專利名稱：在封閉環(huán)境中用治理水回收材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過在封閉的空間中用治理的水處理以除去有毒分子(其中包括揮發(fā)性的有機(jī)物)，微生物和/或重金屬的如挖掘沉積物物料的治理，特別地，涉及電化學(xué)活化水在大規(guī)模環(huán)境治理中的新應(yīng)用。
發(fā)明的技術(shù)背景世界上大部分土地與水淹沒的土地已被工業(yè)廢物處置、農(nóng)業(yè)、伐木業(yè)、軍事、采礦和其他活動(dòng)所污染。美國環(huán)境保護(hù)署(“EPA”)曾估計(jì)，美國有10％湖泊、河流、和海灣被有毒污染物嚴(yán)重污染，對魚類和人類以及食魚的野生動(dòng)物都造成潛在的危險(xiǎn)。(“EPA污染沉積物管理策略”，EPA-823-R-98-001，1998)。根據(jù)EPA，15％美國湖泊面積和5％美國河流里程數(shù)都低于國家頒發(fā)的魚類消費(fèi)建議報(bào)告值，其中包括每個(gè)大湖部分以及大部分美國海岸水域。例如參見“魚類和野生動(dòng)物消費(fèi)建議一覽表”，EPA-823-C-97-004，1997，“美國地表水中沉積物污染的影響程度與嚴(yán)重性”，EPA 823-R-97-006，008，1998以及“1998年4月情況說明書”，EPA-823-F-98-004。因此，污染的沉積物影響了億萬元的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，其中包括休閑娛樂業(yè)和商業(yè)性捕魚業(yè)的損失，以及高成本處置曾為有利于航行而挖掘的污染物。
廣泛的污染問題包括各種不同的污染物，其中包括例如化學(xué)化合物(例如二噁英、PCBs、殺蟲劑以及酚類，其中許多都是揮發(fā)性的)、重金屬(例如鉛和汞)、以及微生物(肝炎、大腸桿菌、霍亂)。在陸地上時(shí)，污染物會(huì)威脅地下水，因此限制了飲用水源，甚至還妨礙田地再使用。污染物還會(huì)進(jìn)入并威脅海洋環(huán)境，并且在海岸水體沉積物中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這些污染物。
美國、歐洲共同體以及其他國家都立法對付這個(gè)問題，立法規(guī)定了廢物產(chǎn)生者、其他公司以及甚至單純的土地購買者的責(zé)任是在其發(fā)現(xiàn)后應(yīng)該清除污染。在許多情況下，物料是濕的，一般稱之“污泥”。為了這種公開的目的，術(shù)語“污泥”是指污染的濕物料，例如沉積物，還有污染的土地，以及來自采礦、農(nóng)業(yè)(例如牧場廢物與生物量生產(chǎn)和廢物)和其他產(chǎn)生需要治理的有毒濕物質(zhì)或可濕的物質(zhì)的活動(dòng)的其它污染副產(chǎn)物。
對污染的污泥有責(zé)任的公司、個(gè)人或政府機(jī)構(gòu)面對著費(fèi)錢的在技術(shù)上又往往復(fù)雜的任務(wù)。首先，沉積物中污染物的存在例如可能妨礙正常的挖掘和沉積物的處置。第二，應(yīng)該以不污染環(huán)境的方式進(jìn)行物理治理沉積污染物。第三，物料應(yīng)該以環(huán)境上安全的方式進(jìn)行處置，優(yōu)選地以對社會(huì)有益的方式進(jìn)行處理。事實(shí)上，無論活動(dòng)發(fā)生在土地上還是在水面下，負(fù)責(zé)環(huán)境政策制定的US管理者不斷要求負(fù)責(zé)清理這些污染物的團(tuán)體，在清除它們之前要確定這些污染物達(dá)到有益的最后應(yīng)用。換句話說，全部問題經(jīng)過(1)污泥的輸送，(2)治理，(3)處置三個(gè)分開的步驟，在每個(gè)步驟還不污泥環(huán)境。由于污染的污泥體積過分龐大，這個(gè)問題變得更加嚴(yán)重。需要成本-有效的工藝處理這些污泥，特別是同時(shí)處理這三個(gè)方面的問題。
曾提出過一些技術(shù)解決辦法，這些辦法涉及這個(gè)問題的一個(gè)或多個(gè)方面，但這些解決辦法太費(fèi)錢，或者得到的結(jié)果不完整。人們知道許多輸送污染的污泥的方法，但運(yùn)輸?shù)奈锪媳仨毤右蕴幚?，在某些情況下，還要隔絕與環(huán)境的接觸，以防止再進(jìn)一步污染環(huán)境，特別是有揮發(fā)性的污染物時(shí)更是如此。因此，消除污染的技術(shù)應(yīng)該考慮運(yùn)輸、最終使用以及各個(gè)方面成本節(jié)約問題。
有處理污泥的去污染技術(shù)，其中例如包括外部生物處理(即堆制肥料和大地農(nóng)業(yè))，外部物理/化學(xué)處理(即土壤固化，土壤穩(wěn)定化和溶劑提取)以及其他處理，例如揮發(fā)作用、土壤洗滌、泵和處理系統(tǒng)、泥漿相的生物治理等。因?yàn)槌ビ袡C(jī)物特別困難，如在US 4 750 436、4 079 003、5 172 709、5 855 666中描述的外部熱處理(即高溫?zé)峤馕饔茫瑹釟怏w去污作用，煅燒，低溫?zé)峤馕饔?，旋轉(zhuǎn)爐)或生物轉(zhuǎn)化，都可以用于除去這樣的污染物。但是，在每種情況下，輸送一定污染物的方法與材料，同除去其他污染物以及以輸送形式準(zhǔn)備留下污泥的低成本方法還未充分整合在一起。
上述舉例說明的非-全面治理方法的成本還不足夠低，或者其治理方法結(jié)合到一個(gè)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)在處理期間將污染物與環(huán)境分開，并轉(zhuǎn)化成無毒性形式，以便輸送到有益的最后使用地。例如物料轉(zhuǎn)移到有毒性的垃圾掩埋場，或?qū)⑵鋳A在具有長(但有限的)壽命的基體內(nèi)不是一種永久性解決辦法。當(dāng)法律制度變化成要針對長期問題時(shí)，這樣的考慮實(shí)際上可能招致未來的責(zé)任。另外，這些處理技術(shù)中，如果不是大多數(shù)的話，則許多這樣的處理技術(shù)確實(shí)不能處理非常廣泛的污染物。例如，現(xiàn)有的多數(shù)生物學(xué)方法，例如堆制肥料和空氣-噴射不能減輕污染的污泥中的有毒金屬問題。此外，例如土壤穩(wěn)定作用，焚化和泵/處理產(chǎn)生很大體積的難以處理的二次廢物。這些方法成本高，要接近特定的位置是十分不靈活的。
總之，污泥治理問題是多因素的，并提出了處理的關(guān)注問題，例如在治理處理與運(yùn)輸期間的環(huán)境污染，低成本輸送物料和在轉(zhuǎn)化成提高使用形式后治理物料的處置。需要一種以低成本方式解決所有這樣因素的比較全面的方法。
發(fā)明的簡要描述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在封閉環(huán)境中以低成本處理污泥的方法。另一個(gè)目的是提供較低成本治理污泥的設(shè)備和方法。
在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種使污泥原地去污的方法，該方法包括下述步驟(a)提供一組注射器管，它們可以與治理水源以流體連接；(b)把一組注射器插入污泥中；以及(c)將治理水源的治理水通過注射器輸送到污泥。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種原地使?jié)裎锪先ノ鄣脑O(shè)備，該設(shè)備包括(a)一組注射器管，每個(gè)注射器管與治理水源以流體連接；(b)治理水源，該治理水源含有一種或多種活性物質(zhì)，其選自活化氯、活化氧和自由基；以及(c)直接或間接將治理水輸送到濕物料的泵。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種通過注入治理水與除去從容器中的物料注入和排出治理水使污泥物料去污的封閉容器，該容器包括(a)裝污泥物料的箱；(b)襯墊箱內(nèi)部的不透水襯里；(c)可移動(dòng)的二維排列注射器管，它們垂直插入箱中，以便注入治理水；以及(d)一排固定的排水管，這些管水平地定位在箱底附近；其中水平排水管部分地使污泥物料脫水，并且通過注射器管向污泥物料注入治理水。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種除去污泥中芳族化合物的方法，該芳族化合物有至少給予一個(gè)電子的芳族基團(tuán)，該方法包括(a)提供具有自由基的電化學(xué)活化水，其自由基選自碳酸鹽基和碳酸氫鹽基；以及(b)將步驟(a)的水注入污泥中。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種使粘土脫水的方法，該方法包括(a)提供由含有至少10毫摩爾濃度鹵化物鹽的鹽溶液制備的電化學(xué)活化陽極水；以及(b)讓步驟(a)的水與粘土接觸。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種從化學(xué)反應(yīng)的污泥除去聚芳族分子的方法，該方法包括(a)提供具有離子電荷不平衡的電化學(xué)活化水；以及(b)將步驟(a)的水注入污泥中。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種破壞污泥中的芳族化合物的方法，該方法包括(a)提供含有至少250毫克/升離子的電化學(xué)活化水，其離子選自碳酸根離子和碳酸氫根離子，其中至少一些離子是自由基；以及(b)讓步驟(a)的水與污泥接觸。


圖1說明一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施方案，該方案是將治理水注入已置于ISO容器中的污泥。
圖2顯示ISO容器的更進(jìn)一步細(xì)節(jié)，根據(jù)圖1所示的實(shí)施方案，該容器已修改。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明人廣泛地研究過另一些用于污泥治理的方法，并發(fā)現(xiàn)了低成本治理污泥的方法和設(shè)備，另外允許以有利于環(huán)境的方式加工和輸送處理的物料。本發(fā)明人研究了通過混合和通過向污泥注入水的治理水的應(yīng)用，并且發(fā)現(xiàn)(1)某些種類的制備水可令人驚奇地用于治理，以及(2)將治理水注入污泥，原地或在大的箱中提供以對環(huán)境比較安全方式低成本加工和處理這樣的物料。
在本發(fā)明實(shí)施方案中，用治理水處理在密閉的三維體積中或“封閉的環(huán)境”中的污泥，例如原地沉積物或外部物料。把治理水加到這種封閉環(huán)境中，優(yōu)選地通過插入該體積中的管注入治理水。在加入治理水后，污泥，特別是沉積物，可以取樣確定污染狀況。適合于特定污泥時(shí)可采用一次或多次部分脫水，注入治理水或甚至注入治理空氣的步驟，進(jìn)一步處理污泥。
