分离方法与流程

本公开涉及一种用于从水中分离物质的装置以及使用该分离装置的方法。在一种形式中，该装置和方法可应用于去除存在于已从地体中提取的地下水中的稀污染有机材料。然而，该装置和方法还可以应用于从所有类型的污染水源中去除无机材料或污染物。

背景技术：

1、全氟烷基或多氟烷基物质(pfas)包括一系列多氟化烷基物质(包括但不限于不同碳链长度的羧酸、烷基磺酸盐、烷基磺酰胺基化合物和含氟调聚物化合物及其前体)。pfas具有广泛的用途，包括作为专门的消防产品，或用于纺织品、皮革和地毯的浸渍或涂覆，或用于地毯清洁化合物，以及航空液压液、金属电镀、农业(用于某些类型蚂蚁的捕虫器)、照相成像、电子制造和不粘炊具应用。

2、较高等级的pfas降解为特定终点pfas化学品(包括但不限于全氟辛烷磺酸盐(pfos)、全氟辛酸(pfoa)和全氟己烷磺酸盐(pfhxs)。这些优先关注的化合物能够抵抗生物或非生物降解，因此在环境中持久存在。它们难以分解，有生物累积性，并且被认为会污染土壤、地下水和饮用水源。

3、已知pfas会污染地下水，包括饮用水源。pfos、pfhxs和pfoa已经在大多数发达国家司法管辖区发布了人类健康和环境监管标准。由于新的研究毒理学数据表明潜在的风险关联，预计其他pfas化合物将被确定为关注污染物。需要补救方法以处理优先的pfas化合物。

4、通过使空气鼓泡通过地下水或在地下水井中鼓泡(也称为“空气剥离”)来去除挥发性有机化合物(voc)的技术在许多出版物中已为人所知。然而，还已知此类技术无法处理受pfas污染的地下水。在最近的研究中，呈现了来自美国一处受pfas污染的地点的数据，在该地点先前曾使用空气剥离来去除voc，但在该活动的超过25年后，所调查的地点仍然存在高的、持续的pfas污染，需要进行修复(environ.sci.pollut.res(2013)20:1977-1992pp)。虽然它们是可溶的，但大多数长链pfas(包括pfos和pfoa)具有低到极低的蒸气压，这意味着它们不易挥发，因此空气剥离并不是无效的补救措施。

5、已证明，使用常规的圆柱形分馏柱可以从受遗留的消防泡沫制剂(例如3mlightwater)影响的地下水和地表水中去除pfas，该pfas的特征在于较高的长链/短链浓度比，进水总可检测平均pfas浓度在3μg/l至9μg/l之间。

6、许多受地下水/地表水pfas污染影响的环境场所通常通过0.1-1μg/l范围内的总可检测pfas浓度来定义，这代表微量或超低水平污染。受超微量水平(<0.1μg/l)pfas影响的水(例如，饮用水和垃圾填埋场渗滤液)以及受微量水平(<1μg/l)pfas影响的水(例如，工业废水和场外环境地下水/地表水)需要能够处理和从曝气水柱去除足够pfas质量以实现可收获泡沫的初级分馏过程，随后使用后续的二级/三级泡沫分馏过程进行再处理以进一步富集。

7、然而，已证明，当使用常规的圆柱形柱几何结构时，很难证明微量水平(<1μg/l)和超微量水平(<0.1μg/l)进水总可检测平均pfas浓度的泡沫分馏能力。需要改进的初级分馏过程和装置以去除pfas并产生稳定的泡沫产品。

技术实现思路

1、在第一方面，提供了一种从被物质污染的水中分离一定量该物质的方法，该方法包括以下步骤：使一定量的包含初始浓度的该物质的水经由进入腔室的入口进入该腔室中；将气体流引入到腔室中，其中所述引入的气体引起水在腔室中流动，并且产生泡沫层，该泡沫层形成于腔室中所述水流与引入的气体流的界面处并且上升到界面上方，该泡沫层包含一定量的水还有与其初始浓度相比富集量的该物质；控制上升到界面上方的泡沫层的含水量以影响其中的物质浓度；并且从腔室上部去除至少一些泡沫层。

2、在某些实施方案中，针对特定的处理情况，气体流和泡沫层的产生以分批模式进行。

3、在一些实施方案中，控制泡沫层的含水量的步骤通过来自包含以下各项的组的方式进行：控制引入的气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

