CN101055106A - 低成本快速深度净化空气或水等流体的方法及设备 - Google Patents

低成本快速深度净化空气或水等流体的方法及设备 Download PDF

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Abstract

一种低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法及设备,污染的空气或水等流体先经预处理部分1去除沙尘、油等杂物后流入微波-光催化反应部分2经微波激发的光催化及微波催化协同反应,将其中的各种有机无机污染物质快速分解、矿化,微波、光催化材料和紫外光共同杀灭细菌病毒,经旋流分离器5将矿化固体物分离去除后流入深度吸附分离部分3深度净化分离为两部分:达标的空气或水等流体,直接从达标流体出口22排出再利用或排放;脱附分离出的污染矿化生成物收集利用或收集再处理利用,污染的水或空气等流体的低成本快速深度净化处理及回收再利用得以实现。

Description

低成本快速深度净化空气或水等流体的方法及设备
一、技术领域
:本发明涉及一种低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法及其设备。
二、背景技术
:空气或水不仅是地球上万物生命之源,更是人们生产生活必不可少的资源。但是,随着社会的不断发展空气或水大都已经被严重污染,污染的空气或水不仅危害人们健康,制约社会经济的可持续发展,也危及其它动植物和整过生态环境的安全。
据世界卫生组织官方网站报道,当前空气污染每年大约造成全球约200万人早逝,其中一半以上发生在发展中国家。人们长期生活在污染的空气中,会增加肺癌发生率和死亡率以及慢性支气管炎、哮喘、肺气肿和其他心肺病的危险。更为严重的是大量城市生活污水、工业和养殖业的废污水已将水体污染得十分严重并已殃及流域土地和海域。近海“赤潮”与内湖水体富营养产生的“水华”已使我国每年损失300亿以上,长期用污水农灌和养殖不仅造成减产,而且污染物质通过食物和饮水大量迁入人体,造成多种疾病发生。污染的空气和水中的持久性有毒有害物质除有“致畸、致癌、致突”变外,还有免疫毒性,生殖毒性和发育毒性,不仅影响着当代人的身体健康,也严重威胁下一代和子孙后代的健康。
当前净化空气和水的技术方法众多,不计其数,传统的物理法及生物化学法难将污染的空气和水快速彻底净化,进一步深度净化处理的投资和运行费用都将增加很多,化学处理法又存在投资及运行费用都高,伴有二次污染物产生,其传统的相互组合处理技术往往投资大,过程控制复杂,很难实现对空气或水的低成本快速深度净化处理,无论是单一方法还是组合方法都不能实现用同一技术方法及相应的设备既能对水又能对空气的低成本快速深度净化处理,更难能回收混入和溶入空气或水中的一些可回收利用的物质,造成对资源的浪费。可见,无论是当前单一的还是组合的技术方法,要快速深度净化水和空气都有很多不足之处。
一种低成本既能快速深度净化水又能快速深度净化空气等流体并同时回收再利用的技术方法及相应的设备还是空白,其原创技术不仅对保障生产降低消耗、达到安全环保等方面具有十分重大的现实价值,而且对人的健康以及其它动植物和整过生态环境的安全都具有重要的现实价值和重大而深远的意义,极具广阔的市场需求,将产生出巨大的经济、社会和生态环境效益,推动社会经济的可持续和谐发展。
三、发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,利用流体力学、吸附、微波-光催化和高级氧化反应的原理研制一种可实现低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法及其设备。
本发明是通过以下技术方案实现的:一种低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法,其特征是:该方法分为三部分依次进行,即:第一部分,预处理部分:该部分由控制阀,旋流分离器和污物收集器构成,污染的空气或水等流体首先经此部分初步分离,去除其中的沙尘、油等杂物后流入第二部分进行快速反应;第二部分,微波-多相光催化反应部分:该部分由微波发生器、紫外光无极灯、光催化材料、微波敏化催化剂组成的微波-多相光催化反应器,旋流分离器和污物收集器构成;微波发生器发射微波既激发紫外光无极灯发射紫外光,照射光催化材料产生出大量的电子-空穴、HO·自由基,发生多相光催化反应,同时也辐射微波敏化催化剂诱导产生强烈的催化反应,多相光催化反应和微波诱导催化反应共同将从第一部分流入的水或空气等流体中的各种有机无机污染物质快速分解、矿化,同时杀灭细菌病毒,经旋流分离器将矿化生成的固体物分离去除后流入第三部分进行深度吸附分离净化;第三部分,深度吸附分离部分:该部分由自动监控器,两套分离脱附装置和污物收集器构成;由第二部分流入的水或空气等流体经该部分深度净化分离为两部分:一部分为深度净化的达标空气或水等流体,直接从达标流体出口排出再利用或排放;另一部分为脱附分离出的污染矿化生成物质,经污物收集器收集利用或处理再利用;至此,污染的水或空气等流体的低成本快速深度净化处理及回收再利用得以实现。
