CN110770174A - 采出水的处理系统和用于从采出水回收有机化合物的方法 - Google Patents

采出水的处理系统和用于从采出水回收有机化合物的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110770174A
CN110770174A CN201780091987.4A CN201780091987A CN110770174A CN 110770174 A CN110770174 A CN 110770174A CN 201780091987 A CN201780091987 A CN 201780091987A CN 110770174 A CN110770174 A CN 110770174A
Authority
CN
China
Prior art keywords
iii
vessel
hydroxide
metal
produced water
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
CN201780091987.4A
Other languages
English (en)
Inventor
里吉斯·迪迪尔·阿兰·维拉吉内斯
纪尧姆·罗伯特·让·弗朗索瓦·雷内尔
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.)
Saudi Arabian Oil Co
Original Assignee
Saudi Arabian Oil Co
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 Saudi Arabian Oil Co filed Critical Saudi Arabian Oil Co
Publication of CN110770174A publication Critical patent/CN110770174A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
    • B01D24/02—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration
    • B01D24/10—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration the filtering material being held in a closed container
    • B01D24/12—Downward filtration, the filtering material being supported by pervious surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
    • B01D24/46—Regenerating the filtering material in the filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0088—Physical treatment with compounds, e.g. swelling, coating or impregnation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • 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
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C02F1/004—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance using large scale industrial sized filters
    • 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
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • 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
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2201/00—Details relating to filtering apparatus
    • B01D2201/08—Regeneration of the filter
    • B01D2201/085—Regeneration of the filter using another chemical than the liquid to be filtered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/16—Use of chemical agents
    • B01D2321/162—Use of acids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/16—Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C02F2101/203—Iron or iron compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C02F2101/206—Manganese or manganese compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil
    • 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
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

用于处理含有有机化合物的采出水的系统和方法包括处理容器(100)；过滤层(150)，其包括过滤材料；和清洁系统，其在清洁循环期间向所述过滤材料提供洗涤溶液。所述过滤层(150)被配置成使得在所述处理系统的处理循环期间进入所述处理容器(100)的至少一部分采出水(160)在离开所述处理容器之前通过所述过滤层(150)。所述过滤材料(150)是基本上不可溶于水溶液的金属化合物，例如金属氢氧化物或金属氧代氢氧化物。所述洗涤溶液包括能够将所述金属化合物还原成可溶于水溶液的还原化合物而不分解所述有机化合物的试剂。在所述清洁循环之后，例如原油的所述有机化合物能够从所述过滤层材料中回收，并且所述过滤层(150)能够再生。

Description

采出水的处理系统和用于从采出水回收有机化合物的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2017年6月15日提交的美国临时申请15/624,175的优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开大体上涉及采出水的处理，并且更具体地，涉及用于处理采出水的系统以及从采出水中回收有机化合物的方法。
背景技术
开采烃能源时会产生大量的水(目前，据估计，全美国每年大约有140亿桶(桶/年)[1桶＝42加仑])。采出水包括通常被困在地下地层中已有数百年之久，在石油和天然气勘探和生产期间带到地表的水。另外，可以从电厂的洗涤塔、脱水和开采铀源、碳固定和开发非常规能源中产生采出水。来自任何应用中的采出水通常都含有大量的烃，例如原油，其可能会阻止采出水在其它应用中重复使用。因此，持续需要用于处理大量采出水，特别是从采出水中去除污染物(例如烃)的装置和方法。
陶瓷膜处理水(例如采出水)的能力有限，这是因为当油和其它烃、沙子、盐和其它化学物质与陶瓷膜接触或通过陶瓷膜时，膜很可能会经历完全结垢甚至发生机械故障。因此，持续需要可以能够连续过滤采出水而不会由于完全结垢而变得不可逆转地失效的改进的陶瓷膜。
固定床或流化床过滤也可用于吸附采出水中的有机污染物。在这类过程中，可以将采出水中的污染物捕获于颗粒层中或吸附到颗粒上。最终，需要清洁或置换颗粒。清洁或置换颗粒涉及增加成本。因此，持续需要能够以有效方式使颗粒清洁或再循环的过滤过程。
不管用于处理采出水的过滤过程如何，从采出水中去除的烃(例如原油)通常都作为废料丢弃。这些类型的废料可能会对环境有不利影响。此外，烃本身可能具有真实的货币价值，当简单地丢弃烃时，所述货币价值无法实现。因此，持续需要可以能够使来自采出水处理的碳氢化合物废料减到最少，以及能够从在与烃生产和其下游操作相容的处理条件下回收的烃中实现价值的系统。
发明内容
根据一些实施例，用于含有有机化合物的采出水的处理系统包括：处理容器，其具有与采出水源流体连通的容器入口和第一容器出口；过滤层，其在容器入口与第一容器出口之间的处理容器中，所述过滤层包括过滤材料；和清洁系统，其在处理系统的清洁循环期间向过滤材料提供洗涤溶液。过滤层被配置在处理容器中，以使得在处理系统的处理循环期间通过容器入口进入处理容器的来自采出水源的至少一部分采出水通过过滤层，随后作为过滤的采出水通过第一容器出口离开处理容器。过滤材料是基本上不可溶于水溶液的金属化合物。特别地，金属化合物选自金属氢氧化物、金属氧代氢氧化物或其组合。金属氢氧化物的实例包括但不限于氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)和氢氧化铬(III)。金属氧代氢氧化物的实例包括氧代氢氧化铁(III)(水铁矿(ferrihydrite))、氧代氢氧化锰(III)和氧代氢氧化铬(III)。洗涤溶液包括还原剂。金属化合物在清洁循环期间可被还原剂还原以形成可溶于水溶液的还原金属化合物。特别地，还原剂是具有足够大的还原能力以还原金属化合物而不分解有机化合物的化合物。在一些实施例中，还原剂可以选自次磷酸(H3PO2)、亚磷酸(H3PO3)、草酸、甲酸、氨水(NH3)、羟胺(NH2OH)、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐(S2O3 2-)、金属亚硫酸盐、氢化物源(例如硼氢化钠)、水性或溶解性二氧化硫(SO2)、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、亚硫酸或这些的任何组合。在一些实施例中，还原剂可以选自亚硫酸、亚硫酸的盐或其组合。
根据其它实施例，用于从采出水中回收原油的处理系统可以包括：处理容器，其具有与采出水源流体连通的容器入口和第一容器出口；陶瓷膜，其在容器入口与第一容器出口之间；金属化合物涂层，其在面对容器入口的陶瓷膜的涂布表面上；和清洁系统，其在处理系统的清洁循环期间向过滤材料提供洗涤溶液。在这类实施例中，金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)、氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。陶瓷膜被配置成使得在处理系统的处理循环期间进入处理容器的至少一部分采出水通过涂层，随后在渗透陶瓷膜并且作为过滤的采出水通过第一容器出口离开处理容器。洗涤溶液是含有还原剂的水溶液。在一些实施例中，还原剂可以选自次磷酸(H3PO2)、亚磷酸(H3PO3)、草酸、甲酸、氨水(NH3)、羟胺(NH2OH)、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐(S2O3 2-)、金属亚硫酸盐、氢化物源(例如硼氢化钠)、水性或溶解性二氧化硫(SO2)、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、亚硫酸或这些的任何组合。在一些实施例中，还原剂可以选自亚硫酸、亚硫酸的盐或其组合。