4、在一些实施方案中，控制引入的气体流的物理参数的步骤包括使用流量控制器和入口阀来控制所述引入的气体流进入腔室。

5、在一些实施方案中，控制引入的气体流的物理参数的步骤包括使用气泡发生器件，该气泡发生器件位于所述引入的气体进入位于腔室中的水中之前或之处。气泡发生器件可包括位于腔室内并与水接触的空气鼓泡器(或等同术语，比如起泡器、玻璃料、曝气器、曝气扩散器、空气石等)。另一种类型的气泡发生器件可涉及将空气引入到穿过例如文丘里膨胀器等的水流中，以在原位产生细小的空气泡，然后将该曝气的流通入腔室中。本发明人采用后一实施方案是因为其简单易行，并且是使进入腔室的空气输送最大化的方式。

6、在某些实施方案中，控制泡沫层的物理参数的步骤还包括使用用于将泡沫的横截面流动路径限制在腔室的上部部分中的器件，导致所述泡沫层的排水。成形为限制或挤压上升的泡沫层的装置可以导致额外的泡沫层排水，并且可能包括泡沫流的横截面开放面积的变化，例如，通过使用例如泡沫挤塞器、窄颈通道或通路或毛细管、圆锥形漏斗、堰式撇油器等。

7、在一些实施方案中，泡沫层在所述从腔室的上部部分去除的步骤期间并且在经历二次处理步骤之前塌陷。在一种形式的这种实施方案中，在所述从腔室的上部部分去除的步骤期间并且在经历二次处理步骤之前，泡沫层塌陷。

8、在一些示例中，通过使用来自包含泡沫消除器、真空抽取器件和泡沫抽取头的组的机械装置使泡沫层塌陷。

9、布置在腔室内固定位置处的泡沫深度调节器件需要不断调节界面的位置，这可以通过改变例如引入的气体流或通过改变流入水/流出水的相对速率(在连续过程系统中)而容易地改变。液位传感器可以发出水位是否过高或过低的信号，并控制引入的气体或流入水/流出水的流动以置换一定量的水，从而将水位的静态高度提高到理想的动态(操作)高度和被认为给出足够的泡沫排水特性的泡沫层深度。

10、在一些实施方案中，该方法还包括从腔室的上部部分去除至少一些泡沫层的步骤。该步骤可以间歇地完成，而不是连续地完成，例如以间歇式操作完成。

11、在一些实施方案中，用于处理包含富集的物质的塌陷泡沫层的二次处理步骤使用包括以下各项的组中的至少一种过程：吸附(使用活性炭、粘土或离子交换树脂)、过滤(使用反渗透膜)；真空蒸馏；滚筒干燥；以及将更多量的气体引入到单独的容纳装置中以产生包含进一步富集量的物质的另一泡沫层，这后一步骤基本上是在腔室中进行的富集步骤的重复，以便进一步减少需要从处理地点运输的富集物体积；或者以其他方式处理。

12、在一些实施方案中，该物质是有机的，并且在一种形式中，该有机物质是全氟烷基物质或多氟烷基物质(pfas)中的至少一种。更具体地，全氟烷基或多氟烷基物质(pfas)包括包含以下各项的组中的一种或多种：全氟辛烷磺酸盐(pfos)；全氟辛酸(pfoa)；全氟正己烷磺酸(pfhxs)；全氟壬酸(pfna)；全氟癸酸(pfda/ndfda)；6:2-含氟调聚物磺酸盐化合物(6:2fts)；8:2-含氟调聚物磺酸盐化合物(8:2fts)；和全氟辛酸(pfhpa)；多氟羧酸、烷基磺酸盐和烷基磺酰胺基化合物；以及含氟调聚化合物，以上各种物质各自具有不同的碳链长度；并包括这些物质的前体。

13、在第二方面，提供了一种用于从被物质污染的水中分离一定量的该物质的装置，该装置包括：具有入口的腔室，其被布置为在使用中允许一定量的污染水进入其中，该污染水包含初始浓度的物质；气体引入器件，其在使用中允许气体进入腔室中，引入的气体用于引起水在腔室内流动，并且用于产生泡沫层，该泡沫层形成于腔室中所述水流与引入的气体的界面处并上升到该界面上方，泡沫层包含一定量的水还有与其初始浓度相比的富集量的物质；其中，该装置被布置为在使用中将泡沫层容纳在腔室的上部部分附近，并控制上升到界面上方的泡沫层的含水量，以影响其中的物质的浓度；以及用于从腔室的上部部分去除至少一些泡沫层的装置。

14、在一些实施方案中，气泡发生器件位于引入的气体流进入位于腔室中的水中之前或之处。

15、在一些实施方案中，所述气体引入器件包括一个或多个气体入口流管，这些气体入口流管围绕腔室的周向外周壁布置并且经由所述外周壁中的相应开口延伸到腔室的内部，用于允许气体进入腔室。

16、在一些实施方案中，用于提供对泡沫层的含水量的控制的装置包括用于以下至少一项的装置：控制引入的气体流的物理参数；以及控制泡沫层的物理参数。

17、在一些实施方案中，用于控制引入到腔室中的气体流的物理参数的装置包括，响应于包括以下各项的组中的一项的测量来使用流量控制器和气体输送管线上的入口阀：泡沫层的含水量；泡沫层的泡沫稳定性；腔室中界面的位置。

18、在一些实施方案中，泡沫深度调节器件布置用于限制在腔室中的泡沫的横截面流动路径，导致所述泡沫层的限制和排水。成形为限制或挤压上升的泡沫层的装置可以导致额外的泡沫层排水，并且可能包括泡沫流的横截面开放面积的变化，例如，通过使用例如泡沫挤塞器、窄颈通道或通路或毛细管、圆锥形漏斗、堰式撇油器等。

19、在一些实施方案中，该装置还包括泡沫层去除器件，其中至少一些泡沫层在从腔室的最上部区域去除至少一些泡沫层期间并且在二次处理步骤之前塌陷。

20、在一些实施方案中，该装置还包括用于在使用中处理塌陷的泡沫层以去除富集物质的二次处理器件，其中该处理器件包括包含以下各项的组中的至少一项：吸附(使用活性炭、粘土或离子交换树脂)、过滤(使用反渗透膜)；真空蒸馏；滚筒干燥；以及将更多量的气体引入到单独的容纳装置中以产生包含进一步富集量的物质的另一泡沫层，该后一步骤基本上是在第一级分离腔室中发生的富集步骤的重复，针对前面叙述的与该装置的使用方法相关的优点。

21、在一个实施方案中，用于控制泡沫层的含水量的装置被布置在腔室内的固定位置，并且界面的位置可响应于引入气体的流动而进行调节，使得泡沫深度可以相对于装置稳定定位。在一个具体实施方案中，用于控制泡沫层的含水量的装置包括流量控制器和气体输送管线上的入口阀，用于控制引入的气体流。在另一具体实施方案中，用于控制泡沫层的含水量的装置还包括气泡发生器件，该器件位于气体输送管线中引入的气体流进入位于腔室中的水中之前或之处。

22、在一些实施方案中，用于控制泡沫层的含水量的装置可包括用于控制泡沫层的物理参数的其他器件。在该方案的一种形式中，所述器件控制在腔室中的泡沫的横截面流动路径，从而导致泡沫限制和排水。成形为限制或挤压上升的泡沫层的装置可以导致额外的泡沫层排水，并且可能包括泡沫流的横截面开放面积的变化，例如，通过使用例如泡沫挤塞器、窄颈通道或通路或毛细管、圆锥形漏斗、堰式撇油器等。

23、在第三方面，提供了一种从被物质污染的水中分离一定量该物质的方法，所述方法包括以下步骤：允许所述污染水经由进入腔室的入口引入到该腔室中；将气体流引入腔室的最下部区域，其中引入的气体引起腔室中的水向上流动，并产生泡沫层，该泡沫层上升到腔室的上部部分与水的界面上方，该泡沫层包含与首先被允许进入腔室的污染水中的浓度相比富集量的物质；收集足够量的所述泡沫层，并且在允许其塌陷回液体形式之后，将所述液体经由进入第二腔室中的入口通入该第二腔室；将气体流引入第二腔室的最下部区域，其中引入的气体引起所述腔室中的水向上流动，并产生泡沫层，该泡沫层上升到第二腔室的上部部分与水的界面上方，泡沫层包含进一步富集量的物质；以及在所述第二腔室中，调节以下各项中的至少一项：(i)使用泡沫层深度调节系统调节界面上方的泡沫层的深度，和(ii)调节腔室中的水的深度，所述调节响应于界面位置的移动；从而控制第二腔室最上部区域附近的泡沫层的含水量，以影响其中物质的浓度。

24、在一些实施方案中，对于所述第一腔室或所述第二腔室中的至少一个，气体的向上流动和泡沫层的产生以间歇操作方式发生。

25、在一些实施方案中，控制腔室上部区域中泡沫层的含水量的步骤通过包含以下各项的组中的至少一项进行：控制引入的气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

26、在一些实施方案中，控制腔室中的水的深度的步骤通过包含以下各项的组中的至少一项进行：控制引入的气体流的物理参数；以及控制进入的额外水流。

27、在一些实施方案中，第三方面的方法的步骤另外如第一方面所定义。

28、在该方法的一些实施方案中，用于处理包含富集的物质的塌陷的泡沫层的二次处理步骤使用包括以下各项的组中的至少一种过程：吸附(使用活性炭、粘土或离子交换树脂)、过滤(使用反渗透膜)；以及将更多量的气体引入到单独的容纳装置中以产生包含进一步富集量的物质的另一个泡沫层。

29、当结合附图阅读时，其他方面、特征和优点将从下面的详细描述中变得更加明显，附图形成本公开的一部分并且通过示例的方式示出了所公开的发明的原理。