处理地下水的系统和方法.pdf

一种用于从地下水中除去氟代烃和/或高氯酸盐物种的方法和装置，其可以利用含有疏水性聚合物基体的离子交换介质。氟代烃可被减至每万亿中若干份的水平，高氯酸盐可被减至每十亿中的低份数水平，从而使地下水适用于作为常规标准的饮用水消费。

1.  处理地下水的方法，包括：
提供含有至少一种浓度小于约十亿分之250份的氟代烃物种的地下水；和
使所述待处理地下水与具有疏水性聚合物基体的离子交换介质接触。

2.  权利要求1的方法，其中所述地下水含有至少一种浓度小于约十亿分之25份的氟代烃物种。

3.  权利要求1的方法，其中所述使所述待处理地下水与离子交换介质接触的步骤包括将所述至少一种氟代烃物种的水平降低到小于约万亿分之100份。

4.  权利要求3的方法，其中所述使所述待处理地下水与离子交换介质接触的步骤包括将所述至少一种氟代烃物种的水平降低到小于约万亿分之十份。

5.  权利要求1的方法，进一步包括提供含有至少一种浓度大于6微克/升的高氯酸盐物种的地下水。

6.  权利要求1的方法，其中所述至少一种氟代烃物种为PFOA和PFOS中的至少一种。

7.  权利要求1的方法，进一步包括提供对位于所述离子交换介质下游某处的处理过的地下水中的至少一种氟代烃物种的浓度表征。

8.  权利要求7的方法，其中所述表征基于所述至少一种氟代烃物种的至少一种替代物种的测量特征。

9.  权利要求1的方法，进一步包括使所述待处理地下水与离子交换介质在处理系统的容器中接触，其中基本上所述处理系统的所有润湿部件都基本不含氟代烃基材料。

10.  权利要求1的方法，进一步包括再生所述离子交换介质。

11.  权利要求1的方法，进一步包括从所述介质回收氟代烃。

12.  权利要求1的方法，进一步包括焚烧所述离子交换介质。

13.  权利要求1的方法，其中所述地下水从地下蓄水层获得。

14.  权利要求7的方法，其中响应于所述离子交换介质下游某处水中至少一种氟代烃物种的浓度表征，更换所述离子交换介质。

15.  权利要求1的方法，其中在预定的工作小时数之后更换所述离子交换介质。

16.  权利要求15的方法，其中所述预定小时数由在所述离子交换介质上游某处水中的至少一种氟代烃物种的实测浓度计算。

17.  权利要求1的方法，进一步包括对所述地下水进行后处理。

18.  权利要求17的方法，其中所述后处理步骤包括使所述水在离子交换介质精制床上通过。

19.  权利要求1的方法，进一步包括向包括饮用水源、家庭用水源和工业用水源中的至少一个在内的水源提供处理过的地下水。

20.  处理地下水的系统，包括：
含有至少一种浓度小于约十亿分之250份的氟代烃物种的地下水源；
与所述待处理地下水源呈液体连通的装有离子交换介质的容器，其中所述离子交换介质具有疏水性聚合物基体；和
用于提供所述容器下游某处水中至少一种氟代烃物种的浓度的表征的传感器。

21.  权利要求20的系统，其中所述容器中装有强碱离子交换介质。

22.  权利要求20的系统，其中所述疏水性聚合物基体包括苯乙烯和二乙烯基苯中的至少一种。

23.  权利要求20的系统，其中所述离子交换介质包括由氢氧化物、硫酸盐和氯化物形式的三乙胺、三丙胺和三丁胺官能团中的至少一种构成的官能结构部分。

24.  权利要求20的系统，其中所述传感器提供基于所述至少一种氟代烃物种的至少一种替代物种的测量特征的表征。

25.  处理水的系统，包括：
含有至少一种浓度小于约十亿分之250份的氟代烃物种的地下水源；
与所述地下水源呈液体连通的含有离子交换介质的离子交换床，其中所述离子交换介质具有位于疏水性聚合物基体上的官能结构部分；和
与饮用水源、家庭用水源和工业用水源中的至少一种呈液体连通的出口。