根据其它实施例，用于从采出水中回收有机化合物的方法可以包括根据先前所述的实施例向处理系统的采出水源提供采出水。开始处理循环，在所述循环期间，使采出水通过过滤，直到有机化合物聚集在过滤层内。随后，开始清洁循环以向过滤层的过滤材料提供洗涤溶液，由此还原金属化合物以形成可溶于洗涤溶液中的还原金属化合物。从处理容器中去除洗涤溶液，并且从处理容器中去除的洗涤溶液含有溶解的还原金属化合物和有机化合物。将有机化合物与洗涤溶液分离。在一些实施例中，随后回收与洗涤溶液分离的有机化合物。以这种方式从采出水中回收的有机化合物可以包括原油。
应理解，前面一般描述和以下详细描述都描述各种实施例，并且旨在提供用于理解所要求保护主题的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解并且将附图并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。图式说明本公开中描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1是根据实施例用于含有有机化合物的采出水的处理系统的示意图。
图2A是根据实施例在处理的初始阶段通过用过滤层涂布的陶瓷膜的流体流动的示意图。
图2B是在开始收集来自保护性过滤层内的采出水的有机物质下，通过图2A的陶瓷膜的流体流动的示意图。
图2C是在大量集合收集来自保护性过滤层内的采出水的有机物质下，与图2B的陶瓷膜相比额外处理采出水后，通过图2A的陶瓷膜的流体流动的示意图。
图3A是在图2C的堵塞膜上开始清洁循环的示意图。
图3B是破坏和溶合过滤层以在清洁循环期间使图3A的膜畅通，因此使重复使用的陶瓷膜再生的示意图。
图4是根据实施例用于采出水的处理系统的无端配置的示意图。
图5A是根据实施例的内部用过滤层涂布的管状陶瓷膜的侧视图。
图5B是图5A的管状陶瓷膜的横截面。
图6是根据实施例处理系统的处理容器，其包括用于交叉流处理采出水的管状陶瓷膜。
图7是根据实施例用于采出水的处理系统的示意图，所述处理系统包括管状陶瓷膜的平行子系统。
图8是根据实施例处理系统的处理容器，其包括具有过滤材料颗粒并且以向下流动布局配置的固定床或流化床。
图9是根据实施例处理系统的处理容器，其包括具有过滤材料颗粒并且以向上流动布局配置的固定床或流化床。
图10是根据实施例的处理系统的处理容器，其包括用于不断再生过滤材料并且配置成向上或向下流动布局的流动床。
图11是根据实施例用于采出水的处理系统的示意图，所述处理系统包括以向上流动布局配置的图9的处理容器的平行子系统。
图12是根据实施例用于采出水的处理系统的示意图，所述处理系统包括以向下流动布局配置的图10的处理容器。
图13是将根据实施例的处理系统的涂布陶瓷膜的标准化通量(J/J0)与现有技术的未涂布陶瓷膜的标准化通量(J/J0)进行比较作为所处理的采出水量的函数的曲线图。
图14是从根据实施例的处理系统收集的随时间变化的比通量数据的曲线图，其中处理容器包括内部用被配置为如图6中的交叉流配置的过滤层涂布的管状陶瓷膜。
具体实施方式
现在将描述本公开的特定实施例。本领域的普通技术人员应清楚，本公开可以仅与所描述的具体实施例具有明显的差异的形式实施。因此，具体实施例的公开内容不应被解释为限制本公开的全部范围。而是，提供这些实施例，从而本公开将是完整的和完全的，并且将向本领域技术人员充分传递本主题的范围。
除非另外定义，否则本文中所用的全部技术和科学术语具有与所属领域普通技术人员通常所理解相同的含义。本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意图为限制性的。如本说明书和所附权利要求书中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述”旨在同样包括复数形式。
本公开的实施例广泛地涉及用于处理采出水的系统和方法。如本公开中所使用，关于采出水的“处理”可以包括从采出水中过滤或去除杂质的任何程序。在本公开的一些具体实施例中，采出水的处理包括使水通过陶瓷膜或通过固定颗粒床或流化颗粒床。根据实施例的用于处理采出水的系统和方法利用过滤层或保护材料，所述过滤层或保护材料包括具有水不溶性氧化态和水溶性氧化态的金属化合物。通常，水溶性氧化态是通过使过滤层材料与还原剂反应而形成的过滤层材料的还原形式。过滤层或保护材料的两种氧化态使保护层易于溶解和重新形成，从而促进清洁和处理操作的效率。通常，金属化合物产生保护涂层，所述保护涂层防止采出水中的异物完全堵塞处理系统，例如，通过不可逆地污染可能包含在一些实施例中的处理系统中的陶瓷膜。
如本公开中所用，术语“采出水”是指已经经过已经用有机化合物(例如原油)污染了水的过程或程序的水。采出水通常来源于天然气和石油生产厂，以及在厌氧条件下从地面提取并且被油污染的水。采出水也可能被例如沙子的颗粒物质污染。
图1的示意图概念性地说明用于含有有机化合物的采出水的处理系统100。尽管随后将描述的各种处理系统的实施例可以在配置和机械特点方面有所不同，但是应当理解，总体上，处理系统的每个实施例包括以类似于图1的处理系统100的方式执行的组件。因此，应理解，除非另外说明，否则描述为适用于处理系统100的特点、组件或材料等同地适用于本公开中具体描述的处理系统100的实施方式的类似特点、组件或材料，包括但不限于包括膜或颗粒床的无端过滤系统200(图4)、包括管状膜的平行交叉流过滤系统400(图7)、包括颗粒床的平行向上布局的过滤系统800(图11)或包括颗粒床的向下布局的系统900(图12)。
处理系统100包括处理容器110，其具有与采出水源160流体连通的容器入口120和通向收集容器170或与收集容器170流体连通的第一容器出口130。处理容器110可以是可以在其中处理水的任何种类的封闭装置或设备。采出水源160可以是任何采出水源，例如管道或软管、储水器、与从中散发出采出水的精炼系统的连接件、或与用于井眼的钻井系统的连接件。容器入口120是进入处理容器110的流体路径，并且可以包括常规配件或阀(未图示)，以控制采出水从采出水源160流入。同样，第一容器出口130是从处理容器110出来的流体路径，并且可以包括处理系统100的实施所需的常规配件或阀(未图示)。
处理系统100进一步包括在容器入口120与第一容器出口130之间的处理容器110中的过滤层150。过滤层150包括至少一种过滤材料。过滤层可以由多孔支撑物140支撑、抵靠多孔支撑物140支撑或在多孔支撑物140上支撑，所述多孔支撑物防止过滤层150在处理容器110内向下游移动。过滤层150被配置在处理容器110中，以使得在处理系统的处理循环期间通过容器入口120进入处理容器110的来自采出水源160的至少一部分采出水通过过滤层150，随后作为过滤的采出水通过第一容器出口130离开处理容器110。在一些实施例中，在处理系统的处理循环期间容器入口120进入处理容器110的来自采出水源160的所有采出水通过过滤层150和多孔支撑物140两者，随后作为过滤的采出水通过第一容器出口130离开处理容器110。在一些实施例中，通过过滤层150的来自采出水源160的一部分采出水随后通过多孔支撑物140。在随后将更详细描述的一些实施例中，处理容器110包括第二容器出口(图1中未展示)，通过所述第二容器出口，未作为过滤的采出水通过第一容器出口130离开处理容器110的采出水的任何部分都作为未过滤的滞留物流离开处理容器110。
在一些实施例中，多孔支撑物140可以是陶瓷膜。在这类实施例中，将在后面详细描述，过滤层150可以在陶瓷膜的表面上包括过滤材料的涂层。在其它实施例中，多孔支撑物140可以是例如筛孔、筛子或筛网。在这类实施例中，将在后面详细描述，过滤层150可以包括过滤材料颗粒的颗粒床。不管处理系统100中的多孔支撑物140的类型如何，过滤层150都会提供经过选择以避免处理系统100的堵塞或结垢的过滤材料。
过滤层150的过滤材料是基本上不可溶于水溶液的金属化合物。金属化合物在由处理系统100处理的采出水中基本上不可溶或完全不可溶。由此，过滤层150可以在处理系统100的处理循环期间保持完整。金属化合物可以是过渡金属化合物，其中金属化合物的金属原子具有至少两种可能的氧化态，并且在金属化合物中，金属原子呈两种可能的氧化态中的较大者，使得金属化合物可以通过与还原剂反应还原成还原金属化合物，其中金属原子呈两种可能的氧化态中的较小者。举例来说，可以将在给定pH下，例如在大于2.8的pH下不可溶于水溶液的铁(III)金属化合物还原成可溶于水溶液的铁(II)还原金属化合物。
在这方面，合适的过滤材料包括但不限于金属氢氧化物、金属氧代氢氧化物以及金属氢氧化物和金属氧代氢氧化物的组合。金属氢氧化物的实例包括但不限于氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。金属氧代氢氧化物的实例包括但不限于氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。在示例实施例中，金属化合物可以包括氢氧化铁(III)、水铁矿或其组合。在一些实施例中，金属化合物包含水铁矿、主要由水铁矿组成或由水铁矿组成。
过滤层150的金属化合物可以呈颗粒、珠粒、薄片的形式，或者可以呈颗粒、珠粒或薄片上的涂布材料。可替代地，可以在多孔支撑物140上的涂层中包括过滤层的金属化合物。为了在例如陶瓷膜的多孔支撑物140上形成涂层，可以在空气或氧气氛围中在例如25℃到200℃的温和加热条件下将前体化合物(例如金属硝酸盐)氧化，形成金属氢氧化物或金属氧代氢氧化物。举例来说，可通过在空气或氧气中氧化一种或多种铁(II)盐(例如氯化铁(II)、硫酸铁(II)、亚硫酸铁(II)或硝酸铁(II))来形成水铁矿。当通常水溶性的铁(II)盐氧化时，所述盐会形成不可溶于水的氢氧化铁(III)或氧代氢氧化铁(III)，其在水溶液中以沉淀物形式存在，粒度明显大于陶瓷膜的孔径。然后将含有氢氧化铁(III)或氧代氢氧化铁(III)沉淀物的水溶液倾倒在陶瓷膜上，从而水溶液的水渗透通过陶瓷膜的孔，并且氢氧化铁(III)或氧代氢氧化铁(III)的涂层保持在倒有水溶液的陶瓷膜表面上。然后可以对陶瓷膜进行加热或干燥步骤以将颗粒固定在陶瓷膜的表面上。
处理系统100进一步包括清洁系统190，其在处理系统100的清洁循环期间向过滤层150的过滤材料提供洗涤溶液。洗涤溶液包括还原剂。选择还原剂，使得所述金属化合物在所述清洁循环期间可被所述还原剂还原以形成可溶于水溶液的还原金属化合物。在清洁循环期间向过滤层150提供的洗涤溶液可以是还原剂的水溶液，其浓度足以在工业实用的时间量内还原过滤材料，特别是金属化合物。
在一些实施例中，选择还原剂，所述还原剂具有足够大的还原能力以还原金属化合物，同时还被充分限制，以避免分解或以其它方式使采出水中存在的有机化合物失活。举例来说，有机化合物可包括试图回收或增值的原油或其它烃。因此，在一些实施例中，选择还原剂以使得其能够还原过滤层150的金属化合物，同时不分解或以其它方式损害原油或其它烃的潜在价值。
关于还原金属化合物的能力，可以考虑金属化合物的金属离子和还原剂的组分的电化学电位。用于金属化合物的合适的还原剂可以包括但不限于次磷酸(H3PO2)或其盐、亚磷酸(H3PO3)或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水(NH3)、铵盐，羟胺(NH2OH)、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐(S2O3 2-)、金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸盐、氢化物源(例如硼氢化钠)、水性或溶解性二氧化硫(SO2)、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、亚硫酸或其盐或其任何组合。在一些实施例中，还原剂可以选自水性二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸的盐或其组合。
