CN110395877A

CN110395877A - 处理含水物质的方法和装置

Info

Publication number: CN110395877A
Application number: CN201810352326.9A
Authority: CN
Inventors: 张卫华; 夏激扬; 刘春杰; 贺璐; 陈锐
Original assignee: Beijing Zhongke National Environmental Protection Engineering Technology Ltd By Share Ltd
Current assignee: Beijing Zhongke Huantong Engineering Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2019-11-01
Also published as: EP3778502A4; WO2019201313A1; EP3778502A1; US20210032145A1

Abstract

一种处理含水物质的方法，包括：在第一温度下，将含水物质与溶剂混合，得到包含固态物质和液态物质的混合物；对该混合物进行第一次分离处理，得到固态物质和液态物质；以及在第二温度下，对第一次分离处理得到的液态物质进行第二次分离处理，得到水相和有机相，该有机相包含该溶剂。本发明所使用的溶剂与水在第一温度下的互溶性高于该溶剂与水在第二温度下的互溶性，使得本发明处理含水物质的方法中，对水的分离和回收不经过相变，而是经过液液分离得到，因而能够有效降低能耗。本发明还涉及相应的装置。

Description

处理含水物质的方法和装置

技术领域

本发明涉及混合物的分离技术领域，具体涉及一种使用溶剂处理含水物质，降低其中含水量，从而达到减量化目的的方法和装置。

背景技术

随着我国社会和经济的迅速发展，城市污水量和污泥量都大幅增长。市政污泥，例如下水道污泥、城市污水处理厂污泥，不仅含水量高，还含有大量有机质、重金属和某些有毒有害难降解污染物，因此未经过合适处理的市政污泥进入环境后，将会直接给水体和大气带来污染，对生态环境和人类的活动也将构成威胁。

各种工业生产工程中也会产生大量污泥，例如石化行业在原油开采、存储、运输、以及加工等过程中产生的污泥，种类繁多、性质复杂。

随着国家对环保的要求愈加严格，污泥减量化、无害化、资源化处理技术成为目前热门的研究课题。污泥减量化是污泥处理的首要目标，现有的污泥减量化技术主要包括化学调理，机械脱水，干化，焚烧，裂解等。一般的处理流程是，首先依靠机械脱水初步减量，再通过干化(一般需要利用热能)充分减量，最后根据需要焚烧或裂解彻底减量。传统的机械脱水技术主要包括板框压滤、带式压滤和离心分离，在实际使用中对于污泥的减量效果有限，一般处理后的污泥的含水量仍高达85％。干化是利用水的蒸发去除污泥中的水分，热能消耗量普遍过大，运行费用过高，难以大范围推广，从而使污泥得不到充分或彻底的减量，污泥处理的目标难以实现。

所以，需要一种能够经济有效地处理含水物质，降低其中含水量，从而达到减量化的方法和装置。

发明内容

本发明提供一种处理含水物质的方法和相应装置。

一方面，本发明的实施例涉及一种处理含水物质的方法，包括：在第一温度下，将第一含水物质与溶剂混合，得到包含固态物质和液态物质的混合物，该液态物质包含该溶剂和水；对该混合物进行第一次分离处理，得到该固态物质和该液态物质；以及在第二温度下，对第一次分离处理得到的液态物质进行第二次分离处理，得到水相和有机相，该有机相包含该溶剂，其中，该溶剂与水在第一温度下的互溶性高于该溶剂与水在第二温度下的互溶性。

在本发明的处理含水物质的方法中，所使用的溶剂与水的互溶性随温度变化而发生变化，具体地，该溶剂在第一温度下与水的互溶性较高，在第二温度下与水的互溶性较低，第一温度可以高于或低于第二温度。

进一步地，本发明的处理含水物质的方法中所使用的溶剂包括选自醇类、酚类、醚类、胺类和酮类中的一种或多种。

当第一温度高于第二温度时，作为一种实施方式，第一温度在50℃到85℃范围内，优选地，在55℃到80℃范围内；第二温度在0℃到45℃范围内，优选地，在5℃到40℃范围内。在该情况下，本发明的处理含水物质的方法中所使用的溶剂包括选自甲基乙基酮、丁酮、异丙醇和异丙醚中的一种或多种。

当第一温度低于第二温度时，作为一种实施方式，第一温度在0℃到45℃范围内，优选地，在5℃到40℃范围内；第二温度在50℃到85℃范围内，优选地，在55℃到80℃范围内。在该情况下，本发明处理含水物质的的方法中所使用的溶剂包括二异丙胺或三乙胺。

进一步地，本发明的处理含水物质的方法中所使用的溶剂与第一含水物质以一定重量比例进行混合。一般地，溶剂与第一含水物质的重量比小于10：1，优选地，该重量比小于8：1。

进一步地，本发明的处理含水物质的方法还包括将第二分离处理得到的有机相的至少一部分与第二含水物质混合，用于处理该第二含水物质。

进一步地，本发明的处理含水物质的方法还包括以下步骤中的一个或多个：除去由第一分离单元得到的固态物质中的残余溶剂；除去由第二分离单元得到的水相中的残余溶剂；以及分离有机相，得到回收的溶剂。