处理地下水的系统和方法
发明背景
1.发明领域
本发明涉及处理水的方法和系统，特别是涉及从地下水中去除氟代烃。
2.相关技术
使用粒状活性炭处理水的方法和系统已有公开。例如Cannon等人在美国专利US7,157,006中公开了从地下水中去除高氯酸盐的方法。
发明概述
本申请公开了处理水，特别是地下水的系统和方法。
本发明的一或多个方面涉及处理地下水的方法，包括提供含有至少一种浓度小于约十亿分之250份的氟代烃物种的地下水，和使所述待处理地下水与具有疏水性聚合物基体的离子交换介质接触。
本发明的一或多个方面涉及处理地下水的系统，包括含有至少一种浓度小于约十亿分之250份的氟代烃物种的地下水源，与所述待处理地下水源呈液体连通的装有离子交换介质的容器，其中所述离子交换介质具有疏水性聚合物基体，和设于所述容器下游某处用于提供至少一种氟代烃在水中的浓度的传感器。
本发明的一或多个方面涉及处理水的系统，包括含有至少一种浓度小于约十亿分之250份的氟代烃物种的地下水源，与所述地下水源呈液体连通的包含离子交换介质的离子交换床，其中所述离子交换介质具有位于疏水性聚合物基体上的官能结构部分，以及与饮用水源、家庭用水源和工业用水源中的至少一种呈液体连通的出口。
附图说明
附图不是按比例绘制的。其中，在不同附图中各个相同或近似相同的部件用相同数字表示。为清楚起见，可能并未在每个附图中都标明所有部件。在附图中：
图1是根据本发明一个方面的方法的流程图；
图2是说明可以实施本发明的一或多个实施方案的处理器或控制系统的示意图。
详细说明
本发明的应用并不仅限于在以下说明书或附图中给出的构造细节和部件布置。本发明还具有其它实施方案并能以不同方式实施或执行。同时，本文所用的措辞和术语也仅用于说明目的，不应被当作限制。本文所用的″包含″、″包括″、″具有″、″含有″、″涉及″及其变体是指包括其后所列项及其等价物，以及附加项。
全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)是地下水源中可能存在的污染物。人们怀疑这些化合物在被摄入后会对人体健康有不利影响。实验室动物研究发现，高水平的PFOA会具有不利发育的影响，可能对肝脏有毒，且可能与某些类型的癌症危险提高相联系。
PFOA是具有通式F(CF₂)₇CO₂H的含氟聚合物处理助剂。由于其化学稳定性、降低表面张力的能力及其产生稳定泡沫的能力，PFOA具有许多应用。PFOA和各种衍生物被用于含氟聚合物的制造、含氟聚合物分散体的制造、金属电镀、各种清洗和涂覆配方以及防火泡沫配方。PFOA还作为杂质存在于PFOS基产品如某些织物保护剂、防污剂、用于纺织品、纸和皮革的浸渍剂以及通用清洗产品中。
美国环保署(EPA)在2003年进行了一项初步危险评估，发现PFOA是普遍存在的，且在环境和人体内都长时间耐降解。PFOA在人体内的半衰期为约3.8年。PFOA可能会从存放了含PFOA或PFOS废物的垃圾掩埋场或从含氟聚合物生产厂的废水中浸入地下水。通过摄入受污染的水或摄入装在含全氟丁基乙烯(fluorotelemer)化合物的抗油包装内的食品如微波爆米花，其中所述全氟丁基乙烯化合物在被摄入后可以形成PFOA，从而PFOA会进入人体血液。
EPA和各州机构确定了在饮用水中PFOA和PFOS的最高推荐浓度水平。例如，明尼苏达州卫生局在2007年3月确定的PFOA和PFOS的最高可接受水平分别为十亿分之0.5份和十亿分之0.3份。
令人关注的另一种地下水污染物是高氯酸盐，特别是高氯酸根离子(ClO₄^-)。高氯酸盐也是许多管辖区域内限制的饮用水污染物。例如，在一个州，好的饮用水中高氯酸盐的最高允许污染水平(MCL)为6微克每升。
本发明的一或多个方面涉及水处理方法和系统，包括但不限于去除或至少部分降低至少一种不期望有的物种或其衍生物、复合物或盐的浓度的地下水修复。地下水修复被认为是包括从地下水中去除或至少降低一或多种杂质或不期望有的物种的浓度。在本发明的某些方面和实施方案中，水处理或地下水修复的方法可以包括足以将一或多种杂质或不期望有的物种的浓度降低到预定的期望水平之下的步骤。这些预定的期望水平有时可能是由条例规定的。在本发明的某些方面和实施方案中，水处理或地下水修复的方法可以包括足以将一或多种杂质或不期望有的物种的浓度降低到足以使处理过的水能被人当作饮用水安全消耗的水平的步骤。在此，术语″地下水″和″水″可互换。不过，这些术语并不包括工艺副产品流或来自制造工厂如含氟聚合物生产厂的废水。
