專利名稱：補救污染水的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及補救污染水的方法，該污染水例如地下水、地表水和廢水，例如被下列 物質(zhì)污染的地下水溶解的和游離的子相烴、金屬如鉻和其他過渡金屬、鈾、石油烴(BTEX) 的可溶性成分、高氯酸鹽和六氫-1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪(RDX)，特別是氯代烴。本發(fā) 明也涉及補救污染水的裝置。
背景技術(shù)：
氯代烴是水系中普遍的污染物。已知氯代烴對補救和降解具有抵抗能力，并對人 類和野生動物有毒，可能致癌和致突變。例如，四氯乙烯/全氯乙烯(PCE)和三氯乙烯(TCE) 是被美國環(huán)境保護(hù)局(USEPA)列為《美國環(huán)境污染經(jīng)濟(jì)賠償綜合法(CERCLA)》涵蓋的場所 (site)(通常稱為“超級基金(Superfimd)”場所)中的最常見的被檢測地下水污染物之一。由于氯代脂肪烴(CAH)表現(xiàn)出的物理化學(xué)性質(zhì)，用于評估、檢測和補救CAH污染水 的場所的公知技術(shù)被認(rèn)為有問題。CAH導(dǎo)致形成濃厚的非水相層(DNAPL)，使得場所的特性 化和補救變得困難。本領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步使得確定原始材料的質(zhì)量和位置更加容易，且最近 的污染物可視化模型能進(jìn)一步洞察羽流行為。但是，恢復(fù)水系(例如蓄水層)到最大污染 水平(MCL)在很大程度上仍然是不可能的。傳統(tǒng)的還原性水補救處理包括使用簡單的電子施主化合物例如乳糖、酒精、牛奶 脂肪、釋氫化合物(HRC)或者復(fù)雜的電子施主化合物例如糖蜜、玉米糖漿、零價鐵(ZVI)、有 機覆蓋物、酵母提取物、食用油和生物地球化學(xué)還原脫氯(BIRD)。但是這些處理費用昂貴 (HRC)，需要重復(fù)應(yīng)用(乳酸鈉、乳清)，需要復(fù)雜的儲存技術(shù)(乳清)或者會降低滲透性/ 水通量(ZVI、一些覆蓋物)。本發(fā)明試圖提供一種補救污染水例如地下水、地表水和廢水的方法，該方法可以 原位使用或異位使用，且有效、可持續(xù)和廉價。

發(fā)明內(nèi)容
因而，根據(jù)本發(fā)明，提供一種補救污染水的方法，該方法包括用殘渣處理水。本發(fā)明的方法優(yōu)選去除或者減少水污染物，該水污染物包括但不局限于氯代烴、 溶解的和游離的子相烴、金屬、BTEX、鉻、鈾、高氯酸鹽和RDX。殘渣是谷物發(fā)酵的固體廢產(chǎn)物，例如來自于威士忌或啤酒生產(chǎn)中大麥的發(fā)酵。例 如，在威士忌生產(chǎn)中，首先浸泡大麥以誘發(fā)谷物的萌芽，然后通過加熱來中斷萌芽(“麥芽制 造”)，在此之后，研磨谷物并在麥芽漿桶(mash tun)中加熱谷物和水(“搗碎”)。搗碎之 后，取走液體(“麥芽汁”)用于蒸餾以制取威士忌，而固體(“殘渣”)作為廢產(chǎn)物被移去， 該廢產(chǎn)物通常被用作動物飼料。雖然本發(fā)明優(yōu)選使用的殘渣包括大麥的發(fā)酵過程中的固體廢產(chǎn)物，特別是威士忌 生產(chǎn)中的固體廢產(chǎn)物，但本文所用的術(shù)語“殘渣”包括任何谷物如玉米、小麥、大米、大麥、高 粱、小米、燕麥、黑麥、黑小麥和蕎麥的發(fā)酵過程中的所有固體廢產(chǎn)物。
作為谷物發(fā)酵過程的廢產(chǎn)物，殘渣是便宜和易于獲得的。殘渣可以被冷藏例如長 達(dá)四個月而沒有顯著的性能抑制，且可以被凍結(jié)。殘渣的生物/物理/化學(xué)成分是不同組分的復(fù)雜混合物，不同組分的含量在不同 谷物和發(fā)酵過程之間變化。表1顯示的是威士忌殘渣的含量的示例。
雖然沒有受到理論的約束，但是通過來自于化學(xué)、生化和物理成分的因素的結(jié)合， 殘渣被認(rèn)為對水補救是有益的。因此，有人認(rèn)為殘渣保持著有利的氧化還原條件，提供了電子施主化合物、細(xì)菌群落的碳源和催化化合物，并且利用生物、非生物和協(xié)同途徑實施了積 極的反饋循環(huán)。殘渣的化學(xué)特性被認(rèn)為保持著還原環(huán)境，麥芽和酵母提供糖和微量營養(yǎng)物， 也有利于谷皮內(nèi)纖維素的破壞。酒精、油和蛋白質(zhì)被認(rèn)為起著表面活性劑的作用，改變污染 水界面的界面張力，殘渣也提供發(fā)酵性生物體。本發(fā)明的方法的實施例包括通過加強自然衰減來補救水。一些水系顯示出期望的 特性，這些特性可加強自然過程，導(dǎo)致增大的衰減率。本發(fā)明的方法的另一實施例包括通過氯代烴的還原脫氯來補救水。可以通過生物 途徑(例如發(fā)酵或呼吸作用)或者非生物途徑(例如氫解作用或親核取代作用)進(jìn)行還原脫 氯。本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例包括還原脫氯的生物途徑和非生物途徑之間的協(xié)同作用。在本發(fā)明的方法中，殘渣可用于原位處理水，例如在處理墻、可滲透反應(yīng)障礙物 (PRB)或者在利用鉆孔可展開輸送系統(tǒng)的井孔內(nèi)處理水。作為替代，殘渣也可用于異位處理 水，例如在生物反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器或沉淀箱中處理水。可被動地處理水，例如通過啟動 和/或增加自然的和可持續(xù)的凈化和衰減機制。例如，可以將殘渣放置在地下水通過的土 壤里，例如，通過鉆出鉆孔，并沿著鉆孔向下放置鉆孔可展開輸送系統(tǒng)，例如含有殘渣的濾 毒罐或連接的濾毒罐鏈。作為替代，可以挖掘溝渠，并在溝渠里放置殘渣。作為替代，可以 主動地處理水，例如通過將待處理的地下水捕獲或集中到含有殘渣的處理區(qū)域。殘渣可單 獨地使用或與非活性物質(zhì)如沙子或木屑混合在一起。例如，在溝渠或者鉆孔可配置傳輸系 統(tǒng)中，殘渣可被夾在沙層、木屑層或其他非活性物質(zhì)層之間。根據(jù)本發(fā)明，還提供在補救污染水的方法中使用的設(shè)備，該方法包括用殘渣處理 水，該設(shè)備包括含有殘渣的容器和允許水在通過該容器時接觸殘渣的裝置。該容器可包括細(xì)長的濾毒罐，且可由在預(yù)期使用環(huán)境中基本惰性和抗蝕性的材料 例如不銹鋼制成。該容器可包含網(wǎng)孔，該網(wǎng)孔的尺寸足夠小以便充分阻止殘渣從容器中流出，同時 允許地下水穿過網(wǎng)孔和容器中的殘渣。該設(shè)備可包括連接成鏈的多個容器。該設(shè)備可沿井孔向下使用，即該設(shè)備是鉆孔可展開的。


本發(fā)明現(xiàn)在將參考附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1是穿過用于測試殘渣的水補救效果的系統(tǒng)的水流的處理系列示意圖；圖2是穿過包括圖2所示的四個處理系列的系統(tǒng)的水流示意圖；圖3顯示使用殘渣補救水庫中受TCE污染的人工地下水的結(jié)果；圖4顯示使用殘渣補救直接將TCE注入處理系列的人工地下水的結(jié)果；圖5顯示使用殘渣補救水庫中受六種不同污染物污染的人工地下水的結(jié)果；以及圖6a和圖6b分別顯示適用于本發(fā)明的方法中的鉆孔可展開輸送系統(tǒng)以及正在使 用中的鉆孔可展開輸送系統(tǒng)。
具體實施例方式實施例1
按照圖1示意性所示設(shè)計通過系統(tǒng)的水流的處理系列。含有熱壓處理過的蒸餾水 的20L儲水池10通過PTFE管連接到蠕動泵12，蠕動泵12連接到三個串聯(lián)的不銹鋼柱體 14a、14b和14c。柱體14a、14b和14c包括直徑為76mm、高為300mm的不銹鋼核和不銹鋼 蓋。進(jìn)口 16a、16b和16c以及出口 18a、18b和18c安置在距離每個柱體14a、14b和14c的 頂部和底部20mm處，并配備細(xì)鋼絲網(wǎng)(圖1中未顯示)以防止顆粒堵塞。另外的泵20安 置在出口 18b和進(jìn)口 16c之間。在每個試驗中，同時運行三個處理系列(標(biāo)示為A、B和C) 和一個控制系列(沒有處理，標(biāo)示為系列Z)，如圖2示意性所示。每個系列A、B、C的第一和第三柱體(分別為14a和14c)和系列Z中只包含酸洗 砂。柱體 A、B 和 C 中含有威士忌殘漁(來自于 Strathisla distillery, Scotland,Moray, Keith)的第二柱體14b位于中間柱體位置(圖1中的箭頭X)，該威士忌殘渣構(gòu)成柱體14b 內(nèi)部的5% v/v(67. 5g的殘渣)。系列Z的柱體14b不包含殘渣。處理系列A、B、C和Z被用于處理TCE濃度為100mL/L的人工地下水，該人工地下 水是通過在儲水箱10中注入純TCE來制備的。該人工地下水以0. 74mL/min的速率被泵送 通過處理系列A、B、C和Z 24小時以給出24小時的靜置時間。在選定的采樣點處抽取10mL人工地下水樣品，采樣點(i)在水進(jìn)入柱體14a之 前，(ii)在出口 18a和進(jìn)口 16b之間，(iii)在出口 18b和泵20之間，以及(iv)在出口 18c 之后。圖3中顯示了提取的樣品的TCE濃度。在采樣點(i)處提取的水的分析顯示，該 水與儲水箱中的水的化學(xué)組成相同。在采樣點(ii)處提取的水的分析顯示，系列A、B、C和 Z中每一個的柱體14a吸收了大約20-25%的TCE。在采樣點(iii)處提取的水的分析顯 示，系列A、B和C(即柱體14b含有殘渣的那些系列)的TCE濃度有顯著的減少(P<0.05) (小于最初濃度的5%)，但是系列Z的TCE濃度和在采樣點(ii)處提取的樣品相比沒有進(jìn) 一步的減少。在采樣點(iv)處提取的水的分析顯示，系列A、B和C(即柱體14b含有殘渣 的那些系列)的TCE濃度低于檢測下限(L0D)，但是系列Z的TCE濃度與在采樣點(ii)處 提取的樣品相比沒有進(jìn)一步的減少。實施例2如圖2所示，按照上文實施例1所述建立處理系列A、B、C和Z。按照上文實施例 1所述進(jìn)行實驗，但其中儲水箱10不含污染物，僅有蒸餾水。相反，TCE是通過在進(jìn)口 16b 注入來直接引入的，且只進(jìn)行上文所述的點(iii)和(iv)處的樣品分析。用這種方式傳輸 TCE的目的是描述“源頭” TCE，例如來自直接溢出或儲存器泄漏。提取的樣品的TCE濃度顯示在圖4中。指定來自系列Z的流出液的濃度為100%， 即該流出液沒有經(jīng)過殘渣處理，并且僅僅穿過三個裝滿沙子的柱體。最終流出液的TCE濃 度為1460mg/L，且系列A、B和C中被殘渣處理去除的TCE的量表達(dá)為這個值的百分?jǐn)?shù)。圖4顯示出，在穿過系列A、B和C的殘渣處理柱體14b后，TCE平均損失了 78%， 而穿過系列A、B和C的柱體14c后，TCE平均損失了 90%。實施例3如上文針對實施例1所述建立處理系列A、B、C和Z。按照上文實施例1所述進(jìn) 行實驗，但其中儲水箱10含有6種不同的CAH污染物，每一種的濃度為100mg/L(PCE、TCE、 二氯乙烯(DCE)、四氯化碳(CT)、三氯甲烷(CF)和三氯乙烷(TCA))。如實施例1所述在點
7(i)、(iii)和(iv)處提取人工地下水樣品。提取的樣品的CAH濃度顯示在圖5中(每個樣品組中從左到右分別為PCE、TCE、 DCE、TCA、CT和CF的顯示結(jié)果)。結(jié)果顯示，與系列Z相比，系列A、B和C中的所有六種污 染物的濃度出現(xiàn)了顯著的減少(P<0. 05)。濃度減少最大的是含有CT和TCA的樣品，其中 在所有采樣點處都記錄大于90%的減少。TCE的濃度減少了 70-80%，并且DCE的濃度減 少大于80%。受殘渣處理影響最小的污染物是PCE和CF，但即使這樣這些污染物在采樣點 (iv)的濃度也分別減少了 78%和82%。如上所述，本發(fā)明提供了在補救污染水的方法中使用的設(shè)備，該方法包括用殘渣 處理水，該設(shè)備包括含有殘渣的容器和允許水在穿過容器時接觸殘渣的裝置。圖6a和圖6b分別示出適用于本發(fā)明的方法的鉆孔可展開輸送系統(tǒng)和正在使用中 的鉆孔可展開輸送系統(tǒng)。參考圖6a，該圖示出適用于本發(fā)明的方法的鉆孔可展開輸送系統(tǒng)。在圖6a所示的 實施例中，該系統(tǒng)包括含有殘渣的細(xì)長的濾毒罐100。該殘渣可以單獨使用，或者和非活性 物質(zhì)如沙子或木屑一起使用。例如，殘渣可以被夾在或者嵌在濾毒罐100中的沙子或木屑 中。濾毒罐100優(yōu)選由在預(yù)期應(yīng)用環(huán)境中基本為惰性和抗腐蝕性的材料例如不銹鋼制成。 濾毒罐100包括網(wǎng)孔110，該網(wǎng)孔的尺寸足夠小以充分阻止殘渣從筒100中流出，同時允許 水穿過網(wǎng)孔110和濾毒罐100中的殘渣。濾毒罐100可單獨使用，或者多個濾毒罐100可 以通過濾毒罐100每一端的接頭120連接成鏈。盡管對濾毒罐100的尺寸沒有理論限制， 但出于實際目的，長為10-20cm(例如大約15cm)、直徑為l-5cm(例如大約3cm)和網(wǎng)孔尺寸 為0. 25-0. 75mm (例如大約0. 5mm)是合適的。濾毒罐100適合于沿鉆孔向下展開，以便被動地補救地下水。圖6b示出通過與鉆 孔150 —起設(shè)置的接頭120相連的濾毒罐100的鏈140。箭頭A指示地下水流動的方向。應(yīng)該理解這里所述的實施例僅以舉例的方式示出本發(fā)明的應(yīng)用。實際上，本發(fā)明 可適用于許多不同的配置，具體實施例的實施對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
權(quán)利要求
一種補救污染水的方法，所述方法包括用殘渣處理水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水是被氯代烴、溶解的和游離的子相烴、金 屬、BTEX、鉻、鈾、高氯酸鹽和/或RDX污染的水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述殘渣包括玉米、小麥、大米、大麥、高粱、小 米、燕麥、黑麥、黑小麥或蕎麥的發(fā)酵過程中的固體廢產(chǎn)物。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述殘渣包括大麥的發(fā)酵過程中的固體廢 產(chǎn)物。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述殘渣包括威士忌生產(chǎn)中大麥的發(fā)酵過 程中的固體廢產(chǎn)物。 5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其包括通過加強自然衰減來補救地下水。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水是被氯代烴污染的地下水，并且所 述方法包括通過所述氯代烴的還原脫氯來補救地下水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述還原脫氯是通過生物途徑和/或非生物途徑 進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述還原脫氯是通過生物途徑和非生物途徑的結(jié) 合進(jìn)行的。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水是經(jīng)原位處理的地下水。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述原位處理包括使用處理墻、滲透反應(yīng)障礙物 或利用鉆孔可展開傳輸系統(tǒng)的鉆孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水是經(jīng)異位處理的地下水。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述異位處理包括使用生物反應(yīng)器、流化床反 應(yīng)器或者沉淀箱。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水是被被動處理的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水是被主動處理的。
15.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述殘渣是作為活性材料單獨使用的。
16.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述殘渣是與非活性材料混合在一起的。
17.一種在補救污染水的方法中使用的設(shè)備，所述方法包括用殘渣處理水，所述設(shè)備包 括含有殘渣的容器以及允許水穿過所述容器接觸所述殘渣的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述容器包括細(xì)長的濾毒罐。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的設(shè)備，其中所述容器是由在預(yù)期使用環(huán)境中基本惰性 和抗腐蝕性的材料制成的。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述容器是由不銹鋼制成的。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述容器包括網(wǎng)孔，所述 網(wǎng)孔的尺寸足夠小，以便充分阻止殘渣從所述容器中流出，同時允許水穿過所述網(wǎng)孔和所 述容器中的殘渣。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其包括連接成鏈的多個容器。
23.根據(jù)權(quán)利要求17至22中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其用于沿鉆孔向下展開。
24.一種補救污染水的方法，其基本如本說明書所述。
25.一種補救污染水的設(shè)備，其基本如參考圖5a和圖5b所述。
全文摘要
本發(fā)明公開了補救污染水的方法，該污染水例如為地下水、地表水和廢水，例如被下列物質(zhì)污染的地下水溶解的和游離的子相烴、金屬如鉻和其他過渡金屬、鈾、石油烴(BTEX)的可溶性成分、高氯酸鹽和六氫-1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪(RDX)，特別是氯代烴。該方法包括用殘渣例如威士忌生產(chǎn)中大麥發(fā)酵過程的固體廢產(chǎn)物來處理水。本發(fā)明也公開了補救污染水的設(shè)備。
文檔編號B09C1/00GK101878074SQ200880117956
公開日2010年11月3日 申請日期2008年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者K·S·奇爾哈姆 申請人:阿伯丁大學(xué)大學(xué)評議會