第一部分的旋流分离器的上部为圆柱体并设有切线方式进入的流体入口,流体出口,下部为圆锥体并在锥形底部设有排污口,在圆锥体中心线部位设有排油管并从上部圆柱体中心转弯后穿出进入下部带有控制阀的污物收集器,如果处理的流体密度比油小或是流体中无油,就不设此排油管;第二部分的旋流分离器不设排油管。
第二部分的微波-多相光催化反应器由微波发生器、紫外光无极灯、光催化材料、微波敏化催化剂构成,具有独立使用功能;其中,光催化材料是纳米TiO2、CdS、Fe2O3等半导体光催化材料或是其它现有成熟的光催化材料及光催化复合材料,将其涂膜在紫外光无极灯、反应器内壁及投放在反应器内;微波敏化催化剂是活性炭,或是铁磁物,或是人工合成的既具有强催化性又具有强吸收微波的材料,或是以上这些材料的混合构成物;光催化材料和微波敏化催化剂的具体选择根据反应物空气或水等流体的性状确定;这种特殊的结构和精妙结合铸就的微波-多相光催化反应器实际是同一微波发生器与紫外光无极灯构成的具有多相光催化反应器功能的紫外光源、与涂于反应器内壁上以及投入的光催化材料构成的系列多相光催化反应器、与微波敏化催化剂构成的微波诱导催化反应器组成的系列反应器的集合体,因而具有极高的反应效能和极低的运行成本,常规条件下难进行的反应或不能进行的反应都能在该微波-多相光催化反应器中快速顺利进行。
微波-多相光催化反应器运行时,低功率的微波发生器发射的微波就能激活紫外光无极灯发出紫外光照射光催化材料发生多相光催化反应,直接产生大量氧化性极强的电子-空穴、HO·自由基,发生氧化还原反应和高级氧化反应,同时诱导微波敏化催化剂发生强烈的催化反应,更为美妙的是:光催化反应或多相光催化反应在微波协同下进行都将有效抑制光催化材料表面电子-空穴的复合,促进HO·自由基的生成,提高光催化材料对光的吸收和表面活性,使该微波-多相光催化反应器具有将常规条件下难进行的反应或不能进行的反应都能快速进行的巨大反应效能;微波、紫外光和纳米光催化材料全都是无二次污染的优异消毒杀菌物质,三者协同作用下的消毒杀菌的能力更加强大和彻底,这又使该微波-多相光催化反应器兼具有非常卓越的消毒杀菌效能。用这样具有巨大反应效能的反应器来反应、矿化去除水或空气等流体中常规条件下难反应或不反应的污染物质不仅非常容易,而且十分迅速,还成本特低。微波氧化与杀菌消毒及微波强化光催化氧化和微波激发紫外光的原理以及具体运用于净化处理空气或水的实例参见由苑宝玲、王洪杰主编化学工业出版社2006年4月出版的《水处理新技术原理与应用》P86-99和P199-201。紫外线消毒杀菌的原理及具体应用的实例可参见由张林生主编由化学工业出版社2004年5月出版的《水的深度处理与回用技术》P119~121。
第三部分的分离脱附装置由微波敏化疏水吸附剂,抽真空装置,微波发生器,清洗剂罐和带有控制阀的流体入口、清洗剂进口、达标流体出口和排污口构成;其中,清洗剂罐,带控制阀的清洗剂进口、流体入口设在分离脱附装置的上部,内置微波敏化疏水吸附剂和微波发生器,内壁是非常光滑的镜面金属结构面或纳米光催化材料涂层,抽真空装置及带控制阀的达标流体出口和排污口置于下部,污物收集器设在底部;排污口接入污物收集器,自动监控器分别与流体入口、流体出口、清洗剂进口及排污口的控制阀、抽真空装置和微波发生器连接,两套分离脱附装置在自动监控器的指令下自动切换工作。如果吸附剂从流体中吸附的污质、杂物等回用价值不大,吸附剂也价廉,则采取直接更换吸附剂的方式,取消分离脱附装置的抽真空装置,清洗剂罐和微波发生器的设置,不在分离脱附装置内直接对吸附剂进行脱附;如果抽真空装置能对吸附剂进行比较彻底的脱附,则只取消分离脱附装置的微波发生器。无论分离脱附装置怎样优化设置其脱附配置,只为节省费用,两套分离脱附装置都是在自动监控器的指令下自动切换工作,且深度净化分离效果不受任何影响。分离脱附装置的脱附配置具体根据反应物的性状确定。
一种专用于上述低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用方法的设备,其特征是:该设备由三部分构成,即,由预处理部分、微波-多相光催化反应部分和深度吸附分离部分构成,其中:预处理部分由旋流分离器和污物收集器构成,旋流分离器的上部为圆柱体并设有切线方式进入的流体入口,流体入口之上设有连通微波-多相光催化反应器流体入口的流体出口,下部为圆锥体并在锥形底部设有排污口,在圆锥体中心线部位设有排油管并从上部圆柱体中心转弯后穿出接入下部的污物收集器,如果处理的流体密度比油小或是流体中无油,可不设此排油管;微波-多相光催化反应部分由微波发生器、紫外光无极灯、光催化材料、微波敏化催化剂组成的微波-多相光催