CN108472552A - 在分离过程中减少废物产生的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了用于减少含有危害环境的物质的水溶液中废物的量的方法和装置，该废物是在包括蒸发装置(1‑6，V1‑V6)中汽化的过程中，需要专门处理和可能的销毁。所述水溶液的大量水分在可重复使用的汽化室(2a)中汽化。在某一时间，停止汽化过程，以使剩余的水分是初始水分的70％至5％。此后，在第二步骤中，将可重复使用的汽化室(2a)中的剩余水溶液转移至独立的废物分离容器(6)中，剩余的水在那里进行至少一个另外的减水过程。包括危害环境的物质的剩余废物留在废物容器中，用于单独处理和可能的销毁。

Description

在分离过程中减少废物产生的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于减少含有危害环境的物质的水溶液中的废物的量的方法和装置，该废物是在包括蒸发装置中汽化的分离过程中产生的，需要专门处理和可能的销毁，其中，

-在至少一个可重复使用的汽化室中汽化大量的水分(water content)，

-所述水溶液的水分汽化成蒸汽，其可能在冷凝成水之后释放至环境系统中，且

-在某一时间停止汽化过程，在该时间从所述至少一个可重复使用的汽化室去除剩余的水溶液用于进一步处理。

背景技术

一般而言，存在几种类型的物质在环境中可能不合适或有害(危害环境的物质)。一些可能通过特定的机制对动物有害(例如可影响海洋动物的正常繁殖的激素)，另一些可能通常是有毒性的(例如细胞生长抑制药物)，而就抗生素和抗病毒药物而言，如果环境在相当长的时间包含抗生素和抗病毒药物，则可能会有增加产生抗细菌和病毒的风险。危害环境的物质包括抗生素、抗真菌药物和抗病毒药物、NSAID(非类固醇抗炎药)、细胞生长抑制药物、激素(例如类固醇激素)、抗抑郁药、抗精神病药以及许多其他药物或非药物物质。

现今，许多药学和生物技术研究都是在来自不同时间内在培养基中生长的培养物的细胞上进行的。为了预防可能破坏细胞培养物的细菌感染，通常向生长培养基添加各种类型的抗生素。参见“The prophylactic use of antibiotics in cell culture”,IngridKuhlmann，Cytotechnology(1995),第95～105页。当丢弃细胞培养物时，重要的是防止细胞培养物中的抗生素释放到环境中，这可能促进耐抗生素细菌的发展。如果使用的物质是热敏性的，则这可通过在高压灭菌期间加热生长培养基而实现。然而，许多抗生素和其他有害物质通过该方法没有被充分降解，并因此可能必须在高温炉中焚烧物质。这在例如每天可产生大量被抗生素污染的液体的研究机构中可能是有问题的。将大量的废物(例如生长培养基)和具有危害环境的物质(例如抗生素)的其他液体处置到适当的高温焚烧炉炉可导致较高的财务成本以及物流问题。因此，期望将必须销毁的废物的量减少到最小。

汽化过程被广泛用于浓缩食品和化学品以及回收溶剂。将含有期望产物的溶液进料至蒸发器并且穿过可重复使用的汽化室中的热源。所施加的热将溶液中的水转化成蒸汽。将蒸汽从剩余的溶液中去除并且通常在释放之前冷凝，同时将当前浓缩的溶液进料至第二蒸发器中或去除。在本发明中使用的蒸发装置一般由四个单元组成：

-液体接收单元，用于接收水溶液，

-至少一个可重复使用的汽化室，用于加热水溶液以便汽化来自所述水溶液的水，

-蒸汽抽空(evacuation)单元，和

-蒸汽释放单元，例如冷凝单元，其可连接至环境系统(例如污水系统)，用于在汽化过程期间释放蒸汽或冷凝水。

蒸发器可也用于分离溶于水溶液中的危害环境的物质。初始汽化过程去除大部分而非全部的水。所去除的蒸汽，或水(如果使用冷凝单元的话)可被释放至环境系统中，例如直接释放至环境空气、污水系统、水箱或甚至沟渠中。可重复使用的汽化室中剩余的溶液包含有害物质，并且随后可以例如通过在焚烧炉中销毁来处理。这消除了潜在的环境危害。

