CN101300066A - 传递设备和系统及其使用 - Google Patents

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Abstract

一种促进高密度流体和低密度流体之间的传递的传递设备。该装置包括具有相互毗邻的高密度流体区域和低密度流体区域的传递腔室。安装在传递腔室内的可移动接触装置。至少一部分可移动接触装置可在高密度流体区域和低密度流体区域之间移动。与传递腔室相连来在低密度流体区域中产生流动的流动产生装置。一种包括多个流动串联连接的装置的传递系统。

Description

传递设备和系统及其使用
技术领域
本发明一方面涉及一种用于在高密度流体与低密度流体之间传递的传递设备。本发明的另一方面涉及一种用于在高密度流体与低密度流体之间传递的系统。本发明的另一方面涉及用于在高密度流体与低密度流体之间传递的系统的使用。
背景技术
为了促进反应或物理-化学处理，本文中统称为“传递(transfer)”，许多处理需要具有大的表面积的气液系统。大量应用需要两种流体之间的化学物质传递，例如，传递可以执行来从液体中除去气体(去除(stripping))，从混合气流中除去气体(分离)以净化流动，将气体传递到液体中以促进化学反应。其他应用中，为了促进化学反应，含有一种或多种化学物质的气体或液体可流经催化剂。
通常在这种流-流处理中的速率限制要素是反应流体之间的接触表面积。然而，本发明的系统适用于使高密度流体与低密度流体反应，最典型，用于将液体与气体反应，随后，本发明将基于这些说明。控制所有其它变量，气体和液体之间的反应或传递率是接触表面积(A)比液体流动数量(体积，V)的比率的函数，其中，更大的A/V比会提高反应或传递率。
该流-流处理中另一通常的限制要素是流体互相接触的时间。本发明的系统具有与其它的变量控制接触时间的能力，使得在应用本系统时因短接触时间不经济的处理变得经济。
该流-流处理中另一通常的限制要素是大载荷率时有发生的液泛(flooding)或气阻趋势。在这些情况下，通过装置的流体的流动受到气流体(通常是反向气流)的阻碍。因为本发明中高密度流体和低密度流体的流动是分开的，气阻的趋势被大大地消除。
目前，有大量的促进气体和液体表面的理想接触的装置和设计。这种装置包括例如填料柱(packed columns)、泡帽塔盘柱(bubble capped tray columns)、喷雾柱(sprayolumns)、发泡装置(bubblers)和多级接触装置(stage contactors)。在现有装置中，高A/V比通常由多物理限制而被限制。一种这样的限制是填料柱中媒介的自身特性：越小的媒介产生越高的A/V比，但减小媒介尺寸增加阻塞的危险和并且增加关联压头(head)的损失。在另一种这样限制的例子中，泡帽塔盘柱、喷雾柱和多级接触装置也受到实际高度和水力特性的限制。
熟知的旋转生物接触装置(RBCs)已经用于废水处理中来提供生物生长和用于产生的细菌群的通风(aeration)的支持培养基(support medium)。在发生同步反应和由高旋转速度促进的情形下，旋转接触装置也用于将化学物质与空气接触。
一种需要大传递表面面积的气/液处理是脱氨。现存脱氨装置在含氨溶液PH值降到10以下会遇到效率和操作问题。因此，为保证去除效率，必需添加过量基；去除完成后，在排水以前通常需要通过添加酸来调低PH值。
现有技术中需要有一种设备，该设备以小流量和相对高的经济性促进流动流体之间的传递，而不要求现有液体接触装置所需的高度。
另外，现有技术中需要一种脱氨设备，利用相对低的附加能耗，该设备相比现有装置可以使液体脱至更低浓度并具有7到9之间的最终PH值，无需和耗费用来再调节废液的PH值的附加酸。
另外，现有技术需要一种系统，该系统可以解决有效处理几种不同浓度并行流体流的问题。
发明内容
本发明的目的是消除或减轻至少一项上述现有技术中的缺限。
因此，一方面，本发明提供一种促进高密度流体和低密度流体之间的传递的传递设备，该设备包括：具有用于接收高密度流体的高密度流体区域和接收低密度流体的低密度流体区域的传递腔室，其中高密度流体区域和低密度流体区域彼此相邻；安装在传递腔室内的接触装置，其至少一部分可在高密度流体区域和低密度流体区域之间移动；与传递腔室相连来在低密度流体区域中产生第一流动的流动产生装置，在高密度流体区域中产生第二流动的流体控制机构。
另一方面，本发明提供了一种促进高密度流体和低密度流体之间的传递的传递系统，该系统包括：多个相互流动连接的设备，各个设备包括：具有接收高密度流体的高密度流体区域和接收低密度流体的低密度流体区域的传递腔室，其中高密度流体区域和低密度流体区域彼此相邻；具有高密度流体入口和高密度流体出口的高密度流体区域和具有低密度流体入口和低密度流体出口的低密度流体区域；安装在传递腔室内的接触装置，其至少一部分可在高密度流体区域和低密度流体区域之间移动；和与传递腔室相连来在低密度流体区域中产生流动的流动产生装置。
另一方面，本发明提供了一种本传递系统从废水流中去除和/或去除并恢复氨的使用。
另一方面，本发明提供了一种本发明的传递系统净化废水流的使用。
另一方面，本发明提供了一种反应装置，包括：接收要反应流体的腔室；安装在腔室内并且表面覆盖用于催化流体反应的催化剂的可移动接触装置。
另一方面，本发明提供一种促进位于高密度流体区中的高密度流体和位于低密度流体区中的低密度流体之间的传递的传递设备，该设备包括：接触装置，其至少一部分可在高密度流体区域和低密度流体区域之间移动；用于在低密度流体区域中产生第一流动的流动产生装置，用于在高密度流体区域中产生第二流动的流体控制机构。
