CN108348821A - 用于通过化学凝聚对水例如油田废水进行处理的系统和方法 - Google Patents

用于通过化学凝聚对水例如油田废水进行处理的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108348821A
CN108348821A CN201680059490.XA CN201680059490A CN108348821A CN 108348821 A CN108348821 A CN 108348821A CN 201680059490 A CN201680059490 A CN 201680059490A CN 108348821 A CN108348821 A CN 108348821A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stream
inlet flow
aqueous
less
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201680059490.XA
Other languages
English (en)
Inventor
约恩-罗斯·安德鲁斯
普拉卡什·纳拉扬·戈文丹
马克西莫斯·G·圣约翰
史蒂文·拉姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gradiant Corp
Original Assignee
Gradiant Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gradiant Corp filed Critical Gradiant Corp
Publication of CN108348821A publication Critical patent/CN108348821A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
    • C02F1/5245—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents using basic salts, e.g. of aluminium and iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material
    • C02F1/56—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F2001/007—Processes including a sedimentation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/10—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from quarries or from mining activities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/34—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
    • C02F2103/36—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the manufacture of organic compounds
    • C02F2103/365—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the manufacture of organic compounds from petrochemical industry (e.g. refineries)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Abstract

本文描述了用于处理水性输入流的系统和方法，所述水性输入流包含：至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相(例如，油、脂)；以及在一些情况下一种或更多种另外的污染物，例如，溶解的碳酸氢根离子(HCO3 ‑)、溶解的二价阳离子(例如Ca2+、Mg2+)、溶解的三价阳离子(例如Fe3+、Al3+)、有机物质(例如腐殖酸、富里酸)、硫化氢(H2S)和/或悬浮固体。根据某些实施方案，将水性进料流供应至包括化学凝聚设备和悬浮固体去除设备(例如澄清器)的水处理系统。在化学凝聚设备内，可以将一定量的无机凝聚剂(例如，水合氯化铝、聚合氯化铝)、一定量的强碱(例如氢氧化钠)和一定量的聚合电解质(例如聚丙烯酰胺)添加至所述水性输入流中以形成经化学处理的流。

Description

用于通过化学凝聚对水例如油田废水进行处理的系统和方法
技术领域
一般地描述了用于水(特别是用于油田废水)的处理的系统和方法。
背景技术
从地下储层中提取油和/或气常常产生大量污染废水(即采出水)作为副产物。在一些情况下，可能期望对油田废水进行处理以去除一种或更多种污染物以便使其适合于人类和/或动物消耗、灌溉、工业使用和/或在油或气提取操作中使用(例如，作为钻井流体和/或水力压裂流体)。在某些情况下，可能期望对采出水进行处理以符合有关废水处理的政府法规。
用于处理水的常规方法(包括常规凝聚方法)通常是昂贵的和/或不适合于处理油田废水。例如，废水中烃类和/或碳酸氢盐的存在可能会干扰常规的处理方法。因此，需要改善的用于处理油田废水的系统和方法。
发明内容
一般地描述了用于油田废水的处理的系统和方法。在一些情况下，本发明的主题涉及相关的产品、针对具体问题的可选解决方案、和/或一个或更多个系统和/或制品的多种不同的用途。
某些实施方案涉及用于处理水的方法。在一些实施方案中，用于处理水的方法包括将包含至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的水性输入流供应至化学凝聚设备。在一些实施方案中，所述方法还包括在所述化学凝聚设备内将一定量的无机凝聚剂、一定量的强碱和一定量的聚合电解质添加至所述水性输入流中以形成经化学处理的流。在某些实施方案中，所述方法还包括使所述经化学处理的流流动至被配置成从所述经化学处理的流中去除至少一部分悬浮固体的悬浮固体去除设备以形成污染物减少流。根据一些实施方案，所述经化学处理的流和所述污染物减少流各自的pH为约8或更小。
在一些实施方案中，用于处理水的方法包括将包含至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的水性输入流供应至化学凝聚设备。在一些实施方案中，所述方法还包括在所述化学凝聚设备内将一定量的无机凝聚剂、一定量的强碱和一定量的聚合电解质添加至所述水性输入流中以形成经化学处理的流。在某些情况下，所述方法还包括使经化学处理的流流动至被配置成从所述经化学处理的流中去除至少一部分悬浮固体的悬浮固体去除设备以形成污染物减少流。根据一些实施方案，所述经化学处理的流和所述污染物减少流各自的温度为约15℃或更低。
当结合附图考虑时，本发明的其他优点和新特征将由以下对本发明的多个非限制性实施方案的详细描述而变得明显。在本说明书和通过引用并入的文件包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应以本说明书为准。
附图说明
将通过举例的方式参照附图对本发明的非限制性实施方案进行描述，所述附图是示意性的且不旨在按比例绘制。在附图中，所示出的每个相同或几乎相同的组件通常由单一数字表示。在图示对使本领域普通技术人员理解本发明来说不必要时，为了清楚起见，没有在每个图中标记每个组件，也未示出本发明的各个实施方案的每个组件。在附图中：
图1A是根据一些实施方案的包括化学凝聚设备和悬浮固体去除设备的示例性水处理系统的示意图；
图1B是根据一些实施方案的包括化学凝聚设备、悬浮固体去除设备和固体处理设备的示例性水处理系统的示意图；
图1C是根据一些实施方案的包括化学凝聚设备(包括三个反应容器)、悬浮固体去除设备和固体处理设备的示例性水处理系统的示意图；
图2是根据一些实施方案的包括化学凝聚设备、悬浮固体去除设备、固体处理设备和脱盐系统的示例性水处理系统的示意图；
图3是根据一些实施方案的示例性加湿-减湿脱盐系统的示意图；以及
图4是根据一些实施方案的包括化学凝聚设备、悬浮固体去除设备、固体处理设备、发电机和换热器的示例性水处理系统的示意图。
具体实施方式
本文描述了用于处理水性输入流的系统和方法，所述水性输入流包含：至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相(例如，油、脂)；以及在一些情况下一种或更多种另外的污染物，例如，溶解的碳酸氢根离子(HCO3 -)、溶解的二价阳离子(例如Ca2+、Mg2+)、溶解的三价阳离子(例如Fe3+、Al3+)、有机物质(例如腐殖酸、富里酸)、硫化氢(H2S)和/或悬浮固体。根据某些实施方案，水性输入流被供应至包括化学凝聚设备和悬浮固体去除设备(例如澄清器)的水处理系统。在化学凝聚设备内，可以将一定量的无机凝聚剂(例如，水合氯化铝、聚合氯化铝)、一定量的强碱(例如氢氧化钠)和一定量的聚合电解质(例如聚丙烯酰胺)添加至所述水性输入流中以形成经化学处理的流。在一些实施方案中，无机凝聚剂、强碱和/或聚合电解质可以诱导水性输入流内的至少一部分污染物凝聚和/或絮凝，并且经化学处理的流可以包含多种絮凝物(即，颗粒附聚物)。在一些实施方案中，经化学处理的流被引导流动至悬浮固体去除设备。在悬浮固体去除设备内，可从经化学处理的流中去除多种絮凝物的至少一部分以形成污染物的浓度比水性输入流低的污染物减少流。在一些实施方案中，经化学处理的流和污染物减少流各自的pH为约8或更小。在某些实施方案中，经化学处理的流和污染物减少流各自的温度为约15℃或更低。
在一些情况下，存在于废水流中的至少一部分污染物为胶体颗粒(即，平均尺寸为1纳米至100微米的颗粒)。由于胶体颗粒的尺寸小，通过过滤将其从废水流中去除可能具有挑战性，替代地，通常通过涉及凝聚(即胶体分散体的去稳定化)和絮凝(即颗粒(例如去稳定化的胶体颗粒)的附聚)的方法将其去除。然而，油田废水流由于流中某些污染物的存在而可能对常规凝聚方法构成挑战。例如，油田废水流通常包含可能干扰常规化学凝聚方法所依赖的某些化学反应的油和脂。另外，一些油田废水流包含可能具有缓冲效果(可降低某些常规化学凝聚方法的功效)的溶解的碳酸氢根离子。此外，相对低的油与脂的比重可以促进通常比沉降絮凝物更难以去除的漂浮絮凝物的形成。
在本发明的上下文中，出乎意料地确定可以使用本文中描述的系统和方法来廉价且有效地处理油田废水以去除一种或更多种污染物的至少一部分。特别地，已经确定在化学凝聚设备内将无机凝聚剂、强碱和聚合电解质添加至油田废水流中可以导致形成沉降絮凝物(例如快速沉降絮凝物)，其可以被去除以形成污染物减少流。此外，本文中描述的某些系统和方法可促进油田废水流内至少一部分污染物的凝聚和絮凝而不使该流的pH增加至高于约8。在一些情况下，这可有利地避免在下游添加酸以中和该流的pH的需要，从而降低化学成本。另外，本文描述的某些系统和方法可以在宽范围的温度内有效。在一些情况下，本文描述的某些系统和方法可在等于或低于约15℃的温度下促进油田废水流内至少一部分污染物的凝聚和絮凝。在一些情况下，这可有利地避免加热废水流的费用。另外，与常规凝聚方法相比，本文描述的系统和方法可具有另一些优点，所述优点包括但不限于产生相对少量的污泥，这可以降低处理成本。
图1A是根据一些实施方案的示例性水处理系统的示意图。在某些实施方案中，水处理系统包括被配置成向一定体积的液体(例如，水性输入流)中添加一种或更多种化学品的化学凝聚设备。例如，如图1A所示，水处理系统100包括化学凝聚设备102。在一些实施方案中，水处理系统还包括流体连接至化学凝聚设备的悬浮固体去除设备。在图1A中，例如，水处理系统100还包括流体连接至化学凝聚设备102的悬浮固体去除设备104。
在操作中，可将包含一种或更多种污染物(包含至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相)的水性输入流106供应至化学凝聚设备102。在化学凝聚设备102中，可将一定量的无机凝聚剂108、一定量的强碱110和一定量的聚合电解质112添加至水性输入流106中以形成经化学处理的流114。在一些实施方案中，无机凝聚剂108、强碱110、和/或聚合电解质112可以诱导水性输入流106内的一种或更多种污染物的凝聚和/或絮凝，并且经化学处理的流114可以包含含有一种或更多种污染物的至少一部分的一种或更多种絮凝物。
然后可引导经化学处理的流114从化学凝聚设备102流动至悬浮固体去除设备104。在悬浮固体去除设备104内，一种或更多种污染物的至少一部分可进一步凝聚和/或絮凝。在一些实施方案中，可从经化学处理的流114中去除多种絮凝物(例如，在化学凝聚设备102和/或悬浮固体去除设备104内形成的絮凝物)，从而形成污染物减少流116。例如，多种絮凝物可以下沉至悬浮固体去除设备104的底部，在此处将它们从经化学处理的流114中去除。在一些实施方案中，多种絮凝物可以作为含固体的流118离开悬浮固体去除设备104。在一些情况下，污染物减少流116、在多种絮凝物的去除之后剩余的经化学处理的流114部分的一种或更多种污染物的浓度可比水性输入流106低。
在某些实施方案中，悬浮固体去除设备流体连接至任选的固体处理设备(例如脱水设备)。例如，在图1B中，悬浮固体去除设备104流体连接至任选的固体处理设备120。在操作中，可引导含固体的流118(例如包含由沉降的絮凝物形成的污泥的流)从悬浮固体去除设备104流动至任选的固体处理设备120。在一些实施方案中，固体处理设备120可使含固体的流118的固相与液相至少部分地分离并形成滤饼122和经过滤的液体流128。
根据一些实施方案，化学凝聚设备包括一个或更多个反应容器(例如反应罐)。在一些实施方案中，每个反应容器可被配置成向一定体积的液体(例如，水性输入流)中添加一种或更多种化学品。在某些实施方案中，例如，化学凝聚设备102包括单个反应容器。在其中化学凝聚设备102包括单个反应容器的实施方案中，反应容器可被配置成向水性输入流106中添加三种不同的化学品(例如，无机凝聚剂108、强碱110和聚合电解质112)。在一些实施方案中，单个反应容器包括搅拌器。
在一些实施方案中，化学凝聚设备包括两个或更多个反应容器。例如，图1C示出了其中化学凝聚设备包括三个单独的反应容器的示例性水处理系统的示意图。在图1C中，化学凝聚设备102包括第一反应容器102A、第二反应容器102B和第三反应容器102C。反应容器102A、102B和102C各自任选地包括搅拌器。如图1C所示，第三反应容器102C流体连接至悬浮固体去除设备104。
在操作中，水性输入流106进入化学凝聚设备102的第一反应容器102A。在第一反应容器102A中，可将一定量的无机凝聚剂108添加至水性输入流106中以形成第一中间流124。在一些实施方案中，第一反应容器102A包括搅拌器(例如，快速旋转的高剪切搅拌器)，并且可以以相对高的剪切速率将无机凝聚剂108与水性输入流106混合。
然后可引导第一中间流124流动至化学凝聚设备102的第二反应容器102B。在第二反应容器102B中，可将一定量的强碱110添加至第一中间流124中以形成第二中间流126。
