CN117337270A - 从水中分离物质的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于从水中分离一定量的两亲污染物质如PFAS的方法和设备。该方法包括以下步骤：允许含有该物质的水进入浮选小室腔室，然后向其中引入气体流。根据被处理的水，气体由若干种不同的设备选项引入，用于腔室的有效曝气。被引入的气体产生浮沫层，该浮沫层在与腔室的内容物的界面处形成并上升到该界面上方。浮沫层包括一定量的水，并且还包括一定量与初始浓度相比浓缩的污染物质。然后，该过程包括使浮沫层坍塌和去除浮沫层，有若干个选项以从该液体中去除PFAS，其通过再浮选以再浓缩PFAS或吸附到固体基质材料上。处理过的水也可以通过吸收处理装置流出腔室，以去除泡沫中尚未回收的一定量的物质。

Description

从水中分离物质的方法和设备
技术领域
本公开涉及一种用于从水中分离物质的设备以及使用该分离设备的方法。在一种形式中，该设备和方法可以应用于去除从地下抽取的地下水中存在的有机污染物。然而，该设备和方法也可以应用于从所有类型的污染水源中去除非有机物或污染物。
背景技术
全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)包括一系列多氟化烷基物质(包括但不限于羧酸、烷基磺酸盐、烷基磺酰胺基化合物和不同碳链长度的氟代三聚体化合物及其前体)。PFAS已被用于广泛范围的应用，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，以及用于航空液压流体、金属镀覆、农业(同于特定类型蚂蚁的昆虫捕捉器)、照相成像、电子制造和不粘厨具应用。
高阶PFA降解为特定的终点PFA化学品(包括但不限于全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)和全氟己烷磺酸盐(PFHxS))。这些优先关注的化合物对生物或非生物降解具有抗性，因此在环境中是持续的。它们顽固、具有生物累积性，并且已知污染了土壤、地下水和饮用水供应。
已知PFAS污染了地下水，包括饮用水供应。PFOS、PFHxS和PFOA公布了大多数发达国家管辖范围内的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，预计另外的PFAS化合物将被认定为受关注的污染物。需要补救方法来处理优先PFAS化合物。
通过在地下水或地下水井中鼓入空气来去除挥发性有机化合物(VOC)的技术(也称为“空气吹脱法”)在许多出版物中是已知的。然而，也已知这种技术对于处理被PFAS污染的地下水不起效。在最近的一项研究中，数据来自一个被PFAS污染的美国地点，该地点之前已使用空气吹脱法来去除VOC，但在该活动25年后，被调查的场地仍有高浓度、持续的PFAS污染需要补救(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)的蒸气压很低，甚至非常低，这意味着它们不容易挥发，因此空气吹脱法并非无效的补救处理。
用于处理被PFAS污染的地下水的已知技术基于两种途径：“抽吸和处理”和“原位化学处理”。
“抽吸和处理”是一种传统的途径，通过向地下钻取的提取井将地下水抽吸到地表，然后处理收集到的水。然后，处理过的水被引向合适的终点，例如用于灌溉或回注到地下(这在许多地点是不允许的)，或通过处置进入下水道或废物处理设施。由于将大量的水从一个地方运输到另一个地方的费用，所以这种技术成本很高。
在这种途径中，废物处理设施使用各种各样的技术来处理含有PFAS的水，包括以下技术中的任何一种或几种技术的组合：(a)通过经过活性炭介质进行吸收，最常见的形式是颗粒活性炭(GAC)；(b)通过经过粘土基介质进行吸收；(c)通过反渗透(RO)膜进行过滤，以及(d)通过经过离子交换树脂进行吸收。一般来说，这些技术中使用的处理剂或者对不相容物质的污染敏感，或者无法容易地再生，在达到最大程度后需要处置(通常是填埋)。
目前没有使用化学途径的商业上可行的技术，所述技术能够降解或毁灭大量水中以低浓度存在的许多受关注的PFAS化合物。
抽吸和处理系统通常需要长期运行多年，并且处理量非常大，因此处理站的设备也很大。由于处理站的规模和较长的运行时间(几年，甚至几十年)，资本和运行成本通常很高。
“原位化学处理”通常涉及在地表下施用反应药剂，该反应药剂使目标污染物(PFAS)变性或中和。药剂的地表下施用可包括作为浓缩液体、浆料或气体的直接注射，或地表下屏障墙的挖掘/建造。反应药剂可以是氧化性的(例如，过氧化氢、过硫酸盐或高锰酸盐)、还原性的(例如，零价铁)或吸附性的(例如，超细GAC浆料、粘土)。然而，PFAS是顽固的，实验室研究发现这些试剂的性能取得了有限的成功。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)。
在本领域中已知地下水井通过在井室内使用抽吸方法移动地下水来允许地表下以下的循环。这种井可能涉及侧壁中复杂的、的多个筛管段，其可能需要用封隔器或低渗透屏障分隔开。传统上，这种井用于处理含有挥发性化合物的地下水，随后进行蒸气提取，或者给井周围的土地充氧，例如用于原位需氧生物修复的目的，或者将其他液体或胶体物质引入地下水。
连接到被PFAS污染的大型排水管网的地表排泄器(即土壤)仍然是人类健康和环境的一个显著风险，因为在潮湿天气事件期间有很高的质量流量潜力。此外，受PFAS影响的土壤的流动性有可能在随后的暴雨/洪水事件后重新污染修复的地表排水基础设施。
很明显，当应用已知技术试图中和PFAS时，没有合适的技术可以克服已知技术的成本、规模和风险。
发明内容
在第一方面，提供了从被物质污染的水中分离一定量的所述物质的方法的实施例，该方法包括以下步骤：
-允许包括初始浓度的所述物质的一定量的水经由到腔室中的入口进入所述腔室；
-将气体流引入所述腔室中，其中，所述引入的气体促使所述腔室中的水流动，并产生浮沫层，所述浮沫层在所述腔室中与水和引入的气体的所述流的界面处形成并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与其初始浓度相比浓缩的所述物质；
-从所述腔室的上部去除所述浮沫层中的至少一些；然后
-使来自所述腔室的水流通过吸收处理装置，所述吸收处理装置被布置成从所述水流中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的所述物质。
在一些实施例中，气体的流动和浮沫层的产生是连续的。
在一些实施例中，该方法还包括控制上升到界面上方的浮沫层的含水量以影响其中物质浓度的步骤。
在某些实施例中，控制浮沫层的含水量的步骤是包括以下的组：控制引入气体流的物理参数；以及控制浮沫层的物理参数。
在这种情况的一种形式中，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进入腔室的流量。
在其另一种形式中，控制浮沫层的物理参数的步骤包括使用浮沫深度调节装置来维持界面上方的浮沫层的深度。在其又一种形式中，控制浮沫层的物理参数的步骤还包括使用一装置，该装置用于限制腔室的上部中浮沫的横截面流动路径，导致所述浮沫层的排泄。
在一些实施例中，浮沫层在经历次级处理步骤之前在从所述腔室或每个腔室的上部移除的步骤中坍塌。在这种情况的一种形式中，该方法还包括以下步骤：
-将包含浓缩的物质的坍塌浮沫层传送到另外的腔室中，所述另外的腔室具有气体引入装置，该气体引入装置在使用中允许气体进入所述另外的腔室中，引入的气体用于在所述另外的腔室内引起流动，并用于产生另外的浮沫层，所述另外的浮沫层形成在与坍塌浮沫层和引入到所述另外的腔室中的气体的所述流的界面处，并上升到该界面上方，所述另外的浮沫层包含一定量的水，并且还包含一定量的与坍塌浮沫层中的物质浓度相比更浓缩的物质，以及
-从相应的另外的腔室的上部去除所述另外的浮沫层中的至少一些；
随之，所述另外的腔室中的坍塌浮沫层的剩余部分通过吸收处理装置。
在这种情况的其它形式中，用于处理包含浓缩的物质的坍塌浮沫层的次级处理步骤使用包括以下的组中的至少一种处理：吸收(使用活性炭、粘土或离子交换树脂)、过滤(使用反渗透膜)。
在一些实施例中，该物质是全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)中的至少一种。在这种情况的一些形式中，全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)包括以下一种或多种：全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；和全氟辛酸(PFHpA)。
在一些实施例中，该方法还包括预先选择用于吸收处理装置的吸收性固体材料的步骤。在这种情况的一些形式中，预先选择的吸收性固体材料是复合颗粒，其包括表面涂覆有反应性吸收性材料的集料芯。在这种情况的一些形式中，吸附性固体材料被容纳在可渗透反应屏障(PRB)中。
在一些实施例中，预先选择的吸收性固体材料适于吸收包括以下的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；和全氟辛酸(PFHpA)。
在一些实施例中，预先选择的吸收性固体材料适于吸收包括以下的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟己酸(PFHxA)；全氟丁烷磺酸(PFBS)；全氟戊烷磺酸(PFBeS)。
在一些实施例中，该方法还包括在水流入腔室之前从水中去除固体材料的步骤。在这种情况的一种形式中，去除固体材料的步骤是通过包括以下的组中的至少一种处理：沉降和筛分。
在一些实施例中，所述受污染的液体在重力的影响下被动地流过所述腔室或每个腔室以及吸收处理装置。
在第二方面，提供了从被物质污染的水中分离一定量的所述物质的方法的实施例，该方法包括以下步骤：
-允许包含初始浓度的所述物质的所述水在重力的影响下经由到腔室中的入口移动到所述腔室中，直到所述腔室被填充到预定程度；然后
-将气体流引入所述腔室中，其中，所述引入的气体促使所述腔室中的水流动，并产生浮沫层，所述浮沫层在所述腔室中与水和引入的气体的所述流的界面处形成并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与其初始浓度相比浓缩的所述物质；
-从所述腔室的上部去除所述浮沫层中的至少一些；然后
-允许残留在所述腔室中的水经由所述腔室的出口流到所述腔室之外而被排出。
在一些实施例中，该方法还包括使从腔室排出的所述水流通过吸收处理装置的步骤，该吸收处理装置布置成从所述水流中去除另外量的在浮沫层中尚未被去除的所述物质。在一种形式中，从腔室排出的所述水流被动地并且响应于重力的影响通过吸收处理装置。
在一些实施例中，第二方面的方法的步骤也如第一方面所述。
在第三方面，提供了一种用于从被初始浓度的物质污染的水中分离一定量的所述物质的设备的实施例，该设备包括一个或多个腔室，所述腔室：
-布置成在使用中允许所述受污染的水在重力的影响下经由到所腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度；
