CN112004607A - 用于从水中分离物质的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了从水中分离一定量全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)的方法，所述水被所述物质污染。所述方法包括包括以下步骤：允许一定量的水经由进入腔室的入口进入该腔室内，所述水包含初始浓度的所述物质，和将气体流引入到腔室中。所述引入的气体诱导腔室中的水流动，并产生泡沫层，该泡沫层形成在腔室中所述水流和引入气体的界面处并高出该界面。所述泡沫层包括一定量的水，还包括与物质的初始浓度相比富集量的所述物质。发生从腔室的上部去除至少一些泡沫层的步骤。

Description

用于从水中分离物质的方法和设备

技术领域

本公开涉及用于从水中分离物质的设备和使用该分离设备的方法。在一种形式中，该设备和方法可应用于去除已从地面体(body of ground)中提取出来的地下水中存在的污染物有机材料。但是，该设备和方法也可应用于从所有类型的污染的水源中去除无机材料或污染物。

背景技术

全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)包含了多种多氟化烷基物质(包括但不限于具有不同碳链长度的羧酸、烷基磺酸盐、烷基磺酰胺化合物和氟调聚化合物及它们的前体)。PFAS可用于很多种应用，包括作为特种防火产品，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，以及用于航空液压液，金属镀层，农业(用于某些类型的蚂蚁的捕虫器)，光学成像，电子制造和不沾炊具应用。

高阶PFAS降解为特定的终点PFAS化学品(包括但不限于全氟辛烷磺酸盐(PFOS)，全氟辛酸(PFOA)和全氟己烷磺酸盐(PFHxS)。这些优先考虑的化合物对生物或非生物降解有耐受性，因此在环境中持续存在。它们是顽强的，具有生物蓄积性的，并且已知污染了土壤、地下水和饮用水供应。

已知PFAS污染地下水，包括饮用水供应。PFOS、PFHxS和PFOA已在世界大多数发达国家/地区发布了人类健康和环境监管标准。由于新的研究毒理学数据表明潜在的风险关联，因此预计会将其他PFAS化合物鉴定为关注污染物。需要补救方法来处理优先的PFAS化合物。

许多出版物中都使用了通过使空气通过地下水或在地下水井中鼓泡来去除挥发性有机化合物(VOC)的技术(也称为“汽提”)。但是，也已知这种技术不能用于处理PFAS污染的地下水。在最近的一项研究中，数据来自美国一个受PFAS污染的地点，该地点以前曾使用空气汽提去除VOC，但是在此活动之后超过25年，所调查的场地仍然存在高的、持久性的PFAS污染，需要进行补救(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)具有低乃至很低的蒸气压，这意味着它们不易挥发，因此空气汽提并非是无效的补救性处理。

用于处理PFAS污染的地下水的已知技术基于两种方法：“泵取和处理(pump andtreat)”和“原位化学处理”。

“泵取和处理”是经由钻入地下的抽水井将地下水泵取到地表然后处理收集的水的常规方法。处理后的水随后被引向合适的终点，例如用于灌溉或重新注回地下(这在许多地方是不允许的)，或弃置到下水道或废料处理设施中。由于将大量的水从一个地方输送到另一个地方的费用，该技术成本高昂。

在该方法中，废料处理设施使用了各种各样的技术来处理含PFAS的水，包括以下中的任何一种或组合：(a)通过经过活性炭介质的吸收(absorption)，最常见的是颗粒状活性炭(GAC)的形式；(b)通过经过粘土基介质的吸收；(c)通过反渗透(RO)膜过滤，和(d)通过经过离子交换树脂的吸收。通常，这些技术中使用的此类处理剂对不相容物质的积垢很敏感，或者在达到最大处理量后不易再生并且需要弃置(通常是填埋)。

目前尚无能够降解或破坏许多以低浓度存在于大量水中的受关注的关键PFAS化合物的化学方法用于商业可行技术。

通常要求泵取和处理***长期运行多年，并且处理量非常大，结果，处理设施的设备也很大。由于处理设施规模和较长的运行时间(几年，甚至几十年)，资金和运营成本通常很高。

“原位化学处理”通常涉及变性或中和目标污染物(PFAS)的活性试剂的地表下应用。该试剂的地表下应用可包括作为富集液体、浆液或气体直接注入，或者挖开/构建地表下屏障壁。活性试剂可以是氧化性的(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浆液、粘土)。但是，PFAS是顽固的，实验室研究发现这些试剂的性能仅得到有限成功。实验室研究还发现，GAC对PFAS的吸附是可逆的(即非永久性的)。

在本领域中已知地下水井通过使用井室内的泵取方法移动地下水来允许地表下的流通。这样的井可能涉及侧壁上的复杂的多个筛选部分，其可能需要用封隔器或低渗透性屏障隔开。传统上，此类井已用于处理含挥发性化合物的地下水，然后进行蒸汽提取，或给井周围的地面充氧，例如用于原位有氧生物修复，或将其他液体或胶体物质引入地下水中。

显然，没有合适的技术可在应用其尝试中和PFAS时克服已知技术的成本、规模和风险。

发明内容

在第一方面，提供了一种从水中分离一定量物质的方法，所述水被所述物质污染，所述方法包括以下步骤：允许包含初始浓度的所述物质的一定量的水经由进入腔室的入口进入该腔室；将气体流引入腔室，其中所述引入的气体诱导腔室中的水流动，并且产生泡沫层，所述泡沫层形成于腔室内所述水流和引入的气体的界面处并高出该界面，该泡沫层包括一定量的水，还包括当与物质初始浓度相比时富集的量的所述物质；控制界面上方的泡沫层的水含量以影响其中所述物质的浓度；和从腔室上部去除至少一些泡沫层。

在某些实施方式中，气体的流动和泡沫层的产生是连续的。对于特定处理情况，也可以批次模式进行操作，如同本文献中对实验的示例所描述的那样。

在一些实施方式中，控制泡沫层的水含量的步骤通过下组的方式进行：控制引入气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

在一些实施方式中，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进口阀，用于控制所述引入气体进入腔室的流量。如果过多气体被引入腔室，水流可能偏离其静流的理想处理条件移动，而变为湍流。在湍流的情况下，泡沫层可变得紊乱，并且还能变得非常湿，因此导致从水中去除的所述物质的浓度的稀释。

在一些实施方式中，控制引入气体流的物理参数的步骤包括使用一个或多个进气口流管，该一个或多个进气口流管设置为延伸进入腔室内部并适合于诱导所述引入气体和水的大致旋转或涡旋流动，所述涡旋流动的旋转轴与腔室的长轴对齐。

在一些实施方式中，腔室内的所述引入气体和水的大致旋转或涡旋流动为腔室内周壁处的层流。

在一些实施方式中，控制引入气体流的物理参数的步骤包括使用定位于当所述引入气体进入定位于腔室中的水之前或之时的气泡生成装置。气泡生成装置可包括定位于腔室内并与水接触的空气鼓泡器(或等效术语如起泡装置、滤芯(frits)、通风装置、通风扩散器、气泡石等)。另一种类型的气泡生成装置可涉及将诱导空气通过文丘里膨胀器进入水流中，例如，以原位产生微细空气泡，随后将该混气流通入腔室。本发明人采用后一实施方式因为其容易和简单并且是使进入腔室的空气输送最大化的方式。

在一些实施方式中，将气体的向上流动引入到腔室的下部部分，尽管当然可以也在沿腔室深度的若干位置处引入气体。如本公开的示施中所示，将要与腔室内部的水接触的空气泡的进入点数量可为经由通过腔室壁的管路位置的任何数量。

在一些实施方式中，控制泡沫层的物理参数的步骤包括使用用于保持界面上方的泡沫层深度的泡沫深度调节装置，该泡沫深度调节装置设置在腔室内的固定位置，并且界面的位置响应于引入气体流和进水流中的至少一个。当以批次型方式操作工艺时，这是尤其方便和简单的。

在一些可替代的实施方式中，控制泡沫层的物理参数的步骤包括使用泡沫深度调节装置来保持界面上方的泡沫层深度，该装置设置为响应于界面位置的移动而可移动地就位于腔室内。那些响应于界面位置的移动而在腔室内可移动的泡沫深度调节装置具有以下优点：以恒定的泡沫层深度操作，这被认为会提供足够的泡沫层排干(drainage)特性。这样的装置设置为浮力的，并且自定位在水/泡沫层界面处，无论腔室中的水的总体水平如何。然而，在湍流液流的情况下，漂浮装置提供的水位控制的稳定性会更不确定。

在某些实施方式中，控制泡沫层的物理参数的步骤进一步包括使用用于在腔室上部限制泡沫横截面流路的装置，导致所述泡沫层排干。成形为限制或挤压上升的泡沫层的设备可导致额外的泡沫层的排干，并且可包括改变泡沫流的截面开放区，例如通过使用泡沫聚集器(crowders)、窄颈通路或通道或毛细管、锥形漏斗、溢流撇油器，例如。

在一些实施方式中，在所述从腔室的上部去除的步骤期间使泡沫层塌陷，随后经历第二处理步骤。在这点的一种形式中，在所述从腔室的上部去除的步骤期间使泡沫层塌陷，随后经历第二处理步骤。在一些特定示例中，通过使用下组的机械设备使泡沫层塌陷：消泡器、真空提取装置和泡沫提取头。

设置在腔室内固定位置处的泡沫深度调节装置需要界面位置的持续调节，其可容易地通过例如引入气体流的改变或通过改变进水流/出水流的相对速率(在连续工艺***中)而改变。液体水平传感器可发出水位过高或过低的信号，并且控制引入气体流或进水流/出水流以转移一定量的水，从而将水位的静态高度升高到理想的动力(操作)高度和被认为会给予足够的泡沫层排干特性的泡沫层的深度。

在一些实施方式中，所述方法进一步包括从腔室的上部去除至少一些泡沫层的步骤。该步骤可间歇性而不是连续完成，例如以批次型操作进行。

在一些实施方式中，用于处理包含富集的物质的塌陷泡沫层的第二处理步骤使用下组中的至少一种工艺：吸收(使用活性炭、粘土或离子交换树脂)，过滤(使用反渗透膜)；真空蒸馏；转鼓式干燥；和将进一步的量的气体引入单独的容纳设备中以产生包含进一步富集量的所述物质的另一个泡沫层，这后一步骤基本上是发生在腔室中的富集步骤的重复，从而进一步减少需要从处理现场输送或另外处理的富集物的体积。

在一些实施方式中，所述物质是有机的，并且在一种形式中该有机物质是全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)中的至少一种。更具体而言，全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)包括下组中的一种或多种：全氟-辛烷磺酸盐(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)；多氟化羧酸，烷基磺酸盐和烷基磺酰胺化合物；和氟调聚物化合物，它们各自具有不同的碳链长度；并且包括这些物质的前体。

在第二方面中，提供了一种用于从水中分离一定量的物质的设备，所述水被所述物质污染，所述设备包括：具有入口腔室，其设置为在使用中允许一定量的包含初始浓度的所述物质的污染的水进入其中；气体引入装置，其在使用中允许气体进入腔室，该引入的气体用于诱导水在腔室内流动，并且用于产生泡沫层，该泡沫层在腔室内所述水流和引入的气体的界面处产生并且高出该界面，该泡沫层包括一定量的水，还包括当与物质初始浓度相比时富集的量的所述物质；其中设备被设置为在使用中在腔室上部附近包含泡沫层和控制界面上方的泡沫层的水含量，以影响其中所述物质的浓度；和装置用于从腔室的上部去除至少一些泡沫层。

在一些实施方式中，入口设置为在使用中允许污染的水在腔室的最上部区域进入腔室。

在一些实施方式中，出口设置为在使用中在腔室的最下部区域或其附近将水排出腔室，由此建立与上升空气流成逆流的腔室中的水流动。

在一些实施方式中，所述出口可与另一个腔室的入口流体连通，所述入口定位于其相应的最上部区域。

在一些可替代的实施方式中，所述出口与下游的工艺进料罐的入口流体连通以进行使用活性炭或离子交换树脂等的表面吸收清除阶段。

在一些实施方式中，腔室包括狭长的圆筒形容器，但又许多可能的腔室罐形状，如立方体、圆柱或甚至任何横截面——例如圆形、椭圆形、正方形——的基本筒形设计。

在一些实施方式中，气泡生成装置定位于当引入气体流进入定位于腔室中的水之前或之处。

在一些实施方式中，所述气体引入装置包括一个或多个进气口流管，该一个或多个进气口流管围绕腔室的圆周边壁设置并经由所述边壁中的相应开口延伸到腔室内部，用于在使用中允许气体进入腔室。