然后可引导第二中间流126流动至化学凝聚设备102的第三反应容器102C。在第三反应容器102C中，可将一定量的聚合电解质112添加至第二中间流126中以形成经化学处理的流114。在一些实施方案中，第三反应容器102C包括搅拌器(例如，缓慢旋转的低剪切搅拌器)。在某些实施方案中，选择第三反应容器102C内的条件以促进絮凝物形成和存在。例如，可通过搅拌器以低剪切速率将聚合电解质112与第二中间流126混合以促进聚合电解质112在流126中的分布而不破坏现有的絮凝物。在一些实施方案中，低剪切混合可以引起流126内的至少一些颗粒和/或絮凝物彼此碰撞并粘附，导致更大絮凝物的形成。
然后可以引导可包含多种絮凝物的经化学处理的流114从第三反应容器102C流动至悬浮固体去除设备104。在悬浮固体去除设备104中，多种絮凝物的至少一部分可被去除，作为含固体的流118离开悬浮固体去除设备104，而经化学处理的流114的剩余部分可作为污染物减少流116离开悬浮固体去除设备104。在某些实施方案中，可以引导含固体的流118流动至可以产生滤饼122(例如，包含一种或更多种污染物的至少一部分的基本上为固体的饼)和经过滤的液体流128的任选的固体处理设备120。
尽管图1C示出了的其中首先添加无机凝聚剂、其次添加强碱、第三添加聚合电解质的水处理系统，应注意的是无机凝聚剂、强碱和聚合电解质可以以任何其他顺序添加。
根据一些实施方案，化学凝聚设备包括被配置成向一定体积的液体(例如，水性输入流)中添加一定量的无机凝聚剂的至少一个反应容器。在一些实施方案中，无机凝聚剂包含无机聚合物。无机聚合物可指具有不包含碳原子的骨架的聚合物(例如，包含多个重复单元的分子)。在一些实施方案中，无机聚合物为阳离子聚合物。在某些情况下，无机凝聚剂包含多种单体、低聚物和/或聚合物。在一些实施方案中，无机凝聚剂包含无机盐。无机盐可指不包含碳原子的离子化合物。在某些实施方案中，无机凝聚剂(例如无机聚合物、无机盐)为基本上可溶于添加有其的水性流和/或与该水性流混溶。
在一些实施方案中，无机凝聚剂包含铝。在一些这样的实施方案中，无机凝聚剂可以被称为基于铝的无机凝聚剂。根据某些实施方案，无机凝聚剂可以包含化学式为AlnCl(3n-m)(OH)m的化合物。在一些实施方案中，无机凝聚剂包含水合氯化铝(“ACH”)。在某些情况下，水合氯化铝包含化学式为Al2(OH)5Cl的化合物。在一些实施方案中，无机凝聚剂包含聚合氯化铝(“PACl”)。在某些情况下，聚合氯化铝包含化学式为Al2(OH)3Cl3的化合物。在某些实施方案中，为了避免增加水性流中溶解的铁阳离子的浓度，可能期望使用基于铝的无机凝聚剂而不是基于铁的无机凝聚剂。
在一些实施方案中，基于铝的无机凝聚剂具有相对高的碱度。如本文所使用的基于铝的无机凝聚剂的碱度通过将无机凝聚剂中氢氧离子的数目除以三倍的铝离子的数目来确定。例如，在化学式为AlnCl(3n-m)(OH)m的化合物中，碱度使用下式来计算：m/(3n)。因此碱度可以提供无机凝聚剂中包含了多少氢氧离子的量度。在其中无机凝聚剂包含无机聚合物的实施方案中，无机凝聚剂的碱度可通过测定预聚合的凝聚剂的碱度来获得。
在一些实施方案中，基于铝的无机凝聚剂的碱度为至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、或至少约95％。在某些实施方案中，基于铝的无机凝聚剂的碱度为约50％至约80％、约50％至约85％、约50％至约90％、约50％至约95％、约60％至约80％、约60％至约85％、约60％至约90％、约60％至约95％、约70％至约80％、约70％至约85％、约70％至约90％、约70％至约95％、约80％至约85％、约80％至约90％、约80％至约95％、约85％至约90％、或约85％至约95％。
在一些实施方案中，基于铝的无机凝聚剂具有相对高的铝的浓度。如本文所使用的，基于铝的无机凝聚剂中铝的浓度是指如由凝聚剂的化学式确定的凝聚剂中铝的重量除以凝聚剂的总重量。在一些实施方案中，基于铝的无机凝聚剂的铝浓度为至少约5％w/w、至少约6％w/w、至少约7％w/w、至少约8％w/w、至少约9％w/w、至少约10％w/w、至少约15％w/w或至少约20％w/w。在一些实施方案中，基于铝的无机凝聚剂的铝浓度为约5％w/w至约10％w/w、约5％w/w至约15％w/w、约5％w/w至约20％w/w、约6％w/w至约10％w/w、约6％w/w至约15％w/w、约6％w/w至约20％w/w、约7％w/w至约10％w/w、约7％w/w至约15％w/w、约7％w/w至约20％w/w、约8％w/w至约10％w/w、约8％w/w至约15％w/w、约8％w/w至约20％w/w、约9％w/w至约15％w/w、约9％w/w至约20％w/w、约10％w/w至约15％w/w、约10％w/w至约20％w/w、或约15％w/w至约20％w/w。
在一些实施方案中，无机凝聚剂包含铁。合适的基于铁的无机凝聚剂的非限制性实例为聚合硫酸铁。在一些实施方案中，聚合硫酸铁的化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]x。在某些情况下，n小于2，且x大于10。
在一些实施方案中，基于铁的无机凝聚剂具有相对高的碱度。在一些实施方案中，基于铁的无机凝聚剂的碱度为至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％或至少约95％。在某些实施方案中，基于铁的无机凝聚剂的碱度为约50％至约80％、约50％至约85％、约50％至约90％、约50％至约95％、约60％至约80％、约60％至约85％、约60％至约90％、约60％至约95％、约70％至约80％、约70％至约85％、约70％至约90％、约70％至约95％、约80％至约85％、约80％至约90％、约80％至约95％、约85％至约90％、或约85％至约95％。
在一些实施方案中，基于铁的无机凝聚剂具有相对高的铁浓度。如本文所使用的，基于铁的无机凝聚剂中铁的浓度是指如由凝聚剂的化学式确定的凝聚剂中铁的重量除以凝聚剂的总重量。在一些实施方案中，基于铁的无机凝聚剂的铁浓度为至少约5％w/w、至少约6％w/w、至少约7％w/w、至少约8％w/w、至少约9％w/w、至少约10％w/w、至少约15％w/w、或至少约20％w/w。在一些实施方案中，基于铁的无机凝聚剂的铁浓度为约5％w/w至约10％w/w、约5％w/w至约15％w/w、约5％w/w至约20％w/w、约6％w/w至约10％w/w、约6％w/w至约15％w/w、约6％w/w至约20％w/w、约7％w/w至约10％w/w、约7％w/w至约15％w/w、约7％w/w至约20％w/w、约8％w/w至约10％w/w、约8％w/w至约15％w/w、约8％w/w至约20％w/w、约9％w/w至约15％w/w、约9％w/w至约20％w/w、约10％w/w至约15％w/w、约10％w/w至约20％w/w、或约15％w/w至约20％w/w。
在一些实施方案中，无机凝聚剂(例如，基于铝的无机凝聚剂或基于铁的无机凝聚剂)具有相对高的分子量。在其中无机凝聚剂包含聚合物的情况下，如本文所使用的凝聚剂的分子量是指数均分子量Mn。数均分子量可通过根据下式通过对各个聚合物分子的分子量取数均来获得：
其中Ni为分子量为Mi的分子数。
本文描述的数均分子量是指通过使用凝胶渗透色谱法获得的数均分子量。
在一些情况下，无机凝聚剂的数均分子量为至少约200g/mol、至少约300g/mol、至少约400g/mol、至少约500g/mol、至少约600g/mol、至少约700g/mol、至少约800g/mol、至少约900g/mol、或至少约1000g/mol。在一些实施方案中，无机凝聚剂的数均分子量为约200g/mol至约300g/mol、约200g/mol至约400g/mol、约200g/mol至约500g/mol、约200g/mol至约600g/mol、约200g/mol至约700g/mol、约200g/mol至约800g/mol、约200g/mol至约900g/mol、或约200g/mol至约1000g/mol。
在一些实施方案中，无机凝聚剂具有相对高的密度。在某些情况下，相对高的密度可有利地促进足够重以沉降而不是漂浮(例如，在水性流中)的絮凝物的形成。在一些实施方案中，无机凝聚剂在约25℃的参考温度下具有一定密度。在一些实施方案中，无机凝聚剂在约25℃的参考温度下的密度为至少约9磅/加仑、至少约9.5磅/加仑、至少约10磅/加仑、至少约10.5磅/加仑、至少约11磅/加仑、至少约11.5磅/加仑、至少约12磅/加仑、至少约12.5磅/加仑、至少约13磅/加仑、至少约13.5磅/加仑、或至少约14磅/加仑。在一些实施方案中，无机凝聚剂在约25℃的参考温度下的密度为约9磅/加仑至约10磅/加仑、约9磅/加仑至约11磅/加仑、约9磅/加仑至约12磅/加仑、约9磅/加仑至约13磅/加仑、约9磅/加仑至约14磅/加仑、约10磅/加仑至约11磅/加仑、约10磅/加仑至约12磅/加仑、约10磅/加仑至约13磅/加仑、约10磅/加仑至约14磅/加仑、约11磅/加仑至约12磅/加仑、约11磅/加仑至约13磅/加仑、约11磅/加仑至约14磅/加仑、约12磅/加仑至约13磅/加仑、约12磅/加仑至约14磅/加仑、或约13磅/加仑至约14磅/加仑。
在一些实施方案中，无机凝聚剂具有相对高的比重。如本文所使用的，无机凝聚剂的比重是指在约25℃的参考温度下无机凝聚剂的密度与水的密度之比。在一些实施方案中，无机凝聚剂在约25℃的参考温度下的比重为至少约1.0、至少约1.01、至少约1.02、至少约1.03、至少约1.04、至少约1.05、至少约1.05、至少约1.06、至少约1.07、至少约1.08、至少约1.09、至少约1.1、至少约1.2、至少约1.3、至少约1.4、或至少约1.5。在一些实施方案中，无机凝聚剂在约25℃的参考温度下的比重为约1.0至约1.5、约1.01至约1.5、约1.03至约1.5、约1.05至约1.5、约1.07至约1.5、约1.1至约1.5、约1.2至约1.5、约1.3至约1.5、或约1.4至约1.5。
不希望受到特定理论的束缚，向包含一种或更多种污染物的水性流(例如，水性输入流)中添加一定量的无机凝聚剂可通过中和胶体表面的负电荷来诱导凝聚。例如，水性流可以包含具有负表面电荷的多个胶体颗粒，并且无机凝聚剂可以减小胶体颗粒之间的斥力，并使溶液更接近等电点(即，ζ电位为零的点)。在等电点处或等电点附近，絮凝物可以以最小量的动能(可通过混合将其赋予胶体颗粒)容易地形成。
在一些实施方案中，向包含一种或更多种污染物的水性流(例如，水性输入流)中添加一定量的无机凝聚剂也可通过桥接来诱导凝聚。桥接通常是指聚合物被吸附到两个或更多个颗粒(例如，胶体颗粒)上并因此充当连接这两个或更多个颗粒的桥。在一些情况下，具有相对高分子量(例如，数均分子量为至少约1000g/mol)的无机凝聚剂可有利地促进桥接。
在一些实施方案中，将相对少量的无机凝聚剂添加至水性流(例如，水性输入流)中。在一些实施方案中，所添加的无机凝聚剂的量为约250mg/L或更少、约200mg/L或更少、约100mg/L或更少、约50mg/L或更少、约20mg/L或更少、约15mg/L或更少、约12mg/L或更少、约10mg/L或更少、约5mg/L或更少、或约1mg/L或更少。在一些实施方案中，所添加的无机凝聚剂的量为约1mg/L至约5mg/L、约1mg/L至约10mg/L、约1mg/L至约12mg/L、约1mg/L至约15mg/L、约1mg/L至约20mg/L、约1mg/L至约50mg/L、约1mg/L至约100mg/L、约1mg/L至约200mg/L、或约1mg/L至约250mg/L。
在一些实施方案中，向水性流(例如，水性输入流)中添加无机凝聚剂可能使水性流的pH改变(例如，降低)相对小的量。在一些情况下，例如，向水性流中添加无机凝聚剂可能使水性流的pH改变(例如，降低)约1.0或更小、约0.8或更小、约0.6或更小、约0.4或更小、约0.2或更小、或约0.1或更小。在一些实施方案中，无机凝聚剂的添加可能使水性流的pH改变(例如降低)约0.1至约0.2、约0.1至约0.4、或约0.1至约0.6、约0.1至约0.8、或约0.1至约1.0的量。在一些情况下，可能有利的是，避免pH在添加无机凝聚剂时显著改变(例如降低)，以避免需要在下游添加另外的化学品(例如碱)来中和水性流的pH。
在一些实施方案中，可将无机凝聚剂直接添加至水性流(例如，水性输入流)而无需在上游添加酸(例如，以降低水性流的pH)。在一些实施方案中，可将无机凝聚剂添加至pH为至少约6.5、至少约7.0、至少约7.5、至少约8.0、至少约8.5、至少约9.0、至少约9.5、或至少约10.0的水性流中。在一些实施方案中，可将无机凝聚剂添加至pH为约6.5至约7.0、约6.5至约7.5、约6.5至约8.0、约6.5至约8.5、约6.5至约9.0、约6.5至约9.5、约6.5至约10.0、约7.0至约7.5、约7.0至约8.0、约7.0至约8.5、约7.0至约9.0、约7.0至约9.5、约7.0至约10.0、约7.5至约8.0、约7.5至约8.5、约7.5至约9.0、约7.5至约9.5、约7.5至约10.0、约8.0至约8.5、约8.0至约9.0、约8.0至约9.5、约8.0至约10.0、约8.5至约9.0、约8.5至约9.5、约8.5至约10.0、约9.0至约9.5、或约9.0至约10.0的水性流中。
在一些实施方案中，以相对高的剪切速率将无机凝聚剂与水性流(例如，水性输入流)混合。在一些情况下，以相对高的剪切速率混合可以向水性流内的胶体颗粒赋予动能，使它们碰撞并克服聚集的能垒。在一些实施方案中，以至少约390秒-1、至少约500秒-1、至少约600秒-1、至少约700秒-1、至少约900秒-1、或至少约1000秒-1的剪切速率将无机凝聚剂与水性流混合。在一些实施方案中，以约390秒-1至约500秒-1、约390秒-1至约700秒-1、约390秒-1至约900秒-1、约390秒-1至约1000秒-1、约500秒-1至约1000秒-1、约600秒-1至约1000秒-1、或约700秒-1至约1000秒-1的剪切速率将无机凝聚剂与水性流混合。
在一些实施方案中，添加无机凝聚剂之后水性流的pH为约8或更小、约7.8或更小、约7.6或更小、约7.5或更小、约7.4或更小、约7.2或更小、约7或更小、约6.8或更小、约6.6或更小、或者约6.5或更小。在一些实施方案中，添加无机凝聚剂之后水性流的pH为约6.5至约7.0、约6.5至约7.5、约6.5至约8.0、约6.8至约8.0、约7.0至约8.0、约7.2至约8.0、约7.4至约8.0、或者约7.6至约8.0。
根据一些实施方案，化学凝聚设备被配置成向水性流(例如，水性输入流、第一中间流)中添加一定量的强碱。强碱通常是指能够在酸碱反应中使非常弱的酸去质子化的化合物。合适的强碱的非限制性实例包括氢氧化钠(苛性钠)、氢氧化钾、氢氧化钙(熟石灰)和/或氧化钙(生石灰)。
不希望受到特定理论的束缚，向包含一种或更多种溶解的离子(例如溶解的碳酸氢根离子、溶解的二价阳离子)的水性流(例如，水性输入流、第一中间流)中添加强碱可以诱导至少一部分离子沉淀为一种或更多种不溶性固体。在一些情况下，例如，强碱可以与溶解的碳酸氢根离子反应并将至少一部分溶解的碳酸氢根离子转换成碳酸根离子。在某些实施方案中，碳酸根离子可与水性流中的溶解的二价阳离子(例如，Ca2+)反应而形成某些不溶性固体，例如碳酸钙(CaCO3)。在一些实施方案中，强碱的离子(例如，来自氢氧化钠的氢氧根离子)可直接与水性流中的某些离子(例如，Ca2+、Mg2+)相互作用而形成某些不溶性固体，例如氢氧化钙(Ca(OH)2)和/或氢氧化镁(Mg(OH)2)。
在一些实施方案中，一种或更多种沉淀固体可具有比水性流(例如，水性输入流、第一中间流)高的密度。在一些实施方案中，相对高密度固体的形成可以促进沉降絮凝物而不是漂浮絮凝物的形成。在一些实施方案中，一种或更多种沉淀固体的密度为至少约1.5g/mL、至少约2.0g/mL、至少约2.5g/mL、至少约3g/mL、至少约3.5g/mL、至少约4.0g/mL、至少约4.5g/mL、或至少约5g/mL。在一些实施方案中，一种或更多种沉淀固体的密度为约1.5g/mL至约5g/mL、约2g/mL至约5g/mL、约2.5g/mL至约5g/mL、约3g/mL至约5g/mL、约3.5g/mL至约5g/mL、或约4g/mL至约5g/mL。
在一些实施方案中，添加强碱之后水性流的pH为约8或更小、约7.8或更小、约7.6或更小、约7.5或更小、约7.4或更小、约7.2或更小、约7或更小、约6.8或更小、约6.6或更小、或约6.5或更小。在一些实施方案中，添加强碱之后水性流的pH为约6.5至约7.0、约6.5至约7.5、约6.5至约8.0、约6.8至约8.0、约7.0至约8.0、约7.2至约8.0、约7.4至约8.0、或约7.6至约8.0。在一些情况下，经处理的流的pH相对低可能是有利的，以避免在处理过程结束时需要pH调节步骤(这会增加成本)。在一些情况下，保持相对低的pH也可能是有利的，以确保产生更少的污泥。
在一些实施方案中，将相对少量的强碱添加至水性流(例如，水性输入流、第一中间流)中。在一些实施方案中，所添加的强碱的量为约250mg/L或更少、约200mg/L或更少、约100mg/L或更少、约50mg/L或更少、约20mg/L或更少、约15mg/L或更少、约12mg/L或更少、约10mg/L或更少、约5mg/L或更少、或者约1mg/L或更少。在一些实施方案中，所添加的强碱的量为约1mg/L至约5mg/L、约1mg/L至约10mg/L、约1mg/L至约12mg/L、约1mg/L至约15mg/L、约1mg/L至约20mg/L、约1mg/L至约50mg/L、约1mg/L至约100mg/L、约1mg/L至约200mg/L、或约1mg/L至约250mg/L。
根据一些实施方案，化学凝聚设备被配置成向水性流(例如，水性输入流、第一中间流、第二中间流)中添加一定量的聚合电解质。聚合电解质通常是指包含含有电解质基团(即，在水性溶液中解离成阳离子和阴离子的基团)的多个重复单元的聚合物。不希望受到特定理论的束缚，向水性流中添加聚合电解质可通过桥接促进絮凝物的形成。
在一些实施方案中，聚合电解质包含阴离子型聚合物(即，在溶液中解离之后具有负电荷的聚合物)。在一些实施方案中，聚合电解质包含非离子聚合物(即，在溶液中解离之后具有中性电荷的聚合物)。
在一些实施方案中，聚合电解质为均聚物(即，包含单一类型的重复单元的聚合物)。在某些实施方案中，聚合电解质为共聚物(即，包含两种或更多种类型的重复单元的聚合物)。在一些这样的实施方案中，聚合电解质可以为交替共聚物、周期性共聚物、统计共聚物、嵌段共聚物和/或接枝共聚物。
在一些实施方案中，聚合电解质包含聚丙烯酰胺(即，包含多个丙烯酰胺重复单元的聚合物)。根据一些实施方案，聚合电解质包含非离子聚丙烯酰胺。在某些实施方案中，非离子聚丙烯酰胺为均聚物(例如，仅包含聚丙烯酰胺重复单元)。根据一些实施方案，聚合电解质包含阴离子型聚丙烯酰胺。在某些实施方案中，阴离子型聚丙烯酰胺为共聚物。在一些实施方案中，例如，阴离子型聚丙烯酰胺包含丙烯酰胺重复单元和一种或更多种另外类型的重复单元(例如，丙烯酸酯重复单元)。
在一些实施方案中，聚合电解质具有相对高的分子量。在某些情况下，聚合电解质的数均分子量为至少约100,000g/mol、至少约500,000g/mol、至少约1,000,000g/mol、至少约2,000,000g/mol、至少约5,000,000g mol、至少约10,000,000g/mol、至少约20,000,000g/mol、或至少约30,000,000g/mol。在一些实施方案中、聚合电解质的数均分子量为约100,000g/mol至约500,000g/mol、约100,000g/mol至约1,000,000g/mol、约100,000g/mol至约2,000,000g/mol、约100,000g/mol至约5,000,000g/mol、约100,000g/mol至约10,000,000g/mol、约100,000g/mol至约20,000,000g/mol、约100,000g/mol至约30,000,000g/mol、约500,000g/mol至约1,000,000g/mol、约500,000g/mol至约2,000,000g/mol、约500,000g/mol至约5,000,000g/mol、约500,000g/mol至约10,000,000g/mol、约500,000g/mol至约20,000,000g/mol、约500,000g/mol至约30,000,000g/mol、约1,000,000g/mol至约2,000,000g/mol、约1,000,000g/mol至约5,000,000g/mol、约1,000,000g/mol至约10,000,000g/mol、约1,000,000g/mol至约20,000,000g/mol、或约1,000,000g/mol至约30,000,000g/mol。在某些情况下，相对高分子量的聚合电解质可有利地促进颗粒(例如胶体颗粒)的桥接。
在一些实施方案中，以相对低的剪切速率使聚合电解质与水性流混合。在一些情况下，低剪切混合有利地促进了聚合电解质在水性流中的均匀分布而不破坏现有的絮凝物。在一些实施方案中，以约390秒-1或更小、约300秒-1或更小、约200秒-1或更小、约100秒-1或更小、约75秒-1或更小、约50秒-1或更小、约25秒-1或更小、或约10秒-1或更小的剪切速率对聚合电解质进行混合。在一些实施方案中，以约10秒-1至约25秒-1、约10秒-1至约50秒-1、约10秒-1至约75秒-1、约10秒-1至约100秒-1、约10秒-1至约200秒-1、约10秒-1至约300秒-1、或约10秒-1至约390秒-1的剪切速率对聚合电解质进行混合。
在一些实施方案中，添加聚合电解质之后水性流的pH为约8或更小、约7.8或更小、约7.6或更小、约7.5或更小、约7.4或更小、约7.2或更小、约7或更小、约6.8或更小、约6.6或更小、或约6.5或更小。在一些实施方案中，添加聚合电解质之后水性流的pH为约6.5至约7.0、约6.5至约7.5、约6.5至约8.0、约6.8至约8.0、约7.0至约8.0、约7.2至约8.0、约7.4至约8.0、或约7.6至约8.0。
根据一些实施方案，水处理系统包括流体连接至化学凝聚设备的悬浮固体去除设备。在一些实施方案中，悬浮固体去除设备被配置成接收来自化学凝聚设备的经化学处理的流。在悬浮固体去除设备中，可去除经化学处理的流内至少一部分悬浮固体以形成污染物减少流。在一些情况下，污染物减少流包含比通过化学凝聚设备接收的水性输入流更低浓度的污染物。
在一些实施方案中，悬浮固体去除设备为基于重力的沉降装置。在某些实施方案中，基于重力的沉降装置为澄清器。澄清器可被配置成使得澄清器中的水性流内至少一部分絮凝物(例如，在化学凝聚设备中形成的絮凝物)可以在澄清器内沉降。
在某些实施方案中，澄清器为板式澄清器(例如，倾斜板式澄清器)。板式澄清器通常是指包括多个倾斜板的容器。在操作中，水性流(例如，来自化学凝聚设备的经化学处理的流)可以进入板式澄清器，并且水性流内的絮凝物可沉降在板式澄清器的一个或更多个倾斜板上。在一些情况下，絮凝物可在倾斜板上开始积聚，并且随着积聚的絮凝物重量增加，絮凝物可能从倾斜板下滑到澄清器的底部。在某些情况下，收集漏斗可位于澄清器的底部，收集沉降絮凝物作为含固体的流。在一些情况下，污泥去除装置(例如，污泥刮刀)可刮擦澄清器的底部以从澄清器中去除污泥。在一些实施方案中，至少一部分经去除的污泥可作为含固体的流的一部分离开澄清器。包含较少污染物的澄清水性流(例如，污染物减少流)可通过澄清器的顶部离开。合适的澄清器的非限制性实例包括Hydro-Flo ClariMaxTM倾斜板式澄清器和Slant Plate澄清器(M.W.Watermark)。
在一些情况下，板式澄清器可具有某些优点。例如，板式澄清器的倾斜板可以在相对小的占据面积内提供相对大的沉降区域。这可以例如使板式澄清器具有比某些其他类型的澄清器更小的污泥去除装置。在一些情况下，使用较小的污泥去除装置可以有利地降低与澄清器相关的成本。另外，如果有的话，板式澄清器可能具有很少的移动部件，并且因此任意组件失效并使澄清器的操作中断的可能性较小。
尽管悬浮固体去除设备已被描述为板式澄清器，但是应注意，悬浮固体去除设备可以为本领域已知的任何其他类型的悬浮固体去除设备。例如，悬浮固体去除设备可以包括水力旋流器(例如，脱油水力旋流器)、波纹板拦截器、吸附介质过滤器、聚结介质过滤器、膜过滤器、诱导气体浮选(IGF)分离器、和/或撇渣器。
在一些实施方案中，悬浮固体去除设备产生相对少量的污泥(例如，含固体的流)。根据一些实施方案，悬浮固体去除设备每产生一桶污染物减少流产生约1kg或更少、约0.8kg或更少、约0.6kg或更少、约0.4kg或更少、约0.3kg或更少、约0.25kg或更少、约0.2kg或更少、或约0.1kg或更少的含固体的流。在一些情况下，可能期望产生相对少量的污泥以降低处理成本。
根据一些实施方案，悬浮固体去除设备流体连接至任选的固体处理设备。在某些实施方案中，固体处理设备可被配置成去除由含固体的流(例如，污泥、沉降的絮凝物)保留的至少一部分水。在一些这样的实施方案中，固体处理设备被配置成产生基本上为固体的饼。作为一个实例，固体处理设备可以包括被配置成使含固体的流的固相与液相至少部分分离的过滤器(例如，真空过滤器或压滤机)。在一些这样的实施方案中，含固体的流内的至少一部分液体可通过过滤器输送，留下不溶性固体。作为一个非限制性实例，可以使用Larox FP 2016-8000 64/64 M40 PP/PP过滤器(Outotech,Inc.)作为过滤器。在某些实施方案中，过滤器可以包括输送过机滤带。在一些实施方案中，固体处理设备包括离心机。
根据本文描述的某些凝聚方法，所述方法的每个步骤(例如添加无机凝聚剂、添加强碱、添加聚合电解质)为约8.0或更小的pH下进行。在一些情况下，为约8.0或更小的pH下进行步骤可以避免对可能需要添加酸的下游pH调节步骤的需要。避免添加酸可以例如有利地降低与所述方法相关的成本。因此，在一些实施方案中，各个经化学处理的流和污染物减少流(以及，在某些实施方案中，任何中间流)的pH为约8或更小、约7.8或更小、约7.6或更小、约7.5或更小、约7.4或更小、约7.2或更小、约7.0或更小、约6.8或更小、约6.6或更小、或约6.5或更小。在一些实施方案中，各个经化学处理的流和污染物减少流(以及，在某些实施方案中，任何中间流)的pH为约6.5至约7.0、约6.5至约7.5、约6.5至约8.0、约7.0至约7.5、约7.0至约8.0、或约7.5至约8.0。
在一些实施方案中，水性输入流的pH为约8或更小、约7.8或更小、约7.6或更小、约7.5或更小、约7.4或更小、约7.2或更小、约7.0或更小、约6.8或更小、约6.6或更小、或约6.5或更小。在一些实施方案中，水性输入流的pH为约6.5至约7.0、约6.5至约7.5、约6.5至约8.0、约7.0至约7.5、约7.0至约8.0、或约7.5至约8.0。
本文描述的某些方法可在相对低的温度下进行。在一些情况下，这样的方法可有利地避免或降低与加热由化学凝聚设备接收的水性输入流相关的成本。在一些实施方案中，经化学处理的流和污染物减少流(以及，在一些实施方案中，任何中间流)的温度可以在约25℃或更低、约20℃或更低、约15℃或更低、约10℃或更低、约5℃或更低、约0℃或更低、或约-5℃或更低。在某些实施方案中，经化学处理的流和污染物减少流(以及，在一些实施方案中，任何中间流)的温度可以为约-5℃至约0℃、约-5℃至约5℃、约-5℃至约10℃、约-5℃至约15℃、约-5℃至约20℃、或约-5℃至约25℃。
本文描述的某些方法可在相对高的温度下进行。在一些实施方案中，经化学处理的流和污染物减少流(以及，在一些实施方案中，任何中间流)的温度可以为至少约15℃、至少约20℃、至少约30℃、至少约40℃、至少约50℃、至少约60℃、至少约70℃、至少约80℃、至少约90℃、或至少约100℃。在一些实施方案中，经化学处理的流和污染物减少流(以及，在一些实施方案中，任何中间流)的温度可以为约15℃至约50℃、约15℃至约80℃、约15℃至约100℃、约20℃至约50℃、约20℃至约80℃、约20℃至约100℃、约50℃至约80℃、或约50℃至约100℃。
在一些实施方案中，本文描述的水性流在水处理系统中的停留时间相对短。本领域普通技术人员能够确定一定体积的流体在容器中的停留时间。对于分批(即，非流动)系统，停留时间对应于流体在容器中花费的时间量。对于基于流动的系统，停留时间通过将容器的容积除以流体通过容器的体积流量来确定。
在一些实施方案中，流在化学凝聚设备中的停留时间相对短。在某些实施方案中，流在化学凝聚设备中的停留时间为约1小时或更短、约45分钟或更短、约30分钟或更短、约15分钟或更短、或约10分钟或更短。在一些实施方案中，流在化学凝聚设备中的停留时间为约10分钟至约15分钟、约10分钟至约20分钟、约10分钟至约30分钟、约10分钟至约45分钟、或约10分钟至约1小时。
在一些实施方案中，流在悬浮固体去除设备中的停留时间相对短。在某些实施方案中，流在悬浮固体去除设备中的停留时间为约1小时或更短、约45分钟或更短、约30分钟或更短、约15分钟或更短、或约10分钟或更短。在一些实施方案中，流在悬浮固体去除设备中的停留时间为约10分钟至约15分钟、约10分钟至约20分钟、约10分钟至约30分钟、约10分钟至约45分钟、或约10分钟至约1小时。
在一些实施方案中，流在化学凝聚设备和悬浮固体去除设备中的停留时间相对短。在某些实施方案中，流在化学凝聚设备和悬浮固体去除设备中的停留时间为约1小时或更短、约45分钟或更短、约30分钟或更短、约15分钟或更短、或约10分钟或更短。在一些实施方案中，流在化学凝聚设备和悬浮固体去除设备中的停留时间为约10分钟至约15分钟、约10分钟至约20分钟、约10分钟至约30分钟、约10分钟至约45分钟、或约10分钟至约1小时。
在一些实施方案中，流在水处理系统中的停留时间相对短。在某些实施方案中，流在水处理系统中的停留时间为约1小时或更短、约45分钟或更短、约30分钟或更短、约15分钟或更短、或约10分钟或更短。在一些实施方案中，流在水处理系统中的停留时间为约10分钟至约15分钟、约10分钟至约20分钟、约10分钟至约30分钟、约10分钟至约45分钟、或约10分钟至约1小时。
根据一些实施方案，水性输入流包括和/或来源于采出水和/或回流水。在一些实施方案中，水性输入流包含至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相(例如，油、脂)。在某些情况下，水性输入流还包含一种或更多种另外的污染物。一种或更多种另外的污染物可以包括但不限于溶解的碳酸氢根离子(HCO3 -)、溶解的二价阳离子(例如，Ca2+、Mg2+)、溶解的三价阳离子(例如，Fe3+、Al3+)、有机物质(例如，腐殖酸、富里酸)、硫化氢(H2S)和悬浮固体。