本文中使用的術(shù)語“封閉的環(huán)境”是指污泥在其治理期間不明顯地從體積(如果原地)或其容器移出。即，在注入治理水并與其水反應(yīng)期間，沉積物中的污泥可以與治理水混合，并在體積邊緣稍微擴(kuò)散，但這種擴(kuò)散是很小的。在沉積污泥的情況下，在處理體積中20％以下的處理污泥，優(yōu)選地是10％以下，更優(yōu)選地是5％以下，再更優(yōu)選地是2％以下，非常優(yōu)選地是1％以下的污泥在治理過程中應(yīng)留在水下的這種封閉空間。在分開的容器中，例如箱或包，處理污泥的情況下，1％以下，優(yōu)選地未檢測任何固體物質(zhì)留在箱內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，裝箱的污泥用地質(zhì)處理用膜和/或地質(zhì)處理用布襯里材料覆蓋，以防止污泥中的揮發(fā)性有機(jī)氣體或其他氣體，例如硫化氫或甲烷污染周圍的空氣，或?qū)⑦@些氣體污染周圍的空氣降至最低。
本發(fā)明的特點(diǎn)是，(1)污泥在封閉環(huán)境中治理，以及(2)通過注入治理水除去毒素(例如有機(jī)化合物或不合需要的重金屬形式)，使污泥毒素污染環(huán)境降至最低，并且提供較低的成本處理與輸送方案。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，污泥進(jìn)行脫水，即除去5-80％，更優(yōu)選地10-50％水。在本文中，非常優(yōu)選地，污泥放入一個(gè)箱中，該箱有地質(zhì)處理用布襯里，并且部分襯里，或在污泥頂部以上放其他的塑料，還可以施加真空。在脫水后，加入治理水，接著還可有其他的脫水步驟。如下面所描述的，可使用不同的具有其它有利性質(zhì)的治理水來重復(fù)加入治理水和脫水的步驟。
本發(fā)明人曾考慮了許多不同類型的治理水。一種優(yōu)選的水是已電化學(xué)活化的水，它含有水接觸電極時(shí)通過電壓梯度所產(chǎn)生的活性化學(xué)物質(zhì)。在一種有利的實(shí)施方案中，制備出陰極水，其pH高于8，有利地高于9，更有利地高于10，還含有一種或多種化學(xué)治理用的活性物質(zhì)，例如臭氧、過氧化氫、活性氯、活性溴，或直接或間接地由羥基生成的基。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)在使用地制造治理水的有用方法，該方法提供了一種較低成本治理的選擇。下面在“治理水”標(biāo)題下提供優(yōu)選治理水實(shí)例及其生產(chǎn)方法。
本發(fā)明人曾發(fā)現(xiàn)各種技術(shù)，這些技術(shù)可以在物理上將治理水與污泥在封閉環(huán)境中合并，得到較高價(jià)值的產(chǎn)品，其產(chǎn)品運(yùn)輸較簡單，總成本也較低。一種技術(shù)是原地處理污泥。這種技術(shù)因如ECA水的治理水成本隨工藝進(jìn)步而降低將越來越變得非常有用，下面將描述這種技術(shù)。在其他優(yōu)選實(shí)施方案中，污泥放入多用途容器中，例如ISO容器，有軌車或其他有襯里的箱以及一個(gè)或多個(gè)用于脫水的排水管。在每個(gè)實(shí)施方案中，環(huán)境污染降至最低，在后一實(shí)施方案中，治理的污泥甚至可以在同一容器內(nèi)運(yùn)輸?shù)阶詈笫褂玫亍?br> 使用術(shù)語的定義提供下面的定義有助于讀者如何實(shí)施和使用本發(fā)明，并且理解權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
“活化的溶液”是指可以改變它所接觸的另外的液體、固體或化學(xué)品的一種或多種性質(zhì)的水溶液，例如還可以包括非有機(jī)鹽，硫酸鹽、氯化物或碳酸鹽。
“脫水”是指從污泥中除去至少一些水。
“挖掘”是指從水體例如河、海港、海岸地區(qū)、池塘和由土堆筑的池子底部取出污泥。
“電化學(xué)法活化的水”(“ECA”水)是指含有一種或多種原子或分子物質(zhì)的水(1)，通過使用電能可將水變成活化的，還能夠與污泥進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。典型地，ECA水可以讓電流在至少兩個(gè)電極之間通過制備得到，優(yōu)選地這些電極用一個(gè)或多個(gè)膜分開。陽極ECA水是指在活化后優(yōu)選地從陽極附近取出的水。陰極水是指在活化后優(yōu)選地從陰極附近取出的水。在許多情況下，在活化之前，往水中加入鹽，例如溴化鈉、氯化鈉、溴化鉀、氯化鉀，以便產(chǎn)生反應(yīng)性的鹵離子。
地質(zhì)處理用膜由一種或多種合成片組成的基本不滲透的地質(zhì)合成物。
地質(zhì)合成物由使用的聚合物材料與土壤、巖石、土壤或作為人工方案、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)整體部分的其他土質(zhì)工程相關(guān)材料生產(chǎn)的平面產(chǎn)品。
“重金屬”是指具有高原子量的金屬元素，例如汞、鉻、鎘、砷和鉛。
“不滲透的”是指水力連通性為1×10-7或以下的非孔物質(zhì)。
“原地”是指以其自然發(fā)現(xiàn)的狀態(tài)，典型地是水下。在湖底或貯留池底原地存在污染的沉積物，甚至是將污泥泵送到處理池并且開始采用其他方法部分治理該物料產(chǎn)生的貯留池沉積物。
“瀝出液”是指來自污泥的液體，例如可以是擠出液，濾液或污泥物料的傾析液。
“襯里”是指一種用于限制或防止瀝出液透過的阻擋層。例如，襯里可以是覆蓋ISO容器或軌道箱內(nèi)部的地質(zhì)處理用膜或地質(zhì)合成材料。
“物料”是一種至少兩種物質(zhì)的非氣體態(tài)混合物，例如在溶劑中的一種或多種化學(xué)試劑(溶質(zhì)或不溶解物)，或在固體混合物中的兩種或兩種以上的物質(zhì)。一種物料能以含有各種類型分子的懸浮液、泥漿、干粉或濕混合物形式存在。本文討論的許多實(shí)施方案描述了處理含有一種或多種可疑的或已知的不需要的毒素(分子、微生物或元素)的“污泥”物料，以除去至少一些毒素(例如采用浸出法)，或?qū)⒅辽僖恍┒舅剞D(zhuǎn)變成另外的形式(采用化學(xué)法改變其共價(jià)結(jié)構(gòu)或與其他元素/化合物配合)。但是，在一些實(shí)施方案中考慮了其他非污泥物料，例如其中包括有機(jī)合成使用的物料和轉(zhuǎn)化成用于特別目的的其他形式的原料。產(chǎn)生和/或使用ECA水，還可有例如碳酸鹽、碳酸氫鹽或鹵化物鹽的添加劑的實(shí)施方案，對轉(zhuǎn)化其他物料，以便通過一個(gè)或多個(gè)與這樣的水的反應(yīng)制備有用的產(chǎn)品是有用的。
“現(xiàn)場”是指產(chǎn)生或自然存在污泥的地方。對于水下存在的沉積污泥，現(xiàn)場也是指“原地”發(fā)現(xiàn)沉積物的地方，或接受挖掘的近海設(shè)備，在這里可以建立挖掘接受站，用封閉傳送帶或合格的外部封閉容器處理這種沉積物。
“ORP”是指氧化還原電位。這個(gè)值可以通過與參比電極比較確定，并且表示化學(xué)物質(zhì)給出電子或獲得電子的能力。已知測量ORP或ECA水的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，一般表明陽極溶液的ORP大于1000mV，而陰極溶液的ORP至少是-750mV。
“停留時(shí)間”是指容器中的污泥與治理水的接觸時(shí)間。
“消耗性電極”是指用于產(chǎn)生ECA水的導(dǎo)電材料，該電極的穩(wěn)定性比鉑差，還具有在使用時(shí)分解的表面。一般地，消耗性電極包括金屬或半導(dǎo)體如二氧化鈦，相對來說，這種電極不貴，基于常規(guī)使用設(shè)計(jì)成可更換的。
“沉積物”是指沉積在水體底部的土壤、沙、礦物或有機(jī)物質(zhì)，該水體例如是海港、河流、港口、海岸地區(qū)、池塘或用土堆筑的池子。
“半揮發(fā)的有機(jī)化合物”是指含有與其他原子共價(jià)鍵結(jié)合的碳原子的化合物，該化合物具有足夠揮發(fā)性，在與含有該化合物的污泥接觸的空氣中可檢測到。半揮發(fā)性有機(jī)化合物實(shí)例包括(1)雙(2-氯乙氧基)醚；1，2-雙(2-氯乙氧基)乙烷；雙(2-氯乙氧基)甲烷；雙(2-氯乙氧基)鄰苯二甲酸酯；雙(2-氯乙氧基)醚；雙(2-氯異丙基)醚；4-溴苯基苯基醚；4-氯苯胺；2-氯萘；4-氯苯基苯基醚；2-氯苯酚；1，2-二氯苯；1，3-二氯苯；1，4-二氯苯；3，3-二氯聯(lián)苯胺；2，4-二氯苯酚；六氯苯；六氯丁二烯；六氯環(huán)戊二烯；五氯酚(PCP)；對-氯-間-甲酚；多氯化聯(lián)苯(PCBs)；四氯苯酚；1，2，4-三氯苯；2，4，5-三氯苯酚；2，4，6-三氯苯酚。(2)聯(lián)苯胺；苯甲酸；苯甲醇；雙(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯；鄰苯二甲酸丁基苯甲酯；二苯并呋喃；鄰苯二甲酸二-正-丁酯；鄰苯二甲酸二-正-辛酯；鄰苯二甲酸二乙酯；鄰苯二甲酸二甲酯；4，6-二硝基-2-甲基酚；2，4-二硝基酚；1，2-二苯基肼；異佛爾酮；2-硝基苯胺；3-硝基苯胺；4-硝基苯胺；2-硝基酚；4-硝基酚；正-亞硝基二甲基胺；正-亞硝基二苯基胺；正-亞硝基二-正-丙基胺；苯基萘。可以發(fā)現(xiàn)半揮發(fā)性有機(jī)化合物的地方包括燃燒坑、化學(xué)生產(chǎn)廠以及處置區(qū)，污染的海洋沉積物，處置井和浸出場，電鍍/金屬精加工廠，消防訓(xùn)練場，飛機(jī)修理庫/飛機(jī)維修場，垃圾掩埋/埋葬場，泄漏收集和系統(tǒng)清潔衛(wèi)生管道，泄漏儲(chǔ)存槽，放射醫(yī)學(xué)/混合廢物處置場；氧化池/污水池；殺蟲劑/除草劑混合場所，溶劑脫脂場所，地表蓄水池，以及車輛維修場所和木材防腐場所。
“污泥”是一種含有至少10重量％水的物料，它還可能含有動(dòng)物廢物，挖掘物，人體廢物，土壤或沉積物，來自采礦的濕副產(chǎn)物，或農(nóng)業(yè)，例如殘?jiān)?，原料廢物，生物體生產(chǎn)廢物，或前述廢物的任何組合。
“土壤調(diào)理劑”是指一種物質(zhì)(例如膨潤土，水泥，粘土，膠合水泥或硅酸鹽)，在將它加入污泥中時(shí)可以改變或穩(wěn)定污泥的物理-化學(xué)特性。
“穩(wěn)定作用”是指將污泥中的活性有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成惰性物質(zhì)。
“懸浮的固體”是指小的固體污染物顆粒，這些顆粒漂浮在液體表面或懸浮在液體中。
治理水治理水是一種含水流體，它與污泥接觸時(shí)可引起污泥的一種或多種性質(zhì)發(fā)生有利的改變。其性質(zhì)可以是液動(dòng)性質(zhì)，因此允許較大的流體流動(dòng)，或可以是化學(xué)性質(zhì)，例如降低分子毒素，微生物的濃度，或減少不希望的重金屬形式。在本文中，治理水不限于水和鹽的溶液，還包括泥漿，有其他溶劑的多相溶液，以及甚至膠態(tài)懸浮液。在每種情況下，將治理“水”注入到具有一種或多種已知或可疑的不合需要性質(zhì)的污泥中。
各種治理水用于除去或轉(zhuǎn)化不同的污染物一般地說，污泥的污染物可分成三類。污染物分類是(1)微生物，例如細(xì)菌，病毒或其他微生物；(2)化學(xué)毒素，例如有機(jī)烴或其他有毒分子(例如細(xì)菌毒素蛋白)或無機(jī)毒性化合物；以及(3)重金屬或核素，例如鉛，汞，鎘或放射性同位素。選擇或設(shè)計(jì)一定的治理水，以便最好地改變或除去其中一類或多類污染物。該治理水本身可以用于一步治理處理，可以在同一水處理步驟中與其他一種或多種治理水結(jié)合起來使用，或在相繼的步驟中使用，以便提供比較特定的治理對策。