在示例实施例中，金属化合物可以是铁(III)化合物，例如氢氧化铁(III)、三水铁石或其组合，并且还原剂可以是亚硫酸或亚硫酸盐，例如碱金属亚硫酸盐、亚硫酸氢钠或亚硫酸二钠。举例来说，当金属化合物是水不溶性氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)并且还原剂是亚硫酸时，还原金属化合物可以是水溶性铁(II)化合物，例如硫酸氢铁(II)(ironhydrogen sulfate)，也称为硫酸氢铁(II)(iron bisulfate)。在一些实施例中，还原金属化合物可以在清洁循环之后重新用作前体以在多孔支撑体140或陶瓷膜上重新形成过滤层150。
根据一些实施例，处理系统100可包括陶瓷膜作为在过滤层150与第一容器出口130之间的多孔支撑物140。在这类实施例中，过滤层150可以是或可以包括陶瓷膜的涂布表面上的金属化合物的涂层。
在图2A-2C和图3A-3B中说明陶瓷膜作为用于过滤层150的多孔支撑物140的功能，所述过滤层是金属化合物的涂层。参考图2A，陶瓷膜10用过滤层50，例如氢氧化铁(III)或水铁矿的水不溶层涂布。通过陶瓷膜10的孔15的竖直箭头指示采出水流过陶瓷膜10，特别是流过陶瓷膜的孔15。采出水可能含有污染物，例如油滴20或颗粒物质40。
参考图2B，随着更多的采出水继续通过陶瓷膜10被处理，油滴可能在过滤层50上形成油沉积物25，并且颗粒物质40也可能依附于过滤层50上。即使这样，过滤层50也可以防止油滴和颗粒物质进入孔15，在这里其可能粘在孔15的壁上，有可能使其堵塞。陶瓷膜10中堵塞的孔的增生通常被称为结垢，并且如果结垢广泛，那么这可能是不可逆的，使得陶瓷膜10不能被清洁或重新使用。
参考图2C，在采出水的处理期间的某个时刻，过滤层上的油沉积物25和颗粒物质40的大小和程度可能变得很大，以至于很少或没有额外的采出水可以穿过孔15。尽管对于缺少任何种类的过滤层的陶瓷膜而言，这类广泛的结垢可能导致需要处置陶瓷膜，但是在根据实施例的处理系统中，过滤层50可以通过清洁循环而再生。清洁循环的功能在图3A和3B中示出。
图3A的陶瓷膜10包括在清洁循环开始时过滤层50上，如图2C的陶瓷膜10上的油沉积物25和颗粒物质。在清洁循环期间，以指向上的竖直箭头通过陶瓷膜10的孔15的图3A中所示，含有还原剂的清洁溶液通过陶瓷膜10反洗。在图3B中模拟了反洗的效果。即，随着清洁溶液渗透通过孔15，形成过滤层50的金属化合物被还原成水溶性的还原金属化合物。因此，清洁溶液有效地溶解并且破坏过滤层以溶解最终可能完全溶解的颗粒55。现在已经沉积在过滤层上的油(图3A)与颗粒物质40一起作为油滴20存在于清洁溶液中。然后可以将容纳溶剂化的还原金属化合物、油滴20和颗粒物质的清洁溶液相分离以回收已经在过滤层50上捕获的油。一旦油被回收，清洁溶液的水相中的溶解的金属化合物可沉积回到陶瓷膜10上，帮我随后被氧化以重新形成过滤层50以用于进一步的处理循环。
参考图4，在一种实施方式中，处理系统100可以被配置为无端过滤系统200。在无端过滤系统200中，来自采出水源160的采出水可以通过入口泵167被引导到处理容器110中。可以向采出水源160处的采出水中添加惰性气体，例如氮气，其例如对采出水中的有机化合物或原油没有反应性，以在收集容器170中收集的过滤的采出水中提供不反应的气体层。来自入口泵167的采出水通过容器入口120进入处理容器110，在处理容器110中，所述采出水通过过滤层150和多孔支撑物140以作为过滤的采出水通过第一容器出口130出来。在一些实施例中，无端过滤系统200的多孔支撑物140可以是陶瓷膜，并且过滤层150可以是面向容器入口120的陶瓷膜的面或表面上的金属化合物涂层。过滤的采出水可以在收集容器170处收集。
在无端过滤系统200还可以包括流动控制装置，例如三通阀230、235或压力监测器240。无端过滤系统200还包括清洁系统190。清洁系统190被配置成相对于所述三通阀230、235，使得三通阀230、235可以被致动以切换无端过滤系统200从处理循环流动到清洁循环。在处理循环中，当清洁系统190处于休眠状态时，采出水从采出水源160流到收集容器170。在清洁循环中，含有还原剂的洗涤溶液借助于洗涤溶液泵192以与处理循环期间的流动方向相反的回流方向从洗涤溶液容器191流动到处理容器110。在溶液收集容器，例如分离容器196中收集洗涤溶液。在溶液收集容器或分离容器196处，洗涤溶液可含有还原剂、溶剂化的还原金属化合物和有机化合物，例如原油。然后可以将洗涤溶液进行相分离或进一步处理以再循环还原剂、还原金属化合物或两者，并且回收有机化合物，包括可能存在的任何原油。
在包括无端过滤系统200(图4)的处理系统100(图1)的实施例中和随后将要描述的其它实施例，对于所述处理系统，多孔支撑物140是陶瓷膜，所述陶瓷膜可以是通常用于过滤水或采出水的任何类型的陶瓷膜。合适的陶瓷膜包括例如氧化钛-氧化锆膜、二氧化硅膜或氧化铝膜。陶瓷膜可以是平坦的膜，例如盘形、正方形或矩形；具有长的纵向孔或通道的细长固体膜或管状膜。
在一些实施例中，处理系统100可以包括陶瓷膜作为在过滤层150与第一容器出口130之间的多孔支撑物140，并且过滤层150是在陶瓷膜的涂布表面上的金属化合物涂层。在这类实施例中，金属化合物可以选自氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)、氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。进一步地，在这类实施例中，洗涤溶液是还原剂水溶液，并且还原剂可以如先前描述的那样选择，包括例如亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠或亚硫酸。
在处理系统100包括陶瓷膜作为多孔支撑物140的一些实施例中量，在处理系统100的处理循环期间通过容器入口120进入处理容器110的来自采出水源160的采出水通过过滤层150，随后通过陶瓷膜(多孔支撑物140)，之后作为过滤的采出水通过第一容器出口130离开处理容器110。
参照图5A和5B，在处理系统100包括陶瓷膜作为多孔支撑物140的其它实施例中，所述陶瓷膜可以是具有内表面185和外表面187的管状膜180。如图5A和5B所示，管状膜180可以是具有圆形横截面的圆柱形膜，或者可以具有任何几何横截面，例如椭圆形、正方形、三角形或六边形等。管状膜180本身可以是处理系统的处理容器110(图1)，或者可以被封闭在处理容器110内，例如作为管状膜容器300(图6)的一部分。管状膜具有内部通道，所述内部通道从第一端182(其可以用作容器入口120)到与第一端182相对的第二端183在纵向上限定通过管状膜180。
管状膜180的内表面185可以由金属化合物的过滤层150涂布或覆盖，如先前相对于处理系统100总体上所描述。可使用先前所描述用于与涂布管状膜的内表面的已知技术组合应用金属化合物的化学物质将过滤层150涂覆到管状膜180的内表面185。当合并到用于处理含有有机化合物的采出水的处理系统中时，采出水可以通过第一端182进入管状膜180。一部分采出水渗透通过过滤层和管状膜180的壁，以作为可以聚集的过滤的采出水而从外表面187出来。未渗透管状膜180的剩余采出水可作为未过滤的滞留物流纵向地通过管状膜180到达第二端183。
参考图6，以横截面展示可以合并到根据实施例的处理系统中的管状膜容器300。管状膜容器300包括用过滤层150涂布的管状膜180。管状膜180插入到入口支撑物310和出口支撑物315中，所述入口支撑物和出口支撑物撑提供围绕管状膜180的纵向端的密封。管状膜180、入口支撑物310和出口支撑物315被封闭在处理容器110内。通过入口支撑物310在管状膜180与容器入口120之间建立流体连接。在处理循环期间，如图6中的箭头所示，通过容器入口120进入管状膜180的一部分采出水渗透通过管状膜180的壁，并且进入管状膜180的外表面187与处理容器110的内壁112之间的处理容器110的中间空间320。作为过滤的采出水的渗透的采出水可以通过第一容器出口130从处理容器110去除。管状膜容器300的处理容器110还包括第二容器出口135，通过所述第二容器出口135未过滤的采出水的滞留物流离开处理容器110。通过出口支撑物315在管状膜180与第二容器出口135之间建立流体连接。管状膜容器300的处理容器110还包括反洗入口194，通过所述反洗入口194在清洁循环期间，可以将洗涤溶液添加到管状膜容器300中。
因此，参考图1和6，根据实施例的处理系统100可以包括陶瓷膜，特别是管状膜180，作为多孔支撑物140，并且还包括第二容器出口135。在这类实施例中，管状膜180具有外表面187和从管状膜180的第一端182(例如，入口端)到管状膜180的第二端183(出口端)在管状膜180内界定的内部通道。管状膜180的外表面187与第一容器出口130流体连通。管状膜180的第二端183(出口端)与第二容器出口135流体连通。来自容器入口120的至少一部分采出水作为滞留物流通过管状膜180的内部到达第二容器出口135。来自容器入口120的至少一部分采出水通过管状膜180渗透到管状膜180的外表面187，并且作为过滤的采出水从外表面187出来。
在处理系统100(图1)的特定实施方式中，处理系统100可包括一个管状膜容器300或超过一个管状膜容器300。这种实施方式的实例包括图7的平行交叉流过滤系统400。在平行交叉流过滤系统400中，组合两个处理系统，其两者都具有类似的组件，其部件标号以小写字母“a”或小写字母“b”结尾。特定来说，平行交叉流过滤系统400包括两个管状膜容器300a、300b，并且配置成处于第一状态，使得第一管状膜容器300a可以在处理循环中操作，而第二管状膜容器300b在清洁循环中操作。对于处理循环中的第一管状膜容器300a，阀410a、136a和420a是打开的，并且通往第一清洁系统190a的阀193a和195a是关闭的。对于清洁循环中的第二管状膜容器300b，阀410b、136b和420b是关闭的，并且通往第二清洁系统190b的阀193b和195b是打开的。
通过操纵阀410a、410b、136a、136b、420a、420b、193a、193b、195a、195b，平行交叉流过滤系统400可以切换到第二状态，在第二状态中，与第一状态的功能相反，第一管状膜容器300a在清洁循环中操作，而第二管状膜容器300b在处理循环中操作。特别地，可以通过打开阀193a、195a、410b、136b和420b(在图7中示为关闭)并且关闭阀410a、136a、420a、193b和195b(在图7中示为打开)将平行交叉流过滤系统400切换到第二状态。显然，通过再次关闭阀193a、195a、410b、136b和420b并且打开阀410a、136a、420a、193b和195b，第二状态下的平行交叉流过滤系统400可以恢复到第一状态(如图7所示)。