在一些实施方案中，水性输入流包含至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相。如本文所使用的，悬浮和/或乳化的不混溶相(例如，水不混溶性物质)是指在化学凝聚设备操作的温度和条件下可溶于水至不超过10重量％的水平的物质。在一些实施方案中，悬浮和/或乳化的不混溶相包括油和/或脂。如本领域已知的，如本文所使用的，术语“油”是指通常比水更疏水且不与水混溶或不可溶于水的流体。因此，在一些实施方案中，油可以是烃，而在另一些实施方案中，油可包括其他疏水性流体。
在一些实施方案中，水性输入流具有相对高浓度的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相。在一些实施方案中，水性输入流的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度为至少约50mg/L、至少约75mg/L、至少约100mg/L、至少约125mg/L、至少约150mg/L、至少约175mg/L、至少约200mg/L、至少约250mg/L、至少约300mg/L、至少约350mg/L、至少约400mg/L、至少约450mg/L、或至少约500mg/L。在一些实施方案中，水性输入流的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度为约50mg/L至约100mg/L、约50mg/L至约150mg/L、约50mg/L至约200mg/L、约50mg/L至约250mg/L、约50mg/L至约300mg/L、约50mg/L至约350mg/L、约50至约400mg/L、约50mg/L至约450mg/L、约50mg/L至约500mg/L、约100mg/L至约150mg/L、约100mg/L至约200mg/L、约100mg/L至约250mg/L、约100mg/L至约300mg/L、约100mg/L至约350mg/L、约100mg/约400mg/L、约100mg/L至约450mg/L、约100mg/L至约500mg/L、约150mg/L至约200mg/L、约150mg/L至约250mg/L、约150mg/L至约300mg/L、约150mg/L至约350mg/L、约150mg/L至约400mg/L、约150mg/L至约450mg/L、约150mg/L至约500mg/L、约200mg/L至约300mg/L、约200mg/L至约350mg/L、约200mg/L至约400mg/L、约200mg/L至约450mg/L、约200mg/L至约500mg/L、约300mg/L至约400mg/L、约300mg/L至约500mg/L、或约400mg/L至约500mg/L。测量悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度的一种合适方法是使用TotalOrganicCarbon分析仪。
在一些实施方案中，水性输入流包含一种或更多种溶解盐。溶解盐是溶解至该盐的组成离子不再通过离子键彼此结合的程度的盐。因此，水性输入流可以包含一种或更多种溶解的离子。
在一些实施方案中，一种或更多种溶解的离子包括溶解的一价阳离子(即，氧化还原态为+1的阳离子)。一价阳离子的非限制性实例包括Na+、K+、Li+、Rb+、Cs+和Fr+。在一些实施方案中，一种或更多种溶解的离子包括二价阳离子(例如，氧化还原态为+2的阳离子)。二价阳离子的实例包括但不限于Ca2+、Mg2+、Ba2+和Sr2+。在一些实施方案中，一种或更多种溶解的阳离子包括三价阳离子(即，氧化还原态为+3的阳离子)。三价阳离子的非限制性实例包括Fe3+和Al3+。在一些实施方案中，一种或更多种溶解的离子包括四价阳离子(即，氧化还原态为+4的阳离子)。
在一些实施方案中，一种或更多种溶解的离子包括溶解的一价阴离子(即，氧化还原态为-1的阴离子)。一价阴离子的非限制性实例包括Cl-、Br-和HCO3 -。在一些实施方案中，一种或更多种溶解的离子包括溶解的二价阴离子(即，氧化还原态为-2的阴离子)。二价阴离子的非限制性实例包括SO4 2和CO3 2-。
在一些实施方案中，水性输入流具有相对高浓度的溶解的碳酸氢根阴离子。在一些实施方案中，水性输入流的碳酸氢根离子浓度为至少约50mg/L、至少约100mg/L、至少约200mg/L、至少约300mg/L、至少约400mg/L、至少约500mg/L、至少约550mg/L、至少约600mg/L、至少约650mg/L、至少约700mg/L、至少约800mg/L、至少约900mg/L、至少约1000mg/L、至少约1500mg/L、或至少约2000mg/L。在一些实施方案中，水性输入流的碳酸氢根离子浓度为约50mg/L至约100mg/L、约50mg/L至约200mg/L、约50mg/L至约300mg/L、约50mg/L至约400mg/L、约50mg/L至约500mg/L、约50mg/L至约600mg/L、约50mg/L至约700mg/L、约50mg/L至约800mg/L、约50mg/L至约900mg/L、约50mg/L至约1000mg/L、约50mg/L至约1500mg/L、约50mg/L至约2000mg/L、约100mg/L至约200mg/L、约100mg/L至约300mg/L、约100mg/L至约400mg/L、约100mg/L至约500mg/L、约100mg/L至约600mg/L、约100mg/L至约700mg/L、约100mg/L至约800mg/L、约100mg/L至约900mg/L、约100mg/L至约1000mg/L、约100mg/L至约1500mg/L、约100mg/L至约2000mg/L、约200mg/L至约300mg/L、约200mg/L至约400mg/L、约200mg/L至约500mg/L、约200mg/L至约600mg/L、约200mg/L至约700mg/L、约200mg/L至约800mg/L、约200mg/L至约900mg/L、约200mg/L至约1000mg/L、约200mg/L至约1500mg/L、约200mg/L至约2000mg/L、约300mg/L至约2000mg/L、约400mg/L至约2000mg/L、约500mg/L至约2000mg/L、约600mg/L至约2000mg/L、约700mg/L至约2000mg/L、约800mg/L至约2000mg/L、约900mg/L至约2000mg/L、约1000mg/L至约2000mg/L、或约1500mg/L至约2000mg/L。碳酸氢根离子浓度是可根据本领域已知的任何合适的方法(包括ICP光谱学)来测定的溶液特性。
在一些实施方案中，水性输入流具有相对高浓度的溶解的二价阳离子(其可统称为“硬度”)。在一些实施方案中，水性输入流中的溶解的二价阳离子浓度为至少约500mg/L、至少约1000mg/L、至少约1500mg/L、至少约2000mg/L、至少约2500mg/L、至少约3000mg/L、至少约3500mg/L、至少约4000mg/L、至少约4500mg/L、或至少约5000mg/L。在一些实施方案中，水性输入流中的溶解的二价阳离子浓度为约500mg/L至约1000mg/L、约500mg/L至约1500mg/L、约500mg/L至约2000mg/L、约500mg/L至约2500mg/L、约500mg/L至约3000mg/L、约500mg/L至约3500mg/L、约500mg/L至约4000mg/L、约500mg/L至约4500mg/L、约500mg/L至约5000mg/L、约1000mg/L至约1500mg/L、约1000mg/L至约2000mg/L、约1000mg/L至约2500mg/L、约1000mg/L至约3000mg/L、约1000mg/L至约3500mg/L、约1000mg/L至约4000mg/L、约1000mg/L至约4500mg/L、约1000mg/L至约5000mg/L、约2000mg/L至约2500mg/L、约2000mg/L至约3000mg/L、约2000mg/L至约3500mg/L、约2000mg/L至约4000mg/L、约2000mg/L至约4500mg/L、约2000mg/L至约5000mg/L、约3000mg/L至约3500mg/L、约3000mg/L至约4000mg/L、约3000mg/L至约4500mg/L、约3000mg/L至约5000mg/L、或约4000mg/L至约5000mg/L。二价离子浓度是可根据本领域已知的任何合适的方法(包括ICP光谱学)来测定的溶液特性。
在一些实施方案中，水性输入流具有相对高的总溶解盐浓度。在一些实施方案中，水性输入流的总溶解盐浓度为至少约50,000mg/L、至少约75,000mg/L、至少约100,000mg/L、至少约125,000mg/L、至少约150,000mg/L、至少约175,000mg/L、或至少约200,000mg/L。在一些实施方案中，水性输入流的总溶解盐浓度为约50,000mg/L至约75,000mg/L、约50,000mg/L至约100,000mg/L、约50,000mg/L至约125,000、约50,000mg/L至约150,000mg/L、约50,000mg/L至约175,000mg/L、约50,000mg/L至约200,000mg/L、约100,000mg/L至约125,000mg/L、约100,000mg/L至约150,000mg/L、约100,000mg/L至约175,000mg/L、或约100,000mg/L至约200,000mg/L。总溶解盐浓度通常是指存在的溶解盐的所有阳离子和阴离子的组合浓度。作为简单的非限制性实例，在包含溶解的NaCl和溶解的MgSO4的水流中，总溶解盐浓度是指Na+离子、Cl-离子、Mg2+离子和SO4 2-离子的总浓度。总溶解盐浓度是可根据本领域已知的任何合适的方法来测量的溶液特性。例如，用于测量总溶解盐浓度的合适的方法为SM2540C方法。根据SM 2540C方法，将包含含有一种或更多种溶解固体的一定量的液体的样品过滤(例如通过玻璃纤维过滤器)，并将滤液在180℃下在称重过的盘中蒸发至干燥。盘重量的增加表示样品中总溶解固体的质量。样品的总溶解盐浓度可通过总溶解固体的质量除以初始样品的体积来获得。
在一些实施方案中，水性输入流具有相对高的总悬浮固体浓度。如本文所使用的水性流的总悬浮固体浓度是指如使用SM 2540 D方法测量的每单位体积的水性流被过滤器保留的固体的总质量。在一些实施方案中，水性输入流的总悬浮固体浓度为至少约500mg/L、至少约1000mg/L、至少约1500mg/L、至少约2000mg/L、至少约2500mg/L、至少约3000mg/L、至少约3500mg/L、至少约4000mg/L、至少约4500mg/L、或至少约5000mg/L。在一些实施方案中，水性输入流的总悬浮固体浓度为约500mg/L至约1000mg/L、约500mg/L至约1500mg/L、约500mg/L至约2000mg/L、约500mg/L至约2500mg/L、约500mg/L至约3000mg/L、约500mg/L至约3500mg/L、约500mg/L至约4000mg/L、约500mg/L至约4500mg/L、约500mg/L至约5000mg/L、约1000mg/L至约1500mg/L、约1000mg/L至约2000mg/L、约1000mg/L至约2500mg/L、约1000mg/L至约3000mg/L、约1000mg/L至约3500mg/L、约1000mg/L至约4000mg/L、约1000mg/L至约4500mg/L、约1000mg/L至约5000mg/L、约2000mg/L至约2500mg/L、约2000mg/L至约3000mg/L、约2000mg/L至约3500mg/L、约2000mg/L至约4000mg/L、约2000mg/L至约4500mg/L、约2000mg/L至约5000mg/L、约3000mg/L至约3500mg/L、约3000mg/L至约4000mg/L、约3000mg/L至约4500mg/L、约3000mg/L至约5000mg/L、或约4000mg/L至约5000mg/L。
在一些实施方案中，水性输入流包含硫化氢(H2S)。在某些情况下，例如，硫化氢可由某些种类的细菌(例如，硫酸盐还原细菌)产生。在一些实施方案中，水性输入流中的硫化氢的浓度为至少约10mg/L、至少约20mg/L、至少约30mg/L、至少约40mg/L、至少约50mg/L、或至少约100mg/L。在一些实施方案中，水性输入流的硫化氢浓度为约10mg/L至约100mg/L、约20mg/L至约100mg/L、约30mg/L至约100mg/L、约40mg/L至约100mg/L、或约50mg/L至约100mg/L。
在一些实施方案中，水性输入流包含有机物质(例如，溶解的有机物质)。在一些情况下，例如，水性输入流包含腐殖酸和/或富里酸。水性流中的有机物质(包括腐殖酸和/或富里酸)的量的一种量度为水性流的Pt-Co色值。在一些实施方案中，水性输入流的Pt-Co色值为至少约100、至少约250、至少约500、至少约750、至少约1000、至少约1250、或至少约1500。在一些实施方案中，水性输入流的Pt-Co色值为约100至约1500、约250至约1500、约500至约1500、约750至约1500、约1000至约1500、或约1250至约1500。如本文所使用的Pt-Co色值根据ASTM Designation 1209“Standard Test Method for Color of Clear Liquids(Platinum-Cobalt Scale)”来测定。
本文描述的某些系统和方法可用于处理包含一种或更多种污染物的水性输入流以去除一种或更多种污染物的至少一部分以产生污染物减少流。在一些实施方案中，污染物减少流包含比水性输入流更低浓度的污染物。
在一些实施方案中，水处理系统的化学凝聚设备和悬浮固体去除设备被配置成从水性输入流中去除相对大百分比的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相。在某些实施方案中，例如，离开悬浮固体去除设备的流(例如，污染物减少流)内的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度比进入化学凝聚设备的流(例如，水性输入流)内的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度低至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％、或至少约99％。在一些实施方案中，水性输入流中的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度与污染物减少流中的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度之间的百分比差为约50％至约100％、约75％至约100％、约90％至约100％、约95％至约100％、或约99％至约100％。