本发明的一或多个方面可能包括提供地下水源。所述地下水可以包括至少一种不期望有的物种。所述至少一种不期望有的物种可以为限制物种。所述至少一种不期望有的物种可以为氟化物种或其复合物、附属物、衍生物或盐。所述至少一种不期望有的物种可以为氟代烃物种，也可以是全氟化物种。所述至少一种不期望有的物种可以以小于约十亿分之250份的浓度存在。本发明方法的某些方面可能包括提供含有至少一种浓度小于约十亿分之25份的不期望有的物种的地下水源。本发明方法的另一些方面可能包括提供含有至少一种浓度小于约十亿分之一份的不期望有的物种的地下水源。不期望有的氟代烃物种的例子可以包括全氟辛酸和全氟辛烷磺酸中的任意一个或两者。本发明的一或多个方面可能涉及提供含一或多种高氯酸盐的地下水源。所述高氯酸盐可以以6微克每升或更高的浓度存在于所述地下水中。
地下水可以由许多水源中的任一种提供，其非限制性例子包括地下含水层、泉水、渗出水、溪流、河水和井水。
如图1所示，根据本发明一或多个方面的方法100可以包括以下阶段或步骤：提供地下水进水源102、预先滤选引入的地下水104、预处理地下水106、处理地下水108、后处理处理过的水110、和提供处理过的水112。图1表示了本发明的一些方面和实施方案；本发明的其它方面和实施方案可以包括以不同次序执行的步骤，或与那些所示步骤相比包括额外的步骤或更少的步骤。
本发明还包括那些能执行图1所示步骤中的任意一个或多个的系统的实施方案。这类系统可以具有一或多个地下水供水子系统、一或多个预先滤选子系统、一或多个预处理子系统、一或多个处理子系统、一或多个后处理子系统和一或多个处理过的水输送子系统。某些实施方案可能还包括另外的子系统，而另一些实施方案可能并不包括所有这些子系统。
预先滤选104可以利用一或多个单元操作来进行，所述一或多个单元操作可以除去可能对下游单元操作有害或可能降低其效率的大污染物。预先滤选可能涉及基于物理或化学性质如尺寸、密度、化学反应性或电荷之类的差异将颗粒或污染物与地下水分离。根据本发明的一或多个方面，预先滤选可以包括使引入的待处理地下水通过至少一个筛或过滤器，其中所述至少一个筛或过滤器的开口或孔的尺寸小到足以从所述引入水中除去诸如污垢或小鹅卵石之类的颗粒。预先滤选可以包括其它从引入地下水中去除污染物颗粒的方法，如通过离心分离、重力分离、使所述地下水通过多孔性滤膜以及根据本发明的类似方法。
预处理106可以利用能使地下水为进一步的处理作好准备的一或多个单元操作来进行，其中所述准备通过改变地下水的一或多个特性从而使进一步的处理操作能更快或更有效地进行来完成。预处理106可以包括将一或多种不期望有的物种的状态改变到能被更好地处理或利于通过一或多个下游处理工艺处理的状态。例如，可以调节地下水的pH以使一或多种不期望有的物种变为离子形式。在某些实施方案中，预处理可能涉及降低一或多种不期望有的物种的浓度的步骤，以便于在后来步骤中降低一或多种其它物种的浓度。在进一步的实施方案中，预处理可能涉及将至少一种不期望有的物种的浓度从较高水平降低到能被下游处理步骤更好地处理的较低水平。根据本发明的一或多个方面，预处理可以包括使地下水通过反渗透系统、pH调节系统、离子交换系统、粒状活性炭或其它碳滤系统、以及其它可能有利于本发明不同方面的子系统。预处理可以还包括使引入水通过能除去生物杂质或其它杂质的系统，例如紫外线处理系统或热处理系统。在某些实施方案中，可以用来自其它水源例如饮用水源的水与所述地下水混合或对其进行稀释。
处理108可用于调节地下水的组成。处理108可以包括将至少一种不期望有的物种的浓度降低到期望水平的步骤。处理108可以利用能将待处理地下水中的一或多种不期望有的物种除去、降解、分解或捕获到某种形式的吸附介质上，或以某种其它方式修复水的一或多种单元操作来进行。例如，根据本发明一或多个方面的处理方法可以包括利用离子交换介质的处理，以将至少一种不期望有的物种的浓度降低到期望的、可接受的水平或目标水平。在某些实施方案中，此期望的、可接受的水平或目标水平可以为约万亿分之100份或更低。在一或多个实施方案中，对于一或多种不期望有的物种例如一或多种氟代烃物种来说，目标水平可以为小于约万亿分之十份。在一或多个进一步的实施方案中，对于一或多种不期望有的物种例如一或多种氟代烃物种来说，目标水平可以为小于约万亿分之一份。在一或多个实施方案中，对于一或多种不期望有的物种例如一或多种高氯酸盐物种来说，目标水平可以为小于约十亿分之六份。