對于微生物污染的治理，水應(yīng)該含有化學(xué)品如強(qiáng)氧化劑，它可與一種或多種微生物分子充分反應(yīng)，以殺死微生物。為此目的的氧化劑已知有很多，如在US 4 468 297和5 705 050中描述的氧化劑，這些專利的全部內(nèi)容作為參考文獻(xiàn)專門引入本文。這些氧化劑中，優(yōu)選的是氯漂白劑(次氯酸離子，次氯酸和氯氣)，過氧化氫和臭氧。對于本發(fā)明，氧化劑如這些或其他氧化劑，其中包括其他氧物質(zhì)，并且例如氯和溴的鹵化物活化物質(zhì)是特別有用的，因?yàn)檫@些分子在水中自然分解，在使用后沒有很大的危害。
對于治理化學(xué)毒素污染，治理水應(yīng)該含有活性化學(xué)品，它可與毒性分子反應(yīng)，以共價(jià)方式改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)。在該領(lǐng)域中現(xiàn)在使用的方法強(qiáng)調(diào)采用高溫化學(xué)轉(zhuǎn)化這樣的化合物，或采用蒸汽提取除去這樣的化合物。與該技術(shù)的期望相反，本發(fā)明的實(shí)施方案基于在使用地產(chǎn)生含有活性溶質(zhì)的水，這些溶質(zhì)可以改變化學(xué)毒素的共價(jià)結(jié)構(gòu)而沒有熱量。在一些實(shí)施方案中，水溶性的活性溶質(zhì)是現(xiàn)場制備的。
在一個(gè)實(shí)施方案中，治理水含有過氧化氫，并注入污泥中。污泥中的鐵(Fe++)通過Fenton反應(yīng)將過氧化氫轉(zhuǎn)化成羥基。該羥基然后破壞污泥中的化學(xué)品。
另一個(gè)實(shí)施方案使用溶解的臭氧作為活性溶質(zhì)。這種試劑可以采用紫外光或采用電化學(xué)電池現(xiàn)場制備，如US 5 460 705中所描述的。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用pH9或更高的堿性溶液作為治理水。在優(yōu)選實(shí)施方案中，例如堿性溶液用于將重金屬轉(zhuǎn)化成低毒性形式，pH可能高于10。這樣的堿性溶液是熟知的，可以將氫氧化鈉加入水中制備得到。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，如實(shí)施例3所說明的，堿性水是堿性ECA水。堿性ECA水可治理許多種污泥和干物料。在優(yōu)選的實(shí)施例中，用堿性ECA水處理電弧爐灰，接著用水洗除去鉛和其他金屬的溶解物質(zhì)。
治理用的ECA水的優(yōu)選實(shí)施方案使用通過電化學(xué)活化(ECA)水制備的氯，溴，氧與其他物質(zhì)的反應(yīng)物質(zhì)，例如像在US 5 792 336，5445 722，5 439 577和5 531 865中描述的，這些專利的全部內(nèi)容作為參考文獻(xiàn)專門引入本文。本發(fā)明人得到的數(shù)據(jù)表明，讓ECA水與污泥接觸，ECA水可以除去芳族烴，并且測量了在處理前后芳族烴。ECA水對于從污泥中除去這類污泥物的特別優(yōu)選的。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在注入期間產(chǎn)生ECA水或在注入前短時(shí)間內(nèi)(一天內(nèi)，優(yōu)選地在240分鐘內(nèi)，更優(yōu)選地在60分鐘內(nèi))產(chǎn)生ECA水。為這種實(shí)施方案儲(chǔ)存ECA水時(shí)，重要的是讓水保持在密封的容器中，防止失去水中的反應(yīng)性物質(zhì)，例如在1995年6月Shiramizu提出的US 5 762 779中所描述的。
對于治理重金屬或核素污染物，治理水有利地可以有很高的pH，例如pH 9-12，優(yōu)選地是pH 9.5-11，或含有添加劑如磷酸鹽或硫化物，以便將金屬或核素轉(zhuǎn)化成無害的形式。例如像US 5 266 494，4079 003，5 877 393和5 898 093所描述的，人們知道各種化學(xué)品和材料用于將重金屬或核素轉(zhuǎn)化成比較可接受的化學(xué)形式。這樣的化學(xué)品可以漿體或以在水中的溶質(zhì)形式加入水中。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，由例如含有像鉛和鎘重金屬以及像硒其他元素的電弧爐粉塵之類的粉塵制備濕污泥。加入ECA水將例如氯化鉛銨的有毒金屬不溶形式轉(zhuǎn)化成無毒的形式，和/或比較可溶的形式。優(yōu)選地，以ECA水與污泥體積比為0.1-10，優(yōu)選地是ECA水與污泥體積比為0.5-2加入ECA水，接著用水洗滌除去一種或多種金屬的溶解形式。
在一種實(shí)施方案中，治理水是通常的自來水，可以用于浸出污泥中的物質(zhì)，或用于在不相容的相繼的治理水之間洗滌污泥。在另一種實(shí)施方案中，治理水是自來水，它含有表面活性劑，其濃度低于生成表面活性劑膠粒子的臨界值。當(dāng)然，人們知道許多治理水，并可以設(shè)計(jì)在污泥中進(jìn)行所要求的變化。
本發(fā)明人驚奇的發(fā)現(xiàn)，ECA水很好使用，可改善污泥的流體流動(dòng)性，并且還發(fā)現(xiàn)通過顆粒的離子交換(特別是粘土和腐植酸顆粒)，ECA水就可達(dá)到這一點(diǎn)，這種水降低了顆粒的水吸持能力，從而導(dǎo)致顆粒聚在一起。在許多污泥中，特別是沉積物中，粘土含有假二維晶體的晶格結(jié)構(gòu)，在高鈉濃度的情況下，這種結(jié)構(gòu)可以被水合(由表面結(jié)合水與電解質(zhì)層隔開)。如鎂或鋁陽離子存在時(shí)，這樣的二價(jià)或三價(jià)陽離子與表面上的過量負(fù)電荷形成離子鍵，于是降低了表面結(jié)合水的量。這就造成板狀結(jié)構(gòu)，將水從多-負(fù)電荷的平表面排出。另一方面，加入高濃度鈉離子或氫離子時(shí)，正離子與“粘合”陽離子競爭，導(dǎo)致除去基部的陽離子，接著板-狀結(jié)構(gòu)分散，產(chǎn)生了顆粒?？山粨Q陽離子的電荷平衡作用對反過來引起板狀結(jié)構(gòu)又發(fā)揮作用。這個(gè)過程的另一種解釋是多價(jià)陽離子的存在減少了與表面結(jié)合的水層。
本發(fā)明人得到的數(shù)據(jù)表明，往污泥加入陽極或陰極ECA水可大大改善其液動(dòng)性質(zhì)，有利于治理水流過污泥。不打算受限于本發(fā)明的任何一種理論，可認(rèn)為與ECA中的活性物質(zhì)接觸影響了粘土顆粒帶負(fù)電荷的平表面，從而改變了它們表面的電荷平衡。也就是說，通常在粘土板晶格結(jié)構(gòu)之外的陽離子滿足了在粘土區(qū)晶格中過量負(fù)電荷的不平衡。但是，ECA水中活性物質(zhì)與板表面上不平衡電荷反應(yīng)，導(dǎo)致很少的水附著在它們的表面上，于是板就聚在一起了。這種ECA性質(zhì)是特別期望的，因?yàn)樗欣谥卫硭鬟^污泥。
因此，本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案是通過注入陽極或陰極ECA水處理含有粘土的污泥。這種治理水注入之后還可有脫水步驟，然后注入第二次治理水，該水現(xiàn)在可以比較容易地與粘土表面以及從粘土表面釋放的物質(zhì)反應(yīng)。本發(fā)明的酸性ECA水是特別希望的，因?yàn)樗嵝运懈邼舛鹊穆?，非常重要地，高ORP典型地為1000毫伏(標(biāo)準(zhǔn)體系)以上。因此，這樣的ECA水可以使粘土顆粒電性更負(fù)，因此增強(qiáng)了吸引多價(jià)陽離子，從而改善了板彼此的附著作用。
本發(fā)明人得到的數(shù)據(jù)表明，用陽極或陰極ECA水處理時(shí)，可從例如腐植酸或粘土顆粒釋放出與其表面結(jié)合的有機(jī)分子。不打算受限于本發(fā)明的任何一種理論，設(shè)想用具有與通常水相比有較低介電常數(shù)的ECA水，可達(dá)到這種可期望的結(jié)果。較低的介電常數(shù)意味著水中氫鍵結(jié)合弱，以及使疏水作用最低，例如用像甲醇溶劑看到的那樣，甲醇因弱的氫鍵而具有較低的介電常數(shù)。通常地，疏水作用迫使具有一個(gè)或多個(gè)疏水部分的分子附著到固體表面(例如腐植酸或粘土顆粒)，以及在水存在下彼此粘合在一起。在優(yōu)選實(shí)施方案中，ECA水代替含有這樣顆粒的通常水，因此使其解吸。
因此，ECA水的這種有用性質(zhì)不限于治理污泥，處理含有一種或多種有機(jī)分子的其他物料也是特別有用，這些分子因疏水作用鍵而可以絮凝或與固體表面結(jié)合。事實(shí)上，ECA水的這種有用性質(zhì)可以與水中如碳酸鹽基活性物質(zhì)的其他優(yōu)點(diǎn)結(jié)合一起加以利用。即ECA水可以用于新材料的加工工藝，該工藝涉及用電活性催化劑和一般其他的反應(yīng)劑轉(zhuǎn)化有機(jī)分子。例如，通過使用ECA水，可以改善在水懸浮液或溶液中，由反應(yīng)劑大規(guī)模合成聚合物或其他產(chǎn)品，特別是消耗自由基催化劑或電負(fù)性物質(zhì)的反應(yīng)更應(yīng)如此。在這種情況下，非反應(yīng)性的自由基形式鹽如碳酸鹽或電活性物質(zhì)加到水中，進(jìn)行ECA活化作用?；罨乃缓笥糜诜磻?yīng)。電化學(xué)活化含有例如像碳酸鹽、碳酸氫鹽或酒石酸鹽這樣形式的水可用于像聚合反應(yīng)、金屬電鍍反應(yīng)以及生成如羥基磷灰石礦物反應(yīng)的反應(yīng)。
在US 5 077 350中提供了在本文中的一個(gè)有機(jī)合成反應(yīng)實(shí)施例。該申請描述了制備聚(芳基醚/硫醚)-聚(碳酸芳基酯)嵌段共聚物，它相應(yīng)于式((A-O’).sub.n’-AO’COO-B-O-COO)m’-，或((A-O’)m’-AO’-B-O-COO)m’-其中n’等于在共聚物嵌段片段中重復(fù)的活化芳基醚/硫醚單元數(shù)，m’等于在共聚物嵌段片段中重復(fù)的聚(碳酸芳基酯)單元。ECA活化碳酸鹽水可以用于這個(gè)反應(yīng)以提供基。在這種情況下，由ECA活化作用產(chǎn)生的碳酸鹽或其他穩(wěn)定的基轉(zhuǎn)移到芳族基，該芳族基在醚/硫醚連接基團(tuán)的鄰位或?qū)ξ挥兄辽僖粋€(gè)吸電子基團(tuán)。
使用加了如碳酸鉀或碳酸鈉鹽的水制得的ECA水可以進(jìn)行另外這樣的反應(yīng)?？梢允褂煤懈邼舛忍妓猁}基的ECA水，例如像約1毫摩爾以上、5毫摩爾以上或約50毫摩爾以上碳酸鹽基，以消除現(xiàn)在某些反應(yīng)所需要的高溫，例如在羥基磷灰石晶體生成反應(yīng)中，該反應(yīng)利用高溫方法產(chǎn)生碳酸鹽基。
在大規(guī)模間斷處理的優(yōu)選實(shí)施方案中，用ECA水處理懸浮液或膠體物料還進(jìn)一步包括，如在本文所描述的，通過一組注射器將ECA水注入封閉的環(huán)境中以達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)。盡管在本公開中強(qiáng)調(diào)污泥處理，但還專門考慮了其他的這些實(shí)施方案。總之，治理污泥使用的方法與設(shè)備對于一般工業(yè)化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，特別對于大規(guī)模間斷處理方法是特別有價(jià)值的。
