CN101137583A - 液体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种处理流体的方法,其特征在于以下步骤:用紫外线照射该流体,在紫外线射线中的流体中形成并散布气泡,以便增强紫外线在该液体中的散射。本发明还涉及一种实施该方法的装置。

Description

液体处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理液体(特别是利用光来照射待处理液体)的方法。
背景技术
多年来,不同波长的光已被用于处理以许多方式被污染的液体。这些液体可以是含有对生物有害的有机体的水,这些有机体例如是:可在水管和冷却塔中出现的军团菌,如游泳池和温泉中的人体皮屑,货船在没有装货时压载舱所充满的海水中的有机体,等等。
若干国家已经研制出了一些方法,用于在饮用水设施和洗浴设备中用臭氧(O3)来净化水,以及在水中溶解臭氧用于物品的清洁、消毒和杀菌的方法。臭氧的反应能力(2.07V电化学氧化电势)归因于它是一种强氧化剂。高化学反应性与不稳定的电子排布相结合,该不稳定电子排不要从其他分子寻求电子,从而意谓着自由基的形成。在此过程中,臭氧分子被分解。依靠其氧化作用,臭氧迅速地作用于某些无机和有机物质。其对某些碳氢化合物、糖类、杀虫剂等的氧化作用意谓着在某些处理中臭氧是一种好的化学品选择。臭氧、氧、过氧化氢和紫外辐射的组合意谓着这些反应过程会由于更多自由基的产生而更快和更有效率。光分解和光催化过程被用来分解这些有机体,使其无害化,并为此使用不同波长的光。所使用的普通光谱之一是紫外线,在紫外线中,某些波长在产生所需效果方面比其他波长更有效。例如,200nm以下的波长在由液体中的氧产生与有机体反应的臭氧方面具有良好的效果。为了增强这种效果,一些方法使用额外的氧来促进臭氧的产生。
另一种方法是用某种波长的紫外线来照射所产生的臭氧,以便分解臭氧并产生比臭氧更具活性的基团。这样的方法在EP0800407中被公开,其中,待处理介质被引入某种形式的密封壳体中。在这个密封壳体中,该介质被暴露在具有130-400nm范围内光谱分布的紫外射线下。特别是200nm以下的波长将液体中的氧转化为臭氧分子(O3)。所形成的臭氧分子同时被上述波长范围内(尤其是波长为200-400nm)的辐射分解。同时,所形成的O2被分解以形成氧原子。利用了催化剂来增强产生自由基(尤其是HO基)的产生效率。
在一些应用领域中(例如处理高含盐度的海水),上述产生和分解臭氧的方法不能像预期的那样起作用,因为海水中的氯离子吸收了臭氧形成所需的紫外波长。在WO2004/033376中提出了一种该问题的解决办法,其中,臭氧在净化器外部产生并被注入净化器上游的液体流。这产生了良好的效果,但也意谓着净化器的相对复杂且昂贵的设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高度处理能力的、用紫外辐射来处理流体的方法,其同时在建造和运行方面是简单的。
根据本发明,此目的通过权利要求1所述的方法实现。
本发明的其他优选特征见于从属权利要求。
根据本发明的主要方面,其特征在于一种处理流体的方法,该方法的特征在于以下步骤:用紫外线照射该流体,形成气泡并将气泡散布到紫外线射线中的流体中,以增强紫外线在该液体中的散射。
所形成的气泡应当小,优选直径在0.01至5mm范围内。
根据发明的另一方面,在液体中形成湍流,并且该液体不断地流过该紫外线。
该紫外线至少包括200nm以下的波长,并优选还有200-400nm的波长。
本发明有若干优点。由于小气泡散布在待处理液体中,紫外线处理液体的效率得到了提高。通过液体中形成湍流,优选地通过气泡自身,而得以进一步提高该效率。
从现有技术来看,本发明提供了一种具有较少的部件和结构较简单、但具有非常好性能的简化设计。总的来说,得到了一种节省成本的液体处理方法。
本发明可应用到从紫外线辐射到EP0800407中所描述方法的全部光分解和光催化过程,在EP0800407所描述的方法中,臭氧在液体中产生然后又破裂以与催化剂结合产生自由基。根据应用场合和液体中的污染率,可或多或少地增加辅助装置和功能,例如增加额外的臭氧、搅拌液体、设置过滤器,等等。
本发明的这些和其他方面和优点,将从下面的详细说明和附图得以体现。
附图说明
在本发明的详细说明中将引用附图,其中:
图1是实施本发明所述方法的装置的示意性横剖视图。
具体实施方式
当用紫外线处理液体(例如水)的时候,众所周知的事实是:紫外能量会被水吸收,并且紫外光强度将随与光源的距离而降低。