根据一些实施方案，污染物减少流具有相对低浓度的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相。在某些实施方案中，污染物减少流的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度为约100mg/L或更小、约90mg/L或更小、约80mg/L或更小、约70mg/L或更小、约60mg/L或更小、约50mg/L或更小、约40mg/L或更小、约30mg/L或更小、约20mg/L或更小、约15mg/L或更小、约10mg/L或更小、约5mg/L或更小、或约1mg/L或更小。在一些实施方案中，污染物减少流的至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度为约0mg/L至约100mg/L、约0mg/L至约90mg/L、约0mg/L至约80mg/L、约0mg/L至约70mg/L、约0mg/L至约60mg/L、约0mg/L至约50mg/L、约0mg/L至约40mg/L、约0mg/L至约30mg/L、约0mg/L至约20mg/L、约0mg/L至约15mg/L、约0mg/L至约10mg/L、约0mg/L至约5mg/L、或约0mg/L至约1mg/L。在一些实施方案中，污染物减少流基本上不含至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相。
在一些实施方案中，水处理系统的化学凝聚设备和悬浮固体去除设备被配置成从水性输入流中去除相对大百分比的悬浮固体。在某些实施方案中，例如，离开悬浮固体去除设备的流(例如，污染物减少流)的总悬浮固体浓度比进入化学凝固系统的流(例如，水性输入流)的总悬浮固体浓度低至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％、或至少约99％。在一些实施方案中，水性输入流的总悬浮固体浓度与污染物减少流的总悬浮固体浓度之间的百分比差为约50％至约100％、约75％至约100％、约90％至约100％、约95％至约100％、或约99％至约100％。
根据一些实施方案，污染物减少流具有相对低的总悬浮固体浓度。在某些实施方案中，污染物减少流的总悬浮固体浓度为约100mg/L或更小、约90mg/L或更小、约80mg/L或更小、约70mg/L或更小、约60mg/L或更小、约50mg/L或更小、约40mg/L或更小、约30mg/L或更小、约20mg/L或更小、约15mg/L或更小、约10mg/L或更小、约5mg/L或更小、或约1mg/L或更小。在一些实施方案中，污染物减少流的总悬浮固体浓度为约0mg/L至约100mg/L、约0mg/L至约90mg/L、约0mg/L至约80mg/L、约0mg/L至约70mg/L、约0mg/L至约60mg/L、约0mg/L至约50mg/L、约0mg/L至约40mg/L、约0mg/L至约30mg/L、约0mg/L至约20mg/L、约0mg/L至约15mg/L、约0mg/L至约10mg/L、或约0mg/L至约5mg/L。在一些实施方案中，污染物减少流基本上不含悬浮固体。
在一些实施方案中，水处理系统的化学凝聚设备和悬浮固体去除设备被配置成从水性输入流中去除至少一部分碳酸氢根离子。在某些实施方案中，例如，离开悬浮固体去除设备的流(例如，污染物减少流)的碳酸氢根离子浓度比进入化学凝聚设备的流(例如，水性输入流)的碳酸氢根离子浓度低至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、或至少约75％。在一些实施方案中，水性输入流的碳酸氢根离子浓度与污染物减少流的碳酸氢根离子浓度之间的百分比差为约50％至约100％、约75％至约100％、约90％至约100％、约95％至约100％、或约99％至约100％。
根据一些实施方案，污染物减少流具有相对低浓度的碳酸氢根离子。在一些实施方案中，污染物减少流的碳酸氢根离子浓度为约500mg/L或更小、约400mg/L或更小、约300mg/L或更小、约200mg/L或更小、约100mg/L或更小、约50mg/L或更小、或约10mg/L或更小。在一些实施方案中，污染物减少流的碳酸氢根离子浓度为约0mg/L至约500mg/L、约0mg/L至约400mg/L、约0mg/L至约300mg/L、约0mg/L至约200mg/L、约0mg/L至约100mg/L、或约0mg/L至约50mg/L。在一些实施方案中，污染物减少流基本上不含碳酸氢根离子。
在一些实施方案中，水处理系统的化学凝聚设备和悬浮固体去除设备被配置成从水性输入流中去除至少一部分二价阳离子。例如，离开悬浮固体去除设备的流(例如，污染物减少流)的二价阳离子浓度比进入化学凝聚设备的流(例如，水性输入流)的二价阳离子浓度低至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、或至少约50％。在一些实施方案中，水性输入流的二价阳离子浓度与污染物减少流的二价阳离子浓度之间的百分比差为约50％至约100％、约75％至约100％、约90％至约100％、约95％至约100％、或约99％至约100％。
根据一些实施方案，污染物减少流的二价阳离子浓度为约5000mg/L或更小、约4000mg/L或更小、约3000mg/L或更小、约2000mg/L或更小、约1000mg/L或更小、约500mg/L或更小、或约100mg/L或更小。在一些实施方案中，污染物减少流的二价阳离子浓度为约0mg/L至约5000mg/L、约0mg/L至约400mg/L、约0mg/L至约300mg/L、约0mg/L至约200mg/L、约0mg/L至约100mg/L、或约0mg/L至约50mg/L。在一些实施方案中，污染物减少流基本上不含二价阳离子。
在一些实施方案中，水处理系统的化学凝聚设备和悬浮固体去除设备被配置成从水性输入流中去除至少一部分三价阳离子。例如，离开悬浮固体去除设备的流(例如，污染物减少流)的三价阳离子浓度比进入化学凝聚设备的流(例如，水性输入流)的三价阳离子浓度低至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、或至少约50％。在一些实施方案中，水性输入流的三价阳离子浓度与污染物减少流的三价阳离子浓度之间的百分比差为约50％至约100％、约75％至约100％、约90％至约100％、约95％至约100％、或约99％至约100％。
根据一些实施方案，污染物减少流的三价阳离子浓度为约5000mg/L或更小、约4000mg/L或更小、约3000mg/L或更小、约2000mg/L或更小、约1000mg/L或更小、约500mg/L或更小、或约100mg/L或更小。在一些实施方案中，污染物减少流的三价阳离子浓度为约0mg/L至约5000mg/L、约0mg/L至约400mg/L、约0mg/L至约300mg/L、约0mg/L至约200mg/L、约0mg/L至约100mg/L、或约0mg/L至约50mg/L。在一些实施方案中，污染物减少流基本上不含三价阳离子。
在一些实施方案中，水处理系统的化学凝聚设备和悬浮固体去除设备被配置成从水性输入流中去除相对大百分比的铁(例如，溶解的铁离子)。例如，离开悬浮固体去除设备的流(例如，污染物减少流)的铁浓度比进入化学凝聚设备的流(例如，水性输入流)的铁浓度低至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％、或至少约99％。在一些实施方案中，水性输入流的铁浓度与污染物减少流的铁浓度之间的百分比差为约50％至约100％、约75％至约100％、约90％至约100％、约95％至约100％、或约99％至约100％。
根据一些实施方案，污染物减少流的铁浓度为约50mg/L或更小、约40mg/L或更小、约30mg/L或更小、约20mg/L或更小、约10mg/L或更小、约5mg/L或更小、或约1mg/L或更小。在一些实施方案中，污染物减少流的铁浓度为约0mg/L至约50mg/L、约0mg/L至约40mg/L、约0mg/L至约30mg/L、约0mg/L至约20mg/L、约0mg/L至约10mg/L、或约0mg/L至约5mg/L。在一些实施方案中，污染物减少流基本上不含铁。
在一些实施方案中，水处理系统的化学凝聚设备和悬浮固体去除设备被配置成从水性输入流中去除相对大百分比的硫化氢。在某些情况下，可能期望从水性输入流中去除硫化氢，因为硫化氢对人体有剧毒。在一些情况下，通过化学凝聚设备和悬浮固体去除设备去除硫化氢可避免或降低与可选的硫化氢去除方法和装置(例如，除气器和/或活性炭过滤器)相关的成本。
在一些实施方案中，离开悬浮固体去除设备的流(例如，污染物减少流)的硫化氢浓度比进入化学凝聚设备的流(例如，水性输入流)的硫化氢浓度低至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％、或至少约99％。在一些实施方案中，水性输入流的硫化氢浓度与污染物减少流的硫化氢浓度之间的百分比差为约50％至约100％、约75％至约100％、约90％至约100％、约95％至约100％、或约99％至约100％。
根据一些实施方案，污染物减少流的硫化氢浓度为约50mg/L或更小、约40mg/L或更小、约30mg/L或更小、约20mg/L或更小、约10mg/L或更小、约5mg/L或更小、或约1mg/L或更小。在一些实施方案中，污染物减少流的硫化氢浓度为约0mg/L至约50mg/L、约0mg/L至约40mg/L、约0mg/L至约30mg/L、约0mg/L至约20mg/L、约0mg/L至约10mg/L、或约0mg/L至约5mg/L。在一些实施方案中，污染物减少流基本上不含硫化氢。
在一些实施方案中，水处理系统的化学凝聚设备和悬浮固体去除设备被配置成从水性输入流中去除相对大百分比的颜料(例如，溶解的有机物质)。在某些实施方案中，例如，离开悬浮固体去除设备的流(例如，污染物减少流)的Pt-Co色值比进入化学凝聚设备的流(例如，水性输入流)小至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％、或至少约99％。在一些实施方案中，水性输入流的Pt-Co色值与污染物减少流的Pt-Co色值之间的百分比差为约50％至约100％、约75％至约100％、约90％至约100％、约95％至约100％、或约99％至约100％。
根据一些实施方案，污染物减少流的Pt-Co色值为约50或更小、约40或更小、约30或更小、约20或更小、约10或更小、约5或更小、或约1或更小。在一些实施方案中，污染物减少流的Pt-Co色值为约0至约50、约0至约40、约0mg/L至约30、约0至约20、约0至约10、或约0至约5。在一些实施方案中，污染物减少流基本上不含腐殖酸和/或富里酸。
根据一些实施方案，污染物减少流的总溶解盐浓度不显著高于水性输入流的总溶解盐浓度。在其中污染物减少流具有比水性输入流更高的总溶解盐浓度的某些实施方案中，总溶解盐浓度的增加百分比不超过约10％、不超过约5％、不超过约2％、或不超过约1％。在一些实施方案中，增加百分比为约0％至约1％、约0％至约2％、约0％至约5％、或约0％至约10％。在另一些实施方案中，污染物减少流具有比水性输入流更低的总溶解盐浓度。
根据一些实施方案，包括化学凝聚设备和悬浮固体去除设备的水处理系统还包括脱盐系统。在一些实施方案中，脱盐系统被配置成接收来自悬浮固体去除设备的包含一种或更多种溶解盐的水性流并产生一种或更多种溶解盐较少的基本上纯的水流和富含一种或更多种溶解盐的浓缩盐水流。
图2示出了包括化学凝聚设备102、悬浮固体去除设备104、任选的固体处理设备120和脱盐系统202的示例性水处理系统200的示意图。如图2所示，脱盐系统202直接流体连接至悬浮固体去除设备104。
在操作中，可包含一种或更多种污染物的水性输入流106可进入化学凝聚设备102，其中可将无机凝聚剂108、强碱110和聚合电解质112添加至流106中以形成经化学处理的流114。然后可以引导可包含多种含污染物的絮凝物的经化学处理的流114流动至悬浮固体去除设备104。在悬浮固体去除设备104中，多种絮凝物的至少一部分可以沉降到设备104的底部，在此处它们可作为含固体的流118被收集并排出。在一些实施方案中，可引导至少一部分含固体的流118流动至任选的固体处理设备，其可形成滤饼122和经过滤的液体流128。
经化学处理的流114的剩余部分可作为污染物减少流116离开悬浮固体去除设备104。在某些实施方案中，至少一部分污染物减少流116可以从水处理系统200中排出。在一些实施方案中，可引导至少一部分污染物减少流116流动至脱盐系统202。脱盐系统202可以从污染物减少流202中去除至少一种溶解盐的至少一部分以产生具有比污染物减少流202更低浓度的至少一种溶解盐的基本上纯的水流204以及具有比污染物减少流202更高浓度的至少一种溶解盐的浓缩盐水流206。
在一些实施方案中，脱盐系统是热脱盐系统。根据某些实施方案，脱盐系统为加湿-减湿(HDH)脱盐系统。HDH脱盐系统通常是指包括加湿器和减湿器的系统。在一些实施方案中，加湿器被配置成接收包含水和至少一种溶解盐的液体进料流并通过蒸发过程将至少一部分水从液体进料流转移至载气，从而产生经加湿的气体流和浓缩盐水流。在某些实施方案中，载气包含不凝性气体。合适的不凝性气体的非限制性实例包括空气、氮气、氧气、氦气、氩气、一氧化碳、二氧化碳、硫氧化物(SOx)(例如，SO2、SO3)、和/或氮氧化物(NOx)(例如，NO、NO2)。在一些实施方案中，减湿器被配置成接收来自加湿器的经加湿的气体流并通过冷凝过程将至少一部分水从经加湿的气体流转移至包含基本上纯的水的流。
图3示出了示例性HDH脱盐系统202的示意图，其可与本文描述的某些本发明的系统和方法联合使用。在图3中，脱盐系统202包括加湿器302和减湿器304。如图3所示，加湿器302包括液体入口306和液体出口308。在图3中，加湿器302经由气体导管310和312流体连接至减湿器304。如图3所示，减湿器304包括液体入口314和液体出口316。
在操作中，包含水和处于初始浓度的溶解盐的液体流可通过液体入口306进入加湿器302。加湿器302还可配置成接收包含不凝性气体的载气流。根据一些实施方案，加湿器302被配置成使得液体流与载气流接触(例如，直接或间接接触)，并且热和水蒸气通过蒸发过程从液体流转移至载气流，从而产生经加湿的气体流。在一些实施方案中，未输送至载气流的液体流的剩余部分形成相对于该液体流富含溶解盐的浓缩盐水流(例如，浓缩盐水流中的溶解盐的浓度大于液体流中的盐的初始浓度)。在一些实施方案中，浓缩盐水流通过液体出口308离开加湿器302。
根据一些实施方案，经加湿的气体流离开加湿器302并通过气体导管310流动至减湿器304。包含基本上纯的水的流可通过液体入口314进入减湿器304。在减湿器304中，经加湿的气体流可与基本上纯的水流接触(例如，直接或间接接触)，并且热和水可通过冷凝过程从经加湿的气体流转移至基本上纯的水流，从而产生经减湿的气体流。包含基本上纯的水的流可通过液体出口316离开减湿器304；在一些情况下，至少一部分基本上纯的水流可从HDH脱盐系统202中排出，并且至少一部分基本上纯的水流可再循环至液体入口314。经减湿的气体流可离开减湿器304，并且至少一部分经减湿的气体流可通过气体导管312流动至加湿器302。在一些实施方案中，可将至少一部分经减湿的气体流输送至系统内的其他地方和/或排出。
加湿器可具有允许将水蒸气从液体进料流转移至载气流(例如，通过蒸发过程)的任何配置。在某些实施方案中，加湿器包括容器(例如，不锈钢罐、纤维增强塑料罐或其他容器)。加湿器容器可以包括配置成接收包含水和至少一种溶解盐的液体进料流的液体入口以及配置成接收载气流的气体入口。在一些实施方案中，加湿器还可以包括液体出口和气体出口。
减湿器可具有允许将水从经加湿的气体流转移至包含基本上纯的水的流(例如，通过冷凝过程)的任何配置。在某些实施方案中，减湿器包括容器(例如，不锈钢罐、纤维增强塑料罐或其他容器)。减湿器容器可以包括配置成接收包含基本上纯的水的流的液体入口和配置成接收经加湿的气体流的气体入口。在一些实施方案中，减湿器还可以包括用于包含基本上纯的水的流的液体出口和用于经减湿的气体流的气体出口。