另一方面，本发明提供一种促进高密度流体和低密度流体之间的传递的传递设备，该设备包括：具有接收高密度流体的高密度流体区域和接收低密度流体的低密度流体区域的传递腔室，其中高密度流体区域和低密度流体区域彼此相邻；可旋转地安装在传递腔室内的接触装置，其至少一部分可在高密度流体区域和低密度流体区域之间移动，该接触装置包括可操作来容许流体通过其流动的中心核部，并包括包覆在其外表面形成螺旋的片状惰性材料，该惰性材料可至少部分地渗透高密度流体和低密度流体中的至少一种；与传递腔室连接来在低密度流体区域中产生第一流动的风扇；和在高密度流体区域中产生第二流动的电机。
另一方面，本发明提供一种用于在高密度流体和低密度流体之间传递化学物质的处理，包括步骤：(i)提供高密度流体和低密度流体；(ii)提供接触装置，该接触装置的至少一部分可在高密度流体区域和低密度流体区域之间移动且其至少一部分可部分地渗透高密度流体和低密度流体中的至少一种；(iii)在低密度流体中产生第一流动；(iv)在高密度流体中产生第二流动，第二流动与第一流动方向相反；和(v)在高低密度流体之间移动接触装置。
另一方面，本发明提供一种促进高密度流体和低密度流体之间的传递的传递设备，该设备包括：具有接收高密度流体的高密度流体区域和接收低密度流体的低密度流体区域的传递腔室，其中高密度流体区域和低密度流体区域彼此相邻；可旋转地安装在传递腔室内的一系列接触装置，每个接触装置的至少一部分表面可在高密度流体区域和低密度流体区域之间移动，并且至少部分可由高密度流体和低密度流体中的至少一种渗透；与传递腔室相连来在低密度流体区域中产生第一流动的风扇；和在高密度流体区域中产生第二流动的电机。
附图说明
本发明的实施方式将参照附图说明，其中相同的参考数字表示相同的部件，其中：
图1图示本发明传递设备的实施方式的剖面示意图；
图2A图示本发明传递系统的实施方式的顶视平面示意图，显示具有任选附加腔室的流体流动；
图2B图示本发明传递系统的实施方式的顶视平面示意图，显示具有容纳循环气体的任选附加腔室的气体流动；
图3图示不具备任选室的图2A和2B中所示的本传递系统的实施方式前视示意图；
图4图示本发明传递系统的实施方式的顶视平面示意图，显示能够同时处理不同浓度的流体流的液体流动；
图5图示本发明传递系统的实施方式的顶视平面示意图，其中气体通过系统循环；
图6图示本发明的传递设备的可替换实施方式的横截面侧视图，包括一系列均包含接触装置的流动连接腔室；
图7是沿图6中的线C-C的传递设备的横截面图；
图8图示具有绕着中心圆柱包覆的螺旋的本发明的传递设备的接触装置的另一实施方式；
图9图示没有螺旋包覆的图8中传递设备的中心圆柱；
图10是图8的传递设备的中心圆柱的一个实施方式的图片；和
图11是封装在壳体中的图8的传递设备的顶视照片。
具体实施方式
参照图1，本发明的设备110被显示。通常，设备110包括传递腔室112，传递腔室112包含相互毗邻设置的高密度流体区域114和低密度流体区域116。使用中，高密度流体区域114接收待处理的高密度流体，低密度流体区域116接收待处理的低密度流体。在本申请的文本中，“已处理的(treated)”一词理解为流体已经流经操作的传递设备或系统，以允许发生理想传递(例如化学物质的)。可动(例如转动)接触装置118容纳在传递腔室112内，旋转接触装置118的至少一部分可以在高密度区域114和低密度区域116之间旋转。
在一种实施方式中，接触装置118和传递腔室112是分离单元。在另一种替换实施方式里，接触装置118和传递腔室112组成包括整体单元，接触装置118最好通过旋转与传递腔室112一起在高低密度区域之间移动。
高密度流体的深度最好保持在旋转接触装置118的最大湿化表面暴露给低密度流体的水平。旋转接触装置118被连续地湿化，并且从其旋转中产生的阻碍(drag)产生高密度流体区域114中的混合。流动产生装置120连接在传递腔室112上，以在低密度流体区域116中产生第一流动(箭头所示)。流动产生装置120被显示在传递腔室112的外部，对本领域内的技术人员来说，其可以定位在传递腔室112的内部。
在使用中，通常为液体且更典型为水的高密度流体，通过入口124注入传递腔室112。为了使阐述清楚，本说明书中高密度流体是指液体，而低密度流体是指气体。但是，必须说明的是，这只是本装置怎样使用的一种优选实施方式，其它液-液、气-液和气-气组合也可在本装置中处理。在典型使用中，液体可以是未处理的饮用水、城市、居民、农业或工业废水或雨水。
在优选实施方式中，液体入口124引入高密度流体区域114，尽管对本领域技术人员很明显，液体入口124可以设置在高密度区域114上方且液体可通过重力落下。在使用中，液体可以连续或间歇地供入传递腔室112。当设备110以小尺寸构成时最好间歇地供入。传递腔室112还包括高密度流体出口或液体出口126来抽出已处理的液体。尽管这里显示为对入口124是分离的结构，很明显单个入口结构能同时用作入口和出口。
第二流动在高密度流体区域114中产生，其可以是间歇。虽然本领域内的技术人员知晓各种流动产生装置，典型的，当高密度流体经入口124注入传递腔室112或从出口126排出时，第二流动在高密度流体区域114中产生。对于大量负载的情况下，如果第二流动在高密度区域114和低密度区域116的界面上在与第一流动相反的方向上，设备的效率会显著提高。在高密度流体中的第二流动通常由将液体引入装置的外部装置提供。液体最好通过重力在装置中传递。
如下所述，设备110可以形成系统的一部分，包括多个最好串联连接的设备110。在设备110形成为这种系统的一部分的情形下，液体出口126可以与后续设备流动连接，最好是堤堰(weir)。同样，包括多个串联连接的设备110的设备110形成系统的一部分，液体入口124可以流动连接到在前装置，最好以堤堰的形式。