本发明的主要目的是减少这些不利影响。根据本发明的一个主要原则,要产生气泡,并使气泡散布在紫外光射线路径上的液体中。
试验中,当对海水进行测试时,随着在紫外光射线路径中引入小气泡,可以观察到海藻死亡率的较大提高。
紫外能量被水吸收,并且紫外强度随着与紫外光源之间的距离增加而减小。当在水中引入气泡时,情况就有所改变。
因为气泡中的空气吸收较少的光线,因此平均吸收就减少了。另一方面,气泡引入了光的散射,并且水中的光线路径将更呈曲折状。这增加了光线在水中到达外部区域的路径,而且,有效的光吸收将会很高。
已经对图1所示的净化器进行了测试。该净化器包括处理容器10,该处理容器10具有入口12和出口14,该出口14可连接到用于输送待处理液体的输送系统。该内表面含有由TiO2构成的光催化表面。钛还具有非常耐容器内腐蚀环境的优点。
由石英玻璃制成的管16在两个相对的壁18、20之间延伸穿过该容器的内部。该石英管内部布置有紫外辐射光源21,其在该腔室的相对壁之间延伸。该光源与合适的电源连接。该紫外辐射光源被选择成使其发射130-400nm范围内的波长,特别是小于200nm的波长用于将介质中的氧转化为臭氧分子(O3),以及200-400nm的波长用于分解臭氧分子。
在这些测试过程中已经发现,对于1mm直径的气泡以及以高速输送的10%的空气和90%的水,功率增益大约为30%,其中由于在净化器中较短的照射时间(10%的空气提高了水速)而做了某种修正。总功率增益提高了大约18%。在气泡更小时,效果也更好。平均的总功率增益为34%。在接近石英管的区域,功率增益比无气泡的水要高几乎四倍。该能量在外部区域中显著地降低。
小气泡比大气泡产生更好效果的原因是,光线击中小气泡的概率比击中大气泡的概率要高。对于小气泡来说,暴露给光线的横截面积较大。在相同的总体积下,小气泡比大气泡有更大的截面积。这可以用物理数学模型容易地证明。
效率提高的原因取决于局部能量增益、总增益和由气泡造成的湍流的组合。
气泡位于水流中,该水流非常迅速地流过供大尺寸运动的横截面积。这会极大提高流体的混合,这是为什么需要湍流的主要原因。
为了产生所需的气泡尺寸、气泡的量和湍流,合适设计的空气喷嘴30被布置在该净化器内,并连接到空气发生源32。该空气发生源和喷嘴最好被这样设计和运行,即,使得所散布的气泡在液体中引起湍流。然而,可以理解,湍流当然可以通过其他方式产生或增强。
还可以想到的是,通过在净化器的上游注入臭氧来增加臭氧的量,从而提高净化器的性能,例如本发明申请人在WO2004/033376中所公开的那样。
虽然空气是气泡中优选的气体,但是,考虑到成本,可以理解,可以用其他气体,这取决于所需的功能以及与待处理液体可能的反应。
应了解的是,前面描述并显示在附图中的本发明实施例应被认为是本发明的非限制性的示例而可以在权利要求的范围内做出多方面改进。

Claims (12)

1.一种处理流体的方法,其特征在于以下步骤:
用紫外线照射该流体;
在紫外线射线中的流体中形成并散布气泡,以便增强紫外线在该液体中的散射。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于形成小气泡。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,该气泡的直径在0.01至5mm的范围内。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在该液体中形成湍流。
5.如前述任意权利要求所述的方法,其特征在于,使该液体流经该紫外线。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,还有在紫外线上游的液体中注入臭氧的步骤。
7.如前述任意权利要求所述的方法,其特征在于,该紫外线包括小于200nm的波长。
8.如前述任意权利要求所述的方法,其特征在于,该紫外线包括200-400nm的波长。
9.如前述任意权利要求所述的方法,其特征在于,将紫外线照射在催化剂上。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,该催化剂包括氧化钛。
11.一种处理流体的装置,其特征在于,能够用紫外线照射该流体的装置以及能够在紫外线射线中的流体中形成并散布气泡的装置,以便增强紫外线在该液体中的散射。
12.如权利要求11所述的装置,其特征在于能够在流体中造成湍流的构件。
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