另一方面，本发明的实施例涉及一种处理含水物质的装置，包括：

混合单元，包括含水物质入口、溶剂入口和混合物出口，该混合单元用于在第一温度下，将含水物质与溶剂混合，得到包含固态物质和液态物质的混合物，该液态物质包含该溶剂和水；

第一分离单元，包括混合物入口、固态物质出口和液态物质出口，其中，混合物入口与混合单元的混合物出口相连接，该第一分离单元用于对所述混合物进行第一次分离处理，得到固态物质和液态物质；以及

第二分离单元，包括液态物质入口、水相出口和有机相出口，其中，液态物质入口与第一分离单元的液态物质出口相连接，该第二分离单元用于在第二温度下，对第一次分离处理得到的液态物质进行第二次分离处理，得到水相和有机相，该有机相包含溶剂。

进一步地，本发明的处理含水物质的装置中，混合单元还包括第一温度控制元件，用于控制混合单元的操作温度处于第一温度下。

进一步地，本发明的处理含水物质的装置中，混合单元还包括搅拌元件。

进一步地，本发明的处理含水物质的装置中，第一分离单元还包括选自重力沉降元件、旋流分离元件、膜分离元件、加压过滤元件、减压过滤元件、离心分离元件、板框过滤元件和筒式过滤元件中的一种或多种。

进一步地，本发明的处理含水物质的装置中，第二分离单元还包括第二温度控制元件，用于控制第二分离单元的操作温度处于第二温度下。

进一步地，本发明的处理含水物质的装置中，第二分离单元还包括液液分离元件。

进一步地，本发明的处理含水物质的装置还包括回流单元，包括连接第二分离单元的有机相出口与混合单元的溶剂进口的管道，用于将第二分离单元分离出的有机相的至少一部分回流至混合单元。

进一步地，本发明的处理含水物质的装置还包括以下单元中的一个或多个：

固体后处理单元，包括固态物质入口和溶剂减少的固态物质出口，该固态物质入口与第一分离单元的固态物质出口相连接。该固体后处理单元用于除去由第一分离单元得到的固态物质中的残余溶剂；

水后处理单元，包括水相入口和溶剂减少的水相出口，该水相入口与第二分离单元的水相出口相连接。该水后处理单元用于除去由第二分离单元得到的水相中的残余溶剂；以及

有机相后处理单元，包括有机相入口和回收的溶剂出口，该有机相入口与第二分离单元的有机相出口相连接。该有机相后处理单元用于分离有机相，得到回收的溶剂。

进一步地，本发明的处理含水物质的方法和装置中所处理的含水物质，例如第一含水物质和第二含水物质，包括，按重量百分比计，含水量大于3％的物质。作为一种实施方式，本发明的方法和装置中所处理的含水物质包括市政污泥、河床底泥、工业污泥、水处理厂污泥、动植物体和微生物体中的一种或多种。

进一步地，按照本发明的处理含水物质的方法和装置分离得到的固态物质中的含水量，以重量百分比计，一般不高于60％，优选地，不高于40％，更优地，不高于30％。

利用本发明的处理含水物质的装置和方法能够经济有效地处理含水物质，降低含水物质的水含量，实现含水物质的减量化。减量百分比是衡量减量化的指标之一，减量百分比是指分离出的固态物质占所处理的含水物质的重量百分比，减量百分比与两个因素有关，一是所处理的含水物质中本身的固体物质含量，二是分离出的固态物质中的含水量，本发明的处理含水物质的方法和装置能够通过降低分离出的固态物质中的含水量，提高减量百分比。

本发明的处理含水物质的方法和装置中，所采用的溶剂与水的互溶性随温度的变化而变化。在本发明的处理含水物质的方法和装置中，能够不经过相变，将含水物质中至少一部分水分离出来，得到含水量降低的固态物质，因而能耗较低；由于分离出的有机相能够再次作为溶剂循环利用，大大降低了处理成本；另外，本发明的处理含水物质的方法和装置中不使用无机酸碱，不需要对体系的pH值进行调节，降低了对于设备的防腐要求。因此，本发明提供了一种经济有效地将处理含水物质的方法和相应的装置。

附图说明

附图以及下面的详细描述用于帮助理解本发明的特征和优点，其中：

图1为依据本发明实施例的处理含水物质的装置100的结构示意图；

图2为依据本发明实施例的应用处理含水物质的装置100处理含水物质的流程图；

图3为依据本发明实施例的处理含水物质的方法200的流程图。

具体实施方式

除非本申请中清楚地另行定义，所用到的科学和技术术语的含义为本申请所述技术领域的技术人员通常所理解的含义。本申请中使用的“包括”、“包含”、“具有”或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。

本申请中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于所述具体数量，还包括与所述数量接近的、可接受的、不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”、“左右”等修饰一个数值，意为本发明不限于所述精确数值。在某些实施例中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。本发明中的数值范围可以合并及/或互换，除非另行清楚说明，数值范围包括其所涵盖的所有数值子范围。