旋转接触装置118的特性没有特殊限制，其选择在本领域技术人员的范围内。旋转接触装置118最好是可渗透气体的，其中气体能够覆盖和/或穿过接触装置表面的大部分而只有很小的压头损失。而且，旋转接触装置118的一个或多个表面的至少一部分可以被低密度流体部分地渗透。这里使用的词语部分地渗透包括至少部分表面可被低密度流体渗透的情形和/或至少部分表面可被低密度流体周期性渗透，即低密度流体周期性地渗透接触装置的表面的一部分的情形。而且，旋转接触装置118的一个或多个(最好是全部)表面最好是可渗透流体的。在一种实施方式中，旋转接触装置118包括绕共同的旋转轴130有间距的平行安装的多个圆盘(见图2和3)或部分圆盘。在该实施方式中，气体能够沿气流方向从圆盘之间的间距通过。驱动装置(未显示)旋转轴130。
在一种实施方式中，旋转接触装置118是多孔屏，具有相对小的气阻，安装在旋转轴上。在另一实施方式中，旋转接触装置118是由起泡、压制、模制(cast)或延展材料制成的构件，并设置有大表面区域，其对气体流动具有相对低阻力。应该理解，接触装置118可由任意惰性材料制成并且可以以包括可操作来接触流体的表面的任意形状设置。因此应理解为，上述的实施方式不意味着任何限制，而是用作可使用的不同类型接触装置的示例。
气体通过气体入口134供入传递腔室112。如上所述，流动产生装置120在气体内产生流动。流动产生装置120最好是鼓风机或风扇。传递腔室112还具有气体出口136。虽然各种入口和出口已经显示为具体结构，但对本领域内的技术人员很明显，这些口具有双重或多重功能；例如，入口可以是阀来间歇性地操作为用于一种流体的入口和另一种流体的出口。
在本发明的设备的示范性使用中，气体包含臭氧，且液体为废水。来自臭氧源(未显示)的臭氧通过气体入口134供入传递腔室112。流动产生装置120是合适的鼓风机以压力将臭氧气体从气体入口134强行吹入。
臭氧作为强氧化剂以增强颜色和/或化学需氧量(COD)的移除或降低。传统的臭氧接触装置依赖于将含臭氧的气体在待处理液体中鼓泡。在臭氧需求量大和臭氧浓度低的情况下，为了满足臭氧需求，大量的气体必须鼓泡至系统中。而且，从多个臭氧源输出的臭氧与通过产生装置的达到一些装置最大值的空气体积成比例。
旋转接触装置118利用诸如紫外线臭氧产生装置(未显示)的低输出臭氧源促进水的臭氧化。对于给定废水，当用本发明的设备处理时，COD和脱色的程度可以是一个或多个通过旋转接触装置的臭氧的数量、旋转接触装置的表面积、旋转接触装置的转速、时间、液体特性和温度的函数。本领域的技术人员应理解，当臭氧表示引入接触装置的反应气体时，其它气体可被同时引入。可替换的，通过给接触气体提供低于从液体中的气体产生的平衡分压的待去除气体的分压，接触装置可用来从液体中分离出气体。例如，如表2所示，通过应用该原理，二氧化碳或弱酸可以从废水中去除。在一定条件下，这将使PH值升高从而使氨更容易地去除。
参照图2A、2B和图3，其示意性地显示本发明的实施方式的系统210。在该实施方式中。在该实施方式中，第一实施方案中相同的部件在这里以200编号，然而，当同一数字出现在第二和第三位数字时，它们表示与第一实施方式中具有相同数字的部件对应的部件。参照图2A和2B，系统210包括多个串联流动连接的腔室212a、212b、212c和212d。
进一步任选的腔室212e也被显示。对于本领域内的技术人员来说，很明显，为了执行区分处理，后继腔室或系统可以连接到在前或在后的本发明的系统上。换句话说，无论高密度流体还是低密度流体，可以选择性地流到用于新处理的新的腔室或系统。如图2A和2B所示，在优选配置中，腔室212e从最后(根据气流)腔室212a接收气流(非液体)。在所示实施方式中，任选的腔室212e也向“第一”腔室212d供入气流，气体由诸如连接气体出口236和气体入口234b的管子或管道的装置通过系统210再循环。本领域内的技术人员明白，该循环可以凭借任意合适硬件，并在本文图示为虚线路径。在脱氨和吸收中，典型的，该腔室212e可以包含吸收剂/反应剂(如酸性溶液或离子交换物)。吸收剂/反应剂可在连续或间歇排出，以作进一步处理或存储。在吸收剂/反应剂排出或消耗的情形下，必须补充腔室212e。
串联连接的传递腔室212的数量没有特别限制，处于根据流体处理需求的本领域的技术人员的选择范围中。如上所述和图3所示，每个腔室212包括高密度流体区域214、低密度流体区域216以及旋转接触装置218a、218b、218c和218d，这里显示为绕公共轴230旋转的三个圆盘。在每个腔室212的低密度流体区域216中，流动产生装置220a(或包含吸收剂的任选室212e被包括的可选220b)产生流动流。在优选实施方式中，传递腔室212a、212b、212c和212d是大壳体212的分隔室。利用由多个驱动装置操作的接触装置或驱动所有接触装置移动的单个装置，高容量操作可以构成为使得传递腔室212a、212b、212c和212d线性串联。
如图2A箭头所示的液体流入系统210的第一传递腔室212a。如图2A中的箭头所示，液体依次流经传递腔室212a、212b、212c和212d，每个腔室具有液体入口和液体出口。
最好是，用来在腔室212a、212b、212c和212d之间使高浓度流体传递的机构防止相邻腔室之间的回混。分隔室之间互相流动连接的止回阀(check valve)或利用逐渐降级的堤堰是实现该目标的方式。最好是，传递腔室212通过堤堰223a、223b和223c连接。堤堰223通过“切除”公共壁225a、225b和225c中一个的一部分形成。通常，切口位于壁225的一端，并从壳体221的顶部延伸到液体的最低理想浓度。如图2A所示，传递腔室212b和212c有一对堤堰，一个操作为液体入口和另一个操作为液体出口。最好是，单个传递腔室的液体入口和液体出口堤堰将设置在腔室的相对端。当高容量操作构成为使传递腔室212a、212b、212c和212d成线性串联时，对本领域内的技术人员很明显，水压补偿会导致回混和/或短路不需要特别关注和分隔室之间的无障碍流动适宜的情形。