根据本发明的一或多个方面，离子交换处理可以包括使待处理地下水与能够可逆或不可逆地捕获或俘获一或多种不期望有的物种的离子交换介质接触。所述离子交换介质可以包含一或多个能与待处理水中可能存在的所述一或多种不期望有的物种结合的侧基官能团。所述离子交换介质可以具有疏水性主链。此主链可以为疏水性聚合物基体。所述离子交换介质可以促进一或多种目标物种的输送。所述离子交换介质可以包含包括例如孔径、主链材料和官能团在内的特征的组合，其中所述特征有利于从待处理地下水中除去或降低所述一或多种不期望有的物种的浓度的动力学。可以设置所述离子交换介质，以提供高流量的通过所述系统的待处理地下水。所述离子交换介质可以包括呈珠、薄膜或粉末形式的介质。所述离子交换介质也可以是树脂形式的。
本发明的一或多种方法可以包括在处理阶段108之内或下游提供对至少一种化学物种在水中的浓度的表征。所述一或多种化学物种可以包括不期望有的或期望有的物种。所述一或多种化学物种可以已经存在于提供给所述处理系统的地下水中，也可以在某个在先步骤被添加到所述水中。所述一或多种化学物种可以为一或多种氟代烃物种。对一或多种物种浓度的表征可以通过整合到所述系统上的传感器或通过独立于所述系统之外的测量系统或传感器提供。所述表征可以基于一或多种目标物种的至少一种替代物种的测量特征。此替代物种可以包括例如硫酸盐物种或氯化物物种。可以选择一或多种目标物种的一或多种替代物种以使在处理阶段108下游所述一或多种替代物种的浓度变化可以相应于或先于在类似位置所述一或多种目标物种的浓度变化。所述相关性不必是一对一的。在一或多个实施方案中，一或多种替代物种的浓度升高可能相应于或先于在处理过的水中一或多种目标物种的浓度升高。在某些实施方案中，所述一或多种替代物种在处理阶段108可以具有与一或多种目标物种类似的向离子交换介质上的吸附动力学。在一或多个实施方案中，观察到一或多种替代物种对离子交换介质的贯穿可能与一或多种目标物种的贯穿相关联。
本发明的一或多个实施方案可以包括响应于在离子交换介质容器下游某处、在离子交换介质容器上游某处、在离子交换介质容器之间或其任意组合处对水中至少一种物种浓度的表征而进行读数或执行某种操作。某些实施方案可以还包括响应于由位于系统内各处或系统外的传感器提供的至少一种物种的浓度表征而进行读数或执行某种操作。在一或多个实施方案中，所述物种可以为氟代烃物种、高氯酸盐物种，或两者皆有。
本发明的一或多个实施方案可以包括分析在系统各处的一或多个位置上一或多种物种在水中的浓度的步骤。分析可以包括例如质谱分析、液相色谱或其它分析方法。此分析可以通过整合到所述处理系统的分析子系统进行，也可以通过独立于所述处理系统之外的分析系统例如在分析实验室中进行。
本发明的某些实施方案可以包括利用一或多个过程控制系统。可以利用过程控制来防止处理过的水不恰当地或不完全地从所述处理系统输出。过程控制可以包括在系统各处的一或多个位置上监控一或多个参数。过程控制可以包括在系统各处的一或多个位置上监控一或多种物种在水中的浓度。过程控制可以包括如果某种物种的实测浓度超出期望的范围之外则暂停处理系统操作。过程控制可以包括如果某种物种的实测浓度显示出随时间变化超出期望范围之外则暂停处理系统操作。过程控制可以包括对处理系统的运行参数进行调整，所述参数包括但不限于输入流量、温度、水在系统中的停留时间、水穿过系统的流动路程或其它可能有利于从水中去除一或多种污染物的参数。
根据本发明一或多个方面的离子交换处理可以包括使待处理地下水与离子交换介质在处理系统中接触，其中基本上所述处理系统的所有润湿部件都基本不含氟代烃基材料。例如，所述处理系统可以包括主要由不锈钢或其它基本不含氟代烃的材料构成的管道。所述处理系统可以包括由基本不含氟代烃的材料构成的接头和垫圈。例如，可以使用天然橡胶和硅氧烷聚合物作为不会产生向水中引入氟化物种的可能性的润湿部件。
根据本发明的某些实施方案，处理可以包括使用具有并联或串联的多个容器的系统。本发明的某些方面可以包括使待处理地下水通过所述系统中的一或多个所述容器。在某些实施方案中，可以使地下水通过以超前滞后流动构造布置的容器。本发明的某些实施方案可以包括使地下水通过可以包括一或多个容器的系统，其中所述一或多个容器可以包括流化床、填充床、连续流动柱和薄膜反应器中的至少一个。