如图7所示，在处理循环中，相对于第一管状膜容器300a，将来自采出水源160的采出水通过入口泵167a泵入处理容器110a的容器入口120a中以进入管状膜180a的内部通道。一部分采出水通过过滤层150a和管状膜180a渗透到处理容器110a的中间空间320a中，并且作为过滤的采出水通过第一容器出口130a离开处理容器110a。过滤的采出水然后可以聚集在渗透物收集容器137a中。未渗透管状膜180a的采出水的剩余部分作为未过滤的采出水或滞留物流通过第二容器出口135a离开处理容器110a。当再循环阀430打开时(如图所示)，未过滤的采出水可以通过第一管状膜容器300a被反馈回来，以再次进行过滤和处理。当滞留物阀440打开时(未图示)，未过滤的采出水或滞留物流可以离开平行交叉流过滤系统400到达滞留物收集容器175。在涉及第一管状膜容器300a的处理循环期间，将第一清洁系统190a的组件与参与采出水的处理的系统组件隔离并且关闭。隔离的组件包括洗涤溶液容器191a、洗涤溶液泵192a、阀193a、反洗入口194a、阀195a、分离容器196a、有机收集容器197a和分离器气体源198a。
如图7所示，在清洁循环中，相对于第二管状膜容器300b，通过洗涤溶液泵192b的辅助将在洗涤溶液容器191b中含有还原剂的洗涤溶液通过阀193b输送到反洗入口194b。洗涤溶液进入处理容器110b的中间空间320b，并且通过管状膜180b的外表面渗透到管状膜180b的内部通道中。在到达管状膜180b的内部通道时，洗涤溶液还原过滤层(故意在图7中缺失)的金属化合物，溶解过滤层并且携带溶解的还原金属化合物和任何有机化合物，例如在先前的处理循环期间已附着在过滤层上的原油，因此必须进行清洁循环。洗涤溶液和其溶剂化和未溶剂化的组分通过容器入口120b从处理容器110b流出，并且通过阀195b返回到清洁系统190b。
洗涤溶液前进到分离容器196b。在分离容器196b中，洗涤溶液可以被相分离成例如水相和漂浮在水相上的有机相。举例来说，惰性气体(例如氮气)的覆盖层可以从分离器气体源198b注入分离容器196b中，以保护有机相中的有机化合物免于在分离容器196b内分解或反应。有机相可以含有最初存在于从采出水源160中出来的采出水中的有机化合物，例如原油。有机化合物可以从分离容器196b提取到有机回收容器197b以供进一步使用、纯化或增值。水相可含有溶剂化的还原金属化合物和未反应的还原剂。一旦从分离容器196b中提取有机相，就可以进一步处理水相以回收还原金属化合物，用于后续的再氧化，并且作为过滤层涂覆到新鲜的管状膜上。可替代地，或在任何期望的回收之后，水相可以再循环回到洗涤溶液容器191b。如果在循环水相中还原剂的浓度太低而不能使洗涤溶液继续溶解管状膜180b上的过滤层，那么可以在洗涤溶液容器191b处向洗涤溶液中添加额外的还原剂。在涉及第二管状膜容器300b的清洁循环期间，将包括第一容器出口130b、阀136b、阀410b、阀420b、入口泵167b、渗透物收集容器137b和第二容器出口135b的组件与涉及清洁循环的系统组件隔离和封闭。
参照图4和7，通常在处理系统的说明性实施例中，用于从采出水中回收原油的处理系统可以包括处理容器110a、300a，其具有与采出水源160流体连通的容器入口120a和第一容器出口130a。处理系统可以在容器入口120a与第一容器出口130a之间包括平坦的陶瓷膜或管状膜180a。处理系统可以在面对容器入口120a的陶瓷膜的涂布表面185(例如图5B)上包括金属化合物涂层(例如过滤层150)。所述处理系统可以包括清洁系统190a，其在处理系统的清洁循环期间向过滤材料提供洗涤溶液。在这类实施例中，金属化合物可以包括氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)、氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)或其组合。进一步地，在这类实施例中，陶瓷膜可以被配置成使得在处理系统的处理循环期间进入处理容器110a的至少一部分采出水通过涂层，随后渗透陶瓷膜并且作为过滤的采出水通过第一容器出口130a离开处理容器110a。此外，在这类实施例中，洗涤溶液可以是含有选自亚硫酸、亚硫酸的盐或其组合的还原剂的水溶液。在替代实施例中，金属化合物可以选自氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。在其它替代实施例中，金属化合物可以包括水铁矿、主要由水铁矿组成或由水铁矿组成。
先前已经描述图1的处理系统100的实施方式，对于所述处理系统，多孔支撑物140包括陶瓷膜，并且过滤层150是陶瓷膜上的金属化合物涂层。现在将参考图8-12描述的处理系统100的其它实施方式包括实施例，其中过滤层150是金属化合物颗粒的颗粒床155，并且多孔支撑物140是防止颗粒床从处理容器110移出的筛网157或网孔，例如通过重力将颗粒床固定到位。
参考图8，在一些实施例中，处理系统100可以包括配置为向下布局的容器500的处理容器110。在向下布局的容器500中，处理容器110竖直地配置成使得容器入口120高于第一容器出口130。向下布局的容器500的过滤层包括金属化合物颗粒的颗粒床155。颗粒床155由多孔支撑物(例如筛网157或其它合适的筛孔)支撑，所述筛网或筛孔的孔或筛孔尺寸明显小于颗粒床155中的金属化合物的颗粒尺寸。多孔支撑物或筛网157放置在容器入口120与第一容器出口130之间，特别是在颗粒床155与第一容器出口130之间。筛网157的筛孔尺寸和配置允许采出水从容器入口120流到第一容器出口130，并且阻止颗粒床155的颗粒向下通过筛网157直到第一容器出口130。
参考图9，在一些实施例中，处理系统100可以包括被配置为向上布局的容器600的处理容器110。在向上布局的容器600中，处理容器110竖直地配置成使得容器入口120低于第一容器出口130。如在向下布局的容器500(图8)中，向上布局的容器600的过滤层包括金属化合物颗粒的颗粒床155。颗粒床155由多孔支撑物(例如筛网157或其它合适的筛孔)支撑，所述筛网或筛孔的孔或筛孔尺寸明显小于颗粒床155中的金属化合物的颗粒尺寸。多孔支撑物或筛网157放置在容器入口120与第一容器出口130之间，特别是在颗粒床155与容器入口120之间。筛网157的筛孔尺寸和配置允许采出水从容器入口120流到第一容器出口130，并且阻止颗粒床155的颗粒向下通过筛网157直到第一容器出口120。
在配置成向下布局的容器500(图8)或向上布局的容器600(图9)的处理系统的实施例中，金属化合物可选自金属氢氧化物，例如氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合；或选自金属氧代氢氧化物，例如氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)及其组合和其组合；或金属氢氧化物和金属氧代氢氧化物的组合。举例来说，金属化合物可以选自氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。作为另一实例，金属化合物可以包括水铁矿、主要由水铁矿组成或由水铁矿组成。
同样在配置为向下布局的容器500(图8)或向上布局的容器600(图9)的处理系统的实施例中，还原剂可以选自先前描述的还原剂，包括但不限于次磷酸(H3PO2)或其盐、亚磷酸(H3PO3)或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水(NH3)、羟胺(NH2OH)、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐(S2O3 2-)、金属亚硫酸盐、氢化物源(例如硼氢化钠)、水性或溶解性二氧化硫(SO2)、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠或亚硫酸。洗涤溶液可以是还原剂水溶液。
同样在被配置为向下布局的容器500(图8)或向上布局的容器600(图9)的处理系统的实施例中，颗粒床155可以被配置为固定颗粒床或流化颗粒床。通常，固定颗粒床由金属化合物的大颗粒构成，当采出水流过处理容器110时，所述大颗粒金属颗粒保持固定在适当位置。固定颗粒床的颗粒的尺寸可以在0.01mm到3.0mm的范围内。这一粒度定义为颗粒投影面积的平方根。相反，流化颗粒床由比固定床更大的颗粒构成。流化颗粒床的颗粒足够小，使得当采出水流过处理容器110时，所述颗粒可以与采出水中的湍流一起被冲走。流化颗粒床的颗粒也足够大和足够重，以至于其不被从第一容器出口130中冲走，特别是在向上布局的容器600中，其中颗粒床155与第一容器出口130之间可能没有筛网。流化颗粒床的颗粒尺寸可以在1mm到10mm的范围内，并且伸长率小于3。这一粒度定义为颗粒投影面积的平方根。伸长率定义为颗粒的最大投影面积与最小投影面积之比的平方根。
参考图10，在用于采出水的处理系统的一些实施例中，除包括金属化合物颗粒的颗粒床外，处理容器110可以配置为连续的颗粒回收容器700。连续颗粒回收容器700可以如图所示以向下布局操作，其中容器入口120高于第一容器出口130上方，或者可以类似于向上布局的容器600(图9)的向上布局操作，其中容器入口120低于第一容器出口130。另外，连续颗粒回收容器700包括筛网157上方的颗粒入口715和也在筛网157上方的颗粒出口725。在处理循环期间，颗粒入口715将新鲜的金属化合物颗粒从颗粒源710提供到颗粒床155。
在连续颗粒回收容器700的处理循环中，当采出水流过处理容器110时，来自颗粒床155的废颗粒流向颗粒出口725。通过颗粒出口725离开处理容器110的废颗粒可以流入颗粒回收容器720，所述颗粒回收容器从颗粒出口725接收废颗粒。如前所述，在颗粒回收容器720中，废颗粒可以被清洁或还原并且用可以含有还原剂的洗涤溶液溶解。此外，可以将用于清洁或溶解废颗粒的洗涤溶液相分离成有机相和水相。举例来说，可以从有机相中提取并且回收有机化合物，例如原油。可以从水相中回收金属化合物或溶剂化的还原金属化合物的洗涤后的颗粒，并且可以将其再生或再循环回到颗粒源710，以重新引入连续颗粒再循环容器700的处理容器110中。
包括一个或多个金属化合物颗粒床的用于采出水的处理系统的具体实施方式包括图11的平行向上布局的系统800和图12的向下布局的系统900。
参考图11平行向上布局的系统800，组合两个系统，其两者都具有类似的组件，其部件标号以小写字母“a”或小写字母“b”结尾。具体来说，平行向上布局的系统800包括两个向上布局的容器600a、600b，并且配置成第一状态，以使得第一第一布局的容器600a可在处理循环中操作，而第二向上布局的容器600b在清洁循环中操作。对于处理循环中的第一向上布局的容器600a，阀610a和620a是打开的，而通往第一清洁系统190a的阀193a和195a是关闭的。对于清洁循环中的第二向上布局的容器600b，阀610b和620b是关闭的，并且第二清洁系统190b的阀193b和195b是打开的。
通过操纵阀610a、610b、620a、620b、193a、193b、195a、195b，平行向上布局的系统800可以切换到第二状态，在第二状态中，与第一状态的功能相反，第一向上布局的容器600a在清洁循环中操作，而第二向上布局容器600b在处理循环中操作。特别地，可以通过打开阀193a、195a、610b和620b(在图11中示为关闭)并且关闭阀193b、195b、610a和620a(图11中示为关闭)来将平行向上布局的系统800切换到第二状态。显而易见的是，通过再次关闭阀193a、195a、610b和620b并且打开阀193b、195b、610a和620a，可以将处于第二状态的平行向上布局的系统800恢复到第一状态(如图11中所示)。
如图11所示，在处理循环中，相对于第一向上布局的容器600a，将来自采出水源160的采出水通过入口泵167a泵入容器入口120a中以进入处理容器110a。采出水向上流动通过筛网157a和颗粒床155，随后作为过滤的采出水通过第一容器出口130a离开处理容器110a。当阀640打开时(如图所示)，过滤的采出水可以离开平行向上布局的系统800到达水收集容器176。当再循环阀630打开时(未图示)，采出水可以通过第一向上布局的容器600a反馈以用于再次过滤和处理。在涉及第一向上布局的容器600a的处理循环期间，第一清洁系统190a的组件与涉及采出水的处理的系统组件隔离并且封闭。隔离的组件包括洗涤溶液容器191a、洗涤溶液泵192a、阀193a、阀195a、分离容器196a、有机收集容器197a和分离器气体源198a。
