一种用于从水中去除和浓缩全氟和聚氟烷基物质(PFAS)的可持续系统和方法技术方案

一种用于从水中去除和浓缩全氟和聚氟烷基物质(PFAS)的可持续系统。该系统包括具有配置为从水中去除PFAS的所选择的阴离子交换树脂的阴离子交换容器。连接到该容器的管线引入被PFAS污染的水流，使得该PFAS结合到茎选择的阴离子交换树脂上并由此从水中去除。一种再生剂溶液管线结合到该阴离子交换容器上以将优化的再生剂溶液引入该阴离子交换容器，以从该阴离子交换树脂去除PFAS，由此再生该阴离子交换树脂和产生包含所去除的PFAS的用过的再生剂溶液和优化的再生剂溶液。一种分离和回收子系统回收了该优化的再生剂溶液来用于再使用和分离和浓缩所去除的PFAS。

A Sustainable System and Method for Removing and Concentrating Perfluoro and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) from Water

A sustainable system for removing and concentrating perfluorine and polyfluoroalkyl substances (PFAS) from water. The system includes an anion exchange container with a selected anion exchange resin configured to remove PFAS from water. Pipelines connected to the container introduce PFAS-contaminated water, allowing the PFAS to bind to the anion exchange resin selected by the stem and thus be removed from the water. A regenerant solution pipeline is bonded to the anion exchange container to introduce the optimized regenerant solution into the anion exchange container to remove PFAS from the anion exchange resin, thereby regenerating the anion exchange resin and generating used regenerant solution containing the removed PFAS and the optimized regenerant solution. A separation and recovery subsystem recycles the optimized regenerant solution for reuse and separation and concentration of the removed PFAS.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于从水中去除和浓缩全氟和聚氟烷基物质(PFAS)的可持续系统和方法相关申请本申请要求2017年4月3日在§§119，120，363，365，和37C.F.R.§1.55和§1.78下提交的美国专利申请系列No.15/477350的权益和优先权，并且那个申请和本申请还要求2016年4月13日在35U.S.C.§§119，120，363，365，和37C.F.R.§1.55和§1.78下提交的美国临时申请系列No.62/321929的权益和优先权，并且美国专利申请系列No.15/477350和美国临时申请系列No.62/321929每个在此通过参考引入本文。专利
本专利技术涉及一种用于从水中去除和浓缩全氟和聚氟烷基物质(PFAS)的可持续系统和方法。专利技术背景全氟和聚氟烷基物质(PFAS)是一类已经用于制造消费品和工业化学品的人造化合物，尤其是包括含水成膜泡沫体(AFFF)等。AFFF已经是全球军队消防和城市消防训练基地的选择产品。AFFF还已经广泛用于油气精炼，来用于消防训练和消防演习二者。AFFF通过覆盖溢出的油/燃料，冷却表面和防止重新点燃而起效。在许多的这些基地和精炼厂中，AFFF中的PFAS污染地下水，包括大于100个美国空军基地。PFAS可以用作消费品例如地毯，室内装潢，防污服，炊具，纸张，包装材料等中的表面处理/涂层，并且还可以用于化学电镀、电解质、润滑剂等的化学品中，最后可能终结于供水中。PFAS是在野生动植物和人体内生物积累的，因为它们通常长期保留在体内。对动物的实验室PFAS曝露研究已经显示了与生长和发育、繁殖和肝脏损伤相关的问题。在2016，美国环保署(EPA)发布了关于全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的下面的健康警示(HA)：对于PFOS和PFOA单个成分和浓度总和二者分别都是0.07μg/L。此外，PFAS在水中是高度水溶性的，导致大的稀释的羽流并具有低挥发性。PFAS是非常难以大量处理的，这归因于它们是包括碳-氟键的极其稳定的化合物。碳-氟键是自然界已知的最强的键，并且非常耐降解。绝大部分可利用的常规水处理系统和从水中去除PFAS的方法已经被证实是无效的。参见例如Rahman等人，BehaviourandFateofPerfluoroalkylandPolyfluoroalkylSubstances(PFASs)inDrinkingWaterTreatment，WaterResearch50，第318-340页(2014)，在此通过参考引入本文。常规的活性炭吸附系统和用于从水中去除PFAS的方法已经显示出对于长链PFAS具有某些效果，但是难以去除支化和短链化合物，参见例如Dudley，Master的论文：RemovalofPerfluorinatedCompoundsbyPowderedActivatedCarbon，SuperfinePowderedActivatedCarbon，andAnionExchangeResins，NorthCarolinaStateUniversity(2012)，在此通过参考引入本文。Appleman等人，TreatmentofPoly-andPerfluoroalkylSubstancesinU.S.Full-ScaleTreatmentSystems，WaterResearch51，第246-255页(2014)，在此通过参考引入本文，其报道了类似于活性炭，一些常规阴离子交换树脂在处理长链PFAS时会比短链化合物更有效。其他常规阴离子交换树脂已经表现出在去除宽范围的PFAS中一定的成功，其包括短链化合物，参见例如上面引用的Dudley。常规阴离子交换处理系统和方法典型地使用了阴离子交换树脂，其中带正电的阴离子交换树脂珠位于接收被阴离子污染物例如PFAS污染的水流的前容器中。该带负电的污染物被带正电的树脂珠捕获，并且清洁的水从该前阴离子交换容器流出进入后容器，该后容器也包含阴离子交换树脂珠。经常使用样品出口来确定何时所述前容器中的大部分阴离子交换珠已经变成被污染物饱和的。当树脂阴离子交换珠接近饱和时，将在流出物出口中检测污染物水平。当这发生时，将所述前容器离线，并且被污染的水继续流到后容器，后容器现在变成前容器。该前-后容器构造确保了在所有时间保持高的处理水平。如上所讨论的，一些常规阴离子交换树脂也可以用于从水中去除PFAS。存在许多已知的再生阴离子交换容器中的阴离子交换珠的方法。一些已知的方法依靠用盐水或者苛性溶液来冲洗所述树脂。其他已知的方法可以包括添加溶剂例如甲醇或者乙醇来增强捕获在阴离子交换珠上的PFAS的去除。有效的树脂再生已经通过如下证实：将混合有氯化钠或者氢氧化钠溶液的溶剂(例如甲醇或者乙醇)送过树脂。参见例如Deng等人，RemovalofPerfluorooctaneSulfonatefromWasteWaterbyAnionExchangeResins：EffectsofResinPropertiesandSolutionChemistry，WaterResearch44，第5188-5195页(2010)和Chularueangaksorn等人，RegenerationandReusabilityofAnionExchangeResinUsedinPerfluorooctaneSulfonateRemovalbyBatchExperiments，JournalofAppliedPolymerScience，10.1002，第884-890页(2013)，二者在此通过参考引入本文。但是，这样的方法会产生大量有毒再生剂溶液，其必须以大的花费来处置。Du等人，AdsorptionBehaviorandMechanismofPerfluorinatedCompoundsonVariousAdsorbents-AReview，J.Haz.Mat.274，第443-454页(2014)，通过参考引入本文，公开了需要进一步处理废再生剂溶液来浓缩PFAS和降低废物体积。