实施例12的稀释的MgCl 2 溶液的水除去
100g的在实验12中形成的稀释的MgCl2溶液在真空下被加热并且所形成的蒸气被冷凝为液体并且被收集。收集到的液体含有水和正丁醇。当已冷凝的水的量是27g时停止加热。在冷却之后，MgCl2溶液被分析。在此的MgCl2浓度是11％，这再生了被再循环的MgCl2溶液。在实施例1中从废物流被萃取到萃取物中并且在实施例12中被反萃取到MgCl2溶液中的水通过从该稀释的MgCl2溶液的蒸发而从该稀释的MgCl2被回收。
实施例19：借助于反渗透从实施例12的稀释的MgCl 2 溶液的水除去
在实验12中形成的稀释的MgCl2溶液在反渗透池中被浓缩以达到11％的浓度。将水转移穿过膜，然而MgCl2被截留。MgCl2的浓度被增加以再生实验12的被再循环的MgCl2溶液。将少量有机相从已浓缩的MgCl2溶液分离。
实施例20：在实施例1中形成的萃取物借助于碳酸铵溶液的反萃取
氨和CO2被鼓泡经过碳酸铵的被再循环的稀的水溶液以形成约20％的浓溶液。
使在实验1中形成的萃取物与该浓溶液接触(反萃取)。实验室规模反萃取在15℃下进行并且模拟8个阶段的逆流萃取。萃取物与(NH4)2CO3水溶液(O/A)重量/重量比率是5。将水从萃取物转移至(NH4)2CO3溶液。形成的有机相和水相被分析以确定它们的组成已经达到稳态的时间。稳态有机相(被再生的萃取剂)和稳态水相(稀释的(NH4)2CO3溶液)被分析。
被再生的萃取物的水含量是11.5％。根据实施例1从废物流被萃取到萃取物中的水在该反萃取中从萃取物被转移至被再循环的(NH4)2CO3溶液，再生了实施例1的萃取剂。
预期的是，在本专利的有效期期间，许多另外的工业过程和/或脱盐技术将被开发并且本发明的范围被意图先验地包括所有的这样的新的技术。
如本文使用的术语“约”是指±10％。
虽然本发明已经结合其具体的实施方案被描述，但明显的是，许多替代方案、修改和变型对于本领域的技术人员将是明显的。据此，意图包括所有的这样的落入所附的权利要求的精神和宽泛的范围内的替代方案、修改和变型。
具体地，多种数字指示物已经被利用。应当理解，这些数字指示物可以基于被包含到本发明的各种实施方案中的多种工程原则、材料、意图的用途和设计而更进一步变化。此外，被归于本发明的示例性的实施方案并且被描绘为单一的单元的部件和/或行动可以被分割为亚单元。相反地，被归于本发明的示例性的实施方案并且被描绘为亚单元/单独的行动的部件和/或行动可以被组合为具有被描述的/被描绘的功能的单一的单元/行动。
可选择地或另外地，用于描述方法的特征可以被用于表征设备并且用于描述设备的特征可以被用于表征方法。
应当进一步理解，上文描述的单独的特征可以以所有可能的组合和亚组合来组合以产生本发明的另外的实施方案。上文给出的实施例在本质上是示例性的并且不意图限制仅仅被以下的权利要求界定的本发明的范围。
包括特定的特征、零件、部件、模块或工艺的本发明的实施方案的每次叙述是不包括被叙述的特征、零件、部件、模块或工艺的另外的实施方案存在的明确的声明。
特别地，本发明已经在工业过程和脱盐的环境中被描述，但可以还被用于减少水中的放射性同位素的水平。
在本说明书中提到的所有的出版物、参考文献、专利和专利申请以其整体通过引用在本文中被并入说明书中，至如同每个单独的出版物、专利或专利申请被特别地和单独地指示为通过引用被并入本文的相同的程度。此外，任何参考文献在本申请中的引用或识别不应当被视为对这样的参考文献可用作本发明的现有技术的承认。
如本文使用的术语“包括”、和“具有”和它们的同根词意指“包括但不一定限于”。

Claims (42)

1.一种方法，包括：
(a)使包含一种或更多种亲水性溶质的废水流的至少一部分与包含双向溶剂的萃取剂第一接触以形成水贫化的第一水溶液和水富集的第一有机相；
(b)使所述第一有机相与已浓缩的水溶液第二接触以形成第二有机相和第二水溶液；
(c)从所述第二水溶液分离水以形成已浓缩的水溶液和已分离的水；
(d)把所述已浓缩的水溶液再循环至所述第二接触；以及
(e)把双向溶剂从所述第二有机相再循环至所述第一接触；
其中所述废水流、所述水贫化的第一水溶液、所述已浓缩的水溶液和所述第二水溶液在50℃的水蒸气分压分别地是P1、P2、P3和P4；并且其中所述双向溶剂被选择为使得P1>P2；P1>P3并且P4>P3。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述废水流包含一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质；包括把所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的至少一部分从所述第二有机相的至少一部分分离。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述分离水包括加热所述第二水溶液。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述加热分离气态的或固体的化合物，包括使所述已分离的气态的或固体的化合物与第三水溶液接触以形成所述已浓缩的水溶液。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述气态的或固体的化合物包括由以下组成的组的至少一个成员：NH3、CO、CO2、CaCl2、Ca(NO2)3、KBr、KCl、KHCO3、K2SO4、MgCl2、MgSO4、NaCl、NaHCO3、Na2SO4、NH4Cl、(NH4)2CO3、(NH4)HCO3、H2NCOONH4和(NH4)2SO4。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述已浓缩的水溶液包含铵化合物。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二水溶液包含所述双向溶剂的至少一部分并且所述加热分离第三有机相。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述分离水包括使所述第二水溶液与膜接触以形成已分离的水和渗余物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述膜是反渗透膜。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二水溶液包含所述双向溶剂的至少一部分并且所述渗余物包含第四有机相。
