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    通过 UV 辐射 处理 方法 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN200980155626.7

    申请日:

    2009.11.27

    公开号:

    CN102300816A

    公开日:

    2011.12.28

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C02F 1/32申请公布日:20111228|||实质审查的生效IPC(主分类):C02F 1/32申请日:20091127|||公开
    IPC分类号: C02F1/32; C02F1/461; C02F1/78 主分类号: C02F1/32
    申请人: 沃伦刘斯水务股份公司
    发明人: D.斯滕曼; H.廖
    地址: 瑞典斯德哥尔摩
    优先权: 2008.11.28 SE 0850107-4
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 赵华伟
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200980155626.7

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2014.04.23|||2012.02.15|||2011.12.28

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及用于处理水的装置,包括具有UV辐射仪器的外壳以及催化剂,所述催化剂包括多个板,所述板在其间以一定距离布置成叠堆并且所述板彼此大致平行,其特征在于,所述装置还包括电子DC功率源,所述DC功率源可连接到所述催化剂,使得叠堆的每隔一个板连接到功率源的正侧并且所述叠堆的每隔一个板连接到功率源的负侧。

    权利要求书

    1.一种用于处理水的装置,包括具有UV辐射仪器的外壳以及催化剂,所述催化剂包括多个板,所述板在其间以一定距离布置成叠堆并且所述板彼此大致平行,其特征在于,所述装置还包括电子DC功率源,所述DC功率源可连接到所述催化剂,使得叠堆的每隔一个板连接到功率源的正侧并且所述叠堆的每隔一个板连接到功率源的负侧,其中,DC功率源能够提供在-5?-?+5范围内的电压。2.根据权利要求1或2所述的装置,其中,DC功率源能够提供在1?mA?-?1?A范围内的电流。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,所述装置还设置有紊流和混合产生仪器。4.根据权利要求4所述的装置,其中,催化剂具有紊流和混合产生仪器,所述紊流和混合产生仪器选自包括穿孔、孔、冲孔、结构压件、瓦楞和沟槽的组中的一个或多个仪器。5.根据权利要求1所述的装置,其中,催化板布置成使得UV辐射仪器行进通过催化板。6.根据权利要求1所述的装置,其中,UV辐射仪器是在从大约130至大约400?nm范围内的辐射光。7.根据权利要求7所述的装置,其中,UV辐射仪器是在至少187?nm和254?nm区域内的辐射光。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,催化剂包括金属、金属氧化物或者两者,例如贵金属、氧化铝、氧化钛、氧化硅及其混合物。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,该装置还包括UV光反射仪器。10.根据权利要求10所述的装置,其中,UV光反射仪器是由PTFE制成的仪器。11.根据权利要求10或11所述的装置,其中,UV光反射仪器还包括催化材料。12.根据权利要求1所述的装置,其中,UV产生仪器包括UV灯,所述UV灯布置在细长UV透过管中,并且所述管布置成大致横向于液体的流动方向。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,所述灯布置通过所述叠堆,且其中,所述板的延伸与液体的流动方向大致一致。14.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中,存在布置在所述外壳中的多个灯;每个灯布置通过板的叠堆;以及在每个叠堆之间存在一定距离,使得当进入和离开所述叠堆时液体进行紊流和混合。15.根据权利要求15所述的装置,其中,所述板具有截面设计,使得前缘是尖锐的且后缘是钝的。16.一种用于处理水的方法,在存在氧和催化剂的情况下用紫外光辐射压载水,用于在反应区域中形成臭氧和自由基,其中,催化剂包括多个板,所述板在其间以一定距离布置成叠堆并且所述板彼此大致平行,其特征在于,所述方法还包括施加电子DC功率到所述催化剂,使得叠堆的每隔一个板连接到功率源的正侧并且所述叠堆的每隔一个板连接到功率源的负侧,其中,DC功率提供在-5?-?+5范围内的电压。17.根据权利要求17或18所述的方法,其中,DC功率提供在1?mA?-?1?A范围内的电流。

    说明书

    通过UV辐射处理水的方法和装置

    技术领域

    本发明涉及用于处理液体的方法,且更具体地涉及净化液体以便通过光催化反应移除或破坏在液体中的有害有机物。

    背景技术

    污染液体、尤其是水的环境影响存在越来越多的需求。取用清洁和未污染水变成世界上的主要问题。这需要淡水以及盐水。在世界的许多区域中淡水供应受限制,与此同时许多淡水源被人类污染。

    由于压载水处理,在海洋中的生物平衡受人类影响。船只布置有压载水舱,所述压载水舱被填充以便当船只未完全装载有货物时稳定船只。已知的是,压载水包含被认识到是主要生态问题的物种,举例来说如果散播霍乱、海藻、毒性藻类和蚌类的话。估计在世界上运输大约3-5十亿吨的压载水。因此不必惊讶的是,这已经成为主要问题,其中联合国的国际海事组织已经在会议上发布从2009年开始需要所有商业船只装配有用于处理压载水的特定系统以及使用该特定系统。

    已经开发出诸如采用化学制品来处理并净化水的许多系统,其中通常使用氯。为了减少许多化学制品对于环境的负面影响,已经开发出不使用化学制品但是依赖于其它效果的系统以便杀死在水中的有机物从而将水净化,诸如在饮用水装置和洗浴设施中用臭氧(O3)净化水的方法,以及还将臭氧在水中溶解用于清洁、消毒和杀菌物品。借由其氧化作用,臭氧快速地作用在一些无机和有机物质上。

    另一方法在于用一定波长的UV光辐射所产生的臭氧,以便分解臭氧和所产生的自由基,所述自由基比臭氧的侵蚀性更大。这种方法在EP?0?800?407中被公开,其中要被处理的介质被引入到外壳的一些形状中。在该外壳中,介质通过在130?-?400?nm范围内的光谱分布暴露于UV辐射。

    具体地,低于200?nm的波长将介质中的氧转化为臭氧分子(O3)。所形成的臭氧分子同时通过在上述波长范围内(尤其在-?400?nm的波长下)的辐射分解。同时,所形成的O2分解以形成原子氧。

    为了在自由基(具体地,HO’自由基)产生期间增加效率,使用布置在臭氧分解为自由基的区域中的催化剂。

    使用自由基的上述方法的开发在由与本申请相同申请人的文献PCT/SE2007/050676中被公开。其公开了具有入口和出口的液体处理外壳或反应器。在反应器内部,大致垂直于通过反应器的流体流布置多个细长UV产生仪器。多个催化板同样以叠堆布置在反应器内部并且通常平行于液体流。细长UV产生仪器通行穿过催化剂的叠堆。催化剂和UV产生仪器的布置提供液体的十分彻底混合以及液体中的有机物十分良好地暴露于在催化剂附近形成的自由基。总之,获得传送通过反应器的液体的整个体积的十分彻底和完整的处理。

    具有板叠堆的上述设计可提供附加处理性质,其形成本发明的主题。

    发明内容

    本发明的目的在于进一步增强光催化净化的处理能力和性质。

    该目的是通过独立专利权利要求的特征来获得的。本发明的优选实施例见从属专利权利要求。

    根据本发明的主要方面,其特征在于一种用于处理水的装置,包括具有UV辐射仪器的外壳以及催化剂,所述催化剂包括多个板,所述板在其间以一定距离布置成叠堆并且所述板彼此大致平行,其特征在于,所述装置还包括电子DC功率源,所述DC功率源可连接到所述催化剂,使得叠堆的每隔一个板连接到功率源的正侧并且所述叠堆的每隔一个板连接到功率源的负侧。

    根据本发明的其它方面,DC功率源能够提供在-5?-?+5范围内的电压。

    根据本发明的又另一方面,DC功率源能够提供在1?mA?-?1?A范围内的电流。

    根据本发明的又另一方面,催化剂包括金属、金属氧化物或者两者,诸如贵金属、氧化铝、氧化钛、氧化硅及其混合物。

    根据本发明的又另一方面,所述UV产生仪器包括UV灯,所述UV灯布置在细长UV透过管中,并且所述管布置成大致横向于液体的流动方向。

    相比于在该技术领域中的已知装置,本发明具有多个优势。

    通过在两个相邻催化板之间施加电压,预期产生多个积极效果:增强在处理过程中自由基的产生;增强催化剂的光催化能力,在于增加光可提供光催化的光谱间隔;以使负或正表面充电有机物在与充电催化表面相邻处停留更长时段以便改进该过程;改变光催化的表面电荷(z-电势)以便改变表面的化学性;在光催化剂的不同方向改变半导体性质。

    同样,现场改进了过程的性质:

    -?将臭氧激活为反应性自由基;

    -?将臭氧阴离子(O3-)转化为臭氧;

    -?将臭氧转化为臭氧阴离子(O3-);

    -?将过氧化物(O2-)转化为氧(O2);

    -?将氧(O2)转化为过氧化物(O2-);

    -?将过氧化物(O2-)转化为氢过氧化物(O22-(+2H+?->?H2O2));

    -?将H2O2转化为羟基;

    -?将H2O2转化为过氧化物;

    -?分解氢过氧化物(ROOH);

    -?分解有机过氧化物(R1OOR2)。

    此外,由于内表面的至少选定部分布置有增反射仪器,从UV辐射产生仪器发出的UV辐射被使用得比一些UV辐射被吸收时要高得多,因而导致更有效的处理过程。同样,所需的功率减少。

    内表面可由合适材料覆盖,所述合适材料具有增反射性质。优选地,该材料还具有耐受在处理单元内部的严酷状况以及来自于要处理的液体的侵蚀性作用的性质。该材料还应当有效地防止起鳞,否则该起鳞在使用期间会减少反射作用。

    本发明的这些以及其它方面和优势从下述详细说明和附图将显而易见。

    附图说明

    将参照附图来进行详细描述,在附图中:

    图1示意性地示出了使用本发明的处理单元的一个可行实施例;

    图2示出了被包括在本发明中的催化板叠堆的设计示例;

    图3示出了催化板设计的另一示例;以及

    图4示出了一定形状的催化板的叠堆的另一示例。

    具体实施方式

    根据如图1所示的实施例,可使用本发明的净化器包括壳体20,所述壳体在所示的实施例中是大致细长外壳,其具有矩形截面且在外壳的每端具有入口和出口22、24。当水在外壳中流动时,水将在细长外壳的方向上在入口和出口之间流动。在该外壳中,在石英玻璃细长管28中布置多个UV辐射光源26,所述细长管28在外壳的相对壁之间延伸。光源连接到合适的功率源。选择UV辐射光源,使得所述UV辐射光源发出在130?-?400?nm区域内的波长,用于将介质中的氧转化为臭氧分子(O3)以及用于分解臭氧分子。

    此外,多个板30(至少两个)布置在外壳中,外壳的延伸与流动方向大致一致且因此垂直于灯的延伸。板布置成叠堆,在板之间具有一定距离。板用作用于处理过程的催化剂,因而增加所产生的自由基的量。因此,板由具有催化性质的材料制成,所述催化性质用于增加在反应区域中所产生的自由基的数量。该材料可包括金属和/或金属氧化物,诸如贵金属、氧化铝、氧化钛、氧化硅及其混合物。

    根据本发明,叠堆的板连接到DC功率源36,使得在叠堆中的每隔一个板连接到功率源的正接头,每隔一个板连接到功率源的负接头,如图2所示。施加可以在-5?-?+5?V范围内的合适电压以及可以在1?mA?-?1?A范围内的合适电流。