根据本发明一或多个方面的离子交换处理可以包括使待处理地下水与离子交换介质在系统内的一或多个容器中接触，其中所述一或多个容器可以包含强碱离子交换介质。在某些实施方案中，所述离子交换介质可以包括有利于一或多种目标物种的处理的组分。例如，所述介质可以包括对一或多种目标物种具有亲合力的链断或由其组成。在涉及发明的优选特征的一些情形下，至少一部分所述介质可以具有疏水性聚合物基体。所述疏水性聚合物基体可以包括苯乙烯和二乙烯基苯中的至少一种。适合的离子交换介质可以包括离子交换树脂，如可从Siemens Water Technologies Corp.，Warrendale，PA获得的U.S.Filter^TM A-674、A-244、A-284、A-464、A-714和A-399。在某些实施方案中，所述离子交换介质可以包括一或多个选自由氢氧化物、硫酸盐和氯化物形式的三乙胺、三丙胺和三丁胺官能团中的任何一种构成的组中的官能结构部分。所述离子交换介质可以包括具有不同官能团的树脂的组合。
根据本发明一或多个方面的水处理方法可以包括周期性地更换处理系统的一或多个容器中的离子交换介质。可以每次更换一或多个容器中的所述介质。在某些实施方案中，可以在预定的系统工作小时数之后更换离子交换介质。所述预定小时数可以取决于具体的应用，且可以基于包括例如处理容器的容积、类型和数量，系统中的离子交换介质体积，系统中的离子交换介质类型，在待由系统处理的水中存在的不期望有的物种的浓度、数目、类型和形式，在处理系统排出的水中一或多种物种的目标浓度水平，和水穿过系统的流速在内的因素。在某些实施方案中，所述预定小时数可以由包括至少一种物种的浓度表征、至少一种物种的浓度表征的实测变化率、水穿过一或多个部分或所述系统的流速、或其组合在内的参数来计算。所述物种可以为例如氟代烃物种、高氯酸盐物种或两者皆有。由此，例如，当PFOA或PFOS的浓度，或两者总计在由政府要求或建议的值定义或确定的容限或缓冲水平之内时，可以更换或补足介质。可以在阶段108的上游或下游某处在水中测量所述物种的浓度。
在某些实施方案中，可以在至少一种物种的浓度表征达到预定水平时更换或补足离子交换介质。此水平可以包括位于可由政府要求的或建议的值定义或确定的水平之上的缓冲。所需的缓冲的量可能取决于具体的应用。在确定适当的缓冲时可以考虑的因素可以包括例如处理容器的容积、类型和数量，系统中的离子交换介质体积，系统中的离子交换介质类型，有待系统处理的水中存在的不期望有的物种的浓度、数目、类型和形式，在处理系统排出的水中一或多种物种的目标浓度水平，和水穿过系统的流速，水在处理系统内的停留时间，系统对停止运转、改变工作参数或改变水穿过系统的流动路径的命令的响应时间。能在所述调节的或目标水平之前提示行动的缓冲水平的选择可以视现场具体情况而定。在某些情形下，可将缓冲水平限定为在至少一种不期望有的物种的目标水平或调节水平的约5％以内。在另一些情形下，缓冲水平可以提供在到达目标水平之前至少一个工作日的指示。
在某些实施方案中，可以响应于离子交换介质下游某处、离子交换介质上游某处或上述两处至少一种物种在水中的浓度表征，更换一或多个容器内的离子交换介质。所述至少一种物种可以为例如至少一种氟代烃物种、至少一种高氯酸盐物种、或两者皆有。对处理系统内离子交换介质的更换应理解为包括物理上更换一或多个容器内的介质、从系统中转换出一或多个含有离子交换介质的容器、将待处理水流从一或多个容器转向一或多个其它容器、转换水可以穿过的容器的次序、再生一或多个容器内的离子交换介质或这些手段的任意组合。
根据本发明的一或多个方面，对地下水的处理可以包括在能提供预期性能的不同条件下操作。这些条件可以保证更好地从水中选择性去除一或多种物种或降低其浓度。所述条件可以保证提高的从地下水中去除一或多种物种的动力学。例如，处理可以包括在不同pH水平下、在不同温度下、或在不同压力下操作。根据本发明的一或多个方面，对地下水的处理可以包括在室温下、在升高或降低的温度下或其任意组合下进行的离子交换处理。根据本发明的一或多个方面，对地下水的处理可以进一步包括在中性pH下、在升高或降低的pH下或其任意组合下进行的离子交换处理。例如，在某些实施方案中，在待处理水中期望通过使用离子交换介质降低其浓度的目标物种可能能够通过改变待处理水的pH、温度、或同时改变两者而被被转化成更离子化的形式。在某些实施方案中，将目标物种转化成更离子化的形式可能有利于通过离子交换介质降低此目标物种浓度的反应动力学，由此使得利用离子交换介质来降低此目标物种浓度的处理系统更有效率。
后处理110可以使用一或多个将处理过的地下水为输出到应用点做准备的单元过程来进行。后处理可以涉及使处理过的水进入能输送给外部供水系统的状态。后处理可以涉及去除、中和或钝化可能在处理过程中添加到地下水中的任何处理助剂。后处理可以涉及除去处理过程的副产物。根据本发明的一或多个方面，后处理可以包括使处理过的地下水通过含有离子交换介质的精制床。根据本发明的一或多个方面，后处理可以包括进行反渗透处理、添加希望的化学制品如氯化物或氟化物、热处理、用紫外线或其它辐射对处理过的水进行辐射、去电离、用粒状活性炭或其它碳基过滤系统过滤、pH调节或其任意组合，或为满足可能输送处理过的地下水的任何系统或应用点的需要所需的任何其它后处理方法。
