專利名稱：含油廢水的處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含油廢水的處理方法及裝置。具體而言，本發(fā)明涉及含有膜蒸餾技術(shù)的含油廢水的處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
幾十年來含油廢水在各個行業(yè)一直是個問題。含油廢水的工業(yè)污染源主要包括采油、煉油、金屬制造、機(jī)械加工和食品加工等。例如，蒸汽輔助重力泄油(SAGD)重油開采過程中使用大量的蒸汽，并產(chǎn)生大量的含油廢水。該含油廢水通常在回收用作蒸汽生產(chǎn)的供水前或排放前需要進(jìn)行處理，特別是在天然水供應(yīng)不足的地區(qū)。目前，SAGD工業(yè)中主要采用兩種方法來處理含油廢水，其中之一披露于美國專利第7694736號的圖6和第7699104號的圖7中，在該方法里，從生產(chǎn)的石油和天然氣分離后，含油廢水在用于生產(chǎn)蒸汽之前須經(jīng)多個采用除油、石灰軟化、過濾和離子交換等不同技術(shù)的步驟。這種含油廢水處理過程較復(fù)雜。SA⑶工業(yè)中另一種含油廢水的處理法是采用蒸發(fā)法來取代前述方法中的所有或多數(shù)步驟，以簡化流程。然而，為了承受在含油廢水中的污染物造成的腐蝕，蒸發(fā)器制造需要昂貴的材料，如鈦，所以從成本方面考慮，蒸發(fā)法有缺陷。膜蒸餾技術(shù)兼容了傳統(tǒng)的熱蒸發(fā)法和膜分離法的優(yōu)點(diǎn)。M. Gryta和K. Karakulski 于 1999 年在一篇題 % "The application of membrane distillation for the concentration of mineral oil-water emulsions，，的文章中提及通過從乳齊仲蒸發(fā)水而將油保留從而將膜蒸餾技術(shù)應(yīng)用于礦物油水乳劑的濃縮。然而，該文章中指出油在膜蒸餾過程中阻礙水的汽化而且乳劑中油的濃度增加最終會阻止水的跨膜蒸發(fā)。2001 年M. Gryta,K. Karakulski 與A. W. Morawski 發(fā)表一篇名為‘‘purification of oily wastewater by hybrid UF/MD”的文章，涉及用超濾-膜蒸餾結(jié)合的方法凈化含油廢水，將超濾法作為膜蒸餾法的預(yù)處理。然而，超濾法和膜蒸餾法都使用容易結(jié)垢、需要頻繁清洗的有機(jī)聚合物膜。在此方法中，尤其是超濾膜需要頻繁清洗。美國專利第6365051號涉及一種溶解有無機(jī)材料的水流的處理方法。該方法包括以下步驟(a)向所述水流中添加有效數(shù)量的有機(jī)溶劑以形成包含至少部分無機(jī)物質(zhì)的無機(jī)沉淀物；(b)通過真空膜蒸餾法從水流中除去至少大部分的有機(jī)溶劑；(c)在步驟(b)之后，去除水流中至少大部分的無機(jī)沉淀物。在此方法中，膜蒸餾法是用來在存在無機(jī)沉淀物的情況下去除有機(jī)溶劑，故存在例如無機(jī)沉淀物在膜上結(jié)垢的風(fēng)險。2007 ip, Chen-Lu Yang JM^] "Electrochemical coagulation for oily water demulsification”的文章，提及電化學(xué)絮凝法(或電凝法)用于含油廢水的反乳化。 然而，迄今在實踐中，采用電凝法處理含油廢水的質(zhì)量還不能令人滿意。浮選法用于處理廢水(或其他水)時主要通過去除廢水中的懸浮物來澄清廢水 (或其他水)。在浮選過程中，空氣泡(或任何其他合適的氣泡)粘著于水中的懸浮物，并帶著懸浮物浮到水體表面使其可被清除。