这是一个关键步骤，因为树脂再生产生了大体积的有毒废物。以上讨论的从水中去除PFAS的已知方法典型地没有优化所述阴离子交换树脂，并且会具有有限的去除PFAS物质的能力。这样已知的方法还会通过试图从树脂解吸PFAS而不完全地再生阴离子交换树脂。这样已知的方法可以不完全地再生阴离子交换树脂，这会导致在每个连续负载和再生循环过程中能力(也称作活性位点)的损失。PFAS在离子交换树脂上的这种累积性形成经常称作“跟部”，并且在该跟部经时形成时导致降低的处理效力。这样的已知的方法也不能回收和再使用用过的再生剂溶液，这会增加其中具有去除的PFAS的用过的再生剂溶液的量。这增加了具有PFAS的毒性的用过的再生剂溶液的量，其必须以大的花费来处置。试图去除PFAS的常规系统和方法还包括生物处理，空气汽提，反渗透和高级氧化。全部这些常规技术是低效的和/或极其昂贵的。
技术实现思路
在一方面，提出了一种从水中去除和浓缩全氟和聚氟烷基物质(PFAS)的可持续系统。该系统包括阴离子交换容器，该阴离子交换容器在其中包括配置为从水中去除PFAS的经选择的阴离子交换树脂。连接到该容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从水中去除和浓缩全氟和聚氟烷基物质(PFAS)的可持续系统，该系统包含：阴离子交换容器，在其中包括经选择的阴离子交换树脂，所述阴离子交换树脂配置为从水中去除PFAS；连接到该容器的管线，其配置为引入被PFAS污染的水流，使得PFAS结合到所选择的阴离子交换树脂并由此从水中去除；连接到该阴离子交换容器上的再生剂溶液管线，其配置为将优化的再生剂溶液引入该阴离子交换容器，以从该阴离子交换树脂中去除PFAS，由此再生该阴离子交换树脂和产生包含所去除的PFAS的用过的再生剂溶液和优化的再生剂溶液；和分离和回收子系统，其配置为回收该优化的再生剂溶液用于再使用和分离并浓缩所去除的PFAS。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.13 US 62/321,9291.一种用于从水中去除和浓缩全氟和聚氟烷基物质(PFAS)的可持续系统，该系统包含：阴离子交换容器，在其中包括经选择的阴离子交换树脂，所述阴离子交换树脂配置为从水中去除PFAS；连接到该容器的管线，其配置为引入被PFAS污染的水流，使得PFAS结合到所选择的阴离子交换树脂并由此从水中去除；连接到该阴离子交换容器上的再生剂溶液管线，其配置为将优化的再生剂溶液引入该阴离子交换容器，以从该阴离子交换树脂中去除PFAS，由此再生该阴离子交换树脂和产生包含所去除的PFAS的用过的再生剂溶液和优化的再生剂溶液；和分离和回收子系统，其配置为回收该优化的再生剂溶液用于再使用和分离并浓缩所去除的PFAS。2.权利要求1的系统，其中通过包括解吸和阴离子交换的双重机理来从阴离子交换树脂中去除PFAS。3.权利要求2的系统，其中该解吸包括提供具有预定浓度的溶剂的优化的再生剂溶液，其配置为用溶剂从阴离子交换树脂主链上替换所吸附的PFAS的疏水性尾部，并提供预定浓度的盐或者碱，其配置为用无机阴离子替换PFAS的亲水性头部。4.权利要求3的系统，其中优化的再生剂溶液包括盐或者碱、溶剂和水的混合物。5.权利要求4的系统，其中该溶剂包括醇。6.权利要求5的系统，其中该优化的再生剂溶液包括大约50％-大约90％体积的甲醇，大约10％-大约50％体积的水和大约1％-大约5％重量的盐或者碱。7.权利要求6的系统，其中该优化的再生剂溶液包括大约70％体积的甲醇，大约28％体积的水和大约2％重量的盐或者碱。8.权利要求1的系统，其中所选择的阴离子交换树脂包括大孔强碱性阴离子交换树脂。9.权利要求1的系统，其中该分离和回收子系统包括下面的一种或多种：蒸发子系统、蒸馏子系统和/或膜分离子系统。10.权利要求9的系统，其进一步包括连接到该蒸发或者蒸馏单元上的冷凝器，其配置为冷凝所回收的再生剂溶液。11.权利要求1的系统，其中该分离和回收子系统包括溶剂纯化子系统，其配置为从该分离和回收子系统去除所携带的PFAS，并提供纯化的、回收的溶剂用于再使用。12.权利要求11的系统，其中该溶剂纯化子系统包括容纳在容器中的阴离子交换树脂。13.权利要求1的系统，其中该分离和回收子系统包括超负载回收子系统，其配置为产生超浓缩PFAS废产物，和浓缩的盐或者碱和水的溶液，来...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·尼克尔森，S·E·乌达德，
申请(专利权)人：新兴化合物处理技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US