根据一些实施方案，加湿器是泡罩塔加湿器(即，其中通过液体进料流与载气气泡之间的直接接触而发生蒸发过程的加湿器)和/或减湿器是泡罩塔减湿器(即，其中通过基本上纯的液体流与经加湿的气体的气泡之间的直接接触而发生冷凝过程的减湿器)。在一些情况下，泡罩塔加湿器和泡罩塔减湿器可具有某些优点。例如，泡罩塔加湿器和减湿器可表现出比某些其他类型的加湿器(例如，填充床加湿器、喷雾塔、湿壁塔)和减湿器(例如，表面冷凝器)更高的热力学效力。不希望受到特定理论的束缚，增加的热力学效力可至少部分归因于在泡罩塔加湿器和减湿器中使用气泡进行传热和传质，因为气泡可具有比许多其他类型的表面(例如，金属管、液膜、填充材料)更多的可用于传热和传质的表面积。此外，泡罩塔加湿器和减湿器可具有进一步提高热力学效力的某些特征，包括但不限于相对低的液位高度、相对高的纵横比液体流动路径和多级设计。
在某些实施方案中，泡罩塔加湿器包括至少一个级，所述级包括室和位于所述室的一部分内的液体层。在一些情况下，液体层可包含含有水和至少一种溶解盐的液体。所述室还可包括占据室的未被液体层占据的至少一部分的气体分布区域。此外，所述室可与气泡发生器(例如，分布器板(sparger plate))流体连通。在一些实施方案中，载气流流过气泡发生器，形成载气的气泡。然后载气气泡可穿过液体层。液体层可保持在比气泡的温度更高的温度，并且当气泡直接接触液体层时，热和/或质量可从液体层转移至气泡。在一些情况下，可通过蒸发过程将至少一部分水转移至气泡。经加湿的气体的气泡可离开液体层并进入气体分布区域。经加湿的气体可基本上均匀地分布在整个气体分布区域中。然后经加湿的气体可作为经加湿的气体流离开泡罩塔加湿器。
在一些实施方案中，泡罩塔减湿器包括至少一个级，所述级包括室和位于所述室的一部分内的液体层。在一些情况下，液体层可包含基本上纯的水。所述室还可包括占据室的未被液体层占据的至少一部分的气体分布区域。此外，所述室可与气泡发生器(例如，分布器板)流体连通。在一些实施方案中，经加湿的气体流从加湿器流过气泡发生器，形成经加湿的气体的气泡。然后经加湿的气体的气泡可穿过液体层。液体层可保持在比经加湿的气泡的温度更低的温度，并且当经加湿的气泡直接接触液体层时，热和/或质量可经由冷凝过程从经加湿的气泡转移至液体层。
可用作本文中描述的某些系统和方法中的减湿器的合适的泡罩塔冷凝器和/或可用作加湿器的合适的泡罩塔加湿器包括以下中描述的那些：Govindan等的于2013年9月3日授权且题为“Bubble-Column Vapor Mixture Condenser”的美国专利第8,523,985号；Govindan等的于2014年7月15日授权且题为“Humidification-Dehumidification SystemIncluding a Bubble-Column Vapor Mixture Condenser”的美国专利第8,778,065号；Govindan等的于2015年7月7日授权且题为“Bubble-Column VaporMixture Condenser”的美国专利第9,072,984号；Govindan等的于2015年9月1日授权且题为“Multi-Stage BubbleColumn Humidifier”的美国专利第9,120,033号；Govindan等的于2016年2月23日授权且题为“Transiently-Operated Desalination Systems with Heat Recovery andAssociated Methods”的美国专利第9,266,748号；St.John等的于2015年5月21日提交且题为“Methods and Systems for Producing Treated Brines for Desalination”的美国专利第2016/0229705号；St.John等的于2015年5月21日提交且题为“Methods and Systemsfor Producing Treated Brines”的美国专利第2016/0228795号；Govindan等的于2014年9月23日提交且题为“Desalination Systems and Associated Methods”的美国专利第2015/0083577号；Govindan等的于2014年9月12日提交且题为“Systems Including aCondensing Apparatus Such as a Bubble Column Condenser”的美国专利第2015/0129410号；Govindan等的于2015年5月21日提交且题为“Systems Including anApparatus Comprising both a Humidification Region and aDehumidificationRegion”的美国申请序列号14/718,483；Govindan等的于2015年5月21日提交且题为“Systems Including an Apparatus Comprising both a Humidification Region and aDehumidification Region with Heat Recovery and/or Intermediate Injection”的美国申请序列号14/718,510；和Govindan等的于2015年5月21日提交且题为“Transiently-Operated Desalination Systems and Associated Methods”的美国申请序列号14/719,239，其各自出于所有目的通过引用整体并入本文。
根据某些实施方案，水处理系统还包括任选的发电机。发电机可以例如向水处理系统的一个或更多个组件提供电力和/或热。在一些实施方案中，发电机与系统的化学凝聚设备和/或悬浮固体去除设备电连通。然而，在产生电力的同时，发电机还可能产生热。如果热作为废热从发电机中去除并释放到环境中，则废热可意味着显著的能量损失。此外，如果使用一个或更多个风扇和/或一个或更多个冷却装置(例如，包括冷却夹套和储热流体的装置)从发电机中去除热，则热去除可能需要额外的能量输入和/或额外的材料和系统组件。然而，在一些情况下，可改为回收并利用由发电机产生的热。根据一些实施方案，可将由发电机产生的至少一部分热传递至传热流体，随后传递至与化学凝聚设备结合使用的一种或更多种化学品。
可以使用本领域已知的任何类型的发电机。合适的发电机的实例包括但不限于燃气轮动力发电机和内燃发电机(例如，发电机组)。发电机可以被配置成消耗诸如天然气、柴油、丙烷、煤油、汽油和/或生物燃料的燃料。在一些实施方案中，发电机可能能够产生至少约100kW、至少约250kW、至少约500kW、至少约750kW、至少约1MW、至少约2MW、至少约5MW、或至少约10MW的电力。在一些实施方案中，发电机可能能够产生为约100kW至约500kW、约100kW至约1MW、约100kW至约2MW、约100kW至约5MW、约100kW至约10MW、约500kW至约1MW、约500kW至约2MW、约500kW至约5MW、约500kW至约10MW、约1MW至约5MW、约1MW至约10MW、或约5MW至约10MW的电力。
在一些实施方案中，该系统可以包括多个发电机。多个发电机中的发电机可以为相同或不同类型的发电机。在一些情况下，多个发电机中的至少两个可以串联和/或并联布置。
在某些实施方案中，水处理系统还包括换热器。换热器可以为本领域已知的任何类型的换热器。合适的换热器的实例包括但不限于板框式换热器、管壳式换热器、管管式换热器、板式换热器、板壳式换热器等。换热器可配置成使得第一流体流和第二流体流流过换热器。在一些情况下，第一流体流和第二流体流可以以基本上相同的方向(例如，并流)、基本上相反的方向(例如，逆流)、或基本上垂直的方向(例如，错流)流动。在某些情况下，与水处理系统的组件结合使用的一种或更多种化学品(例如，无机凝聚剂、强碱、聚合电解质)可以流过换热器的第一侧。在一些实施方案中，传热流体可以流过换热器的第二侧。在某些情况下，由发电机产生的热可用于加热传热流体。在换热器内，热可以从传热流体传递至与水处理系统的组件结合使用的一种或更多种化学品。在一些情况下，对来自发电机的热的这种利用可避免或降低与例如寒冷天气期间将一种或更多种化学品加热至适当温度相关的成本。在一些情况下，对热的这种利用可能对离网系统特别有用。
图4示出了系统400的示例性示意图，其包括化学凝聚设备102、悬浮固体去除设备104、任选的固体处理设备120、发电机402和换热器404。如图4所示，发电机402与化学凝聚设备102电连通(例如，经由电线)。发电机402还与悬浮固体去除设备104电连通。
在操作中，电力410可以从发电机402传递至化学凝聚设备102。另外，电力412可以从发电机402传递至悬浮固体去除设备104。发电机402还可以将热传递至传热流体408，其可以流过换热器404的一侧(例如，沿第一方向)。在一些情况下，至少一部分无机凝聚剂108、强碱110和/或聚合电解质112可以流过换热器404的第二侧(例如，沿基本上相反的第二方向)。在一些实施方案中，热可以从热传递流体408传递至换热器404内的无机凝聚剂108、强碱110和/或聚合电解质112。
实施例1
在这个实施例中，使用包括化学凝聚设备和悬浮固体去除设备的水处理系统处理来自Tarzan,Texas的采出水。在水处理系统中，首先将包含水合氯化铝的无机凝聚剂添加至进料流中，然后添加包含苛性钠(例如，氢氧化钠)的强碱，随后添加包含阴离子型聚丙烯酰胺的聚合电解质。表1列出了水性输入流(流1)和经处理的污染物减少流(流5)的各种组分的浓度。
表1
分析物 流1 流5
比重[-] 1.076 1.076
pH[STD单位] 7.2 8
碳酸氢盐碱度[mg/L] 695 390
钙[mg/L] 3240 2960
镁[mg/L] 316 219
钠[mg/L] 41228 40276
硫酸根[mg/L] 334 416
氯离子[mg/L] 69580 67450
铁[mg/L] 21 1
总溶解固体[mg/L] 115,393 111,711
硫化氢[ppm] 37 0
总悬浮固体[mg/L] 810 10
油&脂[mg/L] 121 4
颜色(Pt-Co单位) 高 15
实施例2
在这个实施例中，描述了水处理系统。该系统在帕米亚盆地(Permian Basin)操作，回收水力压裂废水。其包括悬浮油去除系统、沉淀软化系统、澄清器、污泥脱水系统、pH中和系统和杀生物剂供给系统。
在22天的周期期间，该设备操作了200小时，处理了2.7百万加仑的废水并产生了80立方码的脱水污泥。流入和流出水流的平均特性在下表2中示出。每天测量各个参数，平均特性由生产率进行加权。澄清器中去除的脱水污泥的组成在表4中示出。
在进入澄清器之前，在油去除系统中将油和脂从原流入水流中去除。一些溶解固体在沉淀软化系统中沉淀并絮凝。通过添加氢氧化钠使水的pH增加至11来诱导沉淀。添加阴离子型聚合物以增加固体之间的粘附并引起絮凝物的形成。选择向系统中添加的化学品及其剂量以促进在澄清器中的良好沉降。在澄清器的下游，添加盐酸以中和pH，并添加杀生物剂以减少细菌。
表2-流入和流出水的平均特性
澄清器包括两部分：包括平行板组件的分离部分和包括搅拌器的浓缩部分。携带平均0.1重量％悬浮固体的水以237gpm的平均速度进入澄清器。流入的水通过平行板组件向上流动。在板组件中的缓慢层流允许该流中悬浮的固体向下沉降并聚集在板的上表面上。通过下表3中列出的规格对澄清器的沉降特性进行了充分描述。
表3-澄清器沉降规格
规格 值
垂直板间距 2英寸
表面装料速率 .25gpm/ft2
最大流入流量 450gpm
固体的比重 2.81
液体的比重 1.07
液体的动力粘度 0.0221b·s/ft2
经澄清的水流出板组件的顶部，在此处其由一组有排孔的重力排水槽收集。除了pH和细菌参数外，澄清器流出物与表2所示的系统流出物相同。
直接位于分离部分下方的澄清器的浓缩部分收集从板组件上滑落的聚集的固体以形成“污泥覆盖层”。对于本领域技术人员而言，这个术语描述了分散的沉降颗粒与彼此接触形成区域的颗粒之间形成的明显边界。这些区域被由沉降固体代替的向上流动的水分离开。因为区域沉降显著慢于其上方发生的自由沉降，所以在两者之间可观察到明显的边界，其特征在于固体浓度的显著差异。颗粒的区域被其上额外颗粒的重量压缩，导致水流出该区域并流入间隙空间。随着压缩继续，这些间隙空间可能会变得封闭，从而阻止间隙水向上流动。
为了释放被困的间隙水，澄清器底部的搅拌器缓慢地搅拌污泥覆盖层以将被困的水囊(pockets of water)带到表面。此外，搅拌使污泥均匀化，使其均匀地流入污泥出口并防止鼠洞和桥的形成。搅拌器包括纵向轴和穿过污泥覆盖层的表面的倾斜突出部。突出部的倾斜表面引导污泥朝向污泥出口所在的浓缩池的中心，促进了该位置处更大的均匀化。通过变频驱动器将该搅拌器的旋转速度设定成每分钟3转，并且通过1HP发动机给搅拌器提供动力。
两台气动隔膜泵以12gpm的平均流量从澄清器中去除浓缩至平均固体浓度为5重量％的污泥。将污泥泵送至6900加仑的缓冲罐，然后再次泵送至压滤机进行脱水。从该点去除所产生的脱水污泥并将其送到垃圾填埋地进行处理。脱水污泥的组成在表4中示出。
使用X射线荧光方法分析表4中呈现的氧化物的主体化学组成。然后校正该数据以去除溶解固体对结果的影响。在分析中，将污泥样品干燥并加热至1000℃并使其与硼酸锂熔剂混合以形成玻璃珠。使用Axios PANalytical XRF分析珠粒。使用Optima 8300 ICP-OES光谱仪分析溶解在污泥的水分内容物中的固体。通过在60℃下干燥24小时之前和之后的重量差来测量污泥的挥发性液体含量。使用SM2540 C-97方法测量水分内容物中的总溶解固体。使用液体的溶解固体浓度和污泥的挥发性液体组成来计算XRF结果中每种溶解固体的份额以产生以下经校正的固体组成。
表4-脱水污泥组成
盐 盐/固体
NaCl* 7.38％
MgO 2.91％
Al2O3 8.30％
SiO2 2.91％
P2O5 0.15％
SO3 5.30％
CaCO3 65.87％
MnO 0.14％
Fe2O3 4.89％
ZnO 0.02％
Br 0.14％
SrO 2.04％
总计(固体的％) 100.0％
尽管本文中已经描述和举例说明了本发明的多个实施方案，但是本领域普通技术人员将容易预见到用于执行本文中描述的功能和/或获得本文中描述的结果和/或一个或更多个优点的多种其他手段和/或结构，并且每个这样的变化和/或修改都视为在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文中描述的所有参数、尺寸、材料和配置旨在为示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的一个或更多个具体应用。本领域技术人员仅使用常规实验就将认识到或者能够确定本文中描述的本发明具体实施方案的多个等同方案。因此应当理解，前述实施方案仅作为实例呈现，并且在所附权利要求书及其等同方案的范围内，本发明可以以除具体描述和要求保护的方式以外的方式实施。本发明涉及本文中描述的各个单独的特征、系统、制品、材料和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、制品、材料和/或方法不互相矛盾，则两种或更多种这样的特征、系统、制品、材料和/或方法的任意组合包括在本发明的范围内。
除非明确指示相反，否则如本文在说明书和权利要求书中使用的没有数量词修饰的名词应当理解为意指“至少一个/种”。