11.根据权利要求7或权利要求10所述的方法，包括把所述第三有机相或所述第四有机相的至少一部分再循环至所述第一接触。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述分离水包括加热所述第二水溶液以及使所述第二水溶液与膜接触。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热是根据权利要求3至7中任一项。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述与膜接触是根据权利要求8至11中任一项。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述已分离的水包含所述废水流的所述至少一部分中的所述水的至少60％。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中P2>P3。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中P1>P4。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述双向溶剂具有与二价离子相比更大的对一价离子的亲合力；其中所述废水流包含以多价与一价离子比率R1的至少一种多价离子和至少一种一价离子，其中所述第一水溶液包含以多价与一价离子比率R2的至少一种多价离子和至少一种一价离子，并且其中R2相似于R1。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述废水流包含以多价与一价离子比率R1的至少一种多价离子和至少一种一价离子，其中所述已浓缩的水溶液包含以多价与一价离子比率R3的至少一种多价离子和至少一种一价离子，并且其中R3>R1。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述废水流和所述已浓缩的水溶液二者都包含至少一种多价离子并且其中所述废水流中的多价离子的组成不同于所述已浓缩的水溶液中的多价离子的组成。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括使所述第一有机相和所述第二有机相中的至少一个的至少一部分与具有至少2倍大于所述双向溶剂中的C:O比率的C:O比率的疏水性溶剂接触。
22.根据权利要求2至21中任一项所述的方法，其中所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质包括由以下组成的组中的至少一个成员：环烷酸、其他的包含至少5个碳原子的有机酸、1,4-二氧六环、丙酮、溴仿、二苯并(a,h)蒽、吡啶、酚类和油。
23.根据权利要求2至22中任一项所述的方法，其中所述第二有机相包含所述废水流中的所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的至少85％。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水贫化的第一水溶液包含所述废水流中的所述一种或更多种亲水性溶质的至少80％。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括把来自所述废水流的水的至少50％再循环至产生所述废水流的工业过程。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述废水流包含蒸汽发生器的排料。
27.根据权利要求26所述的方法，包括软化所述废水流以形成已软化的进料流以及把所述已软化的进料流进料至蒸汽发生器以形成蒸汽和排料流。
28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述废水流通过选自由以下组成的组的工业过程产生：诱导水力压裂(液压破碎法)、从油砂的原油生产、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、石油工业加工、提高原油采收率(EOR)和植物油生产。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述废水流通过选自由以下组成的组的工业过程产生：回收原油和加工原油。
30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括使原油与所述已分离的水接触以产生所述废水流。
31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述双向溶剂包括一种或更多种具有3至6个碳原子的包含氧的有机分子。
32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述双向溶剂包括由以下组成的组中的一个或更多个成员：醇、酮、酯、酚类和有机酸。
33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述双向溶剂包括由以下组成的组中的一个或更多个成员：正丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇、正戊醇、仲戊醇、异戊醇和叔戊醇。
34.根据权利要求2至33中任一项所述的方法，其中所述双向溶剂被选择为使得所述一种或更多种亲水性溶质与所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的比率在所述水贫化的第一水溶液中高于在所述废水流中至少十倍。
35.根据权利要求2至34中任一项所述的方法，其中所述萃取剂中的所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质中的至少一种的浓度在即将所述第一接触之前高于所述废水流中的所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质中的所述至少一种的浓度至少三倍。
36.根据权利要求2至35中任一项所述的方法，其中所述把所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质的至少一部分从所述第二有机相分离包括蒸发。
37.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在逆流模式中进行所述第一接触、所述第二接触或二者。
38.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在所述第一接触提供用于所述废水流中的每个重量单位的水的在2至20重量单位之间的双向溶剂。
39.根据权利要求2至38中任一项所述的方法，其中所述双向溶剂包括一种或更多种酚类。
40.根据权利要求2至39中任一项所述的方法，其中所述一种或更多种与原油相关联的疏水性溶质包括一种或更多种油。
41.一种系统，包括：
(a)废水源，其产生包含一种或更多种亲水性溶质的废水流；
(b)萃取剂源，其包含含有双向溶剂的萃取剂；
(c)第一萃取模块，其与所述萃取剂源流体连通并且适应于使所述萃取剂与所述废水流的至少一部分接触以形成水贫化的第一水溶液和水富集的第一有机相；
(d)第二萃取模块，其适应于接收所述第一有机相并且使所述第一有机相与已浓缩的水溶液接触，以产生第二有机相和第二水溶液；
(e)分离模块，其适应于把水和溶质从所述第二水溶液分离；以及
(f)泵，其适应于把所述溶质的至少一部分引导至所述第二水萃取模块作为被再循环的水溶液。
42.根据权利要求41所述的系统，包括把所述第二有机相的至少一部分导向至所述第一水萃取模块的溶剂泵。
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