化反应器,旋流分离器和污物收集器构成;其中,微波-多相光催化反应器前通预处理部分旋流分离器的流体出口,后上部设有流体出口并接通本部分的旋流分离器的流体入口;旋流分离器的上部为圆柱体并设有切线进入方式的流体入口和连接分离脱附装置的流体入口的流体出口,下部为圆锥体并在锥形底部设有排污口,排污口联通污物收集器;深度吸附分离部分由自动监控器,两套都由微波敏化疏水吸附剂,抽真空装置,微波发生器,清洗剂罐和带有控制阀的流体入口、清洗剂进口、达标流体出口和排污口组成的分离脱附装置和污物收集器构成;在分离脱附装置的上部开有带控制阀的清洗剂进口、流体入口连通微波-多相光催化反应部分的流体出口,内置微波敏化疏水吸附剂和微波发生器,内壁是非常光滑的镜面金属结构面或是纳米光催化材料涂层,抽真空装置设于下部,下部还开有带控制阀的达标流体出口和排污口,污物收集器设在底部,排污口接入污物收集器;如果是采取直接更换吸附剂的方式,则取消抽真空装置,清洗剂罐和微波发生器,不在分离脱附装置内直接对吸附剂进行脱附就能满足要求;如果只用真空方式脱附就能满足要求,则取消本部分的微波发生器;无论分离脱附装置怎样优化设置其脱附配置,两套分离脱附装置都是在自动监控器的指令下自动切换工作。
微波-多相光催化反应器的紫外光无极灯是在石英或玻璃等透微波的透明坚固物体内充填汞和少量的氢气或氖气,外部复膜光催化材料制成的任意形状的密闭几何体,无需导线连接通电,只要受到微波辐射即发出紫外光,紫外光无极灯外的介质即使全部将其包裹并覆盖到不透光的程度,也丝毫不会影响微波激发出的紫外光直接从内向外照射灯壳的光催化材料产生出大量的电子-空穴、HO·自由基,产生光催化效应,发生氧化反应和高级氧化反应,将细菌病毒杀灭、各种有机无机污染物质被快速分解、反应、矿化,因此,微波辐射下的紫外光无极灯不仅立即成为紫外光源,还是具有强大催化反应能力的多相光催化反应器;光催化材料如果不能牢固复膜于任意形状的灯体上,或紫外光无极灯上不需要复膜光催化材料,只要是在石英或玻璃等透微波的透明坚固物体内充填汞和少量的氢气或氖气制成的任意形状的密闭几何体都是受到微波辐射即激发出紫外光的紫外光无极灯,紫外光无极灯的类型以及与光催化材料的接触方式的具体选择根据反应物的性状确定。无论紫外光无极灯外表面是否涂覆光催化材料,其形状都是根据反应接触面积的最大化和阻力最小化决定。光催化材料消毒杀菌以及发生多相光催化反应的原理及具体应用于处理空气或水的实例可参见由邓南圣、吴峰编著由化学工业出版社2003年5月出版的《环境光化学》P308~411。
紫外光无极灯可以是石英或玻璃等透微波的透明坚固物体做成的内空小球体,小球体内充填汞和少量的氢气或氖气,外表复膜半导体光催化材料;以达到比表面积的最大化,产生电子-空穴、HO·自由基的数量最多,实现反应接触面积的最大化,使反应器具有极高的反应效能。
紫外光无极灯可以是石英或玻璃等透微波的透明坚固物体做成的内空小圆柱体,小圆柱体内充填汞和少量的氢气或氖气,外表复膜半导体光催化材料;以达到比表面积的最大化下方便地安装紫外光无极灯。
分离脱附装置的微波敏化疏水吸附剂是活性炭,或是铁磁物,或是人工合成的既具有强吸附性又具有强吸收微波的疏水材料,或是以上这些材料的混合构成物,具体根据第二部分微波-多相光催化反应后的空气或水等流体中可能残留的污染物及流体性状确定。微波敏化疏水吸附剂是常用吸附剂中对微波敏感又疏水的种类而已,与一般种类的吸附剂并无别的差异。如果吸附剂从流体中吸附的污物杂物等回用价值不大,吸附剂也价廉,则不在分离脱附装置内对吸附剂进行脱附,采取直接更换吸附剂的方式即可,这种情况下对微波不敏感的吸附剂也适用,只要能强力吸附流体中的污质、杂质的吸附剂都适用。吸附剂的吸附和脱附原理及具体应用于净化水和空气等流体的实例参见由陈国华编著化学工业出版社2003年9月出版的《环境污染治理方法原理与工艺》P59-70页和P164-165页。
分离脱附装置的清洗剂罐中所装的清洗剂是纯净水,或是氧气,或是氮气,或是其它具有相应脱附清洗作用的液体或是气体。具体应该根据流体性状和吸附的污染杂物的种类、性质来确定最合理的种类。
深度吸附分离部分是在自动监控器指令下自动控制运行:自动监控器首先将两套分离脱附装置设定为第一套开第二套关,当从第二部分流出的流体进入深度吸附分离部分时,先进入第一套分离脱附装置,由微波敏化疏水吸附剂进行吸附,当微波敏化疏水吸附剂趋于饱和时,自动监控器指令先打开第二套分离脱附装置的流体入口和达标流体出口的控制阀,关闭第一套分离脱附装置的流体入口和达标流体出口的控制阀,将从第二部分流出的流体切换至第二套分离脱附装置进行吸附,再指令第一套分离脱附装置的抽真空装置打开进行抽真空脱附,抽真空脱附结束即关闭再指令微波发生器、排污控制阀按先后设定时段打开进行微波高温脱附,微波高温脱附结束即关闭又指令抽真空装置打开,按抽真空-充清洗剂-抽真空的循环方式设定工作程序,对微波敏化疏水吸附剂进行透析和腔体清洁,透清完毕即指令该分离脱附装置关闭处于待工作状态;当第二套分离脱附装置的微波敏化疏水吸附剂趋于饱和时,自动监控器又指令其重复上述程序,并且该吸附和脱附程序自动循环进行,从而实现第三部分的自动控制运行。如果采取直接更换吸附剂的方式,则取消自动监控器的上述脱附程序设置;如果只用抽真空方式脱附,则自动监控器的脱附程序只设为抽真空-充清洗剂-抽真空的循环脱附方式。两套分离脱附装置的脱附设置变化始终不影响其自动切换工作程序和第三部分的自动控制运行。分离脱附装置的脱附配置具体根据反应物的性状确定。