系统210可以连续运行，例如，液体连续供入系统210(取决于传递腔室的数量的假拟活塞流情形)，或间歇地供入(其中半批量动力(semi-batch kinetic)情形存在)。特别是，对于半批量操作，待处理液体从液体入口224供入第一传递腔室212a。在间歇液体供应时，没有必要为连续运行而停止旋转接触装置118。由于液体体积的增加使压头增加，液体然后经过堤堰223依次从腔室传递到腔室。相似地，最后传递腔室212d内一些已处理的液体通过液体出口226恢复。最好是，液体出口226被设置以接收基本上与通过液体入口224供入第一传递腔室212a的液体体积对应的一些已处理的液体。
气体通过气体入口234供入系统，最好是在来自流动产生装置220的压力下，可替换地，由220b经气体入口234b，其中腔室212e包含吸收剂/反应剂，最好是进入最后一个或最下游的传递腔室(显然，该传递腔室容纳大部分已处理的液体)。如图2B的箭头所示，气体然后沿与液体流动相反的方向依次通过堤堰223。最好是，气体将流经“切口”堤堰223a、223b和223c。
根据上文关于本发明的设备的描述，本发明的系统可用于利用臭氧来处理废水。臭氧通过气体入口234注入系统210。最好是，空气和臭氧注入最后一个腔室212d。空气和臭氧最好是通过鼓风机引入，通过臭氧产生装置经过空气或氧气。可替换地，通过提供具有小于液体中气体产生的平衡压力的待去除气体的分压力的接触空气，接触装置可以用来从液体里抽出气体。例如，如表2所示，二氧化碳或弱酸通过应用本原理可以从废水中去除。在某些情况下，这会导致PH值升高。
参照图4，本发明的系统的另一实施方式被显示。这里，对应部件以300编号。该图显示液体的流动。在这种实施方式下，旁路液体入口338a和338b被设置，允许系统310部分地并行运行。对本领域的技术人员来说，很明显，旁路入口位置无需严格限制。旁路入口338最好装阀，系统根据处理目标既可连续运行又可部分地并行运行。特别是，对于不同浓度的两种或多种液体，或者不同的流速，浓度最高的液体从液体入口324供入第一(上游)分隔室。次高浓度液体从旁路液体入口阀338a供入下游分隔室，下游分隔室部分地接收来自上游分隔室的与低浓度液体的浓度基本相同的已处理的液体。通过调整入口的位置和传递腔室的数量和大小，可以把装置的负荷调整为对问题液体最有效的结构。对本领域内的技术人员来说，很明显反应物质也能够在适宜的中间点引入或抽出。
参照图5，本发明的系统的另一实施方式也被显示。这里，对应部件用400编号。该图显示气体的流动。在该实施方式中，已处理的气体从其进入的最后腔室(412a)经过循环管440到第一腔室(412d)循环。本发明的这一方面可以由教导的本发明的其它方面组合。同时，如前所述，气体可以通过任选吸收室再循环。
本发明的替代实施方式如图6和7所示。替代实施方式的装置起到与上述相同的方式的功能，同时具有不同的物理实施。
总体上，这种替代实施方式中，传递设备由一个或多个流动连接的腔室组成，每个腔室内均包含接触装置。腔室或一系列腔室悬浮或以其他方式吊在装有高密度流体和高密度流体的容器内。转到图6，传递设备一般用数字510表示，包括一系列流体腔室512。在流体腔室512中定位有高密度流体区域514和低密度流体区域516。
高密度流体514传输到各腔室512，且腔室512旋转使得腔室内部的接触装置518穿过高密度流体514，接触装置表面因此连续地被高密度流体覆盖。伴随腔室旋转，低密度流体516沿箭头A的方向流过腔室，允许接触装置表面覆盖的高密度流体与低密度流体516之间的预期的相互作用。
腔室512可以构成为使高密度流体通过内堤堰515并逐渐从一个腔室向后续的腔室传递，从而产生级联的效果，其中高密度流体的组分将逐步变化。可替代地，腔室512可以构成为使腔室512的每次旋转产生泵的作用，其中预定量的高密度流体流入和流出特定腔室512。可替代地，在水压条件减弱回混的情形下无需堤堰。
腔室内的接触装置518可以是前述任一材料或可替代地由下述一种构成：(1)用穿孔薄惰性片状材料卷绕自身形成螺旋，每卷和相邻卷通过间隔器相分离，最好由诸如穿孔薄惰性片材的脊或节点的变形生成，后文将详细说明。(2)和上述相似的圆盘并延伸到腔室的外壁，可替代地，圆盘还可以在圆盘的中心附近和靠近邻近圆盘的周界穿孔，使低密度流体径向通过圆盘表面，并且交替流入和流出；和(3)包括任意具有高的表面积和体积比的媒体的填充媒体，比值越高越好，然而，应理解，每个系统都有限制，其中高的表面积和体积比会导致由堵塞或气/液滞留效应产生的性能降低。
如上所述，图6表示包含可操作来旋转的接触装置518的腔室512的实施方式。设备510设计成最好包含氨溶液的密闭箱体。如图6和7所示，设备510包括位于装置一端中心的风扇517，用作低密度流体流动的动力，即流动产生装置。腔室512由位于系列腔室512相同端的电机519旋转。当一系列腔室512旋转时，供应装置或凹进(scoop)523拾取一些高密度流体，然后这些液体在其旋转时依次流过腔室512。低密度流体通过传递装置521沿箭头A的方向旁通设备的一部分进入腔室512包含的区域，其可以是图6和7所示的供应或返回管，或可操作来允许液体流动的相似装置，并返回腔室一端的含有酸/吸收剂-反应剂的腔室和接触装置，接触装置允许酸从低密度流体中分离出氨，低密度流体然后通过装置来分离出更多的氨。这与图2b中的管子236功能相同。
应理解为前述供应装置或凹进523是任选装置，供应装置或凹进可以被包括来协助高密度流体从高密度区域传递到接触装置的传递。然而，接触装置可以不包括供应装置或凹进，以及高密度流体可以通过任何合适的泵装置或机构在高密度流体区域和接触装置之间传递。
