專利名稱：固－液分離和/或分離乳化液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含固體物料的液體的固-液分離和/或乳化液的分離方法。
“三維”過濾方法業(yè)已使用。這些方法包括使含固體物料的液體通過無機(jī)過濾層，該過濾層是由如砂子或卵石組成的。雖然成本低廉，但這些無機(jī)過濾層存在如下的缺點過濾層是由比重大的顆粒組成的，從整體上說要求過濾單元具有非常堅固的結(jié)構(gòu)。此外，通常使用的無機(jī)過濾層的高比重意味著，在其再生步驟中，它們需要非常高的能量輸入。這需要非常高性能的再生系統(tǒng)。常規(guī)使用的無機(jī)過濾層的空隙體積也較小，約為25-30％(體積)，導(dǎo)致負(fù)載容量較小，約為5kg固體物料/m3。這使得必須頻繁對過濾層進(jìn)行再生處理。常規(guī)使用的過濾顆粒的粒徑較小也要求昂貴的停留設(shè)備。
通常，人們希望同時對被過濾的液體進(jìn)行生物處理。但是，在實踐中，由于結(jié)合在相對平滑的過濾顆粒上的生物量在再生過程中從過濾單元中被除去以及過濾層的部分充氣，使得實際上同步生物凈化歸于失敗。
分離乳化液，特別是烴-水乳化液經(jīng)常是必須的。例如，石油常常夾帶在巖石孔中。為了提取石油，必須向巖石中注水，用水載著石油至地表面。然后，再將石油從水中潷析出來，但仍會留有殘余的石油-水乳化液。
迄今，分離乳化液需要昂貴的費用。此外，這種方法通常也難于得到令人滿意的產(chǎn)率。
本發(fā)明的目的是提供了一種用于固-液分離和/或乳化液的分離方法，該方法可以避免上述常規(guī)方法的缺點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的使含固體物料的液體和/或乳化液通過一層由松散過濾顆粒組成的過濾層(3)，這些過濾顆?；旧鲜瞧矫鏍畹?，且相互之間易于移動，顆粒的厚度約為5-1500μm，表面積約為5-1000mm2，該過濾層通過至少一個篩子(4)保持在過濾貯器(2)中，在該方法中，至少大部分的固體和/或乳化液滴沉積在過濾顆粒上，剩余的液體通過過濾層(3)后，經(jīng)篩子(4)從過濾貯器(2)中排出。
本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方案表明，在過濾層(3)的再生過程中，首先中斷過濾貯器(2)中的液體排出。此后，攪拌過濾顆粒，使至少大部分的固體和/或乳化的液滴進(jìn)入液體。隨后從過濾貯器(2)中排出含固體和/或乳化液滴的液體。
優(yōu)選過濾顆粒的厚度為約15m-500μm。
與常規(guī)過濾方法相反，本發(fā)明的方法不使用所謂三維形狀的無機(jī)過濾顆粒，而是使用相當(dāng)薄的、像薄膜的過濾顆粒，形成一層松散的過濾層。
這種層狀或紙屑狀結(jié)構(gòu)使這些過濾顆粒具有良好的分離能力。以其低的比重(優(yōu)選1g/mm3)，這些過濾顆粒易于流化，形成過濾顆粒的準(zhǔn)浮游過濾層，顆粒相互間能夠有輕微的移動。此外，由這些過濾顆粒組成的過濾層具有高空隙體積，約為75％(體積)，因而具有非常高的載荷能力。
因此，過濾層需要再生的頻次減少。本發(fā)明建議的粒徑也可通過篩子方便地停留住過濾顆粒。
在再生過程中，輕的像薄膜狀的過濾顆?？梢酝ㄟ^輕質(zhì)弱再生系統(tǒng)向上旋起，而無須大的能量輸入，其作用使停留在過濾層中的固體物料和/或沉積在過濾顆粒上的乳化液滴進(jìn)入液體中。隨后可從過濾貯器中排出含固體和/或乳化液滴的液體。
由于過濾顆粒通過篩子停留，就有可能對旋起的過濾層施以再生技術(shù)，這是有別于現(xiàn)有技術(shù)的。因此，按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，在過濾層再生時，從過濾貯器中一批一批地(in sudden bursts)排出富含固體的液體和/或乳化液。利用連接在篩子下游的排出管能夠有效地一批批地通過抽吸而排出富含固體和/或乳化液滴的液體。另一個優(yōu)選的再生手段是增加過濾貯器中的氣壓。
如果本方法用于分離乳化液，那么優(yōu)選在再生步驟中對過濾層進(jìn)行萃取處理。也可以將過濾層棄去，替換新的。對固-液分離而言，過濾層也可通過旋起(whirling-up)方法再生，其中沉積于過濾顆粒上的乳化液滴進(jìn)入液體。由此轉(zhuǎn)移入液體的乳化液滴通常浮于液體的表面上，這是因為它們通常比液體的比重小。這是水包油乳化液的情形。然后，乳化液滴可以從液體中潷析出去。
由于本發(fā)明所用的過濾顆粒吸收乳化液滴的能力特別高，有可能采用本發(fā)明的方法使少量再生液體中包含高濃度的乳化液滴。這大大有利于使乳化液滴從再生液體中潷析出來。
使用本發(fā)明的方法可以分離所有可以想象的乳化液。該方法特別適用于分離烴-水乳化液。例如，可以分離在石油提取過程中出現(xiàn)的水包油乳化液。
但是，本方法也可以用于由于烴引起的破壞情形的處理。特別是可采用本發(fā)明的方法處理被油污染的液體，以從液體中分離出油。
優(yōu)選過濾顆粒單位面積的重量為約10-500g/m2。這可確保過濾顆粒能在過濾層內(nèi)部移動，因此增加過濾性能。此外，過濾顆?？稍谠偕^程中溫和地被旋起。
按照本發(fā)明的主題，過濾顆粒的表面由熱平滑的“羊毛狀”材料組成，該材料在微觀上有殘余羊毛狀結(jié)構(gòu)。而從宏觀上看，這種性質(zhì)的過濾顆粒具有平滑的外觀，不透明密膜，而在微觀上其具有由分支和可穿透開孔組成的殘余羊毛狀結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選在所用的過濾顆粒表面上有熱平滑的羊毛狀表面，該表面由纖絲分支組成，纖絲的直徑為5-500μm，穿透開孔直徑為1-1000μm。
過濾顆粒的熱平滑羊毛狀表面的作用在于這些顆粒甚至可承接非常小直徑的固體物料顆粒。從另一個方面看，這種熱平滑羊毛狀表面賦予過濾顆粒必要的機(jī)械穩(wěn)定性，從而使得后者能承受甚至是激烈的再生過程而不會有持續(xù)的損壞。
優(yōu)選采用PE和/或PP基合成材料作為羊毛狀材料。熱平滑的羊毛狀材料可以下述方式制造沿寬度方向?qū)⒀蛎珷畈牧纤腿爰訜岬男D(zhuǎn)金屬輥子，壓制，以便更大程度地將纖絲熔合在一起。
希望使用的過濾顆粒是由在其上施加有熱平滑的羊毛狀材料的載體箔組成的。本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施方案是使用在第二生產(chǎn)階段再次蓋以羊毛狀材料的具有熱平滑的羊毛狀表面的過濾顆粒。
此外，對所用的過濾顆?？梢赃M(jìn)行電暈處理。這包括放電，其中釋放出臭氧，它進(jìn)攻顆粒材料的基質(zhì)，并產(chǎn)生自由價。這樣，顆粒表面的電性質(zhì)被改變，從而使固體材料更易于被收集在表面上和/或使乳化液滴更易于沉積在表面上。
本發(fā)明的另一個方面是使用經(jīng)β射線處理的過濾顆粒。也優(yōu)選使用火焰可穿孔的過濾顆粒，其中使用火焰在過濾顆粒中熔化出穿孔。
按照本發(fā)明的主題，通過使用用活性碳、沸石或二氧化鈦浸漬過的過濾顆?？蛇M(jìn)一步增強(qiáng)過濾效果。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實施方案中，為了達(dá)到同時對液體進(jìn)行生物凈化處理的目的，可對過濾顆粒施用生物量。另外，設(shè)定的條件應(yīng)允許使生物量自發(fā)生長。用于本發(fā)明的過濾顆粒為微生物的菌落形成提供了理想的條件。過濾顆粒的大表面積及過濾顆粒在過濾層內(nèi)的移動使得生物凈化性能良好。
特別是，本發(fā)明的過濾方法可用于同時對污水或飲用水進(jìn)行殘余物脫氮處理。為此，在過濾層中保持一種缺氧環(huán)境。此外，為了以這種方式脫氮，可加入例如丙酮醇(CH3OH)。另一種選擇是進(jìn)行殘余物硝酸化處理，其中采用包含氧氣的氣體至少部分對過濾層通氣。
本發(fā)明方法的優(yōu)點在于由于過濾層的結(jié)構(gòu)可以允許較高的過濾負(fù)載，與砂濾器比較，可節(jié)省高達(dá)40％的投資經(jīng)費。通過減輕結(jié)構(gòu)并弱化再生系統(tǒng)可進(jìn)一步減少開支。在過濾再生方法中，與能量相關(guān)的花費也減少至少40％。無須花費很大的費用，也可使用過濾材料將現(xiàn)有的過濾單元進(jìn)行改造，并非常適于同時重復(fù)脫氮處理。對于改造污水處理廠，這是特別有益的。
以下幾段借助示于示意圖中的舉例性實施方案，對本發(fā)明進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。
將欲過濾的污水經(jīng)入口1送至過濾貯器2中。在過濾貯器2中設(shè)有由相互間易于移動的松散過濾顆粒形成的過濾層3。所用的過濾顆粒主要是平面狀的顆粒，其厚度約為500μm，表面積約為100(mm)2。過濾顆粒的單位面積重量約為30g/m2。過濾顆粒由聚丙烯制成的載體箔組成，在其上面粘有微觀上有殘余羊毛狀結(jié)構(gòu)的熱平滑的羊毛狀材料。殘余的羊毛狀結(jié)構(gòu)具有纖絲分支，纖絲的直徑約為10μm，穿透開孔直徑約為100μm。在過濾貯器2的較低區(qū)域設(shè)置有篩子基底4。該篩子基底4保持過濾層3在過濾貯器2中。在篩子基底下面設(shè)有廢水管5，經(jīng)廢水管5排出過濾的液體。所述的過濾單元按照所謂的淹沒(flooded)過濾法進(jìn)行操作，即在過濾過程中，液體6的水平高于過濾層3。
在再生過濾層3的過程中，通過閥10將廢水管5關(guān)閉，經(jīng)氣體入口管7將再生用空氣通入過濾貯器2的較低區(qū)域中。這使過濾層3中的顆粒被旋起，沉積在過濾顆粒上的固體進(jìn)入液體中。此外，液體的水平應(yīng)升高至再生液體水平8。
此后，打開廢水管5支路上的閥9，從過濾貯器2中一批一批地(in suddenbursts)將含有固體物料的液體放出。
與常規(guī)的砂濾器比較，使用本發(fā)明的方法可以顯著降低能量消耗成本。在沙子過濾法中，在砂濾器的再生過程中，在過濾層高1.5m和總過濾貯器高3m下，反壓的壓頭為4.6。與此相反，由于過濾顆粒的比重較低，本發(fā)明的反壓的壓頭僅為3。這可使壓縮機(jī)和泵的進(jìn)料操作節(jié)省約35％。本發(fā)明方法的過濾層負(fù)載能力約為15kg固體物料/m3。因此，本發(fā)明的負(fù)載能力約為砂濾器的3倍多。因此，本發(fā)明的過濾單元也可使用更長的時間。其結(jié)果就是使再生頻次減少，從而進(jìn)一步降低能量消耗。
權(quán)利要求
1.含固體物料的液體的固-液分離和/或乳化液的分離方法，其特征在于，使含固體物料的液體和/或乳化液通過一層由松散的基本上呈平面狀的顆粒所組成的過濾層(3)，所述的顆粒相互間易于移動，顆粒的厚度約為5m-1500μm，表面積約為5-1000mm2，其中所述的過濾層通過至少一個篩子(4)保持在過濾貯器(2)中，至少大部分的固體和/或乳化的液滴沉積在過濾顆粒上，其余的液體通過過濾層(3)，經(jīng)篩子(4)從過濾貯器(2)中排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在再生過濾層(3)時，首先中斷從過濾貯器(2)中排出液體，此后，使過濾顆粒旋起，至少大部分的固體和/或乳化的液滴進(jìn)入液體，隨后從過濾貯器(2)中排出富含固體和/或乳化液滴的液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在再生過濾層(3)時，從過濾貯器(2)中一批一批地排出富含固體和/或乳化液滴的液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于，在再生過濾層(3)時，經(jīng)篩子(4)下游的排出管(5)通過抽吸一批一批地排出富含固體和/或乳化液滴的液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項的方法，其特征在于，在再生過濾層(3)時，增加過濾貯器(2)中的氣壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項的方法，其特征在于，對負(fù)載有乳化液滴的過濾顆粒進(jìn)行萃取處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項的方法，其特征在于，采用單位面積重量約為10-500g/m2的過濾顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項的方法，其特征在于，在所用的過濾顆粒表面上有熱平滑的“羊毛狀”材料，該材料在微觀上具有殘余羊毛狀結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項的方法，其特征在于，在所用的過濾顆粒表面上有熱平滑的羊毛狀材料，該材料具有纖絲分支，纖絲的直徑為5-500μm，穿透開孔為1-1000μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項的方法，其特征在于，所用的過濾顆粒是由施加有熱平滑的羊毛狀材料的載體箔所組成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項的方法，其特征在于，對所用的過濾顆粒進(jìn)行電暈處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項的方法，其特征在于，對所用的過濾顆粒用β射線進(jìn)行處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項的方法，其特征在于，使用火焰可穿孔的過濾顆粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13任一項的方法，其特征在于，所用的過濾顆粒具有熱平滑的羊毛狀表面，且在第二次通過時再次蓋以羊毛狀物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-13任一項的方法，其特征在于，對過濾顆粒用活性碳、沸石或二氧化鈦進(jìn)行浸漬。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項的方法，其特征在于，在過濾顆粒上施加生物量，或者允許生物量自發(fā)生長。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，在過濾層(3)上保持缺氧條件以便同時進(jìn)行生物脫氮處理。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，在過濾過程中，過濾層(3)至少部分地通氣，并且同時進(jìn)行生物硝酸化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含固體材料的液體的固－液分離方法,如用于過濾污水,和/或分離乳化液如水包油乳化液的方法。提供使用由薄的箔樣過濾顆粒制成的過濾層(3)。這些過濾顆粒可通過篩子基底(4)保留。本方法提供了非標(biāo)準(zhǔn)再生技術(shù)的可能性,如將富含固體和/或乳化液滴的液體一批一批地排出,使其通過抽吸及增大過濾器氣體室中的壓力而經(jīng)排出管(5)迅速排出。
文檔編號B01D29/62GK1178479SQ96192542
公開日1998年4月8日 申請日期1996年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月15日
發(fā)明者烏韋·富克斯 申請人:烏韋·富克斯