如本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当理解为意指如此结合的要素中的“任一者或两者”，即，在一些情况下共同存在而在另一些情况下分开存在的要素。除非明确指示相反，否则除了由“和/或”子句具体确认的要素以外，可任选地存在其他要素，无论其与那些具体确认的要素有关还是无关。因此，作为一个非限制性实例，当与开放式语言如“包括”一起使用时，提到“A和/或B”在一个实施方案中可以指A而没有B(任选地包括除B以外的要素)；在另一个实施方案中可以指B而没有A(任选地包括除A以外的要素)；在又一个实施方案中可以指A和B两者(任选地包括其他要素)等。
如本文在说明书和权利要求书中所使用的，“或”应当理解为具有与以上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分开列表中的项目时，“或”或者“和/或”应当理解为包括性的，即包括：多个要素或要素列表中的至少一个，但还包括多于一个，以及任选的额外的未列项目。只有明确指示相反的术语，例如“仅一个”或“恰好一个”，或者用于权利要求书中时的“由…组成”是指包括多个要素或要素列表中的恰好一个要素。通常，本文中使用的术语“或”在之前有排他性术语如“任一个”、“之一”、“仅一个”、“恰好一个”时应当仅理解为指示排他性的选择(即，“一个或另一个但不是两者”)。“基本上由…组成”在用于权利要求书时应当具有如在专利法领域中使用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求中所使用的，短语“至少一个”在提及一个或更多个要素的列表时应当理解为意指从要素列表中的任一个或更多个要素中选择的至少一个要素，但不一定包括要素列表中具体列出的每个要素中的至少一个，也不排除要素列表中的要素的任何组合。该定义还允许任选地存在除了在短语“至少一个”所提及的要素列表中具体确认的要素以外的要素，无论其与具体确认的那些要素有关还是无关。因此，作为一个非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或者等同地“A或B中的至少一个”，或者等同地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施方案中可以指至少一个A，任选地包括多于一个A，而不存在B(并且任选地包括除B以外的要素)；在另一个实施方案中可以指至少一个B，任选地包括多于一个B，而不存在A(并且任选地包括除A以外的要素)；在又一个实施方案中可以指至少一个A，任选地包括多于一个A，以及至少一个B，任选地包括多于一个B(并且任选地包括其他要素)等。
在权利要求书中以及以上的说明书中，所有的过渡短语如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等都应理解为开放式的，即，意指包括但不限于。仅过渡短语“由…组成”和“基本上由…组成”分别是封闭式或半封闭式的过渡短语，如在美国专利局专利审查程序指南第2111.03节中所阐明的。

Claims (50)

1.一种用于处理水的方法，包括：
将包含至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的水性输入流供应至化学凝聚设备；
在所述化学凝聚设备内，将一定量的无机凝聚剂、一定量的强碱和一定量的聚合电解质添加至所述水性输入流中以形成经化学处理的流；以及
使所述经化学处理的流流动至被配置成从所述经化学处理的流中去除至少一部分悬浮固体的悬浮固体去除设备以形成污染物减少流，
其中所述经化学处理的流和所述污染物减少流各自的pH为约8或更小。
2.一种用于处理水的方法，包括：
将包含至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的水性输入流供应至化学凝聚设备；
在所述化学凝聚设备内，将一定量的无机凝聚剂、一定量的强碱和一定量的聚合电解质添加至所述水性输入流中以形成经化学处理的流；以及
使所述经化学处理的流流动至被配置成从所述经化学处理的流中去除至少一部分悬浮固体的悬浮固体去除设备以形成污染物减少流，
其中所述经化学处理的流和所述污染物减少流各自的温度为约15℃或更低。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述添加步骤包括将所述一定量的无机凝聚剂添加至所述水性输入流中，随后添加所述一定量的强碱，随后添加所述一定量的聚合电解质以形成所述经化学处理的流。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述添加步骤包括将所述一定量的无机凝聚剂添加至所述水性输入流中以形成第一中间流，将所述一定量的强碱添加至所述第一中间流中以形成第二中间流，以及将所述一定量的聚合电解质添加至所述第二中间流中以形成所述经化学处理的流。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述无机凝聚剂为无机聚合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述无机聚合物为阳离子无机聚合物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述无机凝聚剂的碱度为至少约50％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述无机凝聚剂的数均分子量为约200g/mol至约800g/mol。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述无机凝聚剂的比重为至少约1.01。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述无机凝聚剂包含铝。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述无机凝聚剂包含水合氯化铝和/或聚合氯化铝。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以至少约600秒-1的剪切速率使所述无机凝聚剂与所述水性输入流混合。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、和/或氧化钙。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合电解质为阴离子型的或非离子型的。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合电解质的分子量在约10,000g/mol至约30,000,000g/mol的范围内。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合电解质包含阴离子型聚丙烯酰胺。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以约100秒-1或更小的剪切速率使所述聚合电解质与所述水性输入流混合。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述悬浮固体去除设备为基于重力的沉降设备。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述悬浮固体去除设备为板式澄清器。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述悬浮固体去除设备还产生含固体的流。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述悬浮固体去除设备每产生一桶所述污染物减少流产生约0.25kg或更少的所述含固体的流。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括使所述含固体的流流动至固体处理设备，其中所述固体处理设备包括压滤机、真空过滤器和/或离心机。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括使至少一部分所述污染物减少流流动至脱盐系统。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述脱盐系统为加湿-减湿脱盐系统。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述化学凝聚设备包括一个或更多个反应容器。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流包含和/或来源于采出水和/或回流水。
27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流的所述至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度为至少约50mg/L。
28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流包含一种或更多种碳酸氢盐。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流的碳酸氢根离子浓度为至少约50mg/L。
30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流包含一种或更多种溶解盐。
31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流包含一种或更多种二价阳离子。
32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流包含一种或更多种三价阳离子。
33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或更多种三价阳离子包括Fe3+。
34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流的溶解盐浓度为至少约50,000mg/L。
35.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流的总溶解固体浓度为至少约50,000mg/L。
36.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流的总悬浮固体浓度为至少约500mg/L。
37.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流包含硫化氢。
38.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流包含腐殖酸和/或富里酸。
39.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流的Pt-Co色值为至少约500。
40.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流内的总悬浮固体浓度比所述水性输入流内的总悬浮固体浓度低至少约50％。
41.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流的总悬浮固体浓度为约50mg/L或更小。
42.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流内的所述至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度比所述水性输入流内的所述至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度低至少约50％。
43.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流的所述至少一种悬浮和/或乳化的不混溶相的浓度为约20mg/L或更小。
44.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流内的三价阳离子浓度比所述水性输入流内的三价阳离子浓度低至少约10％。
45.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流内的碳酸氢根离子浓度比所述水性输入流内的碳酸氢根离子浓度低至少约10％。
46.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流内的溶解盐浓度与所述污染物减少流内的溶解盐浓度相差不超过约10％。
47.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流的硫化氢浓度为约5mg/L或更小。
48.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流的铁浓度为约5mg/L或更小。
49.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述污染物减少流的Pt-Co色值为约50或更小。
50.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性输入流在所述化学凝聚设备和所述悬浮固体去除设备中的停留时间为约1小时或更短。
CN201680059490.XA 2015-09-08 2016-09-08 用于通过化学凝聚对水例如油田废水进行处理的系统和方法 Pending CN108348821A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562215717P 2015-09-08 2015-09-08
US62/215,717 2015-09-08
PCT/US2016/050803 WO2017044645A1 (en) 2015-09-08 2016-09-08 Systems and methods for treatment of water, such as oilfield wastewater, via chemical coagulation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108348821A true CN108348821A (zh) 2018-07-31

Family

ID=58240070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680059490.XA Pending CN108348821A (zh) 2015-09-08 2016-09-08 用于通过化学凝聚对水例如油田废水进行处理的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US20170144906A1 (zh)
CN (1) CN108348821A (zh)
CA (1) CA2996968A1 (zh)
WO (1) WO2017044645A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111732244A (zh) * 2020-07-04 2020-10-02 重庆工商大学 一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9969638B2 (en) 2013-08-05 2018-05-15 Gradiant Corporation Water treatment systems and associated methods
