專利名稱：用于從流體中除去重金屬污染物的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理被污染流體的系統(tǒng)和方法，更具體而言，涉及從流體除去重 金屬污染物。
背景技術(shù)：
從海上石油平臺(tái)生產(chǎn)的流體例如水可包含有毒的重金屬，例如汞。在墨西哥灣， 汞含量很少超過100十億分率(ppb)。然而，在泰國灣，所生產(chǎn)水中的平均汞濃度可為約 200ppb 至約 2000ppb。目前，將汞排放到美國領(lǐng)海的海洋環(huán)境中目前由美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)根據(jù)清潔 水法(Clean Water Act)通過國家污染物排放消除系統(tǒng)(National Pollutant Discharge Elimination System)許可程序進(jìn)行管制。根據(jù)40 CFR § 131. 36規(guī)定的海洋環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，限 值包括約1800ppb的急性暴露和約25ppb的長期暴露。另一方面，關(guān)于生產(chǎn)水中的汞排放 的國際標(biāo)準(zhǔn)為泰國的約5ppb至北海的約300ppb。生產(chǎn)水通常包含在批量油/水分離工藝期間利用水除去的油。例如，來自北海油 田的生產(chǎn)水包含約15-30百萬分率(ppm)的含有苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)的分散油； 濃度為約0. 06ppm至約760ppm的萘、菲、硫芴(NPD)、多環(huán)芳烴(PAH)、苯酚和有機(jī)酸。此夕卜， 這些生產(chǎn)水包含有毒的重金屬，例如濃度為小于約0. lppb至約82ppb的汞、鎘、鉛和銅。與 高濃度的溶解鹽結(jié)合的成分的復(fù)雜混合物的存在可能給利用目前可用的常規(guī)技術(shù)進(jìn)行的 重金屬除去帶來挑戰(zhàn)。具體而言，用于從污染的海水除去金屬和汞的現(xiàn)有技術(shù)包括活性碳吸附、浸硫活 性碳、微乳液膜、離子交換和膠體沉淀浮選。這些技術(shù)可能不適合用于水處理，其原因是金 屬負(fù)載(例如金屬吸附率小于吸附劑材料質(zhì)量的20%)和選擇性(受地下水中的其它豐富 離子干擾)差。此外，汞可以以除單質(zhì)之外的物質(zhì)存在。因此，所用方法必須能夠除去這些 其它物質(zhì)，例如甲基汞等。此外，它們對于負(fù)載金屬的產(chǎn)物缺乏穩(wěn)定性，使其不可作為永久 性廢棄物的形式直接處置掉。結(jié)果，需要進(jìn)行二次處理以處置或穩(wěn)定分離的汞或負(fù)載汞的 產(chǎn)物。也難以從非水的污泥、吸附的液體、或者部分或完全穩(wěn)定化的污泥以及汞污染的土壤 中除去汞，其原因如下(1) 一些廢棄物的非水性質(zhì)使得溶浸劑難以進(jìn)入，(2)具有大體積 的一些廢棄物流使熱脫附過程昂貴，和(3) —些廢棄物流的處理因所述廢棄物的性質(zhì)而在 技術(shù)上難以進(jìn)行。從玻璃化器和汞熱脫附工藝中的尾氣中除去汞通常是通過活性碳吸附來完成的。 然而，基于碳的吸附劑只能有效除去75-99. 9%的汞，其負(fù)載能力相當(dāng)于吸附劑材料質(zhì)量的 1-20%。通常需要最后一步，即利用昂貴的金進(jìn)行的汞齊化，以達(dá)到EPA空氣釋放標(biāo)準(zhǔn)。碳 床通常在溫度通常低于250° F的尾氣系統(tǒng)的后期使用。在浸漬硫的碳工藝中，汞被吸附 至碳，該吸附遠(yuǎn)弱于與例如表面功能化的介孔材料形成的共價(jià)鍵。結(jié)果，所吸附的汞需要二 次穩(wěn)定化，其原因是負(fù)載汞的碳由于汞與活性碳之間的弱結(jié)合而沒有期望的長期化學(xué)耐久 性。此外，活性碳中大部分的孔大到足以使微生物進(jìn)入從而溶解所吸附的汞-硫化合物。汞負(fù)載限于所用物料的約0. 2g/g。微乳液膜技術(shù)使用包含硫酸作為內(nèi)部相的油酸微乳液膜將廢水的汞濃度從約 460ppm降低至約0. 84ppm。然而，它涉及萃取、反萃、去乳化和通過電解來回收汞的多個(gè)步 驟且使用大量有機(jī)溶劑。液膜溶脹對萃取效率也有不利影響。金屬離子交換反應(yīng)的緩慢動(dòng)力學(xué)需要長的接觸時(shí)間。該工藝還產(chǎn)生大量的二次有 機(jī)廢氣物。一種離子交換工藝采用Duolite GT-73離子交換有機(jī)樹脂來將廢水中的汞含 量從約2ppm降低至低于約lOppb。樹脂的氧化導(dǎo)致樹脂壽命明顯縮短，并且不能將汞含量 降低至低于約0. lppb的容許含量。汞負(fù)載也受到限制，其原因是多數(shù)土壤與汞陽離子的高 結(jié)合能力使離子交換工藝失效，尤其是在來自土壤的大量Ca2+使離子交換器的陽離子容量 飽和時(shí)如此。此外，負(fù)載汞的有機(jī)樹脂無法抵抗微生物侵襲。因此，如果將汞作為廢物的形 式處理掉，則汞可被釋放到環(huán)境中。除了受到溶液中除含汞離子以外的其它陽離子干擾之 外，離子交換工藝對除去中性的汞化合物如HgCl2、Hg(OH)2和有機(jī)汞物質(zhì)例如甲基汞(其為 最毒的汞形式)完全無效。該離子交換工藝在從非水溶液和吸附液體中除去汞方面也沒有 效果。經(jīng)報(bào)道的通過膠體沉淀浮選從水中除去金屬的工藝將汞濃度從約leoppb降低至 約1. 6ppb。該工藝涉及添加HC1以將廢水調(diào)節(jié)至pH為1以及添加Na2S和油酸溶液至廢水 以及從廢水除去膠體。在該工藝中，經(jīng)處理的廢水可能受Na2S、油酸和HC1污染。已分離的 汞需要進(jìn)一步處理以穩(wěn)定成永久性的廢棄物形式。酸性鹵化物溶液溶浸和氧化萃取也可用于使土壤中的汞遷移。例如，KI/I2溶液通 過氧化和絡(luò)合來增強(qiáng)汞的溶解?；诖温人猁}溶液的其它氧化萃取劑也已用于從固態(tài)廢棄 物中遷移汞。然而，尚未開發(fā)出用于有效除去這些廢棄物中包含的汞的處理技術(shù)。由于溶 浸技術(shù)依賴于其中溶解對象(例如汞)在溶液和固態(tài)廢棄物之間達(dá)到溶解/沉淀平衡的溶 解過程，所以達(dá)到平衡后阻止來自固態(tài)廢棄物的污染物的進(jìn)一步溶解。此外，土壤通常是抑 制目標(biāo)離子從土壤向溶液遷移的良好目標(biāo)離子吸收劑。一直缺乏以原型工藝速率從非水液體、吸附液體、土壤、或者部分或完全穩(wěn)定化污 泥中除去汞的方法。這主要是因?yàn)閷?shí)際廢棄物中的汞污染物比許多通?；谝恍┖唵蔚墓?鹽開發(fā)的實(shí)驗(yàn)室級(jí)試驗(yàn)所處理的汞系統(tǒng)復(fù)雜得多。任何實(shí)際污染物中的實(shí)際汞污染物幾 乎總是包含多種汞物質(zhì)，包括離子或無機(jī)汞(例如，二價(jià)陽離子Hg2+、一價(jià)陽離子Hg22+和中 性化合物例如HgCl2、Hg
2)；有機(jī)汞，例如由于污泥中的酶促反應(yīng)產(chǎn)生的甲基汞(例如 CH3HgCH3或者CH3 Hg+)；以及因?yàn)檫€原形成的單質(zhì)或金屬汞。因?yàn)樵S多實(shí)驗(yàn)室技術(shù)是只針 對一種汞形式或物質(zhì)開發(fā)的，所以利用實(shí)際廢棄物證實(shí)并不成功。修復(fù)和工業(yè)分離所關(guān)注的其它金屬包括但不限于銀、鉛、砷、鈾、钚、镎、镅、鎘及其 組合。目前的分離方法包括但不限于離子交換、沉淀、膜分離及其組合。這些方法通常具有 效率低、工藝復(fù)雜和運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)。因此，提供一種能以顯著的量和成本有效的方式從復(fù)雜的廢棄流體如生產(chǎn)水中除 去重金屬污染物例如汞、鎘、鉛以及砷的系統(tǒng)和方法將會(huì)是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于從流體中除去重金屬污染物的系統(tǒng)。在
8一個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括源，包含重金屬污染物各種物質(zhì)或形式(包括單質(zhì)、有機(jī)形 式和無機(jī)形式)的流體流可以從所述源引入所述系統(tǒng)中。所述系統(tǒng)還包括第一工段，其用 于從所述流體流中物理分離或者除去目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中， 所述第一工段可包括液/液聚結(jié)器，其具有設(shè)計(jì)為將包含所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物 質(zhì)的小直徑微滴聚結(jié)或合并成較大微滴的聚結(jié)元件，該微滴隨后可通過重力從所述流體流 中分離出來。所述系統(tǒng)還包括第二工段，其位于所述第一工段的下游并與其流體連通，用于 從所述流體流中分離或除去預(yù)定重金屬污染物的剩余單質(zhì)物質(zhì)以及其它物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施 方案中，第二工段包括具有由多孔顆粒制成的吸附劑納米材料的反應(yīng)器。所述多孔顆粒例 如可以是介孔載體上的自組裝單層(SAMMS)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可包括在所述第 一工段上游以從所述流體流除去固體污染物的預(yù)過濾器工段，從而延長所述第一工段中的 聚結(jié)器的壽命。在另一實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還可包括在所述第二工段下游并與其流體連 通的第三工段，所述第三工段用于分離或除去與從所述第二工段除去的預(yù)定污染物所不同 的其它預(yù)定污染物。第三工段可設(shè)計(jì)為也包含吸附劑納米材料，其包括由介孔載體上的自 組裝單層(SAMMS)制成的多孔顆粒。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于從流體除去重金屬污染物的系統(tǒng)。