本發(fā)明人還驚奇地發(fā)現(xiàn)，酸性或堿性的ECA水加到含有聚芳族烴(“PAH”)的污泥中時(shí)，該水有利于釋放PAH，還可用化學(xué)方法將PAH轉(zhuǎn)化成其他的化學(xué)形式。如實(shí)施例中所表明的，得到的數(shù)據(jù)表明，用通常的自來水處理污泥與把PAH加入污泥時(shí)，在化驗(yàn)時(shí)不容易釋放出PAH。例如，加入到這樣樣品的萘僅可以回收27％。在用水處理的污泥樣品中加入菲和的回收表明僅51％回收率。相反地，已用酸性或堿性ECA水處理的污泥樣品顯示出所加入PAH高得多的回收率，表明用ECA水處理的污泥(粘土)顆粒表面釋放PAH比用通常水處理的污泥顆粒好得多。這是ECA用于污泥治理的有利性質(zhì)，是特別優(yōu)選的。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，治理水應(yīng)含有在水溶液中自然衰變的氧化劑或自由基，并且它對下游環(huán)境無損害。在本文中非常優(yōu)選的是由水本身制得的氧化劑，例如過氧化氫，羥基或其他活化氧。還優(yōu)選的是在ECA處理前加到水中的鹽，其中鹽生成了活性物質(zhì)，例如活性氯或溴，然后在脫水步驟期間從污泥排出之前基本上(至少90％，優(yōu)選地95％以上，更優(yōu)選地99％以上，還更優(yōu)選地99.9％以上)分解。
根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案，氧化劑或基的分解主要地是從與污泥污染物反應(yīng)和水中自然發(fā)生的反應(yīng)開始的。這個(gè)實(shí)施方案的重要特性是治理時(shí)使用的化學(xué)劑不明顯損害環(huán)境。另外，優(yōu)選地由現(xiàn)場的水本身生成反應(yīng)性物質(zhì)。因此，將苛性物料危險(xiǎn)地輸送到現(xiàn)場以生產(chǎn)治理水就沒有必要了。在優(yōu)選實(shí)施方案中，將環(huán)境可接受的鹽如氯化鈉、溴化鈉或碳酸鈉鹽加入到水中，然后進(jìn)行ECA處理，以產(chǎn)生一種或多種活性化學(xué)劑。
ECA水的生成生成ECA水的機(jī)器與方法是已知的，如US 5 871 623，5 635 040，5 628 888，4 867 856，4 676 882，3 827 964，3 812 026，5 419824，5 439 577和5 364 508中所描述的，這些專利的全部內(nèi)容作為參考文獻(xiàn)專門引入本文。在這些公開申請中，許多申請但不是大部分申請不知道活化物質(zhì)類型或未予表征，如Weres等人(參見US 5 364508第4欄第19-26頁)提到的。在本發(fā)明中，所有種類的ECA生成水有一些可使用的效能，因?yàn)樗羞@些水對污泥中見到的至少一些污染物具有至少一些作用。例如，曾實(shí)施過含有來自加入氯化鈉的活化氯的ECA水對處理微生物污染物進(jìn)行得很好。加入溴化物鹽，例如溴化鈉甚至更優(yōu)選，因?yàn)榕c相應(yīng)的氯相比，一些活化溴的穩(wěn)定性更高。
陽極水或陰極水可以用于殺死污泥中的微生物，并且為了這種目的，由例如溴化鈉稀鹽溶液制備的ECA水是特別有用的。對一般污泥處理，可考慮引用的出版物中描述的各種電極組成。另外，如上所述，本發(fā)明人得到的數(shù)據(jù)表明，由市場上購買的有鉑電極的ECA水發(fā)生器可以得到陽極水或陰極水，以及(顯然地)甚至破壞污染污泥中的有機(jī)化學(xué)毒素。為了除去和破壞有機(jī)毒素，可取的是使用具有表面半導(dǎo)體組成的電極生產(chǎn)ECA水，這種組成有利于羥基自由基的生成，如Weres在US 5 439 577中所描述的。
Weres提到通過與電極表面上的羥基或與非?？拷姌O表面上的羥基直接反應(yīng)降解有毒化學(xué)品。如Weres概述的，在這個(gè)領(lǐng)域中的中心問題是，為了破壞毒素就必須真正接觸ECA電極。但是，污泥毒素是在污泥中，并且應(yīng)該(1)從粘土顆粒中釋放出來，以及(2)在這樣的物料中以共價(jià)方式發(fā)生改變(或以物理方式從這樣的物料分離出來)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了解決這個(gè)問題的三種途徑。第一種，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了，如碳酸鹽或碳酸氫鹽之類的次要化合物可以用于將Weres所稱的強(qiáng)基(例如羥基)轉(zhuǎn)化成比較穩(wěn)定(雖然稍微弱些)形式，這種形式存在的時(shí)間，可足以能進(jìn)入污泥，并與其中的有機(jī)分子進(jìn)行反應(yīng)。第二種，通過干擾疏水作用(這種作用可使有機(jī)毒素保留在那里)，以及通過改變在粘土顆粒表面的電荷平衡(這種平衡制約了這些顆粒的絮凝和吸附特性)ECA水實(shí)際上從污泥(大概)解吸了有機(jī)毒素。
第三種克服與羥基極短半壽命相關(guān)問題的途徑是在污泥中產(chǎn)生這種基。在這個(gè)實(shí)施方案中，將過氧化氫注入含有Fe++的污泥中，其中過氧化氫通過Fenton反應(yīng)分解成羥基。在這種情況下，羥基產(chǎn)生于污泥本身之中，避免了Weres指出的不穩(wěn)定性問題，并可在注入治理水后讓羥基接觸污泥。在一種實(shí)施方案中，通過注入鐵溶液，優(yōu)選地為保持鐵為正2價(jià)態(tài)以如堿性ECA水的還原形式往污泥加入Fe++。在用一組注射器把Fe++加到污泥之后，使用不同的一組注射器將過氧化氫加入污泥中，或者讓清洗液注入通過原來一組注射器，以防止在這些注射器中過早進(jìn)行Fenton反應(yīng)。
本發(fā)明人認(rèn)識到，用溴化鈉進(jìn)行污泥治理實(shí)際上可能比氯更有用，因?yàn)樵谝欢妷禾荻认赂邼舛蠕寤c比較容易產(chǎn)生活化溴，該活化溴還可能比相應(yīng)的氯更穩(wěn)定，允許有較長的時(shí)間產(chǎn)生、儲(chǔ)存或使用含有活化溴的治理水。不打算受限于本實(shí)施方案的任何一種理論，本發(fā)明人認(rèn)為，較大的溴核比起氯核可更好地穩(wěn)定未平衡的電子構(gòu)型，使得有較長的半壽命通過注射轉(zhuǎn)移到污泥中，并且與毒素和微生物的表面分子反應(yīng)。在一些成本和碘副產(chǎn)物不成問題的情況下，例如碘化鈉或碘化鉀的碘鹽也可以用于采用電極工藝進(jìn)行電化學(xué)處理的水中。
盡管ECA研究強(qiáng)調(diào)了使用氯化鈉產(chǎn)生活性氯，但本發(fā)明人認(rèn)識到可用溴代替氯生產(chǎn)用于消毒(殺死微生物)的ECA水，或在某些情況下，用于化學(xué)轉(zhuǎn)化(有毒分子化學(xué)改性成低毒性的化學(xué)形式)，從而制約產(chǎn)生有害的氯代烴。即僅加入溴鹽，或溴/氯混合物，其中溴代替一些氯，提供了活化的鹵化物，伴隨產(chǎn)生氯代烴的危險(xiǎn)很小。因此，這個(gè)實(shí)施方案提供了低氯和高溴的ECA水，以便消毒和化學(xué)轉(zhuǎn)化有機(jī)物，與現(xiàn)有工藝相比，有害的氯代副產(chǎn)品很低。這個(gè)實(shí)施方案對于進(jìn)入環(huán)境，但還可以用于本發(fā)明之外的其他希望消毒或化學(xué)轉(zhuǎn)化的應(yīng)用的污泥物料是特別重要的。
含有通過電化學(xué)活化鹽溶液制備的活性氯、溴、碘、碳酸鹽、硫和/或其他物質(zhì)的ECA水是優(yōu)選的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，含有一種或多種氯化鈉、溴化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉的固體鹽或濃鹽溶液被加入水中得到水溶液，其濃度為1.0-2000毫克/升，優(yōu)選地是20-1000毫克/升(陰離子物質(zhì))。然后，鹽水溶液接觸在兩個(gè)或多個(gè)電極之間形成回路的陽極和/或陰極。在一個(gè)實(shí)施方案中，鹽溶液等同地接觸一個(gè)或多個(gè)陽極和/或一個(gè)或多個(gè)陰極，但在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，讓該溶液朝如此方向流動(dòng)，以致鹽濃度主要(最高)集中在陽極區(qū)，以便達(dá)到產(chǎn)生活化鹵素的最大效果。在另一個(gè)實(shí)施方案中，加氯(無鈉)。在這些實(shí)施方案中，非?？扇〉氖窃诰o接陽極的下游排出富集活化鹵化物的陽極ECA水。如此快的加料和排出可提供了富集活化鹵化物的陽極ECA水，還不需要ECA發(fā)生器中的昂貴的膜。
現(xiàn)場產(chǎn)生ECA是優(yōu)選的本發(fā)明的一個(gè)目的是限制環(huán)境與治理污泥時(shí)使用的化學(xué)試劑接觸。一個(gè)滿足這個(gè)目的的優(yōu)選實(shí)施方案是在使用現(xiàn)場制備在治理時(shí)使用的活性化學(xué)物質(zhì)，并且允許這些物質(zhì)在排到環(huán)境之前衰變到在對環(huán)境有益的形式。曾發(fā)現(xiàn)可在使用現(xiàn)場用電能在水中制備氯、溴、碳酸鹽和氧的活化物質(zhì)，并且這樣的物質(zhì)存在的時(shí)間足以讓水與污泥接觸以治理污泥。另外，治理產(chǎn)生的水可在ECA活化物質(zhì)本身衰變后排到環(huán)境里，因此不會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)。
本發(fā)明人將電能輸送到污泥樣品處、制造ECA水、并讓ECA水與污泥接觸。這種方法成功地除去了污泥中的幾種毒素。在此處理中使用之后，ECA水失去其強(qiáng)的ORP，表明活性物質(zhì)自然地降解了，并且這種水可安全地排到環(huán)境中。在實(shí)施例中描述了幾個(gè)這樣的試驗(yàn)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，制備ECA水、儲(chǔ)存在封閉的系統(tǒng)中，例如使用前儲(chǔ)存在塑料桶中達(dá)20分鐘以上。在另外的實(shí)施方案中，在讓ECA水與污泥接觸治理毒素之前，ECA水儲(chǔ)存達(dá)60分鐘以上、4小時(shí)以上、甚至48小時(shí)以上。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，重金屬離子或配合物轉(zhuǎn)化成不同的形式，這種形式可用高濃度羥基離子(即高pH，例如pH8以上，優(yōu)選地是9以上，更優(yōu)選地是10以上)處理浸出予以除去。在ECA水生產(chǎn)設(shè)備的陰極處產(chǎn)生了這樣的堿性ECA水。這種陰極水使用前若不接觸空氣可儲(chǔ)存幾天。