该设备的所有控制阀分别与自动监控器全部连通,即自动监控器分别与预处理部分和微波-多相光催化反应部分的旋流分离器下部的污物收集器控制阀,微波-多相光催化反应器的微波发生器,深度吸附分离部分的两套分离脱附装置的抽真空装置、微波发生器和流体入口、达标流体出口、清洗剂进口及排污口的控制阀全部连通,以实现该设备的自动控制运行。
该设备壳体全部是屏蔽微波的金属体,并将最初的流体入口和所有的排出口都设为不泄漏微波的结构体。
低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法及设备为系统自动控制运行:自动监控器将第一部分和第二部分的污物收集器下部的控制阀分别设定为按时开启排污和关闭;将第二部分的微波发生器设定为有流体进入即开,无流体进入即关;将第三部分设定为:两套分离脱附装置设定为第一套打开吸附第二套关闭,当第一套吸附趋于饱和时,自动监控器指令先打开第二套分离脱附装置的流体入口和达标流体出口的控制阀,关闭第一套分离脱附装置,将流体切换至第二套吸附,再指令第一套分离脱附装置的抽真空装置打开进行抽真空脱附,抽真空脱附结束再指令微波发生器、排污控制阀按先后设定时段打开进行微波高温脱附,微波高温脱附结束又指令抽真空装置打开,按抽真空-充清洗剂-抽真空的循环方式设定工作程序,对微波敏化疏水吸附剂进行透析和腔体清洁,透清完毕即指令第一套关闭处于待工作状态;当第二套吸附趋于饱和时,自动监控器又指令其重复上述程序,该程序自动循环进行;这样整过系统的自动控制运行就得以实现;或将第三部分设定为:两套分离脱附装置设为按以上第一套打开吸附第二套关闭,第二套打开吸附第一套关闭换吸附剂,如此自动循环进行以适应直接更换吸附剂的工作方式;或将第三部分设定为:两套分离脱附装置设为按以上第一套打开吸附第二套关闭,第二套打开吸附第一套关闭并按抽真空-充清洗剂-抽真空的循环方式脱附,该程序自动循环进行以适应抽真空脱附的工作方式;实现不同的脱附方式整过系统都是自动控制运行。
以上所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法不仅适用于空气或水的低成本快速深度净化并回收再利用,也适用于空气或水的混合流体以及空气、水以外的其它流体的低成本快速深度净化并回收再利用,或是用于对其它流体进行纯化处理。
总之,空气或水等流体经过由预处理部分、微波-多相光催化反应部分和深度吸附分离部分构成的一体化设备即实现低成本快速深度净化及回收再利用。
本发明的优点是:不仅能实现对污染的空气、水、空气和水的混合流体以及其它流体的低成本快速深度净化并回收再利用,而且还能用于对其它流体进行纯化处理。推广运用必将产生出巨大的经济、社会和生态环境效益,具有极大的社会需求和广阔的市场前景,不仅能为减少资源消耗、生产节能降耗、安全环保提供技术装备,而且对人的健康和其它动植物及整过生态环境的安全提供强大的支持和保障,具有巨大的现实价值和重大而深远的意义。
本发明的最大优点是:对空气或水等流体的深度净化快速且低成本,同时还实现回收再利用,融“高效低耗,多用途少管理,需求大效益高,成熟可靠更实用”于一体,推广运用必将产生重大的经济、社会、生态、资源及环境效益,推动循环经济及社会的可持续和谐发展。
四、附图说明
图1是本发明所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及其回收再利用方法的工艺流程图。
图2是专用于本发明所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及其回收再利用方法的设备的组装示意图。
图中:1-预处理部分,2-微波-多相光催化反应部分,3-深度吸附分离部分,4-污物收集器,5-旋流分离器,6-排油管,7-排污口,8-流体入口,9-控制阀,10-流体出口,11-微波-多相光催化反应器,12-微波发生器,13-紫外光无极灯,14-光催化材料,15-微波敏化催化剂,16-自动监控器,17-分离脱附装置,18-清洗剂进口,19-抽真空装置,20-微波敏化疏水吸附剂,21-清洗剂罐,22-达标流体出口。
五、具体实施方式
下面对本发明做出详尽描述。