在一 個(gè)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)包括源，包含各種重金屬污染物各種物質(zhì)或形式(包括單質(zhì)、有機(jī)形 式和無機(jī)形式)的流體流可以從所述源引入所述系統(tǒng)中。所述系統(tǒng)還包括第一工段，其用 于從所述流體流中物理分離或除去目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所 述第一工段可包括液/液聚結(jié)器，其具有設(shè)計(jì)為將包含所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì) 的小直徑微滴聚結(jié)或合并成較大微滴的聚結(jié)元件，該微滴隨后可通過重力從所述流體流中 分離出來。所述系統(tǒng)還包括第二工段，其位于所述第一工段的下游并與其流體連通，用于從 所述流體流中吸附分離或除去預(yù)定重金屬污染物的剩余單質(zhì)物質(zhì)以及其它物質(zhì)。在一個(gè) 實(shí)施方案中，所述第二工段包括具有由多孔顆粒制成的吸附劑納米材料的過濾器裝置的容 器。所述多孔顆粒例如可以是介孔載體上的自組裝單層(SAMMS)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述 系統(tǒng)可包括在所述第一工段上游以從所述流體流除去固體污染物的預(yù)過濾器工段，從而延 長所述第一工段中的所述聚結(jié)器的壽命。在另一實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還可包括在所述第 二工段下游并與其流體連通的第三工段，所述第三工段用于分離或除去與從所述第二工段 除去的預(yù)定污染物不同的其它預(yù)定污染物。第三工段可設(shè)計(jì)為也包含過濾器裝置，所述過 濾器裝置具有包括由介孔載體上的自組裝單層(SAMMS)制成的多孔顆粒的吸附劑納米材 料。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于從流體除去重金屬污染物的方法。所述 方法包括首先將含有待除去的重金屬污染物的流體流引入路徑中，所述重金屬污染物包 括目標(biāo)重金屬污染物的各種物質(zhì)。接下來，所述流體流可經(jīng)受物理分離程序以從所述流體 除去包括所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)的目標(biāo)重金屬污染物，以降低所述流體流中所 述目標(biāo)重金屬污染物的總濃度。隨后，目標(biāo)重金屬污染物總濃度降低的所述流體流可以暴 露于吸附分離程序，以從所述流體除去包括額外量的所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)以 及其它物質(zhì)的額外量的所述目標(biāo)重金屬污染物，從而將所述目標(biāo)重金屬污染物的濃度進(jìn)一 步降低至可接受的水平。所述方法可包括在所述物理分離步驟之前的預(yù)過濾處理以從所述 流體流中除去固體污染物。所述方法還可包括在所述吸附分離之后的另一吸附分離，以除
9去與初始吸附分離的目標(biāo)不同的目標(biāo)重金屬污染物或與所述初始吸附分離的目標(biāo)類似的 目標(biāo)重金屬污染物。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的具有用于從流體除去重金屬污染物的第一 工段和第二工段的系統(tǒng)。圖2示出用于圖1中顯示的系統(tǒng)的第一工段的液/液聚結(jié)器。圖3示出用于圖1中顯示的系統(tǒng)的第二工段的反應(yīng)器。圖4A示出用于圖1中顯示的系統(tǒng)的預(yù)過濾器工段。圖4B示出用于圖4A中顯示的預(yù)過濾器工段的反應(yīng)器和過濾器元件。圖5示出用于圖1中顯示的系統(tǒng)以允許除去與所述第一和第二工段除去的污染物 不同的污染物的第三工段。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的具有用于從流體除去重金屬污染物的第一工段和第二工 段的另一系統(tǒng)。圖7示出用于圖6中顯示的系統(tǒng)的第二工段的容器。圖8示出用于圖7中顯示的容器的過濾器元件。圖9示出用于圖6中顯示的系統(tǒng)的預(yù)過濾器工段。圖10示出圖6中顯示的系統(tǒng)以允許除去與所述第一和第二工段除去的污染物不 同的污染物的第三工段。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的用于從流體除去重金屬污染物的另一系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式參照圖1，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于通過除去流體中存在的污染物 來處理被污染流體的系統(tǒng)10。可以用本發(fā)明進(jìn)行處理的流體的性質(zhì)可以是粘性的，例如油， 或者非粘性的，例如液體或氣體。可以通過本發(fā)明的系統(tǒng)10除去的污染物包括重金屬例如 來自復(fù)雜廢物流體如生產(chǎn)水中汞、砷、鎘和鉛，以及來自各種廢物溶液和被污染廢油的汞。 可以通過本發(fā)明的系統(tǒng)10除去的其它污染物包括銀、鈾、钚、镎、镅或其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，如圖1所示的系統(tǒng)10包括可以從其將被污染流體引入所述 系統(tǒng)中的源11。被污染的流體可包含重金屬污染物的各種物質(zhì)或形式，包括其單質(zhì)形式、有 機(jī)形式和離子形式。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，被污染流體可以是廢流體，例如鉆探油或氣產(chǎn)生的 生產(chǎn)水，并且可包含例如汞的各種物質(zhì)。不同的汞物質(zhì)的實(shí)例包括離子或無機(jī)汞(例如，二 價(jià)陽離子Hg2+、一價(jià)陽離子Hg22+和中性化合物例如HgCl2、Hg
2)；有機(jī)汞，例如由于污泥 中的酶促反應(yīng)產(chǎn)生的甲基汞(例如CH3HgCH3或者CH3 Hg+)；以及單質(zhì)或金屬汞。如圖1所示，可以以受控速率將被污染的流體引入系統(tǒng)10中。為了控制流體流 量，可以在源11下游設(shè)置流量控制閥111。此外，可以在源11和控制閥111之間設(shè)置流量 計(jì)112以幫助確定流量，并且在必要時(shí)允許將控制閥111調(diào)節(jié)至合適的水平。應(yīng)注意，雖然 系統(tǒng)10顯示為具有控制閥111，但是如果能夠基于流量計(jì)112的讀數(shù)從源11調(diào)節(jié)流量，則 可以不需要該閥。系統(tǒng)10還可以包括第一工段12，其設(shè)計(jì)為實(shí)施用于從流體流中除去例如目標(biāo)重金屬污染物如汞的單質(zhì)物質(zhì)的物理分離程序。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一工段12可以通過路 徑13例如管、軟管或任何類似的能夠?qū)⒘黧w流從源11導(dǎo)至第一工段12的導(dǎo)管而與源11 流體連通。現(xiàn)在參照圖2，在一個(gè)實(shí)施方案中，第一工段12可包括聚結(jié)單元20，其具有至少 一個(gè)設(shè)計(jì)為將包含重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)的小直徑微滴聚結(jié)成大微滴用于隨后脫除的 聚結(jié)元件21。聚結(jié)單元20的一個(gè)實(shí)例包括液/液聚結(jié)器，例如可從德州Mineral Wells 的 Perry Equipment Corporation 獲得的 Series IlOH 或 Series IlOV0 聚結(jié)元件 21 的一個(gè)實(shí)例可以是PEACH LiquiS印元件，其也可從德州Mineral Wells的Perry EquipmentCorporation 獲得。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚結(jié)單元20可包括可通過其接收經(jīng)路徑13來自源11的被 污染流體的連續(xù)流的入口 22、以及經(jīng)處理的流體可通過其流出的出口 23。聚結(jié)單元20還 可以包括聚結(jié)元件21，其設(shè)計(jì)為允許被污染流體流過其中并引發(fā)將重金屬污染物的單質(zhì)物 質(zhì)從流體流中除去的物理分離過程。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚結(jié)元件21可由親水或親油材料 制成，以允許流體流分離成不連續(xù)相(例如，膠體流)和連續(xù)相(即，工藝/流體流)。而 且，由于聚結(jié)元件21設(shè)計(jì)為允許實(shí)施飽和深度聚結(jié)過程，所以當(dāng)不連續(xù)相移動(dòng)穿過聚結(jié)元 件21時(shí)，可以使得不連續(xù)相中包含重金屬單質(zhì)物質(zhì)的相當(dāng)小直徑的微滴聚結(jié)。具體而言， 聚結(jié)元件21允許“相似材料”吸引“相似材料”，以接收不連續(xù)相中包含重金屬單質(zhì)物質(zhì)的 相當(dāng)小直徑的微滴并允許這些相當(dāng)小直徑的微滴合并或結(jié)合形成顯著更大直徑的微滴。隨 著時(shí)間的推移，所述更大直徑的微滴可形成甚至更大的微滴并最終可變得足夠大和重。應(yīng) 注意，由于這些足夠大的微滴內(nèi)的重金屬的密度以及面間表面張力，這些足夠大的微滴傾 向于在重力存在下從聚結(jié)元件21排出，并且從連續(xù)相沉降到聚結(jié)單元20底部。為了收集 和隨后處置包含已分離重金屬的單質(zhì)物質(zhì)的所排出液體，聚結(jié)單元20可配有容器24。