    通过该布置,获得数个积极效果。在板上施加电压改变催化板的表面的光响应且因此通过光催化改变用于产生自由基或其它化学成分的板的效率。因此,可提供光催化的光的光谱间隔可加宽且改进光能转化为化学能的效率。其它积极效果是提供改进选择性的质量运输,以使得具有负或正充电的有机物在充电催化表面上停留更长时段,以便改进该过程并且增强光催化剂的表面电荷(z-电势),从而改变在最接近催化表面的层中的化学性质。

    板的数量和在板之间的距离被选择,使得在下述方面获得优化:例如,将光从灯输送到板的活性表面;输送在表面附近的有机物;以及将自由基从表面输送到液体容积中。

    玻璃管布置成基本上垂直于流动方向。在如图2所示的实施例中,灯布置成两排,但是取决于能量需求也可以仅具有一排、或不止2排。

    催化板优选地设计成增加和/或促进反应区域中的紊流以及设计成增加表面面积。存在可使用的许多不同设计、配置以及其组合。根据图4,催化板30由膨胀金属制成,因而产生通过板的多个穿孔或孔34。采用膨胀金属的一个优势在于,孔的边缘是尖锐的,因而增加紊流。其它设计类型可以是冲孔、结构压件、瓦楞和沟槽等等?;箍晒瓜胧褂猛?、机织物或非机织织物、金属丝网等。它们还可在透光材料中制造,所述透光材料诸如石英玻璃、玻璃纤维或具有正确性质的其它材料。板的表面设计和/或板的结构确保边界层变得十分薄,否则会防止相邻于板的光催化表面的流体交换,因而产生靠近自由基最有效的表面的流动死区。减少边界层的其它方法可以是增加催化剂的表面粗糙度,例如通过施加石英砂到该表面来实现。

    还存在可进行的其它方法以便增加紊流和混合。图5示出了实施例,与图2比较而言,该板不延伸全部通过该外壳而是被“中断”,从而提供在催化板的叠堆之间的未中断空间36。这引起液体在离开叠堆时的紊流以及当撞击随后叠堆时的进一步紊流,使得获得->光催化->混合->光催化->混合的过程。

    为了进一步增强在离开叠堆时的紊流,板可具有截面设计,其中每块板的前缘(即,面向流动)是尖锐的,且后缘是钝的,如图6所示。

    外壳的内表面可布置有增反射仪器。内表面的任一选定部分设置有增反射仪器或全部内表面都设置有增反射仪器。增反射仪器提供从灯发出的UV光的“再使用”。这提供这样的效果,即撞击处理单元内部的该光在反射以及继续处理该液体方面具有好得多的效果。因而,不存在光的吸收,由此减少UV灯所需的功率。

    存在可适合用作增反射仪器的许多材料。一个重要因素在于,该材料必须能够耐受在该单元内部的相当侵蚀性的状况,例如耐腐蚀性质等等。

    被证实有效的材料是一些聚合材料,具体地是氟塑料,诸如聚四氟乙烯(PTFE)。PTFE具有十分高的反射性能且因此适合用作增反射材料。除此以外,PTFE显示十分低的摩擦系数且还耐受诸如海水的侵蚀性液体。这将减少或甚至消除起鳞并且还减少通过处理单元的水力摩擦。在本文中,要理解的是,可使用具有类似性质的其它聚合材料来替代PTFE。聚合材料还比钢或其它金属要便宜得多。此外,聚合材料可制备成使得例如粉末形式的催化材料分散到聚合物中,该催化材料诸如例如是金属和/或金属氧化物,例如贵金属、氧化铝、氧化钛、氧化硅及其混合物。

    要理解的是,在上文描述且在附图中示出的本发明实施例应被认为仅是本发明的非限制性示例并且在专利权利要求范围内可按照许多方式进行修改。

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