回收油或氣體并處理所得到的產(chǎn)出水的方法
【專利摘要】一種用于處理含有高有機物、二氧化硅、硼、硬度以及懸浮和溶解固體的廢水的方法或過程。所述方法包括使廢水脫氣用于除去溶解的氣體，以及其后化學(xué)軟化廢水。在化學(xué)軟化步驟之后，將廢水引導(dǎo)通過介質(zhì)過濾器或膜，其除去另外的固體和沉淀物。其后將廢水引導(dǎo)通過進一步軟化廢水的鈉離子交換。將來自離子交換的流出物引導(dǎo)通過筒式過濾器，并將來自筒式過濾器的流出物引導(dǎo)通過一個或多個反滲透單元。在所述過程的所選階段，在廢水到達反滲透單元之前，廢水的pH升高并且保持，使得到達反滲透單元的廢水的pH為大于10.5的pH。
【專利說明】回收油或氣體并處理所得到的產(chǎn)出水的方法
[0001]發(fā)明背景
眾多類型的廢水或產(chǎn)出水具有相對高濃度的有機物、二氧化硅、硼、硬度、懸浮和溶解的固體。例如，油回收操作產(chǎn)生包括高濃度的這些污染物的水。如果將這樣的廢水或產(chǎn)出水排放或用于高純度應(yīng)用，例如通往鍋爐或單程通過水蒸汽發(fā)生器的進料或過程水，則必須大大降低二氧化硅、總硬度、溶解的固體和有機物。
[0002]離子交換過程和反滲透過程已用于使產(chǎn)出水或廢水脫鹽。涉及操作反滲透系統(tǒng)的一些實踐通常保持中性PH條件，其為約6-8的pH。在通過油和氣體操作產(chǎn)生的進料水的情況下，跨反滲透系統(tǒng)的回收通常受限于由于二氧化硅的結(jié)垢或由于有機物的污損。也就是，進料水中的高濃度的二氧化硅傾向于使反滲透膜結(jié)垢，因為二氧化硅的濃度超過溶解度限度。超過溶解度限度的有機物也傾向于污損反滲透膜。由于二氧化硅的結(jié)垢和由于有機物的污損可導(dǎo)致反滲透單元的大量停車時間，需要頻繁清潔、更換和維護。維護明顯昂貴，并且停車時間昂貴且無效。
[0003]此外，在產(chǎn)出水的情況下，例如，設(shè)計用于除去二氧化硅和硼的過程。這些污染物通常以弱電離的鹽、硅酸和硼酸形式存在，并且通常反滲透膜不能有效截留這些弱電離的鹽。
[0004]因此，需要并且持續(xù)需要用于處理廢水或產(chǎn)出水的經(jīng)濟的過程，其降低由于有機物的污損，降低由于二氧化硅的結(jié)垢，并且有效降低廢水或產(chǎn)出水中的二氧化硅、有機物、溶解固體和硬度的濃度。
發(fā)明概要
[0005]本發(fā)明涉及一種用于處理衍生自油或氣體回收操作的廢物流或產(chǎn)出水的方法。產(chǎn)出水含有有機物、二氧化硅、硬度、溶解固體和懸浮固體。通過化學(xué)軟化產(chǎn)出水降低產(chǎn)出水的硬度。在軟化過程期間，廢水的pH升高至超過10.5。隨后將廢水引向混合槽，在這里將其劇烈混合，以導(dǎo)致在其中形成晶體。使用過濾膜從廢水除去游離的油(在一些情況下為乳化的油)和晶體。將至少一部分通過過濾膜產(chǎn)生的截留流再循環(huán)至混合槽。將膜流出物引向離子交換單元，在此從中除去殘余的鈣和鎂硬度。將來自離子交換單元的流出物引向至少一個反滲透單元，在此從中除去溶解固體、有機物和硼。
[0006]本發(fā)明的其它實施方案包括在氨精加工器和/或氧化系統(tǒng)中處理反滲透膜流出物。
[0007]本發(fā)明的另外的實施方案包括在脫氣系統(tǒng)或氣體浮選系統(tǒng)中預(yù)處理產(chǎn)出水。
[0008]由細讀以下描述和附圖，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得顯而易見和明顯，附圖僅用于說明本發(fā)明。
[0009]附圖簡述
圖1A示意性說明得到產(chǎn)出水流用于本發(fā)明中的處理的過程。
[0010]圖1示意性說明本發(fā)明的過程。
[0011]圖2示意性說明包括雙通路反滲透系統(tǒng)的本發(fā)明的過程。
[0012]圖3示意性說明包括氨精加工器的本發(fā)明的過程。
[0013]圖4A-4B示意性說明包括氧化系統(tǒng)的本發(fā)明的過程。
[0014]圖5A-5B示意性說明包括換熱器和冷卻塔的本發(fā)明的過程。
[0015]圖6A-6B示意性說明包括預(yù)處理脫氣系統(tǒng)的本發(fā)明的過程。
[0016]圖7A-7B示意性說明包括預(yù)處理氣體浮選系統(tǒng)的本發(fā)明的過程。
[0017]發(fā)明描述
本發(fā)明涉及一種用于處理通常含有有機物、二氧化硅、硼、溶解固體和懸浮固體的廢水或產(chǎn)出水的廢水處理過程。各種類型的廢水可含有這些污染物。例如,在石油工業(yè)中,產(chǎn)出水通常包括這些污染物。 本文使用的術(shù)語“產(chǎn)出水”是指在油或氣體回收過程中與油或氣體一起產(chǎn)生的水。通常，將油或氣體與水分離，經(jīng)分離的水稱為產(chǎn)出水，其為廢水的一種類型。本發(fā)明提出一種可用于處理各種類型和形式的廢水(包括但不限于產(chǎn)出水和冷卻塔泄料)的過程。
[0018]如本文隨后描述的，本發(fā)明的過程需要在除去硬度的過程中化學(xué)軟化廢水。其后廢水經(jīng)受膜過濾和離子交換軟化。將廢水隨后引導(dǎo)通過一個或多個反滲透單元。為了防止反滲透單元中膜結(jié)垢和污損，在反滲透單元的上游將防垢劑與廢水混合，并且廢水的pH優(yōu)選保持超過10.5。廢水可在氨精加工器和氧化系統(tǒng)中進一步處理。此外，可將廢水引導(dǎo)通過換熱器，使得在反滲透單元中處理之前冷卻廢水的溫度。取決于在化學(xué)軟化之前廢水的品質(zhì)，可在脫氣系統(tǒng)或氣體浮選系統(tǒng)中預(yù)處理廢水。
[0019]在圖1中，本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)通常用數(shù)字10表示。該系統(tǒng)包括化學(xué)軟化單元
20、膜過濾器30、離子交換過濾單元40、筒式過濾器50和至少一個反滲透單元60。
[0020]化學(xué)軟化單兀20包括一系列與彼此相繼布置的反應(yīng)器21、23、25。每一個反應(yīng)器
21、23和25分別包括混合器和入口22、24和26。如本文更詳細討論的，入口 22、24和26用于將化學(xué)品(例如軟化試劑)注入容納于反應(yīng)器21、23和25的水中。在反應(yīng)器21、23、25的下游布置反應(yīng)器27，其包括垂直管混合器或結(jié)晶槽。泵28操作用于將廢水從反應(yīng)器27泵送至下游膜過濾器30。
[0021]在一個實施方案中，膜過濾器30為陶瓷超濾膜，并且用于除去經(jīng)過膜的水中的懸浮固體和沉淀物。通常，陶瓷膜截留尺寸為0.2 μ m或更大的顆粒。然而，可設(shè)計陶瓷膜使得它們截留尺寸低至0.03 μ m的顆粒。隨后，在此概要討論陶瓷膜和它們對于處理具有一種或多種本文討論的污染物的進料水流的適用性。在另一個實施方案中，膜過濾器30為聚合膜。當(dāng)處理具有非常高溫度的水時，陶瓷膜是期望的。例如，當(dāng)從中通過的水的溫度接近300 T時，陶瓷膜是期望的。
[0022]由本公開的隨后部分將認識到從膜過濾器30延伸至反應(yīng)器27的截留再循環(huán)管線32。此外，提供了從膜過濾器30延伸至過濾壓機36的截留廢物管線34。將通過過濾壓機36產(chǎn)生的廢水通過管線38引導(dǎo)返回至化學(xué)軟化系統(tǒng)20。膜過濾器30產(chǎn)生滲透物或流出物，將其從膜過濾器30引導(dǎo)經(jīng)過延伸至離子交換單元40的管線39。此外，膜過濾器產(chǎn)生截留流，其中的一部分經(jīng)由管線32再循環(huán)返回至混合反應(yīng)器27。
[0023]離子交換單元40包括化學(xué)入口 41，用于在耗盡后再生離子交換樹脂。再循環(huán)管線44在離子交換單元40與化學(xué)軟化單元20之間操作連接。離子交換單元40也與廢物管線46操作連接，廢物管線46將離子交換單元40中產(chǎn)生的廢物引向處置?？列詨A入口 45在離子交換單元40的下游布置，并且用于將苛性堿溶液注入通過離子交換單元40產(chǎn)生的廢物流中。離子交換單元40還包括從離子交換單元40延伸至筒式過濾器50的經(jīng)處理流出物管線43。如隨后討論的，離子交換單元40用于從廢水除去殘余的硬度，而且在本文公開的實施方案的情況下，離子交換單元40以鈉模式操作。
[0024]筒式過濾器50進一步過濾由經(jīng)過濾水管線52離開筒式過濾器50的水。防垢劑入口 47在筒式過濾器50的上游布置，如圖1所示，其在管線43將防垢劑注入水中。加入防垢劑為跨越下游反滲透單元60的形成污垢的化合物提供可溶化學(xué)平衡。然而，在另一個實施方案中，防垢劑入口可在筒式過濾器50的下游和反滲透單元60的上游布置。泵54在筒式過濾器50與反滲透單元60之間操作互連。管線52將流出物從筒式過濾器50引向反滲透單元60的入口。
[0025]截留管線61從反滲透單元60延伸，并且與廢物管線46操作連接，廢物管線46將反滲透單元60中產(chǎn)生的廢物引向處置。經(jīng)處理流出物管線62從反滲透單元60延伸至排放區(qū)域或延伸至使經(jīng)處理的水經(jīng)受另外處理的點。二氧化碳入口 63在反滲透單元60的下游布置，并且用于將二氧化碳注入經(jīng)處理的流出物中。認識到，反滲透單元60產(chǎn)生引導(dǎo)至管線61中的截留流和引導(dǎo)至管線62中的滲透流。在該實施方案和在所有隨后的實施方案中，經(jīng)處理的流出物可用作水源用于蒸汽產(chǎn)生裝置例如鍋爐或單程蒸汽發(fā)生器。在一個實例中，經(jīng)處理的流出物用于產(chǎn)生蒸汽，將其注入攜帶油和/或氣體的地層，以從中提取油和/或氣體。
[0026]如上所述，本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)10可用于處理各種類型和形式的流入廢水流例如產(chǎn)出水流或冷卻塔泄料流。圖1A說明本發(fā)明用于處理產(chǎn)出水流。在這種情況下，油/水混合物或氣體/水混合物向上泵送通過油井或集氣井，并且將混合物送至分離器，在油/水混合物的情況下，所述分離器將油與水分離，以得到油產(chǎn)物和稱為產(chǎn)出水的經(jīng)分離的水。產(chǎn)出水變?yōu)橐龑?dǎo)進入廢水處理系統(tǒng)10的進料流。在氣體/水混合物的情況下，分離器將氣體與水分離，以形成氣體產(chǎn)物和產(chǎn)出水。產(chǎn)出水變?yōu)閺U水處理系統(tǒng)10的進料流。
[0027]雖然圖1A公開了廢水處理系統(tǒng)的一個基本實施方案，應(yīng)認識到，示于圖1-7的用于廢水處理系統(tǒng)10的任何實施方案可用于處理產(chǎn)出水、冷卻塔泄料或其它廢物流。
[0028]參考圖2，廢水處理系統(tǒng)10還可包括第二反滲透單元70。該實施方案通常稱為雙通路反滲透系統(tǒng)，因為來自筒式過濾器50的經(jīng)過濾的水在兩個相繼的反滲透單元60、70中處理?？列詨A入口 64在第一反滲透單元60的下游和第二反滲透單元的上游布置。苛性堿入口 64用于在管線62中將苛性堿溶液注入經(jīng)處理的流出物。泵65在第一反滲透單元60與第二反滲透單元70之間操作連接。將通過第一反滲透單元60產(chǎn)生的滲透物通過泵65從第一反滲透單元60泵送至第二反滲透單元70。
[0029]第二反滲透單元70產(chǎn)生滲透流和截留流。將截留流引導(dǎo)進入管線72并且再循環(huán)至第一反滲透單元60的上游的點。將通過第二反滲透單元70產(chǎn)生的滲透物引導(dǎo)進入管線74。在該實施方案中，二氧化碳入口 63在反滲透單元70的下游布置，并且用于將二氧化碳注入經(jīng)過管線74的滲透物。
[0030]圖3說明具有化學(xué)軟化單元20、膜過濾器30、離子交換單元40、第一反滲透單元60、第二反滲透單元70和氨精加工器80的廢水處理系統(tǒng)10的一個實施方案。在該實施方案中，經(jīng)處理流出物管線74從第二反滲透單元70延伸至氨精加工器80。氨精加工器80包括化學(xué)入口管線82和再循環(huán)管線88，化學(xué)入口管線82用于在耗盡后再生離子交換樹脂，再循環(huán)管線88操作用于將廢物從氨精加工器80再循環(huán)至化學(xué)軟化單元20。氨精加工器80也與廢物管線46操作連接，廢物管線46將氨精加工器80中產(chǎn)生的廢物引向處置。氨精加工器80還包括經(jīng)處理流出物管線84，其從氨精加工器80延伸至排放區(qū)域或延伸至使經(jīng)處理的水經(jīng)受另外處理的點?？列詨A入口 89在氨精加工器80的下游布置，并且在管線84中將苛性堿溶液注入經(jīng)處理的流出物。
[0031]圖4A-4B說明具有化學(xué)軟化單元20、膜過濾器30、離子交換單元40、第一反滲透單元60和第二反滲透單元70、氨精加工器80和氧化系統(tǒng)90的廢水處理系統(tǒng)10的一個實施方案。圖4A說明化學(xué)軟化單元20、膜過濾器30和離子交換單元40，如上在圖1中所述。圖4B說明筒式過濾器50、第一反滲透單元60、第二反滲透單元70和氨精加工器80，如上在圖2和圖3B中所述。圖4B還包括氧化系統(tǒng)90。在該實施方案中，經(jīng)處理流出物管線84從氨精加工器80延伸至在氧化系統(tǒng)90中的紫外線單元92。氧化系統(tǒng)90包括過氧化氫(H2O2)入口 91，其在紫外線單元92上游的管線84中將H2O2溶液注入經(jīng)處理的流出物。氧化系統(tǒng)90還包括經(jīng)輻照和處理流出物管線93，所述管線93從紫外線單元92延伸至排放區(qū)域或使經(jīng)處理的水經(jīng)受另外處理的點。硫酸氫鈉(NaHSO4)入口 94和苛性堿入口 95在紫外線單元92的下游布置，并且在管線93中將NaHSO4和苛性堿溶液分別注入經(jīng)輻照和處理的流出物。
[0032]圖5A-5B說明具有化學(xué)軟化單元20、膜過濾器30、離子交換單元40、第一反滲透單元60和第二反滲透單元70、氨精加工器80、氧化系統(tǒng)90和換熱器100的廢水處理系統(tǒng)10的一個實施方案。圖5A說明化學(xué)軟化單元20、膜過濾器30和離子交換單元40，如上在圖1中所述。圖5B說明筒式過濾器50、第一反滲透單元60和第二反滲透單元70、氨精加工器80和氧化系統(tǒng)90，如以上在圖2、圖3B和圖4B中所述。
[0033]在圖5A-5B描述的過程中，提供了通常在離子交換單元40與筒式過濾器50之間布置的換熱器100。在流出物到達一個或多個反滲透單元之前，換熱器使通過離子交換單元40產(chǎn)生的流出物冷卻。如在圖5B中所見，換熱器100利用的冷卻介質(zhì)或水通過管線104從換熱器100引向冷卻塔102。在那里將冷卻介質(zhì)或水冷卻，并且經(jīng)由返回管線103再循環(huán)返回至換熱器100。有時，可能需要提供補充水供換熱器100使用。因此，補充水取自反滲透單元70的滲透物，在圖5B實施例中，通過管線108引向冷卻塔102。此外，有時，從冷卻塔102除去一些水，并且引導(dǎo)進入廢物管線46。
[0034]圖6A-6B說明具有化學(xué)軟化單元20、膜過濾器30、離子交換單元40、第一反滲透單元60和第二反滲透單元70、氨精加工器80、氧化系統(tǒng)90、換熱器100和預(yù)處理脫氣系統(tǒng)110的廢水處理系統(tǒng)10的一個實施方案。圖6A說明預(yù)處理脫氣系統(tǒng)110。在該實施方案中，預(yù)處理脫氣系統(tǒng)110在化學(xué)軟化單元20的上游布置，并且包括酸入口 112和水出口 114。酸入口 112在脫氣室113的上游布置，并且在水進入脫氣室113之前將酸性溶液注入進料水。在一個實施方案中，脫氣室113為強制通風(fēng)脫氣器室。脫氣系統(tǒng)110還包括與脫氣室113和化學(xué)軟化單元20的第一反應(yīng)器21操作連接的水出口 114。
[0035]圖7A-7B說明具有化學(xué)軟化單元20、膜過濾器30、離子交換單元40、第一反滲透單元60和第二反滲透單元70、氨精加工器80、氧化系統(tǒng)90、換熱器100和預(yù)處理氣體浮選系統(tǒng)120的廢水處理系統(tǒng)10的一個實施方案。圖7A說明預(yù)處理氣體浮選系統(tǒng)120。在該實施方案中，預(yù)處理氣體浮選系統(tǒng)120在化學(xué)軟化單元20的上游布置，并且包括酸入口 121和氯化鐵(FeCl3)(例如)入口 122。在水進入氣體浮選室124之前，酸入口 121和FeCl3Tv口 122分別將酸性溶液和FeCl3注入進料水或廢水。氣體浮選室124包括混合器、聚合物入口 123和氣體入口 125。氣體浮選系統(tǒng)120還包括與氣體浮選室124和化學(xué)軟化單元20的第一反應(yīng)器21操作連接的水出口 126。再循環(huán)管線127從水出口 126延伸至氣體浮選室124。泵128沿著再循環(huán)管線127布置，并且用于將水泵送通過再循環(huán)管線127并進入氣體浮選室124。
[0036]參考圖中說明的具體過程，將進料水或廢水流入物引向化學(xué)軟化單元20?；瘜W(xué)軟化過程的目的是降低進料水的總硬度至溶解度限度，以CaCO3計通常低于約55 mg/1。此外，在化學(xué)軟化單元20中進行的軟化過程從進料水除去至少一部分二氧化硅。
[0037]如圖所示，第一堿基反應(yīng)物通過入口 22加入到在反應(yīng)器21中的廢水中。在一個實施方案中，第一堿基反應(yīng)物為氫氧化鈣(Ca(OH)2)。當(dāng)Ca (OH)2與廢水混合時，分散遍布廢水的二氧化碳(CO2)、碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2和碳酸氫鎂(Mg(HCO3)2與Ca(OH)2反應(yīng)，以沉淀一些碳酸鈣(CaCO3)和一些氫氧化鎂(Mg(OH)2)。Ca(OH)2也與廢水中的硫酸鎂(MgSO4)和氯化鎂(MgCl2)反應(yīng)，以沉淀氫氧化鎂(Mg (OH) 2)。
[0038]在一個實施方案中，也將氧化鎂(MgO)加入到廢水中。在水進入反應(yīng)器21之前，可將MgO加入到水中，或者可在處于反應(yīng)器21中時將MgO加入到水中。當(dāng)MgO與水混合時，其轉(zhuǎn)化為充當(dāng)吸附劑的氫氧化鎂(Mg(OH)2)15通過加入Ca(OH)2和/或MgO產(chǎn)生的水中的Mg (OH) 2吸附分散遍布水中的二氧化硅。
[0039]將廢水從反應(yīng)器21轉(zhuǎn)移至反應(yīng)器23，其中第二堿基反應(yīng)物通過入口 24加入到水中。在一個實施方案中，第二堿基反應(yīng)物為碳酸鈉(Na2CO3)。當(dāng)Na2CO3與水混合時，Na2CO3與水中的硫酸鈣(CaSO4)和氯化鈣(CaCl2)反應(yīng)，以沉淀CaC03。
[0040] 加入這些試劑，例如Ca (OH) 2、MgO和Na2CO3,導(dǎo)致硬度化合物從待處理的廢水流中沉淀。沉淀后，這些沉淀物可通過過濾除去，例如使用過濾膜和筒式過濾器。
[0041 ] 在反應(yīng)器23中處理廢水后，將廢水引向反應(yīng)器25，在這里可將第三堿基反應(yīng)物通過入口 26加入到水中。在一個實施方案中，第三堿基反應(yīng)物為苛性堿溶液，例如氫氧化鈉(NaOH)。第三堿基反應(yīng)物提高水的pH至超過10.5。如以下更詳細討論的，通常優(yōu)選保持水的 pH 在 10.5-11.5。
[0042]以上描述包括加入若干堿性試劑和苛性堿試劑。然而，注意到，加入以上試劑中的每一種僅為本發(fā)明的示例性實施方案。此外，本發(fā)明包括將僅一種或兩種堿性試劑和苛性堿試劑加入到水中的實施方案。例如，向水中加入僅一種堿性試劑和一種苛性堿試劑可以有效從水中除去硬度和有效提高水的pH。
[0043]在水已在反應(yīng)器23中處理后，將水引向混合反應(yīng)器27，其中在垂直混合器中將廢水劇烈混合。在混合反應(yīng)器27中混合導(dǎo)致沉淀物生長得更大，這使得下游膜過濾器30更容易截留沉淀物。如下所討論的，將膜過濾器30的截留流經(jīng)由管線32再循環(huán)至混合反應(yīng)器27。反應(yīng)器27中垂直管混合器的混合作用與來自膜過濾器30的固體或沉淀物的再循環(huán)結(jié)合，引起結(jié)晶過程，其中固體形成晶體，而且在反應(yīng)器27中實現(xiàn)的混合作用導(dǎo)致晶體生長得更大。注意到，在混合反應(yīng)器27中，垂直管混合器包括在反應(yīng)器中布置的管狀結(jié)構(gòu)和一個或多個在兩個結(jié)構(gòu)內(nèi)布置的混合器。在混合各種試劑和沉淀物時，將反應(yīng)器27中的廢物誘導(dǎo)進入管的頂部，并且使其向下移動通過管和從管的底部出來。該連續(xù)混合作用導(dǎo)致廢水與沉淀物或晶體一起在管外向著反應(yīng)器頂部向上移動返回。其后廢水再次進入管的頂部。從而，該連續(xù)混合作用導(dǎo)致廢水被下吸通過管，從管出來，并在反應(yīng)器側(cè)向上，且向下返回通過管。這種類型的混合作用促進有效的結(jié)晶過程，其中沉淀物傾向于生長得更大。在晶體或沉淀物的尺寸增大以后，將來自混合反應(yīng)器27的流出物經(jīng)由泵28引向膜過濾器30。通常，在約30 ps1-約60 psi壓力下將來自混合反應(yīng)器27的流出物引導(dǎo)通過膜過濾器30。
[0044]膜過濾器30除去懸浮的固體和顆粒。本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)和過程有效處理通常包括游離的油和甚至乳化的油的產(chǎn)出水。參見圖1A。膜過濾器30有效除去游離的油和乳化的油兩者。使用膜過濾器30除去游離的油和乳化的油提高下游反滲透單元60、70的壽命。通常，反滲透單元的制造商建議反滲透單元的截留流其中應(yīng)具有不大于I ppm的游離的油。因此，在反滲透單元中處理之前，優(yōu)選從廢水或產(chǎn)出水除去盡可能多的游離的油和乳化的油。因此，在一個實施方案中，期望通過膜過濾器30產(chǎn)生的濾液的總硬度低于50 mg/I CaCO3,游離的油濃度低于0.50 mg/Ι,并且池度低于0.5。如上所述,膜過濾器30產(chǎn)生截留流，其中將至少一部分截留流通過再循環(huán)管線32引向混合反應(yīng)器27，在這里將其與混合反應(yīng)器27中的廢水混合。將另一部分截留流引向廢物管線34，其將截留流從膜過濾器30引向過濾壓機36。過濾壓機36從引向再循環(huán)管線38和引向化學(xué)軟化單元20的截留流除去過量的水。將由過濾壓機36回收的剩余的固體引向處置。
[0045]膜過濾器30還產(chǎn)生通過濾液管線39引向離子交換單元40的濾液。當(dāng)濾液經(jīng)過離子交換單元40時，通過陽離子交換過程除去濾液中的Ca2+和Mg2+。例如，在一個實施方案中，離子交換單元40包括基于Na+的陽離子樹脂。濾液中的Ca2+和Mg2+與樹脂中的Na+交換。此外，存在于濾液中的其它金屬陽離子與樹脂中的Na+交換。因此，離子交換單元40進一步降低廢水的總硬度和降低其它可溶性金屬在水中的濃度。
[0046]當(dāng)離子交換單元 40中的樹脂變得被Ca2+和Mg2+和其它金屬離子飽和時，樹脂需要再生以保持其有效性。為了使樹脂再生，將通過入口 41加入到離子交換單元40中的酸溶液引導(dǎo)通過樹脂。將通過樹脂再生產(chǎn)生的一部分廢物通過再循環(huán)廢物管線44再循環(huán)至化學(xué)軟化單元20。通過入口 45將苛性堿溶液加入到廢物管線44內(nèi)的廢物流中。該加入降低酸性廢物流的pH。將通過樹脂再生產(chǎn)生的另一部分廢物流引向廢物管線46并且送至處置。
[0047]將來自離子交換單元40的經(jīng)軟化的流出物通過管線43從離子交換單元40引向筒式過濾器50，其除去存在于流出物中的細顆粒。通過在筒式過濾器50上游的入口 47，將防垢劑加入到流出物中，為跨越下游反滲透單元60、70的形成污垢的化合物保持可溶化學(xué)平衡。在例如本文描述的過程中，難以通過化學(xué)軟化和在離子交換單元40中軟化消除與反滲透單元相關(guān)的膜結(jié)垢或污損。出于該原因，將防垢劑加入到在第一反滲透單元60前面的進料水或廢水流中。在另一個實施方案中，防垢劑入口 47也可在筒式過濾器50的下游和反滲透單元60的上游布置。經(jīng)過濾的水由經(jīng)過濾水管線52離開筒式過濾器50，并且經(jīng)由泵54引向第一反滲透單元60。為了確保下游反滲透單元不經(jīng)歷廣泛的污損或結(jié)垢，在一個實施方案中，期望來自筒式過濾器50的經(jīng)過濾水的總硬度低于0.20 mg/1 CaCO3，游離的油濃度低于0.50 mg/Ι，并且淤泥密度指數(shù)低于4.0。
[0048]第一反滲透單元60降低存在于水中的有機物、二氧化硅、硼和總?cè)芙夤腆w。因此，第一反滲透單元60產(chǎn)生具有相對高濃度的污染物的截留流和具有相對低濃度的污染物的經(jīng)處理流出物流。將截留流通過截留管線61引向廢物管線46用于處置。將經(jīng)處理的流出物或滲透物通過經(jīng)處理流出物管線62引向排放區(qū)域或使經(jīng)處理的流出物經(jīng)受另外處理的點。在一個實施方案中，期望第一反滲透單元60的經(jīng)處理的流出物或滲透物的傳導(dǎo)率低于1，000 μ S/cm。在經(jīng)處理流出物管線62中，通過入口 63將二氧化碳(CO2)注入經(jīng)處理的流出物。加入CO2降低廢水的pH。如上所討論的，來自反滲透單元60的經(jīng)處理的流出物通常具有高pH。當(dāng)將CO2加入到水中時，其溶解并且形成碳酸&0)3，通常為弱酸。因此，當(dāng)經(jīng)處理的流出物排放或經(jīng)受下游處理并且需要向下調(diào)節(jié)PH時，加入CO2是有益的。
[0049]以下出現(xiàn)的表1為上述過程中處理的冷卻塔泄料進料水的示例性數(shù)據(jù)的匯總。注意到，1丐硬度在化學(xué)軟化單元20中從500 ppm降低至8 ppm。此外,鎂硬度在化學(xué)軟化單元中從100 ppm降低至2 ppm ο此外,二氧化娃在化學(xué)軟化單元中從150 ppm降低至80 ppm。再者，在化學(xué)軟化過程中pH升高至10.7。下表涉及游離的油、乳化的油和可溶性油。如本文使用，如果油顆粒為30 μ m或更大，則其稱為游離的油。如果油顆粒為1-30 μπι，則其稱為乳化的油。如果油顆粒小于I ym，則其稱為可溶性油。
[0050]注意到，化學(xué)軟化單元20不降低進料水的總堿度。而化學(xué)軟化單元實際上提高進料水的堿度。例如，在初步測試中并且如下描述的，進料水的總堿度以CaCO3計為150 ppm。在化學(xué)軟化單元中處理后，流出物的總堿度以CaCO3計為400 ppm。僅在RO系統(tǒng)中處理后出現(xiàn)總堿度降低。在水中保持高堿度提高經(jīng)過RO系統(tǒng)的水中的有機物的截留率。
[0051] 表1
【權(quán)利要求】
1.一種由油井或氣井回收油或氣體并處理所得到的產(chǎn)出水的方法，所述方法包括: a.由所述油井或氣井回收油/水或氣體/水混合物； b.將油從所述油/水混合物中分離或?qū)怏w從所述氣體/水混合物中分離，以產(chǎn)生油或氣體產(chǎn)物和所述產(chǎn)出水，并且其中所述產(chǎn)出水包括有機物、二氧化硅、硬度、溶解固體和懸浮固體； c.通過化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水降低所述產(chǎn)出水的硬度，這導(dǎo)致形成硬度沉淀物； d.將所述產(chǎn)出水的pH提高至10.5和以上； e.將具有所述10.5和以上pH的所述產(chǎn)出水引向混合槽，并且在所述混合槽中混合所述產(chǎn)出水和導(dǎo)致所述沉淀物在所述產(chǎn)出水內(nèi)結(jié)晶； f.在結(jié)晶后，通過將所述產(chǎn)出水引導(dǎo)通過過濾膜，從所述產(chǎn)出水除去游離的油和晶體，并且產(chǎn)生膜流出物和含有游離的油和所述晶體的截留流； g.將至少一部分所述截留流再循環(huán)至混合槽并導(dǎo)致截留流中的晶體生長得更大； h.將所述膜流出物引向離子交換單元，通過從中除去殘余的鈣和鎂硬度進一步軟化所述膜流出物，并產(chǎn)生離子交換流出物和廢物流；和 1.在進一步軟化所述膜流出物之后，將所述離子交換流出物引向至少一個反滲透單元，并且從所述離子交換流出物除去溶解固體，并產(chǎn)生滲透流和截留流。
2.權(quán)利要求1的方法，其中化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水包括將氧化鎂(MgO)與所述產(chǎn)出水混合，以形成氫氧化鎂(Mg(OH)2)，使得所述產(chǎn)出水中的二氧化硅被吸附到所述Mg(OH)2上。
3.權(quán)利要求1的方法，其中化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水包括通過使氫氧化鈣(Ca(OH)2)與所述產(chǎn)出水混合，降低所述產(chǎn)出水的硬度，使得所述產(chǎn)出水中的二氧化碳(CO2)、碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2)和碳酸氫鎂(Mg(HCO3)2)與所述Ca (OH) 2反應(yīng)，以沉淀碳酸鈣(CaCO3)和氫氧化鎂(Mg(0H)2)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水包括通過以下降低所述產(chǎn)出水的硬度: a.使Ca(OH)2與所述產(chǎn)出水混合，使得所述產(chǎn)出水中的硫酸鎂(MgSO4)和氯化鎂(MgCl2)與所述Ca(OH)2反應(yīng)，以沉淀氫氧化鎂(Mg(OH)2);和 b.使Na2CO3與所述產(chǎn)出水混合，使得所述產(chǎn)出水中的硫酸鈣(CaSO4)和氯化鈣(CaCl2)與所述Na2CO3反應(yīng)，以沉淀CaC03。
5.權(quán)利要求1的方法，其中化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水包括向所述產(chǎn)出水中加入苛性堿。
6.權(quán)利要求6的方法，其中向所述產(chǎn)出水中加入所述苛性堿包括向所述產(chǎn)出水中加入氫氧化鈉(NaOH)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個反滲透單元包括第一反滲透單元和第二反滲透單元，并且其中所述方法包括將所述滲透流從所述第一反滲透單元引向所述第二反滲透單元，并且其中所述兩個反滲透單元從所述產(chǎn)出水除去有機物、溶解固體和硼。
8.權(quán)利要求7的方法，所述方法還包括降低所述產(chǎn)出水流中氫氧化銨的濃度。
9.權(quán)利要求8的方法，其中降低所述產(chǎn)出水流中氫氧化銨的濃度包括引導(dǎo)來自所述第二反滲透單元的第二滲透流通過陽離子交換樹脂，使得所述陽離子交換樹脂中的氫離子與所述氫氧化銨中的銨離子交換。
10.權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括使來自所述至少一個反滲透單元的滲透流中的有機內(nèi)含物氧化。
11.權(quán)利要求10的方法，其中氧化所述有機內(nèi)含物包括將過氧化氫(H2O2)與所述滲透流混合和使用紫外輻射輻照所述H2O2，以產(chǎn)生使所述滲透流中的有機內(nèi)含物氧化的羥基自由基(H0.) ο
12.權(quán)利要求11的方法，所述方法還包括在氧化所述有機內(nèi)含物之后向所述滲透流中加入硫酸氫鹽溶液，以從所述經(jīng)處理的水流除去殘余的H202。
13.權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括通過將所述產(chǎn)出水引導(dǎo)通過在所述過濾膜下游和所述反滲透單元上游布置的換熱器，冷卻所述產(chǎn)出水。
14.權(quán)利要求13的方法，其中冷卻所述產(chǎn)出水還包括將所述經(jīng)處理的水流的溫度降低至約95 更低。
15.權(quán)利要求1的方法，所述方法 還包括在化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水之前，將所述產(chǎn)出水引向脫氣單元和除去所述產(chǎn)出水中的溶解氣體。
16.權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括在化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水之前，將所述產(chǎn)出水引向氣體浮選單元和除去所述產(chǎn)出水中的總有機碳。
17.權(quán)利要求16的方法，所述方法還包括: a.向所述產(chǎn)出水中加入酸，使得所述產(chǎn)出水中的碳酸鹽和碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為CO2； b.向所述產(chǎn)出水中加入氯化鐵(FeCl3)，以形成Fe(OH)3，使得所述產(chǎn)出水中的碳被吸附到Fe(OH)3上； c.向所述產(chǎn)出水中加入聚合物； d.引導(dǎo)氣體向上通過所述產(chǎn)出水，使得所述產(chǎn)出水中的懸浮固體朝向所述產(chǎn)出水的表面向上移動；和 e.從所述產(chǎn)出水除去所述懸浮固體。
18.權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括在所述混合槽中將游離的油吸附到所述晶體上。
19.權(quán)利要求9的方法，所述方法還包括: 在引導(dǎo)所述產(chǎn)出水通過所述陽離子交換樹脂之后，通過以下氧化所述產(chǎn)出水中的有機內(nèi)含物:使過氧化氫(H2O2)與所述產(chǎn)出水混合，和使用紫外輻射輻照所述H2O2，以產(chǎn)生使所述經(jīng)處理的水流中的有機內(nèi)含物氧化的羥基自由基(H0.)。
20.權(quán)利要求19的方法，所述方法還包括在氧化所述有機內(nèi)含物之后向所述產(chǎn)出水中加入硫酸氫鹽溶液，以從所述產(chǎn)出水除去殘余的h2o2。
21.權(quán)利要求19的方法，所述方法還包括通過將所述產(chǎn)出水引導(dǎo)通過在所述過濾膜下游和所述反滲透單元上游布置的換熱器，冷卻所述產(chǎn)出水。
22.權(quán)利要求21的方法，其中冷卻所述產(chǎn)出水還包括將所述經(jīng)處理的水流的溫度降低至約95 更低。
23.權(quán)利要求21的方法，所述方法還包括在化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水之前，將所述產(chǎn)出水引向氣體浮選單元和除去所述產(chǎn)出水中的總有機碳。
24.權(quán)利要求21的方法，所述方法還包括在化學(xué)軟化所述產(chǎn)出水之前，將所述產(chǎn)出水引向脫氣單元和除去所述產(chǎn)出水中的溶解氣體。
25.權(quán)利要求1的方法，所述方法包括在結(jié)晶后，通過將所述產(chǎn)出水引導(dǎo)通過陶瓷膜，從所述產(chǎn)出水除去游離的油和晶體，并產(chǎn)生所述膜流出物和含有游離的油和晶體的截留流。
26.權(quán)利要求1的方法，所述方法包括 將所述產(chǎn)出水的pH提高至10.5-11.5。
【文檔編號】C02F9/00GK104185610SQ201280028683
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月12日
【發(fā)明者】L.納哈潘 申請人:威立雅水務(wù)技術(shù)支持公司