诸如有机微污染物(micropollutant)的溶解物质的环境污染的主题不是新的。长期以来，已经在废水中检测到诸如农用杀虫剂以及其他药物分子和兽用分子的有机微污染物。各种监督计划的实施已经使得可以验证此污染物对植物区系(flora)有影响，且更严重地，对动物区系(fauna)、有时内分泌干扰以及对人类健康有影响。因此，此领域的欧洲当局已经签发水框架指令(waterframeworkdirective)(指令2000/60/ec)，在此指令下，欧盟的成员国必须证明通过各种手段从水中消除该污染物的真实愿望，首先寻求建立和监测敏感地点，然后接着禁止生产在“优先危险物质清单(listofpriorityhazardoussubstances)”(2013年8月12日欧洲议会和理事会的指令2013/39/eu，其修订了指令2000/60/ec和2008/105/ec)上指明的某些分子以及检测在其源处的污染物。
目前在废水处理站(wts)中使用的处理工艺被认为在有机微污染物的情况中是无效的，如由2010年9月29日关于由废水处理站监测天然环境中的废水中微污染物的存在的通告所示的。因此，已经出现了新技术，其是或多或少高效的、或多或少昂贵的且或多或少可持续的。在这些新技术中，一些产生从15％至20％浓缩的废物，例如反渗透，其使得可以递送纯水，但必须被重新矿物化；活性污泥，其要求焚烧步骤，或者前置过滤(frontalfiltration)。其他物理化学技术使用催化的紫外反应，例如使用诸如二氧化钛的基于金属分子的催化剂的光氧化，所述基于金属分子的催化剂随后使用过滤或浮选从介质中被提取；或者臭氧化，其可以产生一种或若干种源自对环境和健康最危险的有机微污染物的降解的产物。其他更可持续的新技术，例如酶促提取正在出现，并产生了有趣的结果，但是在wts上监测和测量起来更加复杂。其他技术还包括对具有污染物保留能力的细菌进行基因改造，但是从伦理角度来看，这些技术是有问题的。
从fr2,914,296中已知的是在水产养殖中使用含水流出物处理方法，该方法包括提取至少一种溶解的气态化合物、在含水流出物柱中实施气相注入的步骤。
从fr2,952,370中还已知一种用于回收在含水流出物中具有在0.5微米至60微米之间的尺寸的惰性或活性微粒的方法，所述含水流出物例如细菌流入物、胶体、惰性残余颗粒例如泥浆、二氧化硅或粘土，其中气相被注入含水流出物柱中。将气相注入柱的下部的含水流出物中使得可以在柱的顶部获得泡沫，该泡沫包含含水流出物和富含惰性或活性微粒的气相的多相混合物。
然而，这些方法不适合于提取溶解在大量水溶液中的物质。
最后，从fr2,946,333中已知的是一种用于其饮用水化(potabilization)的水处理设备，该设备包括单独的反应器，在该反应器中，含水流体被设置成与凝结和絮凝的活性炭流化床接触。
然而，这种类型的反应器不适合于处理具有特别可变的和非均质的污染物浓度的水溶液。
鉴于未来几年的环境问题，需要实现一种允许有效提取溶解在水溶液中的可溶性污染物、同时不产生另外的不可再循环的废物的方法。
因此，本发明旨在提供一种用于提取溶解在水溶液中的可溶性物质的装置，该装置是特别有效的，同时是特别紧凑的。
本发明还旨在提供一种提取装置，该提取装置是特别地通用的并且可适用于具有高度不同的组成的水溶液。
本发明还旨在提供一种注重环境的提取装置，其不会产生不可再循环的废物。
本发明还旨在提供一种廉价且易于工业化的提取装置。
本发明还旨在提供一种特别易于维护的提取装置。
本发明还旨在提供一种用提取装置实现的提取装置，该提取装置是特别有效的。
本发明涉及一种用于提取溶解在水溶液中的可溶性物质的装置，所述提取装置包括外周壁(peripheralwall)和包含在该外周壁中的吸附剂，所述吸附剂能够通过与所述水溶液接触来提取所述可溶性物质中的至少一部分。根据本发明，提取装置还包括迷宫，所述迷宫界定用于外周壁内水溶液的循环路径，所述迷宫包括用于水溶液的主入口和主出口，所述主入口和所述主出口通过循环路径彼此流体连接，所述吸附剂布置在迷宫内部，以便被放置为在水溶液沿循环路径循环期间与水溶液接触。