如图1,一种低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法,其特征是:该方法分为三部分依次进行,即:第一部分,预处理部分1:该部分由控制阀9,旋流分离器5和污物收集器4构成,污染的空气或水等流体首先经此部分初步分离,去除其中的沙尘、油等杂物后流入第二部分进行快速反应;第二部分,微波-多相光催化反应部分2:该部分由微波发生器12、紫外光无极灯13、光催化材料14、微波敏化催化剂15组成的微波-多相光催化反应器11,旋流分离器5和污物收集器4构成;微波发生器12发射微波既激发紫外光无极灯13发射紫外光,照射光催化材料14产生出大量的电子-空穴、HO·自由基,发生多相光催化反应,同时也辐射微波敏化催化剂15诱导产生强烈的催化反应,多相光催化反应和微波诱导催化反应共同将从第一部分流入的水或空气等流体中的各种有机无机污染物质快速分解、矿化,同时杀灭细菌病毒,经旋流分离器5将矿化生成的固体物分离去除后流入第三部分进行深度吸附分离净化;第三部分,深度吸附分离部分3:该部分由自动监控器16,两套分离脱附装置17和污物收集器4构成;由第二部分流入的水或空气等流体经该部分深度净化分离为两部分:一部分为深度净化的达标空气或水等流体,直接从达标流体出口22排出再利用或排放;另一部分为脱附分离出的污染矿化生成物质,经污物收集器4收集利用或处理再利用;至此,污染的水或空气等流体的低成本快速深度净化处理及回收再利用得以实现。
当处理的流体密度比油小或是流体中无油时,第一部分的旋流分离器5就不设排油管6;第二部分的旋流分离器5不设排油管6。
第二部分的微波-多相光催化反应器11由微波发生器12、紫外光无极灯13、光催化材料14、微波敏化催化剂15构成,具有独立使用功能;其中,光催化材料14是纳米TiO2、CdS、Fe2O3等半导体光催化材料或是其它现有成熟的光催化材料14及光催化复合材料,将其涂膜在紫外光无极灯13、反应器内壁和投放在反应器内;微波敏化催化剂15是活性炭,或是铁磁物,或是人工合成的既具有强催化性又具有强吸收微波的材料,或是以上这些材料的混合构成物;光催化材料14和微波敏化催化剂15的具体选择根据反应物空气或水等流体的性状确定;这种特殊的结构和精妙结合铸就的微波-多相光催化反应器11实际是同一微波发生器12与紫外光无极灯13构成的具有多相光催化反应器功能的紫外光源、与涂于反应器内壁上以及投入的光催化材料14构成的系列多相光催化反应器、与微波敏化催化剂15构成的微波诱导催化反应器组成的系列反应器的集合体,因而具有极高的反应效能和极低的运行成本,常规条件下难进行的反应或不能进行的反应都能在该微波-多相光催化反应器11中快速顺利进行。
微波-多相光催化反应器11运行时,低功率的微波发生器12发射的微波就能激活紫外光无极灯13发出紫外光照射光催化材料14直接产生大量氧化性极强的电子-空穴、HO·自由基,发生氧化还原反应和高级氧化反应,同时诱导微波敏化催化剂15发生强烈的催化反应,更为美妙的是:光催化反应或多相光催化反应在微波协同下进行都将有效抑制光催化材料14表面电子-空穴的复合,促进HO·自由基的生成,提高光催化材料14对光的吸收和表面活性,使该微波-多相光催化反应器11具有将常规条件下难进行的反应或不能进行的反应都能快速进行的巨大反应效能;微波、紫外光和纳米光催化材料14全都是无二次污染的优异消毒杀菌物质,三者协同作用下的消毒杀菌的能力更加强大和彻底,这又使该微波-多相光催化反应器11兼具有非常卓越的消毒杀菌效能。用这样具有巨大反应效能的反应器来反应、矿化去除水或空气等流体中常规条件下难反应或不反应的污染物质不仅非常容易,而且十分迅速,还成本特低。
微波-多相光催化反应器11的紫外光无极灯13是在石英或玻璃等透微波的透明坚固物体内充填汞和少量的氢气或氖气,外部复膜光催化材料14制成的任意形状的密闭几何体,无需导线连接通电,只要受到微波辐射即发出紫外光,紫外光无极灯13外的介质即使全部将其包裹并覆盖到不透光的程度,也丝毫不会影响微波激发出的紫外光直接从内向外照射灯壳的光催化材料14产生出大量的电子-空穴、HO·自由基,发生多相光催化反应和高级氧化反应,将细菌病毒杀灭、各种有机无机污染物质被快速分解、反应、矿化,因此,微波辐射下的紫外光无极灯13不仅立即成为紫外光源,还是具有强大催化反应能力的多相光催化反应器;光催化材料14如果不能牢固复膜于任意形状的灯体上,或紫外光无极灯13上不需要复膜光催化材料14,只要是在石英或玻璃等透微波的透明坚固物体内充填汞和少量的氢气或氖气制成的任意形状的密闭几何体都是受到微波辐射即激发出紫外光的紫外光无极灯13,紫外光无极灯13的类型以及与光催化材料14的接触方式的具体选择根据反应物的性状确定。无论紫外光无极灯13是否涂覆光催化材料14,其形状都是根据反应接触面积的最大化和阻力最小化决定。
