用于从地下水中分离物质的方法和设备技术

公开了一种用于从地下水中分离一定量的物质的设备，其包括长形腔室(18)，所述长形腔室具有入口(22)，该入口被布置成在使用中允许地下水在靠近下部第一端(24)处进入所述腔室中。还设有位于第一端(24)附近的气体发泡器(26)，该气体发泡器允许气体进入腔室，用于引导地下水从腔室的第一端(24)流向第二端上端，并用于产生泡沫层(32)，该泡沫层(32)上升到与地下水的界面上方，该泡沫层包括浓缩量的物质。抽吸罩(38)可以从腔室(18)的顶部向下移动到使泡沫层(32)塌陷并将其从井体(14)中去除的位置。抽吸罩(38)(用作泡沫深度调节装置)控制泡沫层(32)中的地下水量，这会影响在泡沫层(32)中实现的污染物质的浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从地下水中分离物质的方法和设备
本专利技术涉及一种用于从地下水中分离物质的设备以及一种使用该分离设备的方法。在一种形式中，该设备和方法可用于去除位于地体中的地下水中存在的污染物有机材料。然而，该设备和方法也可用于从地下水中去除非有机材料或污染物。
技术介绍
全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)包含一系列聚氟化烷基物质(包括但不限于不同碳链长度的羧酸、烷基磺酸盐、烷基磺酰胺化合物和氟调聚化合物及其前体)。PFAS已被广泛应用，包括作为专业消防产品，或者用于纺织品、皮革和地毯的浸渍或涂敷，或者用于地毯清洁化合物，以及用于航空液压油、金属电镀、农业(用于某些种类蚂蚁的昆虫诱捕器)、照片成像、电子产品制造和不粘锅应用。高阶PFAS降解为特定的终点PFAS化学品(包括但不限于全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)和全氟己烷磺酸(PFHxS))。这些相关优先化合物(prioritycompound)能防生物或非生物降解，因此在环境中是持久性的。它们有抗性，具有生物累积性，已知污染了土壤、地下水和饮用水源。已知PFAS污染了地下水，包括饮用水源。PFOS、PFHxS和PFOA已经在大多数发达国家的管辖区公布了人类健康和环境监管标准。随着新的毒理学研究数据表明潜在的风险关联，预计更多的PFAS化合物将被确定为应当关注的污染物。需要整改方法来处理优先的PFAS化合物。许多出版物中已知通过在地下水或地下水井中鼓泡空气来去除挥发性有机化合物(VOC)的技术(也称为“吹脱”)。然而，众所周知，这种技术不能处理PFAS污染的地下水。在最近的一项研究中，数据来自一个受到PFAS污染的位于美国的地点，在那里，以前曾用吹脱法去除VOC，但是在该工作25年多之后，受调查的地点仍然存在高持久性PFAS污染，需要整改(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)具有低至非常低的蒸汽压，这意味着它们不容易挥发，因此吹脱不是无效的整改处理。用于处理PFAS污染地下水的已知技术基于两种方法：“泵送处理(pumpandtreat)”和“原位化学处理”。“泵送处理”是一种常规方法，通过钻到地里的抽取井将地下水泵送到地表，然后处理收集到的水。处理过的水然后被引向合适的终点，例如用于灌溉或重新注回地里(这在许多地方是不允许的)，或者通过排入下水道或废物处理设施。由于从一个地方到另一个地方运输大量水的费用，这项技术的成本很高。在这种方法中，废物处理设施使用多种技术来处理含PFAS的水，包括以下任何一种技术或组合技术：(a)通过活性炭介质吸附，最常见的形式是颗粒活性炭(GAC)；(b)通过粘土基介质吸附；(c)通过反渗透(RO)膜过滤，和(d)通过离子交换树脂吸附。一般来说，这些技术中使用的处理剂不容易再生，在达到最大处理能力后需要弃置(通常是填埋)。泵送处理系统通常需要多年长时间运行，并且处理量非常大——因此，处理设备也很大。由于处理厂的规模和长的运行时间(几年，甚至几十年)，资金和运行成本通常很高。另一个困难是污染物可能被吸附到地里的非渗透性材料上(例如，淤泥或粘土上)，并且永远不会被正确释放。“原位化学处理”通常包括在地表下施用使目标污染物(PFAS)变性或中和的反应剂。