从水相流体去除污染物的装置和方法

摘要

本发明涉及一种用于至少部分地去除受污染流体（103）中的污染物的系统（100）。该系统包括具有流体入口（108）和流体出口（109）的反应容器（101）。流体入口（108）和流体出口（109）被设置成可在流体流动方向上将受污染流体（103）从流体入口（108）引导至流体出口（109），该流体流动方向至少具有反向平行于重力的分量。该系统（100）还包括连接至流体入口（108）的流体供给单元（104），以通过流体入口（108）向反应容器（101）内供给受污染流体（103）。反应容器（101）内填充有反应颗粒（102）。流体供给单元（104）适于控制流体入口（108）和流体出口（109）之间的受污染流体（103）的流动速度，使得受污染流体（103）经过反应颗粒（102）的流动形成该反应颗粒（102）的流化床，由此通过污染物与反应颗粒（102）的反应，至少部分地去除受污染流体（103）中的污染物。至少80%的反应颗粒（102）的尺寸大于2mm。

权利要求

1.一种用于至少部分地去除受污染流体(103)中的污染物的方法，所述方法包括：

引导受污染流体(103)经过反应容器(101)的流体入口(108)进入反应容器(101)，其中，受污染流体(103)在流体流动方向上从反应容器(101)的流体入口(108)流向流体出口(109)，所述流体流动方向至少具有反向平行于重力的分量，以及其中，将与污染物反应的反应颗粒(102)填充到反应容器(101)内，其中，至少80％的反应颗粒(102)的尺寸在2mm和6mm之间；

控制流体入口(108)和流体出口(109)之间的受污染流体(103)的流动速度，以使受污染流体(103)经过反应颗粒(102)的流动形成所述反应颗粒(102)的流化床，由此，通过污染物与反应颗粒(102)的反应，至少部分地去除受污染流体(103)中的污染物；

通过反应颗粒(102)相对于彼此的湍流运动，反应颗粒(102)的表面发生了机械性磨损，以便从粘性反应产物部分清洁反应颗粒(102)的表面，使得再次露出反应颗粒(102)的表面。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将反应容器(101)内受污染流体(103)的pH值设为小于7或8，大致设为4。

说明书

从水相流体去除污染物的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于去除受污染流体中的污染物的系统。而且，本发明涉及一种用于去除受污染流体中的污染物的系统的便携系统。此外，本发明涉及一种用于去除受污染流体中的污染物的方法。

背景技术

[0002] 受污染的流体，例如受污染的污水或受污染的地下水，可能例如是被重金属或铬化合物污染的。为了降低毒性，受污染流体与反应剂发生反应，从而生成具有较低毒性的惰性反应产物。

[0003] 特别地，通过氧化还原反应，可以降低多种有机和无机污染物的毒性。因此，通过还原污染物的电子排布，污染物可被转换成具有较低毒性的反应产物。此外，通过氧化还原反应，化合物可以被转化成固体化合物，其中，该固体化合物可在过滤、浮选或沉降步骤中与去污染的流体分离。

[0004] US2005/0133458A1公开了一种用于降低水中高氯酸盐的铁浓度的设备。受污染的水被供给到光化学反应器。在光化学反应器中，在与重力相反的、向上方向上流动的受污染水使铁颗粒保持悬浮，并在光化学反应器中形成铁颗粒的流化床。该流化床进一步暴露于紫外线辐射。

[0005] EP0499928A1公开了一种从水相流出物去除铜离子的方法。反应器形成类似塔形。在反应器的塔中，使受铜污染的流体流过铁颗粒，从而经由铜离子与铁颗粒的反应生成惰性铜化合物，进而形成流化床。可通过流化作用临界速度控制塔中流化床的状态。

[0006] US2005/0133458A1和EP0499928A1描述了使用具有小尺寸的铁颗粒来获取大颗粒表面，以用于加速与污染物的反应。因此，形成流化床的受污染流体的流动速度较低，使得小的铁颗粒不会被受污染流体的高流速带走。因此，建议颗粒尺寸不应超过800-900微米。

[0007] US5,380,441A公开了一种通过使用机械搅动铁颗粒从受污染溶液中去除铬的装置。将金属铁颗粒加入受污染溶液中，使得受污染溶液中的六价铬还原为三价铬，同时铁被氧化为三价铁。据描述，铁颗粒的尺寸必须足够大，以在搅拌颗粒时提供足够的摩擦力，从而清洁颗粒表面。特别地，钢颗粒包括大于6.35mm的直径。受污染溶液被置于塑料烧杯中，并且使用磁性搅拌杆搅拌具有铁颗粒的溶液。在铁颗粒与污染物反应后，对溶液进行离心分离，以去除反应产物。