由于本发明，水溶液之间的接触时间特别长，而装置的紧凑度不会太大。因此，该装置对于从水溶液中提取可溶性物质是特别有效的。
根据单独或组合考虑的本发明的其他有利特征：
-迷宫还包括若干可移除模块的模块化组件，每个可移除模块能够被组装到模块化组件或从模块化组件中被拆卸，以便修改循环路径；
-可移除模块的第一部分是壁模块，当壁模块安装在模块化组件内时，所述壁模块一起形成外周壁的至少一部分；
-壁模块中的第一壁模块界定上部环形边缘，来自壁模块中的第二壁模块能够经由由第二壁模块界定的下部环形边缘被组装在所述上部环形边缘上；
-可移除模块的第二部分是分隔模块，当分隔模块安装在模块化组件内时，每个分隔模块包括容纳在外周壁内的至少一个横向隔板，以便至少部分地封闭外周壁的横向部分，用于水溶液的至少一个通道开口布置成穿过横向隔板；
-当所述分隔模块中的第一分隔模块和所述分隔模块中的第二分隔模块组装在所述模块化组件内时，所述第一分隔模块的所述通道开口相对于所述第二分隔模块的所述通道开口被偏置；
-每个分隔模块被设计成插入下部环形边缘与上部环形边缘之间；
-至少吸附剂的第一部分和吸附剂的第二部分由分隔模块中的一个分隔开，吸附剂的第一部分具有第一平均值的粒度，吸附剂的第二部分具有不同于第一平均值的第二平均值的粒度；
-吸附剂的质量的至少大部分由粒状活性炭和/或粉状活性炭构成；
-提取装置包括至少一个起泡器，所述起泡器意图在从主入口朝向主出口或从主出口朝向主入口定向的循环方向上、在迷宫中循环的水溶液中产生气泡流；并且
-提取装置包括用于迷宫中的水溶液的加压装置或减压装置。
本发明还涉及一种用于提取溶解在水溶液中的可溶性物质的方法，所述提取方法的特征在于，其使用根据前述的提取装置来进行。
有利地，该方法包括其中可移除模块中的至少一个基于以下要素中的至少一个来组装和/或拆卸的步骤：溶解在意图在迷宫中循环的水溶液中的可溶性物质的浓度、意图在迷宫中循环的水溶液的体积、意图在迷宫中循环的水溶液的流量。
本发明最后涉及根据前述的方法为了控制水溶液中的污染物的用途，所述水溶液例如构成工业废水或家庭废水的水溶液。
在阅读以下描述之后将更好地理解本发明，该描述仅作为非限制性和非穷尽性的实例给出并且参考附图完成，附图中：
-图1是包括根据本发明的第一实施方案的提取装置的处理设备的纵向剖视图；
-图2是类似于图1的纵向剖视图的、图1的提取装置的放大的纵向剖视图；
-图3是图1和图2的提取装置的示意性俯视图，其中示出了图1和图2的切割线i-i'。
-图4和图5是属于图1至图3的提取装置的可移除模块的示意图；并且
-图6至图8是类似于图2的剖视图的示意性剖视图，每个示出了根据本发明的一个实施方案的提取装置。
在下文中，术语“顶部”和“上部”指的是在图1至图3和图6至图8中向上定向的竖直方向，术语“底部”和“下部”指的是相反的方向。
图1中图示的用于处理水溶液的设备1包括安装在设备1的室3内的提取装置2。水溶液是指任何含有溶解的可溶性物质的水和/或污染水，也称为废水或污水。废水特别地可以来自各种源，例如工业废水，特别地来自化学、农业化学、电气、电子、冶金、制药工业等行业、家庭废水等。
装置2形成经由室3的上部插入的筒，特别是模块化的筒。然后，该室3围绕装置2的外周壁7。
装置2被设计成当水溶液经由位于装置2上部的主入口4插入其中时，从水溶液中提取可溶性物质。优选地，可溶性物质是污染物和/或不想要的溶解物质和/或可提取的溶解物质。例如，可溶性物质是选自以下的挥发性物质和/或有机微污染物：药物化合物、兽用化合物、杀虫剂或其任何组合。优选地，有机微污染物选自药物化合物例如抗生素、选自杀虫剂或其组合。有机微污染物优选地指的是合成的化合物，其没有经由诸如酶促降解的自然机制被分解，或者被分解成比原始化合物更有害的化合物。例如，在水溶液经过装置2内之前，水溶液具有证明其含有可溶性物质的以下特征：