-具有相应的气体引入装置，在使用中，引入的气体用于引导所述腔室中的水流动，并用于产生浮沫层，所述浮沫层形成在所述腔室中的与所述水和引入的气体的流的界面处，并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与所述物质的初始浓度相比浓缩的所述物质；
-具有在使用中用于从所述腔室的相应上部移除所述浮沫层中的至少一些的装置；和
-具有出口，以在使用中允许剩余的水从所述腔室中排出。
在该设备的一些实施例中，吸收处理装置被放置成与所述腔室的所述出口流体连通，被布置成在使用中接收来自所述腔室的所述排放流，并且从所述水中去除另外量的在浮沫层中尚未被去除的所述物质。在这种情况的一些形式中，水从腔室出口通过吸收性处理装置的流动是被动的，响应于重力的影响。
在该设备的一些实施例中，如果存在两个或更多个腔室，则它们被布置成通过被配置成使用并行流动布置来允许水进入和排出水而彼此独立地运行。
在该设备的一些实施例中，所述腔室或每个腔室是具有入口的细长圆柱形容器，该入口包括位于腔室外侧壁的上部的开口，所述开口具有封闭件，该封闭件可操作以控制允许所述受污染的水从相邻的所述水的水体进入所述腔室。
在该设备的一些实施例中，所述腔室或每个腔室具有出口，所述出口包括位于腔室外侧壁下部的开口，所述开口具有封闭件，该封闭件可操作以控制所述剩余水从所述腔室的排出。
在该设备的一些实施例中，浮沫层含水量的控制包括用于以下至少一项的设备：控制引入气体流的物理参数；以及控制浮沫层的物理参数。
在这种情况的一种形式中，用于控制到所述腔室中的引入气体流的物理参数的设备包括响应于以下一项的测量值、使用流量控制器和气体输送管线上的入口阀：浮沫层的含水量；浮沫层的浮沫稳定性；界面在腔室中的位置。
在一些实施例中，用于控制浮沫层的物理参数的设备包括使用浮沫深度调节装置来维持界面上方的浮沫层的深度，其中，浮沫深度调节装置选自包括以下的组：能够响应于界面位置的移动而在腔室内可移动定位的装置；以及相对于腔室布置在固定位置的装置，并且界面的位置响应于引入气体的流量和水的入口流量中的至少一个。
在这种情况的一种形式中，浮沫深度调节装置被布置用于限制当浮沫离开腔室时浮沫的横截面流动路径，导致浮沫限制和所述浮沫层的排泄。
在一些实施例中，该设备包括浮沫层去除装置，其中在从腔室的最上部区域去除至少一些浮沫层的过程中，并且在次级处理步骤之前，至少一些浮沫层在浮沫层去除装置中坍塌。在这种情况的某些形式中，浮沫层坍塌装置包括机械设备，该机械设备来自包括以下的组：泡沫破碎器、真空提取装置和浮沫提取头。
在一些实施例中，该设备还包括另外的泡沫分级腔室，该另外的泡沫分级腔室在使用中与所述腔室或每个所述腔室流体连通，该另外的腔室布置成：
-允许包含浓缩的物质的坍塌浮沫层进入所述另外的泡沫分级腔室中，直到该腔室被填充到预定程度，
-具有气体引入装置，所述气体引入装置在使用中允许气体进入该腔室中，引入的气体用于在该腔室内引起流动，并用于产生另外的浮沫层，所述另外的浮沫层在与坍塌浮沫层和引入到所述另外的腔室中的气体的所述流的界面处形成，并上升到该界面上方，所述另外的浮沫层包括一定量的水以及与所述坍塌浮沫层中的物质浓度相比甚至更浓缩的所述物质；
-具有在使用中用于从所述另外的腔室的上部移除所述另外的浮沫层中的至少一些的装置；和
-具有出口，以在使用中允许剩余的坍塌浮沫层流从所述另外的泡沫分级腔室排出。
在使用另外的泡沫分级腔室设备(或超浓缩器)的一些实施例中，吸收处理装置被放置成与来自所述另外的腔室的所述出口流体连通，被布置成在使用中从所述出口接收剩余水的所述排出流，并且从所述水中去除另外量的在所述另外的浮沫层中尚未被去除的所述物质。
在这种情况的一种形式中，所述吸收性处理装置包括使用吸收性固体材料，例如包括表面涂覆有反应性吸收材料的集料芯的复合颗粒。在一些形式中，吸附性固体材料容纳在可渗透的反应屏障(PRB)中。
在一些其他实施例中，吸收性固体材料来自包括以下的组：活性炭、粘土或离子交换树脂。
在一些实施例中，该设备还包括在使用中用于处理坍塌的浮沫层以去除浓缩的物质的另一个次级处理装置，其中该处理装置包括以下至少一者：过滤(使用反渗透膜)；真空蒸馏；滚筒干燥。
在一些上述实施例中，所选择的吸收性固体材料适于吸收来自包括以下的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；全氟辛酸(PFHpA)。
在一些上述实施例中，所选择的吸收性固体材料适于吸收来自包括以下的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟己酸(PFHxA)；全氟丁烷磺酸(PFBS)；全氟戊烷磺酸(PFBeS)。
在该设备的一些实施例中，气体引入装置包括潜水式曝气器，该潜水式曝气器在使用中被布置成至少部分浸没在被允许进入腔室的水中。
在一些实施例中，潜水式曝气器被布置成在使用中接收来自腔室外部的气体，并将所述气体喷出到被允许进入腔室的水中。
在一些实施例中，潜水式曝气器适于在腔室中引起水和喷出气体的大致旋转或回旋流，该大致旋转或回旋流的旋转轴线与曝气器的延伸轴线对齐。
在一些实施例中，曝气器的竖直轴线在使用中与相应腔室的中心竖直轴线大致对齐。在这种布置的示例中，当水在腔室的内周壁附近移动时，水的旋转或回旋流具有大致层流的模式。
在一些实施例中，当气体从使用中的曝气器喷出时，其以气泡的形式分散到腔室中的水中。
在一些特定实施例中，潜水式曝气器包括多个细长的、竖直轴向取向的导管，所述导管在其主要长度上大致彼此对齐，并且布置成延伸到腔室内部，用于在使用中接收气体并将气体喷出到腔室中。
在这种情况的一些实施例中，每个导管的端部部分具有与每个导管的主要长度的竖直轴线成90度角的中心轴线，所述端部部分位于假想的水平平面内，此外，每个导管的端部部分的中心轴线取向为相对于穿过相应主要长度的竖直轴线的假想竖直平面成小于90度角。
在这种情况的一种形式中，每个导管的端部部分具有中心轴线，该中心轴线取向为相对于穿过相应主要长度的竖直轴线的假想竖直平面成小于45度角，并且在甚至更具体的示例中，每个导管的端部部分的中心轴线取向为相对于穿过相应主要长度的竖直轴线的假想竖直平面成大于25度角。
在一些实施例中，每个导管的端部部分装配有内部文丘里喷嘴，使得在使用中，当气体流经细长导管并经由端部部分喷出时，产生气泡的分散。
在其它特定实施例中，潜水式曝气器包括叶轮区，其中定位有可旋转的叶轮，该叶轮具有一系列泵送叶片，以及围绕叶轮区的圆周定位的一系列流体离开引导叶片，使得当在使用中可操作地旋转时，曝气器：
-通过在叶轮叶片后产生负压(或吸力)，从叶轮区的外部吸入气体，以及
-将受污染的水的水流从所述腔室吸入所述叶轮区，随后将该水流喷出回到腔室中，
其中，在叶轮泵送叶片和离开引导叶片的机械力作用下，被吸入所述叶轮区的气体与所述叶轮区中的水流密切混合，从而在该水流中产生分散的气泡。
在一些实施例中，潜水式曝气器包括细长导管，该导管布置成从腔室的外部延伸到叶轮区，在使用中，气体通过该导管被吸入叶轮区。
在一些实施例中，潜水式曝气器包括多个流体离开引导叶片，所述多个流体离开引导叶片布置成在其中具有分散气体的水被喷出进入腔室内部时，引导该其中具有分散气体的水的流动。
在一些特定的实施例中，离开引导叶片具有与叶轮的竖直旋转轴线成90度角的中心轴线，并且位于假想水平平面内，此外，离开引导叶片具有取向为相对于穿过叶轮的竖直旋转轴线的假想竖直平面成小于90度角的中心轴线。
在这种情况的一种形式中，离开引导叶片具有取向为相对于穿过叶轮的竖直旋转轴线的假想竖直平面成小于45度的角度的中心轴线并且在其更具体的示例中，离开引导叶片具有取向为相对于穿过叶轮的竖直旋转轴线的假想竖直平面成大于25度的角度的中心轴线。
在一些实施例中，气体引入装置另外包括微气泡或纳米气泡发生器形式的曝气器，该曝气器被布置成与被允许进入腔室的水流体连通。
在一些实施例中，微气泡或纳米气泡发生器被布置成在使用中接收来自腔室外部的气体，并在水流中产生微气泡或纳米气泡，所述水流被连续地从腔室移除和返回到腔室。在一些替代实施例中，微气泡或纳米气泡发生器在使用中被布置成接收来自腔室的外部的气体，并在水流中产生微气泡或纳米气泡，所述水流被间歇地从腔室中移除和/或返回到腔室中。
在第四方面，提供了一种用于从被初始浓度的物质污染的水中分离一定量的所述物质的设备的实施例，该设备包括一个或多个腔室，所述腔室：
-布置成在使用中允许所述被污染的水经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度；
-具有相应的气体引入装置，在使用中，引入的气体用于引导所述腔室中的水流动，并用于产生浮沫层，所述浮沫层形成在所述腔室中的与所述水和引入的气体的流的界面处，并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与所述物质的初始浓度相比浓缩的所述物质；
-具有在使用中用于从所述腔室的相应上部移除所述浮沫层中的至少一些的装置；和
-具有出口，所述出口被布置成在使用中允许剩余水的排出流从所述腔室转移、并且被吸收处理装置接收，所述吸收处理装置被布置成从所述剩余水的排出流中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的所述物质。
在一些实施例中，所述腔室或每个腔室被布置成在使用中允许所述受污染的水在重力的影响下经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度。
在一些实施例中，第四方面的设备的特征也如第三方面所述。
在第五方面，提供了一种从被物质污染的水中分离一定量的所述物质的方法的实施例，该方法包括以下步骤：
-允许包括初始浓度的所述物质的一定量的水经由到腔室中的入口进入所述腔室；
-将气体流引入所述腔室中，其中，所述引入的气体促使所述腔室中的水流动，并产生浮沫层，所述浮沫层在所述腔室中与水和引入的气体的所述流的界面处形成并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与其初始浓度相比浓缩的所述物质；
-从所述腔室的上部去除所述浮沫层中的至少一些；然后
-允许残留在所述腔室中的水经由所述腔室的出口流到所述腔室之外而被排出。
在一些实施例中，该方法还包括使从腔室排出的所述水流通过吸收处理装置的步骤，该吸收处理装置布置成从所述水流中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的所述物质。
在一些实施例中，该方法还包括允许从腔室排出的所述水流被动地、响应于重力的影响穿过吸收处理装置的步骤。
在一些实施例中，第五方面的方法的步骤也如第一方面所述。
在第六方面，提供了用于从被初始浓度的物质污染的水中分离一定量的所述物质的设备的实施例，该设备包括一个或多个腔室，所述腔室：
-布置成在使用中允许所述被污染的水经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度；
-具有相应的气体引入装置，在使用中，引入的气体用于引导所述腔室中的水流动，并用于产生浮沫层，所述浮沫层形成在所述腔室中的与所述水和引入的气体的流的界面处，并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与所述物质的初始浓度相比浓缩的所述物质；
-具有在使用中用于从所述腔室的相应上部移除所述浮沫层中的至少一些的装置；和
-具有出口，以在使用中允许剩余的水从所述腔室中排出。