雖然所示出的聚結(jié)元件21是豎直的，但是應(yīng)當(dāng)理解，聚結(jié)元件21可以設(shè)計(jì)成在聚 結(jié)單元20內(nèi)基本上是水平的。同樣，雖然所示出的聚結(jié)單元20是水平的，但是聚結(jié)單元20 可以設(shè)計(jì)成基本上豎直的。而且，雖然本發(fā)明描述了使用聚結(jié)單元，但是也可以通過其它相 分離裝置例如葉片、網(wǎng)墊、填充床、離心機(jī)、其它類似裝置或這些裝置的組合，來進(jìn)行重金屬 的單質(zhì)物質(zhì)的物理分離和處置。如圖1所示的系統(tǒng)10還可包括位于第一工段12下游且與聚結(jié)單元20的出口 23流體連通的第二工段14。在一個(gè)實(shí)施方案中，可提供第二工段14用于從流體流中吸附 分離或除去額外量的單質(zhì)物質(zhì)以及目標(biāo)重金屬污染物例如汞的其它物質(zhì)。參照圖3，第二工段14可包括反應(yīng)器，例如反應(yīng)器30，其中可容納批量的吸附劑材 料以用于進(jìn)一步處理來自第一工段12的流體。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述吸附劑材料可以是 由介孔載體上的自組裝單層(SAMMS)制造的納米吸附劑材料(即，吸附劑納米材料)。應(yīng)當(dāng) 理解，下文提及的術(shù)語“吸附劑材料”包括納米吸附劑材料或吸附劑納米材料，二者可以互 換使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，介孔載體可由各種多孔材料包括二氧化硅制成。SAMMS材料 的優(yōu)點(diǎn)是其根據(jù)與SAMMS相關(guān)的特定官能團(tuán)具有除去各種目標(biāo)重金屬的所有物質(zhì)的能力。 可用于本發(fā)明的反應(yīng)器30的SAMMS材料的一個(gè)實(shí)例包括用于以所有的汞物質(zhì)為目標(biāo)的硫 醇-SAMMS (即，已經(jīng)用硫醇基官能化的SAMMS材料)，與美國專利6，326，326中公開的類似； 該專利通過引用并入本文。當(dāng)然，根據(jù)待從流體中除去的目標(biāo)污染物，SAMMS材料可用其它基團(tuán)官能化。例如，SAMMS材料可用鑭基進(jìn)行官能化以除去砷，或用胺基官能化以除去C02。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，吸附劑材料可包括尺寸為約5微米至約200微米的 多孔顆粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，尺寸平均為約50微米至約80微米的顆粒包括約2納米(nm) 至約7nm的孔徑，并且可以具有約0. 2克/毫升至約0. 4克/毫升的表觀密度。雖然上文公開的吸附劑材料是由SAMMS制造的，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其它吸 附劑材料，只要這些吸附劑材料可用于從流體流中除去污染物即可。替代吸附劑材料的一 個(gè)實(shí)例包括尺寸約8至約30目的市售碳顆粒。
為了容易地引入反應(yīng)器30，吸附劑材料可以作為漿料混合物提供。具體而言，吸 附劑材料可以與液體例如水混合以提供必要的漿料混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，該漿料混 合物可以通過本領(lǐng)域中已知的方法，例如通過能夠產(chǎn)生必要的湍流的任何機(jī)械裝置或流體 注射機(jī)構(gòu)以混合形式保持在儲(chǔ)器31內(nèi)。或者，應(yīng)理解，由于經(jīng)過路徑15引入反應(yīng)器30中， 所以沿路徑15移動(dòng)的漿料混合物的流的自然湍流可足以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)幕旌?。如果有必要?者進(jìn)一步增強(qiáng)漿料的混合，可以在儲(chǔ)器31下游緊接著提供混合器(未顯示)，例如可通過 許多工業(yè)品牌直銷中心商業(yè)購得的靜態(tài)混合器。這種靜態(tài)混合器的存在可進(jìn)一步優(yōu)化沿路 徑15流入反應(yīng)器30中的漿料的混合。當(dāng)然，如果期望的話，可以在反應(yīng)器30中提供干燥 的吸附劑材料來代替漿料。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以在從第一工段10引入流體流之前在反應(yīng)器30中提供吸 附劑材料?；蛘撸梢詫⑽絼┎牧吓c來自第一工段12的流體一起引入路徑15中，并且使 其在進(jìn)入反應(yīng)器30之前混合。在該實(shí)施方案中，所引入的吸附劑材料的量可能是關(guān)鍵的， 可需要確定合適的量以提供最佳的重金屬污染物去除能力。具體而言，可需要的吸附劑材 料的量可與來自第一工段12的流體流量以及流體流中的污染物的量成比例。通常，污染物 的量會(huì)是恒定的，使得流體流量可以是需要控制的參數(shù)。為了控制來自第一工段12的流量，參照圖1，可以在第一工段12的下游提供流量 控制閥121。此外，可以在第一工段12和控制閥121之間提供流量計(jì)122以幫助在調(diào)節(jié)控 制閥121至恰當(dāng)水平之前確定流量。應(yīng)注意，如果能夠基于流量計(jì)122的讀數(shù)調(diào)節(jié)來自第 一工段12的流量，則可以不需要控制閥121。參照圖3，為了控制將吸附劑材料從儲(chǔ)器31引入路徑15中，以使吸附劑材料的量 可與來自第一工段12的流體流量以及該流體流中污染物的量成比例，可以提供計(jì)量泵311 以允許人工或自動(dòng)控制所引入的吸附劑材料的量。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)器30提供如下環(huán)境可以容納來自第一工段12的流體和 來自儲(chǔ)器31的吸附劑材料(“流體/吸附劑材料混合物”)一段時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，來自 流體的其余重金屬污染物物質(zhì)可以被吸附劑材料吸附并從流體除去，直至在流體內(nèi)已經(jīng)達(dá) 到可接受的重金屬污染物濃度。在一個(gè)實(shí)施方案中，該時(shí)間段可以通過污染物吸附到吸附 劑材料中的動(dòng)力學(xué)以及通過流體流中的污染物進(jìn)入吸附劑材料中的擴(kuò)散時(shí)間來確定，并且 可以持續(xù)約少于兩分鐘至約10分鐘。應(yīng)注意，將流體/吸附劑材料混合物引入反應(yīng)器30 中可以提供足夠的湍流，以在被污染流體和吸附劑材料之間獲得必要的混合。在需要的情 況下，可以在反應(yīng)器30中提供混合機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，反應(yīng)器30可設(shè)置有入口 32和出口 33。如圖3所示， 入口 32可以通過入口閥321控制，出口 33可以通過出口閥331控制。在一個(gè)實(shí)施方案中，閥321和331可以通過本領(lǐng)域已知的手段自動(dòng)開動(dòng)或電子控制?；蛘撸@些閥可以設(shè)計(jì)成手工開動(dòng)。反應(yīng)器30還可以包括液位變送器或傳感器34以指示反應(yīng)器30何時(shí)充滿和其 何時(shí)變空。在圖3所示的實(shí)施方案中，傳感器34包括確定和指示反應(yīng)器30何時(shí)基本上充 滿的頂部傳感器341、以及確定和指示反應(yīng)器30何時(shí)基本上變空的底部傳感器342。反應(yīng) 器30還可以包括泵(未顯示)以幫助通過出口 33移除或排出經(jīng)處理的流體。在一個(gè)替代實(shí)施方案中，不用泵，反應(yīng)器30可包括連接至例如兩個(gè)天然氣管351 和352的第二入口 35以幫助從反應(yīng)器30中移除經(jīng)處理的流體。具體而言，管351可以是 可通過進(jìn)氣閥353調(diào)節(jié)至比被污染流體的工作壓力稍高的壓力的“進(jìn)氣”管。這樣，該較高 的壓力可用于隨后從反應(yīng)器30將經(jīng)處理的流體推出。另一方面，管352可以是可通過出氣 閥354調(diào)節(jié)以保持與被污染流體壓力基本上類似的壓力的“出氣”管。下文將詳細(xì)討論與 從反應(yīng)器30排空經(jīng)處理流體相關(guān)的這些氣體管的操作。而且，雖然是關(guān)于天然氣進(jìn)行說明 的，但是應(yīng)理解，也可以使用其它氣體。如圖1所示的系統(tǒng)10還可以設(shè)置有用于與從系統(tǒng)10排放經(jīng)清潔或處理的流體相 關(guān)的用途的排放閥16和流量計(jì)17。在一個(gè)實(shí)施方案中，流量計(jì)17可以幫助確定經(jīng)清潔或 處理的流體流量，而排放閥16可用于相對于流量控制排放量。系統(tǒng)10中還可設(shè)置分離裝置(未顯示)以除去用完的吸附劑材料。在一個(gè)實(shí)施 方案中，分離裝置可以是離心型分離裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，該裝置使用離心力以將用完 的吸附劑材料集中在裝置底部。還可以提供收集器(未顯示)，使得可以將集中在分離裝置 底部的用完的吸附劑材料導(dǎo)入其中并從系統(tǒng)10中移除。或者，分離裝置可以是設(shè)計(jì)有孔或 網(wǎng)孔的過濾器，其能夠防止顆粒尺寸為約5微米至約200微米的顆粒如吸附劑材料穿過該 過濾器。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述分離裝置可以位于反應(yīng)器30的下游?；蛘?，分離裝置可 以位于例如出口 33附近以在用完的吸附劑納米材料從反應(yīng)器30離開時(shí)將其移除。在操作時(shí)，可以將源11中包含重金屬污染物的被污染流體導(dǎo)入路徑13并送至第 一工段12。在一個(gè)實(shí)施方案中，來自源11的被污染流體流量可以通過控制閥111控制，以 允許適當(dāng)?shù)捏w積連續(xù)流入第一工段12中。在到達(dá)第一工段12之后，污染物可以通過入口 22引入聚結(jié)單元20中。