-7mg/l的bdo5(在黑暗中，在5天后并且在20℃的生化需氧量，即氧化可生物降解的有机材料所需的氧的量)，
-30mg/l的cdo(化学需氧量)，以及
-14mg/l的mis(悬浮的物质)。
装置2还能够提取水溶液中可能含有的以下可溶性物质：
在实践中，设备1包括位于主入口4上方的用于水溶液的上部储器6，以便通过重力供应水溶液。在图1和图2所示的情况下，水溶液处于大气压。储器6的底部优选地在主入口4的整个表面上是开放的。储器6又由分配槽(distributiontrough)8在上部被供应，该分配槽8以分配的方式将水溶液倾倒在储器6的水溶液的表面上。因此，储器6的水溶液被很少搅拌。
水溶液从入口4沿着在图2中由箭头a象征性示出的循环路径、穿过包含在外周壁7内的迷宫9、通过重力向下前进。在水溶液经过迷宫9后，其到达位于装置2下部的装置2的主出口5：然后，可溶于水溶液的污染物的至少一部分已经在迷宫9中被提取。“迷宫”是指中空结构，有利地，其描述了曲径并允许水溶液从主入口4到主出口5经过装置2。
装置2优选地由沿着装置2的主轴线x2堆叠的若干可移除模块的模块化组件构成，其包括：
-入口模块11，其包括主入口4并形成装置2的上部，
-出口模块12，其包括主出口5并形成装置2的下部，
-六个壁模块14a、14b、14c、14d、14e和14f，其形成具有矩形横截面的环形壁，即框架，该六个壁模块14a至14f经由它们相应的下部环形边缘18a、18b、18c、18d和18e彼此堆叠，同时支撑在它们相应的上部环形边缘17b、17c、17d、17e和17f上，以一起形成外周壁7，入口模块11保持在最上面的壁模块14a的上部环形边缘17上，并且最下面的壁模块14f经由模块14f的下部环形边缘18f保持在出口模块12上，以及
-五个分隔模块16a、16b、16c、16d和16e，五个分隔模块各自插入两个连续的壁模块14a至14f之间，同时在实践中保持在壁模块14a至14f的相应的上部环形边缘17b至17f上，并且各自形成对应于外周壁7的矩形横截面的矩形部分的矩形板。
迷宫9因此是模块化的，并因此可以通过组装或拆卸组件的各种可移除模块来容易地进行修改。特别地，可移除模块通过堆叠在室3内来组装。基于集成在模块化组件内的可移除模块，在吸附剂与待处理的水溶液之间的接触时间的值被修改。实际上，取决于组装在模块化组件内的可移除模块的数目和布置，由水溶液所行进的路径a在长度和/或曲折度方面是不同的。因此，通过基于以下来选择和组装最合适的可移除模块可以提高提取可溶性物质的效率：待处理的水溶液并且特别是该水溶液的品质、该水溶液的来源、其组成和/或在用于提取可溶性物质的测试阶段期间获得的结果。此外，可移除模块的选择和组装有利地基于待处理的水溶液的体积来完成。另外，可移除模块的选择和组装优选地基于意图穿过设备1并被引入装置2中的水溶液的流量来完成。在图3中可见，入口模块11形成了对应于壁模块14a的矩形截面的矩形框架，入口模块11保持在壁模块14a上并且包括开口，该开口形成了主入口4并且实际上在入口模块11的整个矩形横截面上延伸。出口模块12类似于入口模块，并且包括形成主出口5的开口。
分隔模块16a至16e包括横向隔板，该横向隔板容纳在每个壁模块14b至14f的内部，以便至少部分地封闭壁模块14b至14f的横截面，并形成迷宫9。在实践中，迷宫9形成六个内壳体21a、21b、21c、21d、21e和21f，每个内壳体由来自壁模块14a至14f中的一个以及来自入口模块11、出口模块12和分隔模块16a至16f中的两个连续的模块所界定。