分离脱附装置17的微波敏化疏水吸附剂20是活性炭,或是铁磁物,或是人工合成的既具有强吸附性又具有强吸收微波的疏水材料,或是以上这些材料的混合构成物,具体根据第二部分微波-多相光催化反应后的空气或水等流体中可能残留的污染物及流体性状确定;如果吸附剂从流体中吸附的污物杂物等回用价值不大,吸附剂也价廉,则不在分离脱附装置17内对吸附剂进行脱附,采取直接更换吸附剂的方式即可,这种情况下对微波不敏感的吸附剂也适用,只要能强力吸附流体中的污质、杂质的吸附剂都适用;清洗剂罐21中所装的清洗剂是纯净水,或是氧气,或是氮气,或是其它具有相应脱附清洗作用的液体或是气体,具体应该根据流体性状和吸附的污染杂物的种类、性质来确定最合理的种类。
低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法及设备为系统自动控制运行:自动监控器16将第一部分和第二部分的污物收集器4下部的控制阀9分别设定为按时开启排污和关闭;将第二部分的微波发生器12设定为有流体进入即开,无流体进入即关;将第三部分设定为:两套分离脱附装置17设定为第一套打开吸附第二套关闭,当第一套吸附趋于饱和时,自动监控器16指令先打开第二套分离脱附装置17的流体入口8和达标流体出口22的控制阀9,关闭第一套分离脱附装置17,将流体切换至第二套吸附,再指令第一套分离脱附装置17的抽真空装置19打开进行抽真空脱附,抽真空脱附结束再指令微波发生器12、排污控制阀9按先后设定时段打开进行微波高温脱附,微波高温脱附结束又指令抽真空装置19打开,按抽真空-充清洗剂-抽真空的循环方式设定工作程序,对微波敏化疏水吸附剂20进行透析和腔体清洁,透清完毕即指令第一套关闭处于待工作状态;当第二套吸附趋于饱和时,自动监控器16又指令其重复上述程序,该程序自动循环进行;这样整过系统的自动控制运行就得以实现;或将第三部分设定为:两套分离脱附装置17设为按以上第一套打开吸附第二套关闭,第二套打开吸附第一套关闭换吸附剂,如此自动循环进行以适应直接更换吸附剂的工作方式;或将第三部分设定为:两套分离脱附装置17设为按以上第一套打开吸附第二套关闭,第二套打开吸附第一套关闭并按抽真空-充清洗剂-抽真空的循环方式脱附,该程序自动循环进行以适应抽真空脱附的工作方式;实现不同的脱附方式整过系统都是自动控制运行。
如图2,一种专用于上述低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用方法的设备,其特征是:该设备由三部分构成,即,由预处理部分1、微波-多相光催化反应部分2和深度吸附分离部分3构成,其中:预处理部分1由旋流分离器5和污物收集器4构成,旋流分离器5的上部为圆柱体并设有切线方式进入的流体入口8,流体入口8之上设有连通微波-多相光催化反应器11流体入口8的流体出口10,下部为圆锥体并在锥形底部设有排污口7,在圆锥体中心线部位设有排油管6并从上部圆柱体中心转弯后穿出接入下部的污物收集器4,如果处理的流体密度比油小或是流体中无油,可不设此排油管6;微波-多相光催化反应部分2由微波发生器12、紫外光无极灯13、光催化材料14、微波敏化催化剂15组成的微波-多相光催化反应器11,旋流分离器5和污物收集器4构成;其中,微波-多相光催化反应器11前通预处理部分1旋流分离器5的流体出口10,后上部设有流体出口10并接通本部分的旋流分离器5的流体入口8;旋流分离器5的上部为圆柱体并设有切线进入方式的流体入口8和连接分离脱附装置17的流体入口8的流体出口10,下部为圆锥体并在锥形底部设有排污口7,排污口7联通污物收集器4;深度吸附分离部分3由自动监控器16,两套都由微波敏化疏水吸附剂20,抽真空装置19,微波发生器12,清洗剂罐21和带有控制阀9的流体入口8、清洗剂进口18、达标流体出口22和排污口7组成的分离脱附装置17和污物收集器4构成;在分离脱附装置17的上部开有带控制阀9的清洗剂进口18、流体入口8连通微波-多相光催化反应部分2的流体出口10,内置微波敏化疏水吸附剂20和微波发生器12,内壁是非常光滑的镜面金属结构面或是纳米光催化材料14涂层,抽真空装置19设于下部,下部还开有带控制阀9的达标流体出口22和排污口7,污物收集器4设在底部,排污口7接入污物收集器4;如果是采取直接更换吸附剂的方式,则取消抽真空装置19,清洗剂罐21和微波发生器12,不在分离脱附装置17内直接对吸附剂进行脱附;如果只用真空方式脱附,则取消本部分的微波发生器12;无论分离脱附装置17怎样优化设置其脱附配置,两套分离脱附装置17都是在自动监控器16的指令下自动切换工作。
该设备的所有控制阀9分别与自动监控器16全部连通,即自动监控器16分别与预处理部分1和微波-多相光催化反应部分2的旋流分离器5下部的污物收集器4控制阀9,微波-多相光催化反应器11的微波发生器12,深度吸附分离部分3的两套分离脱附装置17的抽真空装置19、微波发生器12和流体入口8、达标流体出口22、清洗剂进口18及排污口7的控制阀9全部连通,以实现该设备的自动控制运行。
该设备壳体全部是屏蔽微波的金属体,并将最初的流体入口8和所有的排出口都设为不泄漏微波的结构体。

Claims (10)