然而，利用该方法存在相当大的问题。

水溶液的汽化导致汽化室的表面上具有硬质沉积物的污垢，尤其是当大部分液体已经被汽化并且溶剂的浓度因此增加时。可能需要大量的成本和劳动来清洁，以去除这些沉积物，或者甚至可能需要更换污染的单元。去除可重复使用的汽化室中大量水的另一问题是水溶液的粘度会逐渐增加，这将使得越来越难以将残留水转移至废物容器。因此，在汽化室中全部的水被汽化之前，在某一时间停止汽化过程，在该时间从可重复使用的汽化室去除蒸发器中的剩余的溶液，用于作为废物处理和可能的销毁。因此，分离溶于水溶液中的物质的本发明的方法必然导致大量废物材料的产生，这是不经济的并且造成物流问题。

发明目的

在此背景下，本发明的目的是大幅度减少使用汽化从水溶液分离危害环境的物质时产生的废物的量。蒸发装置的可重复使用的汽化室应优选地可重复使用，用于许多另外的汽化过程。

发明内容

根据本发明的方法涉及从具有溶解的危害环境的物质的水溶液中两阶段或多阶段去除水，目的是分离和可能销毁所溶解的物质，在一个或多个可重复使用的蒸发器中进行水的第一次去除和在一个或多个废物分离容器中进行水的最终去除。在废物分离容器中进行水的最终减少的优势是，此时如果溶解物质造成壁上的沉积并且具有高粘度，并没有关系，因为该容器是不可重复使用的，而是通常送去销毁。

具有在废物分离容器中进行水的最终减少的该两阶段或多阶段减少，将大幅度降低来自蒸发装置的废物的总产量。

根据本发明，提供的方法和蒸发装置将大幅度减少产生的含有危害环境的物质的废物的量，其中：

-调整停止一个或多个可重复使用的蒸发器中进行第一次去除水的所述某一时间，以使水分减少30％至95％，并且剩余的水分是初始水分的70％至5％，剩余的水分导致在所述至少一个可重复使用的汽化室中形成仅仅少量的沉积物，并且允许从可重复使用的汽化室中容易地去除剩余的水溶液(废物)，

-在所述某一时间，将所述剩余的水溶液(废物)从所述可重复使用的汽化室转移至至少一个废物分离容器中，

-因此所述至少一个废物分离容器中的所述剩余的水溶液(废物)进行至少一个另外的减水(water-reducing)过程，其中所述至少一个废物分离容器中的水分进一步减少10％至100％，

-所述至少一个可重复使用的汽化室和所述至少一个废物分离容器中组合的减水在所述至少一个废物分离容器中使得留下最终水分为所述含有危害环境的物质的水溶液的初始水分的10％至0％，

-并且所述至少一个废物分离容器中剩余的废物(包括所述危害环境的物质)留在所述单独的废物分离容器中用于单独处理和可能的销毁。

术语“可重复使用的”汽化室是指汽化室在被丢弃之前被再填充至少一次，以在两个或更多个汽化过程过程中使用。

文献US 4,132,640(von Rool AG)中公开了有些类似的过程。该系统将提供处理包含盐和有机物质的水溶液。将水溶液进料至将去除水蒸汽的蒸发器中。将剩余物引导至喷雾干燥器，其中热的烟道气将导致进一步的汽化。然后将分开的物质引导至形成连续操作系统一部分的燃烧室。所得烟道气通过管道进料至锅炉，并且随后到过滤器，从中气体通过管道和烟囱被排放至大气中。因此，该现有技术系统是集成的蒸发和燃烧系统，并且没有如本发明中在可更换的废物分离容器中分离废物。

