專利名稱：從水中清除痕量污染的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從水中清除痕量污染的工藝，更確切地說，本發(fā)明提供了一種工藝，該工藝?yán)弥锌绽w維膜從事先經(jīng)處理而清除了粗雜質(zhì)的水源中排除痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物。
本發(fā)明的發(fā)明人研究了一種用于從水和烴或鹵化烴混合物中分離水的工藝，該工藝公開于由Taylor于1988年5月17日申請的美國專利(系列號194984)中。接照該工藝，從含有烴和/或鹵化烴的水混合物中有力而高效地分離出水。從烴和/或鹵化烴中分離出的水可含有溶于水中的痕量級有機(jī)和無機(jī)物，這些物質(zhì)使水帶有不好的氣味，味覺或毒性。在其它情況下，地下水可含有這種痕量雜質(zhì)。此外，還有許多種適用于能從水中清除有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)的水凈化方法，如反滲透，離子交換樹脂，超濾膜，活性炭，蒸餾和其它將這些痕量雜質(zhì)留在處理水中的工藝。
所希望的是，利用從混有烴和鹵化烴的水中分離出水這一申請人發(fā)明的工藝，并且具有這樣的專門能力，即除去如硫化氫，氰化氫等的無機(jī)物質(zhì)，和如甲醇，乙醇等其它物質(zhì)，以及在申請人的共同待批申請中所揭示的其它可透過無孔膜然而濃度很低的無機(jī)和有機(jī)化合物。換言之，申請人提供了一種工藝，可用于分離水和從含有鹵化烴和烴的水混合物中滲透的水溶性物質(zhì)?，F(xiàn)今所期望的是，能從水滲透物(Permeate)中除去那些痕量的水溶性有機(jī)或無機(jī)物。
申請人的和轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利(專利號為4814087)公開了一種燃料輸送系統(tǒng)，它利用交叉流分離(cross flow seperation)(原理)從燃料滯留物流中分離出基本上無水和無顆粒的燃料滲透流。該本發(fā)明具體使用了一切向流分離器，它包括一組件，該組件包括許多中空的疏水性微孔膜纖維，并這些纖維呈一束狀容納于一聚氨基甲酸乙酯管板中。該組件接收來自油箱的柴油機(jī)燃料流，柴油機(jī)燃料含有水和在水中的水溶性物質(zhì)。組件通過一交叉流半透膜分離出從吸進(jìn)的燃料滯留物流滲透的、基本上無水和無顆粒的燃料。于是，該系統(tǒng)提供了一種利用半透膜輸送完全干燥燃料給油箱的裝置。該發(fā)明涉及烴的干燥但并不涉及水本身的凈化。
接照本發(fā)明，提供的一種工藝用于從水源中除去溶解于水源中的痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)，該工藝所包括的諸步驟為使來自包括溶解于水源中的痕量水溶性物質(zhì)的水源的流動(dòng)水與位于一腔體內(nèi)的半透阻擋層的一側(cè)靠近和接觸，并使痕量水溶性物質(zhì)從流水中蒸發(fā)，而蒸發(fā)水則滲透到阻擋層中。從阻擋層和腔體中除去水溶性物質(zhì)，由此進(jìn)一步從流水中蒸發(fā)和除去水溶性物質(zhì)，從容器中便可放出無痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的流水。
在結(jié)合附圖參閱下述詳細(xì)描述后會(huì)對本發(fā)明更好地理解，因而更易于認(rèn)識到本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，其中附圖為

圖1是按本發(fā)明設(shè)置的一系統(tǒng)的示意表示;以及圖2是按本發(fā)明設(shè)置的一過濾裝置的側(cè)視立面圖，其中一部分是剖開的。
圖1表示了一個(gè)用于一按照本發(fā)明的工藝的流體分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)總的以標(biāo)號“10”表示。該系統(tǒng)10包括一過濾組件12，它含有許多用再生亞銅銨纖維素纖維制的無孔自架(self-supportod)中空纖維，并按照公開于申請人于1988年5月17日申請的共同待批專利申請(美國專利，系列號為194，984)中的組件制作和設(shè)計(jì)。一貯罐14容納有污染了烴(如油)的水混合物16，它通過導(dǎo)管18與裝在過濾組件12中的膜的外表面流體連通。利用一泵22加正壓于流動(dòng)水混合物上，使它經(jīng)過一入口20流入過濾組件12中。經(jīng)過位于過濾組件12內(nèi)的諸多中空纖維擴(kuò)散的水靠重力流動(dòng)被收集起來，并通過出口24，26離開過濾組件12，又通過導(dǎo)管28和30送到第二過濾組件34的入口32。
