[發明專利]用于從流體中除去重金屬污染物的系統和方法

無效

• 申請號: 200780100902.0
• 申請日: 2007-07-31
• 公開（公告）號: CN101808948A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 約翰·A·克羅格;蒂莫西·L·霍姆斯;米歇爾·休伊特
• 申請（專利權）人: 派瑞設備公司
• 主分類號: C02F1/62
• 分類號: C02F1/62
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;王春偉

技術領域

本發明涉及用于處理被污染流體的系統和方法，更具體而言，涉及從流體除去重金屬污染物。

背景技術

從海上石油平臺生產的流體例如水可包含有毒的重金屬，例如汞。在墨西哥灣，汞含量很少超過100十億分率(ppb)。然而，在泰國灣，所生產水中的平均汞濃度可為約200ppb至約2000ppb。

目前，將汞排放到美國領海的海洋環境中目前由美國環境保護局(EPA)根據清潔水法(Clean?Water?Act)通過國家污染物排放消除系統(National?Pollutant?Discharge?Elimination?System)許可程序進行管制。根據40?CFR§131.36規定的海洋環境標準，限值包括約1800ppb的急性暴露和約25ppb的長期暴露。另一方面，關于生產水中的汞排放的國際標準為泰國的約5ppb至北海的約300ppb。

生產水通常包含在批量油/水分離工藝期間利用水除去的油。例如，來自北海油田的生產水包含約15-30百萬分率(ppm)的含有苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)的分散油；濃度為約0.06ppm至約760ppm的萘、菲、硫芴(NPD)、多環芳烴(PAH)、苯酚和有機酸。此外，這些生產水包含有毒的重金屬，例如濃度為小于約0.1ppb至約82ppb的汞、鎘、鉛和銅。與高濃度的溶解鹽結合的成分的復雜混合物的存在可能給利用目前可用的常規技術進行的重金屬除去帶來挑戰。

具體而言，用于從污染的海水除去金屬和汞的現有技術包括：活性碳吸附、浸硫活性碳、微乳液膜、離子交換和膠體沉淀浮選。這些技術可能不適合用于水處理，其原因是金屬負載(例如金屬吸附率小于吸附劑材料質量的20％)和選擇性(受地下水中的其它豐富離子干擾)差。此外，汞可以以除單質之外的物質存在。因此，所用方法必須能夠除去這些其它物質，例如甲基汞等。此外，它們對于負載金屬的產物缺乏穩定性，使其不可作為永久性廢棄物的形式直接處置掉。結果，需要進行二次處理以處置或穩定分離的汞或負載汞的產物。也難以從非水的污泥、吸附的液體、或者部分或完全穩定化的污泥以及汞污染的土壤中除去汞，其原因如下：(1)一些廢棄物的非水性質使得溶浸劑難以進入，(2)具有大體積的一些廢棄物流使熱脫附過程昂貴，和(3)一些廢棄物流的處理因所述廢棄物的性質而在技術上難以進行。

從玻璃化器和汞熱脫附工藝中的尾氣中除去汞通常是通過活性碳吸附來完成的。然而，基于碳的吸附劑只能有效除去75-99.9％的汞，其負載能力相當于吸附劑材料質量的1-20％。通常需要最后一步，即利用昂貴的金進行的汞齊化，以達到EPA空氣釋放標準。碳床通常在溫度通常低于250°F的尾氣系統的后期使用。在浸漬硫的碳工藝中，汞被吸附至碳，該吸附遠弱于與例如表面功能化的介孔材料形成的共價鍵。結果，所吸附的汞需要二次穩定化，其原因是負載汞的碳由于汞與活性碳之間的弱結合而沒有期望的長期化學耐久性。此外，活性碳中大部分的孔大到足以使微生物進入從而溶解所吸附的汞-硫化合物。汞負載限于所用物料的約0.2g/g。

微乳液膜技術使用包含硫酸作為內部相的油酸微乳液膜將廢水的汞濃度從約460ppm降低至約0.84ppm。然而，它涉及萃取、反萃、去乳化和通過電解來回收汞的多個步驟且使用大量有機溶劑。液膜溶脹對萃取效率也有不利影響。

金屬離子交換反應的緩慢動力學需要長的接觸時間。該工藝還產生大量的二次有機廢氣物。一種離子交換工藝采用Duolite^TM?GT-73離子交換有機樹脂來將廢水中的汞含量從約2ppm降低至低于約10ppb。樹脂的氧化導致樹脂壽命明顯縮短，并且不能將汞含量降低至低于約0.1ppb的容許含量。汞負載也受到限制，其原因是多數土壤與汞陽離子的高結合能力使離子交換工藝失效，尤其是在來自土壤的大量Ca²⁺使離子交換器的陽離子容量飽和時如此。此外，負載汞的有機樹脂無法抵抗微生物侵襲。因此，如果將汞作為廢物的形式處理掉，則汞可被釋放到環境中。除了受到溶液中除含汞離子以外的其它陽離子干擾之外，離子交換工藝對除去中性的汞化合物如HgCl₂、Hg(OH)₂和有機汞物質例如甲基汞(其為最毒的汞形式)完全無效。該離子交換工藝在從非水溶液和吸附液體中除去汞方面也沒有效果。