一旦進(jìn)入 聚結(jié)單元20中，可以引導(dǎo)被污染流體流通過聚結(jié)元件21，以引發(fā)用于除去重金屬污染物的 單質(zhì)物質(zhì)的物理分離過程。特別地，當(dāng)流體進(jìn)入元件21時(shí)，流體流可以分離成不連續(xù)相和 連續(xù)相。此后，當(dāng)這兩個(gè)相連續(xù)穿過元件21時(shí)，可通過飽和深度聚結(jié)過程使不連續(xù)相聚結(jié)。 具體而言，聚結(jié)單元21允許“相似材料”吸引“相似材料”，以吸取不連續(xù)相中包含重金屬單 質(zhì)物質(zhì)的相當(dāng)小直徑的微滴，并且使這些相當(dāng)小直徑的微滴合并或結(jié)合形成顯著更大直徑 的微滴。隨著時(shí)間的推移，所述更大直徑的微滴可形成甚至更大的微滴。當(dāng)它們已變得足 夠大時(shí)，這些足夠大的微滴內(nèi)的重金屬的密度以及面間表面張力傾向于使這些微滴在重力 存在下從聚結(jié)元件21排出，并且從連續(xù)相沉降到聚結(jié)單元20底部。隨后可以將包含已分 離重金屬的單質(zhì)物質(zhì)的排出液體收集在聚結(jié)單元20的容器23中以隨后處置。來自第一工段12的聚結(jié)單元20的流體隨后可通過路徑15引至第二工段14。在 一個(gè)實(shí)施方案中，在第二工段14處，反應(yīng)器30可以基本上充滿吸附劑材料?；蛘?，吸附劑 材料可與來自第一工段的流體流一起引入路徑15中，以形成通過入口 32引入反應(yīng)器30中 的流體/吸附劑材料混合物。在圖3顯示的實(shí)施方案中，隨著流體/吸附劑材料混合物填充反應(yīng)器30并接近頂部傳感器341的位置，當(dāng)反應(yīng)器30充滿時(shí)，頂部傳感器341可向PLC 傳送信號(hào)。在接收到信號(hào)之后，PLC可以動(dòng)作以隨后關(guān)閉反應(yīng)器30的入口閥321。應(yīng)注意， 在該填充過程期間，如上所述的吸附劑材料可以用于從被污染流體中除去重金屬污染物以 提供基本清潔的流體。具體而言，在吸附劑材料(在一個(gè)實(shí)施方案中其可以為介孔SAMMS) 的存在下，可允許所述流流過SAMMS材料中的顆粒的孔。在這些孔內(nèi)，目標(biāo)重金屬污染物如 所有的汞物質(zhì)和流體流的其它成分一起與設(shè)計(jì)為吸引和結(jié)合這些污染物的分子的化學(xué)物 單層接觸。這樣，這些特定污染物可以被截留在SAMMS材料中并從流體流中除去。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的分離和除去目標(biāo)重金屬污染物的性能效率可取決于多種因素，包括被處理的流體、流體中可能存在的目標(biāo)重金屬污染物的形式或物質(zhì)、其它污 染物的存在等。因此，所除去的量可能不同。例如，由于在例如汞和氣體或空氣(即流體) 之間存在明顯的密度差，所以可以獲得低的流出物濃度。隨后，可以打開出口閥331，使得清潔流體通過出口 33離開并流出反應(yīng)器14。該 排空過程可以持續(xù)到直至經(jīng)清潔的液面達(dá)到底部傳感器342，此時(shí)底部傳感器342可向PLC 傳輸信號(hào)。此后，PLC可動(dòng)作以關(guān)閉出口閥331。此后，反應(yīng)器30可準(zhǔn)備好用于進(jìn)行另一填 充循環(huán)。在反應(yīng)器30中的吸附劑材料用光或用完之后，可使反應(yīng)器30停用，除去吸附劑材 料，并且將一批新的吸附劑材料放入反應(yīng)器30中。為了確定吸附劑材料何時(shí)可用光，可以 實(shí)施幾種方法。在一種方法中，已知的是，隨著吸附劑材料充滿污染物，其壓差將增加。這 是因?yàn)楸晃絼┎牧辖亓糁罅黧w中的重金屬污染物隨時(shí)間的推移將傾向于堵塞吸附劑 材料。因此，監(jiān)測吸附劑材料的壓差很重要。在另一方法中，可以通過周期性或連續(xù)地監(jiān)測出口流中經(jīng)處理流體的污染物的含 量來確定吸附劑材料的狀態(tài)。當(dāng)出口流中的含量增加至一定程度時(shí)，可以更換吸附劑材料。應(yīng)理解，物理分離不可能除去基本上所有的目標(biāo)重金屬污染物的微量單質(zhì)物質(zhì)， 或者將單質(zhì)物質(zhì)的濃度降低至基本上安全或可許可的水平，例如，如政府對某些重金屬例 如汞所提出的十億分率(PPb)或萬億分率(PPt)。然而，該過程在許多情況下可明顯降低單 質(zhì)物質(zhì)的濃度至遠(yuǎn)低于百萬分率(ppm)的水平。為此，通過采用物理分離來初始降低不連 續(xù)相(即膠體流)中單質(zhì)物質(zhì)的濃度，可以顯著延長后續(xù)第二工段14中使用的吸附劑材料 的壽命以及性能。例如，如果來自源11的被污染流體包含約IOOOppb的單質(zhì)汞、約IOOppb的離子型 汞和約IOOppb的有機(jī)汞，則被污染流體中汞的總量為約1200ppb。當(dāng)利用物理分離過程對 流體進(jìn)行初始處理以除去單質(zhì)汞時(shí)，隨后保留在流體中的單質(zhì)汞的量可為約lOOppb。這樣， 引至第二工段14的流體將只有約300ppb的汞，與1200ppb的汞形成對照。這種汞濃度的 降低可將第二工段14中的昂貴吸附劑材料的壽命和性能延長4倍，因此也大幅降低處理工 藝的總成本。為了進(jìn)一步降低處理過程的成本，現(xiàn)在參照圖4A-B，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方 案的系統(tǒng)10可在第一工段12上游設(shè)置有預(yù)過濾器工段40。預(yù)過濾器工段40的使用尤其 可延長工段12處聚結(jié)單元20中更為昂貴的聚結(jié)元件21的壽命以及性能。在一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)過濾器工段40可包括預(yù)過濾器反應(yīng)器41，如圖4B所示，其 具有設(shè)計(jì)為除去固體污染物的至少一個(gè)過濾器元件42。預(yù)過濾器反應(yīng)器41的一個(gè)實(shí)例可 以是可從德州 Mineral Wells 的 PerryEquipment Corporation 獲得的 Series 55 反應(yīng)器。過濾器元件42的一個(gè)實(shí)例可以是PEAGHsGold技術(shù)元件，其也可從德州Mineral Wells 的PerryEquipment Corporation 獲得。如圖所示的預(yù)過濾器41可包括入口 43，來自源11的被污染流體的連續(xù)流可以經(jīng) 過路徑411從該入口 43引入反應(yīng)器41中。反應(yīng)器41還可以包括出口 44，經(jīng)過濾器元件 42處理的流體可以從該出口 44離開并經(jīng)路徑13引至聚結(jié)單元20。在一個(gè)實(shí)施方案中，過 濾器元件42可設(shè)計(jì)為允許來自源11的被污染流體流從中穿過，并且從所述流體流中分離 并除去固體污染物。應(yīng)理解，根據(jù)當(dāng)流體流從源11引至第一工段12中時(shí)未除去的和在流 體流中可以存在的固體污染物的程度，該固體污染物可堵塞聚結(jié)元件21的孔，由此降低其 性能和預(yù)期壽命。在一些情況下，過濾器元件42按其設(shè)計(jì)可以從流體流中除去重金屬污染 物。具體而言，當(dāng)被污染流體可能具有相當(dāng)高負(fù)載(即高濃度)的重金屬污染物時(shí)，在使流 體穿過工段12處的聚結(jié)單元20和聚結(jié)元件21之前，過濾器元件42可用于分離并降低流 體流中的重金屬濃度以及固體污染物的濃度。為此，可以進(jìn)一步延長聚結(jié)元件21的壽命和 性能?，F(xiàn)在參照圖5，其中示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的系統(tǒng)10的另一實(shí)施方案。如圖5 所示的系統(tǒng)10可以在第二工段14的下游設(shè)置有第三工段50，用于吸附分離和除去其它重 金屬污染物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，第三工段50可包括與第二工段14的反應(yīng)器30 基本上相似的反應(yīng)器(未顯示)，并且在該反應(yīng)器中可容納用于處理經(jīng)路徑51從第二工段 14接收的流體的吸附劑材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，在第三工段50的反應(yīng)器中的吸附劑材 料也可以是由介孔載體上的自組裝單層(SAMMS)制造的納米吸附劑材料，與第二工段14的 反應(yīng)器30中的吸附劑材料類似。然而，應(yīng)當(dāng)理解，第三工段50的反應(yīng)器中的吸附劑材料可 以包括不同的官能團(tuán)以除去與第二工段14的目標(biāo)不同的重金屬污染物。具體而言，雖然硫 醇-SAMMS可以對汞起很好的作用并且對例如一種形式的砷具有一定吸附能力，但是二價(jià) 銅的或基于銅的SAMMS對于所有的砷物質(zhì)可具有顯著更大的容量。在世界上的許多地區(qū)中，這些地區(qū)中生產(chǎn)的烴流經(jīng)?？杀还蜕槎呶廴?。因此， 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，可以使第三工段50的反應(yīng)器中的吸附劑材料官能化以從被 處理的流體中除去砷。具體而言，SAMMS材料可以利用銅-EDA(即銅-EDA SAMMS)或鑭基 (即鑭SAMMS)功能化，使得可以在第二工段14中除去例如汞之后從流體流中有效地除去 石申。同樣，雖然上文公開的吸附劑材料是由SAMMS制造的，但是應(yīng)理解，也可以使用其 它吸附劑材料，只要這些吸附劑材料可以用于從流體流中除去污染物即可。替代吸附劑材 料的一個(gè)實(shí)例包括尺寸為約8至約30目的市售碳顆粒。而且，雖然第三工段50顯示為在第二工段14的下游，但是，在期望的情況下，第三 工段50可以位于第二工段14上游，使得可以在除去例如汞之前初始除去砷。此外，如果需 要從被處理的流體中除去其它重金屬污染物，可以提供具有反應(yīng)器的其它工段，所述反應(yīng) 器具有特定官能化吸附劑材料以除去目標(biāo)重金屬污染物。在一個(gè)實(shí)施方案中，這類其它工 段可以串聯(lián)置于系統(tǒng)10中。當(dāng)然，這些其它工段可以以并聯(lián)、串聯(lián)和并聯(lián)相結(jié)合或任意結(jié) 構(gòu)置于第二工段14上游，并且隨后可將來自這些其它工段的經(jīng)處理流體進(jìn)料到第二工段 14中。此外，應(yīng)理解，可以在存在或不存在預(yù)過濾器工段的情況下(如圖4所示)，在系統(tǒng) 10中提供用于除去其它重金屬污染物的第三工段50或其它工段。