附图说明

现将参考附图更详细描述本发明，单个图示意性显示了根据本发明的蒸发装置。

具体实施方式

在本发明优选的实施方式中使用的蒸发装置包括：液体接收单元1，入口阀V1，配有汽化室2a的汽化单元2，设置在外侧但是与室2a接触的金属壁的多个加热元件2b、2c、2d，分别用于确定汽化室中温度、压力和容量水平的传感器2t、2p、2l，具有关联阀V2的蒸汽抽空单元3，配有冷却水入口4a、关联阀V3和冷却水出口4b的蒸汽冷凝单元4，出口阀V4，和用于使汽化室2a中的压力减小低于大气压的泵5。原则上，这些组件形成现有技术蒸发装置。也如先前已知的，在汽化单元2中可存在至少一个其他可重复使用的汽化室(未显示)用于在连续的步骤中去除液体。

根据本发明，至少一个废物分离容器6通过阀V5与汽化室2a连接。该废物分离容器6(或一次使用一个的两个或更多个废物分离容器，可能在转换连接之后)用于接收在汽化单元2中产生的废物，并且在该废物分离容器中进一步从废物材料去除水。废物分离容器也可通过阀V6与泵5连接。仅使用废物分离容器6，直到废物达到指定水平，此时废物分离容器被认为已满并且被更换。此时，废物分离容器将从蒸发装置取出并且通常送去销毁，例如在焚烧炉或高温炉(未显示)中。

装置如下运转，应理解，计算机(未显示)基于从各种传感器(例如上面提到的温度传感器2t、压力传感器2p和水平传感器2l，优选地设置在汽化室2a的内侧；和温度传感器6t、压力传感器6p和水平传感器6l，优选地设置在废物分离容器6中)接收的信号，并且也基于发送至各个阀V1、V2、V3、V4、V5和V6的控制信号，用于控制整个过程。另外，使用一个或多个泵将水溶液移至适当的隔间，以及能够降低汽化室2a和废物分离容器6中的环境压力，以利于通过汽化形成水蒸汽。

将含有危害环境的物质(例如抗生素)或其他有害物质的一批水溶液进料至液体接收单元1中并且到可重复使用的汽化室2a。在那里，将水溶液通过加热元件2b、2c、2d加热，以使水在汽化室2a中汽化并且形成蒸汽。蒸汽通过蒸汽抽空单元3被抽空。此后，蒸汽借助泵5通过蒸汽冷凝器单元4循环。将冷凝水释放至常规的污水系统、水箱甚至沟渠中。或者，蒸汽可排放到例如环境空气中或水箱中或污水系统，而无需首先被冷凝成水。

水平传感器2l检测进料至蒸发器中的含有危害环境的物质的水溶液的量，并且通过加热元件2b、2c、2d继续进行汽化过程，直到从溶液去除了所需比例的水为止。

当剩余的水分仍足够高以确保有足够的溶液流动性并且在汽化室2a的壁上仅仅有较小的形成沉积物的趋势时，但是水分应尽可能的少，在最佳时间停止汽化室中的汽化过程。在汽化室的壁上形成沉积物的趋势在不同的水溶液中不同，并且必须在对进料至蒸发器的所有的水溶液的初步检查中确定。在最佳时间，停止汽化单元2中的汽化过程，并且将剩余的、更浓缩的水溶液通过阀V5转移至废物容器6。这里，水溶液的水分进一步减少，优选地通过加热板6a，该加热板6a放置在废物分离容器6下方，可能配有设置在所需温度的恒温器(未显示)。继续进一步减少废物分离容器中的水，直到去除了10％至100％的剩余水分。

或者，可存在许多其他方式来加热汽化室和废物分离容器中的内容物，包括使用至少部分浸入液体中的加热元件、微波、感应和许多其他方式。

泵5或用于降低汽化室和/或废物分离容器中压力的一些其他设备，将通过产生低于大气的压力，使得汽化室和/或废物分离容器中的内容物可以在低于100℃的温度下沸腾。

也可在无需沸腾的情况下，减少废物分离容器中的水分。通过简单地向其液体加入热能，即使没有沸腾，也会通过蒸发增强汽化。

在一个或多个可重复使用的汽化室中进行的第一次液体减少步骤中，优选地30％至95％的液体被去除，更优选地50％～95％的液体被去除，最优选地70％～95％的液体被去除，并且在一个或多个废物分离容器中进行的最终液体减少步骤中，废物分离容器中优选地另外10％至100％、更优选地30％至100％以及最优选地50％至100％的液体被去除。