在一些实施例中，所述腔室或每个腔室被布置成在使用中允许所述受污染的水在重力的影响下经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度。
在一些实施例中，第六方面的设备的特征也如第三方面所述。
在一些实施例中，所述气体引入装置包括一个或多个气体入口流管，所述气体入口流管围绕腔室的轴向中心线布置，并且从容器的最上部区域延伸到腔室的内部，在使用中用于允许气体进入腔室。
在这种情况的一种形式中，延伸到腔室内部的一个或多个气体入口流管的最下远端适于引起所述引入的气体和水的大致旋转或回旋流，该回旋流的旋转轴线与腔室的延伸轴线对齐，所述回旋流沿着腔室的内周壁大致呈层流。
在这种情况的一种特定形式中，用于在腔室内引起所述旋转或回旋流的所述或每个气体入口流的远端的适应性变化是多个90度角的管弯头，每个管弯头被布置成在大致与腔室的轴向中心线偏离(tangential)的方向上排出气体入口流。
在第七方面，提供了一种从被物质污染的水中分离一定量的所述物质的方法的实施例，该方法包括以下步骤：
-允许包括初始浓度的所述物质的一定量的水经由到腔室中的入口进入所述腔室；
-将气体流引入所述腔室中，其中，所述引入的气体促使所述腔室中的水流动，并产生浮沫层，所述浮沫层在所述腔室中与水和引入的气体的所述流的界面处形成并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与其初始浓度相比浓缩的所述物质；
-从所述腔室的上部去除所述浮沫层中的至少一些，使得在所述去除步骤期间，所述浮沫层在经历次级处理步骤之前坍塌，所述次级处理步骤使用吸收或过滤处理中的至少一者来从水中去除所述浓缩的物质，以及
-允许残留在所述腔室中的水经由所述腔室的出口流到所述腔室之外而被排出。
在一些实施例中，吸收的次级处理步骤使用预先选择的吸收性固体材料。
在一些实施例中，预先选择的吸收性固体材料是包括以下的组中的至少一种：活性炭、粘土和离子交换树脂。
在一些实施例中，预先选择的吸收性固体材料是复合颗粒，其包括表面涂覆有反应性吸收性材料的集料芯。
在一些实施例中，过滤的次级处理步骤使用反渗透膜。
在一些实施例中，该方法还包括使从腔室排出的所述水流通过吸收处理装置的步骤，该吸收处理装置布置成从所述水流中去除另外量的在浮沫层中尚未被去除的所述物质。
在一些实施例中，吸收处理装置包括预先选择的吸收性固体材料。
在第七和第八方面，该物质是有机的，在一些情况下，该物质是两亲性物质，并且在一些情况下，该物质是全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)中的至少一种。
在这种情况的一种形式中，PFAS包括由以下物质组成的组中的一种或多种：
全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；全氟辛酸(PFHpA)；聚氟化羧酸、烷基磺酸盐和烷基磺酰氨基化合物；氟代单体化合物，各自具有不同的碳链长度；并且包括这些的前体。
在该方法的一些实施例中，预先选择的吸收性固体材料适于吸收来自包括以下物质的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：
全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；全氟辛酸(PFHpA)；聚氟化羧酸、烷基磺酸盐和烷基磺酰氨基化合物；氟代单体化合物，各自具有不同的碳链长度；并且包括这些的前体。
在一些实施例中，预先选择的吸收性固体材料适于吸收来自包括以下两亲性物质的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟己酸(PFHxA)；全氟丁烷磺酸(PFBS)；全氟戊烷磺酸(PFBeS)。
在一些实施例中，该方法还包括在水流入腔室之前从水中去除固体材料的步骤。
在一些实施例中，该方法的进一步步骤如第一方面中所限定。
在第八方面，提供了一种用于从被初始浓度的物质污染的水中分离一定量的所述物质的设备的实施例，该设备包括一个或多个腔室，所述腔室：
-布置成在使用中允许所述被污染的水经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度；
-具有相应的气体引入装置，在使用中，引入的气体用于引导所述腔室中的水流动，并用于产生浮沫层，所述浮沫层形成在所述腔室中的与所述水和引入的气体的流的界面处，并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与所述物质的初始浓度相比浓缩的所述物质；
-具有浮沫层去除装置，用于在使用中从所述腔室的相应上部去除所述浮沫层中的至少一些，使得在去除过程中，所述浮沫层在转移到次级处理装置之前坍塌，所述次级处理装置使用吸收和过滤处理中的一种从水中去除所述浓缩的物质；和
-具有出口，以在使用中允许剩余的水从所述腔室中排出。
在一些实施例中，所述浮沫层去除装置或每个浮沫层去除装置包括机械设备，该机械设备来自包括以下的组：泡沫破碎器、真空提取装置和浮沫提取头。
在一些实施例中，次级处理装置包括以下至少一者：使用预先选择的吸收性固体材料进行吸收；使用反渗透膜进行过滤；真空蒸馏；滚筒干燥。
在一些实施例中，预先选择的吸收性固体材料是以下至少一种：活性炭；粘土；离子交换树脂；复合颗粒，包括表面涂覆有反应性吸收材料的集料芯。
在一些实施例中，该设备还包括如本文先前方面所定义的特征。
当结合附图阅读时，从下面的详细描述中，其它方面、特征和优点将变得更加显而易见，附图形成了本公开的一部分，并且通过示例的方式示出了所公开的本发明的原理。
附图说明
附图有助于理解本公开的设备、系统和方法的实施例。
图1示出了根据本公开的一个实施例的用于从被物质污染的水中分离一定量的物质的设备的示意性透视分解图，该设备包括两个相邻的细长的圆柱形浮选腔室，这两个浮选腔室被布置成在使用中彼此并行运行，并且每个浮选腔室与相邻的再浮选腔室流体连通。
图2示出了根据图1的实施例的、用于从被物质污染的水中分离一定量的物质的设备的示意性透视局部剖视图。
图3示出了当在穿过浮选腔室的横截面A-A处观察时，根据图1的实施例的用于从被物质污染的水中分离一定量的物质的设备的示意性局部剖视侧视图。
图3A示出了根据图3的实施例的用于从被物质污染的水中分离一定量的物质的设备的示意性端视图，示出了穿过浮选腔室的横截面A-A。
图4示出了根据图1的实施例的用于从被物质污染的水中分离一定量的物质的设备的一部分的示意性侧视局部剖视图，特别示出了气体引入装置的一个实施例的细节，该气体引入装置包括细长的、竖直轴向取向的导管，用于将用于泡沫分离/浮选的气体引入浮选腔室。
图5示出了根据图4的实施例的用于将用于泡沫分离/浮选的气体或空气引入腔室的细长导管的示意性透视图。
图6示出了根据图3的实施例的用于将用于泡沫分离/浮选的气体或空气引入腔室的细长导管的示意性侧视图，并且区域由细节b指示。
图7示出了根据本发明的一个实施例的用于从被物质污染的水中分离一定量的物质的水上处理站的示意性透视俯视图，该设备包括两个相邻的浮选腔室，这两个浮选腔室并行布置并与相邻的再浮选腔室流体连通。该图给出了如下细节：受污染的水如何穿过基本的垃圾筛，然后通过重力流入碎片预处理(去除)区，然后进入初级浮沫浮选阶段，然后进入次级再浮选阶段，最后来自这些阶段的剩余水进入可选的吸附阶段，用于去除短链PFAS分子，然后最终处理过的水经由重力头排入塑料管，然后排出蓄水池。
图8示出了根据图7的实施例、用于利用腔室中的泡沫分离/浮选从被物质污染的水中分离一定量的物质的水上处理站的另一示意性透视俯视图。
图9示出了根据图7的实施例、用于从被物质污染的水中分离一定量的物质的三个水上处理站的示意性透视俯视图。图7和图9所示的设备之间的唯一区别在于，有三个相同的、相邻的延伸到水体中的水上处理站，并且都彼此并排设置，设计的模块化容易允许处理能力/产量的增加。
图10示出了根据图9的实施例、用于利用腔室中的泡沫分离/浮选从被物质污染的水中分离一定量的物质的水上处理站的另一示意性透视俯视图。
图11示出了根据图1的实施例的用于从被物质污染的水中分离一定量的物质的设备的一部分的示意性透视图，特别示出了气体引入装置的一个实施例，该气体引入装置包括竖直轴向取向的潜水式曝气装置，该曝气装置具有带有一系列泵送叶片和一系列流体离开引导叶片的可旋转叶轮，用于将用于泡沫分离/浮选的气体引入浮选腔室。
图12示出了根据图11和图12的实施例的竖直轴向取向的潜水式曝气装置的俯视图，该曝气装置用于将用于泡沫分离/浮选的气体引入浮选腔室。特别地，该图示出了空气入口导管的连接部的进一步细节，以及六(6)个流体离开引导叶片，这些流体离开引导叶片被布置成将水和分散气体的喷出流引导到叶轮区之外。
图13示出了根据图11实施例的竖直轴向取向的潜水式曝气装置的侧视图。具体而言，该图示出了空气入口导管的连接部的细节，以及六(6)个矩形流体离开引导叶片中的三个，这些流体离开引导叶片被布置成将水和分散气体的喷出流引导到叶轮区之外。
图14示出了根据图11实施例的竖直轴向取向的潜水式曝气装置的横截面侧视图。特别地，该图示出了当在穿过图12的水平中线绘制的横截面上观察时，叶轮、叶轮区和引导叶片的内部细节。
图15示出了根据图11实施例的竖直轴向取向的潜水式曝气装置的示意性、3/4横截面的侧视图。特别地，该图示出了当在穿过图12的水平中线绘制的横截面上观察时，叶轮、叶轮区和引导叶片的功能的内部细节。
图16示出了根据图11实施例的竖直轴向取向的潜水式曝气装置的示意性俯视侧视图。具体而言，在三个部分A、B和C中，该图示出了从叶轮区喷出的水和分散气体的六(6)个流动流的路径，产生了大量上升的气泡。
图17示出了根据图11的实施例的竖直轴向取向的潜水式曝气装置的示意性部分截面侧视图。特别地，该图示出了当在横截面中观察浮选罐时，曝气装置在浮选罐底板的位置，示出了从曝气装置喷出的喷出水和分散气体流的再循环模式，从而产生大量上升的气泡。
图18示出了根据图11实施例的示例性微气泡产生系统的示意性侧视图，该系统可与潜水式曝气装置结合使用。
具体实施方式
本公开涉及浮选小室和浮选小室曝气系统及其使用方法的各种实施例，用于从放入浮选小室进行处理的水体中去除有机污染物。典型地，这种被污染的水是通过从附近的含水层或地下水井，或从一些其他的储水容器中抽吸提取而获得的，然后经受浮沫或泡沫分离。
适用于通过本说明书中公开的设备和方法处理的水可以具有非常低或者甚至痕量水平的溶解或分散在其中的有机污染物，并且特别感兴趣的是两亲分子化合物。两亲性物质由具有附接到水不溶性烃链上的极性水溶性基团的分子组成，例如常见的表面活性剂(如作为阴离子表面活性剂的十二烷基硫酸钠(SDS)，和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))、肥皂、洗涤剂和脂蛋白。两亲性物质还可包括有害污染物，如全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)。
由于既有亲脂性部分又有亲水性部分，许多两亲性化合物在一定程度上溶于水。疏水部分和亲水部分的程度决定了分配的程度。肥皂是一种常见的家庭两亲性表面活性剂化合物。与水(极性、亲水性)混合的肥皂可用于清洁厨房用具、盘子、皮肤、衣服等上的油和脂肪(非极性、亲脂性)。当暴露于流体混合和添加例如空气的气体气泡时，碳链越长，两亲性化合物越有可能优先从水溶液中出来，并附着于上升的空气气泡，从而形成可能携带疏水物质的浮沫。