在这点的一个具体实施方式中，延伸进入腔室内部的一个或多个进气口流管的远端适合于诱导所述引入气体和水以与腔室的狭长轴对齐的旋转轴大致旋转或涡旋流动，所述涡旋流动为沿腔室的内周边壁的大致层流。在这点的一种形式中，适合于诱导腔室内的所述旋转或涡旋流动的所述或每个进气口流的远端为90度弯管，其将进气口流以与任何进气口管路位置处的腔室内侧壁大致相切的方向排出。

在一些实施方式中，用于提供泡沫层的水含量的控制的设备包括用于以下中的至少一种的设备：控制引入气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

在一些实施方式中，用于控制进入腔室中的引入气体流的物理参数的设备包括在气体输送管线上使用流量控制器和进口阀，其响应于下组之一的测量：泡沫层的水含量；泡沫层的泡沫稳定性；腔室中的界面位置。

在一些实施方式中，用于控制泡沫层的物理参数的设备包括使用泡沫深度调节装置来保持界面上方的泡沫层深度，其中泡沫深度调节装置选自：响应于界面位置的移动在腔室内可移动地就位的装置；和设置在腔室内的固定位置的装置，并且界面的位置响应于引入气体流和进水流中的至少一个。

在一些实施方式中，泡沫深度调节装置设置为限制泡沫在腔室中的横截面流路，导致泡沫限制和所述泡沫层排干。成形为限制或挤压上升的泡沫层的设备可导致额外的泡沫层的排干，并且可包括泡沫流横截面开放面积改变，例如通过使用泡沫聚集器(crowders)、窄颈通路或通道或毛细管、锥形漏斗、溢流撇油器，例如。

在一些实施方式中，该设备进一步包括泡沫层去除装置，其中在从腔室的最上部区域去除至少一些泡沫层期间，至少一些泡沫层塌陷，随后进行第二处理步骤。在一些特定实施方式中，泡沫层塌陷装置包括下组的机械设备：消泡器、真空提取装置和泡沫提取头。

在一些实施方式中，该设备进一步包括第二处理装置，其在使用中用于处理塌陷的泡沫层以去除富集物质，其中该处理装置包括以下中的至少一种：吸收(使用活性炭，粘土，或离子交换树脂)，过滤(使用反渗透膜)；真空蒸馏；转鼓式干燥；以及将进一步的量的气体引入到单独的容纳设备中以产生包含进一步富集量的所述物质的另一个泡沫层，这后一步骤基本上是在第一阶段分离腔室中发生的富集步骤的重复，具有关于使用该设备的方法的先前描述的优点。

在一些实施方式中，泡沫深度调节装置包括：在使用中就位于所述设备的腔室中的主体，该主体包括具有开口的空腔，该开口设置为在使用中向下面向进入腔室以使得该开口接收腔室内高出与水的界面的泡沫层；开口或主体外表面的外周定尺寸为与腔室内壁为接近面对关系，由此使得泡沫层基本上被导引至开口；和具有最上部出口的主体空腔，在使用中经由该出口泡沫层行进或被去除以经由出口导管进行进一步处理。

在本说明书通篇中，术语“接近面对”表示两个形状相似的接近配合的表面，但在功能上彼此隔开，以使腔室内壁和泡沫深度调节装置主体的***之间有一个小间隙。该间隙将是必要的，以使真空从腔室的最上部区域吸入周围的空气，并将泡沫向上抽取向泡沫深度调节装置。

在一些实施方式中，空腔具有如下的内部形状：当从开口区域朝向出口移动时向内逐渐变细，以利于泡沫层聚集和排干或塌陷。在其他形式中，根据应用，装置主体内的空腔长度可以具有不同尺寸以改变界面与出口之间的距离。出口与泡沫层的距离越大，则越能通过排干和排除会稀释泡沫中PFAS浓度的遗留水来调节泡沫有多干。在仍然进一步的实施方式中，可存在许多具有各种形状的开口和/或多种不同的内部空腔形状的泡沫深度调节装置，其中那些多个装置跨越狭长腔室的宽度间隔开，在此情况中设想了较大直径的浮选腔室。

在一些实施方式中，出口导管可操作地连接至所述第二处理装置。

在一些实施方式中，泡沫深度调节装置包括移动引导***，使得该装置关于腔室沿移动的垂直轴可移动地就位。

在一些实施方式中，移动引导***包括框架，该框架被接收在一个或多个设置在腔室内壁处的狭长轨道内并沿该轨道滑动，主体和/或出口导管可操作地连接到所述框架。

在一些实施方式中，移动引导***定位于腔室内。

在一些实施方式中，框架与一个或多个浮力元件配合，该一个或多个浮力元件在使用中使框架漂浮在腔室中的水上，由此使主体相对于界面就位。

在一些实施方式中，框架与一个或多个压载元件配合，该一个或多个压载元件在使用中使框架沉在腔室中的水下，由此使主体相对于界面就位。

在一些实施方式中，设置为在使用中允许污染的水进入腔室的入口是连接到框架并且在主体下延伸的导管。

在可替代的实施方式中，移动引导***包括被接收在腔室的最上部的机械或电驱动的安装件，经由该安装件，出口导管以及由此的与该出口导管可操作地连接的主体可相对于腔室被升高或降低。

在一个可替代的实施方式中，用于控制泡沫层的水含量的设备设置在腔室内的固定位置处，并且界面的位置响应于引入气体流而可调节，因此泡沫深度相对于设备可稳定就位。在一个特定实施方式中，用于控制泡沫层的水含量的设备包括在气体输送管线上的流量控制器和进口阀以控制引入气体的流量。在另一个具体实施方式中，用于控制泡沫层的水含量的设备进一步包括泡沫生成装置，所述泡沫生成装置定位于气体输送管线中的引入气体流进入位于腔室中的水时之前或之处。在另一个具体实施方式中(仅适合于连续流动处理)界面位置通过流入和流出管线上的阀来管控，该阀可被调节以改变相对的水流入和来自腔室的水流出速率。

在一些实施方式中，用于控制泡沫层的水含量的设备可包括用于控制泡沫层的物理参数的其他装置。在这点的一种形式中，所述装置控制泡沫在腔室中的横截面流路，导致泡沫限制和排干。成形为限制或挤压上升的泡沫层的设备可导致额外的泡沫层的排干，并且可包括泡沫流横截面开放面积改变，例如通过使用泡沫聚集器(crowders)，窄颈通路或通道或毛细管，锥形漏斗，溢流撇油器，例如。

在第三方面，提供了一种从水中分离一定量物质的方法，所述水被所述物质污染，所述方法包括以下步骤：允许所述污染的水经由进入该腔室的入口进入腔室；将气体流引入到腔室的最下部区域，其中引入气体诱导腔室中的水的向上流动，并且在腔室上部产生高出与水的界面的泡沫层，该泡沫层包含当与最初被允许进入腔室的污染的水中的物质初始浓度相比的富集量的所述物质；收集足够量的所述泡沫层，并且在使其塌陷回液体形式之后，将所述液体经由进入该第二腔室的入口通入第二腔室；将气体流引入到第二腔室的最下部区域，其中引入气体诱导所述腔室中水的向上流动，并且在第二腔室的上部产生高出与水的界面的泡沫层，该泡沫层包括进一步富集量的所述物质；和在所述第二腔室中，调节以下中的至少一种：(i)使用泡沫层深度调节***调节界面上方的泡沫层的深度，和(ii)腔室中的水的深度，所述调节响应于界面位置的移动；由此控制接近第二腔室的最上部区域的泡沫层的水含量，以影响其中所述物质的浓度。

在一些实施方式中，对于第一或第二腔室中的至少一个，气体的向上流动和泡沫层的产生以批次操作方式发生。

在一些实施方式中，控制腔室的上部区域中的泡沫层的水含量的步骤通过以下中的至少一种进行：控制引入气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

在一些实施方式中，控制腔室中的水的深度的步骤通过以下中的至少一种进行：控制引入气体流的物理参数；和控制额外的进入水流。

在一些实施方式中，第三方面的方法的步骤还如对第一方面所定义。

在第四方面，提供了一种用于从水中分离一定量的物质的设备，所述水被所述物质污染，该设备包括：具有入口的腔室，该入口设置为在使用中允许污染的水进入其中；定位在腔室的最下部区域的气体引入装置，其在使用中允许气体进入腔室，引入的气体用于诱导水从最下部区域的区域流通到腔室的最上部区域，并且用于产生高出与水的界面的泡沫层，包含富集量的所述物质的层；和以下中的至少一种：(i)泡沫深度调节装置，在使用中保持高于界面的泡沫层的深度，和(ii)水深度调节装置，在使用中保持腔室中的水的深度，因此调节装置响应于界面位置的移动，其中***设置为在使用中在接近腔室的最上部区域包含泡沫层和控制泡沫层的水含量，以影响其中所述物质的浓度。

在一些实施方式中，泡沫深度调节***包括：主体，其在使用中就位于所述设备的腔室内，该主体包括空腔，该空腔设置为在使用中向下面向进入腔室以使得该空腔接收在腔室内高过与水的界面的泡沫层；空腔和/或主体外表面的外周，其定尺寸为与腔室的内壁成接近面对关系，由此使得泡沫层基本上被导引至空腔；并且所述空腔具有在使用中位于最上部的出口，经由该出口泡沫层行进或被去除以经由出口导管进行进一步处理。

在一些实施方式中，水深度调节***进一步包括泵，该泵响应于界面位置的移动，通过将液体引入腔室以替换随时间被去除到泡沫层中的液体而在使用中保持界面下的水的深度。

在一些实施方式中，第四方面的设备具有也如第二方面所定义的特征。

在第五方面，提供了一种通过曝气泡沫分离的方法从水中分离一定量的主要有机物质的方法，所述水最初被所述主要有机物质和次要有机物质污染，在该方法期间大多数主要有机物质被从水中去除，并且大多数次要物质则不然，其中主要有机物质包括下组中的至少一种：全氟-辛烷磺酸盐(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)；和其中次要有机物质包括下组中的至少一种：全氟-己酸(PFHxA)；全氟-丁烷磺酸，(PFBS)；和全氟-戊烷磺酸(PFBeS)。

在一些实施方式中，第五方面的方法的步骤还如对第一方面所定义。

在第六方面，提供了一种从一定量的水中分离一定量的有机物质的方法，所述水最初被所述主要有机物质污染，所述方法包括以下步骤：(i)将气体流引入到包含水的容器以产生高出与水的界面的泡沫层，该泡沫层包含富集量的主要有机物质，该主要有机物质随后被去除，和(ii)将所述气体持续引入水中，直到水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约5.0μg/L的水平，其中有机物质包括下组中的至少一种：全氟-辛烷磺酸盐(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)。

在一些实施方式中，水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约2.0μg/L的水平。在一些更具体的实施方式中，水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约1.0μg/L的水平。

在一些实施方式中，第六方面的方法的步骤也如对第一方面所定义的。

在第七方面，提供了一种通过使用曝气泡沫分离的方法从水中分离一定量的主要有机物质的方法，所述水最初被所述主要有机物质和次要有机物质污染，其中，该方法包括以下步骤：(i)将气体流引入到包含水的容器以产生高出与水的界面的泡沫层，该泡沫层包含富集量的主要有机物质，该主要有机物质随后被去除，还有(ii)通过以下任一种方式去除次要有机物质：(a)包含在所述泡沫层，或(b)挥发到水和泡沫相上方的大气中，其中主要有机物质包括下组中的至少一种：全氟-辛烷磺酸盐(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)；和其中次要有机物质是下组中的至少一种：总石油烃(TPH)，包括苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)；卤化挥发性有机化合物，包括1,2-二氯乙烷(DCE)、1,1-二氯乙烷、三氯乙酸(TCA)、四氯乙烯(PCE)、和三氯乙烯(TCE)；和非石油烃，包括甲醇和异丙醚。

在一些实施方式中，水中存在的所述主要有机物质被减少到浓度低于约5.0μg/L的水平。在一些更具体的实施方式中，水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约2.0μg/L的水平。在一些甚至更具体的实施方式中，水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约1.0μg/L的水平。