该试剂的地表下施用可包括作为浓缩液体、泥浆或气体直接注入，或地表下屏障墙的挖掘/建造。反应剂可以是氧化剂(例如过氧化氢、过硫酸盐或高锰酸盐)、还原剂(例如零价铁)或吸附剂(例如超细GAC浆料、粘土)。然而，PFAS有抗性，实验室研究发现这些试剂的性能有限。实验室研究还发现，GAC对PFAS的吸附是可逆的(即不是永久性的)。地下水井在本领域中是已知的，通过在井室内使用泵送方法移动地下水，允许在地表下循环。这种井可能涉及侧壁中复杂的多个筛网段，这些筛网段可能需要用封隔器或低渗透屏障隔开。传统上，这种井用于处理含有挥发性化合物的地下水，随后进行蒸汽提取，或者给井周围的土地充氧，例如用于原位有氧生物修复，或者将其它液体或胶体物质引入地下水。显然，没有合适的技术可以克服泵送处理整改的成本和规模缺点。同样显而易见的是，用于中和PFAS的原位化学处理尚未被成功证明，由于残留物质的存在及其对地表下介质的影响，这一处理方法带来了其它环境风险。
技术实现思路
在第一方面，提供了一种从地体中存在的地下水中分离一定量的物质的方法，该方法包括以下步骤：将气流引入含有地下水的竖直井中，井至少部分位于地里，并且井中的地下水与位于井下部外部的地下水流体连通；其中，引入的气体引起地下水在井内的向上流动，并产生泡沫层，泡沫层上升到井上部与地下水的界面上方，泡沫层包括浓缩量的物质；以及控制在井上部产生的泡沫层的地下水含量，以影响其中物质的浓度。在某些实施例中，气体的向上流动和泡沫层的产生是连续的。对于特定的处理情况，操作也可以按照分批模式进行。在某些实施例中，位于井中的地下水的所引起的向上流动将更多的地下水吸入井的下部，然后对其进行物质分离方法。在某些实施例中，位于泡沫层下方的井上部的地下水也与位于井外部的地下水流体连通。在一种形式中，位于井中的地下水的所引起的向上流动使得位于井上部、泡沫层下方的地下水回流到井上部周围的地里，然后地下水被向下抽吸以迁移到井下部的流体入口，并在地里产生循环模式以灌溉或淘析来自包含在地表下孔隙和裂缝的地下水的污染物分子，以及分子被吸附到颗粒表面上的位置中。在可选形式中，离开井上部的地下水不直接进入该位置的地里，而是可以通过导管或其它流体连通装置或导管被引导到另一个位置，在那里它可以重新进入地里。这在地下水井延伸穿过一层未受污染的土壤以到达半承压含水层的情况下很有用，该含水层下方受到PFAS污染。在这种情况下，不希望将处理过的地下水返回到最初完全未受污染的最上地层，该地下水当离开井的长形腔室时，可能仍含有一定含量的残余污染物。在其它情况下，从半封闭含水层中抽取地下水进行处理，然后试图通过弱透水层或不透水层释放地下水进行循环，这在物理上或许是不可能的。出于这些原因，考虑了将处理过的地下水与初始污染区流体连通并返回到初始污染区的多种不同路线。在某些实施例中，向上流动的气体被引入到井的下部，不过当然也可以在沿井深的几个位置引入气体。在某些实施例中，控制井上部泡沫层的地下水含量的步骤是通过包括以下方式的组中的至少一种方式进行的：控制引入气体流的物理参数；以及控制泡沫层的物理参数。在一种形式中，控制引入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气体流入井中。如果太多的气体被引入到井中，地下水的流动可能会脱离静流的理想处理条件，反而会变成紊流。在紊流情况下，泡沫层可能会被破坏，也可能变得非常潮湿，从而导致从地下水中去除的物质浓度稀释。在某些实施例中，控制引入气体流的物理参数的步骤包括使用位于所述引入气体进入位于井中的地下水之前或该点处的气泡生成装置。气泡生成装置可以包括位于井内并与地下水接触的气泡器(或等同术语，如发泡器、烧料、起泡器、起泡散布器、多孔石等)。另一种类型的气泡生成装置可以包括将空气引入通过文丘里膨胀器的地下水流中，例如，在原位产生细小的气泡，然后将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从地体中存在的地下水中分离一定量物质的方法，所述方法包括以下步骤：‑将气流引入包含地下水的竖直井中，所述井至少部分位于土地内，并且所述井中的地下水与位于所述井的下部的外部的地下水流体连通；其中，引入的气体引起地下水在所述井内的向上流动，并产生泡沫层，所述泡沫层上升到所述井的上部中与地下水的界面上方，所述泡沫层包括浓缩量的物质；以及‑控制在所述井的上部中产生的所述泡沫层的地下水含量，以影响其中的所述物质的浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.10 AU 20169022801.