当在本说明书中使用术语“浮沫浮选”时，它可以与术语“泡沫分级”和“气泡分级”互换使用，因为当在两相混合物(即，液体和气体的混合物)中操作时，在每种情况下采用的设备和方法基本相同。这是因为当水中仅存在少量悬浮固体时，本方法运行得最好，从而给出相对低的浊度。
在本说明书给出的一个示例中，稳定的湿泡沫可以通过浮沫浮选(或泡沫分级)设备产生，在该设备中，被足够浓度(高于最小浓度)的两亲化合物污染的水被搅动，并且空气气泡被引入污染的水中，或通过一些手段在污染的水中产生。结果是稳定的湿泡沫上升到在空气/水混合物的上表面水平处的空气/水界面之上，并且将大部分两亲化合物带出溶液。当泡沫破裂时，浮选过程在溶液中产生小体积的、与被污染的水中的初始浓度相比浓缩的两亲化合物。
在使用本说明书中提出的浮沫浮选设备和方法的另一个示例中，对其中仅存在非常低或痕量水平的两亲化合物的水的搅动和曝气可能是非常弱的泡沫。本发明人已经显示，在这种情况下，通过改变浮选小室中提供的曝气条件，以在整个单元体积中输送各种尺寸和分布的气体气泡，然后随着时间的推移，甚至在浮选小室中被污染的水的上表面处形成的不稳定或弱的浮沫也可以变得更加稳定，从而被回收，从而从水中去除痕量的两亲化合物。
在本文描述的一些实施例中，被污染的水源能够通过重力流入浮选小室。通常，这种被污染的水可能来自邻近地面的沥滤，或来自附近受污染的含水层，或来自导致一定程度的有机污染物溶解或分散在其中的突然降雨事件。也可能存在少量悬浮固体，因此水可能有些混浊。
在本文所述的一些替代实施例中，被污染的水源将需要输送到位于干燥地面上的浮选小室中，该浮选小室例如邻近或接近待处理的受污染水体(对此没有限制，例如设备是“重力供给的”)。上述公开的一些方面就是这种情况。被污染的水的流动可能与重力流系统的示例中描述的方式相同。因此，当浮选小室和其它相关的处理设备针对重力供给系统被描述时(如在前述公开的第二和第三方面中)，应该理解的是，等同的浮选小室和相关的处理设备也可以位于干燥的地面上并在干燥的地面上运行，并且进入该过程的供给水以及离开该过程的处理过的水可以例如通过泵送被输送到该系统。
图7至10示出了“水中”或“水上”处理站的一些示例，用于处理的水在重力的影响下流入该处理站中，并且该处理站被设置用于从水中分离一定量的污染物质。该设备包括基本单元，该基本单元包括两个彼此并行布置的相邻初级浮选腔室，这两个腔室都与相邻的再浮选腔室流体连通，在该再浮选腔室中，初级泡沫分级阶段的浮选浓缩物然后经受第二阶段浮选再浓缩处理，以在水中产生甚至更小体积的污染物。
图7至10示出了被污染的水穿过基本的垃圾筛、然后由于水坝中的重力水头而流入本发明的水处理站的布置。处理站位于“水上”，意思是位于蓄水池的顶部，例如，在一种布置中，它可以位于船只、驳船或浮筒或浮动平台上。在其他布置中，“水上”处理站可以被拴在水体的底部或位于该水体的自然出口点(例如溢洪道或堰)。
在这些实施例中，将要描述的大部分处理过程涉及定位设备，该设备布置成大部分在水位以下的配置，使得通过处理站的水的自然重力流动可以简单地通过打开入口和出口阀来实现，这样处理站可以持续运行，但是如果蓄水池遭遇突然的倾盆大雨或降雨事件，需要从水体中排出大量的水，并且排出的水量超过预期的单位流量，该处理站不会成为瓶颈。
如已经陈述的，以类似配置布置的类似设备可以在水位上方操作，并且可以位于陆地上。这种设备可以通过给水泵和排水泵的操作将水流接收到泡沫分级站中，其自动控制可以结合位于与浮选小室内部流体连通的入口和出口处的水阀的打开和关闭来进行。泡沫分级操作的这个位置的实施例至少在本公开的第五和第六方面的范围内。
水通过使用碎片预处理(去除)区被处理以摆脱较大的垃圾和物体，然后进入初级浮沫浮选阶段，然后进入次级再浮选阶段以浓缩PFAS分子，最后来自这些阶段的剩余水进入可选的吸附阶段以去除较短链的PFAS分子，然后最终处理过的水经由重力头排入塑料管，然后排出蓄水池。
参照图1至图3所示的实施例，浮选小室10呈薄壁、细长、圆柱形罐的形式或罐，限定了横截面也是圆形的内腔室。该罐被定位成竖直竖立在钢筋混凝土平台的带壁区域内，并且该罐在使用中大大低于水位。罐本身可以包括由硬塑料或金属制成的管或多个连结的壳体元件，足以承受它所容纳的水的体积的液压，并且不会坍塌、下陷或腐蚀。
腔室内腔室具有入口孔，该入口孔布置成允许水供给材料更靠近浮选小室的最上面的使用侧壁进入腔室。在附图所示的实施例中，入口是孔的形式，布置在罐的外壳体壁中，并且阀封闭件位于其中。在使用中，在重力水头的影响下，该孔为来自受污染水体的液体流提供了直接进入罐的通道，如将描述的。水直接流入两个并行浮选罐的内腔室，如果浮选过程以分批模式操作，或者如果以半分批模式操作，一个腔室可以正在填充或排放，而另一个腔室正在进行分级分离，则这种填充将可能间歇地进行。以这种方式，通过被配置为使用并行流动布置来允许水进入和排放水，它们被布置成彼此独立地操作。
在图1至3中，该腔室还具有气体引入装置，该气体引入装置为多个细长的、轴向对齐的导管的形式，这些导管在其下端终止于90度角的管弯头处，该管弯头装配有文丘里限流器，以在空气被供给到泡沫分级系统中时产生空气气泡。导管是可移除的，因为它们可以被向上提升并离开罐中的浮选腔室的中心轴线区域，该中心轴线区域在使用中本身大部分位于水位线的下方。通过从罐的中心轴线周围的位置喷射，并通过使用到位于腔室上方的气体供应管的外部连接(并连接到位于附近的外部源，未示出)，可以将大量的加压气体充入腔室。引入的气体通常导致浮选小室中的水以环形运动的方式流动。位于导管出口的文丘里喷嘴产生非常小的气泡，这允许形成湿的和稳定的浮选泡沫，除了阻止任何残留的细颗粒物质在浮选腔室的下部区域中沉淀之外，其结果是为污染物质的界面收集提供最大的机会。
每个最下面的导管端部具有中心轴线，该中心轴线与对齐的导管的竖直轴线成90度角，这意味着空气流将以导管端部指向的任何方向离开每个导管。尽管导管端部每个处于略有不同的深度，但它们都在大致相同的水平平面上，该水平面与腔室底部大致对齐。导管端部被布置成从中心线区域向外指向，并且指向浮选腔室的内部容积，但是那些相同的端部还取向为与穿过导管所定位的腔室的竖直中心线的任何假想竖直平面成小于90度的角度，这意味着它们不直接以直角指向浮选腔室的内壁，而是具有偏离地指向。这种调整导致所述引入的气体和水的大致旋转或回旋流，其旋转轴与腔室的延伸轴线对齐，所述回旋流沿着腔室的内周壁大致呈层流。
在使用过程中，气体以一定的压力和流速充入腔室，使得气泡在文丘里管处形成，然后由于浮力，沿着腔室的长度向上上升。使用线式(in-line)气泡发生装置，如文丘里管，可以限制气流，然后立即使气流膨胀，从而形成细小的气泡。通常，使用的气体是压缩空气，但是根据现场要求也可以使用其他气体。例如，为了给水充氧，引入的气体可以是氧气和/或臭氧，可能与空气混合。
无论采用哪种方式，一旦气体气泡形成，它们将在腔室中上升，并且与经由导管流入腔室并填充腔室的水混合。气泡将朝向罐内腔室的最上端上升，在此驻留时间内，气泡有大量机会与水相互作用，并且气泡与存在的有机污染物接触。
在腔室的上端，气泡和水中的有机污染物的相互作用导致浮沫层的形成，该浮沫层在位于腔室内的水的升高的动态水位(DWL或H)处的界面上方紧靠地形成。一旦在处理过程中加入空气流，静态水位(或H)就会上升到动态水位(或H)。动态水位可以通过各种手段来控制，包括通过腔室和出口的设计，然而主要控制是通过改变入口气体输送速率或水的流入和流出速率来进行的。在一个示例中，可以使用来自位于腔室内的水位界面传感器的信息、或者水的流入和流出速率来调节入口气体输送速率，其中来自这种水位传感器的信号可以被发送到连接到气体输送管线上的可调节阀的控制系统。
在图1至图3中，腔室出口布置成允许水从腔室流出，更靠近朝向浮选小室的最下方使用端。在那些图中所示的实施例中，腔室出口是孔的形式，布置在罐的外壳体壁中，导管位于其中，并且取向为与罐的延伸轴线正交。该导管被布置成准许液体在使用中从中流过，以在浮选后进入最终吸附阶段。
在与腔室中动态水位的界面上方形成的浮沫层将在罐内上升，并进一步进入罐的最上端。浮沫层的最湿部分最靠近形成于水在腔室中的动态水位的上表面处的界面，并且随着浮沫层进一步上升到罐16内的界面之上，浮沫层逐渐排水并变得更干。被带入浮沫层的表面活性物质包括有机污染物。通过这种方式，与其在供给水中的初始浓度相比，污染物在浮沫层中更加浓缩。与供给水的体积相比，次级处理需处理的浮沫相的体积也小得多。
一旦排水后的浮沫层上升到罐的上端，浮沫去除装置用于从腔室中去除浮沫层。在图1所示的实施例中，悬挂的矩形真空抽吸罩形式的浮沫去除装置位于两个浮选罐中的具有浮沫层的动态水位界面上方的最佳距离处。
浮沫上升通过矩形集中罩，并通过罩顶端的开放出口离开。浮沫由于被罩内稍微渐缩的流动通道限制而变得更干，然后继续到进一步的处理。
在图1和图2所示的示例中，抽吸罩用于使泡沫状浮沫浓缩物坍塌，并使其经由真空管线向上流动，并经由软管组件进入液体浓缩物接收罐，该软管组件连接到由泵(未示出，但位于岸线上的外部建筑中)操作的真空系统。该系统允许坍塌的浮沫被进一步处理。罩中的真空吸力被设定到足以使排水后的浮沫层坍塌成液体形式的最小程度。实验表明，真空抽吸罩(作为浮沫深度调节装置)的位置可以控制浮沫层中的水量，从而影响浮沫层中达到的污染物质的浓度。
在如何优化系统运行的另一个示例中，进入浮选罐的腔室的入口气体输送速率可以使用来自电导计或水位传感器的信息来调节，所述电导计或水位传感器可以位于室的内壁上。来自水位传感器的信号可以提供关于浮沫层含水量的信息，并且可以被发送到控制系统，该控制系统连接到入口浮选气体输送管线上的可调节阀。在这样的示例中，如果浮沫层不够干燥，可能需要减少引入腔室内的气体流量，因为有太多的水在浮沫层中被移动，并且该过程没有充分浓缩污染物。相反，如果很少或没有浮沫产生，可能需要增加引入浮选罐腔室的气体流量。
在真空抽吸罩相对于罐内的浮选腔室布置在固定位置的当前情况下，动态水位处的界面位置响应于引入气体的流量和/或水流入和流出速率的变化。
在运行中，浮选小室可用于从被处理的水中去除诸如有机污染物的物质。本公开主要涉及通常称为全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)的有机物质的去除。这可包括以下组中的一种或多种：全氟辛烷磺酸(PFOS)；全氟辛酸(PFOA)；全氟正己烷磺酸(PFHxS)；聚氟化羧酸、烷基磺酸盐和烷基磺酰氨基化合物；和氟代单体化合物，各自具有不同的碳链长度；并且包括这些的前体。该组中的主要感兴趣物质是PFOS、PFHxS和PFOA，它们可以在水中长期存在。
当气体被充入腔室并在文丘里管出口处形成气泡时，气泡在腔室的长度上向上上升，并积聚在位于界面上方的浮沫层中，该界面形成在动态水位的上表面。
当来自浮沫分级的第一阶段、包含有机污染物的坍塌的浮沫浓缩物已经被排放到单独的液体浓缩物接收容器或敲出(knock-out)容器中时，其然后可以经受进一步的浓缩(次级或超浓缩)浮选阶段。
次级浮选后，从该泡沫分级阶段产生的超浓缩泡沫的最终处理可简单地包括使物质干燥，然后是销毁，例如场外焚烧。还可以提供处理阶段以去除浓缩的有机污染物，例如通过吸附到固体或半固体基质上(使用活性炭、粘土、离子交换树脂或另一种有机材料)，或通过过滤(使用反渗透膜以过滤并增加污染物的浓度并减少处理体积)。一旦超过基质的吸收容量，它就可以被再生或被毁灭。