本發(fā)明人還認(rèn)識到，可以生產(chǎn)出一些活化化合物，其化學(xué)壽命超過了以前描述的化合物壽命，并且被其他人所鑒賞。例如，盡管各種活化氯在水中存在時(shí)間短，但大多數(shù)活性物質(zhì)，特別是自由基還不能穩(wěn)定到足以將其轉(zhuǎn)移到污泥中。即，這些物質(zhì)在水中快速衰變。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，一些活化的溴相反具有較長的衰變時(shí)間，允許使用前有較多的時(shí)間儲(chǔ)存治理水。一些活化硫與硒的衰變時(shí)間例如還可以更長，因此允許在經(jīng)受ECA處理的水中有利的使用含有這些原子的鹽。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，使用含有這些元素中的一種元素的鹽，或一種酸的鹽(特別是鉀鹽)，例如像PO4、AsO4、VO4、SO4、SiO4或酒石酸鹽，或甚至更優(yōu)選地碳酸鹽或碳酸氫鹽來生產(chǎn)具有長半衰期的自由基(與羥基的半衰期相比)，其半衰期足以可使基在注入治理水后接觸有機(jī)毒素。因此一個(gè)實(shí)施方案考慮了往經(jīng)受ECA活化反應(yīng)的水中加如溴化鈉或溴化鉀鹽，特別是碳酸氫鉀或碳酸氫鈉或碳酸鉀或碳酸鈉。這樣活化的治理水會(huì)含有較大量的穩(wěn)定自由基，這些自由基具有殺死微生物或除去有機(jī)和無機(jī)毒素的有用性質(zhì)。
這后一個(gè)實(shí)施方案對于除去具有至少一個(gè)給電子的芳族基團(tuán)的芳族化合物是特別優(yōu)選的。這樣的有機(jī)化合物可以包括具有選自-OR和-NR1R2取代基的芳族基團(tuán)，其中R、R1和R2是H或烴基，并且其中R、R1和R2是相同或不同的。這樣的化合物實(shí)例是酚和苯胺，特別地五氯酚，如US 5 104 550中所描述的。
實(shí)際上，如上所述的鹽可以加到水中，或可以把鹽的濃溶液加到水中。優(yōu)選地，加入碳酸鈉或碳酸氫鈉或碳酸鉀或碳酸氫鉀，甚至更優(yōu)選地利用這樣加料可將pH保持在至少8，更優(yōu)選地pH 8-10。當(dāng)然，例如上述任何一種鹽的組合可以一起使用。應(yīng)該加入的離子如碳酸鹽或碳酸氫鹽離子的準(zhǔn)確量，將部分地取決于開始水中碳酸鹽或碳酸氫鹽的量。天然水平取決于以前接觸的氣氛，例如可以是10毫克/毫升以上，100毫克/毫升以上，或甚至300毫克/毫升以上。還可再加入一些量，以使該水平直至達(dá)到100毫克/毫升、250毫克/毫升、500毫克/毫升、1000毫克/毫升，或甚至1000毫克/毫升以上。
在加完(例如)碳酸鹽后，讓水經(jīng)受ECA，它可直接地生成碳酸鹽基，以及間接地通過開始生成其他更強(qiáng)的基如由Weres研究的羥基來生成碳酸鹽基。在經(jīng)受ECA活化反應(yīng)的水中碳酸鹽或碳酸氫鹽離子與羥基(以及其他)基反應(yīng)分別生成碳酸鹽基陰離子和碳酸氫鹽基陰離子，它們的壽命較長，它們可以注入污泥中，與其中可氧化的污染物反應(yīng)。一些這樣的反應(yīng)如下OH-＋CO32-變成CO3-+OH-CO3-+X變成X++CO32-OH-+HCO3-變成HCO3+OH-HCO3+X變成X++HCO3-式中X具有給電子的芳族基團(tuán)的可氧化污染物。
不打算受限于本發(fā)明的任何一種理論，可推論碳酸鹽基陰離子和碳酸氫鹽基陰離子與污染中可氧化分子結(jié)合生成更能降解的帶正電荷物質(zhì)和碳酸鹽和碳酸氫鹽離子。已知可生成比羥基更穩(wěn)定基的其他分子，如上面例證的，也可以用于這個(gè)實(shí)施方案中。但是在許多情況下，碳酸鹽基是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兊某杀竞偷偷沫h(huán)境毒性。盡管這種方法對于含有芳族化合物以及其他有機(jī)化合物的污泥是優(yōu)選的，該芳族化合物具有至少一個(gè)給電子的芳族基團(tuán)，但碳酸鹽基也可以用于除去微生物污染。
后一個(gè)本發(fā)明實(shí)施方案克服了Weres專利中認(rèn)為的羥基短壽命的問題，可通過ECA生成的基在注入期間進(jìn)入污泥并與其中的有機(jī)化合物反應(yīng)。Weres指出，為了與在電極處生成的羥基反應(yīng)，有機(jī)分子毒素實(shí)際上必須接觸ECA電極。相反，本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案提供了在ECA活化期間生成穩(wěn)定的基。不打算受限于本發(fā)明的任何一種理論，認(rèn)為這些基比較穩(wěn)定是由于較大的原子核，特別是氯、溴、硫或硒原子核，或在碳酸鹽的情況下，離域作用較大。在一個(gè)實(shí)施方案中，在注入污泥期間，在注射器管中，通過管內(nèi)ECA活化作用產(chǎn)生了這樣的基。在注入期間生成的基有足夠長的壽命，以便該基與污泥中的毒素進(jìn)行化學(xué)相互作用，改變毒素的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
較低成本的消耗性電極本發(fā)明一些實(shí)施方案利用了ECA活化作用生產(chǎn)治理水。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用由如鐵、銅、鎂、鈦和鋁之類的低成本金屬構(gòu)成的電極，以及基于周期性使用更換電極，即在至少一定量的電極表面，例如10％以上，30％以上或50％以上被耗去或變化之后更換電極，這樣可降低生產(chǎn)ECA水的投資成本。對于含有有機(jī)污染物，特別是微生物污染物的應(yīng)用，銅是優(yōu)選的。銅電極生成了活性銅，它與微生物反應(yīng)并殺死微生物。在一個(gè)希望把鋁離子加入粘土的實(shí)施方案中，使用鋁消耗性電極是優(yōu)選的，因?yàn)樗谥卫硭嗅尫配X。在一個(gè)實(shí)施方案中，注射器含有用于一個(gè)或兩個(gè)電極的鋁，注射器體可以是鋁。
通過注入治理水的治理污泥處理污泥以加或未加水的漿體泵入容器，或通過漏斗加入?？梢詫⒏吖腆w含量的污泥通過安裝噴嘴的漏斗輸送到封閉容器中。在這種情況下，為了改變固/液比，在這個(gè)步驟(將污泥轉(zhuǎn)移到容器之前或其間)可以加入治理水。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，把污泥轉(zhuǎn)移到在封閉空間中的傳送帶上，以便使與外部空氣的空氣交換降至最低。傳送帶輸送污泥，與此同時(shí)加入治理水。
在一個(gè)封閉傳送帶設(shè)計(jì)的優(yōu)選實(shí)施方案中，在把污泥加到一部分傳送帶之前或加到一部分傳送帶的同時(shí)，把第一類治理水加到污泥中，使其變得較稀，并且污泥在傳送帶上脫水。在脫水后，把第二類治理水加到污泥中，還可接著在傳送帶上進(jìn)行第二次脫水步驟。當(dāng)然，開始把污泥放在帶上時(shí)，在接受污泥的開口處可能發(fā)生一些與環(huán)境空氣的交換。在一個(gè)實(shí)施方案中，為了限制不希望的漏氣，可以在距開口一定的位置加入治理水，在脫氣的水與開口之間可以加入附加水作為蒸汽抑制劑。封閉傳送帶的開口和/或出口孔優(yōu)選地用防護(hù)物蓋住，以進(jìn)一步限制這種交換。
傳送帶通過在其表面內(nèi)允許水通過而阻止顆粒通過的孔可以使污泥脫水。傳送帶側(cè)邊優(yōu)選地不移動(dòng)，并且應(yīng)該由不透水的表面組成。但是，在一個(gè)實(shí)施方案中，傳送帶是不透水的，并且傳送帶側(cè)邊是由優(yōu)選通過水的地質(zhì)處理用布材料組成。非常優(yōu)選地，其側(cè)邊與真空相連以便于脫水。
任選的預(yù)處理每種待處理污泥有其自身的性質(zhì)，這些性質(zhì)可以采用該領(lǐng)域中許多不同的已知方法進(jìn)行測定。優(yōu)選地，為了達(dá)到最低成本治理，在使用本發(fā)明的方法和設(shè)備之前要考慮這些性質(zhì)。因此，許多情況都會(huì)涉及預(yù)處理步驟。例如，污泥可能含有在治理處理期間或許干擾最佳流體流動(dòng)的大量固體。
在一些實(shí)施方案中，可以除去固體，以便達(dá)到有利最后使用產(chǎn)品的最佳土質(zhì)工程，例如填埋場襯里或不滲透的阻擋層。在一些實(shí)施方案中，可能存在例如鐵路軌枕、電纜、巖石、輪胎和垃圾大物品，也應(yīng)該除去。還有，可能考慮特別的工程處理參數(shù)，例如孔隙比、孔隙度、液/氣透過率、膨脹、使用的注射器口/篩尺寸以及反應(yīng)體積，因此還可能考慮污泥加工參數(shù)。考慮工程參數(shù)可以要求采用例如一種或多種下述技術(shù)降低粒度或分級鐵格篩(典型小于1″，3″，6″的調(diào)節(jié)振動(dòng)篩)，旋液分離器(典型地調(diào)節(jié)為20-250微米)，或通過空氣或水分離進(jìn)行的重力分離。
在考慮的參數(shù)之中是液動(dòng)因數(shù)，其中包括物理參數(shù)如水滲導(dǎo)性對孔隙比，泥漿密度，顆粒尺寸，膨脹因素；化學(xué)參數(shù)如溶解度，吸附常數(shù)，KD，KOC，無機(jī)speciation，pH，ORP；輸送參數(shù)如有效孔隙度對孔隙比；以及透過率如表觀開口尺寸散布，排水路徑和持續(xù)時(shí)間。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員知道這些參數(shù)，結(jié)合本發(fā)明的材料與方法，他們應(yīng)知道各種其它的處理方法。
考慮一定的參數(shù)時(shí)，最好是進(jìn)行污泥的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，使用各種類型治理水試驗(yàn)，并從經(jīng)驗(yàn)上確定參數(shù)。這對于如特定污泥所需要的確定治理水體積與處理污泥體積比是特別優(yōu)選的。在本文中，進(jìn)一步考慮這樣一個(gè)因數(shù)，可以優(yōu)化選擇注射器類型和尺寸。非常優(yōu)選地，進(jìn)行小型臺(tái)架規(guī)模試驗(yàn)以確定在加入治理水前后一定注射器的流速。
希望以噴灑或流入污泥中的方式注入治理水時(shí)，可以采用如上所述的封閉傳送帶實(shí)施。在這些情況下，注射器是噴嘴，它從傳送帶上面或簡單的開口加治理水，在污泥轉(zhuǎn)移到傳送帶上之前或污泥轉(zhuǎn)移到傳送帶上期間，讓治理水流到污泥。許多考慮的實(shí)施方案可進(jìn)行原地處理或在大箱中處理，特別是在箱適合于運(yùn)送到最后使用地時(shí)，例如ISO容器或鐵路車皮。因?yàn)樵诳蛇\(yùn)輸容器中加工污泥的經(jīng)濟(jì)意義，本發(fā)明強(qiáng)調(diào)外部使用的方法(包括注射器)和材料。
有等間距出口的塑料管，例如PVC管適用于將治理水注入容器或?qū)⒅卫硭刈⑷?。非常?yōu)選的是通常的水井注入管，脫水井點(diǎn)和其他具有所要求尺寸和流速的管。下列公司制造各種特別有用的水井篩和脫水井篩，還為公眾提供目錄和其他有關(guān)適合本發(fā)明的注射器細(xì)節(jié)的信息。Houston Well Screen，休斯頓，德克薩斯州，JohnsonWell Screen，Paul大街，明尼蘇達(dá)州；Pram Technologies，Minneapolis，明尼蘇達(dá)州；Nagaoka，美國，休斯頓，德克薩斯州；Alloy Machine Works，士麥那，喬治亞州；Titan Industries，Paxton，內(nèi)布拉斯加州；Schumacher Filters，阿什維爾，北卡羅來納州；Bedrock Enterprises，F(xiàn)orked River；Demco，WestMidlands，英格蘭；Maass Midwest，Huntley，伊利諾斯州以及Hendricks Screen，Owensburo，肯塔基州。