在一些实施方式中，第七方面方法的步骤也如对第一方面的定义。

在第八方面，提供了一种用于从水中去除一定量的物质的两段式泡沫层分离方法，其中所述水被所述物质污染，该方法包括以下第一阶段的步骤：-允许包含初始浓度的所述物质的初始量的水经由进入第一腔室的入口进入该第一腔室；-将气体流引入到第一腔室，其中所述引入的气体诱导第一腔室中水的流动；-产生泡沫层，所述泡沫层形成于第一腔室中所述水流和引入的气体流的界面处并且高出该界面，该泡沫层包括一定量的水，还包括当与物质初始浓度相比时富集的量的所述物质；-从第一腔室的上部去除至少一些泡沫层，并将所述泡沫层转移到第二腔室，由此使得在所述转移步骤期间或之后，泡沫层基本塌陷；其中当已将足够的塌陷泡沫层转移到第二腔室中时，所述方法随后包括以下第二阶段的步骤：-将气体流引入到第二腔室中，其中所述引入的气体诱导第二腔室中的水的流动；-产生泡沫层，所述泡沫层形成于第二腔室中所述水流与引入气体的界面处并高出该界面，该泡沫层包括一定量的水，还有当与物质在第二腔室中的初始浓度相比时进一步富集量的所述物质；-从第二腔室的上部去除至少一些泡沫层，并将所述泡沫层转移到另一个容器，随后经历另一个处理步骤。

在一些实施方式中，所述物质包括全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)，由此使得第一腔室中的泡沫层包含的水量少于所述腔室中初始水量的约10％，并且PFAS的富集量多于其在水中的初始浓度的约10倍。在一些实施方式中，在产生泡沫层之后，留在第一腔室中的水中的PFAS的浓度低于约5μg/L。

在一些其他实施方式中，第一腔室中的泡沫层包含的水量少于所述腔室中初始水量的约5％，并且PFAS的富集量多于其在水中的初始浓度的约20倍。在一些实施方式中，在产生泡沫层之后，留在第一腔室中的水中的PFAS的浓度低于约1μg/L。

在一些实施方式中，在第二腔室中产生的泡沫层包含的水量少于所述第二腔室中的初始水量的约5％，并且PFAS的富集量多于其在所述第二腔室中的水中的初始浓度的约20倍。在一些实施方式中，在产生泡沫层之后，留在第二腔室中的水中的PFAS浓度低于约4μg/L。

在一些其他实施方式中，第二腔室中的泡沫层包含的水量少于所述第二腔室中的初始水量的约3％，并且PFAS的富集量多于其在第二腔室中水的初始浓度的约35倍。在一些实施方式中，在产生泡沫层之后，留在第一腔室中的水中的PFAS的浓度低于约2μg/L。

在仍然另一方面，提供了一种从水中分离一定量物质的方法，所述水被所述物质污染，所述方法包括以下步骤：(i)允许所述污染的水经由进入腔室的入口进入该腔室；(ii)将气体流引入到腔室的最下部区域，其中引入的气体诱导腔室中水的向上流动，并且在腔室上部产生高出与水的界面的泡沫层，该泡沫层包含富集量的所述物质；和(iii)使用泡沫深度调节装置保持高于界面的泡沫层的深度，该泡沫深度调节装置响应于界面位置的移动而可移动地就位；由此控制接近腔室的最上部区域的泡沫层的水含量，以影响其中所述物质的浓度。

在一些实施方式中，气体的向上流动和泡沫层的产生是连续的。对于特定处理情况，该操作也可以批次方式进行。

在一些实施方式中，控制在腔室的上部区域的泡沫层的水含量的步骤通过以下中的至少一种进行：控制引入气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

在一些实施方式中，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进口阀用于控制所述引入气体进入腔室的流量。

在一些实施方式中，控制引入气体流的物理参数的步骤包括使用定位于当所述引入的气体进入定位于腔室中的水之前或之处的气泡生成装置。

在一些实施方式中，泡沫深度调节装置选自：在腔室内响应于界面位置的移动而可移动的装置；和设置在腔室内的固定位置的装置，并且界面的位置响应于引入气体流。

在一些实施方式中，控制泡沫层的物理参数的步骤进一步包括使用用于在腔室的最上部区域限制泡沫的横截面流路的装置，导致所述泡沫层排干。

在一些实施方式中，该方法进一步包括从腔室的上部区域去除至少一些泡沫层的步骤。在这点的一种形式中，泡沫层在所述从腔室的上部区域去除的步骤期间塌陷，随后经历第二处理步骤。在一些特定示例中，使用下组的机械设备使泡沫层塌陷：消泡器，真空提取装置，和泡沫提取头。

在该方法的一些实施方式中，用于处理塌陷的泡沫层(包括富集的物质)的第二处理步骤包括使用下组中的至少一种工艺：吸收(使用活性炭，粘土，或离子交换树脂)，过滤(使用反渗透膜)；以及将进一步的量的气体引入到单独的容纳设备中以产生包含进一步富集量的所述物质的另一个泡沫层。

在该方法的一些实施方式中，所述物质是有机的。在一种形式中，有机物质是全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)中的至少一种。在这点的其他特定形式中，全氟烷基或多氟烷基物质包括下组中的一种或多种：全氟辛烷磺酸盐(PFOS)；全氟辛酸(PFOA)；全氟己烷磺酸盐(PFHxS)；多氟化羧酸，烷基磺酸盐和烷基磺酰胺化合物；和氟调聚物化合物，它们各自具有不同的碳链长度；以及包括这些物质的前体。

在仍然其他的方面中，提供了用于从水中分离一定量的物质的设备，所述水被所述物质污染，该设备包括：(i)具有入口的腔室，该入口设置为在使用中允许污染的水进入其中；(ii)定位于腔室的最下部区域中的气体引入装置，其在使用中允许气体进入腔室，所述引入的气体用于诱导水从接近最下部区域的区域流通到腔室的最上部区域，并且用于产生高出与水的界面的泡沫层，包含富集量的所述物质的层；和(iii)泡沫深度调节装置，其响应于界面位置的移动而可移动地就位，在使用中保持界面上方的泡沫层的深度，其中该设备设置为在使用中在接近腔室的最上部区域包含泡沫层和控制泡沫层的水含量，以影响其中所述物质的浓度。

在一些实施方式中，入口设置为在使用中用于允许水在腔室的最上部区域进入腔室。

在一些实施方式中，出口设置为在使用中用于将水在腔室的最下部区域排出腔室，由此在腔室内建立与上升空气流成逆流的水流。

在一些实施方式中，所述出口与另一腔室的入口流体连通，所述入口定位于其相应的最上部区域处。

在一些实施方式中，腔室包括狭长的圆筒形容器。

在一些实施方式中，将气体流引入腔室受气体输送管线上的流量控制器和入口阀控制，其响应于以下中的至少一种测量：泡沫层的水含量；泡沫层的泡沫稳定性；腔室中的界面位置。

在一些实施方式中，气泡生成装置定位于当引入气体流进入定位于腔室中的水之前或之处。

在一些实施方式中，泡沫深度调节装置选自：在腔室内响应于界面位置的移动而可移动的装置；和设置在腔室内的固定位置装置，并且界面的位置响应于引入的气体流。

在一些实施方式中，泡沫深度调节装置设置为限制泡沫在腔室中的横截面流路，导致泡沫限制和所述泡沫层排干。成形为限制或挤压上升的泡沫层的设备可导致额外的泡沫层的排干，并且可包括泡沫流横截面开放面积改变，例如通过使用泡沫聚集器(crowders)，窄颈通路或通道或毛细管，锥形漏斗，溢流撇油器，例如。

在一些实施方式中，该设备进一步包括泡沫层去除装置，其中在从腔室的最上部区域去除至少一些泡沫层期间至少一些泡沫层塌陷，随后经历第二处理步骤。在一种形式中，泡沫层塌陷装置包括下组的机械设备：消泡器，真空提取装置，和泡沫提取头。

在一些实施方式中，该设备进一步包括在使用中用于处理塌陷的泡沫层以去除富集物质的第二处理装置，其中该处理装置包括以下中的至少一种：吸收(使用活性炭，粘土，或离子交换树脂)，过滤(使用反渗透膜)；以及将进一步的量的气体引入到单独的容纳设备中以产生包含进一步富集量的所述物质的另一个泡沫层。

当结合构成本公开一部分的附图并以举例的方式说明所公开的发明原理的附图时，根据以下详细描述，其他方面、特征和优点将变得更加明显。

附图说明

附图有利于本公开的设备、***和方法的实施方式的理解。

图1示出了根据本公开一实施方式的用于从水中分离一定量的物质的设备的示意性侧视剖视立面图，所述水被所述物质污染，该设备包括定位于腔室中的泡沫深度调节装置，该装置在腔室中可移动；

图2示出了根据本公开另一实施方式的用于从水中分离一定量的物质的设备的示意性侧视剖视立面图，所述水被所述物质污染，该设备包括定位于腔室中的泡沫深度调节装置，该装置在腔室内可移动；

图2A示出了图2的泡沫深度调节装置和腔室的组成部件在使用中的示意性侧视剖视立面图；

图2B示出了从横截面X-X观察的图2的泡沫深度调节装置和腔室的组成部件的组装的横截面平面图；

图3示出了根据本公开另一实施方式的用于从水中分离一定量的物质的设备的示意性侧视剖视立面图，所述水被所述物质污染，该设备包括定位于腔室中的泡沫深度调节装置，该装置在腔室内可移动；

图3A示出了图2的泡沫深度调节装置和腔室的组成部件在使用中的示意性侧视剖视立面图；

图4示出了根据本公开另一实施方式的用于从水中分离一定量的物质的***的示意性侧视剖视立面图，所述水被所述物质污染，该设备包括串联设置并且与相邻腔室流体连通的多个腔室，每个相应的腔室具有定位于其中的泡沫深度调节装置，每个装置在每个所述腔室内可移动；

图5示出了根据本公开一实施方式的用于经16阶段从航空场所的受影响地下水去除PFAS的全水处理设施(WTP)的示意性侧视剖视立面图，该设施包括多个批次式腔室，该多个批次式腔室彼此并行设置并且每个都设置为产生泡沫层，所述泡沫层形成于所述水流和引入气体流在每个腔室中的界面处并高于该界面，控制泡沫层的水以使得当与物质初始浓度相比时泡沫层包含富集量的所述物质；

图6示出了***控制图形式的图5的水处理设施(WTP)的组成部件的示意性侧视剖视立面图；

图7示出了根据本发明一实施方式的用于从水中去除物质的泡沫浮选分离设备的示意性透视图，所述水被所述物质污染，该设备示出了容器形状和空气入口***；

图7A示出了图7的用于从水中去除物质的泡沫浮选分离设备的侧视立面图；

图8示出了图7的用于从水中去除物质的泡沫浮选分离设备的示意性透视和剖视图，该剖视图显示了与文丘里管配合以产生气泡的空气入口管的细节，该管末端定位于腔室内部；

图8A示出了图8的从水中去除物质的泡沫浮选分离设备的侧视立面和剖视图；

图8B示出了图8和8A的用于从水中去除物质的泡沫浮选分离设备的外侧的一部分的详细视图；

图9示出了用于在已经使用图7和图8中所示的第一阶段设备富集之后进行的物质从水中的第二阶段去除(再富集或超富集)的泡沫浮选分离设备的示意性透视和剖视图；

图10示出了使用用于物质从水中的第一和第二阶段去除的实验室中试规模的泡沫浮选分离设备实现的实验结果的示意性流程图。一些设备的设计如图7、图8和图9中所示。

图11示意了场地布置图形式的图5的水处理设施(WTP)的组成部件的示意性俯视平面图；和

图12示出了图5和图11的水处理设施的组成部件的示意性透视图。

具体实施方式

本公开涉及浮选池10的特征及其用于从泵送至该池10的供水中去除有机污染物的用途。通常，这种污染的水是通过从附近的含水层或储水器中泵提取而获得的，该含水层或储水器具有溶解或分散在其中的一定水平的有机污染物。也可能存在少量悬浮固体，因此水可能会有些混浊。