1.一种低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法,其特征是:该方法分为三部分依次进行,即:第一部分,预处理部分(1):该部分由控制阀(9),旋流分离器(5)和污物收集器(4)构成,污染的空气或水等流体首先经此部分初步分离,去除其中的沙尘、油等杂物后流入第二部分进行快速反应;第二部分,微波-多相光催化反应部分(2):该部分由微波发生器(12)、紫外光无极灯(13)、光催化材料(14)、微波敏化催化剂(15)组成的微波-多相光催化反应器(11),旋流分离器(5)和污物收集器(4)构成;微波发生器(12)发射微波既激发紫外光无极灯(13)发射紫外光,照射光催化材料(14)产生出大量的电子-空穴、HO·自由基,发生多相光催化反应,同时也辐射微波敏化催化剂(15)诱导产生强烈的催化反应,多相光催化反应和微波诱导催化反应共同将从第一部分流入的水或空气等流体中的各种有机无机污染物质快速分解、矿化,同时杀灭细菌病毒,经旋流分离器(5)将矿化生成的固体物分离去除后流入第三部分进行深度吸附分离净化;第三部分,深度吸附分离部分(3):该部分由自动监控器(16),两套分离脱附装置(17)和污物收集器(4)构成;由第二部分流入的水或空气等流体经该部分深度净化分离为两部分:一部分为深度净化的达标空气或水等流体,直接从达标流体出口(22)排出再利用或排放;另一部分为脱附分离出的污染矿化生成物质,经污物收集器(4)收集利用或处理再利用;至此,污染的水或空气等流体的低成本快速深度净化处理及回收再利用得以实现。
2.根据权利要求1所述的低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法,其特征是:在微波-多相光催化反应部分(2)设有具有极高的反应效能和极低的运行成本兼有卓越消毒杀菌功能的微波-光催化反应器(11),该反应器实际是同一微波发生器12与紫外光无极灯13构成的具有多相光催化反应器功能的紫外光源、与涂于反应器内壁上以及投入的光催化材料14构成的系列多相光催化反应器、与微波敏化催化剂15构成的微波诱导催化反应器组成的系列反应器的集合体,能将水或空气等流体中在常规条件下难反应或不能反应去除的污染物质都能快速反应去除,确保实现低成本快速深度净化处理水或空气等流体。
3.根据权利要求1所述的低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法,其特征是:分离脱附装置(17)的脱附配置根据反应物的性状确定:吸附的污质、杂物回用价值不大,吸附剂也价廉,采取直接更换吸附剂的方式,取消抽真空装置(19),清洗剂罐(21)和微波发生器(12)的设置;抽真空装置(19)能独立脱附,则取消微波高温脱附程序及微波发生器(12)的设置。
4.根据权利要求1所述的低成本快速深度净化空气或水等流体并回收再利用的方法,其特征是:该方法为系统自动控制运行:自动监控器(16)将第一部分和第二部分的污物收集器(4)下部的控制阀(9)分别设定为按时开启排污和关闭;将第二部分的微波发生器(12)设定为有流体进入即打开,无流体进入即关闭;将第三部分设定为:两套分离脱附装置(17)设定为第一套打开吸附第二套关闭,当第一套吸附趋于饱和时,自动监控器(16)指令先打开第二套分离脱附装置(17)的流体入口(8)和达标流体出口(22)的控制阀(9),关闭第一套分离脱附装置(17),将流体切换至第二套吸附,再指令第一套分离脱附装置(17)的抽真空装置(19)打开进行抽真空脱附,抽真空脱附结束再指令微波发生器(12)、排污控制阀(9)同时打开进行微波高温脱附,微波高温脱附结束又指令抽真空装置(19)打开,按抽真空-充清洗剂-抽真空的循环方式设定工作程序,对微波敏化疏水吸附剂(20)进行透析和腔体清洁,透清完毕即指令第一套关闭处于待工作状态;当第二套吸附趋于饱和时,自动监控器(16)又指令其重复上述程序,该程序自动循环进行;这样整过系统的自动控制运行就得以实现;或将第三部分设定为:两套分离脱附装置(17)设为按以上第一套打开吸附第二套关闭,第二套打开吸附第一套关闭换吸附剂,如此自动循环进行以适应直接更换吸附剂的工作方式;或将第三部分设定为:两套分离脱附装置(17)设为按以上第一套打开吸附第二套关闭,第二套打开吸附第一套关闭并按抽真空-充清洗剂-抽真空的循环方式设定脱附工作程序,该程序自动循环进行以适应抽真空的工作方式;实现不同的脱附方式整过系统都是自动控制运行。