在说明书和权利要求中，除非清楚地另行指出，所有项目的单复数不加以限制。本申请说明书及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的材料或实施例等。

除非上下文另外清楚地说明，术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。

本说明书中提及“一些实施例”等，表示所述与本发明相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或不可能出现于其它实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以以任何适当的方式结合。

本申请提及的“含水物质”或类似用语是指含有水和固体等成分的物质，以固态、浆态、粘稠液体、悬浮物、或液态形式存在，其中的固体和水的含量一般以重量百分比计，例如，含水量大于3％的物质。在一些实施例中，含水物质包括市政污泥、河床底泥、工业污泥、水处理厂污泥、动植物体和微生物体中的一种或多种。其中，市政污泥包括城市生活中产生的各种污泥和城市污水处理厂中产生的生化污泥和其它污泥。河床底泥一般指河道或湖泊中的淤泥。工业污泥包括各种工业生产过程中产生的污泥，例如原油生产、储存、运输、加工以及使用等过程中产生各种含油污泥，工业水处理产生的污泥等。动植物体可以包括肉类、毛皮、坚果、含香料作物、中药等。微生物体例如藻类。本申请中所提及的“第一含水物质”和“第二含水物质”表示不同的含水物质，它们可以是同一种含水物质的不同批次，具有相同或类似的成分，也可以是不同种类的含水物质，例如分别独立地选自上述所列举的种类中的一种或多种。

本发明实施例中所使用的溶剂与水在第一温度下的互溶性高于该溶剂与水在第二温度下的互溶性。作为一种实施方式，在第一温度下，该溶剂与水互溶或混溶，不发生液体分层现象；在不同于第一温度的第二温度下，该溶剂与水的互溶性降低，由于溶剂和水密度不同而发生液体分层现象。在一些实施例中，该溶剂在第一温度和第二温度下均为液态。在一些实施例中，该溶剂包括包括选自醇类、酚类、醚类、胺类和酮类中的一种或多种。

本申请提及的“第一温度”和“第二温度”，它们各自可以是某一具体温度值，也可以是某一温度范围，例如从20℃到30℃范围内。

在一些实施例中，第一温度高于第二温度，例如，第一温度在50℃到85℃范围内，优选地，在55℃到80℃范围内，第二温度在0℃到45℃范围内，优选地，在5℃到40℃范围内。在该情况下，溶剂包括选自甲基乙基酮、丁酮、异丙醇和异丙醚中的一种或多种。

在一些实施例中，第二温度高于第一温度，例如，第一温度在0℃到45℃范围内，优选地，在5℃到40℃范围内，第二温度在50℃到85℃范围内，优选地，在55℃到80℃范围内。在该情况下，溶剂包括二异丙胺或三乙胺。

以下结合附图说明本发明的实施方式。图1为依据本发明实施例的处理含水物质的装置100的结构示意图，图2为依据本发明实施例的应用处理含水物质的装置100处理含水物质的流程图，图3为依据本发明实施例的处理含水物质的方法200的流程图。

在一些实施例中，参照图1，处理含水物质的装置100包括：混合单元151，包括含水物质入口、溶剂入口和混合物出口；第一分离单元153，包括混合物入口、固态物质出口和液态物质出口，其中，所述混合物入口与所述混合单元的所述混合物出口相连接；以及第二分离单元155，包括液态物质入口、水相出口和有机相出口，其中，所述液态物质入口与所述第一分离单元的所述液态物质出口相连接。

在一些实施例中，处理含水物质的装置100还包括回流单元161，包括连接第二分离单元155的所述有机相出口与混合单元151的溶剂进口的管道。

在一些实施例中，处理含水物质的装置100还包括以下单元中的一个或多个：固体后处理单元154，包括固态物质入口和溶剂减少的固态物质出口，其中，固态物质入口与第一分离单元153的固态物质出口相连接；水后处理单元156，包括水相入口和溶剂减少的水相出口，其中，水相入口与第二分离单元155的水相出口相连接；以及有机相后处理单元(未图示)，包括有机相入口和回收的溶剂出口，其中，有机相入口与第二分离单元155的有机相出口相连接。

参照图2和图3，采用处理含水物质的方法200，使用处理含水物质的装置100能够处理第一含水物质101。在处理过程中：混合单元151用于将第一含水物质101与溶剂103混合，得到包含固态物质和液态物质的混合物105，其中液态物质包含溶剂103和水；第一分离单元153用于将混合物105分离，得到固态物质107和液态物质111；以及第二分离单元155用于将液态物质111分离，得到水相113和有机相117，其中有机相117包含溶剂103。

参照图3，在步骤201中，第一含水物质101与溶剂103在混合单元151中接触，得到包含固态物质和液态物质的混合物105，其中该液态物质包含溶剂103和通过上述接触从第一含水物质101中提取出的水。在一些实施例中，混合单元151能够使第一含水物质101与溶剂103充分接触，从而使第一含水物质101中的水与溶剂103互溶形成液态混合物。