如图11所示，在清洁循环中，相对于第二向上布局的容器600b，通过洗涤溶液泵192b的辅助将在洗涤溶液容器191b中含有还原剂的洗涤溶液通过阀门193b输送到容器入口120b。与关于图7描述的平行交叉流过滤系统400相反，由于重力在向上布局的容器600b的处理容器110b中的筛网157对颗粒床155的支撑，随着采出水在处理循环期间流动，平行向上布局的系统800中的洗涤溶液在清洁循环期间流动。洗涤溶液进入处理容器110b，并且通过筛网157上升。在通过筛网157之后，洗涤溶液还原在处理循环期间用作过滤层(故意在图11中缺失)的颗粒床的金属化合物，溶解过滤层并且携带溶解的还原金属化合物和任何有机化合物，例如在先前处理循环中已附着在过滤层上的原油，因此必须进行清洁循环。洗涤溶液和其溶剂化和未溶剂化的组分通过第一容器出口130b从处理容器110b流出，并且通过阀195b返回到清洁系统190b。
洗涤溶液前进到分离容器196b。在分离容器196b中，洗涤溶液可以被相分离成例如水相和漂浮在水相上的有机相。举例来说，惰性气体(例如氮气)的覆盖层可以从分离器气体源198b注入分离容器196b中，以保护有机相中的有机化合物免于在分离容器196b内分解或反应。有机相可以含有最初存在于从采出水源160中出来的采出水中的有机化合物，例如原油。有机化合物可以从分离容器196b提取到有机回收容器197b以供进一步使用、纯化或增值。水相可含有溶剂化的还原金属化合物和未反应的还原剂。一旦从分离容器196b中提取有机相，就可以进一步处理水相以回收还原金属化合物，用于后续的再氧化，并且作为过滤层置换成向上布局的容器600b。可替代地，或在任何期望的回收之后，水相可以再循环回到洗涤溶液容器191b。如果还原剂在循环水相中的浓度太低而不能使洗涤溶液继续溶解例如颗粒床155的颗粒的过滤层，那么可以在洗涤溶液容器191b处向洗涤溶液中添加额外的还原剂。在涉及第二向上布局的容器600b的清洁循环期间，包括阀610b、阀620b和入口泵167b的组件与清洁循环所涉及的系统组件隔离并且封闭。
参考图12，描绘类似于图11的平行向上布局的系统800的向下布局的系统900，其仅包括一个向下布局的容器500。应当理解，包括向下布局的容器的系统也可以配置有多个向下布局的容器。描绘图12的向下布局的系统900，其在打开位置具有阀410、420和640并且在关闭位置具有阀193和195，因此是一个处理循环组。逆转阀410、420和640到关闭位置以及阀193和195到打开位置切换将图12的向下布局的系统900切换到清洁循环。应当容易理解的是，图12的向下布局的系统900的所有组件都以与其在图11的平行向上布局的系统800的两侧上的对应物相同的方式操作。与图11的平行向上布局的系统800相比的图12的向下布局的系统900的主要操作差异是：在向下布局的系统900的处理循环期间采出水从通过容器入口120的处理容器110顶部流向通过第一容器出口130的处理容器110底部，而平行向上布局的系统800中的采出水从处理容器110a、110b的底部流向处理容器110a、110b的顶部。因此，在向下布局的系统900中，清洁循环期间的清洁溶液在以与处理循环期间的采出水的流动方向相反的方向上流动，这不同于平行向上布局的系统800，在平行向上布局系统800中，清洁循环期间的清洁溶液以与处理循环流动的采出水相同的方向流动。
已描述与图1的总体示意图一致的处理系统的各种实施例，包括具有陶瓷膜作为多孔支撑物140的处理系统和具有筛网作为多孔支撑物140的处理系统，所述陶瓷膜用于作为过滤层150的金属化合物涂层，所述筛网用于作为过滤层150的金属化合物颗粒的颗粒床。用于处理采出水的方法并且尤其从采出水中回收有机化合物的实施例现将分别引用如先前描述的实例系统100、200、400、800和900图1、4、7、11和12进行描述。
在一些实施例中，用于从采出水中回收有机化合物的方法可包括向根据本公开的实施例先前描述的任何处理系统的采出水源160提供采出水。在向处理系统提供采出水的情况下，可以通过打开所有阀来启动处理循环，这些阀允许采出水流向处理容器110，同时关闭洗涤溶液从处理系统的清洁系统190的流动。然后使采出水在处理循环期间通过过滤层150，直到来自采出水的有机化合物聚集在过滤层150内。
从采出水中回收有机化合物的方法还包括启动处理系统的清洁循环，以向过滤层150的过滤材料提供洗涤溶液，从而使金属化合物还原以形成可溶于洗涤溶液的还原金属化合物。于是，可以从处理容器110去除洗涤溶液。从处理容器中去除的洗涤溶液可能含有溶解的还原金属化合物和要回收的有机化合物。可以例如在分离容器中将有机化合物与洗涤溶液分离。然后，可以将分离的有机化合物任选地进一步清洁或纯化，然后以某种状态回收，从而可以进一步使用或增值有机化合物。在从采出水中回收有机化合物的方法的一些实施例中，有机化合物可以包括原油。
在一些实施例中，用于从采出水中回收有机化合物的方法可以包括从处理容器中去除的洗涤溶液中回收还原金属化合物，例如通过将水相与分离器容器中的洗涤溶液分离。所述方法可以进一步包括氧化从洗涤溶液中回收的还原金属化合物以重新形成金属化合物，然后将重新形成的金属化合物转移到处理容器110以用作充当陶瓷膜上的过滤层150或充当颗粒床155中的金属化合物颗粒的涂层，所述陶瓷膜自身充当多孔支撑物140，所述颗粒床155充当过滤层150。
在一些实施例中，用于从采出水中回收有机化合物的方法可以包括在过滤层150与第一容器出口130之间具有陶瓷膜的处理系统。过滤层150可在陶瓷膜的涂布表面上包括金属化合物涂层。在根据这类实施例的方法期间，当金属化合物在清洁循环期间金属化合物被还原时，金属化合物涂层从陶瓷膜溶解掉。
在一些实施例中，用于从采出水中回收有机化合物的方法可以包括用清洁循环之后回收的还原金属化合物涂布新鲜的陶瓷膜的表面。所述方法可以进一步包括氧化新鲜的陶瓷膜上的还原金属化合物，以在新鲜的陶瓷膜的表面上形成金属化合物的再生涂层。可以在还原金属化合物被氧化之前或之后将新鲜的陶瓷膜插入到处理容器110中。
在一些实施例中，用于从采出水中回收有机化合物的方法可以包括其中金属化合物选自金属氢氧化物、金属氧代氢氧化物或其组合的处理系统。在示例实施例中，金属氢氧化物可以选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。在示例实施例中，金属氧代氢氧化物可选自氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。在进一步的示例实施例中，金属化合物可以选自氢氧化铁(III)、水铁矿或其组合。在另外的示例实施例中，金属化合物可以包括水铁矿、主要由水铁矿或由水铁矿组成。在示例实施例中，洗涤溶液的还原剂可以包括在不分解或还原采出水中的有机化合物，特别是可能存在于采出水中的任何原油的情况下还原金属化合物的化合物。在非限制性的说明性实施例中，还原剂可包括次磷酸(H3PO2)或其盐、亚磷酸(H3PO3)或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水(NH3)、羟胺(NH2OH)、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐(S2O3 2-)、金属亚硫酸盐、氢化物源(例如硼氢化钠)、水性或溶解性二氧化硫(SO2)、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠或亚硫酸。在一些实施例中，还原剂可以包括水性二氧化硫、亚硫酸或亚硫酸的盐，例如亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠或其组合。洗涤溶液可以是还原剂水溶液。
因此，已经描述了用于采出水的处理系统的实施例，以及使用所述处理系统从采出水中回收有机化合物(例如原油)的方法的实施方式。根据本公开的实施例的处理系统及其相关方法可以为与油田采出水的过滤有关的问题提供有价值的解决方案，所述问题例如陶瓷膜的堵塞或结垢，以及不能处理颗粒床应用中的大量采出水。由根据实施例的处理系统提供的结垢缓解解决方案可以提高陶瓷过滤技术的操作效率，并且使这类技术与其它实践的水脱油技术(例如胡桃壳过滤或诱导气浮)竞争。通过为基于膜的和基于床的水处理过程提供经济高效的清洁过程，根据实施例的处理系统可用于在厌氧条件下处理大量采出水，例如每天由工业过程，特别是在石油和天然气行业中产生的采出水。此外，根据实施例在处理系统中通过使采出水脱水和用于清洁过滤层(例如陶瓷膜)的洗涤溶液的再循环来避免废产物的能力增加了用于从本公开中描述的采出水中回收有机化合物的方法的成本益处和环境益处。
实例
通过以下实例将进一步阐明本公开中描述的实施例，其应理解为不限于本公开的范围或所附权利要求。
如图4所描绘配置实验室规模的无端过滤系统。含0.5％到2.0％体积原油的采出水样品通过带有水铁矿的保护层的陶瓷膜过滤，并且作为比较的基础，以200mL的增量通过未保护的陶瓷膜过滤。每次增加200mL后，使用亚硫酸氢钠饱和溶液进行反洗循环。在两种情况下，陶瓷膜都是孔径为140nm的平坦的氧化锆-氧化钛陶瓷盘。比通量(J)随通过陶瓷膜的采出水的总体积(mL)来测量(单位升/(平方米·小时·巴))。通过将给定体积的比通量J除以系统开始后在第一次通量测量时测定的初始通量J0来运算经过处理后的给定体积采出水的每个通量测量时的标准化通量(J/J0)。因此，标准化通量值指示原始通量随系统处理的采出水量的函数而变的分数。这些实验的结果概述在图13中。
对于未保护的陶瓷膜，如图13所示，在处理约325mL的采出水后，标准化通量(J/J0)降低到大约0，其指示完全结垢已出现，并且采出水不再能够渗透通过未保护的陶瓷膜。另一方面，涂布的膜在至少两个清洁循环后仍保持稳定的标准化通量的能力。在实验的时间范围和体积内，没有观察到涂布的膜发生不可逆的完全结垢的迹象，并且紧接在每个清洁循环之前的标准化通量始终为约0.05。这个值指示紧接在清洁循环之前，涂布的陶瓷膜的比通量大约是新鲜的涂布的陶瓷膜的比通量的5％。
进行进一步的实验以评估从通过水铁矿涂布的陶瓷膜过滤的采出水中回收原油的能力。以200mL左右的增量通过图4的无端过滤系统处理了三个400mL的采出水样品，其含有0.5体积％、1.0体积％和2.0体积％的原油。在处理200mL和400mL的每种采出水样品后，执行清洁循环。在清洁循环期间，使饱和亚硫酸氢钠的还原溶液通过涂布的陶瓷膜，以使原油从表面脱离并且溶解水铁矿涂层。收集用过的还原溶液。然后将改性的膜浸入饱和的亚硫酸氢钠溶液中约一小时。一旦还原溶液溶解金属涂层，就将还原溶液添加到反洗程序中使用的还原溶液中。将还原溶液转移到重量分离罐中，在那里通过离心将原油与还原溶液分离。数据概述在表1中。
表1
Figure BDA0002314218030000261
处理采出水的典型工业设施可以每天5,000桶到每天40,000桶(桶/天)的采出水的处理速度操作，其中一桶为42加仑(约160升)。基于表1的数据，据信对于如此处理的采出水中的典型的可回收原油含量为约0.45体积％到1.7体积％，根据实施例的处理系统可实现约20桶/天、至少680桶/天的具有可确定的价值的原油，可供进一步使用或精炼。
在另外的实验中，交叉流过滤中试设备如图7所描绘，使用孔径小于140nm的150kDa氧化钛-氧化锆膜进行配置，在其内部用水铁矿和用于无端过滤系统上的实验的相同采出水涂布。反式跨膜压力为0.435巴，并且稳定的渗透通量在60℃下设定为325升/(平方米·小时·巴)。在实验开始时，24小时和96小时时测得的滞留物流的总有机组成(TOC)数据显示，即使在没有清洁循环的4天后，也只有30％的原油沉积在管状陶瓷膜上。来自这一实验的数据概括于表2中。
