发明的技术领域

本发明涉及通过在封闭的空间中用治理的水处理以除去有毒分 子(其中包括挥发性的有机物)，微生物和/或重金属的如挖掘沉积物 物料的治理，特别地，涉及电化学活化水在大规模环境治理中的新应 用。

发明的技术背景

世界上大部分土地与水淹没的土地已被工业废物处置、农业、伐 木业、军事、采矿和其他活动所污染。美国环境保护署(“EPA”)曾 估计，美国有10％湖泊、河流、和海湾被有毒污染物严重污染，对 鱼类和人类以及食鱼的野生动物都造成潜在的危险。(“EPA污染沉 积物管理策略”，EPA-823-R-98-001，1998)。根据EPA，15％美国湖 泊面积和5％美国河流里程数都低于国家颁发的鱼类消费建议报告 值，其中包括每个大湖部分以及大部分美国海岸水域。例如参见“鱼 类和野生动物消费建议一览表”，EPA-823-C-97-004，1997，“美国 地表水中沉积物污染的影响程度与严重性”，EPA 823-R-97-006，008， 1998以及“1998年4月情况说明书”，EPA-823-F-98-004。因此， 污染的沉积物影响了亿万元的经济活动，其中包括休闲娱乐业和商业 性捕鱼业的损失，以及高成本处置曾为有利于航行而挖掘的污染物。

广泛的污染问题包括各种不同的污染物，其中包括例如化学化合 物(例如二噁英、PCBs、杀虫剂以及酚类，其中许多都是挥发性的)、 重金属(例如铅和汞)、以及微生物(肝炎、大肠杆菌、霍乱)。在陆地 上时，污染物会威胁地下水，因此限制了饮用水源，甚至还妨碍田地 再使用。污染物还会进入并威胁海洋环境，并且在海岸水体沉积物中 经常发现这些污染物。

美国、欧洲共同体以及其他国家都立法对付这个问题，立法规定 了废物产生者、其他公司以及甚至单纯的土地购买者的责任是在其发 现后应该清除污染。在许多情况下，物料是湿的，一般称之“污泥”。 为了这种公开的目的，术语“污泥”是指污染的湿物料，例如沉积物， 还有污染的土地，以及来自采矿、农业(例如牧场废物与生物量生产 和废物)和其他产生需要治理的有毒湿物质或可湿的物质的活动的其 它污染副产物。

对污染的污泥有责任的公司、个人或政府机构面对着费钱的在技 术上又往往复杂的任务。首先，沉积物中污染物的存在例如可能妨碍 正常的挖掘和沉积物的处置。第二，应该以不污染环境的方式进行物 理治理沉积污染物。第三，物料应该以环境上安全的方式进行处置， 优选地以对社会有益的方式进行处理。事实上，无论活动发生在土地 上还是在水面下，负责环境政策制定的US管理者不断要求负责清理 这些污染物的团体，在清除它们之前要确定这些污染物达到有益的最 后应用。换句话说，全部问题经过(1)污泥的输送，(2)治理，(3)处 置三个分开的步骤，在每个步骤还不污泥环境。由于污染的污泥体积 过分庞大，这个问题变得更加严重。需要成本-有效的工艺处理这些 污泥，特别是同时处理这三个方面的问题。

曾提出过一些技术解决办法，这些办法涉及这个问题的一个或多 个方面，但这些解决办法太费钱，或者得到的结果不完整。人们知道 许多输送污染的污泥的方法，但运输的物料必须加以处理，在某些情 况下，还要隔绝与环境的接触，以防止再进一步污染环境，特别是有 挥发性的污染物时更是如此。因此，消除污染的技术应该考虑运输、 最终使用以及各个方面成本节约问题。

有处理污泥的去污染技术，其中例如包括外部生物处理(即堆制 肥料和大地农业)，外部物理/化学处理(即土壤固化，土壤稳定化和 溶剂提取)以及其他处理，例如挥发作用、土壤洗涤、泵和处理系统、 泥浆相的生物治理等。因为除去有机物特别困难，如在US 4 750 436、 4 079 003、5 172 709、5 855 666中描述的外部热处理(即高温热 解吸作用，热气体去污作用，煅烧，低温热解吸作用，旋转炉)或生 物转化，都可以用于除去这样的污染物。但是，在每种情况下，输送 一定污染物的方法与材料，同除去其他污染物以及以输送形式准备留 下污泥的低成本方法还未充分整合在一起。

上述举例说明的非-全面治理方法的成本还不足够低，或者其治 理方法结合到一个系统中，该系统在处理期间将污染物与环境分开， 并转化成无毒性形式，以便输送到有益的最后使用地。例如物料转移 到有毒性的垃圾掩埋场，或将其夹在具有长(但有限的)寿命的基体内 不是一种永久性解决办法。当法律制度变化成要针对长期问题时，这 样的考虑实际上可能招致未来的责任。另外，这些处理技术中，如果 不是大多数的话，则许多这样的处理技术确实不能处理非常广泛的污 染物。例如，现有的多数生物学方法，例如堆制肥料和空气-喷射不 能减轻污染的污泥中的有毒金属问题。此外，例如土壤稳定作用，焚 化和泵/处理产生很大体积的难以处理的二次废物。这些方法成本 高，要接近特定的位置是十分不灵活的。

总之，污泥治理问题是多因素的，并提出了处理的关注问题，例 如在治理处理与运输期间的环境污染，低成本输送物料和在转化成提 高使用形式后治理物料的处置。需要一种以低成本方式解决所有这样 因素的比较全面的方法。

发明的简要描述

本发明的一个目的是提供一种在封闭环境中以低成本处理污泥 的方法。另一个目的是提供较低成本治理污泥的设备和方法。

在一种实施方案中，本发明提供一种使污泥原地去污的方法，该 方法包括下述步骤：(a)提供一组注射器管，它们可以与治理水源以 流体连接；(b)把一组注射器插入污泥中；以及(c)将治理水源的治理 水通过注射器输送到污泥。

在另一种实施方案中，本发明提供一种原地使湿物料去污的设 备，该设备包括：(a)一组注射器管，每个注射器管与治理水源以流 体连接；(b)治理水源，该治理水源含有一种或多种活性物质，其选 自活化氯、活化氧和自由基；以及(c)直接或间接将治理水输送到湿 物料的泵。

在另一种实施方案中，本发明提供一种通过注入治理水与除去从 容器中的物料注入和排出治理水使污泥物料去污的封闭容器，该容器 包括：(a)装污泥物料的箱；(b)衬垫箱内部的不透水衬里；(c)可移 动的二维排列注射器管，它们垂直插入箱中，以便注入治理水；以及 (d)一排固定的排水管，这些管水平地定位在箱底附近；其中水平排 水管部分地使污泥物料脱水，并且通过注射器管向污泥物料注入治理 水。

在另一种实施方案中，本发明提供一种除去污泥中芳族化合物的 方法，该芳族化合物有至少给予一个电子的芳族基团，该方法包括： (a)提供具有自由基的电化学活化水，其自由基选自碳酸盐基和碳酸 氢盐基；以及(b)将步骤(a)的水注入污泥中。

在另一种实施方案中，本发明提供一种使粘土脱水的方法，该方 法包括：(a)提供由含有至少10毫摩尔浓度卤化物盐的盐溶液制备的 电化学活化阳极水；以及(b)让步骤(a)的水与粘土接触。

在另一种实施方案中，本发明提供一种从化学反应的污泥除去聚 芳族分子的方法，该方法包括：(a)提供具有离子电荷不平衡的电化 学活化水；以及(b)将步骤(a)的水注入污泥中。

在另一种实施方案中，本发明提供一种破坏污泥中的芳族化合物 的方法，该方法包括：(a)提供含有至少250毫克/升离子的电化学活 化水，其离子选自碳酸根离子和碳酸氢根离子，其中至少一些离子是 自由基；以及(b)让步骤(a)的水与污泥接触。

附图说明

图1说明一个本发明的实施方案，该方案是将治理水注入已置于 ISO容器中的污泥。

图2显示ISO容器的更进一步细节，根据图1所示的实施方案， 该容器已修改。

本发明的详细描述

本发明人广泛地研究过另一些用于污泥治理的方法，并发现了低 成本治理污泥的方法和设备，另外允许以有利于环境的方式加工和输 送处理的物料。本发明人研究了通过混合和通过向污泥注入水的治理 水的应用，并且发现(1)某些种类的制备水可令人惊奇地用于治理， 以及(2)将治理水注入污泥，原地或在大的箱中提供以对环境比较安 全方式低成本加工和处理这样的物料。