含有再生亞銅銨纖維素或粘膠(纖維素)制的纖維的組件12生成無烴水滲透物，并通過導(dǎo)管28，30被收集起來。該種滲透水是無烴和/或鹵化烴。但是，水滲透物能含有水溶性有機(jī)和/或無機(jī)物質(zhì)，并由和通過再生纖維素纖維使這些物質(zhì)被吸收和擴(kuò)散以溶解于水中。
由于水的分離而被濃縮的滯留混合物經(jīng)過出口36離開組件12，并通過導(dǎo)管38再循環(huán)返回到貯罐14。混合物的連續(xù)循環(huán)濃縮收集在貯罐14內(nèi)的混合物。通過導(dǎo)管40可定期向貯罐14內(nèi)添加混合物。閥門42可選擇性地控制流體混合物經(jīng)過導(dǎo)管40流入貯罐14的流量。
如上面討論的，該閉路再循環(huán)系統(tǒng)從水和烴和/或鹵化烴混合物中分離出水。濃縮的水和烴和/或鹵化烴混合物滯留物通過出口36流出組件12，而含水溶性有機(jī)和/或無機(jī)物質(zhì)的水滲透物經(jīng)過出口24和26流出組件12，并由導(dǎo)管28，30輸送到組件34的入口32。于是，含有溶于水的有機(jī)和/或無機(jī)物質(zhì)的水源流到組件34。
組件34的放大的透視圖如圖2所示。分離組件34包括入口32，滯留物出口33和滲透物出口36。分離組件34包括一外殼38，該外殼內(nèi)裝有許多中空疏水性微孔膜纖維40，這些纖維呈一束狀置于一聚氨甲基酸乙酯管板42中。這些纖維埋置在鄰近于入口和出口32，33的封裝材料44中。每根纖維40包括一中空芯，該芯有一圍繞著該芯延伸的內(nèi)表面。每根纖維40還包括一外表面。諸纖維40的中空芯限定了許多在入口32與滯留物出口33之間起流體連通作用的第一通道，從而限定了一通過分離組件34的第一流路。與諸纖維40的外表面流體連通的外殼38限定了一與滲透物出口36流體連通的第二通道或腔體。
膜纖維40是分隔第一和第二通道的微孔膜。膜纖維40的延伸方向平行于流經(jīng)由諸纖維40的內(nèi)芯限定的第一通道的流體的流路，流體沿切向接觸流路的長度的方向流動(dòng)?；蛘撸髀房山佑|諸纖維40的外表面，滲透物流經(jīng)諸纖維并通過滲透物出口33而離開組件34。
纖維40能包括一層均勻的、用如聚丙烯和四氟化碳(tetrafluoro carbon)樹脂的疏水性材料制作的微孔材料。在該類中所含的樹脂必須在遇到如水和溶解的水溶性組份的親水性之素的環(huán)境時(shí)應(yīng)該是非常耐老化的(degradation)。這種材料的實(shí)例是聚乙烯，聚丙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚砜，尼龍或任何其它與上述諸種材料特性一致的疏水性膜材料。這些材料允許如酚，丙烷和硫化氫的這樣的材料透過，而為液體水的滲透提供一疏水性阻擋層。這樣的纖維能除去溶于水中的痕量物質(zhì)，而產(chǎn)生一對水滲透的絕對的阻擋層。
該阻擋層促使可溶性物質(zhì)從水中蒸發(fā)出來，然后將這些物質(zhì)吸收，這樣就有效地從水中除去痕量污物。換言之，膜材料結(jié)合鄰近的、含有水中溶解的雜質(zhì)的水誘使雜質(zhì)的蒸發(fā)。雜質(zhì)滲透多孔膜，該膜具有從鄰近流動(dòng)水中基本上完全除去痕量雜質(zhì)的能力。
例如，一10英寸組件含有197根中空纖維，每根纖維的內(nèi)徑為0.6毫米，平均孔徑大小為0.20微米。一20英寸組件可含440根中空纖維，每根纖維的內(nèi)徑為0.6毫米，平均孔徑大小為0.20微米。各數(shù)值加/減10%。
再參閱圖1，導(dǎo)管28，30和分離組件34的入口32是作流體連通的。從組件12滲透的水流通過入口32進(jìn)入組件34并流經(jīng)組件34內(nèi)容納的諸中空纖維的內(nèi)芯。按照本發(fā)明，纖維40導(dǎo)致來自流動(dòng)水中的痕量的水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的蒸發(fā)。純水中形成的純水滯留物通過出口33和導(dǎo)管44離開組件34。水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)滲透物通過出口46從組件中除去，并截留在一由48表示的客器內(nèi)。
利用上述裝置10，本發(fā)明提供了一種從通過使用組件12而獲得的水滲透物中除去痕量的水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的新穎的工藝。該工藝總的包括的步驟為使來自容納于導(dǎo)管28，30中的水源的水流與一由裝在分離組件34中的中空纖維膜40限定的半滲透阻擋層的一側(cè)靠近和接觸。分離組件34限定了一容納中空纖維40的腔體，由于流動(dòng)水進(jìn)入多孔膜40中而導(dǎo)致痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的蒸發(fā)。水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)從膜40和最終通過出口46從分離組件34中排出，而無痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的流動(dòng)水通過出口33從組件34中排出。
更確切說，含痕量有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的水流經(jīng)中空纖維膜40的芯。疏水性微孔膜40以意想不到的有效的方式從水中有力地誘發(fā)有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的蒸發(fā)。蒸發(fā)的物質(zhì)靠膜40本身立即從纖維40的芯中除去。這些物質(zhì)通過諸纖維的孔而輸送，并靠一股吹過纖維相反側(cè)的吹掃流(sweepsteam)從纖維中除去。或者，這些物質(zhì)用已知技術(shù)的其它措施除去。該方法在一個(gè)單程(single pass)中全部將痕量的水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)除掉。
出乎意料的，含有即使很低濃度的如硫化氫的物質(zhì)的水流(這些物質(zhì)即使有萬億分之幾的含量，也能易于通過嗅覺而測得)，它在經(jīng)過上述疏水性微孔膜之后，就能變得無氣味了。另外，當(dāng)水流過膜和硫化氫透過膜時(shí)，可在膜的相反側(cè)聞到易察覺的硫化氫的異常氣味。這樣，水在經(jīng)過利用如共同待批專利申請(系列號194984)中描述的工藝或其它方法處理，再按照本發(fā)明除去持久的痕量雜質(zhì)后，其純度能達(dá)到相當(dāng)高的水平。此外，利用本工藝能處理好未經(jīng)處理的地下水以除去溶解在其中的痕量雜質(zhì)。
當(dāng)然，滲透能從纖維的內(nèi)芯通過纖維到纖維的外芯進(jìn)行，或者相反，這取決于所用組件的類型。換言之，膜的滲透側(cè)或可在膜的內(nèi)芯中，或是膜的外表面，這取決于所用的流動(dòng)回路。換句話說，膜是一種中空纖維膜，它有一限定一內(nèi)通道的內(nèi)表面和一容納于一限定一纖維之間的外通道的腔體之中的外表面。含有有機(jī)或無機(jī)水溶性物質(zhì)的水通過其中一個(gè)通道而相應(yīng)的切向流經(jīng)其中一個(gè)表面，而水溶性有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)通過另一通道從另一表面中除去?？商峁┮还纱祾吡饕蕴岣邚慕M件中除去滲透雜質(zhì)的效率。
實(shí)例例1含有1.65%烴混合物及41ppm硫化氫和122ppm酚的水利用如美國專利(系列號194984)所述的工藝先經(jīng)過處理以除去烴污物。利用上述方法生成的凈化水含有百萬分之九十一的酚和11ppm的硫化氫，而含烴量低于十億萬分之一。這種具有特征性的硫化氫氣味的水以2加侖/分鐘的流速流經(jīng)一表面積為20平方米的疏水性聚丙烯膜分離組件(見圖1)的諸孔中。沒有液體水從膜的一側(cè)泄漏(escape)到另一側(cè)，而當(dāng)硫化氫透過膜后，就能靠嗅覺而測出。
對從膜分離組件出口收集到的水樣進(jìn)行化學(xué)分析。
結(jié)果表1 進(jìn)入和流出聚丙烯膜分離組件前后的水中硫化氫和酚的濃度分離前 分離后硫化氫 41ppm 未檢測出酚 122ppm 1ppb例2從用美國專利(系列號194984)所述工藝獲得的水被泵經(jīng)一含有1.0平方米的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維的疏水性膜分離組件。硫化氫和酚的濃度和實(shí)例1中的相同。
對從PVDF膜分離組件出口收集到的水樣進(jìn)行化學(xué)分析。
結(jié)果表2 進(jìn)入和流出聚偏氟乙烯分離組件前后的水中硫化氫和酚的濃度分離前 分離后硫化氫 41ppm 未檢測出＊酚 122ppm 未檢測出＊＊檢測極限值＝1ppb例3含有十億分之九十六的甲醇和十億分之六的丙烷的水以2加侖/分鐘的流速被泵經(jīng)一含有表面積為0.86平方米的聚砜中空纖維分離組件的諸孔。沒有水穿過膜而泄漏。對從聚砜中空纖維膜分離組件的出口取到的水樣做了化學(xué)會(huì)析。
結(jié)果表3 進(jìn)入和流出聚砜膜分離組件前后的水中甲醇和丙烷的濃度分離前 分離后甲醇 96ppb 未檢測出＊丙烷 6ppb 未檢測出＊＊檢測極限值＝1ppb從利用上述諸測試獲得的結(jié)果可明顯看出疏水性膜能用于從水中分離可揮發(fā)的物質(zhì);另外，沒有液體水可穿過疏水性膜而可揮發(fā)性物質(zhì)能通過膜而泄漏出，這成果當(dāng)然也是不錯(cuò)的。
權(quán)利要求
1.一種從水源中除去溶于水源中的痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的工藝，所述工藝包括的步驟為使從只包括溶于水源中的水溶性物質(zhì)的水源中來的流動(dòng)水與一腔體中的半滲透阻擋層的一側(cè)靠近和接觸；從流動(dòng)水中誘發(fā)痕量水溶性物質(zhì)的蒸發(fā)；蒸發(fā)的水溶性物質(zhì)滲透到阻擋層內(nèi)；從阻擋層和腔體中除去水溶性物質(zhì)，進(jìn)一步誘發(fā)蒸發(fā)和從流動(dòng)水中除去水溶性物質(zhì)；以及，從腔體中放出無痕量水溶性物質(zhì)的流動(dòng)水。
2.一種如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述誘發(fā)步驟被進(jìn)一步限定為流動(dòng)水與一疏水性半透膜接觸，并使痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的蒸汽有選擇地滲透入膜的孔。
3.一種如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，膜是用選自包括聚乙烯聚丙烯，聚偏氟乙烯，聚亞丁基氟化物(polytetramethylene flouride)，聚砜和尼龍的這一類的材料制成。
4.一種如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，膜是一中空纖維膜，它有一限定一內(nèi)部通道的內(nèi)表面和一容納于限定一纖維之間的外部通道的腔體中的外表面，所述流動(dòng)步驟進(jìn)一步被限定為流水相對于其中一個(gè)表面沿切向流經(jīng)其中一個(gè)所述通道，以及，水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)經(jīng)過另一通道從另一表面中被除去。
全文摘要
一種從水源中除去溶于水源中的痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的工藝所包括的步驟為使從含有痕量的溶于水源中的水溶性物質(zhì)的水源中來的流動(dòng)水與一腔體中的半滲透阻擋層的一側(cè)靠近和接觸；從流動(dòng)水中誘發(fā)痕量的水溶性物質(zhì)的蒸發(fā)，并使蒸發(fā)的水滲透到阻擋層中。水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)從阻擋層和腔體中被除去，從而進(jìn)一步誘導(dǎo)蒸發(fā)，從流水中除去水溶性物質(zhì)，無痕量水溶性有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的流動(dòng)水也從腔體中放出。
文檔編號C02F1/44GK1048690SQ9010370
公開日1991年1月23日 申請日期1990年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月22日
發(fā)明者約翰·A·泰勒 申請人:分離動(dòng)力學(xué)股份有限公司