表2
Figure BDA0002314218030000262
如图14所提供，将采出水通过管状膜的比通量绘制为时间的函数。在超过90小时的过程中，即使没有清洁循环，系统的比流量也相对恒定。图14的曲线表示在实验时间范围内大于或等于0.92的一致标准化通量(J/J0)。相信交叉流过滤系统可以保留更大的标准化通量，因为管状膜中的过滤是通过膜壁进行的，而未过滤的滞留材料仍能够通过膜的另一端而无需渗透膜本身。
除非另外指示，否则本说明书和权利要求书中的任何范围的公开内容应理解为包括范围本身并且也包括其中包含的任何内容以及端点。
本领域的技术人员应清楚，在不脱离所主张的主题的精神和范围的情况下，可对本文中所描述的实施例进行修改和变化。因此，本说明书旨在涵盖本文所描述的各种实施例的修改和变化，前提是这类修改和改变落入所附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims (56)

1.一种用于含有有机化合物的采出水的处理系统，所述处理系统包含：
处理容器，其具有与采出水源流体连通的容器入口和第一容器出口；
过滤层，其在所述容器入口与所述第一容器出口之间的所述处理容器中，所述过滤层包含过滤材料；和
清洁系统，其在所述处理系统的清洁循环期间向所述过滤材料提供洗涤溶液，
其中：
所述过滤层被配置在所述处理容器中，以使得在所述处理系统的处理循环期间通过所述容器入口进入所述处理容器的来自所述采出水源的至少一部分采出水通过所述过滤层，随后作为过滤的采出水通过所述第一容器出口离开所述处理容器；
所述过滤材料是基本上不能溶于水溶液的金属化合物，所述金属化合物选自金属氢氧化物、金属氧代氢氧化物或其组合；
所述洗涤溶液包含还原剂；并且
所述金属化合物在所述清洁循环期间能够被所述还原剂还原以形成能溶于水溶液的还原金属化合物。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其中：
所述金属氢氧化物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合；并且
所述金属氧代氢氧化物选自由以下组成的群组：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿(ferrihydrite))、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。
3.根据权利要求1或2所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氢氧化物：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氧代氢氧化物：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。
5.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的处理系统，其中所述还原剂选自次磷酸或其盐、亚磷酸或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水、铵盐、羟胺、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐、金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸盐、氢化物、硼氢化钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、水性二氧化硫、亚硫酸或其盐或其任何组合。
7.根据权利要求6所述的处理系统，其中所述还原剂包含水性二氧化硫、亚硫酸或亚硫酸的盐。
8.根据权利要求7所述的处理系统，其中所述还原剂选自水性二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸氢钠或亚硫酸二钠。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物是水铁矿。
10.根据前述权利要求中任一项所述的处理系统，其中所述洗涤溶液是所述还原剂水溶液。
11.根据权利要求1所述的处理系统，其进一步包含在所述过滤层与所述第一容器出口之间的陶瓷膜，其中所述过滤层在所述陶瓷膜的涂布表面上包含所述金属化合物的涂层。
12.根据权利要求11所述的处理系统，其中所述陶瓷膜选自钛-锆氧化物膜、二氧化硅膜或氧化铝膜。
13.根据权利要求11或12所述的处理系统，其中：
所述金属氢氧化物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合；并且
所述金属氧代氢氧化物选自由以下组成的群组：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氢氧化物：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氧代氢氧化物：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。
16.根据权利要求11或12中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的处理系统，其中所述还原剂选自次磷酸或其盐、亚磷酸或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水、铵盐、羟胺、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐、金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸盐、氢化物、硼氢化钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、水性二氧化硫、亚硫酸或其盐或其任何组合。
18.根据权利要求17所述的处理系统，其中所述还原剂包含水性二氧化硫、亚硫酸或亚硫酸的盐。
19.根据权利要求18所述的处理系统，其中所述还原剂选自水性二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸氢钠或亚硫酸二钠。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物是水铁矿。
21.根据权利要求11至20中任一项所述的处理系统，其中所述洗涤溶液是所述还原剂水溶液。
22.根据权利要求11至21中任一项所述的处理系统，其中所述容器入口、所述过滤层、所述陶瓷膜和所述容器出口被配置成使得在所述处理系统的处理循环期间通过所述容器入口进入所述处理容器的来自所述采出水源的采出水通过所述过滤层，接着通过所述陶瓷膜，随后作为过滤的采出水通过所述第一容器出口离开所述处理容器。
23.根据权利要求11至22中任一项所述的处理系统，其进一步包含第二容器出口，并且其中：
所述陶瓷膜是管状膜，其具有外表面和在所述管状膜内界定的从所述管状膜的入口端到所述管状膜的出口端的纵向通道；
所述管状膜的所述外表面与所述第一容器出口流体连通；
所述管状膜的所述出口端与所述第二容器出口流体连通；
来自所述容器入口的至少一部分采出水作为滞留物流通过所述管状膜的所述纵向通道到达所述第二容器出口；和
来自所述容器入口的至少一部分采出水透过所述过滤层和所述管状膜渗透到所述管状膜的所述外表面，并且作为所述过滤的采出水从所述外表面出来。
24.根据权利要求1所述的处理系统，其中：
所述处理容器以向上布局竖直地配置，其中所述容器入口低于所述第一容器出口，或以向下布局竖直地配置，其中所述容器入口高于所述第一容器出口；
所述过滤层包含颗粒床，所述颗粒床由位于所述容器入口与所述第一容器出口之间的所述处理容器内的筛网支撑，所述颗粒床包含所述金属化合物颗粒；并且
所述筛网的筛孔尺寸和配置允许采出水从所述容器入口流到所述第一容器出口，并且阻止所述颗粒床的所述颗粒向下通过所述筛网。
25.根据权利要求24所述的处理系统，其中：
所述金属氢氧化物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合；并且
所述金属氧代氢氧化物选自由以下组成的群组：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。
26.根据权利要求24或25所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氢氧化物：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氧代氢氧化物：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。
28.根据权利要求24中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。
29.根据权利要求24至28中任一项所述的处理系统，其中所述还原剂选自次磷酸或其盐、亚磷酸或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水、铵盐、羟胺、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐、金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸盐、氢化物、硼氢化钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、水性二氧化硫、亚硫酸或其盐或其任何组合。
30.根据权利要求29所述的处理系统，其中所述还原剂包含水性二氧化硫、亚硫酸或亚硫酸的盐。
31.根据权利要求30所述的处理系统，其中所述还原剂选自水性二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠或亚硫酸。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物是水铁矿。
33.根据权利要求24至33中任一项所述的处理系统，其中所述洗涤溶液是所述还原剂水溶液。
34.根据权利要求24至33中任一项所述的处理系统，其中所述颗粒床被配置为固定颗粒床或流化颗粒床。
35.根据权利要求34所述的处理系统，其中：
所述处理容器进一步包含所述筛网上方的颗粒入口和所述筛网上方的颗粒出口；
所述颗粒入口在所述处理循环期间向所述颗粒床提供新鲜的所述金属化合物颗粒；并且
在所述处理循环期间，来自所述颗粒床的废颗粒流向所述颗粒出口。
36.根据权利要求35所述的处理系统，其进一步包含从所述颗粒出口接收所述废颗粒的回收容器。
37.一种从采出水中回收原油的处理系统，所述处理系统包含：
处理容器，其具有与采出水源流体连通的容器入口和第一容器出口；
陶瓷膜，其在所述容器入口与所述第一容器出口之间；
金属化合物涂层，其在面对所述容器入口的所述陶瓷膜的涂布表面上；和
清洁系统，其在所述处理系统的清洁循环期间向所述过滤材料提供洗涤溶液，
其中：
所述金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)、氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合；
所述陶瓷膜被配置成使得在所述处理系统的处理循环期间进入所述处理容器的至少一部分采出水通过所述涂层，随后渗透所述陶瓷膜并且作为过滤的采出水通过所述第一容器出口离开所述处理容器；并且