[0008] US4,108,770A公开了一种利用铁颗粒还原六价铬化合物的铬还原方法。铁颗粒被填充在反应器中并置于反应器的底部上。铁颗粒的尺寸大于6.35mm，从而使颗粒保持在反应器底部上，并防止铁颗粒生成密集且不可穿过的堆积。受污染流体沿着重力方向穿过铁颗粒的堆积而渗出。

发明内容

[0009] 需要提供一种用于去除受污染流体中的污染物的系统，其中，该系统应该有效地减少污染物而不需要复杂和昂贵的系统组件。

[0010] 通过根据独立权利要求的用于从受污染流体中去除污染物的系统以及用于从受污染流体中去除污染物的便携系统和方法，满足该需要。

[0011] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于至少部分地去除受污染流体中的污染物的系统。该系统包括反应容器和流体供给单元。反应容器包括流体入口和流体出口。流体入口和流体出口以下述方式设置，即，在至少具有反向平行于重力的分量的流体流动方向上，受污染流体可从流体入口流动（被引导）至流体出口。流体供给单元连接至流体入口，用于通过流体入口向反应容器内供给受污染流体。与污染物反应的反应颗粒被填充到反应容器内。流体供给单元控制流体入口和流体出口之间的受污染流体的流动速度，使得经过反应颗粒的受污染流体的流动形成该反应颗粒的流化床，由此，通过污染物和反应颗粒的反应，至少部分地去除受污染流体中的污染物。特别地，至少80%的反应颗粒的尺寸大于2mm（毫米）。

[0012] 根据本发明的另一方面，提供一种用于至少部分地去除受污染流体的方法。根据该方法，受污染流体通过反应容器的流体入口被供给（被引导）至反应容器内。受污染流体在流体流动方向上从反应容器的流体入口流动至流体出口，该流体流动方向至少具有反向平行于重力的分量。与污染物反应的反应颗粒被填充在反应器内，其中至少80%的反应颗粒的尺寸大于2mm。在流体入口和流体出口之间的受污染流体的流动速度以以下方式受控，即，使得经过反应颗粒的受污染流体的流动形成该反应颗粒的流化床，由此，通过污染物和反应颗粒的反应，至少部分地去除受污染流体中的污染物。

[0013] 通过术语“反应容器”来描述流化床反应器，特别是腾涌床反应器。在流化床反应器中，反应颗粒从静态的类固态转换成动态的类流（流化）态。这通过下述方式产生，即，沿流体流动方向供给并引导受污染流体经过流化床反应器中的反应颗粒，其中该流动方向至少具有反向平行于重力的分量。特别地，沿着与重力相反的（基本）垂直的方向引导受污染流体的流体流动。

[0014] 如果受污染流体是通过反应颗粒的类固体床的底部被引入的，那么该受污染流体经由反应颗粒之间的空的空间被向上引导通过反应颗粒。当达到预定流动速度时，流体动力曳力开始在反向平行于重力的方向上施加反作用力，使得反应颗粒床的体积扩展并且使颗粒移动并彼此分离。最终，当受污染流体达到特定流动速度时，曳力与向下作用的重力相等，使得反应颗粒开始悬浮在受污染流体中。因此，在曳力等于向下作用的反应颗粒的重力的状态下，便形成流化床。换句话说，当由受污染流体作用在反应颗粒上的曳力等于作用在反应颗粒上的向下作用的重力时，反应颗粒形成流化床。在流化床中的反应颗粒包括基本的流体特性。

[0015] 通过受污染流体的流动速度，在反应容器中的流化床的（垂直）延伸，也就是（垂直）高度，是可调节的。反应颗粒形成流化床的流动速度取决于反应颗粒的尺寸和重量。比反应颗粒小的颗粒离开流化床并且与受污染流体一起流出反应器容器。特别地，通过受污染流体的流动将较小颗粒输送到反应容器顶部并通过流体出口。惰性反应产物或磨损颗粒可以形成较小颗粒。

[0016] 反应颗粒的尺寸大于约2mm。特别地，反应颗粒的尺寸限定在约2mm（毫米）和约6mm之间，特别地，在约2mm至约4mm之间，并且特别地，在约3mm和4mm之间。

[0017] 此外，根据本发明，至少约80%至100%的反应颗粒包括上述定义的颗粒尺寸。优选地，约80%或约90%的反应颗粒包括约大于2mm的颗粒尺寸。

[0018] 术语“受污染流体”描述了一种流体，特别是一种液体或水介质，在该流体中存在特定数量（浓度）的（毒性）污染物。当受污染流体经过一个或多个反应容器时，该受污染流体可称为“去污染流体”，因为已经通过各个容器中的反应颗粒去除了或至少很大程度上降低了污染物的浓度。