坍塌浮沫的次级浮选阶段浓缩使用与用于初级分离阶段的类似过程进行，并且可以在类似(或更小)尺寸的浮选容器中执行，在该浮选容器处，腔室中坍塌的浮沫经受进一步的气体喷射和浮沫浓缩。使用这种途径甚至可以进行多个浓缩步骤，以最小化需要处理的流体体积。在这些再浓缩步骤之后剩余的残余流体(清洁水)可以被重新引入水体或者向下游释放到环境中。
根据PFAS污染物和共污染物的浓度和性质，所示系统可使用连续流或批处理操作。图1-3示出了两个初级泡沫分级罐，以经由罐中被处理的水的曝气来支持快速泡沫生成。
在分批应用中，每个泡沫分级罐被填充到预定的水平，并且该批在被释放到分级处理的下一阶段之前在罐的范围内被处理固定的时间。通常，这种途径用于需要较长保留时间的情况。
文丘里管产生的稠密气泡流和这些气泡的高界面表面积提供了充分的混合搅动以及对可能以溶解存在于供给水中的PFAS的强吸引力。PFAS分子被迅速地从水中清除，并被吸到水罐的顶部。水罐顶部形成的泡沫高度富含PFAS，通过使用真空提取头，泡沫可被挤聚并排水。在泡沫有机会坍塌并溶解回水中之前，它被真空提取头收集并被吸入中央收集罐。
通过建立适当的流速(以及滞留时间)，流经罐的水(现在已耗尽PFAS)通过靠近罐基部的出口导管排出，然后进入吸附阶段用于最终净化。从吸附处理阶段流出的分级后的残余水被导向释放到环境中。
罐上用于水在处理阶段即将开始或完成时流过的这些出口或进入点中的任何一个都具有封闭件，该封闭件可操作以控制水流入或流出相应的腔室。
从初级分级罐中吸出的PFAS浓缩物/泡沫暂时储存在“敲出”容器中。该材料然后在作为第三个的较小的泡沫分级罐中被进一步处理，该罐专门设计用于处理初级浓缩物，以产生次级浓缩物(或超浓缩物)。从第三个分级罐中去除的超浓缩物/泡沫直接用于储存，然后最终用于场外销毁。在来自浓缩物分级罐的基部的导管中流动的处理过的水可以返回到初级供给罐进行再处理，或者在适当的情况下，可以将其重新引导到液体废物处置/处理系统或释放到环境中。来自所有分级罐中的真空废气在释放到大气中之前都被引导经过吸附过滤器。
组装好的“水上”容器位于水体或坝面上方约0.5m处，并位于水体通向流出河流或溪流的出水口、堰或溢洪道处，以防止水绕过经过处理过程的流动。通常情况下，需要HDPE排泄管线(直径120mm)为处理流处理的水提供出口，以通过出水口或堰，并且不允许处理过的水回流。
该组件包括三个主要阶段和可选的第四阶段：
(i)预处理区-用于去除固体、碎片和细小沉积物。如图1所示，使用了三重拦截器系统，该系统带有可移除的穿孔网/重型编织过滤垫，其可以用轮床进行机械清洁；
(ii)初级浮选区-用于通过浮选去除PFAS，有两个2000L的单级曝气反应容器并行布置；
(iii)次级浮选区(或再浓缩区或超浓缩区)-在次级浮选区，来自初级浮选处理阶段的浓缩的PFAS被再浮选，以产生更浓缩的最终产物；和
(iv)吸附介质区-在吸附介质区，可以可选地安装吸附性表面活性材料，作为在排放处理后的水之前的故障安全/短链PFAS精制(polishing)阶段。
浮式驳船或浮筒单元可由预制混凝土制成，并且横跨顶部装配有龙门架，以允许接取用于维修，包括可枢转打开的轻质盖子，以接取站和设备，但是防止风将富含PFAS的泡沫从浮选罐中吹出并吹到附近的环境中。龙门架应装配有跌落和边缘保护装置以及安全门，以防止未经授权进入水上的风险。
位于邻近水体的岸上的结构(例如10ft的小型运输容器)可用于容纳系统泵和控制器，以及用于接收和储存次级浓缩物(超浓缩物)的大型废料罐。
所提出的系统应提供符合澳大利亚饮用水指南(PFAS NEMP，2018)而无需任何额外的精制处理的处理后的水。然而，美国和欧洲的饮用水指导标准还包括各种C4、C5和C6短链PFAS化合物，其在单独使用泡沫分级法时去除率无效/有限。如果修订的澳大利亚饮用水指南将短链PFAS添加到标准中，那么可以通过在本发明的设备中包括吸附剂精制处理来实现额外的精制。
通过使用曝气将PFAS物质分离/浓缩成浮沫或泡沫产物，初级和随后的次级泡沫分级阶段可以快速减少水体中存在的PFAS的总质量，从而呈现较低浓度的PFAS影响的表面水残余，用于经由吸收性处理装置的流动。这可以导致吸收床的寿命延长和/或所需的树脂量减少。
泡沫分级后在涂有树脂的集料上吸附，在地表排水区域提供了被动渗透反应屏障(PRB)。这种组合代表了一种低成本的新型被动故障安全设计，以在地表排水器因降雨事件填充而充满时，或在水体/坝流出情况出现时，移除长、中和短链PFA。该处理设计可轻松应对中低降雨量事件，并在大雨期间(高表面水流速)显著减少优先的PFA。
在无水流期间，“水上”设备可以被提升到吃水线以上并被停用，并且不需要任何现场人员，也不消耗电力。该提出的解决方案预计不会干扰其他修复处理技术(例如，非原位和原位地下水处理系统、土壤控制)。
附图中所示的本实施例提供了一种被动修复捕集器，该捕集器使用流通式泡沫分级罐小室，随后使用树脂吸收长链和/或短链PFAS分子，从而减少优先PFAS(包括PFOS、PFHxS和PFOA)。预计将经由PSDRT去除优先PFA，使其小于饮用水标准(即PFOS<0.07g/l，PFHxS<0.07g/l，PFOA<0.56g/l)。
泡沫分级是一种经过验证的物理分离/浓缩修复工艺，用于在单个步骤中快速去除大量PFAS和优先PFOS、PFOA和PFHxS，包括高亨利常数共污染物和其他发泡剂。在后续精制处理之前，使用连续分批工艺进行泡沫分级以最大化处理条件，可将PFOS、PFHxS和PFOA去除至澳大利亚饮用水标准以下。
收集的泡沫(富含PFAS)可被进一步分级以降低含水量，从而控制废物流的体积。SAFF容器/井的高度或深度(m)和直径(m)提供了影响PFAS去除率的主要工程因素：水处理能力和去除PFOS(3分钟)、PFOA(3分钟)和PFHxS(12分钟)的曝气停留时间，以实现小于饮用水标准的完全处理(PFOS、PFHxS；0.07g/l)和PFOA(0.56g/l)。
在高表面水流量时期(即大量降雨)，减少的停留时间可能导致优先PFA(包括短链)迁移到下一个处理步骤，即位于浮选后的PSDRT中的树脂吸附阶段。
含水液体形式的富含PFAS的泡沫可暂时储存在IBC中，用于移除后通过等离子体焚烧进行许可处置(考虑未来的现场化学氧化池/冷等离子体池销毁)。
吸附树脂集料可被限制在土工织物包裹的石笼内，以承受预期的表面水流速度，从而防止吸附剂被冲走。
临时水存储装置：如泡沫浮选容器/井应覆盖有一个小规格的钢格栅，以防止动物和鸟类进入，并允许操作员步行进入/检查。
浮选驻留/停留时间受填充1、2和3曝气容器/井区的表面水速度的影响。
在中低/高流量时间期间，离开PSDRT的表面水不得含有高于澳大利亚饮用水标准的PFAS(即PFOS<0.07g/l，PFHxS<0.07g/l，PFOA<0.56g/l)。低流量、中流量和高流量事件的定义需要一致的定义和PSDRT大小，然后这些重要的测量才能成为成功的测量。对表面水中存在的其他PFAS标志性化合物(如6:2-FTS、8:2-FTS和可检测的>C6 PFAS化合物)的评估表明，需要应用吸收步骤来提供故障安全的精制处理。
在一些实施例中，系统的安装可以直接位于现有地面排水系统的旁边，以避免在提议的建筑工程期间安装/恢复临时导流排水系统。这将允许在设计中安装一个导流门，允许地面排水通过重力流入单元，或根据现场需要绕过该单元。
机场和其他防御基地依靠大型的互连的地表排水网络，以在潮湿天气下快速将水从跑道和训练场引走。通过安装附图所示的修改的泡沫分级系统，现有的拦截坑也可以提供去除PFAS的机会，以提供“第一次冲洗”的机械处理，其通过重力被供给地表排水，防止周边排水系统积聚高水平的PFAS流，影响场外感受器。第一次冲洗拦截装置的目的是将高浓度的优先PFAS(包括PFOS、PFHxS和PFOA)迅速降低到低水平，以便次级拦截机制和/或精制处理可以最低商业成本运行(以每年去除的每千克PFAS的美元成本计算)，以将PFAS去除到低于监管标准的水平。
水上或水中设计提供了修复水体的能力，并减少了在高水流情况下PFAS离开附近污染场地的质量流量。这种设计还可以允许降低大坝容量，为预测的暴雨事件做准备。
图11至17示出了不同类型的曝气装置，它是一种潜水式曝气器，在使用时位于浮选腔室的底板上。该装置适于在腔室中引起水和喷出气体的大致旋转或回旋流，其旋转轴线与曝气器的延伸轴线对齐。如图17所示，曝气器的竖直轴线在使用中与相应浮选腔室的中心竖直轴线大致对齐，但不一定总需要是这种情况，潜水式曝气器可以容易地定位在许多位置，实际上，本说明书中所示的示例性浮选小室腔室只是可以使用的许多形状的容器的一些示例。
这些曝气器通过混合从水面上方吸入的空气或其他气体在水中产生气泡。当叶轮机械旋转时，通过在叶轮叶片后面产生负压(或吸入压)，由装置接收的气体被吸入其中。来自腔室的水也流入叶轮区，以替换被旋转叶轮喷出的水。
叶轮的旋转还将曝气的水排放到腔室的内部容积中，从而结合了曝气和搅动的步骤。因为这是可机械旋转的装置，所以叶轮响应旋转驱动轴的运动而单向旋转。在所示的实施例中，在叶轮上有等间距的泵送叶片，并且围绕叶轮区周向布置有等间距分隔开的离开引导叶片，因此离开叶轮区的曝气流在所有方向上被相等地排放到腔室的中心内部容积中(见图15)。空气提升和对流的协同作用使这种机制在罐中产生回旋流运动(如图16和图17所示)。
引导叶片的存在使得所述水和气体的气泡以多个流动流的形式喷出，这些流动流被引导成与潜水式曝气器的周边相切地(或成一角度地)流动(例如与穿过曝气器中心的平面成25-45度的角度)，从而引起回旋运动。重要的是，这意味着离开叶轮的流体不是从曝气装置垂直地(以90度角)向外指向浮选腔室的内壁，该垂直向外指向将产生湍流，并且会反过来使在泡沫分级腔室的上端的界面表面处产生的脆弱浮沫床不稳定，而不是具有稳定的浮沫床，当腔室中的流体以平滑的旋转或回旋运动移动时，稳定的浮沫床会形成在其下方。
潜水式曝气器的气体入口可以经由从水面上方的源头向下延伸到罐中的导管软管或柔性管，以到达曝气器上的入口端口(见图13)，该入口端口位于浮沫分级罐的内腔室的底部底板或基部表面上。在其它实施例中，可以有一个以上的气体入口流动管或流动管线布置在腔室的轴向中心线周围，或者曝气器甚至可以连接到腔室壁或基部底板安装端口，以接取入口空气/气体，并实现更有效的曝气和搅动。
这种曝气器被构造成当浸没在水中时自己吸入空气，因此它们可以曝气和搅动，而不需要气体鼓风机，这大大减少了安装空间和噪音，以及运行成本。在这种情况下，由气体引入装置接收的气体通常是来自外部大气的空气。
与例如图4所示的顶部安装的文丘里管的形式相比，使用带有坐置在填充水的浮选腔室的底部的曝气叶片的潜水式泵或曝气器也是一种较低建造成本的选择以及较低维护的选择。
通常，水的气泡可以分为三种主要类型，即普通或大气泡(macrobubble)、微气泡(MB)和纳米气泡(NB)。大气泡的直径范围从100μm到2mm。这些气泡迅速上升到液体表面并坍塌。虽然微气泡比大气泡小，直径范围为1μm-100μm，但这些气泡可能会在水中收缩，然后溶解在水中。NB是极小的气体气泡，具有若干个独特的物理属性，这使它们与普通气泡非常不同。通常，直径在小于1μm的范围的NB具有较低的浮力，可以在液体中长时间保持悬浮，并且具有改变水的典型特性的能力。
微纳米气泡(MNB)技术及其在废水处理中的应用已成为水处理中的一项有用技术。关于有机物质，即溶解的有机碳和脂肪族或芳香族混合物，已经显示了MB增加表面颗粒的疏水性，从而导致浮选效率的提高。MNB在水处理中的应用具有很大的潜力，因为其独特的性质，如更高的传质速率、碰撞效率、更低的上升速度、定制的表面电荷和自由基的产生，使MNB在未来的水处理技术如消毒和浮选中具有更有前途的作用。
在本设备中，气体引入装置额外地包括微气泡或纳米气泡发生器形式的曝气器，其被布置成与被允许进入腔室的水流体连通。
在一些实施例中，微气泡或纳米气泡发生器被布置成在使用中接收来自腔室外部的气体，并在水流中产生微气泡或纳米气泡，所述水流被连续地从腔室移除和返回到腔室。在一些替代实施例中，微气泡或纳米气泡发生器被布置成在使用中接收来自腔室外部的气体，并在水流中产生微气泡或纳米气泡，该水流以一种脉冲空气输送的方式被间歇地从腔室中移除和/或返回到腔室中。
本文公开的方法和设备的应用在影响和/或降低成本方面的预期优点可以总结如下：
-第二个优点是提供了一种社区期望的解决方案，其将PFAS影响的地表水保留在现场，而不会产生在潮湿天气下使机场和基地面临洪水风险的水力大坝。预计成本节约是显著的。
-在正常降雨事件下，预期浮沫浮选将所有PFOS和PFHxS去除到小于饮用水标准(0.07g/l)和将PFOA去除到(0.56g/l)，包括：
o在单个步骤中去除高亨利常数的共污染物和其它发泡剂，而无需化学处理，
o最少的现场操作员的监督/维护。该系统可以维持在待机模式，直到预报有重大天气事件发生而在地表排水网络中产生地表水迁移，
o补充现有的现场基础设施(从机场、建筑和电信结构中移出地表水的排泄网络和地表排水器)，以及
o提供故障安全设计，其中浮沫浮选和吸收阶段都能够在降雨事件期间被动地从地表水中去除PFAS。这是因为浮沫浮选阶段以及随后的吸收被认为是可渗透的反应屏障(PRB的)(例如，空气是PRB分离介质，涂覆的集料是PRB吸附介质)。
o该设计可允许安装在任何其他地方，这些地方的地表排水器会受到降雨地表水流的影响，这些降雨地表水流在迁移过程中会受到来自源区土壤的PFAS的影响。
o浮沫浮选分离的布置在地下情况下，但是地表水与工程井断开/腔室设计允许重力将水收集在井内。曝气由传感器触发，以启动PFAS的去除/浓缩。
o通过使用位于PSDRT混凝土筑堤堤道区的前期沉淀阶段或沉淀池阶段，可将浮选腔室的以及吸收阶段集料颗粒之间的体积空间的沉积物/固体污垢降至最低。
o受污染的水在浮选阶段的驻留时间预期至少为3分钟以去除PFOS/PFOA，12分钟以去除PFHxS，超过35分钟以降低C4-C6氟化分子，注意到PFBA/PFPeA预期无响应。
o处理设计假设包含有集料(12mm至20mm蓝色金属砾石)的土工织物包裹石笼的质量在暴雨/洪水事件中不会被冲走，该集料涂覆有活性树脂材料。
o浮沫浮选和树脂吸附被认为是被动可渗透反应屏障。浮沫浮选依赖于作为反应屏障的空气/水薄层表面/边界，而树脂吸收依赖于水通过作为反应屏障的专有吸附材料。
实验结果
发明人已经使用本文公开的新设备和方法的实验室(分批)和中试规模(连续)配置产生了实验结果，以观察从地下水样品中浓缩PFAS的处理的操作期间的任何有益结果。
(1)发明人发现某些特定的PFAS能够由这种技术处理
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两种主要优先关注的PFAS化合物(PFOS和PHFxS)都可以通过泡沫分级(FF)成功去除。还发现FF在物理去除PFOA(次要优先化合物)和其他四种常规分析的PFAS化合物方面同样有效。全氟庚酸(PFHPA)被FF适度减少。其他三种次要化合物(PFHxA、PFBS和PFPeS)被显示受FF的影响很小，或不受FF的影响，因此可以使用已开发的泡沫分级从主要优先化合物分离。
总之，FF非常适合物理去除优先PFAS分子(包括其他理论上的非PFAS共污染物)，允许保留更复杂(且昂贵)的技术作为精制处理，以达到小于受管制处置或排放的标准的浓度。
从上文将会理解，与传统处理方法相比，根据本发明的设备和方法的至少一些实施例提供了一个或多个以下优点：
·次级吸收处理步骤产生的PFAS浓缩液体积更小；
·需要更小的次级处理站；
·与标准的“抽吸和处理”系统相比，总处理时间更短；
·更小体积的浓缩液意味着使用完全销毁工艺(而不是处置以填埋)是可行的；
·能够从被污染的土地抽出的水中提取污染物，而不是进行原位化学处理，原位化学处理可能不起作用(或不可逆)，并且可能不会达到所有水平的地下水污染。
·由于分级罐、泵、真空系统、管道系统和连接由标准组件组成，该系统可以很容易地被扩展以满足特定的现场要求，扩展只是并行地复制系统的问题，并且泵和鼓风机的尺寸可以调整(增大或减小)以满足变化的要求。
·位于地下但不与地下水位实际物理接触的物理分离过程避免了使用潜在危险的化学品作为原位化学处理途径的一部分，并且不产生副产品或废物。
在整个说明书中，词语“浮沫”和“泡沫”可以互换使用，但表示相同的意思，基本上包括具有少量颗粒物质或浓缩的有机污染物的湿液体浓缩物，并通过各种设计的装置被提取，这些装置旨在尽可能控制和减少浮沫层中的含水量。
在某些实施例的前述描述中，为了清楚起见，采用了特定的术语。然而，本公开不旨在限于如此选择的特定术语，并且应当理解，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似技术目的的其他技术等同物。诸如“上”和“下”、“上方”和“下方”等术语被用作方便的词语来提供参考点，而不应被解释为限制性术语。
本说明书中对任何在先出版物或信息的引用不是、也不应该被认为是对在先出版物或信息构成本说明书所涉及的发展领域的公知常识的一部分的承认或认可或任何形式的暗示。
在本说明书中，词语“包括(comprising)”应理解为其“开放”意思，即“包括(including)”的意思，因此不限于其“封闭”意思(即“仅由……组成”的意思)。相应的含义应归于出现的相应词语“包括(comprise)”、“包括(comprised)”和“包括(comprises)”。
此外，上文仅描述了本发明的一些实施例，并且在不脱离所公开的实施例的范围和精神的情况下，可以对其进行变更、修改、添加和/或改变，这些实施例是说明性的而非限制性的。
此外，已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包括在本发明的精神和范围内的各种修改和等同布置。此外，上述各种实施例可以结合其他实施例来实施，例如，一个实施例的方面可以与另一个实施例的方面相结合，以实现其他实施例。此外，任何给定组件的每个独立特征或部件可以构成另外的实施例。

Claims (97)

1.一种从被物质污染的水中分离一定量所述物质的方法，所述方法包括以下步骤：
-允许包括初始浓度的所述物质的一定量的水经由到腔室中的入口进入所述腔室；
-将气体流引入所述腔室中，其中，所述引入的气体促使所述腔室中的水流动，并产生浮沫层，所述浮沫层在所述腔室中与水和引入的气体的所述流的界面处形成并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与其初始浓度相比浓缩的所述物质；
-从所述腔室的上部去除所述浮沫层中的至少一些；然后
-使来自所述腔室的水流通过吸收处理装置，所述吸收处理装置被布置成从所述水流中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的所述物质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体流和所述浮沫层的产生是连续的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括控制上升到所述界面上方的浮沫层的含水量以影响其中所述物质的浓度的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，控制所述浮沫层的含水量的步骤是通过包括以下步骤的组进行的：控制引入气体流的物理参数；以及控制所述浮沫层的物理参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，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进入所述腔室的流量。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，控制所述浮沫层的物理参数的步骤包括使用浮沫深度调节装置来保持所述界面上方的浮沫层的深度。
7.根据权利要求4至权利要求6中任一项所述的方法，其中，控制所述浮沫层的物理参数的步骤还包括使用用于限制所述浮沫在所述腔室上部中的横截面流动路径、导致所述浮沫层的排泄的装置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在经历次级处理步骤之前，所述浮沫层在从所述腔室或每个腔室的上部移除的所述步骤期间坍塌。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：
-将包含浓缩的物质的坍塌浮沫层传送到另外的腔室中，所述另外的腔室具有气体引入装置，该气体引入装置在使用中允许气体进入所述另外的腔室中，引入的气体用于在所述另外的腔室内引起流动，并用于产生另外的浮沫层，所述另外的浮沫层形成在与坍塌浮沫层和引入到所述另外的腔室中的气体的所述流的界面处，并上升到该界面上方，所述另外的浮沫层包含一定量的水，并且还包含一定量的与坍塌浮沫层中的物质浓度相比更浓缩的物质，以及
-从相应的另外的腔室的上部去除所述另外的浮沫层中的至少一些；
随之，所述另外的腔室中的坍塌浮沫层的剩余部分通过所述吸收处理装置。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，用于处理包含浓缩的物质的所述坍塌浮沫层的次级处理步骤使用包括以下的组中的至少一种处理：吸收(使用活性炭、粘土或离子交换树脂)、过滤(使用反渗透膜)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述物质是全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)包括一种或多种以下物质：全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；全氟辛酸(PFHpA)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括预先选择用于吸收处理装置的吸收性固体材料的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述预先选择的吸收性固体材料是复合颗粒，所述复合颗粒包括表面涂覆有反应性吸收材料的集料芯。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述吸附性固体材料容纳在可渗透的反应屏障(PRB)中。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述预先选择的吸收性固体材料适于吸收一种或多种来自包括以下的组中的全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；全氟辛酸(PFHpA)。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中，所述预先选择的吸收性固体材料适于吸收来自包括以下的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟己酸(PFHxA)；全氟丁烷磺酸(PFBS)；全氟戊烷磺酸(PFBeS)。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在水流入所述腔室之前从水中去除固体材料的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，去除固体材料的步骤是通过包括以下的组中的至少一种处理：沉降和筛分。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述液体在重力的影响下被动地流过所述腔室或每个腔室以及所述吸收处理装置。
21.一种从被物质污染的水中分离一定量所述物质的方法，所述方法包括以下步骤：
-允许包含初始浓度的所述物质的所述水在重力的影响下经由到腔室中的入口移动到所述腔室中，直到所述腔室被填充到预定程度；然后
-将气体流引入所述腔室中，其中，所述引入的气体促使所述腔室中的水流动，并产生浮沫层，所述浮沫层在所述腔室中与水和引入的气体的所述流的界面处形成并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与其初始浓度相比浓缩的所述物质；
-从所述腔室的上部去除所述浮沫层中的至少一些；然后
-允许残留在所述腔室中的水经由所述腔室的出口流到所述腔室之外而被排出。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括使从所述腔室排出的所述水流通过吸收处理装置的步骤，所述吸收处理装置被布置成从所述水流中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的所述物质。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，从所述腔室排出的所述水流被动地并且响应于重力的影响通过所述吸收处理装置。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其中，所述方法的步骤如权利要求2至19中任一项所述。
25.一种用于从被初始浓度的物质污染的水中分离一定量的所述物质的设备，所述设备包括一个或多个腔室，所述腔室：
-布置成在使用中允许所述受污染的水在重力的影响下经由到所腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度；
-具有相应的气体引入装置，在使用中，引入的气体用于引导所述腔室中的水流动，并用于产生浮沫层，所述浮沫层形成在所述腔室中的与所述水和引入的气体的流的界面处，并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与所述物质的初始浓度相比浓缩的所述物质；
-具有在使用中用于从所述腔室的相应上部移除所述浮沫层中的至少一些的装置；和
-具有出口，以在使用中允许剩余的水从所述腔室中排出。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，吸收处理装置被设置成与所述腔室的所述出口流体连通，被布置成在使用中接收来自所述腔室的所述排出水流，并从所述水中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的物质。
27.根据权利要求26所述的设备，其中，从所述腔室的出口通过所述吸收处理装置的水流是被动的，响应于重力的影响。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的设备，其中，如果存在两个或更多个腔室，则这些腔室被布置成通过被配置成使用并行流动布置来允许水进入以及排放水而彼此独立地运行。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的设备，其中，所述腔室或每个腔室是具有入口的细长圆柱形容器，所述入口包括位于腔室的外侧壁的上部的开口，所述开口具有封闭件，所述封闭件可操作以控制允许所述受污染的水从相邻的所述水的水体进入所述腔室。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的设备，其中，所述或每个腔室具有出口，所述出口包括位于腔室的外侧壁下部的开口，所述开口具有封闭件，所述封闭件可操作以控制所述剩余的水从所述腔室的排出。
31.根据权利要求25至30中任一项所述的设备，其中，对所述浮沫层的含水量的控制包括设备用于以下至少一项：控制引入的气体流的物理参数；以及控制所述浮沫层的物理参数。
32.根据权利要求31所述的设备，用于控制到所述腔室中的引入的气体流的物理参数，包括响应于包括以下的组中的一个的测量值而使用气体输送管线上的流量控制器和入口阀：所述浮沫层的含水量；所述浮沫层的浮沫稳定性；所述界面在所述腔室中的位置。
33.根据权利要求32所述的设备，用于控制所述浮沫层的物理参数，包括使用浮沫深度调节装置来维持所述界面上方的所述浮沫层的深度，其中，所述浮沫深度调节装置选自包括以下的组：能够响应于所述界面的位置的移动而能够在所述腔室内移动地定位的装置；以及相对于所述腔室布置在固定位置的装置，且所述界面的位置响应于引入气体的流量和水的入口流量中的至少一者。
34.根据权利要求33所述的设备，其中，所述浮沫深度调节装置被布置用于在所述浮沫离开所述腔室时限制所述浮沫的横截面流动路径，从而导致浮沫限制和所述浮沫层的排泄。
35.根据权利要求25至权利要求34中任一项所述的设备，包括浮沫层去除装置，在从所述腔室的最上部区域去除所述浮沫层中的至少一些的过程中，并且在次级处理步骤之前，所述浮沫层中的至少一些在所述浮沫层去除装置中坍塌。
36.根据权利要求35所述的设备，其中，所述浮沫层坍塌装置包括来自包括以下的组的机械设备：泡沫破碎器、真空提取装置和浮沫提取头。
37.根据权利要求25至36中任一项所述的设备，还包括另外的泡沫分级腔室，所述另外的泡沫分级腔室在使用中与所述腔室或每个所述腔室流体连通，所述另外的泡沫分级腔室被布置成：
-允许包含浓缩的物质的坍塌浮沫层进入所述另外的泡沫分级腔室中，直到该腔室被填充到预定程度，
-具有气体引入装置，所述气体引入装置在使用中允许气体进入该腔室中，引入的气体用于在该腔室内引起流动，并用于产生另外的浮沫层，所述另外的浮沫层在与坍塌浮沫层和引入到所述另外的腔室中的气体的所述流的界面处形成，并上升到该界面上方，所述另外的浮沫层包括一定量的水以及一定量的与所述坍塌浮沫层中的物质浓度相比甚至更浓缩的所述物质；
-具有在使用中用于从所述另外的腔室的上部移除所述另外的浮沫层中的至少一些的装置；和
-具有出口，以在使用中允许剩余的坍塌浮沫层流从所述另外的泡沫分级腔室排出。
38.根据权利要求37所述的设备，其中，吸收处理装置被设置成与所述另外的腔室的所述出口流体连通，被布置成在使用中接收来自所述另外的腔室的剩余水的所述排出的流，并且从所述水中去除另外量的在所述另外的浮沫层中尚未被去除的所述物质。
39.根据权利要求25至38中任一项所述的设备，其中，所述吸收处理装置包括使用吸收性固体材料。
40.根据权利要求39所述的装置，其中，所述吸收性固体材料是复合颗粒，所述复合颗粒包括表面涂覆有反应性吸收材料的集料芯。
41.根据权利要求39或40所述的设备，其中，所述吸附性固体材料容纳在可渗透反应屏障(PRB)中。
42.根据权利要求39至权利要求41中任一项所述的设备，其中，所述吸收性固体材料来自包括以下的组：活性炭、粘土或离子交换树脂。
43.根据权利要求25至权利要求42中任一项所述的设备，还包括在使用中用于处理坍塌的浮沫层以去除浓缩的物质的另一个次级处理装置，其中该处理装置包括以下至少一者：过滤(使用反渗透膜)；真空蒸馏；滚筒干燥。
44.根据权利要求39至权利要求42中任一项所述的设备，其中，所述吸收性固体材料适于吸收一种或多种来自包括以下的组的全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；全氟辛酸(PFHpA)。
45.根据权利要求39至权利要求42中任一项所述的设备，其中，所述吸收性固体材料适于吸收一种或多种来自包括以下的组的全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟己酸(PFHxA)；全氟丁烷磺酸(PFBS)；全氟戊烷磺酸(PFBeS)。
46.根据权利要求25至权利要求45中任一项所述的设备，其中，所述气体引入装置包括潜水式曝气器，所述潜水式曝气器在使用中被布置成至少部分浸没在被允许进入所述腔室的水中。
47.根据权利要求46所述的设备，其中，所述潜水式曝气器被布置成在使用中接收来自所述腔室外部的气体，并且将所述气体喷入被允许进入所述腔室的水中。
48.根据权利要求47所述的设备，其中，所述潜水式曝气器适于在所述腔室中引起水和喷出气体的大致旋转或回旋流，所述大致旋转或回旋流的旋转轴线与所述曝气器的延伸轴线对齐，
49.根据权利要求48所述的设备，其中，所述曝气器的竖直轴线在使用中与相应腔室的中心竖直轴线大致对齐。
50.根据权利要求49所述的设备，其中，当水在所述腔室的内周壁附近移动时，水的旋转或回旋流具有大致层流的模式。
51.根据权利要求47至权利要求50中任一项所述的设备，其中，当气体在使用中从所述曝气器喷出时，所述气体以气泡的形式分散到所述腔室中的水中。
52.根据权利要求47至权利要求51中任一项所述的设备，其中，所述潜水式曝气器包括多个细长的、竖直轴向取向的导管，所述导管在主要长度上大致彼此对齐，并且布置成延伸到所述腔室的内部，用于在使用中接收气体并将气体喷出到所述腔室中。
53.根据权利要求52所述的设备，其中，每个导管的端部部分具有中心轴线，所述中心轴线与每个导管的主要长度的竖直轴线成90度角，所述端部部分位于假想的水平平面内。
54.根据权利要求52或53所述的设备，其中，每个导管的端部部分具有中心轴线，所述中心轴线取向为相对于穿过相应主要长度的竖直轴线的假想竖直平面成小于90度的角度。
55.根据权利要求54所述的设备，其中，每个导管的端部部分具有中心轴线，所述中心轴线取向为相对于穿过相应主要长度的竖直轴线的假想竖直平面的角度小于45度。
56.根据权利要求54或55所述的设备，其中，每个导管的端部部分具有中心轴线，所述中心轴线取向为相对于穿过相应主要长度的竖直轴线的假想竖直平面成大于25度的角度。
57.根据权利要求53至权利要求56中任一项所述的设备，其中，每个导管的端部部分装配有内部文丘里喷嘴，从而在使用中，当气体流经细长导管并经由所述端部部分喷出时，产生气泡的分散。
58.根据权利要求47至权利要求51中任一项所述的设备，其中，所述潜水式曝气器包括叶轮区，所述叶轮区中定位有可旋转叶轮，所述叶轮具有一系列泵送叶片，以及围绕所述叶轮区的圆周定位的一系列流体离开引导叶片，使得当在使用中可操作地旋转时，所述曝气器：
-通过在叶轮叶片后产生负压，从所述叶轮区的外部吸入气体，以及