所述洗涤溶液是还原剂的水溶液，所述还原剂选自次磷酸或其盐、亚磷酸或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水、铵盐、羟胺、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐、金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸盐、氢化物、硼氢化钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、水性二氧化硫、亚硫酸或其盐或其任何组合。
38.根据权利要求37所述的处理系统，其中所述金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。
39.根据权利要求38所述的处理系统，其中所述还原剂包含水性二氧化硫、亚硫酸或亚硫酸的盐。
40.根据权利要求39所述的处理系统，其中所述还原剂选自水性二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸氢钠或亚硫酸二钠。
41.根据权利要求38至40中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物是水铁矿。
42.一种从采出水中回收有机化合物的方法，所述方法包含：
向根据权利要求1至41中任一项所述的处理系统的采出水源提供采出水；
开始处理循环；
在所述处理循环期间使所述采出水通过所述过滤层，直到所述有机化合物聚集在过滤层内；
开始清洁循环以向所述过滤层的所述过滤材料提供所述洗涤溶液，由此将所述金属化合物还原成能溶于所述洗涤溶液的还原金属化合物；
从所述处理容器中去除所述洗涤溶液，从所述处理容器中去除的所述洗涤溶液含有溶解的还原金属化合物和所述有机化合物；并且
将所述有机化合物与所述洗涤溶液分离。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述有机化合物包含原油。
44.根据权利要求42或43所述的方法，其进一步包含从由所述处理容器中去除的所述洗涤溶液中回收所述还原金属化合物。
45.根据权利要求44所述的方法，其进一步包含：
氧化从所述洗涤溶液中回收的所述还原金属化合物以重新形成所述金属化合物；和
将重新形成的金属化合物转移到所述处理容器中。
46.根据权利要求42至45中任一项所述的方法，其中：
所述处理系统进一步包含在所述过滤层与所述第一容器出口之间的陶瓷膜；
所述过滤层在所述陶瓷膜的涂布表面上包含所述金属化合物的涂层；并且
当在所述清洁循环期间所述金属化合物被还原时，所述金属化合物的所述涂层从所述陶瓷膜上溶解下来。
47.根据权利要求46所述的方法，其进一步包含：
用所述还原金属化合物涂布新鲜的陶瓷膜的表面；
氧化所述新鲜的陶瓷膜上的所述还原金属化合物以在所述新鲜的陶瓷膜的所述表面上形成所述金属化合物的再生涂层；和
在所述还原金属化合物被氧化之前或之后，将所述新鲜的陶瓷膜插入所述处理容器中。
48.根据权利要求42至47中任一项所述的方法，其中：
所述金属氢氧化物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合；并且
所述金属氧代氢氧化物选自由以下组成的群组：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。
49.根据权利要求42至48中任一项所述的方法，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氢氧化物：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。
50.根据权利要求42至49中任一项所述的方法，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氧代氢氧化物：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。
51.根据权利要求42至47中任一项所述的方法，其中所述金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。
52.根据权利要求42至51中任一项所述的方法，其中所述还原剂选自次磷酸或其盐、亚磷酸或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水、铵盐、羟胺、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐、金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸盐、氢化物、硼氢化钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、水性二氧化硫、亚硫酸或其盐或其任何组合。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述还原剂包含水性二氧化硫、亚硫酸或亚硫酸的盐。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述还原剂选自水性二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸氢钠或亚硫酸二钠。
55.根据权利要求52至54中任一项所述的方法，其中所述金属化合物是水铁矿。
56.根据权利要求42至55中任一项所述的方法，其中所述洗涤溶液是所述还原剂水溶液。
CN201780091987.4A 2017-06-15 2017-08-30 采出水的处理系统和用于从采出水回收有机化合物的方法 Pending CN110770174A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/624,175 US10525415B2 (en) 2017-06-15 2017-06-15 Processing systems for produced water and methods for recovering organic compounds from the produced water
US15/624,175 2017-06-15
PCT/US2017/049293 WO2018231261A1 (en) 2017-06-15 2017-08-30 Processing systems for produced water and methods for recovering organic compounds from the produced water

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110770174A true CN110770174A (zh) 2020-02-07

Family

ID=59982456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780091987.4A Pending CN110770174A (zh) 2017-06-15 2017-08-30 采出水的处理系统和用于从采出水回收有机化合物的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10525415B2 (zh)
EP (1) EP3638628A1 (zh)
JP (1) JP2020523189A (zh)
KR (1) KR20200019689A (zh)
CN (1) CN110770174A (zh)
SA (1) SA519410813B1 (zh)
SG (1) SG11201912084XA (zh)
WO (1) WO2018231261A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220017388A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-20 University Of Kentucky Research Foundation Apparatus and method for enhanced capacitive deionization of contaminated water
CN114307682A (zh) * 2021-11-16 2022-04-12 中国科学院生态环境研究中心 一种修复聚酰胺复合膜水处理性能的方法
WO2023141682A1 (en) * 2022-01-31 2023-08-03 Blue Quest Group Pty Ltd A filtration assembly and method of use thereof
CN114956374A (zh) * 2022-05-12 2022-08-30 李正新 化学镀镍废水中次亚磷的处理方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1296857A (zh) * 1999-11-18 2001-05-30 张云慧 制取饮用水的地下水过滤器
CN1480409A (zh) * 2003-07-18 2004-03-10 天津大学 防止膜污染并维持膜通量的预膜制备方法
CN1640526A (zh) * 2004-09-02 2005-07-20 天津大学 水的膜过滤方法及装置
CN104136112A (zh) * 2011-12-28 2014-11-05 国立庆北大学校产学协力团 颗粒状氧化物吸附剂的制备及使用该吸附剂的水处理方法
CN104837776A (zh) * 2012-11-13 2015-08-12 艾威拉股份公司 对被油污染的水的净化以及对此合适的装置
CN106007169A (zh) * 2016-05-17 2016-10-12 中国科学院生态环境研究中心 一种利用in-situ Fe(OH)3絮体和纳米铁有效减缓超滤膜污染的方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2175081A (en) * 1937-07-06 1939-10-03 Dow Chemical Co Treatment of wells
JPS5834197B2 (ja) * 1975-10-31 1983-07-25 東亞合成株式会社 ハイスイノシヨリホウ
US5006248A (en) 1989-10-23 1991-04-09 Wisconsin Alumni Research Foundation Metal oxide porous ceramic membranes with small pore sizes
US5209838A (en) 1991-10-07 1993-05-11 Aluminum Company Of America Purification of an oil-containing liquid using a surface treated permeable inorganic membrane
WO1997000719A1 (en) 1995-06-20 1997-01-09 University Of Washington Method for removing contaminants from water using membrane filtration in combination with particle adsorption to reduce fouling
WO2006028441A1 (en) 2004-09-01 2006-03-16 Sansalone John J A sorptive-filtration system for the capture of waterborne and airborne constituents