本发明的一或多个方面可以包括输送处理过的地下水的方法。处理过的水的输送可以包括将水物理输送离开处理系统。物理输送可以通过例如泵送通过固定的管或用卡车输送之类的手段来完成。可将处理过的地下水输送到许多场所或系统中的任一个，其包括例如市政或私人用水供给或系统、饮用水供给或系统、工业用水供给或系统、地下含水层、水库、湖、河、灌溉系统或它们的组合，或输送到任何其它水系。
根据本发明的一或多个方面，水处理可以包括为在所述系统提供的地下水中提供至少一个期望的特征所进行的一或多个操作。根据本发明的一或多个方面，地下水处理可以包括将至少一种不期望有的物种的浓度降低到可接受的水平或目标水平之内的步骤。所述目标水平可以是管理机构要求或建议的。所述至少一种物种可以为至少一种氟代烃物种。在某些处理方法中，至少一种氟代烃物种的浓度可被降低到小于约万亿分之100份。某些方面和实施方案可以包括将至少一种氟代烃物种的水平降低到小于约万亿分之十份。某些方面和实施方案可以包括将至少一种氟代烃物种的水平降低到小于约万亿分之一份乃至将至少一种氟化物的浓度降低至少两个数量级、甚至至少三个数量级。所述氟代烃物种浓度的降低可以通过使待处理地下水与离子交换介质接触来完成。另外一些方面和实施方案可能包括将至少一种高氯酸盐物种的水平降低到小于约六微克每升。在某些实施方案中，至少一种高氯酸盐物种的去除可以通过使地下水与离子交换介质接触来完成。
本发明的一或多个方面可以包括再生离子交换介质。再生可以涉及清除已经结合到离子交换介质上或被其俘获的一或多种物种。已经结合到离子交换介质上的一或多种被俘获的物种的清除在某些实施方案中可以通过用一或多种不同的物种取代一或多种被俘获的物种来完成。所述不同物种可以是与所述一或多种被俘获的物种相比离子交换介质上的官能团对其具有更大亲合力的一或多种物种。所述一或多种不同物种可以是酸、碱或盐形式的。再生可以分多个阶段使用多种不同物种来进行。在某些方面或实施方案中，可以通过反洗来再生离子交换介质。在本发明方法的某些方面，可以从所述介质回收一或多种被俘获的物种。所述可回收的一或多种俘获的物种可以包括一或多种氟代烃物种、一或多种高氯酸盐物种、或两者。可以通过从用于反洗介质的流体中沉淀出期望的化学物种或通过与本发明一致的其它方法分离和净化从介质回收的物种。
在本发明的某些实施方案中，可以处置已被用于从水中降低一或多种不期望有的物种浓度的离子交换介质。所述不期望有的物种可以包括一或多种氟代烃物种、一或多种高氯酸盐物种、或两者。根据本发明的某些方法，处置的方法可以为通过焚烧。焚烧可以在至少能破坏所述介质和所有俘获物种的温度下进行。所述介质的焚烧可以在高于约1200摄氏度的温度进行。所述介质可以与其它可燃物一起焚烧，或者在专用于此目的的焚烧炉中焚烧。焚烧炉系统可以包括例如等离子体加热炉、回转窑焚烧炉或空气悬浮燃烧装置。可以将所述介质与燃料或其它可燃物混合以提高燃烧效率。
根据一或多个实施方案的系统可以包括一或多个前馈或反馈机制，所述前馈或反馈机制可以响应于至少一种氟代烃物种的浓度表征、至少一种高氯酸盐物种的浓度表征、某些其它物种的浓度表征、实测流速、实测温度、实测pH水平或它们的任意组合对系统区域内的流速、温度、pH或其任意组合进行调节。控制方法可以进一步包括对处理系统的运行参数进行调整，所述参数包括但不限于水在系统的不同阶段的停留时间、水穿过系统的流速和流动路径、预处理或后处理阶段所用处理剂的量、或其它可能影响污染物从水中的去除的参数。
根据其它方面，本发明的某些实施方案可涉及其上存储有计算机可读信号的计算机可读介质，其中所述计算机可读信号定义了指令，所述指令在被至少一个处理器执行后能指令所述至少一个处理器实施调节处理系统的一或多个工作参数的方法。所述可由至少一个处理器执行的方法可以包括至少部分根据在系统内一或多个位置上某种物种在水中的实测浓度而产生一或多个驱动信号和将所述一或多个驱动信号传递到至少一个控制装置以对处理系统的一或多个工作参数进行调节的一或多个动作。
在与本发明的一或多个方面有关的一或多个实施方案中，这里所公开的系统和方法可以利用能调节或控制或至少有利于调节或控制系统的至少一个单元操作或部件的至少一个操作参数、状态或条件或工艺物流的一或多个特征或物理特性的一或多个系统。为促进所述调节和控制特征，本发明的一或多个实施方案可以利用能提供一或多个部件或过程的状况、状态或条件的指示装置和控制器。例如，可以利用至少一个传感器来提供对例如来自水源的水、进入或离开预处理阶段的水、或进入或离开后处理阶段的水的强度特性或广延特性的表征。由此，根据一个特别有利的实施方案，本发明的系统和方法可以涉及能提供例如对进入或离开系统的任意单元操作或部件的水的状态、条件、特征或品质的表征的一或多个传感器或其它指示装置如组成分析器。
例如，如图2所示，处理系统可以包括一或多个控制系统或控制器200。控制系统200通常连接到一或多个传感器或输入装置，其中所述传感器或输入装置被配置和安排用于提供对处理系统的至少一个工艺物流、部件或子系统的至少一个性质、特性、状态或条件的指示或表征。例如，可以在操作上结合控制系统200，以从位于遍布系统各处的任何一个或多个温度和组成传感器接收输入信号。所述输入信号可以代表来自水源的水或来自系统任何阶段的已处理水的任何强度特性或任何广延特性。例如，来自源头的一或多个输入信号可以向控制系统200提供对流速、一或多种物种的浓度、温度和/或压力的指示。输入装置或传感器同样可以提供至少部分通过系统处理过的水的任何一或多个所述表征。
控制系统200可设置成能接收一或多个输入信号并向处理系统的任意一或多个单元操作或子系统产生一或多个驱动、输出和控制信号。控制系统200可以例如接收对来自源头的水的流速或至少一种化学物种的浓度或兼对二者的指示。然后控制系统200可以产生和向调节适当操作参数或系统参数的装置传递驱动信号。所述驱动信号通常是基于所述一或多个输入信号和目标或预定值或设定值的。例如，如果提供对来自水源的引入水中至少一种物种浓度的表征的输入信号位于目标值或容许值范围(即公差范围)之上，则可以产生驱动信号以适当地调节预处理阶段的参数或水穿过系统的停留时间或流速。具体的目标值通常是现场选择的，且可能从设备到设备存在差异，并取决于下游的应用点的要求。这种构造创造性地通过主动处理去除污染物避免了提供具有不期望特性的水，还避免了补偿由于水流过系统和/或分析所需时间而产生的系统的停留或滞后响应时间。
控制系统200也可设置成反馈方案，产生并向处理系统的不同单元过程阶段或子系统中的任何一个或任意组合传递一或多个控制信号。例如，可以利用产物水中物种的实测浓度、或温度、或两者来对预处理、处理或后处理阶段或子系统中的任何一个产生控制信号。
控制系统200可以进一步产生和传递使泵通电或调节流过其中的至少部分处理过的水的流速的控制信号。如果所述泵采用了变频驱动，则可以产生控制信号来适当调节所述泵用电动机的活动程度来实现目标流速值。或者，启动信号可以启动某个控制所述至少部分处理过的水从泵中流出的流速的阀。
在某些实施方案中，控制系统200可设置为能发出警报或提供需要改变所述系统的某些操作参数、部件、阶段或子系统或需要某种形式的人为干预的提示。此警报或提示可以基于由一或多个传感器或输入装置测量的一或多个参数，其中所述一或多个传感器或输入装置可以位于遍及系统各处的不同位置。例如，控制系统可以提供对系统中的离子交换介质从系统内的水中去除或降低一或多种物种浓度时效率正在变低的提示。此警报或指示可以由所述控制系统响应于来自一或多个传感器或分析器的信号而启动，其中所述信号能提供对系统内一或多个位置上水中的至少一种物种浓度的指示。可以在所述至少一种物种的浓度达到预定水平时启动所述警报或指示，或者在某些实施方案中，可以在对所述至少一种物种浓度的指示随时间的变化满足或超出一定变化率时启动所述警报或指示。在某些实施方案中，可以在能在一或多种管制物种的浓度达到命令的控制水平之前提供缓冲的条件下启动所述警报或指示。响应于此警报或指示，系统可以自动执行、或者可以要求人为干预来执行更换一或多个容器内的离子交换介质、从系统中转换出一或多个含有离子交换介质的容器、将待处理水流从一或多个容器转向一或多个其它容器、转换水可以通过的容器的次序、再生一或多个容器内的离子交换介质或这些手段的任意组合。在某些实施方案中，当发生所述警报或指示时系统可以停止操作，或者在某些情形下可以禁止使用者恢复操作直至所述警报或指示被清除。
本发明的控制系统200可以如图2所示使用一或多个处理器实现。例如，控制系统200可以为通用计算机，如那些基于Intel的处理器、Motorola的处理器、Sun的UltraSP处理器、惠普的PA-处理器或任意其它类型处理器或其组合的通用计算机。或者，控制系统可以包括专门编程的专用硬件，例如专用集成电路(ASIC)或为分析系统设计的控制器。