在这里描述的实施方式中，接触装置118的移动被描述成旋转移动。在图示的实施方式中和提供的说明中，接触装置可操作地旋转完整的360°。然而，应理解为本文所述的实施方式中，接触装置无需可操作来旋转完整的360°或者可操作来旋转360°，但在实际运行中只旋转全部旋转量的一部分。也应理解，接触装置的旋转移动应该允许接触装置移动来使至少部分表面周期性与高低密度流体中至少一种接触。接触装置的部分转动，比如在高密度区域内，可以使有足够的流体与接触装置的表面接触，因此不必完全旋转。
另一种可替代具体实施方式在图8到11中显示。在这种实施方式中，流体传递设备一般用数字610表示。这种设备包括核心单元611，该核心单元611包括由中空中心圆柱613和惰性螺旋片615，其一起形成接触装置618。
如图9所示，中心圆柱613在每一端沿中心轴打孔以方便高低密度流体，即气体和液体，进入和排出。如图8和10所示，惰性螺旋片615包括在螺旋片615卷绕中心圆柱613时保持相邻螺旋之间分开的间隔器617。
间隔器617可一体形成在片615的表面内，并可以是片材中凸起的不连续表面，最好由诸如穿孔惰性片材中的脊或节点变形产生。可替换地，间隔器617可以是一个或几个预定厚度的分离窄带材，其与螺旋同时卷绕来保持相邻片615之间理想的分离。如此形成的柱状螺旋在侧部619，即由螺旋卷绕产生的辊的螺旋部的端部，由密封圈或端盖封闭，以阻止高密度流体或低密度流体流过。上述卷绕的结果是从螺旋外部的薄惰性片的端部开始、在螺旋内部的薄惰性片的端部结束的密封螺旋通道形成。
如上所述，中心圆柱613沿惰性螺旋片附接圆柱的表面的长度的部分打孔，见图9中数字621。卷绕可以由单片或多片(有多个附接点)组成，其产生嵌套螺旋。在图示实施方式中，螺旋卷绕不覆盖中心圆柱的整个长度，中心圆柱在每一端突出螺旋，详见图8。
在另一种实施方式中，接触装置可以通过使用半渗透螺旋卷绕获得，从中，由于螺旋卷绕的两端都被连续地湿润，相关的“渗透(weeping)”允许A/V比有效地翻倍。
如图11所示，在安装时，接触装置618被悬挂在含有高密度流体的箱体或气密壳体621内。接触装置被安置为使得在旋转时螺旋卷绕的开口外端浸入靠近接触装置618底部的高密度流体里且一部分高密度流体进入接触装置618。卷绕的前缘、即开口外端接触液体，并用作因先前旋转舀起由液体量限定的体积(凹部体积)泵入中心腔室的泵。可替代地，一系列凹部可以从前端延伸以利用每次旋转向螺旋载入预定量的高密度流体。连续旋转致使一系列的高密度流体舀起进入接触装置618的内部与并且处于与接触装置618的表面接触的处理。凹部体积结合旋转速率决定着泵出率。同时，低密度流体引入螺旋中心并通过密封的螺旋腔，直到其在螺旋的周边流出。这样，低密度流体流过接触装置表面，逐渐与高密度流体接触，允许覆盖接触装置的高密度流体和低密度流体之间预期地相互作用。每次旋转不能加入过量的高密度流体，因为这样会淹没分隔室并导致气流阻塞，这一点很重要。
当高密度流体到达核心611的中心时，它流向包含合适装置的收集装置，以允许高密度流体流出装置而不造成低密度流体的损失。
高密度流体由中心核心内的内环阻止流入气体入口部。通过调整液体泵出率和圆柱613的转速，被淹没的各圆柱的卷绕的比例能够被控制，同样能够控制液体在装置内的时间(HRT)。气体(空气)从中心圆柱一端强制引入并通过卷绕从中心流动，且从旋转螺旋卷绕的前缘流出。气流率是一个可控变量。气体通过连接到壳体的管道(一般靠近顶部)流出壳体，这样形成并行气液流动系统，这是对大量传递最有效的配置。液体流动具有活塞流装置的特性，这又是一种最有效的反应装置结构。
A/V比是卷绕材料的卷绕数量、螺旋卷绕的表面粗糙度和每个卷绕淹没深度的分数的函数，每个卷绕淹没深度的部分的高度是转速、液体装载率和螺旋圆柱长度的函数。
气密封壳体621可以是任意形状，但在图示的实施方式中是具有气液密封端盖的中空圆柱。圆柱覆盖螺旋卷绕的部分在每端由气密封623与端部分离。气密封将壳体分成三部分：进气部625、包含核心且用作液体装载部的中心腔室627和已处理的液体部629。
驱动装置631包括由旋转核心单元、即包含螺旋片617的中心圆柱的装置。驱动装置631可采用连接到中心圆柱的端部、或连接到通过中心圆柱的轴的外部电机的形式，或者中心圆柱可以被构成为具有附接的合适动力源的电或液压驱动单元。
供应系统633由预处理系统，如果需要，和泵635构成，以将准备的液体送入中心腔室，通常送入腔室的底部。
气体系统由动力装置657构成，动力装置657强制气体进入气体入口部，从这里气体通过圆柱壁上或圆柱端部的孔/缝隙659进入中空中心圆柱。
已处理的液体部661由与气体进入圆柱相对的中心圆柱的端部和包含液体存储池663和气体收集装置665的伸展部构成。
另一种可替代实施方式(未显示)涉及图8-11所示的螺旋抽吸配置和图6所示的0052-0065描述的具有液体流动结构的装置的组合。在这种结构中，螺旋的侧部形成对高密度流体的阻挡，但没有像在52中描述的密封，而是包含让低密度流体沿平行于中心轴的方向，而不垂直于中心轴的方向通过螺旋横向流动。这种结构获得单个分隔室里的高密度流体的柱塞流(plug flow)特性，但不适用于低密度流体。在一些条件下，这是一种更经济的配置。
质量传递动力学允许如上所述的通常操作上的一些变化。
去除：含待除气体的准备液体被泵入中心部分。携带气体被强制通过与液体接触的螺旋并通过应用亨利定律除去气体。气体导出螺旋接触装置以待进一步处理。
吸收：除了含待吸收物质的气体代替携带气体和吸收液体代替含待去除气体的液体之外，该操作与去除操作相同。
具有慢化学反应的吸收：该操作可以与吸收操作同样方式进行，不同点是吸收液中的化学反应可以决定操作速率。