在本发明实施方案中，用治理水处理在密闭的三维体积中或“封 闭的环境”中的污泥，例如原地沉积物或外部物料。把治理水加到这 种封闭环境中，优选地通过插入该体积中的管注入治理水。在加入治 理水后，污泥，特别是沉积物，可以取样确定污染状况。适合于特定 污泥时可采用一次或多次部分脱水，注入治理水或甚至注入治理空气 的步骤，进一步处理污泥。

本文中使用的术语“封闭的环境”是指污泥在其治理期间不明显 地从体积(如果原地)或其容器移出。即，在注入治理水并与其水反应 期间，沉积物中的污泥可以与治理水混合，并在体积边缘稍微扩散， 但这种扩散是很小的。在沉积污泥的情况下，在处理体积中20％以 下的处理污泥，优选地是10％以下，更优选地是5％以下，再更优选 地是2％以下，非常优选地是1％以下的污泥在治理过程中应留在水 下的这种封闭空间。在分开的容器中，例如箱或包，处理污泥的情况 下，1％以下，优选地未检测任何固体物质留在箱内。在优选的实施 方案中，装箱的污泥用地质处理用膜和/或地质处理用布衬里材料覆 盖，以防止污泥中的挥发性有机气体或其他气体，例如硫化氢或甲烷 污染周围的空气，或将这些气体污染周围的空气降至最低。

本发明的特点是，(1)污泥在封闭环境中治理，以及(2)通过注入 治理水除去毒素(例如有机化合物或不合需要的重金属形式)，使污泥 毒素污染环境降至最低，并且提供较低的成本处理与输送方案。在优 选的实施方案中，污泥进行脱水，即除去5-80％，更优选地10-50 ％水。在本文中，非常优选地，污泥放入一个箱中，该箱有地质处理 用布衬里，并且部分衬里，或在污泥顶部以上放其他的塑料，还可以 施加真空。在脱水后，加入治理水，接着还可有其他的脱水步骤。如 下面所描述的，可使用不同的具有其它有利性质的治理水来重复加入 治理水和脱水的步骤。

本发明人曾考虑了许多不同类型的治理水。一种优选的水是已电 化学活化的水，它含有水接触电极时通过电压梯度所产生的活性化学 物质。在一种有利的实施方案中，制备出阴极水，其pH高于8，有 利地高于9，更有利地高于10，还含有一种或多种化学治理用的活性 物质，例如臭氧、过氧化氢、活性氯、活性溴，或直接或间接地由羟 基生成的基。本发明人还发现在使用地制造治理水的有用方法，该方 法提供了一种较低成本治理的选择。下面在“治理水”标题下提供 优选治理水实例及其生产方法。

本发明人曾发现各种技术，这些技术可以在物理上将治理水与污 泥在封闭环境中合并，得到较高价值的产品，其产品运输较简单，总 成本也较低。一种技术是原地处理污泥。这种技术因如ECA水的治理 水成本随工艺进步而降低将越来越变得非常有用，下面将描述这种技 术。在其他优选实施方案中，污泥放入多用途容器中，例如ISO容器， 有轨车或其他有衬里的箱以及一个或多个用于脱水的排水管。在每个 实施方案中，环境污染降至最低，在后一实施方案中，治理的污泥甚 至可以在同一容器内运输到最后使用地。

使用术语的定义

提供下面的定义有助于读者如何实施和使用本发明，并且理解权 利要求的保护范围。

“活化的溶液”是指可以改变它所接触的另外的液体、固体或化 学品的一种或多种性质的水溶液，例如还可以包括非有机盐，硫酸 盐、氯化物或碳酸盐。

“脱水”是指从污泥中除去至少一些水。

“挖掘”是指从水体例如河、海港、海岸地区、池塘和由土堆筑 的池子底部取出污泥。

“电化学法活化的水”(“ECA”水)是指含有一种或多种原子或 分子物质的水(1)，通过使用电能可将水变成活化的，还能够与污泥 进行化学反应。典型地，ECA水可以让电流在至少两个电极之间通过 制备得到，优选地这些电极用一个或多个膜分开。阳极ECA水是指在 活化后优选地从阳极附近取出的水。阴极水是指在活化后优选地从阴 极附近取出的水。在许多情况下，在活化之前，往水中加入盐，例如 溴化钠、氯化钠、溴化钾、氯化钾，以便产生反应性的卤离子。

地质处理用膜：由一种或多种合成片组成的基本不渗透的地质合 成物。

地质合成物：由使用的聚合物材料与土壤、岩石、土壤或作为人 工方案、结构或系统整体部分的其他土质工程相关材料生产的平面产 品。

“重金属”是指具有高原子量的金属元素，例如汞、铬、镉、砷 和铅。

“不渗透的”是指水力连通性为1×10-7或以下的非孔物质。

“原地”是指以其自然发现的状态，典型地是水下。在湖底或贮 留池底原地存在污染的沉积物，甚至是将污泥泵送到处理池并且开始 采用其他方法部分治理该物料产生的贮留池沉积物。

“沥出液”是指来自污泥的液体，例如可以是挤出液，滤液或污 泥物料的倾析液。

“衬里”是指一种用于限制或防止沥出液透过的阻挡层。例如， 衬里可以是覆盖ISO容器或轨道箱内部的地质处理用膜或地质合成 材料。

“物料”是一种至少两种物质的非气体态混合物，例如在溶剂中 的一种或多种化学试剂(溶质或不溶解物)，或在固体混合物中的两种 或两种以上的物质。一种物料能以含有各种类型分子的悬浮液、泥 浆、干粉或湿混合物形式存在。本文讨论的许多实施方案描述了处理 含有一种或多种可疑的或已知的不需要的毒素(分子、微生物或元素) 的“污泥”物料，以除去至少一些毒素(例如采用浸出法)，或将至少 一些毒素转变成另外的形式(采用化学法改变其共价结构或与其他元 素/化合物配合)。但是，在一些实施方案中考虑了其他非污泥物料， 例如其中包括有机合成使用的物料和转化成用于特别目的的其他形 式的原料。产生和/或使用ECA水，还可有例如碳酸盐、碳酸氢盐或 卤化物盐的添加剂的实施方案，对转化其他物料，以便通过一个或多 个与这样的水的反应制备有用的产品是有用的。

“现场”是指产生或自然存在污泥的地方。对于水下存在的沉积 污泥，现场也是指“原地”发现沉积物的地方，或接受挖掘的近海设 备，在这里可以建立挖掘接受站，用封闭传送带或合格的外部封闭容 器处理这种沉积物。

“ORP”是指氧化还原电位。这个值可以通过与参比电极比较确 定，并且表示化学物质给出电子或获得电子的能力。已知测量ORP或 ECA水的标准系统，一般表明阳极溶液的ORP大于1000mV，而阴极溶 液的ORP至少是-750mV。

“停留时间”是指容器中的污泥与治理水的接触时间。

“消耗性电极”是指用于产生ECA水的导电材料，该电极的稳定 性比铂差，还具有在使用时分解的表面。一般地，消耗性电极包括金 属或半导体如二氧化钛，相对来说，这种电极不贵，基于常规使用设 计成可更换的。

“沉积物”是指沉积在水体底部的土壤、沙、矿物或有机物质， 该水体例如是海港、河流、港口、海岸地区、池塘或用土堆筑的池子。

“半挥发的有机化合物”是指含有与其他原子共价键结合的碳原 子的化合物，该化合物具有足够挥发性，在与含有该化合物的污泥接 触的空气中可检测到。半挥发性有机化合物实例包括：(1)双(2-氯乙 氧基)醚；1，2-双(2-氯乙氧基)乙烷；双(2-氯乙氧基)甲烷；双(2- 氯乙氧基)邻苯二甲酸酯；双(2-氯乙氧基)醚；双(2-氯异丙基)醚； 4-溴苯基苯基醚；4-氯苯胺；2-氯萘；4-氯苯基苯基醚；2-氯苯酚； 1，2-二氯苯；1，3-二氯苯；1，4-二氯苯；3，3-二氯联苯胺；2，4-二 氯苯酚；六氯苯；六氯丁二烯；六氯环戊二烯；五氯酚(PCP)；对- 氯-间-甲酚；多氯化联苯(PCBs)；四氯苯酚；1，2，4-三氯苯；2，4，5- 三氯苯酚；2，4，6-三氯苯酚。(2)联苯胺；苯甲酸；苯甲醇；双(2- 乙基己基)邻苯二甲酸酯；邻苯二甲酸丁基苯甲酯；二苯并呋喃；邻 苯二甲酸二-正-丁酯；邻苯二甲酸二-正-辛酯；邻苯二甲酸二乙酯； 邻苯二甲酸二甲酯；4，6-二硝基-2-甲基酚；2，4-二硝基酚；1，2-二 苯基肼；异佛尔酮；2-硝基苯胺；3-硝基苯胺；4-硝基苯胺；2-硝基 酚；4-硝基酚；正-亚硝基二甲基胺；正-亚硝基二苯基胺；正-亚硝 基二-正-丙基胺；苯基萘。可以发现半挥发性有机化合物的地方包括 燃烧坑、化学生产厂以及处置区，污染的海洋沉积物，处置井和浸出 场，电镀/金属精加工厂，消防训练场，飞机修理库/飞机维修场，垃 圾掩埋/埋葬场，泄漏收集和系统清洁卫生管道，泄漏储存槽，放射 医学/混合废物处置场；氧化池/污水池；杀虫剂/除草剂混合场所， 溶剂脱脂场所，地表蓄水池，以及车辆维修场所和木材防腐场所。