在圖6中，示出了本發(fā)明的用于處理被污染流體的另一系統(tǒng)60。與系統(tǒng)10類似，可以用系統(tǒng)60處理的流體的性質(zhì)可以是粘性的，例如油，或者是非粘性的，例如液體或氣體。 而且，與系統(tǒng)10類似，可通過本發(fā)明的系統(tǒng)60除去的污染物包括重金屬，例如來自復(fù)雜的 廢流體例如生產(chǎn)水的汞、砷、鎘和鉛，以及來自各種廢物溶液和被污染的廢物土壤的汞?？?以通過本發(fā)明的系統(tǒng)10除去的其它污染物包括銀、鈾、钚、镎、镅或其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，如圖6所示的系統(tǒng)60包括源61，被污染的流體可從該源61引 至系統(tǒng)中。被污染的流體可包含重金屬污染物的各種物質(zhì)或形式，包括其單質(zhì)形式、有機(jī)形 式和離子形式?？梢砸允芸厮俾蕦⒈晃廴镜牧黧w引入系統(tǒng)60中。為了控制流體流量，可以 在源61下游設(shè)置流量控制閥611。此外，可以在源61和控制閥611之間設(shè)置流量計(jì)612以 幫助確定流量，并且在必要時(shí)允許將控制閥611調(diào)節(jié)至合適的水平。雖然系統(tǒng)10顯示為具 有控制閥111，但是如果從源61能夠調(diào)節(jié)流量，則可以不需要該閥。系統(tǒng)60還可以包括第一工段62，其設(shè)計(jì)為實(shí)施用于從流體流中除去例如目標(biāo)重 金屬污染物如汞的單質(zhì)物質(zhì)的物理分離程序。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一工段62可以通過路 徑63例如管、軟管或任何類似的能夠?qū)⒘黧w流從源61導(dǎo)至第一工段62的導(dǎo)管而與源61 流體連通。此外，第一工段62可包括與圖2所示的聚結(jié)單元20基本上類似的聚結(jié)單元，其 內(nèi)可設(shè)置至少一個(gè)與圖2中顯示的聚結(jié)元件21基本上類似的聚結(jié)元件。與聚結(jié)元件21類 似，第一工段62的聚結(jié)元件可設(shè)計(jì)為將包含重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)的小直徑微滴聚結(jié) 成更大的微滴以隨后從流體流中移除。系統(tǒng)60還可包括位于第一工段62下游且通過路徑65與其流體連通的第二工段 64。與系統(tǒng)10中的第二工段14類似，第二工段64可用于從流體流中吸附分離或除去剩余 的單質(zhì)物質(zhì)(此時(shí)為痕量)以及目標(biāo)重金屬污染物例如汞的其它物質(zhì)。參照圖7，第二工段64可包括容器70，其中可包括至少一個(gè)過濾器元件71以通過 吸附分離除去目標(biāo)重金屬污染物的各種物質(zhì)從而進(jìn)一步處理來自第一工段62的流體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，容器70包括其中可容納過濾器元件71的外殼72。 如圖所示，外殼72包括用支撐板75隔開的入口室73和出口室74。在一個(gè)實(shí)施方案中，支 撐板75可設(shè)計(jì)為包括過濾器元件71可接合的至少一個(gè)路徑76。當(dāng)然，可以提供多個(gè)路徑 76，其中可以安全地設(shè)置補(bǔ)充數(shù)量的過濾器元件71。如果期望的話，可以給這些路徑76提 供塞或蓋以不與設(shè)備10接合。為了有利于將過濾器元件71放置為沿入口室73中的期望 方向與路徑76牢固地接合和/或從其取下過濾器元件71，容器70可設(shè)置有可密封的封閉 物 77。該容器可通過德州 Mineral Wells 的 PerryEquipment Corporation 購得。如圖8中更為詳細(xì)示出的過濾器元件71可包括基本上為管狀的主體部81，并且可 由可透過流體的材料制成。過濾器元件71還可以包括在其兩端之間延伸的路徑82，并且經(jīng) 處理的流體可以沿其在與進(jìn)入過濾器元件71中的流體流動(dòng)基本上橫向的方向上從元件71 中導(dǎo)出。在一個(gè)實(shí)施方案中，過濾器元件71可在主體部81內(nèi)具有用于除去目標(biāo)重金屬污 染物各種物質(zhì)的吸附劑材料，與上述公開的類似。與用于系統(tǒng)10中的類似的吸附劑材料 可以是由介孔載體上的自組裝單層(SAMMS)制造的納米吸附劑材料。在一個(gè)實(shí)施方案中， 介孔載體可以由各種多孔材料包括二氧化硅制成。SAMMS材料的優(yōu)點(diǎn)是其根據(jù)與SAMMS 相關(guān)的官能團(tuán)具有除去各種目標(biāo)重金屬的所有物質(zhì)的能力?？捎糜诒景l(fā)明的過濾器元件71的SAMMS材料的一個(gè)實(shí)例包括用于以所有的汞物質(zhì)為目標(biāo)的硫醇-SAMMS，與美國專利6，326，326中公開的類似；該專利通過引用并入本文。當(dāng)然，根據(jù)待從流體中除去的目標(biāo)污 染物，SAMMS材料可用其它基團(tuán)官能化。例如，SAMMS材料可用鑭基官能化以除去砷，或用胺 基官能化以除去CO2。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，吸附劑材料可以包括尺寸為約5微米至約200微米 的多孔顆粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，尺寸平均為約50微米至約80微米的顆粒包括約2納米 (nm)至約7nm的孔徑，并且可以具有約0. 2克/毫升至約0. 4克/毫升的表觀密度。如上文提及的，雖然公開的吸附劑材料是由SAMMS制造的，但是應(yīng)當(dāng)理解，也可以 使用其它吸附劑材料，只要這些吸附劑材料可用于從流體流中除去污染物即可。替代吸附 劑材料的一個(gè)實(shí)例包括尺寸約8至約30目的市售碳顆粒。過濾器元件71還可包括上端帽83。在一個(gè)實(shí)施方案中，上端帽83可以為基本上 固體的帽，以防止路徑82中的流體流過元件71的頂端。在過濾器元件71上可類似地提供 相反的下端帽84。然而，下端帽84可包括與路徑82軸向?qū)?zhǔn)的孔85，以允許經(jīng)處理的流 體從過濾器元件71離開。在一個(gè)實(shí)施方案中，下端帽84可與從孔85中伸出的接合機(jī)構(gòu)86 配合。接合機(jī)構(gòu)86可允許過濾器元件71與容器70中大量補(bǔ)充路徑76牢固地接合，使得 可以引導(dǎo)被污染的流體穿過過濾器元件71并進(jìn)入路徑82中。在一個(gè)實(shí)施方案中，上端帽83和下端帽84可由剛性材料制成。這種剛性材料的 實(shí)例包括金屬、塑料或其它合成材料，例如聚酯、聚丙烯或尼龍。在操作中，可以將過濾器元件71置于容器70的入口室73內(nèi)，含有來自第一工段 62的剩余重金屬污染物的流體可被導(dǎo)入其中。在將過濾器元件71沿期望的取向(S卩，元件 71的路徑82與路徑76基本對準(zhǔn))設(shè)置為與路徑76牢固接合且密封容器70的封閉物77 之后，可以將被污染的流體通過入口 731導(dǎo)入室73中。一旦在入口室73中，被污染的流體 可浸漬過濾器元件71并被引導(dǎo)為基本上沿徑向流過過濾器元件71。換言之，被污染流體 可以在與路徑82基本上橫向(更具體而言，基本上垂直)的方向上流入并橫過過濾器元件 71。當(dāng)被污染流體流過過濾器元件71時(shí)，其與吸附劑材料例如SAMMS材料接觸，并且可以 流過SAMMS材料中的顆粒的孔。在這些孔內(nèi)，目標(biāo)污染物諸如重金屬(例如汞)和流體流 中的其它成分一起與設(shè)計(jì)為吸引和結(jié)合這些污染物的分子的化學(xué)物單層接觸。這樣，這些 目標(biāo)污染物可以截留在SAMMS中，并從流體流中除去。所得的經(jīng)處理流體隨后可流入元件71的路徑82中。一旦進(jìn)入路徑82中，流體流 改變方向并在與路徑82基本上平行的方向上(S卩，與橫過元件71的流體的徑向流動(dòng)基本 上橫向)移動(dòng)。當(dāng)其沿路徑82移動(dòng)時(shí)，經(jīng)處理的流體被引導(dǎo)為穿過下端帽84的孔85、穿過 路徑76并進(jìn)入容器70的出口室74，隨后，流體可以在該處通過出口 741從外殼72導(dǎo)出。應(yīng)理解，本發(fā)明還設(shè)想過濾器元件71與其中被污染流體可從所述過濾器元件71 內(nèi)向外流動(dòng)的容器一起使用。換言之，可以引導(dǎo)被污染流體初始穿過孔85、上行至路徑82 中并沿徑向向外橫穿過濾器元件71。在過濾器元件71中的吸附劑材料用光或用完之后，可使容器70停用，除去過濾器 元件71，并且將新的過濾器元件71放入該位置。為了確定吸附劑材料何時(shí)可用光，可以實(shí) 施幾種方法。在一種方法中，已知的是，隨著過濾器元件71充滿污染物，其壓差將增加。這 是因?yàn)楸晃絼┎牧辖亓糁罅黧w中的重金屬隨時(shí)間的推移將傾向于堵塞吸附劑材料。因此，監(jiān)測過濾器元件71的壓差很重要。在另一方法中，可以通過周期性或連續(xù)地監(jiān)測出口流中經(jīng)處理流體的污染物的含 量來確定吸附劑材料的狀態(tài)。當(dāng)出口流中的含量增加至一定程度時(shí)，可以更換過濾器元件 71。雖然顯示為垂直位置，但是應(yīng)當(dāng)理解，容器70可設(shè)計(jì)為水平位置，其中流體流動(dòng)方向因此相應(yīng)變化。