5.一种专门用于如权利要求1所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法的设备,其特征是:该设备由三部分构成,即,由预处理部分(1)、微波-光催化反应部分(2)和深度吸附分离部分(3)构成,其中:预处理部分(1)由旋流分离器(5)和污物收集器(4)构成,旋流分离器(5)的上部为圆柱体并设有切线方式进入的流体入口(8),流体入口(8)之上设有连通微波-光催化反应器(11)流体入口(8)的流体出口(10),下部为圆锥体并在锥形底部设有排污口(7),在圆锥体中心线部位设有排油管(6)并从上部圆柱体中心转弯后穿出接入下部的污物收集器(4);处理的流体密度比油小或是流体中无油,不设排油管(6);微波-光催化反应部分(2)由微波发生器(12)、紫外光无极灯(13)、光催化材料(14)、微波敏化催化剂(15)组成的微波-光催化反应器(11),旋流分离器(5)和污物收集器(4)构成;其中,微波-光催化反应器(11)前通预处理部分(1)旋流分离器(5)的流体出口(10),后上部设有流体出口(10)并接通本部分的旋流分离器(5)流体入口(8);旋流分离器(5)的上部为圆柱体并设有切线进入方式的流体入口(8)和连接分离脱附装置(17)的流体入口(8)的流体出口(10),下部为圆锥体并在锥形底部设有排污口(7),排污口(7)联通污物收集器(4);深度吸附分离部分(3)由自动监控器(16),两套都由微波敏化疏水吸附剂(20),抽真空装置(19),微波发生器(12),清洗剂罐(21)和带有控制阀(9)的流体入口(8)、清洗剂进口(18)、达标流体出口(22)和排污口(7)组成的分离脱附装置(17)和污物收集器(4)构成;直接更换吸附剂的方式,则取消抽真空装置(19),清洗剂罐(21)和微波发生器(12);只用真空方式脱附,则取消微波发生器(12);无论分离脱附装置(17)怎样优化设置其脱附配置,只为节省费用,两套分离脱附装置(17)都是在自动监控器(16)的指令下自动切换工作;在分离脱附装置(17)的上部开有带控制阀(9)的清洗剂进口(18)、流体入口(8)连通微波-光催化反应部分(2)的流体出口(10),内置微波敏化疏水吸附剂(18)和微波发生器(12),内壁是非常光滑的镜面金属结构面,抽真空装置(19)设于下部,下部还开有带控制阀(9)的达标流体出口(10)和排污口(7),污物收集器(4)设在底部,排污口(7)接入污物收集器(4)。
6.根据权利要求5所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法的设备,其特征是:微波-光催化反应器(11)的光催化材料(14)是纳米TiO2、CdS、Fe2O3一类半导体光催化材料(14)或是其它现有成熟的光催化材料(14)及光催化复合材料,将其涂膜在紫外光无极灯(13)、反应器内壁和投放在反应器内;微波敏化催化剂(15)是活性炭,或是铁磁物,或是人工合成的既具有强催化性又具有强吸收微波的材料,或是以上这些材料的混合构成物。
7.根据权利要求5所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法的设备,其特征是:紫外光无极灯(13)是在石英或是玻璃这类透微波的透明坚固物体内充填汞和少量的氢气或氖气,外部复膜光催化材料(14)制成的任意形状的密闭几何体,不仅是紫外光源,还是具有强大催化反应能力的光催化反应器;或是外部不复膜光催化材料(14)制成的任意形状的密闭几何体,均无导线连接通电,只要受到微波辐射即发出紫外光。
8.根据权利要求5所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法的设备,其特征是:分离脱附装置(17)的微波敏化疏水吸附剂(20)是活性炭,或是铁磁物,或是人工合成的既具有强吸附性又具有强吸收微波的疏水材料,或是以上这些材料的混合构成物;吸附的污物杂物回用价值不大,吸附剂也价廉,采取直接更换吸附剂的方式,并且只要能强力吸附流体中的污质、杂质的吸附剂都适用;清洗剂罐(21)中所装的清洗剂是纯净水,或是氧气,或是氮气,或是其它具有相应脱附清洗作用的液体或是气体;具体根据流体性状和吸附的污染杂物的种类、性质来选定吸附剂和清洗剂最合理的种类。
9.根据权利要求5所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法的设备,其特征是:该设备壳体全部是屏蔽微波的金属体,并将最初的流体入口(8)和所有的排出口都设为不泄漏微波的结构体,确保设备整体都不泄漏微波。
10.根据权利要求6所述的低成本快速深度净化空气或水等流体及回收再利用方法的设备,其特征是:该设备的所有控制阀(9)分别与自动监控器(16)全部连通,即自动监控器(16)分别与预处理部分(1)和微波-光催化反应部分(2)的旋流分离器(5)下部的污物收集器(4)控制阀(9),微波-光催化反应器(11)的微波发生器(12),深度吸附分离部分(3)的两套分离脱附装置(17)的抽真空装置(19)、微波发生器(12)和流体入口(8)、流体出口(10)、清洗剂进口(18)及排污口(7)的控制阀(9)全部连通。
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