如由一篇有關(guān)這些公司提供信息的評論所知道的，濾網(wǎng)篩是非常有用的，特別是對沙性污泥更有用，它們典型地安裝到任何類型的多孔基管上，盡管有1/16至1/14英寸狹縫寬度，優(yōu)選地是1/8英寸狹縫寬度，總共20％開口面積的塑料管是常見的。由Titan Industries公司得到的另一非常有用的類型是Enviroflex Well Screen，它有共擠出HDPE土工網(wǎng)的最里面層，該層提供了地質(zhì)處理用布內(nèi)支承層。土工網(wǎng)和地質(zhì)處理用布以連續(xù)管狀粘合在一起，它可防止撕裂或滲沙，還支持地質(zhì)處理用布層以免破裂。這種注射器可以用于注入有限的空間，不必在空間周圍使用第二層地質(zhì)處理用布，這對于省力的應(yīng)用是優(yōu)選的。
由真正任何可焊接材料，例如碳鋼和PVC制得的連續(xù)狹縫全焊篩是容易購到的。大部分這樣的篩是用具有三角形截面的繞絲制得的，形成一個(gè)向內(nèi)開的狹縫開口。對于大多數(shù)這樣的篩，用于細(xì)沉積污泥的最可靠孔尺寸是0.004-0.01英寸。在這些市售注射器中，一些注射器適用于注射和排出污泥中的治理水。在優(yōu)選實(shí)施方案中，一組注射器注射治理水，另一組垂直注射器排出治理水。在這種情況下，可取的是每組的每個(gè)注射器是平行的，并且與同一組中每個(gè)注射器是等間距定位的。
優(yōu)選地，平行的并且彼此等間距的多個(gè)注射器以兩維排列是特別有用的。注入到箱中時(shí)，注射器應(yīng)該是垂直的，盡管它們可以以一定的其他角度放置。原地注入污泥時(shí)，注射器可以是任何角度，但優(yōu)選地是與污泥表面垂直的，該污泥典型地是水體下的沉積物。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，在臺(tái)架規(guī)模試驗(yàn)中得到有代表性的污泥流動(dòng)特性數(shù)據(jù)后，可確定流量和注射器的尺寸。即，利用選擇流量/注射器尺寸組合，可以確定最佳浸出比或其他工程處理參數(shù)。這樣的臺(tái)架規(guī)模試驗(yàn)一般是知道的，例如像US 5 266 494所描述的。一個(gè)本發(fā)明人使用的代表性臺(tái)架規(guī)模試驗(yàn)在實(shí)施例中示出。
在大多數(shù)情況下，基于污泥行為的知識和經(jīng)驗(yàn)，使用一定類型的注射器，就應(yīng)能調(diào)節(jié)流速，盡管可以使用不同類型的注射器。例如，如果臺(tái)架規(guī)模試驗(yàn)的結(jié)果表明，處理的污泥在一給定處理步驟的有不好的流量，則操作者可提高注入治理水的壓力，增大注射器的尺寸，在一定空間增加注射器的數(shù)量，增加出口/孔口的網(wǎng)孔/尺寸/位置，或者甚至將真空接到在箱底部的水平排水管(或在邊或側(cè)的垂直排水管)。在本文中，在排水底部還可以使用多個(gè)水坑，可以將真空施加到這些水坑。當(dāng)然，可以關(guān)閉水坑和/或排水管組合，可以施加與調(diào)節(jié)真空以進(jìn)一步控制流動(dòng)。
優(yōu)選地，注射器管內(nèi)徑是0.5-8英寸，優(yōu)選地是1-4英寸，更優(yōu)選地是1.5-2英寸。放在污泥中的注射器的長度應(yīng)該是污泥深度的50-100％，優(yōu)選地是70-100％，更優(yōu)選地是75-95％。在底部使用水平排水管時(shí)，注射器最低孔與污泥底之間的優(yōu)選距離是該孔與相鄰注射器管的相鄰孔之間的距離的50-150％。通過實(shí)施例，如果注射器管在格子中等同地間隔2英尺，在每個(gè)注射器的最低點(diǎn)有底孔，該注射器應(yīng)該插入距容器底1-3英尺。
注射器管往污泥提供治理水。治理水可以制備并儲(chǔ)存在封閉的容器中，其容器是附帶的，或在使用時(shí)是隨注射器附帶的。在一些實(shí)施方案中，可以在這些注射器中，或在特別為此目的設(shè)計(jì)的注射器附件中制備特定的治理水。對于使用ECA水的優(yōu)選的實(shí)施方案，用于產(chǎn)生治理水的注射器可以包括一種或多種金屬或半導(dǎo)體，它們與制造活性物質(zhì)的電源和控制線路電連接，而這些物質(zhì)可改變污泥中一種或多種不合需要的組分。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用的注射器主要地調(diào)節(jié)水以除去一種或多種不合需要的元素如鐵、鉛、砷或其他無機(jī)組分。事實(shí)上本發(fā)明人曾采用電化學(xué)活化水的方法沉淀出含有鈣、鎂和鋅的配合物。
在使用地質(zhì)處理用布襯里的封閉ISO容器(寬8英寸×深7英寸×長40英寸，體積為40立方碼)的優(yōu)選實(shí)施方案中，污泥放入ISO容器，接著插入48根標(biāo)準(zhǔn)“注射器型”PVC管，其直徑2英寸，長度5英寸，有100個(gè)狹縫，間隔2英寸。圖1和2例證了這個(gè)實(shí)施方案。圖1是ISO容器的透視圖，有一組24個(gè)置于其內(nèi)的內(nèi)徑1.5英寸不銹鋼管注射器10。每個(gè)注射器有擴(kuò)散器20。四十重地質(zhì)處理用布襯里30與壁40間隔2英寸。
圖2左側(cè)是圖1設(shè)備的側(cè)視圖，顯示了放在污泥中的注射器管210，污泥用陰暗部分表示。在這種表示的底部，可看到以六個(gè)圓表示的排水管端部220。水的進(jìn)口230是在頂?shù)淖蟛?，以及還可有噴嘴240距集合管250頂?shù)闹行?英尺?？梢姷皆诒?60上以圓突起表示的每6英寸放置的橡膠條，這些條可將地質(zhì)處理用布襯里270與壁260隔開。
圖2右手側(cè)是俯視圖，沒有顯示ISO容器的細(xì)長中心，以強(qiáng)調(diào)排水管端部分280和在相反端的公用排水出口290。這里多孔管280顯示出為8個(gè)平行管格子，有一個(gè)出口290。使用期間，頂部用塑料板，部分地質(zhì)處理用布或其他阻擋層(在這些圖中未顯示)蓋住。
本發(fā)明大規(guī)模方案對于處理大量污泥是特別有用的。正如上所述，甚至封閉的傳送帶都可以用于脫水和注入治理水。當(dāng)然，可以使用大尺寸的箱式容器，面積為150-10 000英尺2，深為1-50英尺。優(yōu)選范圍是面積為200-1000英尺2，深為2-20英尺的外殼。該外殼不需是矩形，但優(yōu)選地這排注射器管設(shè)計(jì)成將治理水注射到整個(gè)體積。作為實(shí)例，外殼可建造成尺寸為寬40英尺，深10英尺，長100英尺。在這種情況下，64根直徑3英寸，長8英尺的PVC管可以插入污泥中，在該容器中污泥堆積9英尺厚。
優(yōu)選地，在治理水源向上游使用泵，而不是在治理水源與注射器管之間。即，水源與泵進(jìn)口相連，泵出口與注射器相連。這使得在治理水中產(chǎn)生活性物質(zhì)，不然會(huì)在泵內(nèi)反應(yīng)。由于同樣的原因，注射器管為惰性非-反應(yīng)性表面是優(yōu)選的。惰性塑料表面限制了注射時(shí)在治理水中活性溶質(zhì)的分解。
原地注入污泥在這個(gè)實(shí)施方案中，沉積污泥原地處理?？梢杂靡慌殴芴幚淼脑谠氐奈勰嗝娣e例如可能是小到100平方英尺，而大到100 000平方英尺。優(yōu)選地，該面積是1000-10 000平方英尺。待處理面積的深度優(yōu)選地是距污泥表面1-50英尺，優(yōu)選地是2-20英尺深。作為實(shí)例，可以處理的體積是寬度、長度和深度分別為20英尺、100英尺和5英尺，是在10英尺水下。通過將一組2×20聚氯乙烯管(每個(gè)直徑為2英寸)垂直插入沉積物，處理該沉積物，該管下部分為多孔，上部分未打孔，管的下部分伸長通過沉積物頂部4.5英尺。管的底部多孔部分是4英尺長，以致在管放進(jìn)之后，管口只是處在沉積物內(nèi)。管以流體方式與治理水源和與泵相連，其泵優(yōu)選地處在讓治理水源上游。
根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，注射器管插入沉積物達(dá)到所要求的深度。然后，打開治理水的發(fā)生器和泵。泵使新鮮水通過治理水發(fā)生器再到達(dá)注射器管。治理水在管口排出再進(jìn)到沉積物中。以每分鐘每根管約1加侖速率加水10分鐘后，關(guān)掉發(fā)生器和泵。處理后取污泥中污染物樣品，并且經(jīng)這種處理變成一種或多種低毒性形式。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，用治理水處理沉積物，取下注射器管，然后，采用空吸挖掘方法取出處理的沉積物。在這種情況下，注入治理水提供兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這種注入松動(dòng)了沉積物，并且可選擇待除去的沉積物體積，而第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，治理水除去了有毒物質(zhì)，不然要繼續(xù)攪拌，并引起水污染，或在除去后引起環(huán)境污染。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，以相對于水平為0-90°的水平方式將注射器管插入沉積物中，原地處理沉積物。然后加入治理水。操作者根據(jù)沉積物的深度、致密性和設(shè)備利用率，可確定相對于水平在0-90°之間的精確角度。在相關(guān)的實(shí)施方案中，將治理水泵入沉積物，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，在不同的時(shí)間往沉積物加入至少兩類治理水。一種優(yōu)選的實(shí)施方案是注入能與分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的活化治理水，這種水對微生物有殺菌的活性，接著用pH高于8，優(yōu)選地高于9，更優(yōu)選地高于10的水，它改變了重金屬氧化態(tài)，降低其化學(xué)反應(yīng)性，使其成為低毒性。
外部污泥注入封閉容器中特別是污泥要運(yùn)輸?shù)阶詈笫褂玫胤綍r(shí)，可以優(yōu)選地在容器內(nèi)處理污泥，該容器與使用的運(yùn)輸系統(tǒng)匹配。這樣的容器實(shí)例是鐵路車、斗車、滑動(dòng)容器、卡車、駁船倉以及ISO容器。在每一種情況下，容器可改變以便進(jìn)行脫水，以及治理水注射器插入放進(jìn)該容器中的污泥里。在一個(gè)實(shí)施方案中，該容器是不移動(dòng)的，可以是例如在地里用地質(zhì)處理用布襯里的土制池或洞。
為了裝所有的液體與包封水平(和/或垂直)排水管和垂直注射器管，該容器中放有抗?jié)B的地質(zhì)處理用布襯里。該稱里提供了封閉的環(huán)境，降低空氣/液體釋放到環(huán)境中，限制處理的物料與環(huán)境空氣和光接觸，并且還可提供對真空不透氣的環(huán)境有助于脫水。襯里的一個(gè)目的是防止液體與容器壁接觸。地質(zhì)處理用布稱里的外表面因這個(gè)原因是不滲透的。
用于脫水的合適的地質(zhì)處理用布襯里的組成一般是已知的，例如可以由聚乙烯外襯與地質(zhì)處理用布的內(nèi)襯組成，該襯里只是有有限的固體滲透性。US 5 505 557和4 120 605描述了適合作為地質(zhì)處理用布襯里的材料，這些專利的全部內(nèi)容作為參考文獻(xiàn)專門引入本文。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，排水管置于地質(zhì)處理用布的內(nèi)襯與外部不滲透的襯之間，以便脫水。優(yōu)選地排水管是水平排列的，例如像圖2所顯示的。還可使包括排水管的空間與管的真空相接以有助于脫水。實(shí)際上，地質(zhì)處理用膜襯通常放在容器底部，以便借助重力或真空除去液體。然后，加水平脫水管?？椢锏幕蚍强椢锏牡刭|(zhì)處理用布，或上述的組合放入排水管內(nèi)及其上，其目的是裝固體，還起作過濾器介質(zhì)的作用，以便使固體釋放通過織物降至最低。在本文中“非織物材料”可以由例如塑料/尼龍篩或氈狀織物組成。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，在排水管(或水坑，它可以用于代替或補(bǔ)充排水管)上可使用地質(zhì)處理用布保護(hù)套(還可更換地質(zhì)處理用布)?？梢源怪钡鼗蛩降胤胖盟踊蚺潘芑蛩溃貏e是在限制空間的角落處應(yīng)垂直地放置。在排水管上放置地質(zhì)處理用布保護(hù)套的這個(gè)實(shí)施方案對于裝固體是有用的，它起作過濾器介質(zhì)的作用，以便使固體釋放通過織物降至最低。
在通過地質(zhì)處理用布襯里除去過量水(孔的水)后，通過一組注射器加入治理水，然后泵送治理水(或在重力作用下流動(dòng))通過注射器。在注入治理水期間或延遲時(shí)間之后，從排水管(以及或水坑)可排出水，如果必要的話，可以使用注射器加空氣或有助于排出水?？稍趯⒁环N或多種氧化溶液，還原溶液，礦化(固定)溶液合并的步驟中，或一種或多種這些溶液的一些組合步驟(或在不同時(shí)間或以不同的注射器的組合)中施加治理水。治理水可以泵入沉積物，在加入兩種不同治理水之間可以使用洗滌步驟(典型地僅插入水)，不然會(huì)彼此直接反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，注入殺菌治理水，它與分子反應(yīng)，接著注入高pH的水，其中，高pH改變重金屬化學(xué)態(tài)，以便通過浸出可除去。
后處理處理后，根據(jù)所要求的材料與地質(zhì)技術(shù)性質(zhì)，可以用例如膨潤土、粘土、火山灰、石灰或沸石之類的混合物改善污泥。當(dāng)然，可以實(shí)施進(jìn)一步處理，其中包括例如用高溫轉(zhuǎn)爐通過熱量產(chǎn)生骨料。但是，優(yōu)選的方法是不使用熱量，限制氣載物放出，依靠較低溫度的化學(xué)氧化作用和提取方法，這些方法與現(xiàn)有技術(shù)和材料相比耗能低，成本也低。另外，在許多實(shí)施方案中，在污泥是在其處理的有限空間里采用船運(yùn)方法將污泥運(yùn)輸?shù)阶詈蟮氖褂玫?。在污泥是原地處理的?shí)施方案中，處理過的污泥應(yīng)該檢驗(yàn)確證處理的效果，然后才可以放到自然環(huán)境中，或取出后進(jìn)一步處理。在傳送帶上用治理水處理污泥的實(shí)施方案中，處理過的物料可以傾倒到運(yùn)輸容器如自動(dòng)傾卸車、ISO容器、挖掘船、駁船或鐵路車皮中。在外地治理的實(shí)施方案中，污泥在處理時(shí)進(jìn)行脫水，以使船運(yùn)費(fèi)用最少。
這里引用的每篇文件都作為參考文獻(xiàn)以全文專門引入本文。下面提供說明性的而非限制性的實(shí)施例。
實(shí)施例1該實(shí)施例證明，陽極與陰極ECA水通過降低污泥中聚芳族烴(“PAH”)的水平成功地治理了污泥樣品。
在這個(gè)實(shí)施例中，由大海港采集的PAH污染的有毒沉積物得到了250克污泥樣品。使用由日本，F(xiàn)ujisawa，Altech公司生產(chǎn)的，由美國Tomoe公司銷售的“Super oxide labo”系列2型設(shè)備，根據(jù)隨這種設(shè)備提供的使用說明書，得到了陽極與陰極ECA水。該設(shè)備調(diào)整到15分鐘處理時(shí)間。在500毫升燒杯中，250克樣品與250毫升任一種水混合約10秒。樣品轉(zhuǎn)移到500毫升不銹鋼離心管中，在Sorvall RC2中以6500轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)30分鐘。為了對照，第三個(gè)樣品用為ECA設(shè)備提供的自來水處理。在離心后，每個(gè)樣品經(jīng)傾析后濕樣品就送到外面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行獨(dú)立分析。用改進(jìn)的EPA8270標(biāo)準(zhǔn)方法測定某些可回收的PAH的量。
酸性ECA水處理自來水處理 堿性ECA水處理納克/每克干重納克/每克干重納克/每克干重萘 7.85 8.67 8.07苊 4.33 7.4 4.07芴 4.05 4.28 4.28菲 18.7944.7428.62蒽 10.8025.4112.31熒蒽 42.45146.93 64.77芘 93.16185.72 91.46苯并[a]蒽46.75128.26 58.59 35.5393.7442.96苯并[k]熒蒽 39.2590.2744.38苯并[b]熒蒽 47.15117.75 49.79苯并[a]芘55.70127.72 66.25茚并[1，2，3-o，d]芘 39.9872.8531.36二苯[a，h]蒽 7.22 16.236.50苯并[g，h，l]二萘嵌 70.0478.8234.40苯這些數(shù)據(jù)表明，與用通常水處理相比，用ECA水處理可大量除去污泥中的PAH。陽極和陰極水成功地除去了寬范圍的PAH分子。
通過回收研究進(jìn)一步檢查了部分處理樣品。就在分析前將代用品參比PAH化合物d8-萘、d10-菲和d12-與濕樣品混合。由每個(gè)樣品回收的每種代用品PAH百分?jǐn)?shù)示于下表。
陽極水處理 對照 陰極水處理d8-萘54％27％ 64％d10-菲 89％51％ 85％d12-屈 90％51％ 85％這些數(shù)據(jù)表明，與用通常水的對照處理相比，用任一種ECA治理水的治理處理污泥均達(dá)到高得多的PAH回收率。
實(shí)施例2這個(gè)實(shí)施例證明使用高pH治理水用于除去各種污泥中的汞。使用由ARV有限公司生產(chǎn)的AL-2.0L型設(shè)備(2811 Uchimichi Minami，Shinshiro-Shi Aichi，日本)，由ARV有限公司生產(chǎn)ECA水。用5升pH11.4的堿性ECA水，在16目特氟隆篩上洗滌約500克汞污染的濕土壤/污泥。用重量分析法去除作為殘作物生成的灰色沉淀和元素汞。在重量分析法去除汞后，余下樣品在100目篩(150微米)上用ECA水洗滌。再用重量分析法去除任何可視的汞。余下污泥(即150微米以下物料)放入55加侖鼓中，該鼓有地質(zhì)處理用膜，其膜有一層面向裝沉積物內(nèi)部的非織地質(zhì)處理用布。鼓裝到3英尺高。將直徑2英寸、長度3英尺的10號開縫抽水管(Brainard Kilman/Long Year公司，亞特蘭大，GA)垂直插入沉積物中間。通過注射器以2升/分流量注入pH 11.5的水(還含有O2-)。在100分鐘后，移走注射器，通過在容器底部的兩根直徑1英寸的開縫排水管使污泥脫水(除去水)。
如下面指出的，試驗(yàn)了不同的污泥。用EPA法7470測定了每個(gè)處理的污泥中的總汞量。下表中列出的數(shù)據(jù)表明，往每個(gè)污泥注入治理水可大量除去污泥中的汞。污泥類型 物料尺寸(％重量)處理前Hg處理后Hg低濃度沙性土壤 +16尺寸(45％) 311ppm 8.7ppm+16-60尺寸(45％)311ppm 28ppm中濃度沙性土壤 +100尺寸(88％) 1100ppm 550ppm+100尺寸(5％) 1100ppm 880ppm高濃度富細(xì)料+100尺寸(12％) 320,000ppm 46,000ppm+100尺寸(77％) 320,000ppm 35,000ppm低濃度瀉湖污泥 +100尺寸(26％) 440ppm 150ppm
實(shí)施例3在這個(gè)實(shí)施例中，用ECA水處理電弧爐灰“EAF灰”，以除去金屬毒素。如在上述實(shí)施例中描述的那樣，生產(chǎn)出堿性ECA和酸性ECA水。以80％(重量/重量)比例往EAF灰加入堿性ECA水，然后固體用自來水漂洗三次，再傾析。以80體積％比例把酸性ECA水加入固體部分，然后用自來水漂洗三次，再傾析。未調(diào)節(jié)pH。從每個(gè)ECA水處理的含水相收集樣品，經(jīng)過濾，并分析總鉛、鎘和硒。也收集固相樣品，用TCLP金屬分析(毒性特性浸出法，EPA SW-846，法1311)以及x-射線衍射分析定性測定固相樣品中的鉛、鎘和硒物質(zhì)形式。還分析了未處理的EAF灰。
在處理前后EAF灰的TCLP分析結(jié)果如下處理前EAF灰 處理后EAF灰鉛1200mg/l93mg/l鎘530mg/l 0.66mg/l硒3.4mg/l 未檢出(＜0.05mg/l)x-射線衍射分析表明，未處理的EAF灰含有氯化鉛銨，而用80％堿性ECA水處理的物料含有硫酸鉛鉀(KclPbSO4/K2PbSO4)，氯化鉛氫氧化化物(PbClOH)以及硫酸鉛(PbSO4/PbSO4-PbO)。此外，堿性處理傾析液含有1000毫克/升鎘和4.7毫克/升硒。接下的酸性ECA水處理沒有明顯浸出更多的鉛，由這種處理得到的水相含有38毫克/升鎘和0.52毫克/升硒。另外，發(fā)現(xiàn)酸性ECA水可將鉛再轉(zhuǎn)化成可浸出的硫酸鉀鉛，氯化鉛氫氧化物和硫酸鉛的形式，酸性ECA水而不是進(jìn)一步溶解已知在酸中可溶的鉛化合物。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本說明書后很容易理解對本文中提出的實(shí)施方案所作的變動(dòng)和修改，此外這樣的變動(dòng)和修改可能都是在附后的權(quán)利要求范圍內(nèi)實(shí)施的。
權(quán)利要求
1.一種污泥原地去污的方法，該方法包括下述步驟(a)提供一組注射器管，它們可以與治理水源流體相連；(b)把一組注射器插入污泥中；以及(c)將治理水源的治理水通過注射器輸送到污泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法包括用電化學(xué)活化作用產(chǎn)生治理水的步驟。
3.一種濕物料原地去污的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)一組注射器管，每個(gè)注射器管與治理水源流體相連；(b)治理水源，該治理水含有一種或多種活性物質(zhì)，其選自活化氯、活化氧和自由基；以及(c)直接或間接將治理水輸送到濕物料的泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的設(shè)備，其中注射器管是垂直的，并且高度超過3英尺。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中注射器管主要是水平的，并且長度超過3英尺。