增加废物分离容器中水的汽化的另外的方式是通过例如使用泵5在其中施加低于大气的压力。

增强废物分离容器中水的汽化的进一步方式是将气体通过气体入口6g进料至废物分离容器中，例如通过在大气压下或低于大气压力下，使气体(例如空气)鼓泡进入废物分离容器的液体中。

如在下面实施例1和2中所描述的，废物分离容器中该水的最终减少使得从蒸发装置产生的废物材料大幅度减少。

在蒸发装置的可重复使用的汽化室中，确保包含潜在地危害环境的物质的液滴不会经过抽空单元3和蒸汽冷凝单元4是有利的。这可通过设置可渗透水蒸汽但是将捕获任何液滴的保护结构来实现，如共同未决的PCT专利申请第PCT/EP2016/075957号中所描述的。

实施例1

已经用一些不同类型的液体测试了根据本发明的方法和装置，即：

*具有青霉素120微克和链霉素100微克的杜尔贝科(Dulbecco)改良的伊格尔(Eagle)培养基(Sigma-Aldrich)。

*具有青霉素120微克和链霉素100微克的杜尔贝科磷酸盐缓冲液(Sigma-Aldrich)。

*具有10mg/升环丙沙星(Sigma-Aldrich)的人尿。

在可重复使用的汽化室2a的汽化期间，发现去除逐渐越多的水导致壁的污垢越来越多。减少测试液体大于30％的水，在汽化室的壁上产生一些污垢。去除大于50％的水，产生更多明显的污垢，去除大于70％的水，产生甚至更明显的污垢，并且去除大于90％的水，产生额外量的甚至更明显的污垢。此外，去除大于90％的水导致测试液体的粘度增加，并且当去除了大于95％～97％的水时，几乎不可能将废物从汽化室转移至独立的废物分离容器。

为了进一步减少废物材料的量，在废物分离容器中去除额外的水。在废物分离容器中从汽化室去除液体废物中10％的水，导致在废物分离容器的壁和底部产生一些污垢。在废物分离容器中从汽化室去除液体废物中40％的水，导致在废物分离容器的壁和底部产生大量的污垢。甚至进一步去除水，将液体废物转化成硬的非液体材料。一般而言，可以通过废物分离容器中该最终液体减少步骤，将来自汽化室的废物的体积减少80％或甚至更多。

实施例2

将100升含有抗生素环丙沙星(10mg/升，Sigma Aldrich)的尿转移至可重复使用的汽化室并且加热。当通过汽化体积减少约90％时，将剩余10升含有抗生素的尿转移至废物分离容器。这里，通过施加低于环境空气压力的压力并且通过将气体进料至废物分离容器中，通过使用热去除所有剩余的水。结果，剩余的尿在废物分离容器的壁和底部变成固体沉积物，并且废物的体积减少约80％。

Claims (14)

1.一种在包括蒸发装置(1-6，V1-V6)中汽化的过程中减少含有危害环境的物质的水溶液中废物的量的方法，其中，

-在第一汽化过程中，在至少一个可重复使用的汽化室(2a)中汽化大量的所述水溶液的水分，

-所述水溶液的水分汽化成蒸汽，所述蒸汽可能在冷凝成水之后释放至环境系统中，并且

-在某一时间停止所述汽化过程，在该时间从所述至少一个可重复使用的汽化室去除剩余的水溶液用于进一步处理，

-其特征在于：

-调整所述某一时间，以使在所述第一汽化过程中，所述至少一个可重复使用的汽化室(2a)中的水分减少30％至95％，并且剩余的水分是初始水分的70％至5％，剩余的水分仅造成所述至少一个汽化室中少量的沉积物，