具有快速化学反应吸收：该操作可以与吸收操作同样方式进行。可替代地，气体和液体流动可以并流，因为快速反应消除了逆流的优势。
具有快速反应的去除和吸收：由气封隔开的两个螺旋可以构成在同一中心核心上，并操作为使得去除气体引入吸收部分的壳体，这里其与吸收反应液体同流向流动。这允许气体入口部具有双重功能，即具有吸收和快速反应的螺旋接触装置以及气体入口部。
催化接触装置：螺旋卷绕的表面的一侧或两侧可以覆盖有催化材料，以便当液体通过由螺旋旋转产生的连续泵起的表面反应被催化，和/或气体由螺旋下面的催化剂催化。
在液体催化的情形中，气流流动由化学反应需要确定选择。可替代地，气体可以通过涂覆的螺旋和催化反应被产生以及液体流动根据反应需求选择。
当螺旋表面的下面覆盖催化剂且气体通过该表面被催化时，催化过的气体于是可以与由螺旋接触装置通过其旋转泵起的液体反应。
替代操作：如果待处理液体被泵入螺旋的中心且螺旋沿与螺旋卷绕方向相同的方向旋转，液体将从螺旋的内部向外部流动。气体流动于是可以并流或逆流，这取决于气体是装置的中心引入还是外周引入。
这种装置的一个优点是可以实现真正的柱塞流，其中高密度流体在流向装置的中心时回混程度最低。在许多情况下，这将产生很高的处理效率。通过控制组成螺旋的卷绕的数量和转速，可以控制高密度流体和循环的低密度流体之间的接触时间。在上述实施方式中，高密度流体和低密度流体通过螺旋从相对端流入，即具有逆向流。在替代实施方式中，高低密度流体均可从相同的位置流入螺旋卷绕。然而，最好是上述的实施方式。
在上述的每种装置中，低密度流体可以用作去除流体，其可以是废弃的或可以通过单独的接触装置再生，以使低密度流体循环和关于低密度流体的闭合系统被产生。可替代的，在高密度流体用作吸收剂的情形下，其可以接着通过再生装置并根据选择的处理状况再循环。
本发明的装置的另一优点是，其允许浓流体在时间上而非空间上处理。这给设计者/操作者以足够的灵活性来控制装置的输入和输出，这在传统方法里难以获得。比如，当应用到脱氨处理时，保持时间和PH值可以调整，以使流出装置的水的PH值在正常排放限度内，而不需要附加处理来在去除后下调PH值。使用传统的处理达到这点非常困难。
本发明的该实施方式的系统的优选应用来从废水流中去除和恢复氨。对于去除氨，去除率是氨在气相中的分数的函数，其取决于PH值和温度。气相中氨的平衡分数可由下式表示：
[ NH 3 ] [ NH 3 ] + [ NH 4 + ] = f = ( 10 pKa - PH + 1 )
这里，pKa＝0.09018+2729.92/T且T＝环境开氏水温(K＝℃+273.6)。这一关系显示在低PH值时，氨大部分被电离，而在高PH值时，氨大部分处于未电离状态。比如20℃和PH＝1值时，f＝4×10-9，而在PH＝10和12时，f分别等于0.8和0.997。在系统测试的情形下，可以发现，脱氨率随转速达到约12-15转每分钟(rpm)而增加，其后，随着rpm的增加而增加的去除率对测试物质(3gN/L，稳定气流)大幅下降。然而，应理解为装置转速可以以速度低于12或高于15运行，这由装置运行的环境决定。上述范围只是推荐运行范围，并不意味着对范围的限制。
从上可知，例如，氨的去除/吸收率和氨可以被去除的程度至少是以下几个变量的函数：(i)待处理废水和使用的吸收剂的类型；(ii)待处理废水的PH值和碱度，以及如果存在的吸收剂的PH值；(iii)用来控制废水PH值的机构/添加剂；(iv)被处理废水的温度；(v)处理装置内废水的HRT；(vi)处理装置中媒介的可湿润表面积；(vii)处理装置内循环的空气量；(viii)处理装置的纵横比(截面面积/长度)和处理装置的结构；和(ix)媒介周期性浸入废水的速率。
对于期望恢复被去除的氨的脱氨操作，含氨气体通过旋转接触装置(对小尺度单元最好在同一驱动装置上)并浸入最好PH值低于4的酸浴(即高浓度液体是酸溶液)中，也就是说图2A和2B所示适宜地可选腔室212e可用来满足该目的。上述操作的同时，含氨气体强制通过接触装置表面。本领域内的技术人员知道，当用酸作吸收剂时，其通常有利于确保其即没有过度吸湿性，也不会具有高蒸发压力，从而避免这种情形可能发生的过度稀释或蒸发。
对于熟悉反应动力学的人来说，很明显不同流的流率和反应分隔室的尺寸可调整为适于给定浓度和体积。本装置的另一特点是可以控制反应装置设计和操作以及添入含氨液体的基本当量，以使反应装置内的PH值足够用于去除并且使反应装置出流的PH值在7和9之间，并且在进一步处理或排放前不需要酸添加剂来调整出流的PH值。
绝缘的本发明的设备或系统可以消除来自寒冷环境的温度影响。去除气体的再循环也会减弱低温的负面影响。
脱氨和酸吸收的实施例可看作无反应接触和快速反应接触。除了已经说明的那些具体处理外，大量其它处理可以使用本发明的系统。这些处理包括：
吸收伴随或不伴随慢反应：这种运行与去除运行相反且含待吸收的物质的气体要通过吸收液。运行率由达到化学反应的速度的吸收率决定，以使其控制处理。
催化反应装置：当液体通过表面和/或圆盘上的催化剂催化与气体的反应时(例如半导体包覆圆盘可以暴露在空气和紫外光照射来产生氧化剂)，媒介表面可以包覆催化材料来催化反应或者产生氧化剂。在液体催化剂的情形下，气流可随意选择和由需要的化学反应决定。
氧化：本装置的优选实施方式是提供一种与诸如臭氧或紫外光以及液体催化剂的氧化剂接触的装置。诸如鼓泡和抽吸装置的臭氧与液体接触的普通方法能量较密集，在处理高臭氧需求和低浓度臭氧源时效率变得很低。RTD可以用作旋转膜式氧化剂(rotating filmoxidizer)，并拥有许多优点。臭氧处理的效果是A/V、转速、温度和臭氧浓度的函数。