一种从地体中存在的地下水中分离一定量物质的方法，所述方法包括以下步骤：-将气流引入包含地下水的竖直井中，所述井至少部分位于土地内，并且所述井中的地下水与位于所述井的下部的外部的地下水流体连通；其中，引入的气体引起地下水在所述井内的向上流动，并产生泡沫层，所述泡沫层上升到所述井的上部中与地下水的界面上方，所述泡沫层包括浓缩量的物质；以及-控制在所述井的上部中产生的所述泡沫层的地下水含量，以影响其中的所述物质的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，气体的向上流动和所述泡沫层的产生是持续的。3.根据权利要求2所述的方法，其中，位于所述井中的地下水的所引起的向上流动将更多的地下水吸入所述井的下部。4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，位于所述井的上部中在所述泡沫层下方的地下水也与位于所述井外部的地下水流体连通。5.根据权利要求4所述的方法，其中，位于所述井内的地下水的所引起的向上流动使得位于所述井的上部中在所述泡沫层下方的地下水回流到所述井周围的土地中。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向上的气体流被引入所述井的下部。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制所述井的上部中所述泡沫层的地下水含量的步骤是通过包括以下各项的组中的至少一个进行的：控制所述引入气体流的物理参数；以及控制所述泡沫层的物理参数。8.根据权利要求7所述的方法，其中，控制所述引入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气体流入所述井中。9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，控制所述引入气体流的物理参数的步骤包括使用位于所述引入气体进入位于所述井中的地下水之前或该点处的气泡生成装置。10.根据权利要求7至权利要求9中任一项所述的方法，其中，控制所述泡沫层的物理参数的步骤包括使用泡沫深度调节装置来保持所述井内的所述泡沫的深度。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述泡沫深度调节装置选自包括以下各项的组：响应于所述界面的位置的移动而能在所述井中移动的装置；以及布置在所述井内的固定位置的装置，并且所述界面的位置响应于引入气体的流量。12.根据权利要求7至权利要求11中任一项所述的方法，其中，控制所述泡沫层的物理参数的步骤还包括使用用于限制所述井内的泡沫的横截面流动路径的装置，使得所述泡沫层排水。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括从所述井的上部去除至少一些泡沫层的步骤。14.根据权利要求13所述的方法，其中，在从所述井的上部去除所述泡沫层期间并且在二次处理步骤之前使所述泡沫层塌陷。15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过使用包括以下各项的组中的机械设备去除所述泡沫层：泡沫破碎器、真空提取装置和泡沫提取头。16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其中，用于处理包括所述浓缩物质的塌陷泡沫层的二次处理步骤使用包括以下处理的组中的至少一种处理：吸附(使用活性炭、粘土或离子交换树脂)、过滤(使用反渗透膜)；以及将额外量的气体引入单独的容纳设备中，以产生包括额外浓缩量的所述物质的另一泡沫层。17.根据权利要求1至权利要求12中任一项所述的方法，还包括以下步骤：使至少一些所述泡沫层塌陷；然后对所述塌陷的泡沫层进行二次处理步骤，所有步骤都在所述井的上部进行。