而且，如上所述，容器70可制造為容納多個(gè)過濾器元件71。在這種實(shí) 施方案中，每個(gè)過濾器元件71可以設(shè)計(jì)為具有額定的或可容許的通過流量。具體而言，可 以通過例如得到待處理的總流量并除以每個(gè)過濾器元件71的可容許流量來確定過濾器元 件71的數(shù)目。容器70的尺寸可以為將該數(shù)目的過濾器元件71放置為在外殼72中緊密相 鄰所需的尺寸。應(yīng)當(dāng)理解，過濾器元件71可以是能夠在其中引入吸附劑材料的任何過濾器元件。 這種過濾器元件的實(shí)例包括類似于在美國申請11/607，364、11/731，230和11/731，556中 公開的那些；這些申請全都通過引用并入本文。而且，盡管吸附劑材料的主要目的是吸附目標(biāo)重金屬污染物，但是由于其小的尺 寸(即，為約5微米至約150微米)，吸附劑材料也可以是非常良好的固體過濾器。這種過 濾固體的能力可導(dǎo)致吸附劑材料較快地用完或者堵塞。為了使這些昂貴的過濾材料的更換 最小化，參照圖9，系統(tǒng)60可以在第一工段62的上游設(shè)置有預(yù)過濾器工段90，與系統(tǒng)10的 預(yù)過濾器工段40類似。使用預(yù)過濾器工段90還可延長第一工段62的更為昂貴的聚結(jié)元 件的壽命以及性能。在一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)過濾器工段90可包括與圖4B中顯示的預(yù)過濾反應(yīng)器類似 的預(yù)過濾反應(yīng)器。這種反應(yīng)器可包括來自源61的被污染流體的連續(xù)流可以通過其經(jīng)路徑 91導(dǎo)入預(yù)過濾反應(yīng)器中的入口、以及經(jīng)處理的流體可通過其經(jīng)路徑63流出并導(dǎo)至第一工 段62的出口。這種反應(yīng)器還可以包括與圖4B中顯示的類似的至少一個(gè)過濾器元件，其設(shè) 計(jì)為從流體流中除去固體污染物?，F(xiàn)在參照圖10，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，系統(tǒng)60可以在第二工段64的下游設(shè) 置有第三工段100，用于除去通過路徑101從第二工段64導(dǎo)入的流體流中的重金屬污染物。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，第三工段100可包括與第二工段64的容器70基本上類似的 容器(未顯示)、以及與第二工段的過濾器元件71基本上類似的至少一個(gè)過濾器元件(未 顯示)。這種過濾器元件可包括其中用于通過吸附分離處理從第二工段64接收的流體的吸 附劑材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，吸附劑材料也可以是由介孔載體上的自組裝單層(SAMMS) 制造的納米吸附劑材料。然而，應(yīng)理解，吸附劑材料可包含不同的官能團(tuán)，以除去與第二工 段64的目標(biāo)不同的重金屬污染物。具體而言，雖然硫醇-SAMMS可以對汞起很好的作用并 且對例如一種形式的砷具有一定的吸附能力，但是二價(jià)銅的或基于銅的SAMMS(即銅-EDA SAMMS)對于所有的砷物質(zhì)可具有顯著更大的容量。同樣，雖然上文公開的吸附劑材料是由SAMMS制造的，但是應(yīng)理解，也可以使用其 它吸附劑材料，只要這些吸附劑材料可以用于從流體流中除去污染物即可。替代吸附劑材 料的一個(gè)實(shí)例包括尺寸為約8至約30目的市售碳顆粒。雖然第三工段100顯示為在第二工段64的下游，但是，在期望的情況下，第三工段 100可以位于第二工段64上游，使得可以在除去例如汞之前初始除去例如砷。此外，如果需要從被處理的流體中除去其它重金屬污染物，可以提供具有反應(yīng)器的其它工段，所述反應(yīng) 器具有特定官能化吸附劑材料以除去目標(biāo)重金屬污染物。在一個(gè)實(shí)施方案中，這類其它工 段可以串聯(lián)置于系統(tǒng)60中。當(dāng)然，這些其它工段可以以并聯(lián)、串聯(lián)和并聯(lián)相結(jié)合或任意結(jié) 構(gòu)置于第二工段64上游，并且隨后可將來自這些其它工段的經(jīng)處理流體進(jìn)料到第二工段 64中。此外，應(yīng)理解，可以在存在或不存在預(yù)過濾器工段90的情況下(如圖9所示)，在系 統(tǒng)60中提供用于除去其它重金屬污染物的第三工段100或這些附加工段。在本發(fā)明的又一實(shí)施方案中，本發(fā)明的系統(tǒng)10或系統(tǒng)60的第三工段的目標(biāo)可以 是與其第二工段中的目標(biāo)相同的重金屬污染物。如圖11所示，系統(tǒng)110可包括串聯(lián)的多個(gè) 工段111、112，其設(shè)計(jì)用于吸附分離相同的目標(biāo)重金屬污染物。通過提供可以以相同的重金 屬污染物為目標(biāo)的多個(gè)工段111和112，系統(tǒng)110可以采用連續(xù)處理來提高其流動(dòng)能力(即 動(dòng)力學(xué))和負(fù)載容量。下文系統(tǒng)110的描述將針對使用與上述系統(tǒng)60中相似的容器和過濾器元件的實(shí) 施方案。然而，應(yīng)理解，系統(tǒng)110可設(shè)計(jì)為使用與系統(tǒng)10中所使用的類似的反應(yīng)器和吸附 劑材料。關(guān)于流動(dòng)能力，由于可能需要使流體與吸附劑材料具有一定接觸時(shí)間，所以如果 只使用以特定的重金屬污染物為目標(biāo)的一個(gè)工段111，則所述流可能需要足夠緩慢地流過 該一個(gè)工段，以允許與吸附劑材料進(jìn)行充分的接觸。然而，如果使用串聯(lián)布置的多個(gè)工段 111和112來除以去相同的目標(biāo)重金屬污染物，則流量和體積可顯著增加例如兩倍或三倍， 而仍然允許流體與吸附劑材料具有充分的接觸時(shí)間。為此，可以減小每個(gè)工段的反應(yīng)器或 容器的尺寸。而且，經(jīng)常是這種情形多個(gè)相對小的容器或反應(yīng)器可比一個(gè)相對大的容器或 反應(yīng)器更便宜。除了流動(dòng)能力以外，還可以提高負(fù)載容量。公知的是，一般地，吸附劑材料可具有 作為流體中目標(biāo)污染物的濃度的函數(shù)的污染物負(fù)載容量(即平衡點(diǎn))。為此，隨著被污染的 流體流過一定體積的吸附劑材料，當(dāng)目標(biāo)污染物被吸附時(shí)可產(chǎn)生等溫線。具體而言，最靠近 反應(yīng)器或容器入口的吸附劑材料與在入口處或其附近的流體中的污染物濃度達(dá)到平衡。然 后，根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和流量，流體中污染物的濃度在吸附劑材料的剩余體積內(nèi)達(dá)到相對低 的水平。為了使出口出來的流體達(dá)到設(shè)定或可容許的污染物水平(該水平必須明顯低于入 口處的濃度)，可以采用單個(gè)工段111，直至反應(yīng)器或容器處或其附近的吸附劑材料與容許 從出口離開的流體中的污染物的設(shè)定或可容許濃度達(dá)到平衡。當(dāng)達(dá)到該點(diǎn)時(shí)，必須更換該 工段111中的吸附劑材料，因?yàn)槠淇赡懿辉俪浞治轿廴疚镆詫⑽廴疚锏牧拷档椭量扇菰S 從出口出來的濃度水平。然而，通過將第二工段112與第一工段111串聯(lián)，第一工段111內(nèi) 的吸附劑材料可以直至第一工段111的出口處或其附近的吸附劑材料與入口處或其附近 的流體中的污染物濃度達(dá)到平衡時(shí)才需要更換。換言之，直至第一工段111內(nèi)的吸附劑材 料的總體積或量用完且在吸附劑材料的每個(gè)顆粒上具有最大的目標(biāo)污染物濃度時(shí)才需要 更換第一工段111中的吸附劑材料。這是因?yàn)?，即使第一工?11中的吸附劑材料不再能 吸附目標(biāo)污染物，第二工段112中的吸附劑材料還可以用于吸附相同的目標(biāo)污染物。在例如圖11中所示的該多工段系統(tǒng)中，當(dāng)過濾器元件中的吸附劑材料用完時(shí)，可以關(guān)閉工段111處的容器入口，并且可以打開其出口以允許排放流體。隨后可處置具有用 完的吸附劑材料的過濾器元件。在第一工段111未使用時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)110中的流體流可以被再次導(dǎo)至第二工段112。在第一工段111處的容器已經(jīng)再次負(fù)載具有新吸附劑材料的新過濾器元件時(shí)，可以將來自第二工段112的流體流導(dǎo)向第一工段112以重新開始連續(xù)處理程 序。當(dāng)?shù)诙ざ?12中的吸附劑材料用完時(shí)，可以應(yīng)用相同的過程。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用完的或用盡的吸附劑材料可以再生。為了使吸附 劑材料再生以用于后續(xù)使用，可用酸性流體處理吸附劑材料以除去所吸附的污染物。在這 種再生過程之后，可以將吸附劑材料放回使用以再次除去污染物。當(dāng)然，可以對上述系統(tǒng)10 和系統(tǒng)60中的吸附劑材料進(jìn)行吸附劑材料的再生。在其中使用與系統(tǒng)10類似的反應(yīng)器和吸附劑材料的實(shí)施方案中，為了收集用于 再生的吸附劑材料，可以在工段111和112中每個(gè)工段的容器或反應(yīng)器的出口附近提供過 濾器(未顯示)以截留用盡的吸附劑材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，該過濾器可設(shè)置有顯著小 于吸附劑材料但同時(shí)仍然足夠大以允許清潔流體從中穿過的孔。當(dāng)過濾器充滿用盡的吸附 劑材料時(shí)，可以將過濾器分開并與吸附劑材料一起除去?？梢詫⑿逻^濾器置于原位以隨后 除去吸附劑材料。在一個(gè)替代方法中，可以使用離心機(jī)型分離裝置(未顯示)。該裝置使用離心力以 將用盡的吸附劑材料集中在裝置底部。在裝置底部之后，可以移除吸附劑材料并導(dǎo)至收集 器，同時(shí)可以排放經(jīng)清潔的經(jīng)處理流體。用盡的吸附劑材料可以處置掉或再生用于后續(xù)使用。雖然只示出和描述了兩個(gè)工段，但是應(yīng)注意，系統(tǒng)110可包括以相同的重金屬污 染物為目標(biāo)的三個(gè)或更多串聯(lián)的工段。雖然已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行 進(jìn)一步的修改。而且，本申請還涵蓋本發(fā)明的任意變化方案、用途或變化方案，包括脫離本 公開而在本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)已知或常規(guī)實(shí)踐內(nèi)的那些。
權(quán)利要求
一種用于從流體中除去重金屬污染物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括路徑，包含重金屬污染物的流體流和目標(biāo)重金屬污染物的各種物質(zhì)一起能夠沿所述路徑引入所述系統(tǒng)中用于移除；第一工段，其用于通過物理分離從所述流體流中除去包括所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)的目標(biāo)重金屬污染物，以降低所述流體流中所述目標(biāo)重金屬污染物的總濃度；和第二工段，其位于所述第一工段的下游并與所述第一工段流體連通，用于從所述流體流吸附分離包括額外量的所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)以及其它物質(zhì)的所述目標(biāo)重金屬污染物，以將所述目標(biāo)重金屬污染物的濃度進(jìn)一步降低至可接受的水平。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述路徑在包含重金屬污染物的流體源和所述第一工 段之間延伸。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)重金屬污染物包括汞、砷、鎘、鉛、銀、鈾、钚、 镎、镅、其它重金屬中的一種或其組合。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中被污染的流體是粘性的。
5.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述粘性流體包括油、廢油、其它粘性流體中的一種或其組合。
6.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述被污染流體是非粘性的。
7.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述非粘性流體包括液體或氣體。
8.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述非粘性流體包括生產(chǎn)水。
9.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一工段包括相分離裝置，所述相分離裝置設(shè)計(jì) 為通過重力收集包含從所述流體流分離的所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)的微滴。
10.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述相分離裝置是液/液聚結(jié)器。
11.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述聚結(jié)器包括由親水性和親油性材料制成以允許 將所述流體流分離成不連續(xù)相和連續(xù)相的過濾器元件。
12.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述相分離裝置包括葉片、網(wǎng)墊、填充床、離心機(jī)、其 它類似裝置中的一種或其組合。
13.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述相分離裝置設(shè)計(jì)為用于延長所述第二工段的壽 命和吸附分離性能。
14.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二工段包括設(shè)計(jì)用于從流體流中除去目標(biāo)重 金屬污染物的各種物質(zhì)的吸附劑納米材料的漿料混合物。
15.權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述吸附劑納米材料包括由介孔載體上的自組裝單 層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
16.權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述SAMMS材料是用硫醇官能化的。
17.權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述顆粒由二氧化硅制成。
18.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二工段包括其中引入有設(shè)計(jì)為從流體流中除 去所述目標(biāo)重金屬污染物的各種物質(zhì)的吸附劑納米材料的過濾器元件、以及沿所述元件的 長度延伸的路徑，經(jīng)處理的流體能夠沿所述路徑從所述元件導(dǎo)出。
19.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述吸附劑納米材料包括由介孔載體上的自組裝單 層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
20.權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述SAMMS材料是用硫醇官能化的。
21.權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述顆粒由二氧化硅制成。
22.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括位于所述第一工段上游以從所述流體流除去固體 污染物的預(yù)過濾器工段。
23.權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)過濾器工段用于延長所述第二工段的壽命和 物理分離性能。
24.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括在所述第二工段下游并與所述第二工段流體連通 的第三工段，用于吸附分離與所述第二工段所針對的目標(biāo)重金屬污染物不同的目標(biāo)重金屬 污染物。
25.權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述第三工段包括設(shè)計(jì)為從流體流中除去與所述第 二工段所針對的目標(biāo)重金屬污染物不同的目標(biāo)重金屬污染物的吸附劑納米材料的漿料混 合物。
26.權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述吸附劑納米材料包括由介孔載體上的自組裝單 層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
27.權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述SAMMS材料是用銅-EDA或鑭中的一種官能化的。
28.權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述第三工段包括其中引入有設(shè)計(jì)為從流體流中 除去與所述第二工段的目標(biāo)重金屬污染物不同的目標(biāo)重金屬污染物的吸附劑納米材料的 過濾器元件、以及沿所述元件的長度延伸的路徑，經(jīng)處理的流體能夠沿所述路徑從所述元 件導(dǎo)出。
29.權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述吸附劑納米材料包括由介孔載體上的自組裝單 層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
30.權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述SAMMS材料是用銅-EDA或鑭中的一種官能化的。
31.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括在所述第二工段下游并與所述第二工段流體連通 的第三工段，用于吸附分離所述第二工段所針對的目標(biāo)重金屬污染物。
32.權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第三工段設(shè)置有包括由介孔載體上的自組裝單 層(SAMMS)制成的多孔顆粒的吸附劑納米材料。
33.權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述SAMMS材料是用硫醇官能化的。
34.權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述第三工段用于提高系統(tǒng)中的流動(dòng)能力、負(fù)載容 量之一或兩者。
35.一種用于從流體除去重金屬污染物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括相分離裝置，其用于通過物理分離從流體流中除去包括目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì) 的目標(biāo)重金屬污染物，以降低所述流體流中所述目標(biāo)重金屬污染物的總濃度；位于所述相分離裝置下游的吸附分離裝置，用于從所述流體流中額外地除去包括額外 量的所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)以及其它物質(zhì)的所述目標(biāo)重金屬污染物，以將所述 目標(biāo)重金屬污染物的濃度進(jìn)一步降低至可接受的水平；和在所述相分離裝置和所述吸附分離裝置之間延伸以允許在所述裝置之間流體連通的 路徑。
36.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)重金屬污染物包括汞、砷、鎘、鉛、銀、鈾、钚、镎、镅、其它重金屬中的一種或其組合。
37.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述相分離裝置設(shè)計(jì)為通過重力收集包含從所述流 體流中分離的所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)的微滴。
38.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述相分離裝置是液/液聚結(jié)器。
39.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中聚結(jié)器包括由親水性和親油性材料制成以允許將所 述流體流分離成不連續(xù)相和連續(xù)相的過濾器元件。
40.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述相分離裝置包括葉片、網(wǎng)墊、填充床、離心機(jī)、其 它類似裝置中的一種或其組合。
41.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述相分離裝置設(shè)計(jì)為用于延長所述吸附分離裝置 的壽命和吸附分離性能。
42.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述吸附分離裝置包括設(shè)計(jì)用于從流體流中除去目 標(biāo)重金屬污染物的各種物質(zhì)的一定量的吸附劑納米材料。
43.權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述吸附劑納米材料包括由介孔載體上的自組裝單 層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
44.權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述SAMMS材料是用硫醇官能化的。
45.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括位于所述相分離裝置上游以從所述流體流除去固 體污染物的預(yù)過濾器工段。
46.權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)過濾器工段用于延長所述相分離裝置的壽命 和物理分離性能。
47.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括在第一吸附分離裝置下游的用于除去與所述第一 吸附分離裝置所針對的目標(biāo)重金屬污染物不同的目標(biāo)重金屬污染物的額外的吸附分離裝置。
48.權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中所述額外的吸附分離裝置包括設(shè)計(jì)為從流體流中 除去與所述第一吸附分離裝置所針對的目標(biāo)重金屬污染物不同的目標(biāo)重金屬污染物的一 定量的吸附劑納米材料。
49.權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中所述吸附劑納米材料包括由介孔載體上的自組裝單 層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
50.權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其中所述SAMMS材料是用銅-EDA或鑭中的一種官能化的。
51.權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中所述額外的吸附分離裝置包括設(shè)計(jì)為從流體流中 除去與所述第一吸附分離裝置所針對的目標(biāo)重金屬污染物類似的目標(biāo)重金屬污染物的一 定量的吸附劑納米材料。
52.權(quán)利要求51所述的系統(tǒng)，其中所述吸附劑納米材料包括由介孔載體上的自組裝單 層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
53.權(quán)利要求52所述的系統(tǒng)，其中所述SAMMS材料是用硫醇官能化的。
54.權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中所述額外吸附分離裝置提高系統(tǒng)中的流動(dòng)能力、負(fù) 載容量之一或兩者。
55.一種用于從流體除去重金屬污染物的方法，所述方法包括將含有待除去的重金屬污染物的流體流引入路徑中，所述重金屬污染物包括目標(biāo)重金屬污染物的各種物質(zhì)；使所述流體流經(jīng)受物理分離程序，以從所述流體除去包括所述目標(biāo)重金屬污染物的單 質(zhì)物質(zhì)的目標(biāo)重金屬污染物，以降低所述流體流中所述目標(biāo)重金屬污染物的總濃度；和將所述目標(biāo)重金屬污染物的總濃度降低的所述流體流暴露于吸附分離程序，以從所述 流體除去包括額外量的所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)以及其它物質(zhì)的額外量的所述 目標(biāo)重金屬污染物，以將所述目標(biāo)重金屬污染物的濃度進(jìn)一步降低至可接受的水平。
56.權(quán)利要求55所述的方法，在所述引入步驟中，所述路徑與包含所述重金屬污染物 的流體的源流體連通。
57.權(quán)利要求55所述的方法，其中在所述引入步驟中，所述目標(biāo)重金屬污染物包括汞、 砷、鎘、鉛、銀、鈾、钚、镎、镅、其它重金屬中的一種或其組合。
58.權(quán)利要求55所述的方法，其中在所述引入步驟中，所述被污染流體是粘性的。
59.權(quán)利要求58所述的方法，其中在所述引入步驟中，所述粘性流體包括油、廢油、其 它粘性流體中的一種或其組合。
60.權(quán)利要求55所述的方法，其中在所述引入步驟中，所述被污染流體是非粘性的。
61.權(quán)利要求60所述的方法，其中在所述引入步驟中，所述非粘性流體包括液體或氣體。
62.權(quán)利要求60所述的方法，其中在所述引入步驟中，所述非粘性流體包括生產(chǎn)水。
63.權(quán)利要求55所述的方法，其中在所述經(jīng)受步驟中，所述物理分離程序包括相分離， 所述相分離通過重力收集包含從所述流體流中分離的所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì) 的微滴。
64.權(quán)利要求55所述的方法，其中所述經(jīng)受步驟包括使所述流體流分離成不連續(xù)相和 連續(xù)相。
65.權(quán)利要求55所述的方法，其中所述暴露步驟包括采用設(shè)計(jì)為從流體流中除去所述 目標(biāo)重金屬污染物的各種物質(zhì)的吸附劑納米材料。
66.權(quán)利要求65所述的方法，其中在所述采用步驟中，所述吸附劑納米材料包括由介 孔載體上的自組裝單層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
67.權(quán)利要求66所述的方法，其中在所述采用步驟中，所述SAMMS材料是用硫醇官能化的。
68.權(quán)利要求55所述的方法，還包括在所述經(jīng)受步驟之前處理所述流體流以從所述流 體流中除去固體污染物。
69.權(quán)利要求55所述的方法，還包括對所述流體流施加額外的吸附分離程序以除去與 所述初始吸附分離程序所針對的目標(biāo)重金屬污染物不同的目標(biāo)重金屬污染物。
70.權(quán)利要求69所述的方法，其中所述施加步驟包括采用設(shè)計(jì)為從流體流中除去與所 述初始吸附分離程序所針對的目標(biāo)重金屬污染物不同的目標(biāo)重金屬污染物的吸附劑納米 材料。
71.權(quán)利要求70所述的方法，其中在所述采用步驟中，所述吸附劑納米材料包括由介 孔載體上的自組裝單層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
72.權(quán)利要求70所述的方法，其中在所述采用步驟中，所述SAMMS材料是用銅-EDA或 鑭中的一種官能化的。
73.權(quán)利要求55所述的方法，還包括對所述流體流施加額外吸附分離程序以除去與所 述初始吸附分離程序所針對的目標(biāo)重金屬污染物類似的目標(biāo)重金屬污染物。
74.權(quán)利要求73所述的方法，其中所述施加步驟包括采用設(shè)計(jì)為從流體流中除去與所 述初始吸附分離程序所針對的目標(biāo)重金屬污染物類似的目標(biāo)重金屬污染物的吸附劑納米 材料。
75.權(quán)利要求74所述的方法，其中在所述施加步驟中，所述吸附劑納米材料包括由介 孔載體上的自組裝單層(SAMMS)制成的多孔顆粒。
76.權(quán)利要求75所述的方法，其中在所述施加步驟中，所述SAMMS材料是用硫醇官能化的。
77.權(quán)利要求73所述的方法，其中所述施加步驟包括提高流動(dòng)能力、負(fù)載容量之一或兩者。
全文摘要
提供一種用于從流體中除去重金屬污染物的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括源，被污染的流體可從所源引入所述系統(tǒng)中；第一工段，其用于通過物理分離從所述流體流中除去包括所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)的目標(biāo)重金屬污染物；和第二工段，其位于所述第一工段的下游并與所述第一工段流體連通，以用于從所述流體流吸附分離包括額外量的所述目標(biāo)重金屬污染物的單質(zhì)物質(zhì)以及其它物質(zhì)的所述目標(biāo)重金屬污染物。還提供一種用于從流體除去重金屬污染物的方法。
文檔編號(hào)C02F1/62GK101808948SQ200780100902
公開日2010年8月18日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者米歇爾·休伊特, 約翰·A·克羅格, 蒂莫西·L·霍姆斯 申請人:派瑞設(shè)備公司