组合处理：本装置的优选实施方式是提供能够在相同的装置内，在反应装置的一系列初始段内从含氨液体中去除氨、臭氧化脱氨液体并随后生物处理臭氧化液体。而且，对本领域内的技术人员来说，很明显，一种或多种待处理流体可以通过一个或多个处理系统循环。
从上面叙述中可清楚地知晓，本发明提供了一种可以使氨从多种废水中去除出来而无需如通常一样添加附加化学物质来调整PH值的装置。这产生了无需附加化学物质的附加益处，从而减少在处理中使用化学物质并降低成本。
另一处理装置可以在一系列传递腔室212、312或412之前或之后形成部分系统210、310或410。例如，在废水处理中，水可以在通过一系列传递腔室212、312或412之前在反应装置(未显示)中作厌氧和/或需氧处理。废水也可以紧接着排出最后腔室212d、312d或412d后处理。
表1显示了用与图2b中相似的装置处理居民废水获得的结果，装置改成包括7个腔室。
本发明还提供了本文中说明的传递设备的使用方法，来促进二氧化碳、自然产生的气体和从废水溶液进入携带气体的的弱酸中的至少一种作为调节PH值的手段的传递。PH值最好调整到大约7到大约10之间。PH值可以用上述方法或附加PH调节化学物质来调整。
虽然本发明已经参照图示实施方式和实施例做了说明，但本说明是不想产生一种限制的感觉。因此，通过参照本说明书，各种图示实施方式的修改以及其它的本发明的实施方式对本领域内的技术人员来说显而易见。因此，后附权利要求将涵盖任何这种修改和实施方式。
表1
Figure A20068003911100231
表2
Figure A20068003911100241

Claims (49)

1.一种促进高密度流体和低密度流体之间的传递的传递设备，其特征在于，所述设备包括：
传递腔室，具有用于接收所述高密度流体的高密度流体区域和接收所述低密度流体的低密度流体区域，其中所述高密度流体区域和所述低密度流体区域彼此相邻；
接触装置，其被安装在所述传递腔室内，其至少一部分可在所述高密度流体区域和所述低密度流体区域之间移动；
流动产生装置，其与所述传递腔室相连，用于在所述低密度流体区域中产生第一流动；
和
流体控制机构，用于在所述高密度流体区域中产生第二流动。
2.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，所述流体控制机构包括向所述腔室供入所述高密度流体的入口和从所述腔室排出所述高密度流体的出口。
3.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，当产生时，在所述低密度流体与所述高密度流体的分界面上所述第一流动具有与所述第二流动相反的方向。
4.如权利要求2所述的传递设备，其特征在于，所述第一流动具有与所述进口和所述出口之间的所述高密度流体的流动相反的方向。
5.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，所述低密度流体是气体。
6.如权利要求5所述的传递设备，其特征在于，所述高密度流体是液体。
7.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置至少可部分地被所述低密度流体渗透。
8.如权利要求7所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置包括一系列安装在共同转动轴上的存在间距的圆盘或部分圆盘。
9.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置具有流体可渗透表面。
10.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置具有液体可润湿表面。
11.如权利要求10所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置由填充媒介形成。
12.如权利要求9所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置从包括安装在可移动或可转动轴上的多孔屏、安装在可移动或可转动轴上的多个多孔屏和安装在可移动或可转动轴上的多个平行盘状屏的组中选择。
13.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，通过在其中固定所述接触装置的传递腔室的转动，所述接触装置可在所述高密度区域与所述低密度区域之间移动。
14.如权利要求9所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置可由泡沫或膨胀媒介形成。
15.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，所述流动产生装置是鼓风机或风扇。
16.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置包括至少一个卷绕中心核心的螺旋片，所述中心核心在重叠螺旋片层之间具有间隔器。
17.如权利要求16所述的传递设备，其特征在于，所述螺旋片可半渗透。
18.如权利要求16所述的传递设备，其特征在于，所述螺旋片在外前缘限定开口用来与所述高密度和低密度流体中的至少一种接触。
19.如权利要求18所述的传递设备，其特征在于，所述螺旋片包括与其连接的供应装置，其可操作以与所述高密度和低密度流体中的至少一种接触并将所述流体供应到所述开口。
20.如权利要求16所述的传递设备，其特征在于，所述中心核心包括至少一个孔，用于所述中心核心和所述螺旋片之间的所述高密度流体和所述低密度流体中至少一种的通过。
21.如权利要求1所述的传递设备，其特征在于，所述接触装置包括与其连接的供应装置，可操作将来自所述高密度流体区域的所述高密度流体传递到所述接触装置表面的至少一部分。