参照图1所示的实施方式，浮选池10为具有内部腔室18的狭长的圆柱形塔16的形式。塔16的横截面为圆形，并就位在周围的地面12上垂直站立。塔16可以是由硬塑料或金属制成的管或多个壳体元件14，以足以承受其要容纳的水深的液压压力，并且不会塌陷或腐蚀。

腔室内部腔室18具有入口，该入口布置成允许进水材料更靠近浮选池10的最上部的使用端24进入腔室18。在图2和图3所示的实施方式中，入口为孔22的形式，设置在塔16的外壳壁中，导管21定位在该孔中，并且正交于塔16的狭长轴定向。在使用中，导管21输送液体流，该液体流从源持有罐(或其他类型的储器)被泵送通过导管21进入腔室18中，这可以基于浮选池10是以连续流模式还是批次模式操作而连续或间歇地进行。

在其他实施方式中，例如如图2A和2B所示，进料供水管线可为管21A，其就位于从塔16上方延伸，并且设置为在塔16的最上端24处或附近进入腔室18。在该示例中，管21A通过支架或类似安装件接合到塔16的内壁。

在图1中，腔室18还具有分布器26或鼓泡器(通常由烧结金属或由陶瓷材料制成)形式的气体引入装置，该气体引入装置定位于腔室18中接近最下部使用端25处。分布器26就位于塔16的中心轴周围，并且连接到气体供应管线28，该气体供应管线可为用于将气体经由分布器26充入腔室18的管路，通常通过定位于附近的泵或者一些其他压缩或加压气体源(未示出)来使气体流动。分布器26定位于接近腔室18底端的高度以阻止颗粒材料在腔室18的该端的沉降。

在使用期间，将气体以导致在分布器26处形成气泡的压力和流率充入腔室18中，随后，由于浮力沿腔室18的长度方向上升。通常，所用的气体是压缩空气，但是根据场所需要也可使用其他气体。例如，为氧化水，引入气体可为氧气和/或臭氧，也许与空气混合。在另一种引入空气的方式中，可将气泡生成装置配合到管上，通过该管腔室18中的一部分水通过泵再流通。气泡生成装置可以是一些种类的在线气体引入装置，如文丘里限制器，气体被抽入其中通过诱导进入移动液体流中，随后流动通路立即膨胀，从而导致形成气泡。

无论通过哪种方式实现，一旦形成气泡，它们将在腔室18中上升，并与经由导管21流入腔室18并充满腔室18的水混合。气泡将朝向塔16中的腔室18的最上端24上升，在这段停留时间内有充分的机会与水相互作用，并且使气泡与存在的有机污染物接触。因此腔室18设置为使这种混合为逆流的，因为空气泡的向上流动与腔室18中的水的向下流动相遇。

在腔室18的上端24，气泡与水中的有机污染物的相互作用导致泡沫层32的形成，其立即在定位于腔室18中的水的界面上方发展，所述界面定位于所述水的升高的动态水位37(DWL，或H)处。当在该处理过程中添加空气流时，静态水位34(或Hs)升高至动态水位37(或H)。动态水位37可通过多种方式控制，包括通过腔室和出口的设计，然而主要的控制是通过改变进气输送速率或进水流和出水流速率来进行的。在一个示例中，进气输送速率可使用来自定位于腔室18内的水位界面传感器的信息来调节，其中来自这种水位传感器的信号可被送往与气体输送管线上的可调节阀或者进水流率和出水流率相连的控制***。

在图2、3和4中，腔室出口设置为允许水在更接近浮选池10的最下部使用端25处从腔室18排除。在那些图中所示的实施方式中，腔室出口为孔36的形式，其设置在塔16的外壳壁中，并且导管23定位于其中，并与塔16的狭长轴正交取向。导管23设置为在使用中允许液体流从其中穿过。

在于腔室18内的动态水位37的界面上方形成的泡沫层32将在塔16内升高并进一步进入其最上端24。泡沫层32的最湿润的部分最接近形成于腔室18中的水的动态水位37的上表面处的界面，并且当泡沫层32在塔16中的界面上方进一步升高时其逐渐排干(drain)并变得更干。被带入泡沫层32中的表面活性物质包括有机污染物。以此方式，污染物与其在进料水中的初始浓度相比在泡沫层32中变得富集得多。与进料水的体积相比，泡沫相也具有显著较小的体积以进行第二处理。

当排干的泡沫层32上升到塔16的上端30时，使用泡沫去除装置从腔室18去除泡沫层32。在图1所示的实施方式中，将悬吊式锥形真空抽吸罩38形式的泡沫去除装置降低至并就位于井14中动态水位37与泡沫层32的界面上方的最佳距离处。现在还应参考图3中所示腔室的实施方式(以及图3A所示的这种井结构的详图)，其也使用带有悬挂式锥形真空抽吸罩的***。(在图3中，与图1中所示类似的功能部件被给予类似的零件号)。

在图1中和在图3中，泡沫上升通过锥形富集罩38并通过罩38顶部(或尖端)的出口离开。由于被排干而现在变得更干的泡沫被罩38内的逐渐变细的流动通路所限制，随后移动到进一步处理。

在图4中所示的示例中，抽吸罩38用于使发泡的泡沫富集物塌陷并使其经由真空管线50向上流动并进入接收液体富集物的容器51中，该容器51作为连接到通过泵52操作的真空***的管组件40的一部分。该***使塌陷的泡沫进行进一步处理。罩38中的真空抽吸设定为足以导致排干的泡沫层32塌陷为液体形式的最低水平。实验证明真空抽吸罩38(用作泡沫深度调节装置)的位置控制泡沫层32中的水量，因此其影响在泡沫层32中实现的污染物物质的富集。

在如何优化***操作的其他示例中，进入腔室18的进气输送速率可使用来自导电仪或水位传感器的信息调节，该导电仪或水位传感器可定位于真空抽吸罩38所在处或其下方，例如在腔室18的内壁上。来自水位传感器的信号可提供关于泡沫层32的水含量的信息，并且能被发送到控制***，该控制***连接到气体输送管线上的可调节阀。在该示例中，如果泡沫层32不够干，可能需要减少引入腔室的气体流，因为在泡沫层32中有过多水移动并且该过程没有充分富集污染物。相反，如果几乎不或不产生泡沫，则可能需要增加引入腔室18的气体流。

在真空抽吸罩设置在腔室18内的固定位置的情况中，该固定位置是响应于引入气体流和/或进水流率和出水流率的变化的动态水位37处的界面的位置。

在图3所示的示例中，当真空抽吸罩相对于塔不在固定的垂直位置处时，上述水位传感器可通知垂直定位***60，使真空抽吸罩38以将其在塔16内的轴方向上移动以到达相对于动态水位37处的界面的合适位置。就位***可为电机驱动或一些种类的机械致动滑轮***以调节抽吸罩38的高度。

在图2所示的示例中，泡沫深度调节装置包括抽吸罩38和框架62形式的移动引导***，该框架62附接到抽吸罩38，并且还在其最下端与一个或多个浮力浮体64配合，该浮体在使用中将导致框架漂浮在腔室18中的水上。这些浮体64表示框架62将始终漂浮在将要在塔16中处理的水的界面37的垂直高度处，因此提供在真空抽吸罩38的面朝下的开口端66与界面37之间的固定的最佳距离。

在该实施方式中，无论腔室中的动态水位37可能是多少，抽吸罩38可保持其相对于该泡沫层界面的垂直位置而无需传感器和水位控制***或操作员介入。不需要在腔室18内升高或降低罩的单独步骤以相对于泡沫界面37移动罩38的垂直位置(如同图3的实施方式38的情况)，并且不需要改变气体流率以相对于真空罩38移动泡沫界面37的垂直位置(如同图1的实施方式的情况，其中抽吸罩在腔室18中具有固定的垂直位置)。

用于图2中所示的抽吸罩38的移动引导***包括三个垂直轴向对齐且狭长的T字形轨道70，其与腔室18的内壁配合。框架的相应凹槽部分68设置为接受这些T字形轨道中对应的一个，并且通过凹槽型设置在舌中沿其自由滑动。随后抽吸罩38通过出口导管72可操作地连接到所述框架。

在使用该***的多项实验工作中，对于包含高浓度(>1000μg/L)PFAS表面活性剂的流体，泡沫密度和水含量升高，并且抽吸罩必须被升高到有时比动态水位高0.5m以上的高度。对于较低的浓度，罩可被降低至少于0.1m。

在操作中，浮选池10可用于从待处理的水中去除物质有机污染物。本公开主要涉及通常被称为全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)的有机物质的去除。这可包含下组中的一种或多种：全氟辛烷磺酸盐(PFOS)；全氟辛酸(PFOA)；全氟-正己烷磺酸，(PFHxS)；多氟化羧酸，烷基磺酸盐和烷基磺酰胺化合物；和氟调聚物化合物，它们各自具有不同的碳链长度；并且包括这些物质的前体。该组中关注的主要物质是PFOS、PFHxS和PFOA，它们可在水中长时间存在。

当气体被充入腔室18并且在分布器26处形成气泡时，气泡在腔室18的整个长度向上上升并且在泡沫层32中积累，所述泡沫层32定位于形成在动态水位37的上表面处的界面上方。

当包含有机污染物的塌陷的泡沫富集物被排出到单独的液体富集物收纳容器或剔除容器，随后将其通入涉及污染物的进一步富集、破坏或去除的第二处理。

在第二处理的一个选项中，对最终的富集液体进行处理以去除富集的有机污染物，例如通过吸收到固体或半固体基材上(使用活性炭、粘土、离子交换树脂或其他有机材料)，或通过过滤(使用反渗透膜过滤和增加污染物的富集并减少处理体积)。当超过基材的吸收容量时，则可将基材再生或破坏。

用于第二处理的另一个选项是塌陷泡沫的进一步富集，其可使用与初始分离步骤相似的工艺进行，并且可在地上处理设备中进行，在这里塌陷的泡沫进行进一步的气体分布和泡沫富集。可使用该方法进行多个富集步骤以使需要处理的流体体积最小化。富集步骤期间产生的残余流体可被再引入工艺开始处，或者在合适的时候释放到液体废料弃置/处理***或环境中。现在将参考图4所示的***更详细地描述此点。

图4示出了一系列泡沫分馏塔16，其支持经由对在塔16中处理的水曝气所致的快速泡沫生成。所示的***可使用连续流或作为批次工艺操作，这取决于PFAS污染物和共同污染物的浓度和本质。

在连续流应用中，将空气通过分散器/分布器引入每个塔16的底部，将污染的水在每个水塔的最上端附近引入，经由分散器/分布器下方的底部中的出口离开。使用该方法，在塔中建立了逆流***，使得在空气泡和受影响的水之间的最大接触，同时允许实现连续处理率。

在批次应用中，将塔填充至预定水平，并将该批次在塔的范围内处理固定时间，随后将其释放到分馏过程的下一阶段。通常，当需要较长保留时间的情况下使用此方法。

分散器/分布器设计成可产生最佳尺寸的气泡的定制范围，该气泡上升穿过塔16中的水。所产生的致密气泡流以及气泡的高界面表面积也可提供充分的混合搅拌以及对可能存在于进料水中的PFAS溶液的强大吸引力。PFAS分子迅速从水中清除并被抽取到水塔的顶部。在水塔顶部形成的泡沫高度富集PFAS，通过使用真空提取头，泡沫可被聚集和排干。在泡沫有机会塌陷并重新溶解到水中之前，其被真空提取头收集并被抽取到集中收集罐。

通过建立适当的流率(并因此滞留时间)，水行进通过塔(现在PFAS耗尽)并通过塔底附近的出口导管排出，然后进入二级分馏塔进行进一步处理。从二级处理塔流出的分馏残留水被引导至临时持有罐，只有在进一步评估并确认符合监管准则后，它们才被重新引导回液体废料弃置/处理***或释放到环境中。

从初步分馏塔16和二级分馏塔16A抽取的PFAS富集物/泡沫暂时被存储在“剔除”容器51中。然后，该材料在专门设计用于富集物的第三分馏塔16B中进一步处理以产生超富集物。从第三分馏塔16B中去除的超富集物/泡沫被引导用于存储，然后最终用于异地破坏。在管道76中流动的来自富集物分馏塔16B的底部的处理水被返回到主进料罐74进行再处理，或在合适时重引导到液体废料弃置/处理***或释放到环境中。来自所有分馏塔的真空废气被引导通过吸收式过滤器，随后释放到大气中。