WO2015042584A1 (en) 2013-09-23 2015-03-26 Gradiant Corporation Desalination systems and associated methods
US20160264442A1 (en) * 2014-11-25 2016-09-15 Renewable Energy Alternatives, Llc Nutrient concentration and water recovery system and associated methods
US20160228795A1 (en) 2015-02-11 2016-08-11 Gradiant Corporation Methods and systems for producing treated brines
US10167218B2 (en) 2015-02-11 2019-01-01 Gradiant Corporation Production of ultra-high-density brines
CN108367244B (zh) 2015-07-29 2022-05-03 格雷迪安特公司 渗透脱盐方法和相关系统
US10245555B2 (en) 2015-08-14 2019-04-02 Gradiant Corporation Production of multivalent ion-rich process streams using multi-stage osmotic separation
US10301198B2 (en) 2015-08-14 2019-05-28 Gradiant Corporation Selective retention of multivalent ions
CN108883344A (zh) 2016-01-22 2018-11-23 格雷迪安特公司 在加湿器例如多级鼓泡塔加湿器中使用高气体流速形成固体盐
US10689264B2 (en) 2016-02-22 2020-06-23 Gradiant Corporation Hybrid desalination systems and associated methods
US11629072B2 (en) 2018-08-22 2023-04-18 Gradiant Corporation Liquid solution concentration system comprising isolated subsystem and related methods
AU2020291534B2 (en) 2019-06-12 2023-05-11 Nuquatic, Llc Removal of materials from water
US12351492B2 (en) 2019-06-12 2025-07-08 Nuquatic, Llc Removal of materials from water
CN110563082A (zh) * 2019-09-19 2019-12-13 中国农业科学院烟草研究所 对切削液废水进行预处理的组合物及其应用
EP4247522A4 (en) 2020-11-17 2024-10-09 Gradiant Corporation OSMOTIC SYSTEMS AND PROCESSES INVOLVING ENERGY HARVESTING
US11401181B1 (en) 2021-03-02 2022-08-02 Phosphorus Free Water Solutions, Llc Galvanic process for treating aqueous compositions
US12473221B2 (en) * 2021-12-03 2025-11-18 Championx Canada Ulc Water remediation
WO2024211729A1 (en) 2023-04-05 2024-10-10 Nuquatic, Llc Removal of fluoro alkyl compounds from water using galvanic cell
AU2024252894A1 (en) 2023-04-05 2025-11-06 Nuquatic, Llc Treatment of aqueous composition with metal component

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070235391A1 (en) * 2006-04-11 2007-10-11 Sorbwater Technology As Method for removal of materials from a liquid stream
CN101239760A (zh) * 2008-03-10 2008-08-13 胡志刚 工业豆清水的预处理工艺
CN102115283A (zh) * 2011-01-20 2011-07-06 哈尔滨商业大学 一种采油废水的处理方法
CN102923878A (zh) * 2012-10-23 2013-02-13 西安建筑科技大学 油田废水模块化处理设备及工艺
CN103232134A (zh) * 2013-04-09 2013-08-07 苏州市东宏环保科技有限公司 一种适用于化工产业的废水处理方法
CN203754456U (zh) * 2014-03-31 2014-08-06 厦门绿邦膜技术有限公司 一种氮气循环的低温蒸发浓缩装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4251367A (en) * 1979-01-25 1981-02-17 Waste Conversion Technology, Inc. Wastewater treatment
AU618231B3 (en) * 1991-05-29 1991-10-22 Hoefer, Dawn Annette Treatment of emulsions
CA2606190A1 (en) * 2005-04-27 2006-11-02 Hw Process Technologies, Inc. Treating produced waters
ITMI20051187A1 (it) * 2005-06-23 2006-12-24 Esposito Servizi Ecologici S R Impianto e processo per il riciclaggio di rifiuti provenienti da spazzamento strade depuratori acque e simili
US7731854B1 (en) * 2007-02-15 2010-06-08 H2O Tech, Inc. Situ system and method for treating an oil and gas well drilling fluid
US20090127210A1 (en) * 2007-11-20 2009-05-21 Swisher Anthony E Method and apparatus for water remediation
US8889900B2 (en) * 2010-12-29 2014-11-18 Ecolab Usa Inc. Sugar ester peracid on site generator and formulator
US9719179B2 (en) * 2012-05-23 2017-08-01 High Sierra Energy, LP System and method for treatment of produced waters
CA2831352C (en) * 2012-10-28 2017-01-10 Syncrude Canada Ltd. Co-processing of fluid fine tailings and fresh oil sands tailings
US20140197022A1 (en) * 2013-01-15 2014-07-17 King Abdulaziz City For Science And Technology Solar-powered humidification-dehumidification desalination system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070235391A1 (en) * 2006-04-11 2007-10-11 Sorbwater Technology As Method for removal of materials from a liquid stream
CN101239760A (zh) * 2008-03-10 2008-08-13 胡志刚 工业豆清水的预处理工艺
CN102115283A (zh) * 2011-01-20 2011-07-06 哈尔滨商业大学 一种采油废水的处理方法
CN102923878A (zh) * 2012-10-23 2013-02-13 西安建筑科技大学 油田废水模块化处理设备及工艺
CN103232134A (zh) * 2013-04-09 2013-08-07 苏州市东宏环保科技有限公司 一种适用于化工产业的废水处理方法
CN203754456U (zh) * 2014-03-31 2014-08-06 厦门绿邦膜技术有限公司 一种氮气循环的低温蒸发浓缩装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111732244A (zh) * 2020-07-04 2020-10-02 重庆工商大学 一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017044645A8 (en) 2017-04-13
US20170144906A1 (en) 2017-05-25
US20210147265A1 (en) 2021-05-20
WO2017044645A1 (en) 2017-03-16
CA2996968A1 (en) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108348821A (zh) 用于通过化学凝聚对水例如油田废水进行处理的系统和方法
US20200231473A1 (en) Systems and methods for removal of boron from water, such as oilfield wastewater
US11084736B2 (en) Production of ultra-high-density brines using transiently-operated desalination systems
US20210107806A1 (en) Methods and systems for producing treated brines
US10167218B2 (en) Production of ultra-high-density brines
US10179296B2 (en) Transiently-operated desalination systems and associated methods
CN103025403B (zh) 降低废水流中硫酸盐浓度的方法
Farahani et al. Recovery of cooling tower blowdown water for reuse: The investigation of different types of pretreatment prior nanofiltration and reverse osmosis
US10131561B2 (en) Treatment of produced water concentrate
Zueva Current legislation and methods of treatment of wastewater coming from waste electrical and electronic equipment processing
Gamwo et al. Produced water treatment technologies: an overview
CN205575837U (zh) 一种石灰石／石灰－石膏法烟气脱硫废水的处理系统
WO2016187587A2 (en) Transiently-operated desalination systems and associated methods
Van Le et al. Separation of oil-in-water emulsions by microbubble treatment and the effect of adding coagulant or cationic surfactant on removal efficiency
US10934189B2 (en) Methods and compositions for clarifying produced waters for boiler feed waters
CN101698545B (zh) 一种脱硫循环水净化处理的设备及方法
CA2986158C (en) Transiently-operated desalination systems and associated methods
CN211198959U (zh) 一种危险废弃物渗沥液处理系统
WO2013122593A1 (en) High efficiency water-softening process
CA2915917C (en) Methods for removing dissolved organic matter and other contaminants from sagd water
Aquaprox Pretreatment
CN119822573A (zh) 硅胶生产废水处理工艺和系统
Gutiérrez et al. Treatment of waste oil-in-water emulsions from a copper metalworking industry by vacuum evaporation: effect of operating conditions
Goncharuk et al. Treatment of drainage waters of domestic refuse dumps by reagent and baromembrane methods
Ordóñez et al. Physico chemical treatment methods fundamentals and design guidelines

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180731