-将受污染的水的水流从所述腔室吸入所述叶轮区，随后将该水流喷出回到腔室中，
其中，在叶轮泵送叶片和离开引导叶片的机械力作用下，被吸入所述叶轮区的气体与所述叶轮区中的水流密切混合，从而在该水流中产生分散的气泡。
59.根据权利要求58所述的设备，其中，所述潜水式曝气器包括细长导管，所述导管被布置成从所述腔室外部延伸到所述叶轮区，在使用中，气体通过所述导管被吸入所述叶轮区。
60.根据权利要求59所述的设备，其中，所述潜水式曝气器包括多个流体离开引导叶片，所述多个流体离开引导叶片被布置成当其中具有分散气体的水被喷出进入所述腔室内部时、引导该其中具有分散气体的水的流。
61.根据权利要求60所述的设备，其中，所述离开引导叶片具有中心轴线，所述中心轴线与所述叶轮的竖直旋转轴线成90度角，并位于假想的水平平面内。
62.根据权利要求60或61所述的设备，其中，所述离开引导叶片具有中心轴线，该中心轴线取向为相对于穿过所述叶轮的竖直旋转轴线的假想竖直平面的角度小于90度。
63.根据权利要求62所述的设备，其中，所述离开引导叶片具有中心轴线，所述中心轴线取向为相对于穿过所述叶轮的竖直旋转轴线的假想竖直平面的角度小于45度。
64.根据权利要求62或63所述的设备，其中，所述离开引导叶片具有中心轴线，所述中心轴线取向为相对于穿过所述叶轮的竖直旋转轴线的假想竖直平面的角度大于25度。
65.根据权利要求46至64中任一项所述的设备，其中，所述气体引入装置另外包括微气泡或纳米气泡发生器形式的曝气器，所述曝气器被布置成与被允许进入所述腔室的水流体连通。
66.根据权利要求65所述的设备，其中，所述微气泡或纳米气泡发生器被布置成在使用中接收来自所述腔室外部的气体，并在水流中产生微气泡或纳米气泡，所述水流被连续地从所述腔室移除和返回到所述腔室。
67.根据权利要求65所述的设备，其中，所述微气泡或纳米气泡发生器被布置成在使用中接收来自所述腔室外部的气体，并在水流中产生微气泡或纳米气泡，所述水流被间歇地从所述腔室移除和/或返回到所述腔室中。
68.一种用于从被初始浓度的物质污染的水中分离一定量的所述物质的设备，所述设备包括一个或多个腔室，所述腔室：
-布置成在使用中允许所述被污染的水经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度；
-具有相应的气体引入装置，在使用中，引入的气体用于引导所述腔室中的水流动，并用于产生浮沫层，所述浮沫层形成在所述腔室中的与所述水和引入的气体的流的界面处，并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与所述物质的初始浓度相比浓缩的所述物质；
-具有在使用中用于从所述腔室的相应上部移除所述浮沫层中的至少一些的装置；和
-具有出口，所述出口被布置成在使用中允许剩余水的排出流从所述腔室转移、并且被吸收处理装置接收，所述吸收处理装置被布置成从所述剩余水的排出流中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的所述物质。
69.根据权利要求68所述的用于从水中分离一定量物质的设备，其中，所述腔室或每个腔室被布置成在使用中允许所述受污染的水在重力的影响下经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度。
70.根据权利要求68或69所述的用于从水中分离一定量物质的设备，还包括如权利要求27至67中任一项所述的特征。
71.一种从被物质污染的水中分离一定量的所述物质的方法，所述方法包括以下步骤：
-允许包括初始浓度的所述物质的一定量的水经由到腔室中的入口进入所述腔室；
-将气体流引入所述腔室中，其中，所述引入的气体促使所述腔室中的水流动，并产生浮沫层，所述浮沫层在所述腔室中与水和引入的气体的所述流的界面处形成并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与其初始浓度相比浓缩的所述物质；
-从所述腔室的上部去除所述浮沫层中的至少一些；然后
-允许残留在所述腔室中的水经由所述腔室的出口流到所述腔室之外而被排出。
72.根据权利要求71所述的方法，还包括使从所述腔室排出的所述水流通过吸收处理装置的步骤，所述吸收处理装置被布置成从所述水流中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的物质。
73.根据权利要求72所述的方法，其中，从所述腔室排出的所述水流被动地并且响应于重力的影响而通过所述吸收处理装置。
74.根据权利要求71至73中任一项所述的方法，其中，所述方法的步骤如权利要求2至19中任一项所述。
75.一种用于从被初始浓度的物质污染的水中分离一定量的所述物质的设备，所述设备包括一个或多个腔室，所述腔室：
-布置成在使用中允许所述被污染的水经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度；
-具有相应的气体引入装置，在使用中，引入的气体用于引导所述腔室中的水流动，并用于产生浮沫层，所述浮沫层形成在所述腔室中的与所述水和引入的气体的流的界面处，并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与所述物质的初始浓度相比浓缩的所述物质；
-具有在使用中用于从所述腔室的相应上部移除所述浮沫层中的至少一些的装置；和
-具有出口，以在使用中允许剩余的水从所述腔室中排出。
76.根据权利要求75所述的用于从水中分离一定量物质的设备，其中，所述腔室或每个腔室被布置成在使用中允许所述受污染的水在重力的影响下经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度。
77.根据权利要求75或76所述的用于从水中分离一定量物质的设备，还包括如权利要求27至70中任一项所述的特征。
78.一种从被物质污染的水中分离一定量的所述物质的方法，所述方法包括以下步骤：
-允许包括初始浓度的所述物质的一定量的水经由到腔室中的入口进入所述腔室；
-将气体流引入所述腔室中，其中，所述引入的气体促使所述腔室中的水流动，并产生浮沫层，所述浮沫层在所述腔室中与水和引入的气体的所述流的界面处形成并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与其初始浓度相比浓缩的所述物质；
-从所述腔室的上部去除所述浮沫层中的至少一些，使得在所述去除步骤期间，所述浮沫层在经历次级处理步骤之前坍塌，所述次级处理步骤使用吸收或过滤处理中的至少一者来从水中去除所述浓缩的物质，以及
-允许残留在所述腔室中的水经由所述腔室的出口流到所述腔室之外而被排出。
79.根据权利要求78所述的方法，其中，吸收的次级处理步骤使用预先选择的吸收性固体材料。
80.根据权利要求79所述的方法，其中，所述预先选择的吸收性固体材料是包括以下的组中的至少一种：活性炭、粘土和离子交换树脂。
81.根据权利要求79所述的方法，其中，所述预先选择的吸收性固体材料是复合颗粒，所述复合颗粒包括表面涂覆有反应性吸收材料的集料芯。
82.根据权利要求78所述的方法，其中，过滤的次级处理步骤使用反渗透膜。
83.根据权利要求78所述的方法，还包括使从所述腔室排出的所述水流通过吸收处理装置的步骤，所述吸收处理装置被布置成从所述水流中去除另外量的在所述浮沫层中尚未被去除的所述物质。
84.根据权利要求83所述的方法，其中，所述吸收处理装置包括预先选择的吸收性固体材料。
85.根据权利要求78至84中任一项所述的方法，其中，所述物质是有机物。
86.根据权利要求78至85中任一项所述的方法，其中，所述物质是两亲性物质。
87.根据权利要求78至86中任一项所述的方法，其中，所述物质是全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)中的至少一种。
88.根据权利要求87所述的方法，其中所述PFAS包括一种或多种以下物质：
全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；全氟辛酸(PFHpA)；聚氟化羧酸、烷基磺酸盐和烷基磺酰氨基化合物；氟代单体化合物，各自具有不同的碳链长度；并且包括这些的前体。
89.根据权利要求79至81或权利要求84中任一项所述的方法，其中，所述预先选择的吸收性固体材料适于吸收包括以下物质的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：
全氟辛烷磺酸(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-氟调聚物磺酸盐化合物(6:2FTS)；8:2-氟调聚物磺酸盐化合物(8:2FTS)；全氟辛酸(PFHpA)；聚氟化羧酸、烷基磺酸盐和烷基磺酰氨基化合物；氟代单体化合物，各自具有不同的碳链长度；并且包括这些的前体。
90.根据权利要求79至81或权利要求84中任一项所述的方法，其中，所述预先选择的吸收性固体材料适于吸收包括以下两亲性物质的组中的一种或多种全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)：全氟己酸(PFHxA)；全氟丁烷磺酸(PFBS)；和全氟戊烷磺酸(PFBeS)。
91.根据权利要求78至90中任一项所述的方法，还包括在水流入所述腔室之前从水中去除固体材料的步骤。
92.根据权利要求78至91中任一项所述的方法，其中，所述方法的进一步步骤如权利要求2至7中任一项所述。
93.一种用于从被初始浓度的物质污染的水中分离一定量的所述物质的设备，所述设备包括一个或多个腔室，所述腔室：
-布置成在使用中允许所述被污染的水经由到所述腔室中的入口移动进入所述腔室，直到所述腔室被填充到预定程度；
-具有相应的气体引入装置，在使用中，引入的气体用于引导所述腔室中的水流动，并用于产生浮沫层，所述浮沫层形成在所述腔室中的与所述水和引入的气体的流的界面处，并上升到所述界面上方，所述浮沫层包括一定量的水以及与一定量的与所述物质的初始浓度相比浓缩的所述物质；
-具有浮沫层去除装置，用于在使用中从所述腔室的相应上部去除所述浮沫层中的至少一些，使得在去除过程中，所述浮沫层在转移到次级处理装置之前坍塌，所述次级处理装置使用吸收和过滤处理中的一种从水中去除所述浓缩的物质；和
-具有出口，以在使用中允许剩余的水从所述腔室中排出。
94.根据权利要求93所述的用于从水中分离一定量物质的设备，其中，所述浮沫层去除装置或每个浮沫层去除装置包括来自包括以下的组的机械设备：泡沫破碎器、真空提取装置和浮沫提取头。
95.根据权利要求93所述的用于从水中分离一定量物质的设备，其中，所述次级处理装置包括来自包括以下的组中的至少一者：使用预先选择的吸收性固体材料进行吸收；使用反渗透膜进行过滤；真空蒸馏；滚筒干燥。
96.根据权利要求95所述的用于从水中分离一定量物质的设备，其中，所述预先选择的吸收性固体材料是来自包括以下的组中的至少一者：活性炭；粘土；离子交换树脂；复合颗粒，包括表面涂覆有反应性吸收材料的集料芯。
97.根据权利要求93至96中任一项所述的用于从水中分离一定量物质的设备，进一步包括根据权利要求27至70中任一项所述的特征。
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