实验结果

发明人使用本文所述的新设备和方法的实验室(批次)和中试规模(连续)结构产生了实验结果，以在从地下水样富集PFAS的工艺操作期间观察任何有益成果。

(1)发明人已发现某些特定的PFAS可通过该技术处理

泡沫分馏(FF)能够成功去除所关注的两种关键优先PFAS化合物(PFOS和PHFxS)。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。FF使全氟庚酸(PFHPA)适度减少。已显示其他三种次要优先化合物(PFHxA、PFBS和PFPeS)受FF影响最小或不受FF影响，因此可以使用已开发的泡沫分离将其与主要优先化合物分离。

概括而言，FF非常适合物理去除优先的PFAS分子(包括其他理论上的非PFAS共污染物质)，从而允许保留更复杂(和昂贵)的技术作为精制处理，以达到低于规范弃置或排放标准的浓度。

(2)发明人已发现能被有效处理的在水中的不同PFAS物质的浓度范围。

已经证明，本文所述的物理分离技术可以用于处理受PFAS影响的水和富集物，其中PFAS的浓度在低至0.05μg/L到高至50,000μg/L范围内。

(3)发明人已发现其他污染物可用该***处理

本文所述的物理分离技术被设计为优化分馏塔内富含污染物的可提取泡沫的产生。能通过同一工艺有效处理的共同污染物，包括：

-总石油烃(TPH)，包括苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)；

-卤化挥发性有机化合物，包括1,2-二氯乙烷(DCE)、1,1-二氯乙烷、三氯乙酸(TCA)、四氯乙烯(PCE)、和三氯乙烯(TCE)

-非石油烃(甲醇和异丙醚)

也将被减少的其他污染物包括：丙酮、PAHs(萘、2-和3-环PAHs)、MTBE、MIBK、MEK。使用FF减少共污染物的细节正在实验室/现场试验评估中。

(4)发明人已测量了该***对于处理PFAS有多么有效

发明人收集了来自场地1的960L受影响的地下水以及位于场地2处的地上罐中存储的40L水。这些水最终被组合在一个IBC，并且将约550L所得混合物投入分馏塔以产生富集物。该富集物随后被投入二级分馏塔以产生超富集物。分馏的起始和结束浓度如下表和图中所示：

优先PFAS化合物的去除：研究数据表明，可以从高度污染的源富集物中将优先化合物处理至接近或低于休闲(recreational)准则。通过延长塔内的滞留时间或通过将液体重新导向替代性的“精制”工艺，可以实现0.07ug/L的饮用水目标。

总体积减少：通过使用第二分馏器处理富集物，OPEC能够产生体积比原始水少400倍的废物流(超富集物)。

占地面积和能源需求

下表列出了三种不同尺寸的处理***的估计占地面积和能耗：

***尺寸	能耗	占地面积	运输方法
				500L/hr	4kW	3.5m2	可移动安装
2000L/hr	12kW	8.0m2	可移动安装
				5000L/hr	21.5kW	14.4m2	20ft容器

从以上所述，应当理解，与传统的处理方法相比，根据本发明的设备和方法的至少一些实施方式提供一个或多个以下优点：

·产生较少体积的PFAS富集液体进入第二处理步骤；

·需要较小的第二处理设施；

·与标准的“泵取和处理”***相比实现了较少的总处理时间；

·较少体积的富集液体意味着可能使用彻底破坏工艺(不需弃置到填埋场)；

·有能力从污染地泵出的水中提取污染物而不是进行原位化学处理，后者可能行不通(或可逆)，并且可能不能达到所有的地下水污染水平。

·该设备可以配置为用于多种不同类型的补救情况，包括源区、热点、迁移路径–可以调节一些简单的变量，诸如真空抽吸，从抽吸设备到液体-泡沫界面的距离，和浮选气流速率，并处理任何浓度的污染物。

·该***可以轻松扩展以满足特定的现场要求，因为分馏塔、泵、真空***、管道和连接件均由标准组件组成，扩展只需并行复制***即可，并且可以调节泵和鼓风机的尺寸(向上或向下)以满足更改的要求。

·地面外部的物理分离过程避免了将潜在危险的化学品用作原位化学处理方法的一部分，并且不会产生任何副产品或废物。

·根据起始浓度，真空提取实验产生了原始流体体积的1/10至1/45的富集物以及基本不含PFAS的残留工艺水。

·随后对富集物进行再分馏(以及将洁净的工艺水合并)产生超富集物，从而使总减少率达到原始流体体积的约1/400。

·该真空提取方法还允许以下性能改进：

ο PFAS泡沫在提取过程中破裂，并形成几乎没有气泡的流体。

ο抽吸罩的高度可以轻松调节，以最小化“湿”泡沫的提取，“湿”泡沫会带走过多的水和稀释。

ο抽吸罩将所得的富含PFAS的液体富集物从分馏容器中运出，这与常规的颗粒浮选或其他泡沫分馏方法不同，并不是将体积流直接从主容器中运出。

中试设施设计细节

发明人致力于设计、供应、建造、调试和运行用于从航空基地的受影响地下水中去除PFAS的水处理设施(WTP)，。

该项目的工作范围包括提取受PFAS影响的地下水，现场处理水，测试水以证明PFAS去除合格，并重新注入/分回地面。提取井和回注井/分配设备不包括在工作范围内，但是，地下水井泵的供应、安装和管理、泵功率和泵控制是该工艺的一部分。

该工作的主要特征包括：

·非现场水处理设施(WTP)的设计、开发、制造和预调试。

·WTP的土方工程、土木工程和铺设区域的建设，包括通道、岸堤和围墙。

·在不同位置供应、安装和调试多达20个地下水井泵。

·WTP的现场交付、组装、建造和调试。

该项目所使用的气候条件基于气象局的气象数据。温度和降雨量统计数据是从离现场最近的气象站获取的。

表1：一般现场条件

下表2列出了WTP的设计基础：

表1：设计参数

设计原则

WTP将需要24/7的操作能力，不包括计划的和被动的维护，人工工作时间为周一至周六白天。该***的设计考虑了以下标准：-

·***设计基于废料最小化的性能。

·装置选择基于可靠和连续操作。

·模块化设施设计减少了每个处理阶段中单元工艺之间的依赖性。

·设施设计允许在必要时绕过、放大或缩小某些阶段的灵活性。

·工艺结构使维护、树脂恢复或更换的操作的中断最小。

·利用“前导-拖后-待机”轮换对树脂进行精制的工艺设计来最小化树脂穿透的风险。

·控制***提供了带有警报和功能保护的完整工艺概观。

·控制***允许在高水平和低水平设定点远程通知***警报。

·激活高-高水平和低-低水平设定值后，控制***自动关闭任何相关级电磁阀和/或停止泵运行。

·***设计最小化受PFAS影响的水或废物的潜在暴露。

图5示出了WTP***示意图/工艺流程图，其标识了从地下水提取(第1阶段)到处理后的水返回/回注(第16阶段)的所有阶段。现在将描述每个阶段。

以各阶段彼此独立的方式开发WTP工艺流程图，以确保每个阶段的最佳性能。在可能的情况下，每个阶段都有其本身的存储/进料罐，这允许进行水位控制以提供对来自前一阶段的过载的保护还有对本阶段的泵保护。这还允许利用简单的水位控制进行开/关操作，从而在其指定设计参数下运行泵。***的WTP工艺流程控制图如图6所示。

第1阶段–地下水源

第1阶段的工作范围包括地下水井泵和从地下水井位置到WTP的管线的供应、安装、调试和操作。

井的现场设计包括至多20个提取井，其距离WTP位置需要约650m管线；和至多8个回注井，其距离WTP位置需要约430m的管线。提取井根据其预期产量和PFAS浓度水平被分类为高、中和低优先级。有9个高优先级、7个中优先级和4个低优先级提取井，所有这些井都位于人口高度密集的地下水服务区域内，而其中6个提取井位于有从轻质非水相液体羽流抽取烃类污染物的风险的地区。类似地，回注井也被分类为4个高优先级、2个中优先级和2个低优先级井。

对井网进行分类的主要目的是在钻探之后立即先开发高优先级的井并测试其产量特性，以确定较低优先级的井是否需要开发和潜在地节省项目成本。

WTP设计为每天处理250kL，这将满足1.5ML/周的合同体积。如果在24/7基础上操作，每天250kL的处理要求相当于174L/min或2.9L/s。

地下水井歧管点和WTP之间的所有管网将全部埋入HDPE管。当前尺寸和规格将是按照AS/NZS 4130，DN63 SDR11 PN16 PE 100(带蓝条纹的黑色)的压力管，其在2.9L/s的全流量下将经历约1.5m/s的流速，并且在20℃时额定值为1600kPa。水管、电导管/电缆和通讯/控制电缆将使用共同的沟槽。

第2阶段–工艺前存储和固体沉降

WTP的第2阶段被确定为工艺前存储和固体沉降。该阶段的主要目的是在WTP工艺之前允许从提取的地下水中沉降悬浮的固体。选择16kL的斜底罐以使悬浮的固体污泥可以从低点排干口去除，而无需清空罐或中止工艺并进入罐。该罐的处理水出口将设定在罐底部上方，以确保在输送到后续阶段的过程中不会干扰或混合任何沉降固体。来自该罐的污泥废物将被去除、干燥并弃置。

第2阶段包括采样点(SP2-01)，以允许在通过WTP进行任何处理之前分析流入的地下水。该阶段还包括流量计，该流量计将用于测量和记录总的水源流率和累积流量。

第3阶段–烃类分离和去除

WTP的第3阶段被确定为烃类的分离和去除。烃类经常在空军基地的地下水中发现，并且可能对下游工艺(例如泡沫浮选以及污染离子交换树脂)产生有害影响。

该阶段包括Baldwin油水分离器(OWS)或聚结板分离器(CPS)。Baldwin油水分离器根据斯托克斯定律(Stokes's Law)从地下水中去除任何游离相的烃，斯托克斯定律是控制流体流中颗粒/小滴沉降/上升速率的物理定律。通过非乳化隔膜泵将地下水从罐中抽取到地面上的聚结板分离器。CPS设计用于将不溶解的烃类和悬浮固体去除到适合排出到雨水的水平。水先流经聚结板，然后再经过精制室，然后再存储在排出室中。CPS将产生三种废物流。固体废物将从CPS聚结板下方的低位排干口收集。游离相的烃将被分离到CPS内的收集罐中，并从低位排干口排干。当基于织物的精制过滤器被烃类饱和时，将“根据需要”进行更换。所有废物将被去除、干燥(在适当情况下)并弃置。

第4阶段–工艺前存储和曝气

第4阶段包括在第5阶段之前的用于曝气的10kL储罐。计算表明，Fe(所关注的主要分析物)可以通过曝气有效地氧化，因此机械处理被认为是最实用的。使用文丘里管或扩散器的机械处理仅将空气和溶解的氧气添加到地下水中，去除了对危险的化学物质存储、应对和处理的要求，并且也不太可能对地下水成分产生更广泛的影响。

将通过利用连接到多个文丘里管的高流量泵来实现氧化，该泵将空气泡和氧气引入水中。引入的空气将促进溶解铁(Fe)和锰(Mn)的氧化，其氧化物将从溶液中沉淀出来，以便在第6阶段中过滤去除。这些离子的去除取决于现场的地下水和下游的对泡沫分馏阶段影响的程度。

罐尺寸为10kL，将配备带2x50mm文氏管的单泵以提供足够的曝气量。该罐还将提供相当于1个小时全流量WTP操作的额外存储，以减少WTP对油水分离器或过滤维护的依赖性。

第4阶段的罐将包括高和低水位传感器以分别用于控制第3阶段的油水分离器的泵的运行和为下一阶段的泵提供泵保护。第4阶段中包括采样点(SP4-01)，以允许在氧化活塞流反应器之前对油水分离器处理进行分析。

第5阶段–氧化活塞流反应器

WTP的第5阶段被确定为氧化活塞流反应器，并允许来自第5阶段的曝气水延长停留时间以进行铁和锰的氧化和沉淀。该方法是一种简单的机械方法，其延长水路，同时保持相同活塞或体积的水，从而允许与溶解氧的反应时间更长。活塞流反应器将由聚乙烯管盘绕制成，这将产生供水通过的800m长路径。水将承受来自黑色聚乙烯管的高温，这将进一步有助于氧化过程。