分隔模块16a至16e包括至少一个用于水溶液从第一内壳体21a至21e到连续的第二内壳体21b至21f的通道开口20。在图2的实例中，分隔模块16a、16c和16e包括经过横向隔板布置并在横向隔板后面侧向分布的两个通道开口20，如图5中所示。分隔模块16b和16d又设置有位于中央的仅单个通道开口20，如图4中可见。通道开口20在迷宫9内的定位决定了由水溶液所行进的路径a。模块16a、16c和16e的通道开口20相对于模块16b和16d的通道开口偏置，使得迷宫形成用于水溶液的弯曲的路径a，这使得可以增加所述溶液在迷宫9内的停留时间。
应当理解，模块化组件内的分隔模块16a至16e的数目、顺序和布置可以改变以修改迷宫9。例如，可以提供小于六个的分隔模块的数目，以便路径a较短并且在水溶液与吸附剂之间的接触时间减少；或者相反地，提供大于六个的分隔模块的数目，以便路径a较长并且在水溶液与吸附剂之间的接触时间增加。此外，可以提供仅装配根据上文定义的分隔模块16b的分隔模块，以便水溶液遵循直线路径a。可选择地，可以交替的根据模块16a和16b提供分隔模块，如图2中所示，以便形成弯曲的路径a，并从而增加水溶液与吸附剂之间的接触时间。同样，壁模块14a至14f的数目可以被改变，这改变了平行于轴线x2测量的外周壁7的总长度，并因此改变了迷宫9的总长度以及可以集成到模块化组件中的分隔模块的数目。
优选地，未示出的密封垫圈至少设置在壁模块14a至14f之间，以便保证外周壁7的密封和连续性。同样，可以提供其他密封垫圈来保证入口11和出口12模块与外周壁7之间的密封。
装置2还包括吸附剂，该吸附剂位于内壳体21a至21f的至少一些内。吸附剂特别是指任何具有以下比表面积的化合物：当该化合物经过迷宫9时，该比表面积具有足以通过与水溶液接触从水溶液中提取可溶性物质的值。例如，吸附剂具有其值大于100m2.g-1，或甚至超过1000m2.g-1的比表面积。吸附剂按质量计的至少大部分是粒状活性炭和/或粉状活性炭。优选地，所有的吸附剂都是活性炭。使用的活性炭优选地来自木材或椰子。
因此，基于待处理的水溶液，吸附剂被布置以便填充壳体21a至21f中的一些或全部。吸附剂的不同部分因此被分隔模块16a至16e隔开。为了防止吸附剂从一个壳体21a至21f迁移到另一个壳体以及迷宫9的外部，开口4、5和20中的每个都有利地被过滤器隐藏，该过滤器能够保留吸附剂，同时允许水溶液穿过过滤器。“过滤器”特别是指能够实现此功能的任何穿孔隔板或格栅。这些过滤器例如由不锈钢制成，而模块的其他元件例如由塑料制成，例如聚丙烯。
为了提高提取的效率，可以提供的是，布置在壳体21a至21f中的一个中的吸附剂的一部分具有的粒度与布置在壳体21a至21f中的另一个中的吸附剂的另一部分具有不同的平均值。例如，壳体21a至21f中的一个可以包含粒状活性炭，而壳体中的另一个可以包含粉状活性炭。粒状活性炭例如具有约300μm的平均粒度，而粉状活性炭具有约20μm的平均粒度。在这种情况下，含有粉状活性炭的过滤器具有比含有粒状活性炭的过滤器更低的值的目数，每个过滤器能够保留与其接触的活性炭，同时具有允许水溶液穿过的最高可能的目数值。例如，用于粉状活性炭的过滤器具有约20μm的目数值，相对于粒状活性炭的过滤器具有约280μm的目数值。可选择地，可以提供具有甚至更小平均粒度的粉状活性炭，例如小于15μm，或甚至约1μm，相应地调节过滤器的目数值。
不受理论的束缚，但已令人惊讶地发现，同时将气相和水溶液注入迷宫9中，结合使用活性炭作为吸附剂，允许可溶性污染物在活性炭上的吸收显著改善。在紧凑度等于现有技术的装置的紧凑度的情况下，装置2通过增加吸附剂与水溶液之间的接触时间的值，使得可以从水溶液中提取大约五倍高的溶解物质的量。