6.一種用于使污泥物料去污的封閉容器，它向容器中的物料注入治理水并從其中排出治理水，該容器包括(a)裝污泥物料的箱；(b)在箱內(nèi)部的不透水襯里；(d)可移動(dòng)的二維排列注射器管，它們垂直插入箱中，以便注入治理水；以及(d)固定的一組排水管，這些管水平地定位在箱底附近；其中水平排水管部分地使污泥物料脫水，并且治理水通過注射器管注入污泥物料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封閉容器，其中污泥選自土壤、挖掘物、動(dòng)物廢物和人體廢物，治理水選自氧化水、電化學(xué)活化水以及去礦物質(zhì)水。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封閉容器，其中注射管具有利于其穿入污泥物料的尖頭，注射器管包括選自塑料管、塑料PVC管、鐵管、不銹鋼管、金屬管、銅管以及在至少一個(gè)表面上用二氧化鈦涂布的金屬管的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的封閉容器，其中注射器管包括至少一種金屬，該金屬起作電極的作用，在往污泥注入治理水的期間該電極產(chǎn)生電化學(xué)活化水。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的封閉容器，其中注射器管的至少一種金屬在產(chǎn)生電化學(xué)活化水的電回路中用作消耗性電極。
11.一種用于從超過10立方碼的大批污泥中除去微生物污染物的方法，該方法包括下述步驟(a)把該批污泥放入有不透水襯里的容器中；(b)使該批污泥脫水；(c)制備氧化水，并直接使用或在無光和空氣存在下儲(chǔ)存后使用，(d)通過垂直插入容器并在容器的該批污泥內(nèi)延伸至少三分之二深度的管泵送氧化水，將這種水注入該污泥；以及(e)使該批污泥脫水。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中用塑料板或襯里蓋住頂，使容器隔絕環(huán)境。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用至少一個(gè)銅電極電解水以制備步驟(c)的氧化水，而該氧化水含有一種或多種殺傷微生物的活性銅物質(zhì)。
14.一種用于從大批污泥除去有機(jī)分子的方法，該方法包括下述步驟(a)把該批污泥放入有不透水襯里的容器中；(b)使該批污泥脫水；(c)制備電化學(xué)活化水，并直接使用或在無光和空氣存在下儲(chǔ)存后使用，(d)通過垂直插入容器并在容器的該批污泥內(nèi)延伸至少一半深度的管泵送制備的水，將這種水注入該污泥；以及(e)使該批污泥脫水。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中用塑料板或襯里蓋住頂，使容器隔絕環(huán)境，其中在往這批污泥注入水的期間在注射器內(nèi)電解制備其水。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中采用電化學(xué)方法在容器處制備電化學(xué)活化水，該方法使用至少一個(gè)消耗性電極和至少一個(gè)其他的非消耗性電極，其他的非消耗性電極含有選自鉑和二氧化鈦的材料。
17.一種用于從超過10立方碼的大批污泥中除去有毒金屬污染物的方法，該方法包括下述步驟(a)把該批污泥放入有不透水襯里的容器中；(b)使該批污泥脫水；(c)制備去礦物質(zhì)水；(d)通過垂直插入容器并在容器的該批污泥內(nèi)延伸至少一半深度的管泵送去礦物質(zhì)水，將這種水注入該污泥；以及(e)使該批污泥脫水。
18.一種用于回收挖掘物料的方法，該方法包括下述步驟(a)把挖掘物料放入容器中，該容器有不透水的襯里以及至少一個(gè)排水管；(b)用塑料板蓋在物料上面而封閉容器；(c)使物料脫水；(d)把注射器管垂直插入脫水物料；(e)通過注射器管將治理水注入物料；(f)使物料脫水。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中不透水的襯里在其頂部有過量的長度，其過量用作蓋住物料頂部的步驟(b)中的塑料。
20.根據(jù)權(quán)利要求6、11、14、17和18中任一權(quán)利要求所述的方法，其中容器深為3-20英尺，注射器管延伸至容器中污泥厚度的至少三分之二。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中容器是ISO容器，并且襯里是厚度為20-120重量的非織物地質(zhì)處理用布袋，用在側(cè)壁上通常的凸出物將該袋在容器側(cè)固定。
22.一種用電化學(xué)活化水使挖掘物料去污的方法，該方法包括(a)把該物料放入容器中；(b)使物料脫水；(c)提供以電化學(xué)方法產(chǎn)生的電活性水；(d)通過以通常方式垂直間隔插入物料的注射器管泵送陽極或陰極電活性水，將這種水注入物料；以及(e)使物料脫水。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中采用在步驟(d)中分開的注射器管將陽極或陰極電活性水分別注入物料的不同部位。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中在步驟(d)的注射器管內(nèi)用電化學(xué)方法活化電活性水。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中注射器管包括至少一個(gè)消耗性電極和至少一個(gè)其他的非消耗性電極。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中消耗性電極含有選自鐵、銅、鋁、鋼和不銹鋼的金屬，非消耗性電極含有選自鉑、二氧化鈦和氧氮化鈦(oxinitride)的材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中注射器管包括至少兩個(gè)消耗性電極，并且其中一個(gè)電極含有銅。
28.根據(jù)權(quán)利要求5所述的封閉容器，該容器還包括便于脫水的脫水襯里，該脫水稱里包括透水的織物支持外層，它面向不透水的襯里，以及透水的非織物材料內(nèi)層，它面向污泥，內(nèi)層有阻礙或阻止顆粒移動(dòng)的孔隙度。
29.一種用于除去污泥中芳族化合物的方法，該芳族化合物具有至少一個(gè)給電子的芳族基團(tuán)，該方法包括(a)提供電化學(xué)活化水，其水含有選自碳酸鹽基和碳酸氫鹽基的自由基；以及(b)將步驟(a)的水注入污泥。
30.一種用于破壞物料中芳族化合物或微生物的方法，該芳族化合物具有至少一個(gè)給電子的芳族基團(tuán)，該方法包括(a)提供電化學(xué)活化水，其水由其活化溴離子超過活化鈉離子的水制得；以及(b)使步驟(a)的水與物料接觸。
31.一種用于破壞污泥中芳族化合物或微生物的方法，該方法包括(a)提供電化學(xué)活化水，其水由含有至少1毫摩爾氯化鈉或溴化鈉的水制得；以及(b)使步驟(a)的水與污泥接觸。
32.一種使粘土脫水的方法，該方法包括(a)提供電化學(xué)活化陽極水，其水由含有至少10毫摩爾濃度的鹵化物鹽的鹽溶液制得；以及(b)使步驟(a)的水與粘土接觸。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中粘土是在污泥中，通過注入水實(shí)施步驟(b)。
34.一種從物料中釋放聚芳族烴的方法，該方法包括(a)提供電化學(xué)活化水；(b)使物料與步驟(a)的水接觸。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中物料是污泥，步驟(a)的水是陰極水。
36.一種破壞物料中芳族化合物的方法，該方法包括(a)提供電化學(xué)活化水，它含有至少250毫克/升選自碳酸根離子和碳酸氫根離子的離子，其中至少一些離子是自由基；(b)使步驟(a)的水與物料接觸。
37.一種破壞物料中芳族化合物的方法，該芳族化合物具有至少一個(gè)給電子的芳族基團(tuán)，該方法包括(a)往水加入至少50毫克/升碳酸鹽；(b)電化學(xué)活化步驟(a)的水，得到碳酸鹽自由基；以及(c)取步驟(b)的水，將它加入物料中。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中物料是污泥。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中將至少500毫克/升碳酸鹽加入水中。
40.一種在封閉空間大規(guī)?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化物料中試劑的方法，該方法包括(a)提供電化學(xué)活化水，它含有至少250毫克/升選自碳酸根離子和碳酸氫根離子的離子，其中至少一些離子是自由基；(b)用一組注射器將步驟(a)的水注入物料中。
41.一種化學(xué)轉(zhuǎn)化水溶液或懸浮液中試劑的方法，該方法包括(a)提供電化學(xué)活化水，它含有至少250毫克/升選自碳酸根離子和碳酸氫根離子的離子，其中至少一些離子是自由基；(b)讓步驟(a)的水與試劑接觸。
42.一種溶解與除去污泥中鎘的方法，該方法包括(a)提供堿性ECA水；(b)讓污泥與步驟(a)的水接觸；(c)通過脫水從污泥除去溶解的鎘。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中污泥是電弧爐灰。
44.一種溶解與除去污泥中鉛的方法，該方法包括(a)提供ECA水；(b)讓污泥與步驟(a)的水接觸；(c)通過脫水從污泥除去溶解的鉛。
45.一種將物料中氯化鉛銨轉(zhuǎn)化成硫酸鉛和氯化鉛氫氧化物的方法，該方法包括(a)提供ECA水；(b)讓物料與步驟(a)的水接觸；
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中物料是電弧爐灰。
全文摘要
描述了在本申請中使用的成本－有效的方法和設(shè)備,該方法是在封閉的與對環(huán)境有利的系統(tǒng)中,使用治理水使污泥去污。使用一種或多種治理水處理封閉系統(tǒng)中的污泥,可使典型污染物去毒性或使其破壞,其污染物如有毒的金屬、微生物以及有毒化合物。封閉系統(tǒng)可以包括蓋住的鐵路車皮、ISO容器(40)或其他大的空間,采用注射或其他辦法往其空間加入治理水,以及還可是治理氣體。在一種有效實(shí)施方案中,在使用地電化學(xué)活化水,并通過一組管(10)注入容器(40)中。與處理污泥的封閉系統(tǒng)結(jié)合起來,處理各種其他的水和水的組合,甚至空氣都是特別有用的。如挖掘物,人或動(dòng)物廢物,以及土壤或沉積物之類的污泥特別能通過本發(fā)明的材料與方法轉(zhuǎn)化成比較有益的最后使用產(chǎn)品。
文檔編號B09C1/08GK1351575SQ00808029
公開日2002年5月29日 申請日期2000年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月24日
發(fā)明者理查德·G·希茨 申請人:理查德·G·希茨