-在所述某一时间，所述剩余的水溶液从所述至少一个可重复使用的汽化室被转移至至少一个独立的废物分离容器(6)中，

-因此所述至少一个废物分离容器中的所述剩余的水溶液进行至少一个另外的减水过程，其中所述至少一个废物容器中的水分进一步减少10％至100％，

-所述第一和另外的减水过程中组合的减水，使得在所述至少一个废物容器(6)中留下最终水分是所述含有危害环境的物质的水溶液的初始水分的10％至0％，并且

-所述至少一个废物分离容器(6)中包括所述危害环境的物质的剩余废物留在所述至少一个废物分离容器中，用于作为废物处理。

2.如权利要求1所定义的方法，其中，在所述至少一个可重复使用的汽化室(2a)的所述第一汽化过程中，水分减少50％至95％，以使剩余的水分是所述初始水分的50％至5％。

3.如权利要求1或2所定义的方法，其中，在所述至少一个废物分离容器(6)的所述最终减水过程中，水分进一步减少30％至100％，所述至少一个可重复使用的汽化室(2a)和所述至少一个废物分离容器(6)中组合的减水使得在所述至少一个废物容器(6)中留下的最终水分是所述至少一个可重复使用的汽化室(2a)中的所述初始水分的5％至0％。

4.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中，在所述至少一个废物分离容器(6)的所述另外的减水过程中，将剩余的水溶液加热。

5.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中，在所述至少一个废物分离容器(6)的所述另外的减水过程中，使剩余的水溶液沸腾。

6.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中，在所述至少一个废物分离容器(6)的所述另外的减水过程中，通过在所述至少一个废物分离容器中施加低于环境空气压力的压力而增强汽化。

7.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中，在所述至少一个废物分离容器(6)的所述另外的减水过程中，通过将气体进料至所述至少一个废物容器中而增强汽化。

8.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中，所述水溶液至少包含细胞，生长培养基，以及一种或多种所述危害环境的物质，例如抗生素。

9.如权利要求1至7中任一项所定义的方法，其中，所述水溶液包括具有一种或多种溶解的抗生素和/或一种或多种抗生素残留物的尿。

10.一种蒸发装置(1-6，V1-V6)，其用于汽化含有危害环境的物质的水溶液和减少作为废物处理的量，所述装置包括：

-液体接收单元(1)，用于接收所述水溶液，

-至少一个可重复使用的汽化室(2a)，用于加热所述水溶液，以便汽化来自所述水溶液的水，

-蒸汽抽空单元(3)，和

-蒸汽释放单元(4)，所述蒸汽释放单元(4)可连接至环境系统用于释放来自汽化过程的蒸汽或冷凝水，

其特征在于：

-所述蒸发装置还包括至少一个废物分离容器(6)，

-所述至少一个废物分离容器(6)连接至所述至少一个可重复使用的汽化室(2a)，

-所述至少一个废物分离容器配有独立的加热设备(6a)，其设置为使得所述废物分离容器中剩余量的所述水溶液进行至少一个另外的加热和减水过程，并且分离作为更浓缩的材料的其中所述水溶液的最终剩余物，所述水溶液的最终剩余物包括所述危害环境的物质和在其壁上形成的任何可能的沉积物，以使所述废物分离容器以及其分离的材料可作为废物处理。

11.如权利要求10所定义的蒸发装置，其中，所述装置还包括泵(5)，所述泵(5)用于将所述至少一个可重复使用的汽化室(2a)中的压力降低为低于大气压。

12.如权利要求11所定义的蒸发装置，其中，用于将压力降低为低于大气压的所述泵(5)也用于所述至少一个废物分离容器(6)。

13.如权利要求10至12中任一项所定义的蒸发装置，其中，所述至少一个废物分离容器(6)配有气体入口(6g)，所述气体入口(6g)用于将气体进料至所述至少一个废物分离容器(6)中。

14.如权利要求10至13中任一项所定义的蒸发装置，其中水平传感器(21、61)设置在所述至少一个可重复使用的汽化室(2a)和所述至少一个废物分离容器(6)的至少一个中。