在一些实施例中，混合单元151包括加热元件或冷却元件，分别用于提高和降低混合单元151中的物质的温度。加热元件或冷却元件包括夹套加热设备、盘管加热设备或电加热设备，其中夹套和盘管中的加热介质可采用水、油和蒸汽中的一种或多种。

在一些实施例中，混合单元151包括第一温度控制元件，能够控制混合单元151中的物质处于第一温度下。第一温度控制元件包括温度控制器。

在一些实施例中，混合单元151包括能够使第一含水物质101与溶剂103混合的容器或元件，例如，搅拌元件，用以促进第一含水物质101与溶剂103之间的混合。搅拌元件的类型包括但不限于：推进式、桨式、涡轮式、框式、螺杆式和锚式中的任意一种或多种。

在一些实施例中，第一含水物质101和溶剂103以一定的重量比例在混合单元151中接触。例如，溶剂103与第一含水物质101重量比小于10：1；又例如，溶剂103与第一含水物质101的重量比小于8：1。

在一些实施例中，第一含水物质101和溶剂103各自以一定的速度连续注入混合单元151中。在另外一些实施例中，第一含水物质101和溶剂103以一定的重量比按照一定的时间间隔、间歇性被注入到混合单元151中，例如，第一含水物质101和溶剂103以5:1的重量比每小时一次注入至混合单元151中。进一步地，在该间歇性注入方式中，每次注入可以是在较短时间间隔内迅速全部注入，也可以是持续一段时间的注入，例如，在15分钟内持续注入所需重量的第一含水物质101和溶剂103。

参照图3，在步骤203中，第一分离单元153将混合物105中的固态物质107和液态物质111分离。其中，第一分离单元153包括能够实现固液分离的元件，用以实现固态物质107和液态物质111的全部或部分分离。第一分离单元153的一些实施例包括但不限于：重力沉降元件、旋流分离元件、膜分离元件、加压过滤元件、减压过滤元件、离心分离元件、板框过滤元件和筒式过滤元件中的一种或多种。在一些实施例中，分离后的液态物质111中仍可能包含少量固态物质残留，分离后的固态物质107中仍可能包含少量液态物质残留。

一些实施例中，混合单元151与第一分离单元153为两个单独设置的单元，这样，混合201与固液分离203两个操作分别在混合单元151与第一分离单元153中进行。一些实施例中，混合单元151与第一分离单元153为一体化设置，体现为兼具混合功能和固液分离功能的一体化设备，这样，混合201与固液分离203两个操作均在该一体化设备中完成。

一些实施例中，分离后的固态物质107可以直接填埋处理或焚烧处理。在另外一些实施例中，分离后的固态物质107中的残余溶剂含量较高，需进一步处理除去其中的残余溶剂，相应地，处理含水物质的装置100还包括固体后处理单元154，用于除去分离得到的固态物质107中的残余溶剂，从而得到溶剂含量降低的固态物质109。一些实施例中，采用加热或减压的方式使固态物质107中的残余溶剂挥发，固体后处理单元154包括但不限于：加热元件、减压元件、真空干燥元件和蒸汽干燥元件中的任意一种或多种。其中，所述蒸汽干燥元件是使用蒸汽对固态物质进行吹扫和洗涤。在另外一些实施例中，采用溶剂洗涤的方法除去固态物质107中的残余溶剂，固体后处理单元154包括溶剂洗涤元件，使用新鲜溶剂102或分离后的溶剂123一次或多次洗涤分离得到的固态物质107，将洗涤后的固体采用加热或减压的方式使残余溶剂挥发，将洗涤液和挥发的溶剂收集起来，在第二温度下进行液液分离得到溶剂和水，从而回收洗涤所用的溶剂。溶剂洗涤元件不仅可以去除固态物质107中的残余溶剂，还可以进一步降低固态物质107中的含水量，进一步实现减量化。

参照图3，在步骤205中，在第二温度下，第二分离单元155将分离得到的液态物质111分离得到水相113和有机相117。第二分离单元155利用在第二温度下溶剂与水的互溶性较低的特性，将水从液态物质111中分离出来。在一些实施例中，第二分离单元155包括加热元件或冷却元件，分别用于提高和降低第二分离单元155中的物质的温度。加热元件或冷却元件包括夹套加热设备、盘管加热设备或电加热设备，其中夹套和盘管中的加热介质可采用水、油和蒸汽中的一种或多种。在一些实施例中，第二分离单元155包括第二温度控制元件，第二温度控制元件包括温度控制器，能够控制混合单元151中的物质处于第二温度下，以实现水和溶剂因互溶性降低而产生液体分层，具体地，密度较大的位于下层，密度较小的位于上层。例如，当使用三乙胺作为溶剂时，控制第二分离单元155的操作温度在50℃到85℃范围时，液态物质111静置后分为两层：上层为有机相，包括三乙胺，下层为水相。第二分离单元155的一些实施例包括但不限于：重力分离元件、离心分离元件和旋流分离元件中的一种或多种。在一些实施例中，经过第二分离单元155分离后，水相113中仍可能包含少量溶剂，有机相117中仍可能包含少量水。

在一些实施例中，处理含水物质的装置100还包括残余固体去除单元(未图示)，设置在第二分离单元155之前，用于进一步除去液态物质111中夹带的少量固态物质。该残余固体去除单元包括但不限于：重力沉降元件、离心分离元件和旋流分离元件中的任意一种或多种。该残余固体去除单元与第二分离单元155可以是两个单独设置的单元，也可以为一体化设置。当该残余固体去除单元与第二分离单元155一体化设置时，体现为兼具去除残余固体功能和液液分离功能的一体化设备，这样，液态物质111中的的残余固体、水相、有机相三者在该一体化设备中得到分离。

一些实施例中，第一分离单元153和第二分离单元155为两个单独设置的单元，这样，固液分离203与液液分离205两个操作分别在第一分离单元153和第二分离单元155中进行。在另一些实施例中，第一分离单元153和第二分离单元155为一体化设置，体现为兼具固液分离功能和液液分离功能的一体化设备，这样，固液分离203与液液分离205两个操作该一体化设备中完成。

水相113如果达到所在地区的排放标准，可以直接排放，或传输至污水处理厂再处理。在一些实施例中，水相113中残余溶剂含量较高，需要进一步处理除去其中的残余溶剂，相应地，处理含水物质的装置100包括水后处理单元156，用于除去水相113中的残余溶剂，得到溶剂含量降低的水115。在一些实施例中，水后处理单元156包括汽提元件，通过使水相113与水蒸汽或者热的气体，比如空气或氮气，直接接触，使残余溶剂扩散到气相中，从而得到溶剂含量降低的水115。在另外一些实施例中，水后处理单元156包括蒸发元件，蒸发元件可通过多种方式进行蒸发，例如改变水相113的温度或压强。在一些实施例中，蒸发元件包括闪蒸元件或热蒸发元件。在一些实施例中，水后处理单元156还包括液化元件，用于液化蒸发出的残余溶剂。在一些实施例中，液化元件包括但不限于加压元件或冷凝元件。在一些实施例中，水后处理单元156包括一体化设置的蒸发元件和液化元件，例如蒸馏塔或精馏塔。在一些实施例中，水后处理单元156包括萃取塔，将水相中的溶剂通过萃取的方式去除，例如使用辛烷作为萃取剂，第一步，利用残余溶剂在萃取剂中的溶解度更大的特性，将水相113中残余的溶剂转移到萃取剂中；第二步，经过精馏塔，将溶剂与萃取剂分离。

在一些实施例中，处理含水物质的装置100包括回流单元161，用于将有机相117的至少一部分回流至混合单元151中，在混合单元151中，有机相117的至少一部分与第二含水物质混合，作为溶剂处理该第二含水物质，参照图2，步骤207。在一些实施例中，回流单元161包括用于将有机相117的至少一部分回流至混合单元151的管道。在一些实施例中，回流单元161包括用于将有机相117的至少一部分注入混合单元151中的泵。在一些实施例中，回流单元161包括用于监测所回流的有机相117的流量的流量计。这样，在处理含水物质的装置100启动初期，混合单元151所需的溶剂主要来自于新鲜溶剂102，当处理含水物质的装置100运行一定时间之后，混合单元151所需的溶剂将主要来自于有机相117，但混合单元151仍可能需要注入少量新鲜溶剂102，以对在处理过程中损耗的溶剂进行补充。

在一些实施例中，第一含水物质101除水和固态物质以外，还包括一些油类或其它有机物(在此简称“油类”)，且不管在第一温度下还是在第二温度下，该油类在溶剂中的溶解度高于其在水中的溶解度。当第一含水物质101与溶剂103混合时，该油类溶解于溶剂103中；在经过第一分离单元153后，其存在于分离出的液态物质111中；在经过第二分离单元155后，其存在于有机相117中。在这种情况下，处理含水物质的处理含水物质的装置100还可以包括有机相后处理单元(未图示)，用于分离有机相117，除去有机相117中的油类，得到回收的溶剂。在一些实施例中，该有机相后处理单元通过沸点的差异，将溶剂与油类分离开来。例如，该有机相后处理单元包括蒸发元件，将溶剂或油类从有机相117中蒸发出来，该蒸发元件可通过多种方式进行蒸发，例如改变有机相117的温度或压强。在一些实施例中，蒸发元件包括闪蒸元件或热蒸发元件。在一些实施例中，该有机相后处理单元还包括液化元件，用于液化蒸发出的溶剂或油类。液化元件可以采用多种方式对蒸发出的溶剂或油类进行液化，如加压或冷凝操作。其中，当液化元件通过加压来液化蒸发的溶剂或油类时，该有机相后处理单元还可以相应地包括冷却元件，用以对因加压而温度升高的溶剂或油类进行冷却。在一些实施例中，该有机相后处理单元包括一体化设置的蒸发元件和液化元件，例如蒸馏塔或精馏塔。回收的溶剂可以作为新鲜溶剂应用于装置100处理其它含水物质，也可以被存储在回收溶剂储存单元(未图示)中，以供需要时使用，或用于其它工艺或设备中。