因此，装置2可以包括两个起泡器23，该起泡器23能够经由主出口5、在迷宫9中循环的水溶液中排出气泡流，使得气泡沿着图2中可见的箭头b、相对于水溶液逆流地前进到主入口4。在实践中，气泡b上升到上部储器6中，并从容纳在该储器6中、靠近槽8的水溶液的上表面逸出。起泡器23可能能够产生“微起泡(micro-bubbling)”，即产生微泡，这进一步提高了装置2的提取的效率。微泡的平均标称直径达到低于约100μm的值。在实践中，提供的气泡具有包括在约40μm和2mm之间的平均标称直径。气泡的气体优选地是空气。可选择地，这种气体是臭氧、氧气或氮气。
作为实例，在装置2被设置成以穿过迷宫9的水溶液的达到约3000l/h的流量操作的情况下，平行于轴线x2从其上边缘17a至17f到其下边缘18a至18f测量的每个壁模块14a至14f的厚度测量为约50mm，使得每个壳体21a至21f的厚度在实践中为约40mm。每个分隔模块16a至16e又测量为约270mm宽和570mm长，使得每个壳体21a至21f能够包含多至6.156l的吸附剂。对于每个模块11、12和16a至16e，开口4、5和20形成至少12cm2的用于水溶液的通道部分。对于每个壳体21a至21f，该通道部分优选地大于100cm2，以便保证水溶液在迷宫9内的最佳流动。基于水溶液流量，由起泡器23排出具有包含在约0和25m3/h之间的气体流量的气泡流。
上文所述的装置2使得可以进行如下文所述的用于提取溶解在迷宫9内的水溶液中的可溶性物质的方法。
该方法包括以下的步骤：在该步骤期间，模块14a至14f或16a至16e中的至少一个被组装和/或拆卸，以便使其适于意图在迷宫中循环的水溶液，这使得可以在装置2内获得最佳的提取效率。该步骤有利地在测试步骤之后进行，在该测试步骤期间测试水溶液的品质，以便确定哪个模块14a至14f或16a至16e集成到模块化组件中。
优选地，该方法还包括在处理步骤之前对水溶液进行预过滤的步骤，该步骤例如使用未示出的设备1的砂滤器和/或使用预撇渣(pre-skimming)。进行预过滤步骤以除去水溶液中悬浮的物质，并从而使得可以改进在预过滤的水溶液中可溶性物质的提取。预过滤步骤可以例如在改变的气氛(modifiedatmosphere)下、在压力下或在真空中进行，以便优化结果。
优选地，该方法还包括在装置2内的提取步骤之后用于回收吸附剂的步骤，特别是如果吸附剂是活性炭的话。该回收步骤之后是用于再生吸附剂的步骤。优选地，再生步骤是在足以进行该再生的高温下进行的热处理，通常约700℃。如此再生的吸附剂可以再次被用于填充迷宫9。
图6、图7和图8分别示出了根据其他根据本发明的实施方案的提取装置602、702和802，装置602、702和802具有类似于上述装置2的特征并在下文不再描述的特征、以及将在下文描述的不同的特征。装置2、602、702和802共有的特征在附图中用相同的参考标记被提及。
图6的装置602包括主入口4、主出口5、界定主轴线x2的外周壁7和由可移除模块的模块化组件形成的迷宫9，该可移除模块包括七个壁模块14a至14g、入口模块11、出口模块12和六个分隔模块16a至16f，以形成七个内壳体21a至21g，该内壳体中的至少一些填充有吸附剂。装置602还包括布置在主出口5下方的两个起泡器23。形成主出口5的开口占据比形成主入口4的开口小的表面，并且覆盖与分隔模块16a、16c和16e的通道开口20的通道表面相当的通道表面。
装置602与装置2的不同之处在于，平行于轴线x2定向的中间隔板25布置在内壳体21b、21d和21f内，以便分别将分隔模块16a与分隔模块16b、分隔模块16c与分隔模块16d、分隔模块16e与分隔模块16f连接，并从而将这些内壳体21b、21d和21f中的每个隔成两个。
