申请日2013.11.21
公开(公告)日2015.09.09
IPC分类号C02F9/00; C02F1/463; C02F1/58; C02F1/44; E21B43/20
摘要
一种通过增强多步骤电凝聚方法从水中增强移除杂质的方法，包括电凝聚、固体分离、硬度移除、结晶和任选的反渗透和蒸发净化。本发明的实施方案可在显著节约时间、能量和化学品使用下移除多种杂质。还报道了零液体排放选项。
权利要求书
1.一种净化水流的方法，包括：
通过电凝聚处理水流;
通过硬度移除单元处理所述水流;
通过如下组的至少一个成员处理所述水流：反渗透、纳滤、结晶器 和蒸发器。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括调节通过电凝聚处理水流步 骤的停留时间以调节所述水流的pH。
3.根据权利要求1的方法，其中所述方法移除硼、二氧化硅、钙、 镁、碳酸氢盐、颜色、有机物、油、锶和磷酸盐。
4.根据权利要求1的方法，其中通过反渗透对水进行处理，且其中 反渗透处理以多于一个渗透阶段的方式进行，随后软化或电去离子化。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括在通过反渗透处理水流之前， 通过纳滤、微滤和超滤的至少一个处理所述水流。
6.根据权利要求1的方法，进一步包括通过蒸发器处理所述水流。
7.根据权利要求1的方法，进一步包括通过结晶器处理所述水流。
8.根据权利要求6的方法，进一步包括通过结晶器处理所述水流并 由所述结晶器收集盐水淤浆和盐。
9.根据权利要求1的方法，其中电凝聚方法在多个阶段中进行。
10.根据权利要求1的方法，其中通过微滤和超滤的至少一个处理水 的步骤在通过硬度移除单元处理水的步骤之前进行。
11.根据权利要求1的方法，其中电凝聚期间的水流温度为80-90°。
12.根据权利要求1的方法，进一步包括用来自反渗透单元、结晶器 和蒸发器中的至少一个的盐水再生硬度移除单元。
13.根据权利要求1的方法，其中电凝聚步骤由所述水流产生了包含 油、有机物、有色化合物、硬度、二氧化硅、硼及其组合中的至少一种 的大部分的分级污泥。
14.根据权利要求1的方法，其中所述方法不需要添加除了在该处理 的电凝聚部分期间的聚电解质之外的化学品。
15.根据权利要求1的方法，其中通过反渗透对所述水流进行处理从 而产生截留物，进一步包括通过膜蒸馏处理所述截留物并产生馏出液和 浓缩物，任选随后用结晶器对所述浓缩物进行处理。
16.根据权利要求1的方法，其中所述水流为选自如下组的水的输入 或产物：海上采油水、海上采气水、油聚合物注采水、经温石灰软化的 水、煤制化学品(“CTX”)工艺水、烟道气脱硫水、煤层气(“CSG”) 水、煤床甲烷水、陆上采油水、陆上采气水、水力压裂水、页岩气开采 水、包含大量生物含量的水、电厂水、低盐度采油水、海上低盐度采出 水和冷却塔排污水。
17.根据权利要求1的方法，进一步包括在各电凝聚步骤之后从所述 水流中分离固体。
18.根据权利要求1的方法，进一步包括将来自电凝聚的水流的至少 一部分提供给离子交换单元以移除硬度，并将经软化的水由离子交换单 元送至蒸发器。
19.根据权利要求1的方法，进一步包括调节通过电凝聚处理水流的 步骤的停留时间，从而调节所述水流的pH。
20.一种净化水流的方法，包括：
通过电凝聚处理水流;
从所述水流中分离固体;
将所述固体送去处置;
通过硬度移除处理所述水流;
用超滤膜和微滤膜的至少一种处理所述水;
通过至少一个反渗透和蒸发以及任选的结晶处理所述水流，从而产 生净化水和截留物流;
任选将截留物流由反渗透、蒸发和任选的结晶送至膜蒸馏单元以进 行另外处理;
由膜蒸馏单元收集馏出液;
其中将截留物流送至膜蒸馏单元，任选将来自膜蒸馏单元的盐水送 去处置或者将来自膜蒸馏单元的盐水送至结晶器;和
当将盐水送至结晶器时，由所述结晶器收集盐。
21.根据权利要求20的方法，进一步包括通过第二阶段反渗透处理 反渗透的渗出物，且任选进一步用软化器或电离子化单元对来自第二阶 段反渗透的渗出物进行处理。
22.根据权利要求20的方法，其中硬度移除通过离子交换进行。
23.根据权利要求20的方法，进一步包括调节通过电凝聚处理水流 步骤的停留时间，从而调节所述水流的pH。
24.根据权利要求20的方法，其中电凝聚方法在多个阶段中进行。
25.根据权利要求20的方法，其中电凝聚期间的水流温度为80-90°。
26.根据权利要求20的方法，其中电凝聚步骤由所述水流产生了包 含油、有机物、有色化合物、硬度、二氧化硅、硼及其组合的至少一种 的大部分的分级污泥。
27.根据权利要求20的方法，其中所述方法不需要添加除在所述处 理的电凝聚部分期间的聚电解质之外的化学品。
28.一种净化水流的方法，包括：
通过电凝聚处理水流;
从所述水流中分离固体;
将所述固体送去处置;
通过硬度移除处理所述水流。
29.一种净化水流的方法，包括：
在第一组条件下通过电凝聚处理水流;和
在第二组条件下通过电凝聚处理水流，
其中第二组条件不同于第一组条件。
30.根据权利要求29的方法，其中电凝聚使用阴极和选自牺牲阳极 或非牺牲阳极或非牺牲阳极与金属促凝剂的组合的阳极材料进行。
31.根据权利要求30的方法，其中非牺牲阳极由选自石墨、钛、铂 和钽的材料制成。
32.根据权利要求31的方法，其中金属促凝剂包括至少一种铁盐和 铝盐。
33.根据权利要求29的方法，进一步包括在于第一组条件下通过电 凝聚处理水流和于第二组条件下通过电凝聚处理水流之间从所述水流中 分离固体。
34.根据权利要求29的方法，其中所述水流为选自如下组的水的输 入或产物：海上采油水、海上采气水、油聚合物注采水、经温石灰软化 的水、煤制化学品(“CTX”)工艺水、烟道气脱硫水、煤层气(“CSG”) 水、煤床甲烷水、陆上采油水、陆上采气水、水力压裂水、页岩气开采 水、电厂水、低盐度采油水、包含大量生物含量的水、海上低盐度采出 水和冷却塔排污水。
35.根据权利要求29的方法，其中所述第二组条件与所述第一组条 件的不同之处在于至少一个选自如下的方面：电极间距、pH、停留时间、 电极材料、电流密度和水温。
36.根据权利要求29的方法，进一步包括在第三组条件下通过电凝 聚处理所述水流，其中第三组条件不同于第一组条件和第二组条件。
37.根据权利要求29的方法，其中第一组条件和第二组条件各自选 择性移除选自如下组的至少一种杂质的大部分：有机物、颜色、硼、二 氧化硅、钙、镁、碳酸氢盐、油、锶和磷酸盐;且其中通过第一组条件 移除的至少一种杂质不同于通过第二组条件移除的至少一种杂质不同。
38.根据权利要求29的方法，进一步包括用至少一种选自如下组的 成员处理采出水：蒸发、硬度移除、膜过滤、结晶和反渗透。
39.一种处理重油开采用水的方法，包括：
(a)将获自第一注入井的油水混合物分离成油和采出水的单独混合 物;
(b)将所述采出水作为电凝聚给水送至电凝聚系统的集管;
(c)通过在第一组条件下电凝聚而处理所述采出水;
(d)通过在第二组条件下电凝聚而处理所述采出水，其中第二组条 件不同于第一组条件;
(e)用所述采出水产生蒸汽;和
(f)将所述蒸汽送至第二注入井中，其中所述第二注入井可与第一 注入井相同或不同。
40.根据权利要求39的方法，进一步包括用硬度移除单元处理所述 采出水。
41.根据权利要求40的方法，其中用所述采出水产生蒸汽的步骤还 产生了锅炉排污水，进一步包括用蒸发器和结晶器处理锅炉排污水。
42.一种处理重油开采用水的方法，包括：
(a)将获自第一注入井的油水混合物分离成油和采出水的独立混合 物;
(b)将所述采出水作为电凝聚给水送至电凝聚系统的集管;
(c)通过在第一组条件下电凝聚而处理所述采出水;
(d)通过在第二组条件下电凝聚而处理所述采出水，其中第二组条 件不同于第一组条件;
(e)在通过电凝聚处理所述采出水的步骤之后，从所述采出水中移 除固体;
(f)从所述采出水中移除硬度;
(g)通过选自如下组的至少一种方法处理所述采出水：反渗透、结 晶、蒸发、超滤、纳滤和微滤;
(h)用所述采出水产生蒸汽;和
(i)将所述蒸汽送至第二注入井中，其中所述注入井可与第一注入 井相同或不同。
43.根据权利要求42的方法，其中通过蒸发和结晶中的至少一种处 理所述采出水。
44.根据权利要求42的方法，其中通过反渗透处理所述采出水。
45.根据权利要求42的方法，其中通过膜过滤方法处理所述采出水。
46.一种净化含有机和无机污染物的水流的方法，包括：通过电凝聚 处理水流，其中电凝聚使用阴极、非牺牲阳极和金属促凝剂进行。
47.根据权利要求46的方法，其中无机污染物选自二氧化硅、硬度、 硼和磷酸盐。
说明书
水处理方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年12月7日提交的美国临时专利申请第 61/734,606号和于2013年9月27日提交的印度专利申请第 2873/DEL/2013号的优先权。这两篇申请通过引用并入本文。
发明背景
发明领域
本发明的实施方案涉及用于水处理的方法和装置。优选实施方案利 用了电凝聚和一种或多种其它处理选项的组合。
相关技术背景
“采出水”是用于油、气或其它烃开采中的水。对采出的水进行处 理以除去杂质通常涉及各种预处理方法。通常实施杂质移除，从而能通 过锅炉产生蒸汽和再循环。在常规处理方法中，将处于高pH下且包含 显著量溶解和沉淀杂质(包括但不限于二氧化硅、硬度、硼、碱度、有机 物和颜色)的采出水引入蒸发器中。如果不进行处理，则这些杂质将在水 于蒸发器中浓缩并回收馏出液时产生结垢、起泡、沉淀和其它不希望的 效果。由常规蒸发方法产生的盐水难以处理。这是因为在中和期间产生 凝胶状胶态二氧化硅混合物。在使用常规技术下，所述盐水无法在零液 体排放方法中借助结晶器转化成固体，这是因为大量有机物的存在会使 得其呈焦油状且难以处理。
取决于包括采出水的初始来源、用于烃的开采方法和烃移除的场所 在内的因素，采出水可包含不同的污染物。典型地，二氧化硅、硬度、 油和有色有机物被认为是采出水中的主要污染物。例如，油砂抽提方法 (通常称为蒸汽辅助重力泄油或“SAGD”)中所用的采出水为已用于通过 将蒸汽注入具有油砂的区域中而采油的水。SAGD方法包括回收蒸汽和 油流二者。在初始油分离之后，通常对水进行处理。所存在的导致结垢、 沉淀或盐水处理问题的主要污染物包括硼、二氧化硅、硬度、油和赋予 颜色的天然存在的成分和有机物。
常规水净化方法典型地围绕包括控制一种或多种污染物以容纳结垢 或沉淀的处理设计。这些方法不能完全解决所有污染物的移除、调节和 处理以使得所述方法就操作可靠性而言稳健和由于停车时间造成的生产 率损失的问题。常规方法还需要用于操作的昂贵化学品和频繁清洁以克 服结垢问题。现有常规方法均未总体上解决二氧化硅、硬度和结垢离子 如硼和锶，或赋予颜色的化合物和总有机碳(TOC)的移除。这导致需要 后续处理和消耗显著量的化学品。常规方法还需要用于化学品处理和储 存的设施。一些方法进一步要求固体储存、处理和卸载系统。
出于许多原因，采出水，尤其是油砂采出水难以通过反渗透(“RO”) 方法处理。这些包括例如在预处理工艺发挥作用所经历的难度水平，这 同样是由于存在大量污染物和所需的不同处理的复杂度所致。即使在大 量预处理且在使用不同化学品后，仍不能将二氧化硅、硬度、油和有机 物处理至正确的水平，同时还使得浊度和SDI处于可通过RO处理的正 确范围内。因此不认为RO方法适用于采出水，尤其是油砂采出水。
发明简述
我们提出了一种全面的水处理方案，其包括处理污染物，包括但不 限于二氧化硅、硬度、硼、磷酸盐、碱度、颜色、胶体、油和有机物。 处理依赖于随后的浓缩和渗透或馏出液回收方法和质量要求。所述方案 可进一步解决盐水处理和中和问题，且应进一步允许实现零液体排放 (ZLD)，从而具有最低的环境影响。
我们的方案可包括膜方法，其可导致资金成本的有益降低。如果采 用所述选项，则可以以较低成本回收90%的可用水，而10%的水则需要 使用蒸发器，尤其是在要求ZLD方法时。
其它实施方案可提供连续的电凝聚步骤。例如，可实施2个、3个、 4个或更多电凝聚步骤以连续除去杂质。