US7341661B2 (en) 2000-11-16 2008-03-11 Unit Process Technologies, L.L.C. Clarification and sorptive-filtration system for the capture of constituents and particulate matter in liquids and gases
GB0311154D0 (en) 2003-05-15 2003-06-18 Alcan Int Ltd Method of preparing a water treatment product
US7807606B2 (en) 2003-09-04 2010-10-05 Battelle Energy Alliance, Llc High capacity adsorption media and method of producing
EP1815134A1 (en) 2004-08-11 2007-08-08 Julius S. Vrana Hydraulic liquid pumping system
US7578939B2 (en) 2004-12-09 2009-08-25 Board Of Trustees Of Michigan State University Ceramic membrane water filtration
JP4192205B2 (ja) * 2007-04-09 2008-12-10 メタウォーター株式会社 膜の洗浄方法及び膜の洗浄装置
US7597144B2 (en) 2007-08-27 2009-10-06 Hpd, Llc Process for recovering heavy oil utilizing one or more membranes
US7905283B2 (en) 2007-08-27 2011-03-15 Hpd, Llc Process for removing silica in heavy oil recovery
EP2293857A1 (fr) * 2008-05-28 2011-03-16 Novad Sas Procede de traitement d'effluents liquides charges en hydrocarbures
US9266070B2 (en) 2009-03-27 2016-02-23 Bioneer Corporation Oil purification method and apparatus with porous membrane
EA025602B1 (ru) * 2009-07-08 2017-01-30 Сауди Арабиан Ойл Компани Система и способ обработки сточных вод
DE202009015183U1 (de) * 2009-11-09 2010-01-07 Houben, Georg, Dr. Chemische Reinigungs-/Regenerierungsmittel zum Entfernen von reduktionsfähigen Ablagerungen in Brunnen, Wassergewinnungs-, Wasseraufbereitungsanlagen, Rohrleitungen u.dgl.
US8664150B2 (en) 2010-03-16 2014-03-04 Battelle Energy Alliance, Llc Methods of producing adsorption media including a metal oxide
US9567249B2 (en) 2010-09-24 2017-02-14 Evoqua Water Technologies Pte. Ltd. Integrated selenium removal system for waste water
WO2012099445A2 (ko) 2011-01-21 2012-07-26 경북대학교 산학협력단 활성탄 나노기공 내부에 산화물을 함침시켜 유기-무기 복합 하이브리드 흡착제를 제조하는 방법과 이를 수처리에 이용하는 방법
US9242876B2 (en) 2011-04-15 2016-01-26 William Marsh Rice University Methods, systems and membranes for separation of organic compounds from liquid samples
US20130034128A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-07 Qualcomm Incorporated Echo cancellation repeater operation in the absence of an input signal
US20130075333A1 (en) 2011-09-22 2013-03-28 Randall B. Pruet Apparatus and Process for Treatment of Water
WO2013075018A1 (en) 2011-11-17 2013-05-23 University Of Kansas Surface modified ceramic filter
CN103296867B (zh) * 2013-06-28 2015-07-15 成都芯源系统有限公司 多相开关变换器及其控制器和控制方法
US11866347B2 (en) * 2013-12-02 2024-01-09 The University Of Queensland Separator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1296857A (zh) * 1999-11-18 2001-05-30 张云慧 制取饮用水的地下水过滤器
CN1480409A (zh) * 2003-07-18 2004-03-10 天津大学 防止膜污染并维持膜通量的预膜制备方法
CN1640526A (zh) * 2004-09-02 2005-07-20 天津大学 水的膜过滤方法及装置
CN104136112A (zh) * 2011-12-28 2014-11-05 国立庆北大学校产学协力团 颗粒状氧化物吸附剂的制备及使用该吸附剂的水处理方法
CN104837776A (zh) * 2012-11-13 2015-08-12 艾威拉股份公司 对被油污染的水的净化以及对此合适的装置
CN106007169A (zh) * 2016-05-17 2016-10-12 中国科学院生态环境研究中心 一种利用in-situ Fe(OH)3絮体和纳米铁有效减缓超滤膜污染的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3638628A1 (en) 2020-04-22
US10525415B2 (en) 2020-01-07
KR20200019689A (ko) 2020-02-24
WO2018231261A1 (en) 2018-12-20
SA519410813B1 (ar) 2022-08-30
US20180361323A1 (en) 2018-12-20
SG11201912084XA (en) 2020-01-30
JP2020523189A (ja) 2020-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110770174A (zh) 采出水的处理系统和用于从采出水回收有机化合物的方法
US6709599B1 (en) Waste water treatment system with slip stream
JP5471054B2 (ja) メッキ洗浄排水からの水及び金属の回収方法
RU2648428C2 (ru) Способ и установка для восстановления скандия
US9023196B2 (en) Process, method, and system for removing heavy metals from fluids
US20210346822A1 (en) Methods and systems for recovery of valuable target species from brine solutions
US20120261339A1 (en) Recycling method and device for recycling waste water containing slurry from a semi-conductor treatment process, in particular from a chemico-mechanical polishing process
US20130087502A1 (en) Water impurity removal methods and systems
US20080128354A1 (en) Method for washing filtration membranes
JP2000024673A (ja) 逆浸透膜分離装置の前処理装置
WO2015063147A1 (en) Water purification method
DE69204778T2 (de) Entfernung von Eisensulfidpartikeln aus Alkanolaminlösungen.
JP2000334451A (ja) 窒素含有排水の物理化学的処理方法
US9133047B2 (en) Decontamination system with insoluble additives
JP4020877B2 (ja) 染料回収方法、および染料回収システム
JP5799890B2 (ja) ビスマス吸着カラム、ビスマス回収設備およびビスマス回収方法
CN208532699U (zh) 管式膜和电渗析膜集成脱除热稳定盐的工艺系统
US20130220933A1 (en) Apparatus for the use of nanoparticles in removing chemicals from aqueous solutions with subsequent water purification
CN108778442B (zh) 从含水处理液流中移除有机溶剂
EA032267B1 (ru) Способ регенерации кислоты или основания
CN108384576A (zh) 管式膜和电渗析膜集成脱除热稳定盐的工艺系统及方法
JP2691016B2 (ja) 鉄液の再生方法
US8043510B2 (en) Mercury removal with sorbents magnetically separable from treated fluids
JP2000218109A (ja) 排水の処理方法
JPS5929015A (ja) 磁性成分と非磁性成分とを分離する方法

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

Application publication date: 20200207

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication