用于从流动相减少环境污染物的工艺、系统和设备的制作方法

用于从流动相减少环境污染物的工艺、系统和设备
1.相关申请的交叉引用
2.2021年5月11日提交的本技术根据35 u.s.c.
§
119(e)要求2020年5月11日提交的标题为“process,system,and apparat us for reducing environmental pollutants from a mobile phase”的美国临时专利申请序列号63/023137的权益，所述美国临时专利申请的全部内容和要旨都据此以引用方式并入，如同在下文被全面阐述一样。
技术领域
3.本公开的各个实施方案总体上涉及用于补救流动相的工艺、装置和系统。它尤其可用于从流动相去除污染物以保护动相流动到污染较少或未被污染的位所(location)，并且对于具有非中性ph的流动相尤其有效。

背景技术：

4.已知许多污染物对人和环境是有毒的。这些已知环境污染物中的一种，汞，已被有毒物质和疾病登记机构(agency for toxic substances and disease registry，“atsdr”)归类为优先危险物质之一。美国国家优先清单(us national priorities list，npl)已列出多个被汞污染的场所，此类场所包含各种物质，包括固体(例如土壤、碎片、废物和其它固体)、液体(例如地下水、湖泊水(lakes)、池塘水(ponds)和其它液体)，以及固体和液体的组合(例如污泥、泥浆、沉积物和固体和液体的其它组合)。这些场所中的大多数尚未被去污染以去除汞。不可接受水平的汞或汞化合物也可能存在于npl中未列出的场所中。其它环境污染物引起类似的关注。
5.一些补救技术面临挑战的一个因素是环境污染物在被隔离或稳定后有从它的位所迁移(或浸出)的趋势。u.s.epa也对此进行了监管，并制定了毒性特征浸出程序(toxicity characteristic leaching pro cedure,tclp)，这是一种被设计用于确定液体、固体和多相废物中存在的有机和无机分析物的迁移率的测试。
6.2019年5月3日提交的pct/us2019/pct/030729公开了用于减少环境污染物的新工艺和应用，该专利文献的内容的全文以引用方式并入本文中。在该工艺的开发和应用过程中，鉴别出对于液体在环境污染场所流动或移动从而可能将环境污染物携带到该位所之外的情况，存在需求。事实上，补救受污染场所的挑战之一在于，地下水、暴雨径流和其它液体流可将环境污染物携带到场所或位所的边界之外，并且防止那些流携带污染物是工业中的持续需求。

技术实现要素：

7.本公开的各个实施方案总体上涉及用于从流动介质、流动相或流动流去除环境污染物的工艺、设备、装置和系统。
8.本公开的实施方案可为用于从流动相去除环境污染物的补救装置，该补救装置包括介质流经的一个或多个通道、靠近通道的一个或多个固体结构物和位于固体结构物上的
反应性介质，其中反应性介质包含含卤素吸附剂。
9.本公开的实施方案可为用于补救场所的系统，其中该场所具有待补救的环境污染物和流动相，该系统包括从环境污染物场所流出的受污染的流动相、经处理的流动相，和在受污染的流动相与经处理的流动相之间的补救装置，该补救装置被配置和布置成拦截受污染的流动相的流。
10.本公开的实施方案可为用于从流动介质去除或减少环境污染物的工艺。所述工艺可包括在第一位所与第二位所之间安装补救装置，其中第一位所含有高于第二位所的水平的污染物，且流动相具有从第一位所流向或确实从第一位所流向第二位所的潜能；以及允许流动相流经补救装置。
11.本公开的实施方案可为补救装置，包括(但不限于)作为上文所述系统的一部分或者在上文所述工艺中的补救装置。补救装置可用于从流动相去除环境污染物。补救装置可具有介质流经的一个或多个通道、靠近通道的一个或多个固体结构物和位于固体结构物上的反应性介质。
12.在本公开的实施方案中，补救还可包括围绕固体结构物和反应性介质的支撑物。
13.在本公开的实施方案中，反应性介质可包括含卤素吸附剂。反应性介质可为含溴吸附剂、碳质吸附剂、含卤素碳质吸附剂、含溴碳质吸附剂，或含溴活性碳。
14.在本公开的实施方案中，流动相可具有非中性ph。在一些实施方案中，流动相可具有小于约6.5的ph。在其它实施方案中，流动相可具有大于约7.5的ph。
15.本公开的先前实施方案可包括，环境污染物包括有毒金属、有毒金属化合物或有毒金属盐；或环境污染物包含元素汞、汞化合物或汞盐。
16.本公开的先前实施方案可包括补救装置，该补救装置是反应性盖、可渗透反应性屏障、编条(wattle)或纯化柱。
17.本公开的先前实施方案可包括流动介质，该流动介质包含羽流、地表水、覆层水、孔隙水、地下水、尾矿水、场所径流和受污染位所内的其它地层水。
附图说明
18.图1图解说明根据本公开的示例性实施方案的补救装置。
19.图2图解说明根据本公开的示例性实施方案的补救装置。
20.图3图解说明根据本公开的示例性实施方案的补救装置。
21.图4图解说明根据本公开的示例性实施方案的系统。
22.图5图解说明根据本公开的示例性实施方案的系统。
23.图6图解说明根据本公开的示例性实施方案的针对所吸附的汞的长期稳定性测试的柱搭建。
24.图7图解说明来自根据本公开的示例性实施方案的稳定性测试的流出物的累积汞损失的曲线图。
25.图8图解说明根据本公开的示例性实施方案，对于各种吸附剂，在7天、28天和40天后，来自土壤的浸出液中的汞浓度(μg/l)的曲线图。
26.图9图解说明根据本公开的示例性实施方案的浸出液中的低溴损失。
具体实施方式
27.尽管详细解释了本公开的优选实施方案，但应理解考虑了其它实施方案。因此，本公开的范围并不意图限于以下说明书中所阐述或附图中所图解说明的部件的构造和排列的细节。本公开能够有其它实施方案且能够以多种方式实践或实施。此外，在描述优选实施方案时，为了清楚起见，将采用特定的术语。
28.还必须注意，除非上下文中另有明确规定，否则如在说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该/所述”包括复数个指示物。
29.此外，在描述优选实施方案时，为了清楚起见，将采用术语。每个术语均意图考虑了如所属领域技术人员所理解的它的最广泛的含义，并且包括以类似方式操作以实现类似目的的所有技术等同物。
30.范围在本文中可被表述为从“约”或“大约”一个特定值和/或到“约”或“大约”另一个特定值。当表述此种范围时，另一实施方案包括从一个特定值和/或到另一特定值。
[0031]“包含(comprising)”或“包括(comprising)”或“包括(including)”意指，至少所指定的化合物、元素、粒子或方法步骤存在于组合物或制品或方法中，但不排除其它化合物、材料、粒子、方法步骤的存在，即使其它此类化合物、材料、粒子、方法步骤具有与所指定的那些相同的功能。
[0032]
还应理解，对一个或多个方法步骤的提及并不排除存在额外的方法步骤或者介于明确标识的那些步骤之间的间插方法步骤。类似地，还应理解，对装置或系统中的一个或多个部件的提及并不排除存在额外的部件或介于明确标识的那些部件之间的间插部件。
[0033]
本公开总体上涉及用于防止或减少环境污染物从场所或位所离开的装置、系统和工艺或方法。本公开包括在所述装置、系统、方法和工艺中施加卤化吸附剂，该卤化吸附剂捕获环境污染物并且防止它进一步洗脱或迁移到围绕该卤化吸附剂流动、流经该卤化吸附剂或以其它方式流过该卤化吸附剂的流动相中。
[0034]
吸附剂对吸着物的总体吸收能力可为选择材料的重要因素。如果吸着物起初对吸附剂不具亲和力，那么它的施加可能成问题。并且，即使当吸着物对吸附剂具有高亲和力时，吸附剂最终可达到它对吸着物的最大容量，例如变得饱和，且吸着物最终可从吸附剂漏出。然而，即使在吸附剂被吸着物饱和之前，理想的吸附剂也不应该失去其在操作条件下容置吸附物的能力。
[0035]
当流动介质或流动相流过被吸附的吸着物时，这个问题尤其突出。任何吸附工艺的一个挑战可为吸着物在吸附剂与流经或流过吸附剂的流动相之间的任何平衡。如果吸着物花费了时间在流动相与吸附相之间通过，那么吸着物可沿着流动介质的流动向下游迁移，并且最终可脱离吸附剂材料。对于补救来说，如果污染物可在流动流体与吸附剂表面之间达到平衡，那么这种流动性可为重要的问题。因此，环境场所处的任何流动相都可能对吸附剂材料构成挑战。
[0036]
此外，在许多操作中，例如工业、建筑、拆除、采矿和补救场所，流动相的ph不一定是中性的，因此可抵抗具有挑战性的流动相(例如具有高ph或低ph的流动相)的吸附剂将是特别有价值的。
[0037]
pct/us2019/pct/030729中所公开的工艺包括我们持续开发的卤化吸附剂。在测试本公开对环境挑战的应用时，我们已证明，它不仅竞争性地吸附污染物，而且在受到一系
列流动介质的挑战时，它在失去吸附的污染物方面没有明显的弱点。如实施例1中所述，所述产品的一个方面包括已吸附环境汞的卤化活性碳吸附剂。当用中性ph的水、ph 4的水和ph 8-11的水的液体流挑战超过40天时，没有汞从吸附剂中释放出来。相比之下，粉末状活性碳是补救技术中应用的常见材料之一，在中性ph流期间仅4天就表现出汞洗脱。
[0038]
反应性介质(在本文中也称为补救剂)可为含卤素吸附剂(在本文中有时称为“卤化吸附剂”)。含卤素吸附剂通常是从一种或多种含卤素化合物和一种或多种衬底材料形成。许多衬底材料(尤其活性碳)可以以从纳米到厘米的宽泛范围的粒度获得或得到。
[0039]
因此，本公开提供了用于降低环境污染物，尤其在存在流动相或流动介质的位所中的环境污染物的环境有效性(environmental availability)的工艺。如本文件通篇所用的术语“降低环境有效性”是指稳定、固定化(immobilizing)、固定(fixing)、封装、分离、约束(containing)、破坏、解毒、分解和腐解至少一种环境污染物，减少该至少一种环境污染物的量，降低该至少一种环境污染物的流动性，以及/或者降低该至少一种环境污染物的迁移能力。稳定和/或固定化可在介质中进行。降低环境污染物的环境有效性进而会降低污染物的生物有效性，且因此降低它们的生物积累。
[0040]
如本文所用的术语“一种环境污染物(environmental pollutant)和多种环境污染物(environmental pollutants)”意指已知对人类有害和/或影响环境(生态系统)的化学元素或其化合物或混合物。环境污染物通常由一个或多个政府机构管理。环境污染物的实例包括所有形式的汞，例如元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物；其它有机物质(包括例如但不限于疏水性有机化合物、多环芳烃、多氯化联苯、二噁英、呋喃和/或氯化杀虫剂)；有害元素、有机和无机重金属化合物(包括例如但不限于包含as、pb、zn、cu、cr和/或cd的化合物)；和本领域技术人员已知的其它环境污染物。
[0041]
如本文件通篇所用的术语如“处理(的)”、“接触(的)”和“补救(的)”指示含卤素吸附剂与含有一种或多种环境污染物的物质以导致一种或多种环境污染物的环境有效性降低的方式相互作用。
[0042]
所述装置、系统或工艺可包括具有一个或多个通道、一个或多个固体结构物和位于该结构物上的反应性介质的补救装置。补救装置具有可以为大的或小的且可在固体结构之间到的通道。例如，通道可包括例如一捆材料中的稻草之间的空间，或可为更小的，例如为填充在柱或其它结构物中的粒子之间的空间。该通道可为构成装置支撑结构的固体结构物之间的空间。
[0043]
补救装置还可包括围绕并容置所述一个或多个固体结构物和反应性介质的支撑物。支撑物可具有流动相可通过的一个或多个入口和出口。该一个或多个入口和出口可为在支撑物的底部、顶部和/侧面内的典型开口，或可包括网状材料，例如网袋。
[0044]
作为实例，图1中的补救装置100可包括固体结构物101(诸如沙子或其它颗粒材料)，和由固体结构物101支撑的反应性介质102。补救装置内的通道103可在固体结构物101与反应性介质102之间到。流动相104随后可通过该通道，从而允许它与反应性介质相互作用。类似地，图2中的补救装置可具有固体结构物201(诸如稻草或纤维材料)，和由固体结构物201支撑的反应性介质202。补救装置内的通道203可在固体结构物201与反应性介质202之间到。流动相204然后可通过通道，从而允许它与反应性介质相互作用。
[0045]
补救装置的另一实例可为圆柱形容器，诸如图3中的圆柱形容器。该容器不应限于
圆柱体，而是可为任何三维形状。补救装置300可包括固体结构物301、反应性介质302、通道303和流动相304。图3中的装置还展现出支撑物305，该支撑物可为如上文所论述的固体或多孔材料。流动相可如通过图3中的箭头所示通过装置的顶部进入，但还可通过底部进入。替代地，尽管图3应为具有顶部和底部开口的圆柱体，但该支撑物可为多孔材料并且流动相可替代地流经侧面。
[0046]
所述位于固体结构物上的反应性介质可为如本文所述的含卤素吸附剂。该反应性介质包含含溴吸附剂、碳质吸附剂、含卤素碳质吸附剂和/或含溴活性碳。
[0047]
流动介质还可被描述为流动相、流动流、液相或液体介质。通常对于环境补救和环境污染来说，流动介质将包含水，例如水溶液，但并不排除有机化合物或溶剂的存在，这在补救场所中可能是常见的。流动介质的实例可包括羽流、地表水、覆层水、孔隙水、地下水、尾矿水、场所径流和/或暴雨水。
[0048]
由于流动相不是ph中性的，即在ph 7下不存在，因此对于当前产品来说，流动液体流的环境补救可能特别困难。这些被污染的场所经常具有酸性ph，且更经常具有碱性ph，并且这些液体经常需要被处理或中和。否则，被吸附在吸附剂上的污染物将简单地脱落，从而导致环境污染物从吸附剂中浸出或漏出。相比之下，本公开的补救装置对非中性ph流动相具有承受力(resilient)，并且在ph为酸性或碱性时，可抵抗环境污染物的浸出。因此，流动介质或流动相可具有非中性ph。流动相的ph可至少低于ph 6.5、低于ph 6.0、低于ph 5.5或低于ph 5.0。流动相的ph可至少高于ph 7.5、高于ph 8.0、高于ph 8.5、高于ph 9.0或高于ph 9.5。
[0049]
环境污染物可为本文所述的任何污染物。它可包括有毒金属、有毒金属化合物或有毒金属盐，或可包括元素汞、汞化合物或汞盐。
[0050]
本文所施加的吸附剂材料可包括碳质材料和无机材料。合适的碳质材料包括例如(但不限于)活性碳、碳黑、炭和焦炭。优选的碳质材料是活性碳，该活性碳可以许多形式(包括例如但不限于粉末状、颗粒状或成形(extruded)活性碳)和高比表面积使用。
[0051]
合适的无机材料包括无机氧化物，例如氧化铝(无定形的和结晶的)、二氧化硅、氧化镁和二氧化钛；天然沸石，例如菱沸石、斜发沸石和八面沸石；合成沸石，例如合成菱沸石、具有高si:al比的沸石(zsm-5、β沸石、方钠石)、具有中等si:al比的沸石(y沸石、a沸石)、硅磷酸铝(silica alumina phosphate)(sapo)沸石、离子交换沸石、未煅烧沸石、粘土矿物(例如高岭土、高岭石、膨润土和蒙脱土)；无机氢氧化物，例如氢氧化铁；混合金属氧化物，例如水滑石和金属化双层粘土；硅藻土；水泥粉尘；加氢处理催化剂，包括基底(例如氧化铝、二氧化硅或二氧化钛)上的那些加氢处理催化剂；caco3；以及上述任两种或多种的组合。优选的无机材料包括无机氧化物，尤其二氧化硅；天然沸石，尤其菱沸石；和粘土矿物，尤其高岭石和膨润土；caco3也是优选的衬底材料。
[0052]
含卤素吸附剂中的卤素元素可为氟、氯、溴、碘，或任两种或多种卤素的混合物。溴是优选的卤素。合适的含卤素化合物包括例如但不限于元素碘和/或碘化合物、元素溴和/或溴化合物、元素氯和/或氯化合物、元素氟和/或氟化合物以及如本领域技术人员已知的其它合适的卤素化合物。可使用的含卤素化合物的类型包括氢卤酸、碱金属卤化物、碱土金属卤化物和卤化铵。
[0053]
氢卤酸包括氯化氢、溴化氢和碘化氢。碱金属卤化物包括氟化钠、氯化钠、溴化钠、
碘化钠、氟化钾、氯化钾、溴化钾和碘化钾。碱土卤化物包括氯化镁、溴化镁、氯化钙和溴化钙。卤化铵包括氯化铵、溴化铵和碘化铵。
[0054]
优选的含卤素化合物包括元素溴、溴化氢、氯化钠、溴化钠、碘化钾和溴化钙。含溴化合物是优选的含卤素化合物；更优选溴化氢和元素溴，尤其是元素溴。
[0055]
含卤素吸附剂可由如美国专利第6,953,494号和美国专利第9,101,907号以及国际专利公布第wo 2012/071206号中所述的材料和含卤素化合物制成。在一些实施方案中，优选的含卤素吸附剂是含溴吸附剂。在一些实施方案中，优选的含卤素吸附剂是含卤素活性碳。在其它实施方案中，优选的含卤素活性碳是含氯活性碳、含溴活性碳和含碘活性碳。在优选实施方案中，含卤素吸附剂是含氯活性碳和含溴活性碳。在更优选实施方案中，含卤素吸附剂是含溴活性碳。
[0056]
在其它实施方案中，优选含卤素吸附剂是含氯活性碳和含碘活性碳。在另一些其它实施方案中，优选的含卤素吸附剂是含卤素的菱沸石、含卤素的膨润土、含卤素的高岭石和含卤素的二氧化硅。
[0057]
含卤素吸附剂(特别是含溴吸附剂，更特别是含溴吸附剂)可通过包括例如但不限于氧化和/或吸附的方式降低物质中污染物的环境有效性。吸附可通过降低环境污染物的流动性来降低此类污染物的环境有效性。含卤素吸附剂可降低污染物的环境有效性的其它方式是通过经由表面反应增强此类污染物的降解；和/或通过抑制污染物(诸如甲基汞)的形成；以及/或者通过其它机制来进行。在本公开的工艺中，无论被施加至固体还是液体还是它们的组合，含卤素吸附剂所吸附的环境污染物都被稳定化成使得向环境中的解吸被实质性地最小化。
[0058]
汞和其它环境污染物被吸附到含卤素吸附剂(尤其是含溴活性碳)上或者被该含卤素吸附剂(尤其是含溴活性碳)去除。不同的卤素(尤其是溴)形态(species)可在含卤素吸附剂(尤其是含溴吸附剂，特别含溴活性碳)上形成。
[0059]
一些含卤素吸附剂(特别是含溴活性碳)可物理地和化学地吸附不同氧化态的汞，包括元素汞、和有机汞。吸附在含溴活性碳上的汞在宽泛的ph值范围内是稳定的，其中“稳定的”意指该汞在吸附后不会以可观的量从吸附剂中分离出来。
[0060]
本文的公开内容包括可发现环境污染(尤其汞污染)的介质或位所中的许多介质或位所，并可提供通常可用于处理在这种介质中发现的污染物的补救技术。所列技术目前可能并未全部成功用于汞补救，但使用新颖改良剂(amendment)和本文要求保护的方法，可实现可行的补救技术。那些介质和位所可包括可渗透反应性屏障、反应性盖、过滤床、吸附罐、反应性编条、抽出处理(pump and treat)、暴雨水渗滤系统和其它反应性介质。
[0061]
因此，本公开还可包括用于补救含有环境污染物和可从局部污染场所流出的流动相的场所的系统。系统可包括从环境污染物场所流出的受污染的流动相、经处理的流动相，以及在受污染的流动相与经处理的流动相之间的补救装置，该补救装置被配置和布置成拦截受污染的流动相的流动并且对该流动相进行处理。补救装置可具有流动相流经的通道、靠近该通道的固体结构物和位于固体结构物上的反应性介质。反应性介质可如上文所描述。
[0062]
图4展示具有过滤装置的系统。系统400可包括补救装置401和受污染的流动相402，该流动相从滞留池403流出。当水从外部来源(诸如暴雨水)流入滞留池中时，受污染的
流动相402可能被迫向上通过补救装置401，但流动相将通过补救装置401且经处理的流动相404将从该补救装置流出。
[0063]
另一实例可为其内结合有吸附剂的编条。编条可被用于防止土壤侵蚀或者对径流中的一部分径流进行重定向。它经常是在土木工程期间控制土壤侵蚀的临时手段，但在一些情况下，编条可使用更长的时间段。典型的编条可为插入到圆柱形粗麻布管中的稻草。实际上，编条垂直于水流方向铺设在地面上。实例是横跨洼地、横跨土壤或尾矿库、位于排水沟周围，或在小溪进入河流处的编条。
[0064]
本公开可包括包含卤化吸附剂的编条作为补救装置，所述卤化吸附剂可随着水通过土壤侵蚀屏障或编条而从水中吸附环境污染物(诸如汞)。
[0065]
卤化吸附剂编条可为稻草和卤化吸附剂的混合物，或仅填充有卤化吸附剂。编条的外管材料可为粗麻布、天然布、合成布或合成毡制材料(felted material)。外管材料还可为已经用活性碳或卤化吸附剂浸渍的天然或合成织物或毡。卤化吸附剂颗粒的大小通常可大于管材料中的编织物开口(weave opening)，以使得颗粒通常留在管内。
[0066]
图5展示具有编条的系统。系统500可包括内衬于液体可能流经的表面的补救装置501。受污染的流动相502可从受污染场所503(例如采矿场所处的容置池)流出。在溢流或泄漏事件期间产生的受污染的流动相可被引导沿着某个路线，这通过给该路线加上编条内衬来实现。通过补救装置501(例如通过编条)的任何受污染的流动相502将产生经处理的流动相504。
[0067]
补救装置的另一实例可包括可渗透反应性屏障(prb)，其中卤化吸附剂可被包含在prb中。例如，在汞应用中，可渗透反应性屏障可被用来阻止汞从受污染场所转移，并使缔约方符合地下水法规。这可能是缔约方的优选方法，因为这比稳定或去除汞源要便宜得多。在一些情况(诸如尾矿库)下，通过混合改良剂来稳定来源会造成尾矿径流进入溪流或山谷的风险。暴雨水渗滤屏障是相似的，但被设计成从暴雨水中去除汞并阻止暴雨水系统介质中的甲基化。
[0068]
prb可被设计用于吸附流动污染物或与流动污染物反应，该流动污染物在大多数情况下将是水溶性形式的污染物。在汞情况下，有可能达到prb的形态是离子hg
+2
或包括甲基汞在内的有机汞的形式。
[0069]
prb可以是针对大约10年或更长时间的反应性来设计的。这个时间跨度被认为是更换prb的经济时间。对于反应性不能达到相当长时间段的情况，抽出处理技术是一些场所的替代地下水缓解方法。
[0070]
补救装置的另一实例可包括反应性加盖应用。反应性盖可被频繁地用于阻止污染物离开受污染的土壤/沉积物并进入顶部水或地表水中。反应性盖可被用于水底、陆地和尾矿堆，仅举几例。这可能通常是满足地表水法规的有吸引力的方法，因为它比稳定或去除汞源要便宜得多。在一些情况(诸如尾矿库)下，通过混合改良剂来稳定来源会造成尾矿径流进入溪流或山谷的风险，因此给尾矿堆加盖是替代方案。
[0071]
在反应性盖和prb中，技术是相似的，只是盖处理从下面的介质上涌的水，而prb通常可放置在流动介质的路径中。两者中常见的环境污染物可为离子型金属形态，并且本公开的卤化吸附剂具有经验证的吸附离子/无机污染物的能力，并且还会抵抗污染物随着流动介质通过该污染物而发生的损失。
[0072]
本公开还可包括用于从受污染场所处的流动介质中去除或减少环境污染物的工艺。所述工艺可包括在受污染场所处的第一位所与第二位所之间安装补救装置。第一位所将含有高于第二位所的水平的污染物。流动相(mobile phase)或流动相(mobile phase)具有从第一位所流向或确实从第一位所流向第二位所的潜能。所述工艺允许流动相流经补救装置从第一位所流到第二位所。补救装置包括如上文和本技术通篇所述的装置。
[0073]
实施例
[0074]
实施例1-动态系统中的所吸附的汞的长期稳定性
[0075]
在柱流动条件下研究br-pac于动态系统中稳定汞的效能。此柱研究集中在动态条件下的效能和稳定性以及在不同ph条件下所吸附的汞的长期稳定性。柱测试方法被用作用于评估处置、有益用途、处理有效性和场所补救的环境浸出评价的一部分。柱搭建在图6中示出。
[0076]
此柱研究经设计以研究两种改良剂(br-pac和pac)稳定土壤中的总hg且因此降低汞污染的可浸出性的能力，并且还测试它们从通过经改良的土壤的地下水中去除可提取无机汞(hg
2+
)的能力。从主要被元素汞(hg0)污染的旧弹药场所获得被元素汞(hg0)长期(几十年)污染的沙土。
[0077]
将受污染的土壤在手套箱中充分均质化以最小化hg0的挥发，并且对该土壤进行分析以建立汞含量、粒度分布、水分含量、总有机碳(toc)和ph的基线值。土壤分析指示，此土壤含有622
±
23.6(mg/kg)的位于粗粒(92％沙子/8％淤泥)中的总汞，并且它包含9.9
±
0.8的水分并且在中性ph(7.0
±
0.2)中几乎不含天然有机材料(低于0.002wt％)。根据epa方法3200利用连续提取方法进一步分析汞的形态，以分离出四种公认的汞级分。表1列出来自每个提取阶段的潜在汞形态。可提取部分(有机和无机)和半可提取部分被视为“汞的流动形式”，而不可提取/非流动部分被视为“汞的非流动形式”。地下水含有102
±
5.9μg/kg可提取的无机汞。
[0078]
表1.均质化测试土壤和地下水中基线浓度的分析结果(6个样本的平均值，以mg/kg表示)。
[0079][0080][0081]1可提取的有机物：ch3hgcl、ch3ch2hgcl、hg-nom
[0082]2可提取的无机物：hgo、hgcl2、hgso4、hg(oh)2、hg(no3)2、hg
2+
络合物。
[0083]3不可提取、半流动：hg
0-m、hg2cl2(少量)、hg0、hg
2+
络合物。
[0084]4不可提取、非流动：hgs、hg2cl2(主要)、hgse。
[0085]5bd＝低于检测(1.0μg/kg)
[0086]
表2.在流经柱反应器中测试的四(4)种反应情景(其中br-pac是溴化粉末状活性碳，并且pac是粉末状活性碳)。
[0087]
柱编号改良剂改良剂剂量
1对照无2br-pac1％(低剂量)3br-pac2％(高剂量)4pac2％
[0088]
测试了四种反应情景，并且每个流经柱填充有表2中列出的经处理的土壤。将每个柱中经处理的土壤固化一天时间后，通过使用蠕动泵每天更换一个孔体积(400ml)，持续达40天。使用上流抽出(up-flow pumping)来最小化空气夹带和沟流现象。对于前七(7)天，使含有102
±
5.9μg/kg的可提取无机汞的地下水通过，并且然后将地下水转换为酸性di水(ph＝4)以挑战br-pac吸附的汞，这是因为重金属在酸性条件下更容易流动。28天后，将洗脱液转换成碱性di水(从ph 8开始到ph 11)，以评估在剧烈的ph变化下吸附的汞是否可流动。
[0089]
图7汇总了40天内来自每天收集的洗脱液的累积总汞。在处于各种ph条件下的40天，无汞从用土壤处理的1％和2wt％br-pac中浸出。在第4天观察到来自基准pac(2wt％)的漏出，并且来自经pac处理的柱的洗脱液的累积总汞随着洗脱液ph的变化而显著增加。
[0090]
在批量反应器中使用br-pac处理受汞污染的土壤的先前研究表明，br-pac可有效地将所有汞形态稳定或转化为不可提取/非流动部分，这是最少浸出的汞部分。这与先前批量反应器研究是一致的。此研究还表明，(1)br-pac具有稳定进入柱中的地下水中的额外汞的卓越能力，以及(2)土壤中的吸附的汞污染物具有稳定性，即使当宽泛ph范围的地下水通过时亦是如此。
[0091]
图8展示在7天、28天和40天后来自土壤的splp浸出液中的汞浓度(μg/l)。
[0092]
在7天、28天和40天处理后，通过进行splp浸出测试(合成沉淀浸出程序epa方法1312)来进一步评估吸附的汞的稳定性。此epa标准浸出程序经常被用作通过评估稳定汞的能力来确定原位汞稳定的成功的主要指标之一，这是因为只有未稳定的汞会通过浸出程序浸出。splp经设计以模拟在酸雨作用下暴露于现场正常风化的污染物的浸出，这模拟了在大气开放条件下的浸出。1％和2wt％br-pac处理的土壤都将汞稳定到非检测水平(1.0μg/kg)，而超过10,000μg/l的汞从用2wt％pac处理的土壤浸出。来自柱的土壤样本的splp测试结果指示，在7天、28天和40天处理中，从所有经处理的土壤均未观察到浸出的总汞的可测量的变化。(图8)
[0093]
另一个有趣的结果是从洗脱液中浸出的总溴离子。图汇总了在来自用1wt％和2wt％br-pac处理的柱的流出物中测量的br-浓度。基于剂量计算器，1wt％负荷导致br-浸出液浓度低于1ppm到几乎达到检测水平(0.5ppm)。即使在2wt％下，在整个40天柱研究中有不到2ppm的br-浸出(图9)。
[0094]
此40天柱研究通过证实在动态系统中稳定所有汞形态的卓越效率而成功地验证了br-pac相对于基准的比较优势。更重要的是，此研究确认在宽泛的ph范围下被br-pac吸附的汞的长期稳定性。
[0095]
多种小试规模测试已证明，溴化pac可从水溶液中吸附离子型汞。在40天柱研究中，观察到br-pac稳定受污染土壤中的汞源，并吸附在前7天期间流经柱的受污染地下水中的离子型汞。
[0096]
对已经处理的溴化pac样本进行的sse分析显示，所有形式的汞(包括离子/无机和有机形式的汞)都转化为非流动的粒子结合汞。这进一步验证了，溴化pac可与接触产品的
流动形式的汞反应并将它吸收。
[0097]
所测量的溴化pac容量为标称8wt％的位于粒子上的汞。当处理含有100到1000ppm汞的土壤时，可接近这一容量。然而，即使来自受污染场所的高度受污染的地下水也比受污染的土壤低许多数量级。例如，在40天柱研究中，土壤中的hgt为600ppm，而来自此场所的地下水为0.1ppm(100ppb)，呈无机物(hg+2)形式。100ppb的地下水汞浓度是极高的污染水平。相比之下，加州(california)用作井水来源的地下水的饮用水标准是2ppb。
[0098]
实施方案
[0099]
另外或替代地，本公开可包括以下实施方案中的一个或多个实施方案。
[0100]
实施方案1.一种用于从流动相去除环境污染物的补救装置，所述补救装置具有介质流经的一个或多个通道、靠近所述通道的一个或多个固体结构物和位于所述固体结构物上的反应性介质。所述反应性介质包含含卤素吸附剂。
[0101]
实施方案2.一种用于补救场所的系统，其中所述场所具有待补救的环境污染物和流动相。所述系统具有从环境污染物场所流出的受污染的流动相、经处理的流动相，以及在所述受污染的流动相与所述经处理的流动相之间的补救装置，所述补救装置被配置和布置成拦截受污染的流动相的流动。所述装置具有流动相流经的一个或多个通道、靠近所述通道的固体结构物和位于所述固体结构物上的反应性介质。所述反应性介质包含含卤素吸附剂。
[0102]
实施方案3.一种用于从流动介质去除或减少环境污染物的工艺。所述工艺包括在第一位所与第二位所之间安装补救装置。所述第一位所含有高于第二位所的水平的污染物，且流动相具有从第一位所流向或确实从第一位所流向第二位所的潜能。所述工艺还包括允许流动相流经补救装置。补救装置具有流动相介质流经的一个或多个通道、靠近所述通道的一个或多个固体结构物和位于所述固体结构物上的反应性介质。所述反应性介质包含含卤素吸附剂。
[0103]
实施方案4.如先前实施方案所述的装置、工艺或系统，其中所述补救装置还包括围绕所述固体结构物和反应性介质的支撑物。
[0104]
实施方案5.如先前实施方案所述的装置、工艺或系统，其中所述流动相具有非中性ph。
[0105]
实施方案6.如先前实施方案所述的装置、工艺或系统，其中所述流动相具有小于约6.5的ph。ph可小于约6.0。ph可小于约5.5或小于约5。
[0106]
实施方案7.如先前实施方案所述的装置、工艺或系统，其中所述流动相具有大于约7.5的ph。ph可大于约8.0。ph可大于约9.0。
[0107]
实施方案8.如先前实施方案所述的装置、工艺或系统，其中所述反应性介质是含溴吸附剂、含卤素碳质吸附剂、含溴碳质吸附剂或含溴活性碳。
[0108]
实施方案9.如先前实施方案所述的装置、工艺或系统，其中所述环境污染物包括有毒金属、有毒金属化合物或有毒金属盐。所述环境污染物可包含元素汞、汞化合物或汞盐。
[0109]
实施方案10.如先前实施方案所述的装置、工艺或系统，其中所述补救装置是反应性盖、可渗透反应性屏障、编条和/或纯化柱。
[0110]
实施方案11.如先前实施方案所述的装置、工艺或系统，其中所述流动介质包含羽
流、地表水、覆层水、孔隙水、地下水、尾矿水和/或场所径流。
[0111]
应理解，本文公开的实施方案和权利要求在它们的应用上并不限于说明书中所阐述和附图中所图解说明的部件的构造和排列的细节。相反，说明书和附图提供了设想的实施方案的实例。本文公开的实施方案和权利要求还能够有其它实施方案，并且能够以多种方式实践和实施。此外，应理解，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的且不应视为限制权利要求。
[0112]
因此，本领域技术人员应了解，本技术和权利要求所基于的概念可容易地被用作设计用于实施本技术中提出的实施方案和权利要求的若干目的的其它结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，权利要求被视为包括此类等同的构造。

技术特征：

1.一种用于从流动相去除环境污染物的补救装置，所述补救装置包括所述介质流经的一个或多个通道、靠近所述通道的一个或多个固体结构物和位于所述固体结构物上的反应性介质，其中所述反应性介质包含含卤素吸附剂。2.如权利要求1所述的补救装置，其中所述装置还包括围绕所述固体结构物和反应性介质的支撑物。3.如权利要求1到2中任一项所述的补救装置，其中所述流动相具有非中性ph。4.如权利要求1到2中任一项所述的补救装置，其中所述流动相具有小于约6.5的ph。5.如权利要求1到2中任一项所述的补救装置，其中所述流动相具有大于约7.5的ph。6.如权利要求1到5中任一项所述的补救装置，其中所述反应性介质是含溴吸附剂。7.如权利要求1到5中任一项所述的补救装置，其中所述反应性介质是含卤素碳质吸附剂。8.如权利要求1到5中任一项所述的补救装置，其中所述反应性介质是含溴活性碳。9.如权利要求1所述的补救装置，其中所述环境污染物包括有毒金属、有毒金属化合物或有毒金属盐。10.如权利要求1所述的补救装置，其中所述环境污染物包含元素汞、汞化合物或汞盐。11.如权利要求1所述的补救装置，其中所述补救装置是反应性盖、可渗透反应性屏障、编条和/或纯化柱。12.如权利要求1所述的补救装置，其中所述流动介质包含羽流、地表水、覆层水、孔隙水、地下水、尾矿水和/或场所径流。13.一种用于补救场所的系统，其中所述场所具有待补救的环境污染物和流动相，所述系统包括从所述环境污染物的所述场所流出的受污染的流动相、经处理的流动相，和在所述受污染的流动相与所述经处理的流动相之间的补救装置，所述补救装置被配置和布置成拦截所述受污染的流动相的流，所述装置具有所述流动相流经的通道、靠近所述通道的固体结构物和位于所述固体结构物上的反应性介质，其中所述反应性介质包含含卤素吸附剂。14.如权利要求13所述的系统，其中所述装置还包括围绕所述固体结构物和反应性介质的支撑物。15.如权利要求13到14中任一项所述的系统，其中所述流动介质具有非中性ph。16.如权利要求13到14中任一项所述的系统，其中所述流动介质具有小于约6.5的ph。17.如权利要求13到14中任一项所述的系统，其中所述流动介质具有大于约7.5的ph。18.如权利要求13到17中任一项所述的系统，其中所述反应性介质是含溴吸附剂。19.如权利要求13到17中任一项所述的系统，其中所述反应性介质是含卤素碳质吸附剂。20.如权利要求13到17中任一项所述的系统，其中所述反应性介质是含溴活性碳。21.如权利要求13所述的系统，其中所述环境污染物包括有毒金属、有毒金属化合物或有毒金属盐。22.如权利要求13所述的系统，其中所述环境污染物包含元素汞、汞化合物或汞盐。23.如权利要求13所述的系统，其中所述补救装置是反应性盖、可渗透反应性屏障、编
条和/或纯化柱。24.如权利要求13所述的系统，其中所述受污染的流动相包含羽流、地表水、覆层水、孔隙水、地下水、尾矿水和/或场所径流。25.一种用于从流动介质去除或减少环境污染物的工艺，所述工艺包括在第一位所与第二位所之间安装补救装置，其中所述第一位所含有高于所述第二位所的水平的所述污染物，且流动相具有从第一位所流向或确实从第一位所流向第二位所的潜能；和允许所述流动相流所述补救装置，其中所述补救装置包括所述流动相介质流经的一个或多个通道、靠近所述通道的一个或多个固体结构物和位于所述固体结构物上的反应性介质，其中所述反应性介质包含含卤素吸附剂。26.如权利要求25所述的工艺，其中所述装置还包括围绕所述固体结构物和反应性介质的支撑物。27.如权利要求25到26中任一项所述的工艺，其中所述流动介质具有非中性ph。28.如权利要求25到26中任一项所述的工艺，其中所述流动介质具有小于约6.5的ph。29.如权利要求25到26中任一项所述的工艺，其中所述流动介质具有大于约7.5的ph。30.如权利要求25到29中任一项所述的工艺，其中所述反应性介质是含溴吸附剂。31.如权利要求25到29中任一项所述的工艺，其中所述反应性介质是含卤素碳质吸附剂。32.如权利要求25到29中任一项所述的工艺，其中所述反应性介质是含溴活性碳。33.如权利要求25所述的工艺，其中所述环境污染物包括有毒金属、有毒金属化合物或有毒金属盐。34.如权利要求25所述的工艺，其中所述环境污染物包含元素汞、汞化合物或汞盐。35.如权利要求25所述的工艺，其中所述补救装置是反应性盖、可渗透反应性屏障、编条和/或纯化柱。

技术总结

本公开涉及含有溴化吸附剂的反应性介质，所述溴化吸附剂可吸附包括汞在内的环境污染物，且可防止或限制在流动介质存在下所吸附的污染物的损失。描述了在流动介质存在下利用这种吸附和滞留的系统、装置和工艺。装置和工艺。装置和工艺。

技术研发人员：

Q

受保护的技术使用者：

雅宝公司

技术研发日：

2021.05.11

技术公布日：

2022/12/30