本发明的实施例还涉及图3所示的含水物质的处理方法200，该方法可应用于图1所示的装置100。具体地，该方法包括：

步骤201：在第一温度下，将第一含水物质101与溶剂103混合，得到包含固态物质和液态物质的混合物105，其中，该液态物质包含溶剂103和水；

步骤203：对混合物105进行第一次分离处理，得到固态物质107和液态物质111；以及

步骤205：在第二温度下，对液态物质111进行第二次分离处理，得到水相113和有机相117，有机相包含溶剂103。

具体地，在步骤201中，第一含水物质101与溶剂103相接触，维持温度处于第一温度下，得到容易进行固液分离的固态物质和液态物质的混合物105；在步骤203中，将混合物105分离得到固态物质107与液态物质111；在步骤205中，维持液态物质111的温度在第二温度下，由于在第二温度下溶剂103与水的互溶性较低，液态物质111形成两个液相：含有溶剂103的有机相117与水相113，并通过有机相117与水相113的密度差，将两个液相分离。通过以上三个步骤，至少一部分水从第一含水物质101中分离出来，得到固态物质107，与所处理的第一含水物质101相比，固态物质107含水量低，体积小，从而实现了减量化。

在一些实施例中，处理含水物质的方法200还包括步骤207：将有机相117的至少一部分与第二含水物质混合，作为溶剂处理该第二含水物质。将有机相117回用于其它含水物质的处理，能够节省溶剂用量，大大节省了成本。

在一些实施例中，处理含水物质的方法200还包括：除去步骤203得到的固态物质107中的残余溶剂，得到溶剂含量降低的固态物质109。具体的方法可以采用加热或减压的方式使固态物质107中的残余溶剂挥发。在一些实施例中，该溶剂含量降低的固态物质109能够达到固体填埋要求或焚烧要求。

在一些实施例中，处理含水物质的方法200还包括：除去步骤205得到的水相113中的残余溶剂以得到溶剂含量降低的水115。具体方法可以采用汽提或蒸发，其中蒸发包括共沸的方法。在一些实施例中，该溶剂含量降低的水115可以直接排放或输送至污水处理厂进行处理。

在一些实施例中，处理含水物质的方法200还包括：分离有机相117以得到回收的溶剂。具体方法可以采用蒸馏或精馏。在一些实施例中，该回收的溶剂可以作为新鲜溶剂102用于处理其它含水物质。

在处理含水物质的方法200中，通过使用一种与水的互溶性随温度变化的溶剂，将含水物质中至少一部分水分离出来。具体地，将溶剂与待处理物质在第一温度下混合后，首先通过固液分离，将固态物质从含水物质和溶剂的混合物中分离出来；其次在第二温度下使水与溶剂因密度不同而分层，通过液液分离，得到离后的水相和有机相。在处理的过程中，由于水的分离没有经过相变，因此该方法及其相应的装置能耗较低，经济实用。

实验示例

以下提供本发明的一些实验示例。下述实验示例可以为本领域中具有一般技能的人实施本发明提供参考。这些示例并不限制权利要求的范围。

示例一

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以甲基乙基酮作为溶剂，对生化污泥进行处理，生化污泥的含水量、含有机物量和灰分含量如表1中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、80℃条件下，加入100g生化污泥和200g甲基乙基酮并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至4bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含甲基乙基酮、水和有机物的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将甲基乙基酮、水和有机物的混合物的温度调至65℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为甲基乙基酮，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的甲基乙基酮蒸发出来，冷凝液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表1中所示。

溶剂处理后的生化污泥减量达81.1％。分离出的固体松散，颗粒明显，含水量约12.7％。

表1

	生化污泥	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	80.2	12.7％	96.2％
含有机物量(％)	10.7	41.2％	3.6％
				灰分含量(％)	9.1％	46.0％	0.2％
减量化(％)	/	81.1％	/

示例二

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以甲基乙基酮作为溶剂，对市政污泥进行处理，市政污泥的含水量、含有机物量和灰分含量如表2中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、80℃条件下，加入40g市政污泥和80g甲基乙基酮并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中经混合后的、包含液态物质和固态物质的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至4bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含甲基乙基酮、水和有机物的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将甲基乙基酮、水和有机物的混合物的温度调至40℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为甲基乙基酮，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的甲基乙基酮蒸发出来，冷凝液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表2中所示。

溶剂处理后的市政污泥减量达97.6％。分离出的固体松散，颗粒明显，含水量约16.5％。

表2

	市政污泥	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	98.00％	0.50％	1.50％
含有机物量(％)	16.45％	21.05％	62.50％
				灰分含量(％)	99.97％	0.01％	0.02％
减量化(％)	/	97.6％	/

示例三

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以三乙胺作为溶剂，对浮渣油泥进行处理，浮渣油泥的含水量、含油量和灰分含量如表3中所示。其中，灰分是指样品中除水以外的无机物。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、30℃条件下，加入100g浮渣油泥和200g三乙胺并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至5bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含三乙胺、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将三乙胺、水和油的混合物的温度升至80℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为包含三乙胺和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的三乙胺与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表3中所示。