[0019] 选择反应颗粒（也就是反应微粒），使其与受污染流体中的预定污染物反应。反应颗粒与污染物的反应产生反应产物。

[0020] 特别地，与受污染流体中的污染物浓度相比，反应产物具有较低毒性。特别地，反应产物可以是惰性反应产物，其与污染物相比具有较小活性。通过反应颗粒的直径来定义反应颗粒的尺寸。特别地，通过索特尔平均直径定义该尺寸，其表示平均颗粒尺寸。

[0021] 在流化床中，反应颗粒相对于彼此湍流并随机移动。通过流化床中反应颗粒的湍流运动，实现了受污染流体中的污染物和反应颗粒的均匀且良好的相互混合。因此，实现了受污染流体中的污染物与反应颗粒的更快反应。

[0022] 此外，通过反应颗粒相对于彼此的湍流运动，反应颗粒表面发生了机械性磨损，以便从粘性（惰性）反应产物部分清洁反应颗粒的表面，使得再次露出反应颗粒的表面。因此，磨损颗粒由惰性反应产物构成，并包括比反应颗粒小的较小尺寸。磨损颗粒可由与反应颗粒相同的材料构成，并仅具有比反应颗粒小的较小尺寸。因此，由于惰性反应产物的磨损颗粒的或反应颗粒材料的较小尺寸，惰性反应产物和磨损颗粒与受污染流体一起沿着垂直方向流动至流体出口，并因此从反应容器排出。

[0023] 因此，通过本发明，实现了连续操作的污染物降低系统，其中，反应颗粒包括自清洁功能，且其中惰性反应产物自动从反应容器排出而不需要清洗步骤或维护步骤。

[0024] 在常规方法中，流化床中使用的颗粒的尺寸小于0.9mm，以用于形成反应颗粒的较大反应表面，从而获取有效的污染物降低反应器。与常规方法相反，根据本发明的反应颗粒的尺寸大于2mm。这会产生令人吃惊的效果，即，尽管反应表面较小并且经过反应颗粒的受污染流体的流动速度对于流化床的生成而言较高，但由于受污染流体中的反应颗粒的更多湍流和更快运动，实现了污染物与反应颗粒的更有效的反应。

[0025] 反应颗粒可包括零价铁或含铁成分材料。而且，反应颗粒可以添加有铁。

[0026] 受污染流体中的污染物可以包括六价铬。而且，污染物可包括选自下述组中的至少一种元素，该组由重金属、类金属和重金属或类金属的化合物构成。其示例是镍、铅、铁、锰、砷、镉、钼、铜、锌、水银、硒、钴和铀。

[0027] 此外，污染物可包括有毒阴离子，例如溴化物、氯化物、硝酸盐、磷酸盐和氰化物。

[0028] 此外，污染物可包括有毒有机物质。

[0029] 此外，污染物可包括卤代烃，例如四氯化碳、全氯乙烷和氯仿。

[0030] 此外，污染物可包括选自下述组中的至少一种元素，该组包括硝基化合物、腈类化合物以及偶氮化合物。

[0031] 根据本发明的另一示例性实施方式，供给单元适于以下述方式控制在流体入口和流体出口之间的受污染流体的流动速度，即，使得可在反应容器内沿着垂直方向调节流化床的垂直高度。

[0032] 特别地，当反应颗粒处于流化状态时，其可以填充反应容器体积的50%至95%，优选为70%至85%。在流化状态中，反应颗粒形成流化床。

[0033] 因此，可以在流体输出下方（垂直地）限定所调节的垂直高度。因此，在流化床内湍流移动的反应颗粒不会到达流体出口，从而防止因通过流体出口排出受污染流体而引起的反应颗粒的不期望排放。因此，可通过流体供给单元调节流化床的预定延伸，也就是垂直高度，以使反应颗粒可以保持在流化床内并因此位于反应容器内。此外，过滤装置可以省掉。因此，可以降低必须重新填充反应颗粒的反应容器的维修周期。通过精确调整流化床的高度，不需要分离装置，也不需要清洁分离装置。

[0034] 根据本发明的另一示例性实施方式，流体供给单元适于以下述方式控制受污染流体在流体入口和流体出口之间的流动速度，即，使得受污染流体以大致活塞流机制流动通过流化床。活塞流描述了管状容器中的速度曲线，其中，受污染流体的速度在垂直于容器中心（也就是垂直）轴的容器横截面上基本保持恒定。通过形成受污染流体的活塞流，使受污染流体的流动边界层保持为较小，从而可获取均匀速度曲线。因此，通过受污染流体，可形成稳定和有效的流化床。