第6阶段–悬浮固体去除

第6阶段包括一系列袋式过滤器，用于去除细小的悬浮固体颗粒。过滤的第一阶段将使用5微米滤袋去除较大的颗粒。第二阶段将并行使用两个1微米绝对过滤器，以维持所需的流率。所有过滤器中均包含压差警报，以监控过滤器介质水平并在泵关闭之前通过PLC进行警报。

收集在过滤器中的废物将被去除、干燥和弃置。在第6阶段之后包括采样点(SP7-01)，以便对该阶段后的处理的水进行分析。

第7阶段–表面活性泡沫分馏(SAFF)

WTP的第7阶段被确定为表面活性泡沫分馏(SAFF)，最初涉及将预处理的地下水泵送到一系列5个2kL的分馏容器中。容器的填充、分馏和排干将分阶段批次进行，因此，当第五个容器充满时，第一个容器的分馏将已完成并且该容器将被排干。此过程允许一台进料泵填充所有五个容器，而一台排出泵排干所有五个容器。该过程将连续24/7运行，分馏仅在维护时停止，或在地下水流率较低的情况下停止运行，这会导致阶段之间的过程拖后。

由于地下水中PFAS的浓度低，在此过程的这个阶段，在每个容器中使用主要基于真空的泡沫提取***将消耗大量能量来提取很少的泡沫。测试工作表明，使用分馏抽吸装置作为分阶段工艺的一部分，这对于从相对高浓度的水中去除PFAS而言是非常令人满意的。

所采用的分阶段过程涉及首先将容器注满至初始高度，该初始高度被确定为确保在启动曝气期间不会通过罩排出过多的水/泡沫。在表面活性PFAS的初始负载以泡沫的形式(通常在不到5分钟的时间内)推入罩后，操作员将相同原始水源的低流量溢流进料引入主罐，这使得最少量的残留PFAS聚集在水表面以从位于每个罐盖顶部的锥形烟囱/透明覆盖的顶部溢出。该上部罐覆盖可以目视检查罐内部发生的情况，允许操作员研究泡沫的状况，还可以快速直观地指示水位。

结合这种溢流过程，发明人发现，通过定向位于空气管道末端的将空气经由文丘里喷嘴携带到罐中并以一个方向进入罐内部的90度角弯头，产生环形漩涡作用。通过减少罩中水表面的明显湍流，这具有一些积极的好处。如果罐内部的文丘里管出口全部指向与罐内壁相切的一个方向，则会引入环形漩涡作用，从而减少罐内部水面的明显湍流，同时还减少了气泡的聚结(如水下相机所观察到的)，以便在罐内产生大致平滑的漩涡涡流。通过在内壁周围有层流，这有助于大幅度减少罐中的湍流，因此有助于使界面顶部的泡沫层更稳定地流动，以帮助其稳定地移出泡沫分馏容器。

图7、7A、8、8A和8B是SAFF分馏容器的示意图，其中显示了水和空气管道歧管的环，这些环为位于罐底部的文丘里管和罩提供服务。这些SAFF单元有效地以批次模式运行，以将PFAS最大回收率地提取到泡沫富集物中。

工作表明，在处理的第一阶段，25万升污染液体被送入批次SAFF中，这将产生12500升富集物(含浓度为581μg/L的PFAS)，以及237,500升的去除有机物的底流，其中PFAS浓度为1μg/L。这表示体积减少了95％，富集系数为581/30＝19.3。

从五个分馏容器顶部产生的富含PFAS的泡沫/液体富集物将被引导至第8阶段的5kL储罐中，在该储罐中将其收集起来以填充超富集分馏容器。

表7说明了整个WTP工艺中预期的水量减少以及PFAS水平的浓度的相关增加。

从第7阶段分馏容器中排干的处理过的水(约占总流入量的95％)将被泵送到WTP的树脂处理阶段，其PFAS估计浓度小于1μg/L。

来自第7阶段分馏装置的富含PFAS的富集物(约占总流入量的5％)将被引导至第8阶段的超富集单元。

在第7阶段SAFF容器之后的储罐(T8-01)处包括采样点(SP8-01)，以便在超富集之前对PFAS富集废料水进行分析。在第12阶段的储罐(T12-01)中包括采样点(SP12-01)，以允许在分馏之后和树脂处理之前分析处理后的水。

第8阶段–超富集器

WTP的第8阶段由5kL PFAS富集物储罐(T8-01)和超富集物分馏容器组成。超富集器将独立于第7阶段分馏容器运行，并且可以根据需要在处理更少量的PFAS影响水时打开和关闭。

超富集器将采用与第7阶段分馏容器类似的方法，并在真空下添加富含PFAS的泡沫提取物，并将其送至下一阶段的剔除转鼓。来自超富集容器的处理后的水将返回至第7阶段储罐进行再处理。

超富集器顶部装有真空抽吸泡沫提取***。该容器将吸收从主容器中产生的泡沫和溢出水，并使用分阶段的方法使该流体再分馏。然而，在超富集容器中，在初始起泡

后，引入了低流量的加料，以提高容器中的水位，使其仅位于真空提取装置下方

以下。在附图所示的一种形式中，平板被用作抽吸罩装置，其被固定在泡沫分馏罐的罩部分的顶部的较窄的颈部内。当从容器中去除流体/泡沫时，在(约25分钟的)分馏过程中，顶部加料继续运行，但使用高/低浮点水位检测***进行调节，以确保真空板停留在距离水表面/弯液面/与泡沫的界面的最佳距离处。

超富集器也采用了漩涡作用，因为它似乎也减少了上部水界面的湍流，结果产生了干燥器泡沫化物(见图9)。再分离第一富集物以产生超富集物的第二阶段处理具有到批次SAFF的12,500L投入量，以生产312.5L富集物(含PFAS浓度为21,162μg/L)和12187.5L的PFAS为2μg/L底液(其被送回初级阶段批次浮选)。这表示体积减少了97.5％，并且富集系数为21,162/581＝36。

第9阶段–剔除转鼓(Knock Out Drum)

WTP的第9阶段被确定为剔除转鼓。从超富集容器的罩中提取的超富集PFAS泡沫化物在真空下被吸入剔除转鼓中。然后将超富集液体泵送到真空蒸馏***中，以进一步减小体积。

第10阶段-真空蒸馏

真空蒸馏***是一种低能真空蒸馏工艺，可在约37℃在真空下使来自废料流出物的水含量沸腾。真空蒸馏阶段的原理是所有沸点比水高的物质都留在蒸发残留物中。这包括重金属、盐以及油脂。PFOS的沸点为259℃，PFOA的沸点为192.4℃。随着干净的水的蒸发，蒸发残留物(即PFAS超富集物)的体积减少到原始废水体积的0.5％到5％之间。排出的蒸气几乎不含杂质。当这种干净的蒸汽通过蒸发器内的蒸馏塔时，它被冷却回纯净的液体。

在储罐(T10-01)处包括采样点(SP10-01)，以便在该真空蒸馏过程之后进行蒸馏水分析。

来自真空蒸发器的蒸馏水将被转移到储罐(T7-01)中再处理。每天产生的蒸馏水量预计为大约每天300升。在储罐(T11-01)处包括采样点(SP10-01)，以分析由真空蒸馏过程产生的蒸馏水。

第11阶段–转鼓式干燥器

第11阶段代表废料最小化过程的最后阶段，目的是进一步减少来自蒸馏单元的液体中的水分含量。液体将被泵入封装在转鼓式干燥器内的200L处置转鼓中，其从转鼓外部进行加热。由于加热元件不与液体接触，因此不需要清洁传热表面。温度由热电偶和计时器***控制，以提供一致的加热和准确的干燥度。带有减速齿轮的高扭矩电动机即使在溶液变得更加粘稠和固体化的情况下，也可以提供柔和一致的搅拌过程。气动提升***可在此干燥阶段完成时轻松去除盖子和搅拌器***。铰接式翻盖壁以及气动提升***使转鼓和移动小车变得容易去除来用于装卸。

第12阶段–烃类去除树脂

为了保护和延长PFAS精制树脂在处理行程(第13阶段)结束时的寿命，发明人将安装一个Duty-Standby***，该***包含离子交换烃类“清除”树脂。清除树脂的更换频率尚待确定，将取决于烃暴露的浓度和类型。过期的树脂将被去除、干燥和弃置。

第13阶段–PFAS吸收精制树脂

WTP的第13阶段被标识为PFAS精制树脂，用于去除处理后的水中的任何残留PFAS。PFAS吸收精制树脂是该工艺的关键部分，因此，决定将基础设施从DCAP中提供的内容扩展到包括三个“前导-拖后-待机”结构的树脂容器。

管道的设计允许采用轮换操作，其中容器A将作为前导开始，容器B将作为串联的拖后，而容器C作为待机。前导容器将经受初始流量，因此将做最多的工作，并且首先消耗或结垢。一旦在容器A中发生树脂突破或结垢，将重新配置管道，以使容器B成为前导，容器C成为拖后，而容器A成为待机。容器处于待机模式时，将对其进行反冲洗。过期的树脂将被去除、干燥和弃置。

第14阶段–碱洗/盐水洗涤和回收

第14阶段采用经处理的水反冲洗以去除污垢，然后浸泡盐水以最小化生物污垢。供应储罐(T14-01)用于产生和混合盐水溶液。前导容器将定期离线，并经受处理过的水罐(T14-02)的反冲洗。经过处理的反冲洗水将通过过滤器(F14-01)流通，以除去任何污垢，然后再返回其储罐。反冲洗过程完成后，将在容器中填充盐水，以防止在待机期间形成生物污垢。

第15阶段–流出物存储

WTP的第15阶段被标识为流出物存储。该阶段由5个10,000L的罐组成一个歧管***，以允许单个罐以10,000L的批次存储和排放，或合并存储和排放50,000L。在调试阶段，这些罐将以单独的配置使用，允许处理、测试和存储至多连续5天，然后如果可接受则将处理后的水排放回注，或者如果不能接受则将处理过的水返还到WTP。一旦调试阶段完成并且WTP被证实“正常运行”，则在回注之前，流出物存储将被作为大型存储容器进行分流。

所有流出物的储罐均包括采样点(SP15-01至SP15-05)，以允许在各个罐上测试经处理的水。第15阶段还包括流量计，该流量计将用于测量和记录返回的处理水的流率和累积流量。

第16阶段–经处理的地下的返回或再利用

WTP的第16阶段被标识为经过理的地下水的返回或再利用。经处理的地下水的再利用或回注还有其他选项。在回注方面，WTP有8口回注井，其被分类为4个高优先级、2个中优先级和2个低优先级。

发明人已经允许在WTP和回注点之间安装150m的地上多管，以允许水的重力进料到井。

废料管理

WTP被设计为使废料的产生最小化。尽可能采用机械手段提取和富集废料，以最小化管理和弃置成本。下表总结了WTP的每个相关阶段产生的废料和建议的弃置方法。

下表7列出了WTP流程预期的设计废料量减少和PFAS富集物水平。这些数字是基于250kL的日处理量得出的。

表3：废料体积减少和PFAS富集物水平

图10示出了在实验室进行的测试基础上，通过WTP各个阶段实现的预期体积减少和PFAS浓度增加。WTP内的阶段分为以下几组：

·预处理

·SAFF

·真空蒸馏/干燥

·PFAS精制树脂

SAFF工艺是大批量水处理的基础，用以显著降低PFAS的水平，导致大约99％的地下水被降低到约1μg/L的PFAS水平，且1％的初始体积被富集至原始PFAS水平的200倍。下一阶段的真空蒸馏和干燥进一步将SAFF废料流的体积从大约6,000μg/L的1,250L降低到大约3,000,000μg/L的2.5L，这相当于进一步富集了500倍。

然后，将经SAFF处理的水通过PFAS精制树脂，从而将其水平从大约1μg/L降低到满足合同要求的水平。WTP受益于SAFF工艺，管理大部分PFAS的去除/减少，以确保PFAS精制树脂可以有效且高效率地工作，同时将产生的废料最小化。

水处理设施(WTP)布局

WTP设计为适合容纳于35m x 25m的总占地面积，将其围起来并不受一般访问。该设计还包括25m x 15m的保护区域，所有含有PFAS的设备都将存放在此区域中。沥青被认为是建筑的保护材料，但是选择了混凝土，因为它可以承受高温而不会变形，并且对叉车和起重机的交通更具弹性。混凝土也经历PFAS吸收，并且保护表面将被密封/上漆以降低这种风险。

将在WTP的占地面积内铺设路基硬面地坪，以提高整个WTP场地的水平。然后，将在坚硬的地坪上建造混凝土保护，以进一步增加距离正常地面水平的高度，并确保在下雨时不会有积水进入。保护表面将与低点水坑有落差，这将允许第一次冲洗保留并通过WTP处理。该水坑将位于第2阶段储罐附近，以便首先将雨水轻松转移到WTP，然后在第一次冲洗后转移到周围的地表排水***。水坑水位控制将被用来为第一次冲洗确立合适的容积。

图11和图12说明了基于现有设计和工艺流的WTP布局。

功能说明

WTP将由中央PLC操作，该中央PLC将用于管理、记录必要的操作并报告从第1阶段到第16阶段的操作。如本报告前面所述，该***旨在确保阶段之间的独立性，从而简化控制过程并生产对目标设计稳健适用的产品。许多阶段将对该阶段的操作使用类似和简单的逻辑，如下所示：

·一阶段泵的操作将需要确认收纳级储罐的高水位(H)尚未触发，以确保在该阶段操作开始之前容量可用。

·如果在运行期间达到收纳罐的存储容量，则高水位(H)警报将发出警告，如果操作员未停止，则高-高水位(HH)设定点将自动停止该泵的运行。

·由于下游操作减少了收纳罐的容积，因此只有在该储罐的高水位(H)自动复位后，泵才会重新开始。

·泵还具有不受供应储罐水位控制的保护，由此供应储罐低水位(L)警报将提供警告，且如果操作员未停止，则低-低水位(LL)设定点将自动停止运行该泵，以确保该泵不会空转。

·过滤器外壳将具有跨越过滤器介质的压差指示器，该指示器将指示当过滤器堵塞或充满时的压降。压差设定点将用于发出警报。如果操作员未进行更正，则将使用另一个设定点来停止供应泵的运行。

·SAFF容器将具有水位开关，以识别填充和排干极限。该容器还将利用气动操作阀(POV)进行填充和排干操作。一个通用泵将用于填充所有四个SAFF柱，另一个通用泵将分别排干所有柱。如果达到高水平(H)设定点，则填充侧的POV将无法打开。同样，只有未达到低水平(L)时，排干侧的POV才能打开。填充泵仅在填充POV打开时才能运行，类似地，排干泵仅在排干POV打开时才能运行。

·SAFF过程将用填充、过程和排干操作顺序驱动。填充POV将打开，从而允许填充泵运行并填充容器。一旦水位达到高水平(H)警报，泵将停止。这也将启动过程周期，从而开始文丘里泵的运行。在预定的时间之后，文丘里泵将停止并且排干POV将打开，从而使排干泵运行直至达到低水平(L)，这将停止排干泵。四个SAFF容器将连续遵循相同的顺序。

设计中的安全措施

WTP的建造和运行将在受保护的占地面积上进行，它将能够保留50,000L加5％的最大组合容器容积，得出基于25m x 15m的占地面积约120mm的保护高度。为了提供进一步的保护，容器还将被保护以确保过程的任何可能泄露都初始包含在容器内。容器保护中将安装传感器，以在发生任何泄漏时发出警报，并注意该设施将以24/7运行，但每周只能有人值守5-1/2天。

当达到极限时，控制过程将发出警报，然后在达到第二设定点时将停止操作。警报过程还将向操作员发送消息，以允许在现场进行查看或动员。可以引入监视摄像机以进行操作监视，并允许对任何警报通知进行远程检查。

该设施的设计具有支持工艺流的布局，还可以最小化对不需要注意的区域的访问。将提供容器访问口，以简化建造、检查和维护。已经考虑了叉车/手推车进入需要介质更换或手动处理的设施的可访问性。PFAS较高富集的阶段已被分组，并将在可行的情况下与其他工作区域分开。

将实施急停(E-stop)***以允许立即关闭操作。急停将位于设施内一般工作区域的方便访问范围内，并且如上面的WTP布局所示，在较高富集的PFAS区域附近包括紧急洗眼/淋浴站。

在整个说明书中，词语“泡沫(froth)”和“泡沫(foam)”可以互换使用，但应理解为同一事物，主要包括具有少量颗粒材料或富集有机污染物的湿液体富集物，并通过各种设计的装置进行提取，所述设计的装置目的在于尽可能多地控制和减少泡沫层中的水含量。

在某些实施方式的前述描述中，为了清楚起见，已诉诸特定术语。然而，本公开内容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相似方式操作以实现相似技术目的的其他技术等同物。诸如“上”和“下”，“之上”和“之下”之类的术语用作方便的词以提供参考点，并且不应解释为限制性的术语。

本说明书中对任何先前的出版物或信息的引用不是，也不应视为承认或接受或以任何形式的暗示，即先前的出版物或信息构成了本说明书相关领域内公知常识的一部分。

在本说明书中，词语“包括”应以其“开放”的意义来理解，即以“包括”的意义，因此不限于其“封闭”的意义，即“仅由……组成”的意义。相应的含义应归因于它们出现的相应词语“具有”、“包含”和“含有”。

另外，前述内容仅描述了本发明的一些实施方式，并且在不脱离所公开的实施方式的范围和精神的情况下可以对其进行更改、修改、添加和/或改变，这些实施方式是说明性的而非限制性的。

此外，已经结合当前被认为是最实用和优选的实施方式来描述了发明，应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，其意图是：涵盖包括在本发明的精神和范围内的各种修改和等同布置。而且，可以结合其他实施方式来实施上述各种实施方式，例如，一个实施方式的方面可以与另一实施方式的方面组合以实现仍然其他实施方式。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方式。

Claims (71)

1.从水中分离一定量物质的方法，所述水被所述物质污染，所述方法包括以下步骤：

-允许一定量的水经由进入腔室的入口进入该腔室内，所述水包含初始浓度的所述物质；

-将气体流引入到腔室中，其中所述引入的气体诱导腔室中的水流动，并产生泡沫层，该泡沫层形成在腔室中所述水流和引入气体流的界面处并高出该界面，所述泡沫层包括一定量的水，还包括与物质初始浓度相比富集量的所述物质；

-控制界面上方的泡沫层的水含量以影响其中所述物质的浓度；和

-从腔室上部去除至少一些泡沫层。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述气体流动和所述泡沫层的产生是连续的。

3.如权利要求1或权利要求2中任一项所述的方法，其中控制泡沫层的水含量的步骤通过以下方式进行：控制引入气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

4.如权利要求3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用于控制所述引入气体进入腔室的流量。

5.如权利要求3或权利要求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一个或多个进气口流管，该进气口流管设置为延伸到腔室内部并且适合于诱导所述引入气体和水的大致旋转或涡旋流动，所述涡旋流动具有与腔室长轴对齐的旋转轴。

6.如权利要求5所述的方法，其中腔室内所述引入气体和水的大致旋转或涡旋流动为在腔室的内周边壁的层流。

7.如权利要求3-6中任一项所述的方法，其中控制引入气体流的物理参数的步骤包括使用定位于所述引入气体进入定位于腔室中的水中之前或之时的气泡生成装置。

8.如权利要求3至权利要求7中任一项所述的方法，其中控制泡沫层的物理参数的步骤包括使用用于保持界面上方泡沫层深度的泡沫深度调节装置，该泡沫深度调节装置设置在腔室内的固定位置，并且界面的位置响应于引入气体流和进水流中的至少一个。

9.如权利要求3至权利要求7中任一项所述的方法，其中控制泡沫层的物理参数的步骤包括使用用于保持界面上方的泡沫层深度的泡沫深度调节装置，该装置设置为响应于界面位置的移动在腔室内可移动地就位。

10.如权利要求3至权利要求9中任一项所述的方法，其中控制泡沫层的物理参数的步骤进一步包括使用用于在腔室上部限制泡沫横截面流路的装置，导致所述泡沫层的排干。

11.如权利要求10所述的方法，其中在从腔室上部的所述去除步骤期间，使泡沫层塌陷，随后经历第二处理步骤。

12.如权利要求11所述的方法，其中通过使用下组的机械设备使泡沫层塌陷：消泡器，真空提取装置，和泡沫提取头。

13.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其中用于处理塌陷泡沫层的第二处理步骤包括，富集的物质使用下组的至少一种工艺：吸收(使用活性炭，粘土，或离子交换树脂)，过滤(使用反渗透膜)；和向单独的容纳设备中引入进一步的量的气体以产生包含进一步富集的量的物质的另一个泡沫层。

14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物质是有机的。

15.如权利要求14所述的方法，其中有机物质是全氟烷基物质或多氟烷基物质(PFAS)中的至少一种。

16.如权利要求15所述的方法，其中全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)包括下组中的一种或多种：全氟-辛烷磺酸盐(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)；多氟化羧酸，烷基磺酸酯和烷基磺酰胺化合物；和氟调聚物化合物，各自具有不同碳链长度；并且包括这些物质的前体。

17.用于从水中分离一定量的物质的设备，所述水被所述物质污染，所述设备包括：

-具有入口的腔室，所述入口设置用于在使用中允许一定量的污染的水进入其中，所述污染的水包含初始浓度的所述物质；

-气体引入装置，该气体引入装置在使用中允许气体进入腔室，引入气体用于诱导水在腔室内流动，并且用于产生泡沫层，该泡沫层形成于腔室内所述水流与引入气体流的界面处并高出该界面，该泡沫层包括一定量的水，还包括当与物质初始浓度相比时富集的量的所述物质；

其中所述设备设置为在使用中在腔室上部附近包含泡沫层，并且控制界面上方的泡沫层的水含量，以影响其中所述物质的浓度；和

-用于从腔室上部去除至少一些泡沫层的装置。

18.如权利要求17所述的设备，其中入口设置为在使用中用于允许污染的水在腔室最上部区域进入腔室。

19.如权利要求17或权利要求18所述的设备，其中出口设置为在使用中用于将水在腔室最下方区域处或附近从腔室排出，由此在腔室内设立与上升空气流成逆流的水流。

20.如权利要求19所述的设备，其中所述出口与另一个腔室的入口流体连通，所述入口位于腔室各自的最上部区域处。

21.如权利要求19所述的设备，其中所述出口与下游的工艺进料罐的入口流体连通，所述工艺进料罐用于使用活性炭或离子交换树脂等进行表面吸收清除阶段。

22.如权利要求17至权利要求21中任一项所述的设备，其中所述腔室包括狭长圆筒形容器。

23.如权利要求17-权利要求22中任一项所述的设备，其中气泡生成装置定位于引入气体流进入到定位于腔室中的水中之前或之时。

24.如权利要求17-权利要求23中任一项所述的设备，其中所述气体引入装置包括在使用中允许气体进入腔室的一个或多个进气口流管，所述一个或多个进气口流管围绕腔室的圆周边壁设置，并且经由所述边壁中的对应开口延伸到腔室内部。

25.如权利要求24所述的设备，其中延伸进入腔室内部的一个或多个进气口流管的远端适合于诱导所述引入气体和水以与腔室长轴对齐的旋转轴进行大致旋转或涡旋流动，所述涡旋流动为沿腔室的内周边壁的大致层流。

26.如权利要求25所述的设备，其中用于在腔室内诱导所述旋转或涡旋流动的所述或每个进气口流的远端的适配是90度角的弯管，该弯管在与任何进气管位置处的腔室内侧壁大致相切的方向上排放进气口流。

27.如权利要求17至权利要求26中任一项所述的设备，用于提供对泡沫层的水含量的控制包括用于以下中的至少一种的设备：控制引入气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

28.如权利要求27所述的设备，用于控制进入到腔室中的引入气体流的物理参数包括使用在气体输送管线上的响应于下组之一的测量的流量控制器和进口阀：泡沫层的含水量；泡沫层的泡沫稳定性；界面在腔室内的位置。

29.如权利要求27所述的设备，用于控制泡沫层的物理参数包括使用用于保持界面上方的泡沫层深度的泡沫深度调节装置，其中该泡沫深度调节装置选自：响应于界面位置的移动在腔室内可移动地就位的装置；和设置在腔室内固定位置处的装置，且界面的位置响应于引入气体流和进水流中的至少一个。

30.如权利要求29所述的设备，其中所述泡沫深度调节装置设置为限制腔室内泡沫的横截面流路，导致所述泡沫层的泡沫限制和排干。

31.如权利要求17至权利要求30中任一项所述的设备，还包括泡沫层去除装置，其中在从所述腔室的最上部区域去除至少一些泡沫层的过程中，至少一些泡沫层塌陷，然后进行第二处理步骤。

32.如权利要求31所述的设备，其中泡沫层塌陷装置包括下组的机械设备：消泡器，真空提取装置，和泡沫提取头。

33.如权利要求31或权利要求32所述的设备，进一步包括第二处理装置，该第二处理装置在使用中用于处理塌陷的泡沫层以去除富集物质，其中该处理装置包括以下中的至少一种：吸收(使用活性炭，粘土，或离子交换树脂)，过滤(使用反渗透膜)；真空蒸馏；转鼓式干燥；和向单独的容纳设备中引入进一步量的气体以产生包含进一步富集的量的所述物质的另一个泡沫层。

34.如权利要求29或权利要求30所述的设备，其中所述泡沫深度调节装置包括：

-主体，该主体在使用中就位于所述设备的腔室中，所述主体包括具有开口的空腔，该空腔设置为在使用中面对下方进入腔室，以使得开口接收腔室内高出与水的界面的泡沫层；

-开口或主体外表面的外周，该外周被定尺寸为与腔室内壁成相近面对的关系，以使得泡沫层基本上被导引至开口中；和

-主体空腔，该主体空腔在使用中具有最上部的出口，经由该出口泡沫层行进或被去除以经由出口导管进一步处理。

35.如权利要求34所述的设备，其中出口导管可操作地连接到所述第二处理装置。

36.如权利要求34或权利要求35所述的设备，其中泡沫深度调节装置包括移动引导***，因此该装置相对于腔室沿竖直移动轴可移动地就位。

37.如权利要求36所述的设备，其中移动引导***包括框架，该框架被收纳在设置在腔室内壁的一个或多个狭长轨道中并且沿该一个或多个狭长轨道滑动，并且主体和/或出口导管可操作地连接到所述框架。

38.如权利要求37所述的设备，其中移动引导***定位于腔室内。

39.如权利要求38所述的设备，其中框架与一个或多个浮力元件配合，所述一个或多个浮力元件在使用中使框架漂浮在腔室中的水上，由此使主体相对于界面就位。

40.如权利要求39所述的设备，其中框架与一个或多个压载元件配合，所述一个或多个压载元件在使用中使框架沉在腔室中的水下，由此使主体相对于界面就位。

41.如权利要求37至权利要求40中任一项所述的设备，其中设置为在使用中允许污染的水进入腔室的入口是连接到框架并在主体下延伸的导管。

42.如权利要求36所述的设备，其中移动引导***包括机械或电驱动的安装件，该安装件被收纳在腔室的最上部，经由该安装件，出口导管并且由此与该出口导管可操作地连接的主体可相对于腔室升高或降低。

43.从水分离一定量物质的方法，所述水被所述物质污染，所述方法包括以下步骤：

-允许所述污染的水经由腔室的入口进入该腔室；

-将气体流引入到腔室的最下部区域，其中引入气体诱导腔室中的水的向上流动，并且在腔室上部产生高出与水的界面的泡沫层，当与物质在最初被允许进入腔室的污染的水中浓度相比时，该泡沫层包含富集量的物质；

-收集足够量的所述泡沫层，并且在允许其塌陷回液体形式之后，使所述液体经由进入第二腔室的入口通入该第二腔室；

-将气体流引入到第二腔室的最下部区域，其中引入气体诱导所述腔室中水的向上流动，并且在第二腔室的上部产生高出与水的界面的泡沫层，该泡沫层包括进一步富集量的所述物质；和

-在所述第二腔室中，调节以下中的至少一种：(i)使用泡沫层深度调节***的界面上方的泡沫层的深度，和(ii)腔室中的水的深度，所述调节响应于界面位置的移动；

由此控制靠近第二腔室的最上部区域的泡沫层的水含量，以影响其中所述物质的浓度。

44.如权利要求43所述的方法，其中对于第一或第二腔室中的至少一个，气体的向上流动和泡沫层的产生以批次操作方式发生。

45.如权利要求43或权利要求44所述的方法，其中控制腔室上部区域的泡沫层的水含量的步骤通过以下中的至少一种进行：控制引入气体流的物理参数；和控制泡沫层的物理参数。

46.如权利要求43至权利要求45中任一项所述的方法，其中控制腔室中的水的深度的步骤通过以下中的至少一种进行：控制引入气体流的物理参数；和控制额外的进水流。

47.如权利要求43至权利要求46中任一项所述的方法，其中所述方法的步骤还如权利要求2至权利要求16中任一项所另外要求。

48.用于从水中分离一定量的物质的设备，所述水被所述物质污染，所述设备包括：

-具有入口的腔室，该入口设置为在使用中允许污染的水进入腔室；

-位于腔室的最下部区域的气体引入装置，该气体引入装置在使用中允许气体进入腔室，引入气体用于诱导水从靠近腔室的最下部区域的区域朝向最上部区域流通，并且用于产生高出与水的界面的泡沫层，其是包含富集量的所述物质的层；和

-以下中的至少一个：(i)泡沫深度调节装置，其在使用中保持界面上方的泡沫层的深度，和(ii)水深度调节装置，其在使用中保持腔室中的水的深度，所述调节装置响应于界面位置的移动，

其中***设置为在使用中包含靠近腔室的最上部区域的泡沫层和控制泡沫层的水含量，以影响其中所述物质的浓度。

49.如权利要求48所述的设备，其中泡沫深度调节***包括：

-主体，该主体在使用中就位于所述设备的腔室内，所述主体包括空腔，所述空腔设置为在使用中向下面向进入腔室以使得该空腔接收在腔室内高出与水的界面的泡沫层；

-空腔和/或主体外表面的外周，所述外周定尺寸为与腔室的内壁成接近面对的关系，由此使得泡沫层基本上被导引至空腔中；和

-所述空腔具有在使用中最上面的出口，泡沫层经由该出口行进或被去除以经由出口导管进行进一步处理。

50.如权利要求48或权利要求49所述的设备，其中水深度调节***进一步包括泵，该泵响应于界面位置的移动，在使用中通过将液体引入腔室中以替换随时间被去除到泡沫层中的液体来保持界面下水的深度。

51.如权利要求48至权利要求50中任一项所述的设备，该设备具有如权利要求18至权利要求42中任一项中另外要求的特征。

52.使用曝气泡沫分离的方法从水中分离一定量主要有机物质的方法，该水最初被所述主要有机物质和次要有机物质污染，在该方法过程中，大部分主要有机物质从水中去除，并且大部分次要物质则不然，

其中主要有机物质包括下组中的至少一种：全氟-辛烷磺酸盐(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)；和

其中次要有机物质包括下组中的至少一种：全氟-己酸(PFHxA)；全氟-丁烷磺酸，(PFBS)；和全氟-戊烷磺酸(PFBeS)。

53.如权利要求52所述的方法，其中所述方法的步骤如权利要求2至权利要求16中任一项所另外要求的。

54.从一定量的水中分离一定量的有机物质的方法，所述一定量的水最初被所述主要有机物质污染，所述方法包括以下步骤：

(i)将气体流引入到包含水的容器中以产生高出与水的界面的泡沫层，该泡沫层包含富集量的主要有机物质，该主要有机物质随后被去除，和

(ii)持续将所述气体引入到水中，直到水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约5.0μg/L的水平，

其中有机物质包括下组中的至少一种：全氟-辛烷磺酸盐(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)。

55.如权利要求54所述的方法，其中水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约2.0μg/L的水平。

56.如权利要求54或权利要求55所述的方法，其中水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约1.0μg/L的水平。

57.如权利要求54至权利要求56中任一项所述的方法，其中所述方法的步骤如权利要求3至权利要求16中任一项所另外要求的。

58.通过使用曝气泡沫分离的方法从水中分离一定量的主要有机物质的方法，所述水最初被所述主要有机物质和次要有机物质污染，其中所述方法包括以下步骤：

(i)将气体流引入到包含水的容器以产生高出与水的界面的泡沫层，该泡沫层包含富集量的主要有机物质，该主要有机物质随后被去除，还有

(ii)通过以下任一种去除次要有机物质：

(a)包含在所述泡沫层中，或

(b)挥发到水和泡沫相上方的大气中，

其中主要有机物质包括下组中的至少一种：全氟-辛烷磺酸盐(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)；和

其中次要有机物质是下组中的至少一种：总石油烃(TPH)，包括苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)；卤化挥发性有机化合物，包括1,2-二氯乙烷(DCE)，1,1-二氯乙烷，三氯乙酸(TCA)，四氯乙烯(PCE)，和三氯乙烯(TCE)；和非石油烃，包括甲醇和异丙醚。

59.如权利要求58所述的方法，其中水中存在的所述主要有机物质被减少到浓度低于约5.0μg/L的水平。

60.如权利要求59所述的方法，其中水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约2.0μg/L的水平。

61.如权利要求59或权利要求60所述的方法，其中水中存在的所述有机物质被减少到浓度低于约1.0μg/L的水平。

62.如权利要求58至权利要求61中任一项所述的方法，其中所述方法的步骤如权利要求2至权利要求16中任一项所另外要求的。

63.一种用于从水中去除一定量物质的两段式泡沫层分离方法，所述水被所述物质污染，所述方法包括以下第一阶段步骤：

-允许包含初始浓度的所述物质的初始量的水经由进入第一腔室的入口进入该第一腔室；

-将气体流引入到第一腔室，其中所述引入气体诱导第一腔室中水的流动；

-产生泡沫层，所述泡沫层形成于第一腔室中所述水流和引入气体流的界面处并且高出该界面，该泡沫层包括一定量的水并且还包含当与物质初始浓度相比时富集量的所述物质；

-从第一腔室的上部去除至少一些泡沫层，并将所述泡沫层转移到第二腔室，由此使得在所述转移步骤期间或之后，泡沫层基本塌陷；

其中当足够的塌陷泡沫层已被转移到第二腔室时，所述方法随后包括以下第二阶段步骤：

-将气体流引入到第二腔室，其中所述引入气体诱导第二腔室中的水的流动；

-产生泡沫层，所述泡沫层形成于第二腔室中所述水流与引入气体流的界面处并高出该界面，该泡沫层包括一定量的水还有当与物质在第二腔室中的初始浓度相比时进一步富集量的所述物质；

-从第二腔室的上部去除至少一些泡沫层，并将所述泡沫层转移到另一个容器，随后经历另一个处理步骤。

64.如权利要求63所述的泡沫分离方法，其中所述物质包括全氟烷基或多氟烷基物质(PFAS)，由此使得第一腔室中的泡沫层包含的水量少于所述腔室中初始水量的约10％，并且PFAS的富集量多于其在水中的初始浓度的约10倍。

65.如权利要求64所述的泡沫分离方法，其中在产生泡沫层之后，保留在第一腔室中的水中的PFAS的浓度低于约5μg/L。

66.如权利要求63或权利要求64所述的泡沫分离方法，其中第一腔室中的泡沫层包含的水量少于所述腔室中初始水量的约5％，并且PFAS的富集量多于其在水中的初始浓度的约20倍。

67.如权利要求66所述的泡沫分离方法，其中在产生泡沫层之后，保留在第一腔室中的水中的PFAS的浓度低于约1μg/L。

68.如权利要求63至权利要求67中任一项所述的泡沫分离方法，其中第二腔室中产生的泡沫层包含的水量少于所述第二腔室中的初始水量的约5％，并且PFAS的富集量多于其在所述第二腔室中的水中的初始浓度的约20倍。

69.如权利要求68所述的泡沫分离方法，其中在产生泡沫层之后，保留在第二腔室中的水中的PFAS浓度低于约4μg/L。

70.如权利要求63至权利要求67中任一项所述的泡沫分离方法，其中第二腔室中的泡沫层包含的水量少于所述第二腔室中的初始水量的约3％，并且PFAS的富集量多于其在第二腔室的水中的初始浓度的约35倍。

71.如权利要求70所述的泡沫分离方法，其中在产生泡沫层之后，保留在第一腔室中的水中的PFAS的浓度低于约2μg/L。

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