溶剂处理后的浮渣油泥减量达98.0％。分离出的固体松散，颗粒明显，含水量低于20％，含油量约为50％，灰分含量在33％左右，其热值约16.72MJ/kg(约4000千卡/公斤)，可以补充少部分燃料进一步焚烧处理。分离出的水含油量、灰分含量很低，浊度约为669NTU，可输送至废水处理系统进行进一步处理。

表3

	浮渣油泥	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	97.58	17.05	99.71
含油量(％)	1.60	49.20	0.16
				灰分含量(％)	0.82	33.75	0.13
减量(％)	/	98.0	/

示例四

首先将浮渣油泥进行预处理脱水，预脱水采用加压过滤脱水，采用孔径为5微米的滤布在4个标准大气压下进行，过滤所得的水相清澈透明，未检测出油类成分和灰分。预脱水后的浮渣油泥较为干燥，减量化在90％以上。预脱水后的浮渣油泥的含水量、含油量和灰分含量如表4中所示。

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以三乙胺作为溶剂，对预脱水后的浮渣油泥进行处理。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、30℃条件下，加入100g预脱水后的浮渣油泥和200g三乙胺并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至5bar，大约5分钟过滤完毕，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含三乙胺、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将三乙胺、水和油的混合物的温度升至80℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为包含三乙胺和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的三乙胺与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表4中所示。

溶剂处理后的浮渣油泥进一步减量达85.3％。本示例中采用预脱水和溶剂分离两步来处理含水量高的含水物质，能够大大减少溶剂用量，节约成本。

表4

示例五

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以三乙胺作为溶剂，对罐底油泥进行处理，罐底油泥的含水量、含油量和灰分含量如表5中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、30℃条件下，加入100g罐底油泥和500g三乙胺并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为50微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至5bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含三乙胺、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将三乙胺、水和油的混合物的温度升至80℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为包含三乙胺和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的三乙胺与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表5中所示。

溶剂处理后的罐底油泥减量达94.9％。分离出的固体松散，颗粒明显，含水量低于10％，含油量约为75％，灰分含量在17％左右，其热值约29.79MJ/kg(约7127千卡/公斤)，相当于标准煤的热值水平，可直接用做燃料焚烧。分离出的水含油量、灰分含量很低，浊度约为447NTU，可输送至废水处理系统进行进一步处理。

表5

	罐底油泥	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	69.2	7.65	99.69
含油量(％)	29.9	75.20	0.30
				灰分含量(％)	0.9	17.15	0.01
减量(％)	/	94.9	/

示例六

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以异丙醇作为溶剂，对钻井岩屑进行处理，钻井岩屑的含水量、含油量和灰分含量如表6中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、80℃条件下，加入100g钻井岩屑和200g异丙醇并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至4bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含异丙醇、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将异丙醇、水和油的混合物的温度调至40℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为含有异丙醇和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的异丙醇与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表6中所示。

溶剂处理后的钻井岩屑减量达15％。分离出的固体松散，颗粒明显，含水量仅1％。

表6

	钻井岩屑	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	6.00	1.08	99.88
含油量(％)	14.00	4.81	0.10
				灰分含量(％)	80.00	94.11	0.02
减量(％)	/	15	/

示例七

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以二异丙胺作为溶剂，对切削液废液进行处理，切削液的含水量、含油量和灰分含量如表7中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、40℃条件下，加入100g切削液废液和200g二异丙胺并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至5bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含二异丙胺、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将二异丙胺、水和油的混合物的温度升至80℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为含有二异丙胺和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的二异丙胺与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表7中所示。

溶剂处理后的切削液废液减量达99.2％。

表7

	切削液废液	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	91.22	13.58	97.11
含油量(％)	8.62	69.70	2.88
				灰分含量(％)	0.16	16.72	0.01
减量(％)	/	99.2	/

示例八

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以二异丙胺作为溶剂，对油砂进行处理，油砂的含水量、含油量和灰分含量如表8中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、40℃条件下，加入100g油砂和150g二异丙胺并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至4bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含二异丙胺、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将二异丙胺、水和油的混合物的温度升至80℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为含有二异丙胺和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的二异丙胺与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体的成分如表8中所示。

表8

	油砂	分离出的固体
			含水量(％)	4.6％	0.1％
含油量(％)	10.8％	0.5％
			灰分含量(％)	84.6％	99.4％

示例九

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以三乙胺作为溶剂，对油田采出水进行处理，油田采出水的含水量、含油量和灰分含量如表9中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、30℃条件下，加入100g油田采出水和150g三乙胺并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩空气或压缩氮气加压至4bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含三乙胺、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将三乙胺、水和油的混合物的温度升至80℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为含有三乙胺和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的三乙胺与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表9中所示。

溶剂处理后的油田采出水减量达74％。

表9

	油田采出水	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	70.0	3.2	99.4
含油量(％)	10.2	20.6	0.55
				灰分含量(％)	19.8	76.2	0.05
减量(％)	/	74	/

示例十

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以丁酮作为溶剂，对油田采出水进行处理，油田采出水的含水量、含油量和灰分含量如表10中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、80℃条件下，加入40g油田采出水和80g丁酮并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩氮气加压至4bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含丁酮、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将丁酮、水和油的混合物的温度降至40℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为含有丁酮和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的丁酮与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表10中所示。

溶剂处理后的油田采出水减量达70.7％。

表10

	油田采出水	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	70.0	12.54	99.58
含油量(％)	10.2	20.08	0.55
				灰分含量(％)	19.8	67.38	0.05
减量(％)	/	70.7	/

示例十一

采用每批次样品处理量100g的小型装置，以异丙醇和异丙醚作为溶剂，对油田采出水进行处理，油田采出水的含水量、含油量和灰分含量如表11中所示。

在具有搅拌功能的混合器中，常压、70℃条件下，加入40g油田采出水、40g异丙醇和40g异丙醚并搅拌5分钟进行混合。接着，将混合器中的混合物引流到过滤器中进行过滤，滤布孔径为5微米，采用压缩氮气加压至4bar，在滤布上收集分离出的固体，将过滤出的、包含异丙醇、异丙醚、水和油的液态物质引入液液分离器。在液液分离器中，保持常压，将异丙醇、异丙醚、水和油的混合物的温度降至40℃，稳定10分钟左右，使其分为上下两层：上层为含有异丙醇、异丙醚和油的有机相，下层为水相。将下层的水相引入汽提器进行蒸发，水相中残余的异丙醇、异丙醚与水形成共沸物蒸发出来，将该共沸物液化后回流到液液分离器，收集剩余的水为分离出的水。分离出的固体和水的成分如表11中所示。

溶剂处理后的油田采出水减量达73.5％。

表11

	油田采出水	分离出的固体	分离出的水
				含水量(％)	70.0	7.66	99.35
含油量(％)	10.2	17.74	0.58
				灰分含量(％)	19.8	74.60	0.07
减量(％)	/	73.5	/

以上的装置及方法仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种处理含水物质的方法，包括：

在第一温度下，将第一含水物质与溶剂混合，得到包含固态物质和液态物质的混合物，所述液态物质包含所述溶剂和水；

对所述混合物进行第一次分离处理，得到所述固态物质和所述液态物质；以及

在第二温度下，对所述第一次分离处理得到的所述液态物质进行第二次分离处理，得到水相和有机相，所述有机相包含所述溶剂，

其中，所述溶剂与水在所述第一温度下的互溶性高于所述溶剂与水在所述第二温度下的互溶性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂包括选自醇类、酚类、醚类、胺类和酮类中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂与水在所述第一温度下的互溶性高于所述溶剂与水在所述第二温度下的互溶性，所述第一温度在50℃到85℃范围内，所述第二温度在0℃到45℃范围内。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述溶剂包括选自甲基乙基酮、丁酮、异丙醇和异丙醚中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂与水在所述第一温度下的互溶性高于所述溶剂与水在所述第二温度下的互溶性，所述第一温度在0℃到45℃范围内，所述第二温度在50℃到85℃范围内。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述溶剂包括二异丙胺或三乙胺。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂与所述第一含水物质的重量比小于10：1。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述第一次分离处理得到的所述固态物质的含水量不高于60％。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述有机相的至少一部分与第二含水物质混合。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含水物质包括选自市政污泥、河床底泥、工业污泥、水处理厂污泥、动植物体和微生物体中的一种或多种。

11.一种处理含水物质的装置，用于进行如权利要求1-10中任一项所述的方法，包括：

混合单元，包括含水物质入口、溶剂入口和混合物出口；

第一分离单元，包括混合物入口、固态物质出口和液态物质出口，其中，所述混合物入口与所述混合单元的所述混合物出口相连接；以及

第二分离单元，包括液态物质入口、水相出口和有机相出口，其中，所述液态物质入口与所述第一分离单元的所述液态物质出口相连接。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述混合单元还包括第一温度控制元件。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述混合单元还包括搅拌元件。

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一分离单元还包括选自重力沉降元件、旋流分离元件、膜分离元件、加压过滤元件、减压过滤元件、离心分离元件、板框过滤元件和筒式过滤元件中的一种或多种。

15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第二分离单元还包括第二温度控制元件。

16.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第二分离单元还包括液液分离元件。

17.根据权利要求11所述的装置，还包括：

回流单元，包括连接所述第二分离单元的所述有机相出口与所述混合单元的所述溶剂进口的管道。

18.根据权利要求11所述的装置，还包括以下单元中的一个或多个：

固体后处理单元，包括固态物质入口和溶剂减少的固态物质出口，所述固态物质入口与所述第一分离单元的所述固态物质出口相连接；

水后处理单元，包括水相入口和溶剂减少的水相出口，所述水相入口与所述第二分离单元的所述水相出口相连接；以及

有机相后处理单元，包括有机相入口和回收的溶剂出口，所述有机相入口与所述第二分离单元的所述有机相出口相连接。