图7的装置702包括主入口4、主出口5、界定主轴线x2的外周壁7和由可移除模块的模块化组件形成的迷宫9，该可移除模块包括五个壁模块14a至14e、入口模块11、出口模块12和四个分隔模块16a至16d，以形成五个内壳体21a至21e，该内壳体中的至少一些填充有吸附剂。装置702还包括布置在主出口5下方的两个起泡器23，以及布置在壳体21b和21d中的两个中间隔板。
装置702与装置602和装置的不同之处在于，分隔模块16c的开口20的表面大于分隔模块16a的开口20的表面，并且出口开口5的表面大于分隔模块16c的开口20的表面，然而出口开口5的表面小于入口开口4的表面。
图7的装置702包括主入口4、主出口5、界定主轴线x2的外周壁7和由可移除模块的模块化组件形成的迷宫9，该可移除模块包括五个壁模块14a至14e、入口模块11、出口模块12和四个分隔模块16a至16d，以形成五个内壳体21a至21e，该内壳体中的至少一些填充有吸附剂。装置702还包括布置在主出口5下方的两个起泡器23，以及布置在壳体21b和21d中的两个中间隔板。
装置702与装置602和装置的不同之处在于，分隔模块16c的开口20的表面大于分隔模块16a的开口20的表面，并且出口开口5的表面大于分隔模块16c的开口20的表面，然而出口开口5的表面小于入口开口4的表面。因此促进了迷宫9内水溶液的流动。
图8的装置802包括主入口4、主出口5、界定主轴线x2的外周壁7和由可移除模块的模块化组件形成的迷宫9，该可移除模块包括七个壁模块14a至14g、入口模块11、出口模块12和六个分隔模块16a至16f，以形成七个内壳体21a至21g，该内壳体中的至少一些填充有吸附剂。装置802还包括布置在主出口5下方的两个起泡器23。
装置802与装置2的不同之处在于，每个分隔模块16a、16c和16e具有单个通道开口20，该通道开口20布置在这些分隔模块16a、16c和16e的第一端附近，并且仅在分隔模块16a、16c和16e的横向隔板的一部分上延伸。出口开口5和出口模块12具有与分隔模块16a、16c和16e的通道开口相同的特征。分隔模块16b、16d和16f相对于模块12、16a、16c和16e具有相对的布置，即，它们各自具有布置在与第一端相对的第二端并且仅在这些分隔模块16b、16d和16f的横向隔板的表面的一部分上延伸的单个通道开口20。因此，迷宫9内的开口5和20的布置限定了特别弯曲的路径a，相对于装置2的情况，这使得可以增加在水溶液与吸附剂之间的接触时间。
可选择地，提取装置被布置成使得其主轴线不是竖直的，而是倾斜的，或甚至是水平的。
在这种情况下，该装置优选地包括布置在主入口附近的、用于迷宫中的水溶液的、泵类型的加压装置，这使水溶液从主入口穿过吸附剂朝向出口前进。在这种情况下，起泡器优选地被置于主入口附近，使得气泡流相对于水溶液并流地从主入口朝向主出口排出。
对于加压装置可选择地，减压装置可以被设置在主出口附近以获得相同的效果。减压装置任选地设置有包含在气泡流中的气体回收器，特别是在该气体不是空气并且是例如臭氧的情况下。该气体回收器例如布置在主出口处。回收的气体随后被起泡器重新引入气流中。
可选择地，设置单个起泡器或多于两个的多个起泡器，例如四个。应该理解，在装置2中设置必要数量的起泡器。
可选择地，外周壁具有非矩形截面，并且优选地为圆形，然后可移除模块被相应地调节。
可选择地，提取装置的迷宫限定了水溶液从主入口到主出口经过的螺旋路径。螺旋意指围绕提取装置的主轴线形成螺旋姿态的路径。可移除模块具有相应调节的形状。
可选择地，平行于轴线x2从入口模块到出口模块测量的提取装置的高度包括在约20cm和100cm之间。
可选择地，提取装置可以实现用于废水、供水的家庭或工业处理设备、或用于不同于上文定义的那些水溶液的水溶液的处理，在所有情况下，这使得可以提取包含在处理过的水溶液中的可溶性物质的至少一部分。
上述的特征、实施方案、可选方案以及特定的和优选的特征可以彼此组合，并且适用于本发明的提取装置和本发明的提取方法。