“污泥”是一种含有至少10重量％水的物料，它还可能含有动 物废物，挖掘物，人体废物，土壤或沉积物，来自采矿的湿副产物， 或农业，例如残渣，原料废物，生物体生产废物，或前述废物的任何 组合。

“土壤调理剂”是指一种物质(例如膨润土，水泥，粘土，胶合 水泥或硅酸盐)，在将它加入污泥中时可以改变或稳定污泥的物理- 化学特性。

“稳定作用”是指将污泥中的活性有机物质转化成惰性物质。

“悬浮的固体”是指小的固体污染物颗粒，这些颗粒漂浮在液体 表面或悬浮在液体中。

治理水

治理水是一种含水流体，它与污泥接触时可引起污泥的一种或多 种性质发生有利的改变。其性质可以是液动性质，因此允许较大的流 体流动，或可以是化学性质，例如降低分子毒素，微生物的浓度，或 减少不希望的重金属形式。在本文中，治理水不限于水和盐的溶液， 还包括泥浆，有其他溶剂的多相溶液，以及甚至胶态悬浮液。在每种 情况下，将治理“水”注入到具有一种或多种已知或可疑的不合需要 性质的污泥中。

各种治理水用于除去或转化不同的污染物

一般地说，污泥的污染物可分成三类。污染物分类是：(1)微生 物，例如细菌，病毒或其他微生物；(2)化学毒素，例如有机烃或其 他有毒分子(例如细菌毒素蛋白)或无机毒性化合物；以及(3)重金属 或核素，例如铅，汞，镉或放射性同位素。选择或设计一定的治理水， 以便最好地改变或除去其中一类或多类污染物。该治理水本身可以用 于一步治理处理，可以在同一水处理步骤中与其他一种或多种治理水 结合起来使用，或在相继的步骤中使用，以便提供比较特定的治理对 策。

对于微生物污染的治理，水应该含有化学品如强氧化剂，它可与 一种或多种微生物分子充分反应，以杀死微生物。为此目的的氧化剂 已知有很多，如在US 4 468 297和5 705 050中描述的氧化剂，这 些专利的全部内容作为参考文献专门引入本文。这些氧化剂中，优选 的是氯漂白剂(次氯酸离子，次氯酸和氯气)，过氧化氢和臭氧。对于 本发明，氧化剂如这些或其他氧化剂，其中包括其他氧物质，并且例 如氯和溴的卤化物活化物质是特别有用的，因为这些分子在水中自然 分解，在使用后没有很大的危害。

对于治理化学毒素污染，治理水应该含有活性化学品，它可与毒 性分子反应，以共价方式改变其化学结构。在该领域中现在使用的方 法强调采用高温化学转化这样的化合物，或采用蒸汽提取除去这样的 化合物。与该技术的期望相反，本发明的实施方案基于在使用地产生 含有活性溶质的水，这些溶质可以改变化学毒素的共价结构而没有热 量。在一些实施方案中，水溶性的活性溶质是现场制备的。

在一个实施方案中，治理水含有过氧化氢，并注入污泥中。污泥 中的铁(Fe++)通过Fenton反应将过氧化氢转化成羟基。该羟基然后 破坏污泥中的化学品。

另一个实施方案使用溶解的臭氧作为活性溶质。这种试剂可以采 用紫外光或采用电化学电池现场制备，如US 5 460 705中所描述的。

在另一个实施方案中，使用pH9或更高的碱性溶液作为治理水。 在优选实施方案中，例如碱性溶液用于将重金属转化成低毒性形式， pH可能高于10。这样的碱性溶液是熟知的，可以将氢氧化钠加入水 中制备得到。在优选的实施方案中，如实施例3所说明的，碱性水是 碱性ECA水。碱性ECA水可治理许多种污泥和干物料。在优选的实施 例中，用碱性ECA水处理电弧炉灰，接着用水洗除去铅和其他金属的 溶解物质。

治理用的ECA水的优选实施方案使用通过电化学活化(ECA)水制 备的氯，溴，氧与其他物质的反应物质，例如像在US 5 792 336，5 445 722，5 439 577和5 531 865中描述的，这些专利的全部内容 作为参考文献专门引入本文。本发明人得到的数据表明，让ECA水与 污泥接触，ECA水可以除去芳族烃，并且测量了在处理前后芳族烃。 ECA水对于从污泥中除去这类污泥物的特别优选的。

在一个优选实施方案中，在注入期间产生ECA水或在注入前短时 间内(一天内，优选地在240分钟内，更优选地在60分钟内)产生ECA 水。为这种实施方案储存ECA水时，重要的是让水保持在密封的容器 中，防止失去水中的反应性物质，例如在1995年6月Shiramizu提 出的US 5 762 779中所描述的。

对于治理重金属或核素污染物，治理水有利地可以有很高的pH， 例如pH 9-12，优选地是pH 9.5-11，或含有添加剂如磷酸盐或硫化 物，以便将金属或核素转化成无害的形式。例如像US 5 266 494，4 079 003，5 877 393和5 898 093所描述的，人们知道各种化学品 和材料用于将重金属或核素转化成比较可接受的化学形式。这样的化 学品可以浆体或以在水中的溶质形式加入水中。

在本发明的优选实施方案中，由例如含有像铅和镉重金属以及像 硒其他元素的电弧炉粉尘之类的粉尘制备湿污泥。加入ECA水将例如 氯化铅铵的有毒金属不溶形式转化成无毒的形式，和/或比较可溶的 形式。优选地，以ECA水与污泥体积比为0.1-10，优选地是ECA水 与污泥体积比为0.5-2加入ECA水，接着用水洗涤除去一种或多种金 属的溶解形式。

在一种实施方案中，治理水是通常的自来水，可以用于浸出污泥 中的物质，或用于在不相容的相继的治理水之间洗涤污泥。在另一种 实施方案中，治理水是自来水，它含有表面活性剂，其浓度低于生成 表面活性剂胶粒子的临界值。当然，人们知道许多治理水，并可以设 计在污泥中进行所要求的变化。

本发明人惊奇的发现，ECA水很好使用，可改善污泥的流体流动 性，并且还发现通过颗粒的离子交换(特别是粘土和腐植酸颗粒)，ECA 水就可达到这一点，这种水降低了颗粒的水吸持能力，从而导致颗粒 聚在一起。在许多污泥中，特别是沉积物中，粘土含有假二维晶体的 晶格结构，在高钠浓度的情况下，这种结构可以被水合(由表面结合 水与电解质层隔开)。如镁或铝阳离子存在时，这样的二价或三价阳 离子与表面上的过量负电荷形成离子键，于是降低了表面结合水的 量。这就造成板状结构，将水从多-负电荷的平表面排出。另一方面， 加入高浓度钠离子或氢离子时，正离子与“粘合”阳离子竞争，导致 除去基部的阳离子，接着板-状结构分散，产生了颗粒。可交换阳离 子的电荷平衡作用对反过来引起板状结构又发挥作用。这个过程的另 一种解释是多价阳离子的存在减少了与表面结合的水层。

本发明人得到的数据表明，往污泥加入阳极或阴极ECA水可大大 改善其液动性质，有利于治理水流过污泥。不打算受限于本发明的任 何一种理论，可认为与ECA中的活性物质接触影响了粘土颗粒带负电 荷的平表面，从而改变了它们表面的电荷平衡。也就是说，通常在粘 土板晶格结构之外的阳离子满足了在粘土区晶格中过量负电荷的不 平衡。但是，ECA水中活性物质与板表面上不平衡电荷反应，导致很 少的水附着在它们的表面上，于是板就聚在一起了。这种ECA性质是 特别期望的，因为它有利于治理水流过污泥。