22.一种促进高密度流体和低密度流体之间的传递的传递系统，其特征在于，所述系统包括：
多个相互流动连接的设备，各设备包括：
具有接收所述高密度流体的高密度流体区域和接收所述低密度流体的低密度流体区域的传递腔室，其中所述高密度流体区域和所述低密度流体区域彼此相邻；
所述高密度流体区域具有高密度流体入口和高密度流体出口，且所述低密度流体区域具有低密度流体入口和低密度流体出口；
安装在所述传递腔室内的接触装置，其至少一部分可在所述高密度流体区域和所述低密度流体区域之间移动；和
与所述传递腔室相连、用于在所述低密度流体区域中产生流动的流动产生装置。
23.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述高密度流体相对于所述低密度流体逆流通过所述设备。
24.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述低密度流体是气体。
25.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述高密度流体是液体。
26.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述可移动接触装置至少可部分地被所述低密度流体渗透。
27.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述可移动接触装置从包括一系列安装在共同转动轴上的存在间距的圆盘或一系列安装在共同转动轴上的部分圆盘的组中选择。
28.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述可移动接触装置具有流体可渗透表面。
29.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述可移动接触装置具有液体可润湿表面。
30.如权利要求29所述的传递系统，其特征在于，所述可移动接触装置由填充媒介形成。
31.如权利要求29所述的传递系统，其特征在于，所述接触装置包括安装在可转动轴上的多孔屏。
32.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述高密度流体连续通过所述腔室。
33.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述高密度流体成批地通过所述腔室。
34.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，腔室的至少一个出口用作另一个腔室的入口。
35.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述接触装置附装到所述传递腔室且所述传递腔室的转动使得所述高密度流体周期性地与所述接触器表面的重要部分接触。
36.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述接触装置包括至少一个卷绕中心核心的螺旋片，所述且中心核心在重叠螺旋片层之间具有间隔器。
37.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述螺旋片可半渗透。
38.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述螺旋片在外前缘限定开口以与所述高密度和低密度流体中的至少一种接触。
39.如权利要求38所述的传递系统，其特征在于，所述螺旋片包括与其连接的供应装置，所述供给装置可操作以与所述高密度和低密度流体中的至少一种接触并将所述流体供应到所述开口。
40.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述中心核心包括至少一个孔，用于所述中心核心和所述螺旋片之间的所述高密度和低密度流体中至少一种的通过。
41.如权利要求22到40中任一项所述的传递系统，其特征在于，至少一个所述传递腔室具有流体旁通入口以使得所述系统部分地平行操作。
42.如权利要求22到40中任一项所述的传递系统，其特征在于，所述低密度流体通过所述系统被循环。
43.一种如权利要求42所述的传递系统的使用方法，用来从废水流中去除和/或去除与恢复氨。
44.一种如权利要求22所述的传递系统的使用方法，用来臭氧化废水流。
45.如权利要求22所述的传递系统，其特征在于，所述接触装置包括与其连接的供应装置，可操作将来自所述高密度流体区域的高密度流体传递到所述接触装置表面的至少一部分。
46.一种催化反应装置，其特征在于，包括：
用来接收待反应的流体的腔室；和
安装在所述腔室中并覆盖有用于催化所述流体反应的催化剂的可移动接触装置。
47.如权利要求46所述的催化反应装置，其特征在于，所述流体是部分被注入所述腔室的液体，且旋转接触装置的至少一部分在所述液体和周边环境之间旋转。
48.一种促进位于高密度流体区域中的高密度流体和位于低密度流体区域中的低密度流体之间的传递的传递设备，其特征在于，所述设备包括：
接触装置，其至少有一部分可在所述高密度流体区域和所述低密度流体区域之间移动；
流动产生装置，与所述低密度流体区域连接、用来在所述低密度流体区域中产生第一流动；和
流体控制机构，与所述高密度流体区域流动连接、用于在所述高密度流体区域中产生第二流动。
49.一种如权利要求1所述的传递设备的使用方法，其特征在于，用来促进二氧化碳、自然产生的气体和从废水溶液进入运载气体的弱酸中的至少一种作为调节PH值的手段的传递。
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