控制系统200可以包括一或多个通常连接到一或多个储存装置250的处理器205，其中所述储存装置250可以包括例如磁盘驱动存储器、闪速存储装置、RAM存储装置或其它用于存储数据的装置中的任意一种或多种。存储装置250一般用于在所述处理系统和/或控制系统200的工作期间存储程序和数据。例如，存储装置250可用于存储与一段时间内的参数有关的历史数据，以及操作数据。包括用于实施本发明的实施方案的编程代码在内的软件，可以存储在计算机可读和/或可写的永久性记录介质上，然后通常被复制到存储装置250中，然后其在存储装置250中可被处理器205执行。所述编程代码可用多种编程语言，例如Java、Visual Basic、C、C#、C++、Fortran、Pascal、Eiffel、Basic、COBAL中的任何一种或其任意组合来编写。
控制系统200的部件可通过互连机理210连接在一起，其中所述互连机理210可以包括一或多个总线，例如在结合在同一装置内部的部件之间，和或网络，例如在位于独立的分离器件上的部件之间。所述互连机理一般使得可以在系统的部件之间交换通信例如数据，指令。
控制系统200还可以包括用于从例如键盘、鼠标、轨迹球、麦克风、触摸屏接收一或多个输入信号i₁、i₂、i₃...，i_n的一或多个输入装置220，和用于产生和向例如打印装置、显示屏或扬声器传递一或多个输出、驱动或控制信号s₁、s₂、s₃...，s_n的一或多个输出装置230。此外，除了可由一或多个系统部件形成的所述网络之外或作为其替代，控制系统200可以包含一或多个可将控制系统200连接到通信网络(未显示)的接口260。
根据本发明的一或多个实施方案，所述一或多个输入装置220可以包括例如但不限于阀、泵和传感器等部件，它们通常能提供对处理系统的一或多个部件或工艺物流的一或多个条件、参数或特征的测量、指示或表征。或者，所述传感器、计量阀和/或泵、或所有这些部件都可连接到与控制系统200操作结合在一起的通信网络上。例如，可将传感器设为直接连接到控制系统200的输入装置，将计量阀和/或泵设置为连接到控制系统200的输出装置，且可将上述的任意一个或多个与计算机系统或自动化系统结合在一起，以通过通信网络与控制系统200联系。这样一种构造使得一个传感器可以离另一传感器很远，或使得任一传感器可以离任一子系统和/或控制器很远，同时仍能在其之间提供数据。
控制系统200可以包括一或多个存储介质如计算机可读和/或可写的永久性记录介质，其中可以存储定义了待被例如一或多个处理器205执行的程序或程序的一部分的信号。所述一或多个存储介质可以例如为或包括磁盘驱动存储器或闪存。在典型操作中，处理器205可以使数据，比如用于实现本发明的一或多个实施方案的代码，从所述一或多个存储介质被读取到例如存储装置240中，而存储装置240与所述一或多个介质相比能使信息更快地被一或多个处理器存取。存储装置240一般为易失性随机存取存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)或其它便于信息传入传出处理器205的适合装置。
尽管举例显示的控制系统200是一类可以实施本发明不同方面的计算机系统，但应当理解，本发明并不仅限于如例示的以软件形式、或在计算机系统上实现。事实上，控制系统或其部件或子系统可作为专用系统或作为专用的可编程逻辑控制器(PLC)或以分布式控制系统的形式实现，而非在例如通用计算机系统上实现。此外，还应当理解本发明的一或多个特征或方面可以以软件、硬件、固件或其任意组合的形式实现。例如，可被处理器205执行的算法的一或多个部分可以在分离的计算机上运行，其中各个所述独立的计算机可以通过一或多个网络进行通信。
2006年11月22日提交的名为″ANION RESIN APPLICATION FORFLUORINATED HYDROCARBON AND PERCHLORATE REMOVALFROM GROUNDWATER″的美国临时申请No.60/866,900在此通过引用完全并入本文。
尽管已经描述了本发明的至少一个实施方案的几个方面，但应当理解，对于所属领域技术人员来说很容易想到各种变化、变体和改进。这些变化、变体和改进也应当属于此公开的一部分，应在本发明的精神和范围之内。例如，对处理过的水的特征的表征可能涉及在装置外或离线设备上用分析法确定至少一种目标物种的浓度和向处理系统或操作者提供该信息。因此，上述说明和附图都仅为举例。