因此，本发明特别优选的实施方案是通过注入阳极或阴极ECA水 处理含有粘土的污泥。这种治理水注入之后还可有脱水步骤，然后注 入第二次治理水，该水现在可以比较容易地与粘土表面以及从粘土表 面释放的物质反应。本发明的酸性ECA水是特别希望的，因为酸性水 有高浓度的氯，非常重要地，高ORP典型地为1000毫伏(标准体系) 以上。因此，这样的ECA水可以使粘土颗粒电性更负，因此增强了吸 引多价阳离子，从而改善了板彼此的附着作用。

本发明人得到的数据表明，用阳极或阴极ECA水处理时，可从例 如腐植酸或粘土颗粒释放出与其表面结合的有机分子。不打算受限于 本发明的任何一种理论，设想用具有与通常水相比有较低介电常数的 ECA水，可达到这种可期望的结果。较低的介电常数意味着水中氢键 结合弱，以及使疏水作用最低，例如用像甲醇溶剂看到的那样，甲醇 因弱的氢键而具有较低的介电常数。通常地，疏水作用迫使具有一个 或多个疏水部分的分子附着到固体表面(例如腐植酸或粘土颗粒)，以 及在水存在下彼此粘合在一起。在优选实施方案中，ECA水代替含有 这样颗粒的通常水，因此使其解吸。

因此，ECA水的这种有用性质不限于治理污泥，处理含有一种或 多种有机分子的其他物料也是特别有用，这些分子因疏水作用键而可 以絮凝或与固体表面结合。事实上，ECA水的这种有用性质可以与水 中如碳酸盐基活性物质的其他优点结合一起加以利用。即ECA水可以 用于新材料的加工工艺，该工艺涉及用电活性催化剂和一般其他的反 应剂转化有机分子。例如，通过使用ECA水，可以改善在水悬浮液或 溶液中，由反应剂大规模合成聚合物或其他产品，特别是消耗自由基 催化剂或电负性物质的反应更应如此。在这种情况下，非反应性的自 由基形式盐如碳酸盐或电活性物质加到水中，进行ECA活化作用。活 化的水然后用于反应。电化学活化含有例如像碳酸盐、碳酸氢盐或酒 石酸盐这样形式的水可用于像聚合反应、金属电镀反应以及生成如羟 基磷灰石矿物反应的反应。

在US 5 077 350中提供了在本文中的一个有机合成反应实施例。 该申请描述了制备聚(芳基醚/硫醚)-聚(碳酸芳基酯)嵌段共聚物，它 相应于式：((A-O’).sub.n’-AO’COO-B-O-COO)m’-，或 ((A-O’)m’-AO’-B-O-COO)m’-其中n’等于在共聚物嵌段片段中重复的活化芳基醚 /硫醚单元数，m’等于在共聚物嵌段片段中重复的聚(碳酸芳基酯)单 元。ECA活化碳酸盐水可以用于这个反应以提供基。在这种情况下， 由ECA活化作用产生的碳酸盐或其他稳定的基转移到芳族基，该芳族 基在醚/硫醚连接基团的邻位或对位有至少一个吸电子基团。

使用加了如碳酸钾或碳酸钠盐的水制得的ECA水可以进行另外这 样的反应。可以使用含有高浓度碳酸盐基的ECA水，例如像约1毫摩 尔以上、5毫摩尔以上或约50毫摩尔以上碳酸盐基，以消除现在某 些反应所需要的高温，例如在羟基磷灰石晶体生成反应中，该反应利 用高温方法产生碳酸盐基。

在大规模间断处理的优选实施方案中，用ECA水处理悬浮液或胶 体物料还进一步包括，如在本文所描述的，通过一组注射器将ECA水 注入封闭的环境中以达到规模经济。尽管在本公开中强调污泥处理， 但还专门考虑了其他的这些实施方案。总之，治理污泥使用的方法与 设备对于一般工业化学转化方法，特别对于大规模间断处理方法是特 别有价值的。

本发明人还惊奇地发现，酸性或碱性的ECA水加到含有聚芳族烃 (“PAH”)的污泥中时，该水有利于释放PAH，还可用化学方法将PAH 转化成其他的化学形式。如实施例中所表明的，得到的数据表明，用 通常的自来水处理污泥与把PAH加入污泥时，在化验时不容易释放出 PAH。例如，加入到这样样品的萘仅可以回收27％。在用水处理的污 泥样品中加入菲和的回收表明仅51％回收率。相反地，已用酸性 或碱性ECA水处理的污泥样品显示出所加入PAH高得多的回收率，表 明用ECA水处理的污泥(粘土)颗粒表面释放PAH比用通常水处理的污 泥颗粒好得多。这是ECA用于污泥治理的有利性质，是特别优选的。

在优选实施方案中，治理水应含有在水溶液中自然衰变的氧化剂 或自由基，并且它对下游环境无损害。在本文中非常优选的是由水本 身制得的氧化剂，例如过氧化氢，羟基或其他活化氧。还优选的是在 ECA处理前加到水中的盐，其中盐生成了活性物质，例如活性氯或溴， 然后在脱水步骤期间从污泥排出之前基本上(至少90％，优选地95 ％以上，更优选地99％以上，还更优选地99.9％以上)分解。

根据这个实施方案，氧化剂或基的分解主要地是从与污泥污染物 反应和水中自然发生的反应开始的。这个实施方案的重要特性是治理 时使用的化学剂不明显损害环境。另外，优选地由现场的水本身生成 反应性物质。因此，将苛性物料危险地输送到现场以生产治理水就没 有必要了。在优选实施方案中，将环境可接受的盐如氯化钠、溴化钠 或碳酸钠盐加入到水中，然后进行ECA处理，以产生一种或多种活性 化学剂。

ECA水的生成

生成ECA水的机器与方法是已知的，如US 5 871 623，5 635 040， 5 628 888，4 867 856，4 676 882，3 827 964，3 812 026，5 419 824，5 439 577和5 364 508中所描述的，这些专利的全部内容作 为参考文献专门引入本文。在这些公开申请中，许多申请但不是大部 分申请不知道活化物质类型或未予表征，如Weres等人(参见US 5 364 508第4栏第19-26页)提到的。在本发明中，所有种类的ECA生成 水有一些可使用的效能，因为所有这些水对污泥中见到的至少一些污 染物具有至少一些作用。例如，曾实施过含有来自加入氯化钠的活化 氯的ECA水对处理微生物污染物进行得很好。加入溴化物盐，例如溴 化钠甚至更优选，因为与相应的氯相比，一些活化溴的稳定性更高。

阳极水或阴极水可以用于杀死污泥中的微生物，并且为了这种目 的，由例如溴化钠稀盐溶液制备的ECA水是特别有用的。对一般污泥 处理，可考虑引用的出版物中描述的各种电极组成。另外，如上所述， 本发明人得到的数据表明，由市场上购买的有铂电极的ECA水发生器 可以得到阳极水或阴极水，以及(显然地)甚至破坏污染污泥中的有机 化学毒素。为了除去和破坏有机毒素，可取的是使用具有表面半导体 组成的电极生产ECA水，这种组成有利于羟基自由基的生成，如Weres 在US 5 439 577中所描述的。

Weres提到通过与电极表面上的羟基或与非常靠近电极表面上的 羟基直接反应降解有毒化学品。如Weres概述的，在这个领域中的中 心问题是，为了破坏毒素就必须真正接触ECA电极。但是，污泥毒素 是在污泥中，并且应该(1)从粘土颗粒中释放出来，以及(2)在这样的 物料中以共价方式发生改变(或以物理方式从这样的物料分离出 来)。本发明人发现了解决这个问题的三种途径。第一种，本发明人 发现了，如碳酸盐或碳酸氢盐之类的次要化合物可以用于将Weres 所称的强基(例如羟基)转化成比较稳定(虽然稍微弱些)形式，这种形 式存在的时间，可足以能进入污泥，并与其中的有机分子进行反应。 第二种，通过干扰疏水作用(这种作用可使有机毒素保留在那里)，以 及通过改变在粘土颗粒表面的电荷平衡(这种平衡制约了这些颗粒的 絮凝和吸附特性)ECA水实际上从污泥(大概)解吸了有机毒素。

第三种克服与羟基极短半寿命相关问题的途径是在污泥中产生 这种基。在这个实施方案中，将过氧化氢注入含有Fe++的污泥中，其 中过氧化氢通过Fenton反应分解成羟基。在这种情况下，羟基产生 于污泥本身之中，避免了Weres指出的不稳定性问题，并可在注入治 理水后让羟基接触污泥。在一种实施方案中，通过注入铁溶液，优选 地为保持铁为正2价态以如碱性ECA水的还原形式往污泥加入Fe++。 在用一组注射器把Fe++加到污泥之后，使用不同的一组注射器将过氧 化氢加入污泥中，或者让清洗液注入通过原来一组注射器，以防止在 这些注射器中过早进行Fenton反应。

本发明人认识到，用溴化钠进行污泥治理实际上可能比氯更有 用，因为在一定电压梯度下高浓度溴化钠比较容易产生活化溴，该活 化溴还可能比相应的氯更稳定，允许有较长的时间产生、储存或使用 含有活化溴的治理水。不打算受限于本实施方案的任何一种理论，本 发明人认为，较大的溴核比起氯核可更好地稳定未平衡的电子构型， 使得有较长的半寿命通过注射转移到污泥中，并且与毒素和微生物的 表面分子反应。在一些成本和碘副产物不成问题的情况下，例如碘化 钠或碘化钾的碘盐也可以用于采用电极工艺进行电化学处理的水 中。

尽管ECA研究强调了使用氯化钠产生活性氯，但本发明人认识到 可用溴代替氯生产用于消毒(杀死微生物)的ECA水，或在某些情况 下，用于化学转化(有毒分子化学改性成低毒性的化学形式)，从而制 约产生有害的氯代烃。即仅加入溴盐，或溴/氯混合物，其中溴代替 一些氯，提供了活化的卤化物，伴随产生氯代烃的危险很小。因此， 这个实施方案提供了低氯和高溴的ECA水，以便消毒和化学转化有机 物，与现有工艺相比，有害的氯代副产品很低。这个实施方案对于进 入环境，但还可以用于本发明之外的其他希望消毒或化学转化的应用 的污泥物料是特别重要的。

含有通过电化学活化盐溶液制备的活性氯、溴、碘、碳酸盐、硫 和/或其他物质的ECA水是优选的。在一个优选实施方案中，含有一 种或多种氯化钠、溴化钠、碳酸钠和碳酸氢钠的固体盐或浓盐溶液被 加入水中得到水溶液，其浓度为1.0-2000毫克/升，优选地是20-1000 毫克/升(阴离子物质)。然后，盐水溶液接触在两个或多个电极之间 形成回路的阳极和/或阴极。在一个实施方案中，盐溶液等同地接触 一个或多个阳极和/或一个或多个阴极，但在一个优选实施方案中， 让该溶液朝如此方向流动，以致盐浓度主要(最高)集中在阳极区，以 便达到产生活化卤素的最大效果。在另一个实施方案中，加氯(无 钠)。在这些实施方案中，非常可取的是在紧接阳极的下游排出富集 活化卤化物的阳极ECA水。如此快的加料和排出可提供了富集活化卤 化物的阳极ECA水，还不需要ECA发生器中的昂贵的膜。

现场产生ECA是优选的

本发明的一个目的是限制环境与治理污泥时使用的化学试剂接 触。一个满足这个目的的优选实施方案是在使用现场制备在治理时使 用的活性化学物质，并且允许这些物质在排到环境之前衰变到在对环 境有益的形式。曾发现可在使用现场用电能在水中制备氯、溴、碳酸 盐和氧的活化物质，并且这样的物质存在的时间足以让水与污泥接触 以治理污泥。另外，治理产生的水可在ECA活化物质本身衰变后排到 环境里，因此不会进一步反应。

本发明人将电能输送到污泥样品处、制造ECA水、并让ECA水与 污泥接触。这种方法成功地除去了污泥中的几种毒素。在此处理中使 用之后，ECA水失去其强的ORP，表明活性物质自然地降解了，并且 这种水可安全地排到环境中。在实施例中描述了几个这样的试验。

在一个优选实施方案中，制备ECA水、储存在封闭的系统中，例 如使用前储存在塑料桶中达20分钟以上。在另外的实施方案中，在 让ECA水与污泥接触治理毒素之前，ECA水储存达60分钟以上、4 小时以上、甚至48小时以上。例如，在一个实施方案中，重金属离 子或配合物转化成不同的形式，这种形式可用高浓度羟基离子(即高 pH，例如pH8以上，优选地是9以上，更优选地是10以上)处理浸出 予以除去。在ECA水生产设备的阴极处产生了这样的碱性ECA水。这 种阴极水使用前若不接触空气可储存几天。

本发明人还认识到，可以生产出一些活化化合物，其化学寿命超 过了以前描述的化合物寿命，并且被其他人所鉴赏。例如，尽管各种 活化氯在水中存在时间短，但大多数活性物质，特别是自由基还不能 稳定到足以将其转移到污泥中。即，这些物质在水中快速衰变。本发 明发现，一些活化的溴相反具有较长的衰变时间，允许使用前有较多 的时间储存治理水。一些活化硫与硒的衰变时间例如还可以更长，因 此允许在经受ECA处理的水中有利的使用含有这些原子的盐。

根据一个实施方案，使用含有这些元素中的一种元素的盐，或一 种酸的盐(特别是钾盐)，例如像PO4、AsO4、VO4、SO4、SiO4或酒石酸 盐，或甚至更优选地碳酸盐或碳酸氢盐来生产具有长半衰期的自由基 (与羟基的半衰期相比)，其半衰期足以可使基在注入治理水后接触有 机毒素。因此一个实施方案考虑了往经受ECA活化反应的水中加如溴 化钠或溴化钾盐，特别是碳酸氢钾或碳酸氢钠或碳酸钾或碳酸钠。这 样活化的治理水会含有较大量的稳定自由基，这些自由基具有杀死微 生物或除去有机和无机毒素的有用性质。

这后一个实施方案对于除去具有至少一个给电子的芳族基团的 芳族化合物是特别优选的。这样的有机化合物可以包括具有选自-OR和-NR1R2取代基的芳族基团，其中R、R1和R2是H或烃基，并且其中 R、R1和R2是相同或不同的。这样的化合物实例是酚和苯胺，特别地 五氯酚，如US 5 104 550中所描述的。

实际上，如上所述的盐可以加到水中，或可以把盐的浓溶液加到 水中。优选地，加入碳酸钠或碳酸氢钠或碳酸钾或碳酸氢钾，甚至更 优选地利用这样加料可将pH保持在至少8，更优选地pH 8-10。当然， 例如上述任何一种盐的组合可以一起使用。应该加入的离子如碳酸盐 或碳酸氢盐离子的准确量，将部分地取决于开始水中碳酸盐或碳酸氢 盐的量。天然水平取决于以前接触的气氛，例如可以是10毫克/毫升 以上，100毫克/毫升以上，或甚至300毫克/毫升以上。还可再加入 一些量，以使该水平直至达到100毫克/毫升、250毫克/毫升、500 毫克/毫升、1000毫克/毫升，或甚至1000毫克/毫升以上。

在加完(例如)碳酸盐后，让水经受ECA，它可直接地生成碳酸盐 基，以及间接地通过开始生成其他更强的基如由Weres研究的羟基来 生成碳酸盐基。在经受ECA活化反应的水中碳酸盐或碳酸氢盐离子与 羟基(以及其他)基反应分别生成碳酸盐基阴离子和碳酸氢盐基阴离 子，它们的寿命较长，它们可以注入污泥中，与其中可氧化的污染物 反应。一些这样的反应如下：

OH-＋CO32-变成CO3-+OH-

CO3-+X变成X++CO32-

OH-+HCO3-变成HCO3+OH-

HCO3+X变成X++HCO3-

式中X具有给电子的芳族基团的可氧化污染物。

不打算受限于本发明的任何一种理论，可推论碳酸盐基阴离子和 碳酸氢盐基阴离子与污染中可氧化分子结合生成更能降解的带正电 荷物质和碳酸盐和碳酸氢盐离子。已知可生成比羟基更稳定基的其他 分子，如上面例证的，也可以用于这个实施方案中。但是在许多情况 下，碳酸盐基是优选的，因为它们的成本和低的环境毒性。尽管这种 方法对于含有芳族化合物以及其他有机化合物的污泥是优选的，该芳 族化合物具有至少一个给电子的芳族基团，但碳酸盐基也可以用于除 去微生物污染。

后一个本发明实施方案克服了Weres专利中认为的羟基短寿命的 问题，可通过ECA生成的基在注入期间进入污泥并与其中的有机化合 物反应。Weres指出，为了与在电极处生成的羟基反应，有机分子毒 素实际上必须接触ECA电极。相反，本发明的这个实施方案提供了在 ECA活化期间生成稳定的基。不打算受限于本发明的任何一种理论， 认为这些基比较稳定是由于较大的原子核，特别是氯、溴、硫或硒原 子核，或在碳酸盐的情况下，离域作用较大。在一个实施方案中，在 注入污泥期间，在注射器管中，通过管内ECA活化作用产生了这样的 基。在注入期间生成的基有足够长的寿命，以便该基与污泥中的毒素 进行化学相互作用，改变毒素的化学结构。

较低成本的消耗性电极

本发明一些实施方案利用了ECA活化作用生产治理水。在优选的 实施方案中，使用由如铁、铜、镁、钛和铝之类的低成本金属构成的 电极，以及基于周期性使用更换电极，即在至少一定量的电极表面， 例如10％以上，30％以上或50％以上被耗去或变化之后更换电极， 这样可降低生产ECA水的投资成本。对于含有有机污染物，特别是微 生物污染物的应用，铜是优选的。铜电极生成了活性铜，它与微生物 反应并杀死微生物。在一个希望把铝离子加入粘土的实施方案中，使 用铝消耗性电极是优选的，因为它在治理水中释放铝。在一个实施方 案中，注射器含有用于一个或两个电极的铝，注射器体可以是铝。

通过注入治理水的治理

污泥处理

污泥以加或未加水的浆体泵入容器，或通过漏斗加入。可以将高 固体含量的污泥通过安装喷嘴的漏斗输送到封闭容器中。在这种情况 下，为了改变固/液比，在这个步骤(将污泥转移到容器之前或其间) 可以加入治理水。在优选的实施方案中，把污泥转移到在封闭空间中 的传送带上，以便使与外部空气的空气交换降至最低。传送带输送污 泥，与此同时加入治理水。

在一个封闭传送带设计的优选实施方案中，在把污泥加到一部分 传送带之前或加到一部分传送带的同时，把第一类治理水加到污泥 中，使其变得较稀，并且污泥在传送带上脱水。在脱水后，把第二类 治理水加到污泥中，还可接着在传送带上进行第二次脱水步骤。当 然，开始把污泥放在带上时，在接受污泥的开口处可能发生一些与环 境空气的交换。在一个实施方案中，为了限制不希望的漏气，可以在 距开口一定的位置加入治理水，在脱气的水与开口之间可以加入附加 水作为蒸汽抑制剂。封闭传送带的开口和/或出口孔优选地用防护物 盖住，以进一步限制这种交换。

传送带通过在其表面内允许水通过而阻止颗粒通过的孔可以使 污泥脱水。传送带侧边优选地不移动，并且应该由不透水的表面组 成。但是，在一个实施方案中，传送带是不透水的，并且传送带侧边 是由优选通过水的地质处理用布材料组成。非常优选地，其侧边与真 空相连以便于脱水。

任选的预处理

每种待处理污泥有其自身的性质，这些性质可以采用该领域中许 多不同的已知方法进行测定。优选地，为了达到最低成本治理，在使 用本发明的方法和设备之前要考虑这些性质。因此，许多情况都会涉 及预处理步骤。例如，污泥可能含有在治理处理期间或许干扰最佳流 体流动的大量固体。

在一些实施方案中，可以除去固体，以便达到有利最后使用产品 的最佳土质工程，例如填埋场衬里或不渗透的阻挡层。在一些实施方 案中，可能存在例如铁路轨枕、电缆、岩石、轮胎和垃圾大物品，也 应该除去。还有，可能考虑特别的工程处理参数，例如孔隙比、孔隙 度、液/气透过率、膨胀、使用的注射器口/筛尺寸以及反应体积，因 此还可能考虑污泥加工参数。考虑工程参数可以要求采用例如一种或 多种下述技术降低粒度或分级：铁格筛(典型小于1″，3″，6″的调节 振动筛)，旋液分离器(典型地调节为20-250微米)，或通过空气或水 分离进行的重力分离。

在考虑的参数之中是液动因数，其中包括物理参数如水渗导性对 孔隙比，泥浆密度，颗粒尺寸，膨胀因素；化学参数如溶解度，吸附 常数，KD，KOC，无机speciation，pH，ORP；输送参数如有效孔隙 度对孔隙比；以及透过率如表观开口尺寸散布，排水路径和持续时 间。本技术领域的技术人员知道这些参数，结合本发明的材料与方 法，他们应知道各种其它的处理方法。

考虑一定的参数时，最好是进行污泥的小规模实验室试验，使用 各种类型治理水试验，并从经验上确定参数。这对于如特定污泥所需 要的确定治理水体积与处理污泥体积比是特别优选的。在本文中，进 一步考虑这样一个因数，可以优化选择注射器类型和尺寸。非常优选 地，进行小型台架规模试验以确定在加入治理水前后一定注射器的流 速。

希望以喷洒或流入污泥中的方式注入治理水时，可以采用如上所 述的封闭传送带实施。在这些情况下，注射器是喷嘴，它从传送带上 面或简单的开口加治理水，在污泥转移到传送带上之前或污泥转移到 传送带上期间，让治理水流到污泥。许多考虑的实施方案可进行原地 处理或在大箱中处理，特别是在箱适合于运送到最后使用地时，例如 ISO容器或铁路车皮。因为在可运输容器中加工污泥的经济意义，本 发明强调外部使用的方法(包括注射器)和材料。

有等间距出口的塑料管，例如PVC管适用于将治理水注入容器或 将治理水原地注入。非常优选的是通常的水井注入管，脱水井点和其 他具有所要求尺寸和流速的管。下列公司制造各种特别有用的水井筛 和脱水井筛，还为公众提供目录和其他有关适合本发明的注射器细节 的信息。Houston Well Screen，休斯顿，德克萨斯州，Johnson Well Screen，Paul大街，明尼苏达州；Pram Technologies， Minneapolis，明尼苏达州；Nagaoka，美国，休斯顿，德克萨斯 州；Alloy Machine Works，士麦那，乔治亚州；Titan Industries， Paxton，内布拉斯加州；Schumacher Filters，阿什维尔，北卡罗 来纳州；Bedrock Enterprises，Forked River；Demco，West Midlands，英格兰；Maass Midwest，Huntley，伊利诺斯州以及 Hendricks Screen，Owensburo，肯塔基州。

如由一篇有关这些公司提供信息的评论所知道的，滤网筛是非常 有用的，特别是对沙性污泥更有用，它们典型地安装到任何类型的多 孔基管上，尽管有1/16至1/14英寸狭缝宽度，优选地是1/8英寸狭 缝宽度，总共20％开口面积的塑料管是常见的。由Titan Industries 公司得到的另一非常有用的类型是Enviroflex Well Screen，它有 共挤出HDPE土工网的最里面层，该层提供了地质处理用布内支承 层。土工网和地质处理用布以连续管状粘合在一起，它可防止撕裂或 渗沙，还支持地质处理用布层以免破裂。这种注射器可以用于注入有 限的空间，不必在空间周围使用第二层地质处理用布，这对于省力的 应用是优选的。

由真正任何可焊接材料，例如碳钢和PVC制得的连续狭缝全焊筛 是容易购到的。大部分这样的筛是用具有三角形截面的绕丝制得的， 形成一个向内开的狭缝开口。对于大多数这样的筛，用于细沉积污泥 的最可靠孔尺寸是0.004-0.01英寸。在这些市售注射器中，一些注 射器适用于注射和排出污泥中的治理水。在优选实施方案中，一组注 射器注射治理水，另一组垂直注射器排出治理水。在这种情况下，可 取的是每组的每个注射器是平行的，并且与同一组中每个注射器是等 间距定位的。

优选地，平行的并且彼此等间距的多个注射器以两维排列是特别 有用的。注入到箱中时，注射器应该是垂直的，尽管它们可以以一定 的其他角度放置。原地注入污泥时，注射器可以是任何角度，但优选 地是与污泥表面垂直的，该污泥典型地是水体下的沉积物。

在优选实施方案中，在台架规模试验中得到有代表性的污泥流动 特性数据后，可确定流量和注射器的尺寸。即，利用选择流量/注射 器尺寸组合，可以确定最佳浸出比或其他工程处理参数。这样的台架 规模试验一般是知道的，例如像US 5 266 494所描述的。一个本发 明人使用的代表性台架规模试验在实施例中示出。

在大多数情况下，基于污泥行为的知识和经验，使用一定类型的 注射器，就应能调节流速，尽管可以使用不同类型的注射器。例如， 如果台架规模试验的结果表明，处理的污泥在一给定处理步骤的有不 好的流量，则操作者可提高注入治理水的压力，增大注射器的尺寸， 在一定空间增加注射器的数量，增加出口/孔口的网孔/尺寸/位置， 或者甚至将真空接到在箱底部的水平排水管(或在边或侧的垂直排水 管)。在本文中，在排水底部还可以使用多个水坑，可以将真空施加 到这些水坑。当然，可以关闭水坑和/或排水管组合，可以施加与调 节真空以进一步控制流动。

优选地，注射器管内径是0.5-8英寸，优选地是1-4英寸，更优 选地是1.5-2英寸。放在污泥中的注射器的长度应该是污泥深度的 50-100％，优选地是70-100％，更优选地是75-95％。在底部使用 水平排水管时，注射器最低孔与污泥底之间的优选距离是该孔与相邻 注射器管的相邻孔之间的距离的50-150％。通过实施例，如果注射 器管在格子中等同地间隔2英尺，在每个注射器的最低点有底孔，该 注射器应该插入距容器底1-3英尺。

注射器管往污泥提供治理水。治理水可以制备并储存在封闭的容 器中，其容器是附带的，或在使用时是随注射器附带的。在一些实施 方案中，可以在这些注射器中，或在特别为此目的设计的注射器附件 中制备特定的治理水。对于使用ECA水的优选的实施方案，用于产生 治理水的注射器可以包括一种或多种金属或半导体，它们与制造活性 物质的电源和控制线路电连接，而这些物质可改变污泥中一种或多种 不合需要的组分。在一个实施方案中，使用的注射器主要地调节水以 除去一种或多种不合需要的元素如铁、铅、砷或其他无机组分。事实 上本发明人曾采用电化学活化水的方法沉淀出含有钙、镁和锌的配合 物。

在使用地质处理用布衬里的封闭ISO容器(宽8英寸×深7英寸 ×长40英寸，体积为40立方码)的优选实施方案中，污泥放入ISO 容器，接着插入48根标准“注射器型”PVC管，其直径2英寸，长 度5英寸，有100个狭缝，间隔2英寸。图1和2例证了这个实施方 案。图1是ISO容器的透视图，有一组24个置于其内的内径1.5英 寸不锈钢管注射器10。每个注射器有扩散器20。四十重地质处理用 布衬里30与壁40间隔2英寸。

图2左侧是图1设备的侧视图，显示了放在污泥中的注射器管 210，污泥用阴暗部分表示。在这种表示的底部，可看到以六个圆表 示的排水管端部220。水的进口230是在顶的左部，以及还可有喷嘴 240距集合管250顶的中心2英尺。可见到在壁260上以圆突起表示 的每6英寸放置的橡胶条，这些条可将地质处理用布衬里270与壁 260隔开。

图2右手侧是俯视图，没有显示ISO容器的细长中心，以强调排 水管端部分280和在相反端的公用排水出口290。这里多孔管280显 示出为8个平行管格子，有一个出口290。使用期间，顶部用塑料板， 部分地质处理用布或其他阻挡层(在这些图中未显示)盖住。

本发明大规模方案对于处理大量污泥是特别有用的。正如上所 述，甚至封闭的传送带都可以用于脱水和注入治理水。当然，可以使 用大尺寸的箱式容器，面积为150-10 000英尺2，深为1-50英尺。 优选范围是面积为200-1000英尺2，深为2-20英尺的外壳。该外壳 不需是矩形，但优选地这排注射器管设计成将治理水注射到整个体 积。作为实例，外壳可建造成尺寸为宽40英尺，深10英尺，长100 英尺。在这种情况下，64根直径3英寸，长8英尺的PVC管可以插 入污泥中，在该容器中污泥堆积9英尺厚。

优选地，在治理水源向上游使用泵，而不是在治理水源与注射器 管之间。即，水源与泵进口相连，泵出口与注射器相连。这使得在治 理水中产生活性物质，不然会在泵内反应。由于同样的原因，注射器 管为惰性非-反应性表面是优选的。惰性塑料表面限制了注射时在治 理水中活性溶质的分解。

原地注入污泥

在这个实施方案中，沉积污泥原地处理。可以用一排管处理的在 原地的污泥面积例如可能是小到100平方英尺，而大到100 000平方 英尺。优选地，该面积是1000-10 000平方英尺。待处理面积的深度 优选地是距污泥表面1-50英尺，优选地是2-20英尺深。作为实例， 可以处理的体积是宽度、长度和深度分别为20英尺、100英尺和5 英尺，是在10英尺水下。通过将一组2×20聚氯乙烯管(每个直径为 2英寸)垂直插入沉积物，处理该沉积物，该管下部分为多孔，上部 分未打孔，管的下部分伸长通过沉积物顶部4.5英尺。管的底部多孔 部分是4英尺长，以致在管放进之后，管口只是处在沉积物内。管以 流体方式与治理水源和与泵相连，其泵优选地处在让治理水源上游。

根据这个实施例，注射器管插入沉积物达到所要求的深度。然 后，打开治理水的发生器和泵。泵使新鲜水通过治理水发生器再到达 注射器管。治理水在管口排出再进到沉积物中。以每分钟每根管约1 加仑速率加水10分钟后，关掉发生器和泵。处理后取污泥中污染物 样品，并且经这种处理变成一种或多种低毒性形式。

在优选的实施方案中，用治理水处理沉积物，取下注射器管，然 后，采用空吸挖掘方法取出处理的沉积物。在这种情况下，注入治理 水提供两个优点。一个优点是，这种注入松动了沉积物，并且可选择 待除去的沉积物体积，而第二个优点是，治理水除去了有毒物质，不 然要继续搅拌，并引起水污染，或在除去后引起环境污染。

在另一个实施方案中，以相对于水平为0-90°的水平方式将注射 器管插入沉积物中，原地处理沉积物。然后加入治理水。操作者根据 沉积物的深度、致密性和设备利用率，可确定相对于水平在0-90° 之间的精确角度。在相关的实施方案中，将治理水泵入沉积物，而在 另一个实施方案中，在不同的时间往沉积物加入至少两类治理水。一 种优选的实施方案是注入能与分子进行化学反应的活化治理水，这种 水对微生物有杀菌的活性，接着用pH高于8，优选地高于9，更优选 地高于10的水，它改变了重金属氧化态，降低其化学反应性，使其 成为低毒性。

外部污泥注入封闭容器中

特别是污泥要运输到最后使用地方时，可以优选地在容器内处理 污泥，该容器与使用的运输系统匹配。这样的容器实例是铁路车、斗 车、滑动容器、卡车、驳船仓以及ISO容器。在每一种情况下，容器 可改变以便进行脱水，以及治理水注射器插入放进该容器中的污泥 里。在一个实施方案中，该容器是不移动的，可以是例如在地里用地 质处理用布衬里的土制池或洞。

为了装所有的液体与包封水平(和/或垂直)排水管和垂直注射器 管，该容器中放有抗渗的地质处理用布衬里。该称里提供了封闭的环 境，降低空气/液体释放到环境中，限制处理的物料与环境空气和光 接触，并且还可提供对真空不透气的环境有助于脱水。衬里的一个目 的是防止液体与容器壁接触。地质处理用布称里的外表面因这个原因 是不渗透的。

用于脱水的合适的地质处理用布衬里的组成一般是已知的，例如 可以由聚乙烯外衬与地质处理用布的内衬组成，该衬里只是有有限的 固体渗透性。US 5 505 557和4 120 605描述了适合作为地质处理 用布衬里的材料，这些专利的全部内容作为参考文献专门引入本文。

在优选实施方案中，排水管置于地质处理用布的内衬与外部不渗 透的衬之间，以便脱水。优选地排水管是水平排列的，例如像图2所 显示的。还可使包括排水管的空间与管的真空相接以有助于脱水。实 际上，地质处理用膜衬通常放在容器底部，以便借助重力或真空除去 液体。然后，加水平脱水管。织物的或非织物的地质处理用布，或上 述的组合放入排水管内及其上，其目的是装固体，还起作过滤器介质 的作用，以便使固体释放通过织物降至最低。在本文中“非织物材料” 可以由例如塑料/尼龙筛或毡状织物组成。

在另一个实施方案中，在排水管(或水坑，它可以用于代替或补 充排水管)上可使用地质处理用布保护套(还可更换地质处理用布)。 可以垂直地或水平地放置水坑或排水管或水道，特别是在限制空间的 角落处应垂直地放置。在排水管上放置地质处理用布保护套的这个实 施方案对于装固体是有用的，它起作过滤器介质的作用，以便使固体 释放通过织物降至最低。

在通过地质处理用布衬里除去过量水(孔的水)后，通过一组注射 器加入治理水，然后泵送治理水(或在重力作用下流动)通过注射器。 在注入治理水期间或延迟时间之后，从排水管(以及或水坑)可排出 水，如果必要的话，可以使用注射器加空气或有助于排出水。可在将 一种或多种氧化溶液，还原溶液，矿化(固定)溶液合并的步骤中，或 一种或多种这些溶液的一些组合步骤(或在不同时间或以不同的注射 器的组合)中施加治理水。治理水可以泵入沉积物，在加入两种不同 治理水之间可以使用洗涤步骤(典型地仅插入水)，不然会彼此直接反 应。在一个实施方案中，注入杀菌治理水，它与分子反应，接着注入 高pH的水，其中，高pH改变重金属化学态，以便通过浸出可除去。

后处理

处理后，根据所要求的材料与地质技术性质，可以用例如膨润 土、粘土、火山灰、石灰或沸石之类的混合物改善污泥。当然，可以 实施进一步处理，其中包括例如用高温转炉通过热量产生骨料。但 是，优选的方法是不使用热量，限制气载物放出，依靠较低温度的化 学氧化作用和提取方法，这些方法与现有技术和材料相比耗能低，成 本也低。另外，在许多实施方案中，在污泥是在其处理的有限空间里 采用船运方法将污泥运输到最后的使用地。在污泥是原地处理的实施 方案中，处理过的污泥应该检验确证处理的效果，然后才可以放到自 然环境中，或取出后进一步处理。在传送带上用治理水处理污泥的实 施方案中，处理过的物料可以倾倒到运输容器如自动倾卸车、ISO容 器、挖掘船、驳船或铁路车皮中。在外地治理的实施方案中，污泥在 处理时进行脱水，以使船运费用最少。

这里引用的每篇文件都作为参考文献以全文专门引入本文。下面 提供说明性的而非限制性的实施例。

实施例1

该实施例证明，阳极与阴极ECA水通过降低污泥中聚芳族烃 (“PAH”)的水平成功地治理了污泥样品。

在这个实施例中，由大海港采集的PAH污染的有毒沉积物得到了 250克污泥样品。使用由日本，Fujisawa，Altech公司生产的，由 美国Tomoe公司销售的“Super oxide labo”系列2型设备，根据 随这种设备提供的使用说明书，得到了阳极与阴极ECA水。该设备调 整到15分钟处理时间。在500毫升烧杯中，250克样品与250毫升 任一种水混合约10秒。样品转移到500毫升不锈钢离心管中，在 Sorvall RC2中以6500转/分旋转30分钟。为了对照，第三个样品 用为ECA设备提供的自来水处理。在离心后，每个样品经倾析后湿样 品就送到外面实验室进行独立分析。用改进的EPA8270标准方法测定 某些可回收的PAH的量。

                酸性ECA水处理    自来水处理       碱性ECA水处理

                纳克/每克干重    纳克/每克干重    纳克/每克干重 萘                   7.85             8.67             8.07 苊                   4.33             7.4              4.07 芴                   4.05             4.28             4.28 菲                   18.79            44.74            28.62 蒽                   10.80            25.41            12.31 荧蒽                 42.45            146.93           64.77 芘                   93.16            185.72           91.46 苯并[a]蒽            46.75            128.26           58.59                    35.53            93.74            42.96 苯并[k]荧蒽          39.25            90.27            44.38 苯并[b]荧蒽          47.15            117.75           49.79 苯并[a]芘            55.70            127.72           66.25 茚并[1，2，3-o，d]芘 39.98            72.85            31.36 二苯[a，h]蒽         7.22             16.23            6.50 苯并[g，h，l]二萘嵌  70.04            78.82            34.40 苯

这些数据表明，与用通常水处理相比，用ECA水处理可大量除去 污泥中的PAH。阳极和阴极水成功地除去了宽范围的PAH分子。

通过回收研究进一步检查了部分处理样品。就在分析前将代用品 参比PAH化合物d8-萘、d10-菲和d12-与湿样品混合。由每个样品 回收的每种代用品PAH百分数示于下表。

          阳极水处理         对照       阴极水处理 d8-萘            54％            27％          64％ d10-菲           89％            51％          85％ d12-屈           90％            51％          85％

这些数据表明，与用通常水的对照处理相比，用任一种ECA治理 水的治理处理污泥均达到高得多的PAH回收率。

实施例2

这个实施例证明使用高pH治理水用于除去各种污泥中的汞。使 用由ARV有限公司生产的AL-2.0L型设备(2811 Uchimichi Minami， Shinshiro-Shi Aichi，日本)，由ARV有限公司生产ECA水。用5 升pH11.4的碱性ECA水，在16目特氟隆筛上洗涤约500克汞污染 的湿土壤/污泥。用重量分析法去除作为残作物生成的灰色沉淀和元 素汞。在重量分析法去除汞后，余下样品在100目筛(150微米)上用 ECA水洗涤。再用重量分析法去除任何可视的汞。余下污泥(即150 微米以下物料)放入55加仑鼓中，该鼓有地质处理用膜，其膜有一层 面向装沉积物内部的非织地质处理用布。鼓装到3英尺高。将直径2 英寸、长度3英尺的10号开缝抽水管(Brainard Kilman/Long Year 公司，亚特兰大，GA)垂直插入沉积物中间。通过注射器以2升/分流 量注入pH 11.5的水(还含有O2-)。在100分钟后，移走注射器，通 过在容器底部的两根直径1英寸的开缝排水管使污泥脱水(除去 水)。

如下面指出的，试验了不同的污泥。用EPA法7470测定了每个 处理的污泥中的总汞量。下表中列出的数据表明，往每个污泥注入治 理水可大量除去污泥中的汞。 污泥类型       物料尺寸(％重量)    处理前Hg    处理后Hg 低浓度沙性土壤  +16尺寸(45％)       311ppm      8.7ppm

            +16-60尺寸(45％)    311ppm      28ppm 中浓度沙性土壤  +100尺寸(88％)      1100ppm     550ppm

            +100尺寸(5％)       1100ppm     880ppm 高浓度富细料    +100尺寸(12％)      320,000ppm  46,000ppm

            +100尺寸(77％)      320,000ppm  35,000ppm 低浓度泻湖污泥  +100尺寸(26％)      440ppm      150ppm

实施例3

在这个实施例中，用ECA水处理电弧炉灰“EAF灰”，以除去金 属毒素。如在上述实施例中描述的那样，生产出碱性ECA和酸性ECA 水。以80％(重量/重量)比例往EAF灰加入碱性ECA水，然后固体用 自来水漂洗三次，再倾析。以80体积％比例把酸性ECA水加入固体 部分，然后用自来水漂洗三次，再倾析。未调节pH。从每个ECA水 处理的含水相收集样品，经过滤，并分析总铅、镉和硒。也收集固相 样品，用TCLP金属分析(毒性特性浸出法，EPA SW-846，法1311) 以及x-射线衍射分析定性测定固相样品中的铅、镉和硒物质形式。 还分析了未处理的EAF灰。

在处理前后EAF灰的TCLP分析结果如下：

            处理前EAF灰             处理后EAF灰 铅                1200mg/l                93mg/l 镉                530mg/l                 0.66mg/l 硒                3.4mg/l                 未检出(＜0.05mg/l)

x-射线衍射分析表明，未处理的EAF灰含有氯化铅铵，而用80 ％碱性ECA水处理的物料含有硫酸铅钾(KclPbSO4/K2PbSO4)，氯化铅 氢氧化化物(PbClOH)以及硫酸铅(PbSO4/PbSO4-PbO)。此外，碱性处 理倾析液含有1000毫克/升镉和4.7毫克/升硒。接下的酸性ECA水 处理没有明显浸出更多的铅，由这种处理得到的水相含有38毫克/ 升镉和0.52毫克/升硒。另外，发现酸性ECA水可将铅再转化成可浸 出的硫酸钾铅，氯化铅氢氧化物和硫酸铅的形式，酸性ECA水而不是 进一步溶解已知在酸中可溶的铅化合物。

当然，本技术领域的技术人员在阅读本说明书后很容易理解对本 文中提出的实施方案所作的变动和修改，此外这样的变动和修改可能 都是在附后的权利要求范围内实施的。