在吸附法中，將如活性炭等吸附劑加入廢水中來吸收污染物且凈化水。雖然電凝法、浮選法和吸附法是已知的方法，但是至今它們中沒有一個與膜蒸餾法結(jié)合用于處理例如蒸汽輔助重力泄油回收過程中產(chǎn)生的含油廢水。因此，需要含油廢水，例如來自蒸汽輔助重力泄油回收過程的含油廢水，的新的處理方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含油廢水的新的處理方法及裝置。一方面，本發(fā)明涉及一種含油廢水的處理方法，其包括使用電凝法、浮選法和吸附法中至少一種方法來預(yù)處理含油廢水從而生產(chǎn)出預(yù)處理水；然后使用膜蒸餾法來處理預(yù)處理水以生產(chǎn)出產(chǎn)品水。另一方面，本發(fā)明涉及一種含油廢水的處理裝置，其包括預(yù)處理含油廢水并產(chǎn)出預(yù)處理水的預(yù)處理裝置，該預(yù)處理裝置至少包括電凝裝置、浮選裝置和吸附裝置其中之一； 及處理預(yù)處理水來生產(chǎn)出產(chǎn)品水的膜蒸餾裝置。本發(fā)明含油廢水的處理方法和裝置成本低、膜清洗次數(shù)少且產(chǎn)品水質(zhì)量好。


通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1所示為本發(fā)明涉及的含油廢水的處理裝置的一個實施例的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明包括涉及含油廢水的處理方法和裝置的多個實施例。說明書和權(quán)利要求中的近似用語用來修飾數(shù)量，表示本發(fā)明并不限定于該具體數(shù)量，還包括與該數(shù)量接近的可接受的修正的部分，而不會導(dǎo)致相關(guān)基本功能的改變。相應(yīng)的，用“大約”等修飾一個數(shù)值，意為本發(fā)明不限于該精確數(shù)值。在某些例子中，近似用語可能對應(yīng)于測量數(shù)值的儀器的精度。一方面，本發(fā)明涉及一種含油廢水的處理方法，其包括使用電凝法、浮選法和吸附法中至少一種方法來預(yù)處理含油廢水從而生產(chǎn)出預(yù)處理水；然后使用膜蒸餾法來處理預(yù)處理水以生產(chǎn)出產(chǎn)品水。在一些實施例中，預(yù)處理是電凝法。在一些實施例中，預(yù)處理是空氣或天然氣浮選法。在一些實施例中，預(yù)處理是活性炭吸附法。在一些實施例中，預(yù)處理為空氣或天然氣浮選法和電凝法的結(jié)合。在一些實施例中，預(yù)處理為至少包括電凝法、空氣或天然氣浮選法和活性炭吸附法其中之一的組合方法。在一些實施例中，所述產(chǎn)品水被進(jìn)一步處理，例如，通過活性炭吸附法。另一方面，本發(fā)明涉及一種含油廢水的處理裝置，其包括預(yù)處理含油廢水并產(chǎn)出預(yù)處理水的預(yù)處理裝置，該預(yù)處理裝置至少包括電凝裝置、浮選裝置和吸附裝置其中之一； 及處理預(yù)處理水來生產(chǎn)出產(chǎn)品水的膜蒸餾裝置。
請參考圖1，其為本發(fā)明涉及的含油廢水的處理裝置的一個實施例的示意圖。圖1 中，處理裝置10包括預(yù)處理裝置1，用于處理含油廢水的原料流2以產(chǎn)生預(yù)處理水流3和第一廢水流4，和膜蒸餾裝置5，用于處理預(yù)處理水3，生產(chǎn)出產(chǎn)品水流6和第二廢水流7。在一些實施例中，含油廢水2來自于蒸汽輔助重力泄油回收工藝。在一些實施例中，預(yù)處理水 3的溫度比產(chǎn)品水6的溫度高。廢水流4、7可為裝置1、5除去的雜質(zhì)濃度很高的水流、漿或淤泥。在一些實施例中，預(yù)處理裝置1是電凝裝置。在一些實施例中，預(yù)處理裝置1是空氣或天然氣浮選裝置。在一些實施例中，預(yù)處理裝置1是活性炭吸附裝置。在一些實施例中，預(yù)處理裝置1為空氣或天然氣浮選裝置和電凝裝置的組合。在一些實施例中，預(yù)處理裝置1為至少包括電凝裝置、空氣或天然氣浮選裝置和活性炭吸收裝置其中之一的裝置的組
I=I O本發(fā)明中所述的“電凝”是指一種方法或裝置，在其中電壓施加于陰極和陽極之間，以在含油廢水流中產(chǎn)生電場。含油廢水和廢水中的物質(zhì)作為電解液。如果陰極和陽極中至少一個為犧牲電極，由如鋼、鐵、鋁、鋅或鎂等材料制成，電極上的離子遷移到電解液中和雜質(zhì)結(jié)合形成沉淀物，然后通過例如浮選、沉淀和過濾等物理方法將沉淀物以廢水流的形式從含油廢水中移走。此外，水分子分解形成氧，氫和氫氧基，它們也可以參與有益的反應(yīng)，如氧化還原反應(yīng)，也可以與生物制劑(如果存在的話)相互作用產(chǎn)生從水中除去雜質(zhì)的處理效果。另外，形成的微氣泡能與懸浮物物理結(jié)合形成沉淀物，有助于浮選或絮凝的去除效果。當(dāng)電凝裝置中采用非犧牲電極時，例如，用導(dǎo)電的合成石墨電極或鈦電極，用于維持電凝過程的必要的帶正電的離子一部分由水本身所提供，其余部分由添加的例如鋁、鈣、 鐵和鎂鹽中的金屬離子的形式提供。為了增強(qiáng)電子遷移，電凝過程可以在酸性范圍內(nèi)進(jìn)行， 因此可以添加鹽酸、硫酸或磷酸等化學(xué)物質(zhì)。根據(jù)需要處理的含油廢水流中的成分不同，可根據(jù)需要在電凝過程中使用各種添加劑。例如，當(dāng)使用非犧牲電極時，添加劑可用來形成離子以與溶質(zhì)和顆粒物質(zhì)相互作用將雜質(zhì)從懸浮液和溶液中絮凝出來。當(dāng)使用犧牲電極時，添加劑可用來提升水流的導(dǎo)電性以協(xié)助電凝進(jìn)程。這些添加劑可以之后去除，也可參與到形成沉淀的化學(xué)反應(yīng)中。此外，為提高絮凝效果，也可添加絮凝劑。本發(fā)明中所述的“浮選”是指一種方法或裝置，在其中空氣(或任何其他合適的氣體，如天然氣，或任何氣體混合物)氣泡進(jìn)入含油廢水流并依附于懸浮顆粒。氣固混和物上升到廢水表面并在那里濃縮和被去除。在一些實施方案中，浮選可為電浮選法，電動版的浮選，即氣泡主要通過水的電解產(chǎn)生。在電浮選過程中，并非使用空氣氣泡，而使用氫氣和氧氣氣泡來與懸浮物質(zhì)結(jié)合。本發(fā)明中所述的“吸附”是指一種方法或裝置，在其中如活性炭等吸附劑被用來吸附水中的雜質(zhì)。一些實施例中，在預(yù)處理裝置和膜蒸餾裝置之間還有其它的處理裝置。本發(fā)明所述“膜蒸餾”是指一種方法或裝置，其涉及以疏水性的微孔膜為分離媒介的膜兩側(cè)液體的相轉(zhuǎn)變和物料傳輸過程。除非外界施加于膜上的壓力大于膜微孔的“液體進(jìn)入壓力”，否則液體溶液不能進(jìn)入膜孔。當(dāng)施加壓力低于微孔“液體進(jìn)入壓力”，在一定溫度和環(huán)境壓力下，膜微孔的界面上會形成液-汽相平衡。如果在膜兩側(cè)的液體存在溫度差， 那么在微孔兩邊形成蒸汽壓差。膜一側(cè)暖的進(jìn)料流將發(fā)生蒸發(fā)，蒸氣將以對流和/或擴(kuò)散機(jī)制穿過膜孔傳輸至膜的另一側(cè)，從而在膜另一側(cè)發(fā)生冷凝以產(chǎn)生產(chǎn)品水。本發(fā)明中所述“疏水”是其在傳統(tǒng)意義上的理解。即，當(dāng)水分子之間的相互吸引力比水分子與表面之間的吸引力大時，該表面是疏水性的。在忽略其他力量的情況下，液體和疏水表面之間的接觸角大于90度。后述的合成(聚合)材料可用于制作疏水膜聚四氟乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯。在一些實施例中，膜蒸餾裝置可為暖的蒸發(fā)原料流和冷的冷凝流(產(chǎn)品水)都與膜蒸餾裝置中膜直接接觸的直接接觸膜蒸餾裝置。在一些實施例中，膜蒸餾裝置可為空氣隙膜蒸餾裝置，產(chǎn)品水與膜之間由一層空氣間隔。在一些實施例中，膜蒸餾裝置可為氣吹式膜蒸餾裝置，產(chǎn)品水以水蒸汽的形式被惰性氣體吹走。在一些實施例中，膜蒸餾裝置可為真空膜蒸餾裝置，產(chǎn)品水以水蒸汽的形式用真空泵去除。在處理含油廢水時，本發(fā)明所涉的預(yù)處理裝置有助于降低清洗膜蒸餾裝置的頻率，并與膜蒸餾裝置相結(jié)合提高產(chǎn)品水的水質(zhì)。膜蒸餾裝置可用本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的各種不同方式、不同洗滌劑進(jìn)行清洗。例如，當(dāng)需要時，氫氧化鈉(NaOH)的水溶液和去離子水可用于沖洗膜。實例以下實驗示例可以為本領(lǐng)域中具有一般技能的人實施該發(fā)明提供參考。但是，這些例子并不用于限制權(quán)利要求的范圍。對比實例在膜蒸餾裝置中，采用一種平板式疏水微孔聚丙烯膜(水/膜界面接觸角 136°，平均孔徑0. 1微米，膜厚度100微米，孔隙率65 70%，來自GEOsmonics Inc.， Mirmetonka，明尼蘇達(dá)州，美國)。該膜被組裝在一個兩邊對稱的聚甲醛塑料板的模塊中，模塊中具有為流體提供湍流的流道。有效膜面積為16平方厘米。膜蒸餾模塊與測試平臺連接，該測試平臺包括加熱器(Julabo 5，功率2kw，JULABO Labortechnik GmbH, Seelbach, 德國)、冷卻器(Julabo F12，冷卻功率160w，JULABO Labortechnik GmbH, Seelbach，德國)、泵(DP130，O 1. 7L/min,上海新西山實業(yè)有限公司，上海，中國)、溫度/壓力傳感器、 循環(huán)管道和控制閥。實驗所用的蒸汽輔助重力泄油(SAGD)含油廢水(原水)取自加拿大Cormacher重油回收工廠。實驗時先取1200毫升原水放置在一個玻璃燒杯中，用作膜蒸餾的原水進(jìn)水。 用蓋子將燒杯密封，并將此原水加熱到約60°C。在膜蒸餾操作和測試平臺中，開動循環(huán)泵將SAGD原水泵入到膜蒸餾模塊中，在整個測試過程中，保持進(jìn)水溫度為約60°C、線速度為約30厘米/秒。在膜蒸餾的冷水側(cè)，也就是產(chǎn)水側(cè)，先在燒杯中放入400毫升純水，以用作起始冷卻水。測試時，保持冷側(cè)進(jìn)水溫度在20°C，線速度維持在25厘米/秒。為檢測水質(zhì)并評估處理的效果，用電導(dǎo)率儀(SevenMulti，傳感器0 500毫秒/厘米，Mettler Toledo Instruments (China) Co. Ltd.(梅特勒-托利多中國有限公司)，上海，中國)、化學(xué)需氧量(COD)測試儀(HACH 5000, DR/5000, HACH Company，Loveland，科羅拉多州，美國)和總有機(jī)碳(TOC)分析儀(5310C Laboratory TOC Analyzer, GE Analytical Instruments，博爾德，科羅拉多州，美國)分別來測量室溫下原水的比電導(dǎo)、COD和T0C。除非特別說明，原水的比電導(dǎo)、COD和TOC在實驗前保持不變。實驗過程中用天平(PL4100，MettlerToledo Instruments (China) Co. Ltd.(梅特勒-托利多中國有限公司)，上海，中國)稱量產(chǎn)品水以監(jiān)測膜蒸餾裝置中膜的通量。本發(fā)明中，通量表示單位膜面積(平方米)、單位時間(小時)下產(chǎn)品水的量(公斤)。其計算公式為產(chǎn)品水量/ (膜面積χ運(yùn)行時間)。當(dāng)膜通量小于5公斤/平方米小時時，結(jié)束實驗并測量產(chǎn)品水的C0D、T0C和比電導(dǎo)。各參數(shù)如下表1所列。同時進(jìn)行了對原水和產(chǎn)品水的元素的電感耦合等離子體(ICP)的測試，結(jié)果如下表2所示。表 1

權(quán)利要求
1.一種含油廢水的處理方法，其包括使用電凝法、浮選法和吸附法中至少一種方法來預(yù)處理含油廢水從而生產(chǎn)出預(yù)處理水；然后使用膜蒸餾法來處理預(yù)處理水以生產(chǎn)出產(chǎn)品水。
2.如權(quán)利要求1所述的含油廢水的處理方法，其特征在于所述含油廢水來自蒸汽輔助重力泄油回收工藝。
3.一種含油廢水的處理裝置，其包括預(yù)處理含油廢水并產(chǎn)出預(yù)處理水的預(yù)處理裝置，該預(yù)處理裝置至少包括電凝裝置、浮選裝置和吸附裝置其中之一；及處理預(yù)處理水來生產(chǎn)出產(chǎn)品水的膜蒸餾裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于所述預(yù)處理裝置是電凝裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于所述電凝裝置使用的電極是由鋼、鐵、鋁、鋅或鎂制成。
6.如權(quán)利要求3所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于所述預(yù)處理裝置是活性炭吸附裝置。
7.如權(quán)利要求3所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于所述預(yù)處理裝置是空氣或天然氣浮選裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于其含有引入空氣或天然氣的沸石。
9.如權(quán)利要求3所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于所述預(yù)處理裝置包括空氣或天然氣浮選裝置與電凝裝置的結(jié)合。
10.如權(quán)利要求9所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于其包括進(jìn)一步處理所述產(chǎn)品水的活性炭吸附裝置。
11.如權(quán)利要求3至10中任一權(quán)利要求所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于所述預(yù)處理水的溫度比所述產(chǎn)品水的溫度高。
12.如權(quán)利要求3至10中任一權(quán)利要求所述的含油廢水的處理裝置，其特征在于所述含油廢水來自蒸汽輔助重力泄油回收工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含油廢水的處理方法，其包括使用電凝法、浮選法和吸附法中至少一種方法來預(yù)處理含油廢水從而生產(chǎn)出預(yù)處理水；然后使用膜蒸餾法來處理預(yù)處理水以生產(chǎn)出產(chǎn)品水。另一方面，本發(fā)明涉及一種含油廢水的處理裝置，其包括預(yù)處理含油廢水并產(chǎn)出預(yù)處理水的預(yù)處理裝置，該預(yù)處理裝置至少包括電凝裝置、浮選裝置和吸附裝置其中之一；及處理預(yù)處理水來生產(chǎn)出產(chǎn)品水的膜蒸餾裝置。
文檔編號C02F9/06GK102476881SQ20101059090
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者衛(wèi)昶, 喻獻(xiàn)國, 夏皮羅·安德魯, 孫怡文, 楊海, 蔡巍 申請人:通用電氣公司