[0035] 换句话说，通过形成活塞流机制，反应容器成为腾涌床反应器。

[0036] 在腾涌床反应器中，流化床成为腾涌床，其是这样一种床：液泡占据整个容器横截面并将床分割成层。特别地，通过使清液区域向上移动经过腾涌床反应器来分离堆积的反应颗粒堵塞物。

[0037] 根据流化床相位图（也称Reh-Diagram；VDI Heat Atlas；第九版,第Lcb4页），起泡流化床（包括活塞流机制）应包括在流化床中占约60%至80%的流体体积（孔隙体积）。换句话说，在活塞流中，反应颗粒的体积是约20%至40%。穿过反应容器以用于形成活塞流的受污染流体的流动速度通过下述方程式计算：

[0038]

[0039] 项（1-α）2,4估计反应颗粒的必要群校正（swarm correction），其中α表示活塞流中固相的容积率。

[0040] vs受污染流体的流动速度（m/s）；

[0041] 反应颗粒的索特尔平均直径（m）；

[0042] g重力加速度（m/s2）；

[0043] ρp反应颗粒的密度（kg/m3）；

[0044] ρI受污染流体的密度（kg/m3）；

[0045] CD曳力系数（-）

[0046] Re雷诺数（-）

[0047] 根据另一示例性实施方式，反应容器进一步包括用于将反应颗粒保持在反应容器中的约束系统（例如，网格）。如果颗粒例如由于系统的振动或其它干扰而从流化床分离，则约束系统将迫使反应颗粒被保持在反应容器中。靠近流体出口安装约束系统。此外，约束系统可以安装在反应容器的底部区域中，这样，如果系统没有被激活，则约束系统形成用于反应颗粒的支撑表面，以使反应颗粒不会因重力被排出。

[0048] 根据另一示例性实施方式，该系统进一步包括另一约束系统，其中另一约束系统安装在反应容器外的流体出口的下游，使得从反应容器流出的去污染流体通过该另一约束系统，在反应容器外与反应颗粒分离。如果该另一约束系统安装在反应容器外侧，那么其将更易于接近。因此，实现了另一约束系统的更简单的清洁或更换。

[0049] 根据另一示例性实施方式，该另一约束系统包括用于使反应颗粒与去污染流体分离的过滤器装置和/或旋液分离装置。旋液分离装置是基于其向心力与流体阻力的比使反应颗粒与去污染流体分离的装置。旋液分离装置包括圆锥形底部和顶部的圆柱部分，在该顶部的圆柱部分处切向地供给从反应容器流出的去污染流体。去污染流体沿着圆柱壁环形流动，使得向心力作用在去污染流体上。由于去污染流体和反应颗粒的不同质量和密度，两者彼此分离。

[0050] 根据另一示例性实施方式，该系统还包括再循环管，其连接至流体出口和流体供给单元，使得通过流体出口从反应容器流出的受污染流体返回到流体供给单元，并再次通过流体入口进入反应容器中。因此，能够对经过反应器的受污染流体进行多个循环的清洁。例如，受污染流体可以多次（多循环地）经过反应容器内反应颗粒的流化床，从而与与单次通过流化床相比能去除更多的污染物。

[0051] 可以将阀安装到再循环管上，使得在最后一个循环的流动后，污染物降低的受污染流体（或者去污染流体）可以被重新指引和引导至其最终目的地，例如收集槽。

[0052] 根据本发明的另一示例性实施方式，该系统还包括用于受污染流体的储液器。储液器被设置成使受污染流体被供给到流体入口。（工业）污水和废水可供给到该储液器。此外，该储液器可以是用于收集例如待清洁的雨水的开口储液器。在本发明的另一示例性实施方式中，储液器是位于地面中的水坑。因此，储液器是在地面中凿出的，使得可通过水坑收集来自受污染土壤和地面的受污染流体。该系统可以连接至水坑，使得可在系统的反应容器内清洁水坑内的受污染流体。

[0053] 上述系统可用于长期应用，因为反应颗粒可对自身清洁（自清洁性能）并被保持在反应容器（通过阻止清洗颗粒）中，使得上述系统适用于永久操作，以用于例如清洁受污染土壤。

[0054] 根据另一示例性实施方式，该系统包括具有另一流体入口和另一流体出口的另一反应容器。另一流体入口和另一流体出口以下述方式设置，即，使得受污染流体可在流体流动方向上从另一流体入口流动到另一流体出口，其中流体流动方向至少具有反向平行于重力的分量。此外，与污染物反应的反应颗粒被填充在另一反应容器内。在另一流体入口和另一流体出口之间的受污染流体的另一流动速度以下述方式被调节，即，使得受污染流体经过另一反应颗粒的流动形成该另一反应颗粒的流化床，由此，通过污染物与另一反应颗粒的反应，至少部分地去除受污染流体中的污染物。

[0055] 通过本发明的示例性实施方式，另一反应容器（可为多个）可以串联或并联地连接至反应容器（可为多个）。该另一反应容器与上述和下述的反应容器在构造上可相同，并可具有类似特征。

[0056] 另一反应颗粒可由与上述反应颗粒相同的成分制造，或者可包括与上述反应颗粒不同的成分。因此，如果另一反应颗粒不同于上述反应颗粒，那么与反应容器相比，不同污染物会反应产生另一（惰性）反应产物。

[0057] 根据另一示例性实施方式，另一反应容器以下述方式设置，即，使得另一反应容器从储液器接收受污染流体。因此，反应容器和另一反应容器以并联方式连接。在该示例性实施方式中，可以清洁较大容积的受污染流体，因为较高质量流的受污染流体可以供给到多个反应容器中。

[0058] 根据另一示例性实施方式，另一反应容器以下述方式设置，即，使得该另一反应容器可从前一个反应容器的流体出口接收受污染流体。因此，通过该示例性设置，反应容器和另一反应容器以串联连接。因此，受污染流体可顺序流经反应容器和另一反应容器，以便在各个反应容器的各自的流化床中与反应颗粒进行更多个循环的反应。因此，通过串联连接的多个反应容器实现了受污染流体中污染物的更有效降低。此外，在反应容器和另一反应容器的上述示例性设置中，可以在各个反应容器中填充不同的反应颗粒，使得可从受污染流体去除不同种类的污染物。

[0059] 根据本发明，多个反应容器和另一反应容器可以在一个共用系统中串联和/或并联连接，从而形成用于去除受污染流体中的污染物的有效系统。

[0060] 根据另一示例性实施方式，提供一个连接至流体出口和/或另一流体出口的收集容器。该收集容器收集从反应容器排出的去污染流体，其中该去污染流体包括反应产物，该反应产物是污染物与反应颗粒反应的结果。

[0061] 在下述说明中，经清洁和回收的流体称为去污染流体。去污染流体是在一个或多个循环地经过（另一）容器后离开反应容器或多个（另一）反应容器的流体。与受污染流体相比，去污染流体包括较低浓度的污染物。在某些情况下，从去污染流体去除了所有污染物。

[0062] 因此，通过收集去污染流体和惰性反应产物，提供了对去污染流体的存储和排放。此外，去污染流体包括上述磨损颗粒，由于与反应颗粒相比，磨损颗粒具有较小尺寸，所以磨损颗粒离开流化床并通过去污染流体的流动而排出。因此，如果去污染流体中仍聚集有磨损颗粒，那么磨损颗粒会与污染物发生后反应。这导致进一步降低去污染流体中的污染物。

[0063] 此外，根据本发明的另一示例性实施方式，收集容器被形成为使得絮凝物可被注射到收集容器中，以用于使来自去污染流体的反应产物絮凝。絮凝物形成悬浮在去污染流体中的大块惰性反应产物。大块惰性反应产物因重力而沉淀并与去污染流体分离。

[0064] 根据另一示例性实施方式，该系统还包括连接至收集容器以用于从去污染流体分离惰性反应产物的分离单元。该分离单元可包括例如挡板增稠剂（thickener）。

[0065] 根据另一示例性实施方式，该系统还包括连接至分离单元的压力单元，其用于去除水并将反应产物压成固体块。压力单元可包括例如厢式压滤机，其中絮凝的惰性反应产物可以被压成固体块。固体块便于存储和运输。

[0066] 根据另一示例性实施方式，该系统还包括连接至分离单元的另一收集容器。该另一收集容器被设置成用于从分离单元接收去污染流体。在另一示例性实施方式中，可将还原剂提供给该另一收集容器。例如，还原剂可以调节中性pH-值（例如，pH-值7），使得去污染流体可以返回地面。在该连接中，各种还原剂（例如，铁-II-硫酸盐，铁-II-氯化物或亚硫酸氢钠）或表面活性剂（例如，活化剂）可以改进对补救受污染部分产生的影响。

[0067] 根据另一示例性实施方式，该系统还包括喷射单元，其被设置成用于在去污染流体移动经过反应容器之后将其喷射到地面。去污染流体在经过反应容器之后得到充分清洁，使得去污染流体可以返回地面。为了平稳地将去污染流体喷射到地面，喷射单元可以将去污染流体分布到地面的特定区域或空间。此外，喷射单元可适于将去污染流体喷射到较深的地层。

[0068] 根据另一示例性实施方式，该系统被配置为便携式系统（例如，用于室内试验用途），其包括具有运输元件的运输单元，以用于运输该系统。

[0069] 该运输元件可包括例如用于滚动承载单元的滚筒。此外，运输元件可包括手柄，以用于简化便携式系统（例如，试验型）的携载。此外，运输元件可包括连接元件，其用于将运输单元连接至运输装置，该运输装置为例如手推车或机动车辆。

[0070] 此外，根据本发明的示例性实施方式，上述系统的各组件，例如反应容器、流体供给单元、再循环管和/或若干单元（例如，分离单元和喷射单元等）可包括快速连接器，使得可以快速并以模块化方式连接该系统的每个组件。因此，该系统可根据行为地的需要而进行调整。例如，通过使用快速连接器将期望数量和类型的反应容器连接在一起，可以快速调节反应容器的数量。每个反应容器可包括相同或不同的反应颗粒，使得系统可被定制成去除预期的数量的污染物或定制为去除期望类型的污染物。因此，可根据系统行为地的要求对系统进行调节。

[0071] 例如，如果使用模块化系统，可将控制单元连接至流体供给单元，以用于控制受污染流体的流动速度。特别地，对于多个相连接的反应容器中的每个反应容器，可以单独调节流动速度。因此，实现了可定制的适应性污染物去除系统。

[0072] 根据该方法的另一示例性实施方式，在反应容器中的受污染流体的pH-值可被设定为小于7或8，大致在约1至6之间，大致在1至4之间，或大致在1至2之间。

[0073] 应该注意的是，已经参考不同的主题描述了本发明的实施方式。特别地，已经参考产品类权利要求描述了一些实施方式，并且已经参考方法类权利要求描述了其它实施方式。然而，本领域的技术人员会从上述和下述的说明中理解，除非另有说明，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合外，以及不同主题的特征之间的任意组合，特别是产品类权利要求的特征和方法类权利要求的特征之间的任意组合，也被归入本申请的公开内容。

附图说明

[0074] 通过下文中待描述的实施方式的示例，能够清楚获知本发明上面定义的方面和其他方面，并且参考实施方式的示例对其进行阐释。下面将参考实施方式的示例更加详细地描述本发明，本发明不限于这些实施方式的示例。

[0075] 图1示出了根据本发明的示例性实施方式的用于去除受污染流体中的污染物的系统；

[0076] 图2示出了根据本发明的示例性实施方式的多个反应容器的并联连接的示意图；

[0077] 图3示出了根据本发明的示例性实施方式的多个反应容器的串联连接的示意图；

[0078] 图4示出了根据本发明的示例性实施方式的污染物去除系统的示意图；

[0079] 图5示出了根据本发明的示例性方法在特定时间周期内Cr（VI）的降低过程的图表；

[0080] 图6示出了显示根据本发明的示例性方法在经过反应容器的每个循环中Cr（VI）降低的图表；以及

[0081] 图7示出了根据本发明的示例性方法在反应容器中具有不同颗粒尺寸的反应颗粒的堆积分布的图表。

[0082] 附图标记列表：

[0083] 100：系统

[0084] 101：反应容器

[0085] 102：反应颗粒

[0086] 103：受污染流体

[0087] 104：流体供给单元

[0088] 105：储液器

[0089] 106：收集容器

[0090] 107：再循环管

[0091] 108：流体入口

[0092] 109：流体出口

[0093] 110：阀

[0094] 111:上部约束系统

[0095] 112：下部约束系统

[0096] 201：另一反应容器

[0097] 202：另一反应颗粒

[0098] 203：另一流体入口

[0099] 204：另一流体出口

[0100] 401：絮凝单元

[0101] 402：分离单元

[0102] 403：另一收集容器

[0103] 404：还原剂单元

[0104] 405：压力单元

[0105] 406：喷射单元

[0106] 407:缓冲罐

[0107] 408：酸喷射单元

具体实施方式

[0108] 附图中的阐释是示意性的。应注意，在不同附图中，类似或相同的元件具有相同的附图标记。

[0109] 图1显示了用于至少部分地去除受污染流体103中的污染物的系统100。该系统100包括具有流体入口108和流体出口109的反应容器101。流体入口108和流体出口109以下述方式设置，即，使得受污染流体103可在流体流动方向上从流体入口108被引导到流体出口109，该流体流动方向至少具有反向平行于重力的分量。此外，该系统100包括流体供给单元104，其连接至流体入口108，以通过流体入口108向反应容器101内供给受污染流体103。

[0110] 与污染物反应的反应颗粒102被填充到反应容器101内。流体供给单元104适于以下述方式控制流体入口108和流体出口109之间的受污染流体103的流动速度，即，使得受污染流体103经过反应颗粒102的流动，形成该反应颗粒102的流化床。通过使受污染流体103流动经过反应颗粒102，受污染流体中的污染物因与反应颗粒102反应生成（例如，固体的）惰性反应产物而被去除。

[0111] 反应颗粒102，例如铁颗粒，包括约大于2mm的尺寸。在反应容器101内，至少约80%的反应颗粒具有约大于2mm的尺寸。流体供给单元104包括例如可控泵，其可以控制受污染流体103流向反应容器101的流动速度。

[0112] 约束系统111、112安装到反应容器101。如图1所示，下部约束系统112沿着反应容器101的横截面延伸。该下部约束系统112形成为，使得反应颗粒102在例如重力方向上不能通过该下部约束系统112。因此，即使在系统100的非激活操作模式中，反应颗粒102也不会通过流体入口108离开反应容器101。

[0113] 流体供给单元104以下述方式控制流动速度，即，使得可在反应容器101内沿着基本垂直的方向精确调整流化床的尺寸，尤其是其高度。受污染流体103的较大流动速度在反应容器101内形成垂直方向上的较大尺寸的流化床。因此，能够以下述方式调整流化床的（垂直）高度，即，使得流化颗粒102不会离开流体出口109。由于扰乱和振动，会有不期望数量的反应颗粒102离开流化床并溢出，这使得一些反应颗粒102经过流体出口109离开反应容器101。为了降低这种风险，在反应容器101上安装一个上部约束系统111，以用于防止反应颗粒102流动经过流体出口109。

[0114] 在流化床内，反应颗粒102包括湍流运动。该湍流运动增加了受污染流体103内的污染物和反应颗粒102的反应速率。此外，由于反应颗粒102的湍流运动，反应颗粒102彼此碰撞，使得反应颗粒表面彼此摩擦。因此，反应颗粒102的表面以自动方式自清洁。

[0115] 通常，由反应颗粒102的磨蚀生成的惰性反应产物小于反应颗粒102。由于受污染流体的流动速度，较小尺寸的惰性反应产物从流化床中被引出并离开反应容器101。因此，通过控制流动速度，反应颗粒102被保持在流化床内而不会流出反应容器101。同时，从反应容器101中排出反应产物而不需要另外的过滤单元。

[0116] 此外，如图1所示，再循环管107可将反应容器101的流体出口109与填充有受污染流体103的储液器105连接，或者至少与流体供给单元104的上游连接。因此，能够形成受污染流体103的循环流动，以使受污染流体103可以多次流经反应容器101。再循环管107可以连接至储液器105或流体供给单元104(的上游)。来自储液器105的受污染流体
103供给到流体供给单元104。

[0117] 另一约束系统能够以下述方式安装在反应容器101外的流体出口109的下游，即，使得从反应容器101流出的去污染流体在反应容器101外与反应颗粒102分离。该另一约束系统可以安装在再循环管107中或者安装在反应容器101下游用于引导流体的其它管道中。

[0118] 流体出口109的下游（相对于受污染流体103的流动方向）可设置阀110。阀110可以控制受污染流体103流向再循环管107或其他相连接的单元（例如，收集容器106）的流动。例如，在受污染流体103多次循环经过反应容器101后，阀110切换并引导受污染流体103流向收集容器106。因此，受污染流体103可流动经过反应容器101，直到污染物被充分去除，使得受污染流体103被供给到收集容器106。

[0119] 图2示出了图1中所示的系统100的示例性布局，不同的是，另一反应容器201被并联连接至反应容器101。每个反应容器101、201可由储液器105供给受污染流体103。流体供给单元104可以单独控制每个反应容器101、201中的受污染流体103的流动速度。受污染流体103在每个容器101、201中的流动速度是相同的。另一方面，在流体供给单元104下游处的管连接可通过另外的阀门和管件调节，以用于以下述方式控制每个反应容器101、201中的受污染流体103，即，使得受污染流体103在每个反应容器101、201中形成单独并分离的流动速度。

[0120] 另一反应容器201包括另一反应颗粒202，该另一反应颗粒202可与反应容器101中的反应颗粒102相同或不同。各个阀110可以连接至每个反应容器101、201的下游，使得能够控制受污染流体103经过流体出口109的流动和经过另一流体出口204的流动。特别地，再循环管107可以将从反应容器101和/或从另一反应容器201排出的受污染流体引导至储液器105或流体供给单元104（的上游）。

[0121] 图3显示了图1和图2中的系统100，不同的是，反应容器101和另一反应容器201以串联连接。因此，受污染流体103首先流动经过反应容器101，随后经过另一反应容器201。为了引导受污染流体103，阀110可以安装在另一反应容器201的下游，使得能够单独控制受污染流体103（例如，流向再循环管107或收集容器106）的流动。

[0122] 可以在一个系统100中连接图2和图3中的示例性实施方式，使得该系统100包括多个串联的反应容器101、201和/或多个并联的反应容器101、201。

[0123] 图4示出了系统100的示例性实施方式。在图4所示的系统100中，仅显示了反应容器101，但图2和图3中显示的另一反应容器201的设置也可以应用至图4显示的系统100。

[0124] 在图4中，储液器105是在地面或土壤中凿出的用于收集地下水的水坑，地下水是受污染流体103的一个示例。受污染流体103被引导至缓冲罐407中，在使受污染流体103进入反应容器101之前，在该缓冲罐中分离（沉淀）例如沉淀物的大颗粒。此外，在进入反应容器101之前，设置酸喷射单元408。因此，酸喷射单元408能够控制受污染流体103的pH值。低于7或8（例如4.2至4.5）的pH值是有益的。因此，当受污染流体103含酸时，通过反应颗粒102和受污染流体103之间的氧化还原反应，会产生更多氢。在受污染流体103与反应颗粒102的反应中产生的氢是高活性的初生氢，使得污染物与反应颗粒之间的反应更加有效和快速地生成惰性反应产物。换句话说，初生氢加速了污染物与反应颗粒102的反应（也就是，例如与外部添加的分子氢相比，初生氢更有效地加速了反应）。

[0125] 流体供给单元104连接至储液器105的下游，从而控制反应容器101内的受污染流体103的流动速度。在经过反应容器101后，受污染流体103中的污染物被降低或被去除，使得受污染流体在经过（另一）反应容器101、201后变为去污染流体。去污染流体可被供给到收集容器106。絮凝单元401可连接至该收集容器106，其中，该絮凝单元适于将絮凝物喷射到去污染流体以及从反应容器101排出的反应产物中。絮凝物形成大块的反应产物，该大块的反应产物可能仍然处于悬浮中。分离单元402连接至收集容器106，其中固体反应产物与去污染流体分离。惰性反应产物可被供给到用于形成惰性反应产物固体块的压力单元405。

[0126] 剩余的去污染流体被供给到另一收集容器403。在另一收集容器403中，去污染流体被回收并以这种方式制备，即，使得去污染流体可被排至周围环境中，例如土壤中。例如，可通过还原剂单元404将还原剂或表面活性剂添加到另一收集容器403中，从而利用去污染流体制备还原溶液。

[0127] 去污染流体可被引导至喷射单元406，其将去污染流体喷射到土壤中。

[0128] 在下文中描述了本发明的示例性方法。在该示例性方法中，如下所述，污染物是六价铬，其由零价铁制造的反应颗粒102还原。惰性反应产物是三价铬。化学氧化还原反应如下：

[0129] Fe+CrO4-2+8H+→Fe+3+Cr+3+4H2O

[0130] 3Fe+2CrO4-2+l6H+→3Fe+2+2Cr+3+8H2O

[0131] 3Fe+2+CrO4-2+8H+→3Fe+3+Cr+3+4H2O

[0132] Fe+2H+→Fe+2+H2

[0133] 3H2+2CrO4-2+lOH+→2Cr+3+8H2O

[0134] 在该示例性方法中，使用5200g铁颗粒作为反应颗粒102。

[0135] 图5显示了反应区域中（也就是反应颗粒102的流化床中）受污染流体103的接触时间。项c表示Cr（VI）的测量浓度，并且c0表示Cr（VI）的初始浓度。在该示例性方法中，生产率是0.26L/s（升每秒），其中，总共回收了180L（升）的受污染流体。

[0136] 从图6可见，在受污染流体七次循环通过铁颗粒的流化床后，去除了几乎100%的六价铬，并且几乎100%的六价铬反应生成作为反应产物的三价铬。

[0137] 图7显示了在该示例性方法中所使用尺寸的反应颗粒102的堆积分布。如图7所示，通过铁制造的反应颗粒102实现了铬还原，其中，反应颗粒102的尺寸主要在3mm和4mm之间。

[0138] 应注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，在不同实施方式中描述的元件可以相组合。还应该注意，权利要求中的附图标记不应被视为是限制权利要求的范围。