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述使至少一些所述泡沫层塌陷的步骤是通过使用包括以下各项的组中的机械设备：泡沫破碎器、真空提取装置和泡沫提取头。19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中，用于处理包括所述浓缩物质的所述塌陷泡沫层的二次处理步骤使用根据权利要求15所述的方法中的至少一种。20.根据权利要求17至权利要求19中任一项所述的方法，其中，在所述二次处理之后，从所述井的上部去除处理过的泡沫层的剩余部分。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述物质是有机物质。22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述有机物质是全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)中的至少一种。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述全氟烷基或多氟烷基物质包含包括以下各项的组中的一种或多种物质：全氟辛烷磺酸(PFOS)；全氟辛酸(PFOA)；全氟己烷磺酸盐(PFHxS)；聚氟代羧酸、烷基磺酸盐和烷基磺酰胺化合物；和氟调聚化合物，每种物质具有不同的碳链长度；并且包括这些的前体。24.一种用于从地体中存在的地下水中分离一定量物质的设备，所述设备包括：-长形腔室，所述腔室具有入口，所述入口被布置成在使用中允许地下水从土地进入所述腔室中位于所述腔室的第一端附近的区域；以及-气体引入装置，其位于所述腔室的靠近所述第一端的区域中，在使用中，所述气体引入装置在使用中允许气体进入所述腔室，所引入的气体用于引导地下水从所述腔室的靠近所述第一端的区域流向所述腔室的第二端，并且用于产生泡沫层，所述泡沫层上升到与所述地下水的界面上方，所述泡沫层包括浓缩量的所述物质；其中，在使用中，所述设备被布置成在所述腔室的第二端附近容纳所述泡沫层，并控制所述泡沫层的地下水含量，以影响其中所述物质的浓度。25.根据权利要求24所述的设备，还具有出口，所述出口被布置成在使用中用于在更靠近所述腔室的与所述第一端相反的第二端的区域处将地下水从所述腔室排出到土地中。26.根据权利要求24所述的设备，还具有出口，所述出口被布置成在使用中用于地下水的排出，所述出口位于所述腔室中相比所述第一端更靠近所述腔室的第二相反端的区域，但是其中，所述出口不与在所述区域处在所述腔室外部的土地流体连通。27.根据权利要求26所述的设备，其中，所述出口与在更靠近所述腔室的第一端的区域处在所述腔室周围的土地流体连通。28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述腔室的出口包括从其延伸的流体导管，所述流体导管布置成在使用中携带地下水流以排放到土地中。29.根据权利要求28所述的设备，其中，所述流体导管包括围绕所述长形腔室的外壁布置的同心环形圆筒。30.根据权利要求25至权利要求29中任一项所述的设备，其中，所述泡沫层位于所述出口上方。31.根据权利要求24至权利要求30中任一项所述的设备，其中，所述气体引入装置在使用中位于所述腔室中的入口高度处或入口高度上方。32.根据权利要求31所述的设备，其中，所述入口和出口被布置成在地下水移动期间阻止固体土地物质进入所述腔室。33.根据权利要求24至权利要求32中任一项所述的设备，其中，响应于对包括以下各项的组中的一项的测量，由气体输送管线上的流量控制器和入口阀控制引入到所述腔室中的气体的流量：所述泡沫层的地下水含量；以及所述界面的位置。34.根据权利要求24至权利要求33中任一项所述的设备，其中，气泡生成装置位于所引入的气体流进入位于所述腔室内的地下水之前或该处。35.根据权利要求24至权利要求34中任一项所述的设备，其中，泡沫深度调节装置布置在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：SE菲利普斯，GR布里克，DJ伯恩斯，
申请(专利权)人：欧佩克修复技术有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU