CN104125929A - 处理水溶液及其污染物的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开总体上针对处理水溶液的设备和方法，以去除或以其他方式降低一种或多种污染物的水平、浓度或数量。本公开涉及一种装置，该装置包括大体上独立的壳体或容器，所述壳体或容器配置为接收包括至少一个对电极(例如，阴极)和至少一个安装或设置在至少一个紫外光源周围的光电极(例如，阳极)的部件，和∕或接收、容纳和∕或循环液体或水溶液。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月2日提交的申请号为61/566,490的美国临时专利申请、2012年1月6日提交的申请号为61/584,012的美国临时专利申请以及2012年11月29日提交的申请号为13/689,089的美国非临时专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在本申请中。
背景技术
水溶液通常包含一种或多种污染物。该水溶液包括但不限于水力压裂液、水力压裂回流水、高盐度溶液、地下水、海水、废水、饮用水、水产养殖(例如：水族馆用水及水产养殖用水)、压舱水、以及纺织工业染料废水。更多关于示例水溶液的信息，如下所述。
水力压裂液包括任何用于刺激或制造天然气或石油的液体或溶液，或任何已被用作该用途之后的该种液体或溶液。
地下水包括存在于地表下的水，其占据土壤或地质层中的空间。地下水可包括供应含水层、井水和泉水的水。
废水可以是任何其质量已被人类或非人类活动产生的各种效应、过程、和/或材料不良影响的水。例如，废水可以是用于洗涤、冲洗或生产过程、含有废弃产物的水。废水进一步可以是被粪便、尿液、体液和/或其他家庭、市政或工业排放(例如：通过管道、下水道、或类似的结构或设施、或通过粪池排空装置排放)的液体废弃产物所污染的污水。废水可以源于，例如，黑水、粪坑泄漏、化粪池、污水处理、洗涤水(也称为“可再利用废水”)、降雨、渗入污水中的地下水、剩余生产液体、道路排水、工业场所排水、以及雨水沟。
饮用水包括用于供应到家庭、商业和/或工业的水。饮用水可以包括直接从水龙头或阀门抽出的水。饮用水可进一步包括饮用水供应源头，例如，地表水和地下水。
水族箱水包括用于其中饲养有或打算饲养鱼或其他水生植物和动物的灌满水的包围容器的，例如，淡水、海水、以及盐水。水族箱水可能来自于任何尺寸的水族箱，例如，从小型的家用水族箱到大的水族馆(例如，装有数以千计到数十万计加仑水的水族馆)。
水产养殖水是用于养殖水生生物的水。水产养殖水包括用于养殖水生生物的，例如，淡水、海水和盐水。
压舱水包括装在水箱或船只货仓中以提高运输过程中的稳定性和机动性的水，如淡水和海水。压舱水还可能含有异国物种、外来物种、入侵物种、和/或非本土的微生物或植物物种、以及沉淀物和污染物。
污染物可以是，例如，微生物、有机化学物质、无机化学物质、和/或其组合。更具体地，“污染物”可以指任何一种并非在水溶液中天然存在的化合物。污染物还可包括可能在水溶液中天然存在的、在某些程度上可能被认为安全的、但却可能在不同层面造成问题(例如，疾病和/或其他健康问题)的微生物。在其他情况下(如，在压舱水的情形中)，污染物还包括在最初形成的压舱水中天然存在的微生物，但可能会被认为是非本地的或异国的物种。此外，政府机构，如美国环境保护署，已经制定了水中污染物标准。
污染物可能包括一种常见于未使用或使用过的水力压裂液中的物质。例如，该污染物可能为下列物质或其组合中的一种或多种：稀酸(如盐酸)、减阻剂(如聚丙烯酰胺)、抗菌剂(例如：戊二醛、乙醇、和/或甲醇)、阻垢剂(例如：乙二醇、酒精、以及氢氧化钠)、钠盐和钙盐、钡、油、锶、铁、重金属、肥皂、细菌，等等。污染物可能包括用以增稠或提高粘性进而提高油的回收的聚合物。污染物中还可能包括瓜尔豆或瓜尔豆胶，其经常在油回收、能量场和食品工业的多种应用中作为增稠剂使用。
污染物可以是有机体或微生物。微生物可以为，例如，原核生物、真核细胞、和/或病毒。该原核生物可以为，例如，病原原核生物和粪便大肠菌群。示例原核生物可以为大肠杆菌、布鲁氏菌、军团杆菌、硫酸盐还原菌、产酸菌、霍乱菌、及其组合。
示例真核细胞可以为原生生物、真菌、或藻类。示例原生生物(原生动物)可以是贾第虫、隐孢子虫、及其组合。真核细胞还可以是病原真核细胞。本公开中还考虑形成囊肿的真核细胞，如贾第虫的囊肿。
真核细胞还可能包括一种或多种疾病载体(disease vector)。“疾病载体”指任何将传染病原体携带并传播至另一生命有机体中的媒介(如：人，动物或微生物)。实例包括但不限于昆虫、无脊椎动物、或其他传播传染介质(infectious agent)的生物体。一些无脊椎动物如昆虫的生命周期包括水中存活的时间。例如，雌性蚊子在水中产卵。其他无脊椎动物，例如线虫，可将卵放置于水溶液中。无脊椎动物的囊肿还可污染水环境。因此，对可能驻留有载体(如疾病载体)的水溶液的处理可作为对疾病载体和传染介质两者的控制机制。
污染物可能为病毒。实例病毒可能包括经水传播的病毒，例如，肠道病毒、甲肝病毒、轮状病毒、MS2大肠杆菌噬菌体、腺病毒，以及诺罗病毒。
污染物可能包括有机化学物质。有机化学物质可能是，例如，化合物、药物、非处方药、染料、农业污染物、工业污染物、蛋白质、内分泌干扰物、燃料充氧剂、和/或个人护理用品。有机化学物质的实例可包括丙酮、酸性蓝9、酸性黄23、丙烯酰胺、甲草胺、阿特拉津、苯、苯并(a)芘,修二氯甲烷、卡巴呋喃、四氯化碳、氯苯、氯丹、三氯甲烷、氯甲烷、2,4-二氯苯养基乙酸、茅草枯、1,2-二溴-3-氯丙烷、邻二氯苯、对二氯苯、1,2-二氯乙烷、1,1-二氯乙烯、顺式-1,2-二氯乙烯、反式-1,2-二氯乙烯、二氯甲烷、1,2-二氯丙烷、双(2-乙基己基)己二酸、双(2-乙基己基)邻苯二甲酸盐、地乐酚、二氧杂芑(2,3,7,8-TCDD)、敌草快、草藻灭、异狄氏剂、表氯醇、乙苯、二溴化乙烯、草甘膦、卤乙酸、七氯、环氧七氯、六氯苯、六氯环戊二烯、林丹、甲基叔丁基醚、甲氧滴滴涕、napthoxamyl(vydate)、萘、五氯苯酚、苯酚、毒莠定、茴香素、正丁基苯、丙苯、丁基苯、仲丁基苯、多氯联苯(PCBs)、西玛津、笨样乙酸钠、苯乙烯、四氯乙烯、甲苯、毒杀芬、2,4,5-TP(三氯苯氧丙酸)、1,2,4-三氯苯、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、三氯乙烯、三卤甲烷、1,2,4-三甲基苯、1,3,5-三甲基苯、氯乙烯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、内分泌干扰物、G系列神经毒剂、V-系列神经毒剂、双酚A、牛血清白蛋白、酰胺咪嗪、皮质醇、雌二醇-17β、汽油、有色可溶性有机物(gelbstoff)、三氯生、蓖麻毒蛋白、多溴二苯醚、多氯二苯醚、以及多氯联苯。甲基叔丁醚(又名甲基叔丁基醚)是一种特别适用的有机化学污染物。
污染物可包括一种无机化学物质。更具体而言，该污染物可以是一种含氮无机化学物质，例如，氨(NH3)或铵(NH4)。污染物可以包括不含氮无机化学物质，例如，铝、锑，砷，石棉，钡，铍，溴酸盐，镉，氯胺，氯，二氧化氯，亚氯酸盐，铬，铜，氰化物，氟化物，铁，铅，锰，汞，镍，硝酸盐，亚硝酸盐，硒，银，钠盐，硫酸盐，铊和/或锌。
污染物可以包括放射性核素。放射性污染可能由放射性核素(放射性同位素)生产或使用过程中的泄漏或事故造成。实例放射性核素包括但不限于α光子发射体，β光子发射体，镭226，镭228及铀。
有多种方法可以用来处理污染物和被污染的水溶液。通常，例如，污染物可以得到控制以阻止其离开源头，且可以去除、固定化或去毒。
另一处理污染物和被污染的水溶液的方法是在使用点处理水溶液。使用点水处理是指在使用点而非某一集中位置进行的各种不同的水处理方法(物理、化学和生物)，以提高水质，进而满足预期用途，如饮用、洗浴、洗涤、灌溉等。使用点处理可包括更为分散的级别，如小公司或家庭住户的水处理。一种极端的替代做法是放弃使用被污染的水溶液，转而使用替代源。
其他处理污染物和被污染的水溶液的方法用来去除汽油和染料污染物，特别是汽油添加剂MTBE。这些方法包括，例如，植物修复、土壤气体抽排、多相提取、曝气、膜(反渗透),以及其他技术。除成本高昂之外，部分此类替代修复技术会导致形成其他浓度高于建议界限的污染物。例如，大多数MTBE氧化方法会导致形成在饮用水中的浓度高于建议界限10μg/L的溴酸盐离子(Liang et al.,“Oxidation of MTBE by ozone and peroxoneprocesses,”J.Am.Water Works Assoc.91:104(1999))。
一部分技术已被证明在降低MTBE污染上很有效，包括利用紫外线光和二氧化碳进行光催化降解(Barreto et al.,“Photocatalytic degradation ofmethyl tert-butyl ether in TiO2slurries:a proposed reaction scheme,”WaterRes.29:1243-1248(1995)；Cater et al.,UV/H2O2treatment of MTBE incontaminated water,”Environ.Sci Technol.34:659(2000)，利用紫外线和过氧化氢进行氧化(Chang and Young,“Kinetics of MTBE degradation andby-product formation during UV/hydrogen peroxide water treatment,”WaterRes.34:2223(2000)；Stefan et al.,Degradation pathways during the treatmentof MTBE by the UV/H2O2process,”Environ.Sci.Technol.34:650(2000))、臭氧和过臭氧氧化(Liang et al.,“Oxidation of MTBE by ozone and peroxoneprocesses,”J.Am.Water Works Assoc.91:104(1999))、以及原位和异位修复(Bradley et al.,“Aerobic mineralization of MTBE and tert-Butyl alcohol bystream bed sediment microorganisms,”Environ.Sci.Technol.33:1877-1879(1999))。
经证明，使用二氧化钛(titania,TiO2)作为光催化剂可以降解多种不同的水中有机污染物，包括卤代和芳香烃、含氮杂环化合物、硫化氢、表面活性剂、除草剂和金属配合物((Matthews,“Photo-oxidation of organicmaterial in aqueous suspensions of titanium dioxide,”Water Res.220:569(1986)；Matthews,“Kinetic of photocatalytic oxidation of organic solutionsover titanium-dioxide,”J.Catal.113:549(1987)；Ollis et al.,“Destruction ofwater contaminants,”Environ.Sci.Technol.25:1522(1991))
光能量大于等于带隙能量(Ebg)的半导体光催化剂，如二氧化钛(TiO2)、氧化锌或硫化镉等的照射使得电子从价带转移到导带。如果周围和表面条件适当的话，受激电子空穴对可参与氧化还原反应。氧气充当电子受体，并形成过氧化氢。电子供体(即污染物)被价带空穴直接氧化或被羟基自由基间接氧化(Hoffman et al.,“Photocatalytic production of H2O2and organic peroxide on quantum-sized semi-conductor colloids,”Environ.Sci.Technol.28:776(1994))。此外，醚类可使用像TiO2这样的光催化剂氧化降解(Lichtin et al.,“Photopromoted titanium oxide-catalyzed oxidativedecomposition of organic pollutants in water and in the vapor phase,”WaterPollut.Res.J.Can.27:203(1992))。已提出一种使用紫外线和TiO2光催化破坏MTBE的反应图式，但光降解只在催化剂、氧气和近似紫外线照射存在的情况下发生，MTBE在完全矿化之前(Barreto et al.“Photocatalyticdegradation of methyl tert-butyl ether in TiO2slurries:a proposed reactionscheme,”Water Res.29:1243-1248(1995))被转化为数种中间产物(叔丁基甲酸、叔丁基酒精、丙酮和α-过氧化氢MTBE)。
更常用的处理水溶液以便杀菌消毒的方法是利用氯气对水溶液进行化学处理。然而，氯气消毒存在一些缺点。例如，氯含量必须定期监测，可能会形成不想要的致癌副产物，氯气有一股令人不舒服的气味和味道，以及氯气需要将水在储水槽中储存一定时间。
用于水力压裂气井(如压裂液)或以其他方式刺激石油、汽油和/或天然气的生产的水溶液也需要处理。该类溶液或压裂液体典型地包括一种或多种成分或污染物，举例包括但不限于水、沙子、稀酸液(如盐酸)、一种或多种聚合物或减阻剂(如聚丙烯酰胺)，一种或多种抗菌剂(如戊二醛、乙醇和/或甲醇)，一种或多种阻垢剂(如乙二醇、酒精和/或氢氧化钠)，以及一种或多种增稠剂(如瓜尔豆)。此外，这些溶液和液体中相当一部分在注入地下水力压裂区后，先是作为回流，而后作为采出水，回到地表。返回地表时，溶液和液体还会从土壤中携带其他污染物，如盐(例如：钠盐和钙盐)。该溶液还可包括钡、石油、锶、铁、重金属、肥皂、包括产酸菌和硫酸盐还原菌在内的高浓度细菌，等等。
对用于水力压裂气井或以其他方式刺激油气生产的水溶液的处理，难度大且成本高，原因有很多，包括但不限于溶液的盐度。因此，该液体通常最终在地下、场外、或天然水体中处理。在一些情况下，某些洲或国家出于补救考虑，将不允许水力压裂。
因此，本领域中需要一些替代方法来处理水溶液，以去除和/或降低大量的污染物。具体地，拥有有助于在不添加化学组分、不生成有潜在危害的副产物、且无需长期储存的前提下去除或消除污染物的方法和装置，利用其处理各种水溶液，包括水力压裂液、水力压裂回流水、高盐度溶液、地下水、海水、废水、饮用水、水族馆水和水产养殖用水，和/或制备实验室用超纯水和修复纺织工业染料废水，将带来巨大优势。
发明内容
本公开总体上针对有助于去除或降低一种或多种污染物水平或数量的水溶液处理方法和设备。更具体地，本公开涉及一种去除或降低溶液中的污染物水平的装置，包括壳体，该壳体具有第一相对端和第二相对端，且至少部分地限定具有腔壁和腔长的空腔；光管，该光管设于空腔内，且配置为帮助发出或以其他方式提供覆盖大部分腔长的紫外线照射；设置于光管周围的光电极；设于光电极与腔壁之间的空间的对电极，以及设于光电极与对电极之间的分离器；其中光电极包括具有设置在光电极至少一个表面上的二氧化钛层的主要含钛的箔支持体；以及其中所述光电极和对电极各自分别耦合至一个配置为电耦合至电源的终端。
本发明进一步涉及一种去除或降低溶液中的污染物水平的方法，包括：向设备的空腔中供应溶液，其中所述设备的所述空腔中容纳有光管、设置于光管周围的、包括具有设置于其上的二氧化钛层的主要含钛的箔支撑体的光电极、以及设于所述光电极和所述设备的腔壁之间的空间的对电极；使用紫外线光照射光电极；以及向耦合至所述光电极的第一终端以及耦合至对电极的第二终端施加第一偏压。
附图说明
结合以下有关本公开具体实施方式部分的详细说明，将有助于更好地理解本公开，且除上述所列之外的其他特征、方面和优势将更加明晰。该详细说明参照以下附图进行，其中：
图1为根据一个或多个示例性实施方案的设备或装置的等距视图。
图2为根据一个或多个示例性实施方案的图1所示的设备或装置的等距视图。
图3为根据一个或多个示例性实施方案的设备或装置的等距剖视图。
图4为根据一个或多个示例性实施方案的围绕(例如，为图示方便而部分围绕)端帽中的光管或套管而设置的光电极的等距视图。
图5为根据一个或多个示例性实施方案的设备或装置的局部等距视图。
图6为根据一个或多个示例性实施方案的图5所示的设备或装置的电气或终端配置的分解视图。
图7为根据一个或多个示例性实施方案的设备或装置的分解等距视图。
图8为根据一个或多个示例性实施方案的图7所示的设备或装置的侧视图。
图9为根据一个或多个示例性实施方案的图7所示的设备或装置的顶视图。
图10为根据一个或多个示例性实施方案的图7所示的设备或装置的端视图。
图11为根据一个或多个示例性实施方案的设备或装置的局部剖面等距视图。
图12为根据一个或多个示例性实施方案的设备或装置的局部剖面等距视图。
图13为根据一个或多个示例性实施方案的图12所示的设备或装置的局部剖面视图。
图14为根据一个或多个示例性实施方案的设备或装置的局部剖面视图。
图15为根据一个或多个示例性实施方案的间隔器的等距视图。
图16为根据一个或多个示例性实施方案的图15所示的间隔器的出口端视图。
图17为根据一个或多个示例性实施方案的图15所示的间隔器的入口端视图。
图18为根据一个或多个示例性实施方案的图15所示的间隔器的剖视图。
本公开内容接受各种修改和替换方式的同时，其中的具体实施方案已通过附图中的实例示出，下文将对其进行详细描述。例如，附图中示出的任何数字、测量和/或尺寸只做举例之用。任何符合此中所述目的的数字、测量或尺寸都可能是可接受的。应当理解具体实施方案的描述并非意在限制本公开，而是涵盖所有落入本公开精神或范围内的修改、等同方案或替代形式。
具体实施方式
除非另有说明，本文所用的所有技术和科学术语具有本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同涵义。尽管在本公开内容的实践或测试中可以使用与本文所述那些类似或等同的任何方法和材料，示例方法和材料描述如下。
在此对多种涉及系统、装置和设备(例如，光电催化氧化(PECO)系统、设备和装置)的实施方案进行描述。在多个不同的实施方案中，设备包括和/或设置于装置或反应器或大体上独立的设备。在多个不同的实施方案中的设备或反应器包括壳体或容器，该壳体或容器配置为接收设备的部件和/或接收、容纳和/或循环液体或水溶液。在多个不同的实施方案中，容器容纳至少一个对电极(例如：阴极)和至少一个设置于紫外线光源周围的光电极(例如：阳极)。在多个不同的实施方案中，对电极(例如：阴极)，光电极(例如：阳极)以及紫外线光源可设置在一个结构体中，例如管状或环形的壳体或容器。在多个不同的实施方案中，促进液体或溶液流过光电极和对电极。在各个实施方案中，包含或提供一个或多个电源和/或镇流器，以便为紫外线光源提供动力和/或为一个或多个对电极(例如：阴极)和光电极(例如：阳极)提供电势。在各个实施方案中，将一个或多个电源和/或镇流器电耦合至紫外线光源和/或电极，但将其设置在容器、壳体或设备之外。
一般地，在各个实施方案中，所述降低溶液或液体中一种或多种污染物的水平和数量的方法包括将溶液导入壳体或容器或单元，包括：紫外线光；光电极(例如：阳极)，其中该光电极包括锐钛矿晶型钛、金红石晶型钛、或二氧化钛纳米多孔膜；以及对电极(例如：阴极)。在各个实施方案中，使用紫外线光照射光电极，在第一时间段对光电极和对电极施加第一电势或偏压。在各个实施方案中，在第二时间段对光电极和对电极施加第二电势或偏压。由此，在各个实施方案中，溶液中的污染物的水平和数量得到降低。
图1-3示出了根据一个或多个示例性实施方案的示例设备或装置100(如：光电催化氧化(PECO)设备或装置)。在多个不同的实施方案中，设备100包括壳体110。根据其预期使用目的，该壳体可由任何适合的材料制成，并可呈任何大小或形状。在一个或多个示例性实施方案中，壳体110为模塑的、耐用度高的塑料或聚乙烯，和/或可塑造为对一种或多种污染物有抵抗作用。在多个不同的实施方案中，壳体100包括至少一个在第一相对端130和第二相对端140之间延伸的、大致为环形、管形(如：方形或矩形管)、圆柱形或圆锥形的壁或侧壁120(如：管形或圆柱形壁)。在多个不同的实施方案中，壳体110包括在第一相对端130周围设置的第一端组装构件200和在第二相对端140周围设置的第二端组装构件。在多个不同的实施方案中，一个或两个端组装构件200/205限定空腔或其他塑造为与一个或两个相对端130/140紧贴配合或接收一个或两个相对端130/140的特征。然而，一个或两个端组装构件200/205可以其他方式(如：螺纹连接，或使端组装构件抵靠或毗邻第一和第二相对端)耦合至相对端130/140和/或壁或侧壁120。在多个不同的实施方案中，在一个或两个端组装构件200/205与相对端130/140和/或壁或侧壁120之间设置密封装置(例如：O型环)。适于所述设备用途的替代材料和形状也同样可以接受。
在多个不同的实施方案中，由壳体110、端组装构件200/205和/或侧壁120限定一个或多个入口或流入孔160和/或出口或流出孔170。在多个不同的实施方案中，流入和流出孔160/170总体上由端组装构件200/205限定，且设置在壳体110的相对端130/140的附近或周围。然而，流入和流出孔的位置可能会根据期望的结果(例如：溶液流过设备，对其定时和/或持续时间，其他设备配置，等等)而变化。例如，流入和流出孔可设置在一个或多个壁或侧壁上，或设备端上。此外，流入孔和流出孔的方向(例如：相对于彼此)可能与附图所示的不同。例如，流入孔和流出孔可以不是彼此平行。
如图1-3所示，一个或多个配件或联轴器180可耦合至或附着于由壳体110所限定的入口160或出口170，或成为其不可分割的一部分(例如：将壳体110或设备100与供应或入口管路或软管、排放或出口管路或软管、再循环管路或软管、或其他管路或软管耦合、连接或配套)。在实施方案的一个和多个示例中，液体供应源管路或软管和/或废水管路或流出管路可为管子、管道或其他用于输送液体的市售设备。在多个不同的实施方案中，配件或联轴器180设置为锥形，以提高与管路、管道或软管的适配性。然而，可以利用各种不同的耦合配置(包括但不限于螺旋或快速连接配置)。进一步地，根据预期使用目的，所述配件或联轴器可由任何合适材料制成，且可呈任何合适的大小或形状。
至少一个泵(未示出)可选地设置在壳体的内部(即在壳体内)或外部，以有助于促进液体或溶液在设备或设备系统中的输送或流动。所述泵也可用于，例如，循环或再循环。
参照图3，在多个不同的实施方案中，壳体110的一个或多个壁或侧壁120帮助限定具有腔壁的至少一个空腔150。在多个不同的实施方案中，端组装构件200/205帮助进一步限定空腔150。在多个不同的实施方案中，空腔150大体上或完全地呈环形、管形、圆柱形或圆柱形。在多个不同的实施方案中，空腔150配置为接收设备的各个部件。在多个不同的实施方案中，入口或流入孔160和出口或流出孔170从空腔150穿过壳体110。在多个不同的实施方案中，除入口或流入孔160和出口或流出孔170外，空腔150被密封或大体上密封(例如：从外部环境和/或壳体110之外的环境)，以防止各种要素(例如：空气或氧气)进入空腔150和/或防止各种要素(例如：溶液)流出或逸出空腔150，从流入和/或流出孔160/170通过的除外。需要注意的是，在多个不同的实施方案中，通过空腔150的流向可以颠倒，溶液可从流出孔170进入空腔150以及从流入孔160离开空腔150。
在多个不同的实施方案中，设备100包括至少一个光管或套管190。在多个不同的实施方案中，光管或套管190设置于壳体110内(例如：空腔150内)，并与壳体的壁120间隔开。在多个不同的实施方案中，光管或套管190在壳体内同心且与壳体的壁(例如：圆柱形壁)120间隔开。光管或套管可运用各种手段以各种方式设置(例如：可拆卸地耦合)在壳体内。例如，在多个不同的实施方案中，如图4所示，光管或套管190耦合至端盖215，并设置在或插入空腔150内，端盖215至少部分地耦合或可释放地耦合至和/或接近于相对端130(例如：在由第一组装构件200所限定的空腔)。
参照图3-4，在多个不同的实施方案中，光管或套管190配置为发出、分配或以其他方式输送或提供光，以覆盖一部分、大部分或整个光管或套管190的长度和/或一部分、大部分或整个空腔150的长度。
在一个或多个示例性实施方案中，光管或套管190由符合所述目的任何材料组成。在一个或多个示例性实施方案中，光管或套管190由石英制成。然而，所述套管可为紫外线透明材料，例如但不限于塑料或玻璃，或为包括紫外线透明和/或紫外线半透明材料在内的材料组合。
在多个不同的实施方案中，光管或套管190具有至少一个壁或侧壁，所述壁或侧壁包括表面并限定空腔，所述空腔至少部分容纳和/或至少部分地配置为接收一个或多个光源和/或光源组件192(例如：紫外线(UV)光源、光或灯)。例如，紫外线光灯泡或灯泡可以设置在或插入光管或套管的空腔内。在多个不同的实施方案中，紫外线光源和/或光管或套管190设置在设备100的空腔150中和/或在延伸至空腔150中一段距离，以便紫外线曝露于光电极210(和/或光电极210曝露于紫外线)，根据所述实施方案，照射或辐其表面的一部分或全部。
根据各实施方案，像紫外灯泡这样的光源设置在或插入设于端盖215中的灯座中，且可固定于此。紫外灯泡进一步耦合或连接(例如：通过灯座)，或配置为耦合或连接，至电源。在多个不同的实施方案中，紫外灯泡通过一个或多个电缆或电线耦合或连接至一个或多个镇流器和/或电源。在多个不同的实施方案中，将紫外灯泡插入或以其他方式设置于壳体110的第一相对端130中，灯泡延伸至至少大部分光管或套管190。然而，在多个不同的实施方案中，紫外灯泡可延伸至光管或套管190的一部分或完全不延伸至其中。
在多个不同的实施方案中，紫外光源是一种高辐照度紫外灯泡。在一个或多个进一步示例性实施方案中，紫外灯泡是光发射范围为400nm或更小的杀菌紫外灯泡，更优选地范围为250nm到400nm之间。
在多个不同的实施方案中，紫外光远的紫外光波长范围是大约185到380mm之间。在一个或多个示例性实施方案中，光或灯是配置为发射波长254nm的紫外杀菌光线的低气压汞蒸汽灯。在一个或多个替代的示例性实施方案中，波长为185nm的紫外灯泡可得到有效利用。也可以利用各种紫外光源，如那些具有杀菌UVC波长(254nm峰值)和黑光UVA波长(UVA范围为300-400nm)的紫外光源。在一个或多个示例性实施方案中，最佳光波长(例如，为促进氧化)是305nm。然而，各种近紫外光波长也会有效。这两种灯会发出波长可以激活光电催化的辐射光线。所述杀菌UV和黑光灯随处可见，可用于即时PECO设备的商业应用。
在一个或多个附加的示例性实施中，紫外光源或灯配置为发出照射强度范围为1-500mW/cm2的光线。更高的强度可以提升设备(例如，PECO设备)的性能。然而，强度过高会导致系统紫外饱和或紫外淹没，只会获得极少或完全不会获得进一步的益处。此最佳照射值或强度可能会至少部分地依赖于所述灯和一个或多个光电极之间的距离。
可使用国际照明技术有限公司(皮博迪，马萨诸塞州)出售的、配置有合适探针的光度计，例如Model IL1400A，来测量光电极处的紫外光强度(即辐照度)。示例照射高于3mW/cm2。
紫外灯典型地具有老化阶段。紫外灯还会具有有限的寿命(例如，大约在6000到10000小时之间)。紫外灯典型地还会随着灯寿命的消逝而失去辐照度(例如，10％到40％的初始灯辐照度)。因此，在设计和维持氧化值时考虑新旧紫外灯的效果会很重要。
在一个或多个示例性实施方案中，光源组件设置在壳体外，壳体包括设置为透明或半透明构件，该构件配置为允许光源组件发出的紫外光照射光电极。该设备也可以使用太阳光代替光源组件或同时使用太阳光和光源组件实现其功能。
在一个或多个示例性实施方案中，如图3和图4所示，光电极210包括对立表面。在多个不同的实施方案中，光电极210被包裹、缠绕或以其他方式设置在光管或套管190的表面周围。在多个不同的实施方案中，设置(例如，围绕光管或套管190)光电极210以优化光电极210与光源192(例如，紫外光)和/或管或套管190之间的距离、分隔或间隔。在多个不同的实施方案中，光电极210紧密牢固地围绕或抵靠光管或套管190的表面而设置。在多个不同的实施方案中，光电极210耦合(例如，可拆卸地耦合)至光管或套管190。
出于说明目的，图4示出了光电极210只是部分地覆盖套管190。在一个或多个示例性实施方案中，光电极210(例如，箔光电极)以包裹、缠绕或其他方式设置于光管或套管190的周围，以便大部分紫外光或辐射(例如，从光管或套管190内的紫外光源开始)能够指向或以其他方式曝露于光电极210。在多个不同的实施方案中，光电极210以包裹、缠绕或其他方式设置于光管或套管190的周围，以便相当一部分紫外光或辐射曝露与和/或指向光电极。在多个不同的实施方案中，光电极210设置为与光管或套管190比较靠近，以便反应器或设备100的壳体110内或流经壳体110的任何体积的溶液有少于一半(例如，相当小的百分比)曝露于直接来自紫外光线或紫外光源的光。
在多个不同的实施方案中，光电极210相对于光管或套管190设置，以便反应器或设备100的空腔150的大部分体积位于光电极210与壁或侧壁120之间。在多个不同的实施方案中，光电极210相对于光管或套管190设置，以便反应器或设备100的空腔150的大部分平均横断面面积位于光电极210与壁或侧壁120之间。在多个不同的实施方案中，光电极210相对于光管或套管190设置，以便位于光电极210与壁或侧壁120之间的平均横断面面积大于位于光电极210与光管或套管190之间的平均横断面面积。
在多个不同的实施方案中，光管或套管190的最靠近光电极210的表面和光电极210的最靠近光管或套管190的表面帮助限定第一横断面积，光电极210的对立表面和腔壁的表面限定第二横断面积，其中第一横断面积小于第二横断面积。在多个不同的实施方案中，从最靠近光管或套管190的光电极210表面到最靠近光电极210的光管或套管190表面的距离小于从光电极210对立表面到最靠近光电极210的腔壁表面的距离。
在多个不同的实施方案中，光电极210设置在光管或套管190的周围，以便其距离光管或套管190比距离侧壁120更近(例如，有助于提高或促进大部分溶液在光电极210与侧壁120之间的空间中流动。)在多个不同的实施方案中，最靠近光管或套管190的光电极210表面到最靠近光电极210的光管或套管190表面的平均距离或间距小于半英寸。在多个不同的实施方案中，光电极210与光管或套管190之间的平均距离或间距小于八分之三英寸。
然而，在多个不同的实施方案中，光电极210设置为距离光管或套管相对更远，以便在反应器或设备的壳体中或流经该壳体的任何体积的溶液中有一半或更多曝露于直接来自紫外光或紫外光源的光线。
在多个不同的实施方案中，光电极相对于光管或套管190设置，以便反应器或设备的空腔有大约一半或更少的体积位于光电极与壁或侧壁之间。在多个不同的实施方案中，光电极相对于光管或套管设置，反应器或设备的空腔有大约一半或更少的平均横断面积位于光电极与壁或侧壁之间。。在多个不同的实施方案中，光电极相对于光管或套管设置，以便光电极与壁或侧壁之间的平均横断面积大约等于或小于光电极与光管或套管之间的平均横断面积。
在多个不同的实施方案中，光管或套管的最靠近光电极的表面和光电极的最靠近光管或套管的表面帮助限定第一横断面积，光电极的对立面表面和腔壁的表面限定第二横断面积，其中第一横断面积大于或等于第二横断面积。在多个不同的实施方案中，从最靠近光管或套管的光电极表面到最靠近光电极的光管或套管表面的距离约等于或大于从光电极对立表面到最靠近光电极的腔壁表面的距离。
在多个不同的实施方案中，光电极210包括导电支持件和薄膜件。在一个或多个示例性实施方案中，导电支持件由金属(例如钛或Ti)构建。在一个或多个示例性实施方案中，薄膜件为纳米多孔，且包括设置和/或配置为起到光催化剂作用的二氧化钛(TiO2)薄层(例如，200-500nm)(例如，TiO2涂层)。在各示例性实施方案中，薄膜件的平均厚度范围为1-2000nm。在一个或多个示例性实施方案中，薄膜件的平均厚度范围为5nm到500nm之间。
在多个不同的实施方案中，薄膜件设置在(如，涂覆于或粘附于)导电支持件之上。在多个不同的实施方案中，薄膜件中值孔隙直径范围为0.1-500nm，且由TiO2纳米粒子构建。在一个或多个示例性实施方案中，薄膜件中值孔隙直径范围为0.3-25nm。在其他示例性实施方案中，薄膜件中值孔隙直径范围为0.3-10nm。
在各示例性实施方案中，薄膜件由稳定的分散悬浮物构建，所述悬浮物包括中值初级粒子直径范围为1-50nm的TiO2纳米粒子。该纳米多孔薄膜也可通过其他方法沉积而成，例如等离子体、化学气相沉积或电化学氧化。在一个或多个示例性实施方案中，TiO2纳米粒子的中值初级粒子直径范围为0.3-5nm。
在多个不同的实施方案中，薄膜件由包括掺杂剂的稳定分散悬浮物所构建。适合的掺杂剂实例包括，但不限于，Pt,Ni,Au,V,Sc,Y,Nb,Ta,Fe,Mn,Co,Ru,Rh,P,N和/或碳。
在一个或多个示例性实施方案中，所述纳米多孔薄膜件通过施用其中含有悬浮的TiO2纳米粒子的稳定分散悬浮物构建。在多个不同的实施方案中，TiO2纳米粒子在300到1000摄氏度温度范围进行0.5到24小时的烧结。示例光电极可通过涂覆钛金属箔而制备。钛箔性质稳定，还可用于制造光电极。一个适合的钛金属箔实例包括15cm X15cm X0.050mm厚度和99.6+％(按重量)的纯钛金属箔，该钛金属箔可从Goodfellow Corp.(Oakdale,Pa.)购买，带有基于二氧化钛的金属氧化物。在多个不同的实施方案中，钛金属箔用清洁剂溶液清洗，去离子水漂洗，丙酮漂洗，和/或在350摄氏度的温度下进行四小时热处理，提供退火钛箔。退火也可在更高温度，例如500摄氏度下进行。
在多个不同的实施方案中，清洗和/或预处理之后，可对金属箔进行浸涂。例如，可利用二氧化钛水性悬浮液以约3.0mm/秒的抽拉速率对金属钛进行三到五次浸涂。每次涂层之后，在多个不同的实施方案中，将经涂覆的箔风干大约10到15分钟，然后在烤炉中以70到100摄氏度之间的温度加热约45分钟。在施加最后涂层后，在多个不同的实施方案中，涂层的箔在300-600摄氏度(例如，300摄氏度、400摄氏度或500摄氏度)的温度下以3度/分钟的变温速率进行4个小时的烧结。该钛箔可浸泡在二氧化钛悬浮液中，该二氧化钛悬浮液根据美国专利申请Nos.11/932,741and11/932,519公开的方法合成，其全部内容以引用的方式结合在本公开中。
此外，光电极的一个或多个示例性实施方案中，稳定分散的悬浮液通过使异丙氧基钛与硝酸在超纯水或通过反渗透、离子交换和一个或多个活性炭柱净化的水存在的情况下反应得到。在多个不同的实施方案中，导电支持件为退火钛箔。也可以使用其他导电支持，例如导电碳或玻璃。在其他各种实施方案中，光电极由锐钛矿晶型钛或金红石晶型钛构建。在一个或多个光电极的示例性实施方案中，金红石晶型钛通过在300-1000摄氏度温度下对锐钛矿晶型钛进行足够时间的加热构造而成。在光电极的一个或多个示例性实施方案中，对锐钛矿晶型钛在500到600摄氏度下加热，以制造金红石晶型钛。
在多个不同的实施方案中，在钛支持体生成TiO2层或薄膜后，高温空气加热复合电极，由于热氧化的作用，赋予纳米多孔TiO2薄膜以晶体结构。通常认为即时二氧化钛在500摄氏度下加热时将转化为晶体金红石晶型结构。进一步认为在300摄氏度下加热的即时二氧化钛将转化为晶体锐钛矿晶型结构。在一些PECO应用中，金红石TiO2的催化活性大大高于锐钛矿TiO2。金红石TiO2相对某些污染物，如氨而言，其催化活性也大大高于前者。
在多个不同的实施方案中，对光电极210进行改进(例如，提高性能)。在多个不同的实施方案中，改进光电极210(例如，钛箔)以增加光电极210曝露于如紫外光等光的表面积。例如，可对光电极210进行皱化或其他方式的改进，如图3-4所示。作为进一步的示例，光电极可能是波状的。光电极可包括各种其他有助于优化曝露于紫外光的表面和/或有助于在液体或溶液中引起涉及光电极的湍流的特征或微特征。
在多个不同的实施方案中，光电极210改进包括皱化或以其他方式改进光电极210、导电支持件或箔，以在箔表面产生波浪式图案(例如，规则波浪式图案)。在多个不同的实施方案中，起皱“波”的高度大约为1-5mm。例如，在多个不同的实施方案中，以彼此间成直角将箔皱化两次，以便在箔表面生成交叉线(cross-hatched)图案。
在多个不同的实施方案中，光电极210改进包括形成或设置在光电极中的孔或孔眼、导电支持件或箔。在多个不同的实施方案中，所述孔或孔眼以规则间距(例如，孔与孔之间的间距为0.5cm到3cm之间)形成或设置。
光电极改进还可包括各种微特征和/或微结构。根据各实施方案，对光电极、导电支持件或箔的改进还可包括各种增加光电极相对表面积和/或提高或促进光电极周围的湍流的微特征和/或微结构。例如，根据各实施方案，这些微特征和/或微结构包括那些在美国专利申请Nos.20100319183和20110089604中公开的微特征和/或微结构，其全部内容以引用方式结合在本公开中，或包括Hoowaki,LLC(Pendleton,South Carolina)出售的微特征和/或微结构。在多个不同的实施方案中，所述微结构可包括微型孔。在多个不同的实施方案中，光电极的改进包括在光电极、导电支持件和/或箔上形成纳米管(例如，TiO2纳米管)，例如，如美国专利申请No.20100269894中公开的那些，该申请全部内容通过引用结合在本公开中。
由于孔、定位、皱化以及其他改进，光电极可有助于在流入和/或流过该设备的溶液中产生湍流。另外，一个或多个孔可使得在光电极210表面上或接近其表面的地方生成或产生的氧化剂更快更有效地进入或以其他方式接触液体或与液体(例如，水溶液)和/或其中的污染物反应。
在一个或多个示例性实施方案中，光电极以网状形式(例如编织网，如40x40的斜纹编织网或60x60的荷兰编织网，或无纺布网)存在。还可使用多个光电极以提高光电流和/或氯的生成。
再次参照图3，对电极(例如，阴极)220设置在壁120和/或壳体限定的空腔150的腔壁与光电极(例如，光电阳极)210之间。在多个不同的实施方案中，对电极或阴极材料220以箔形式存在。然而，在多个不同的实施方案中，对电极或阴极材料可以金属丝、金属板、圆柱或其他合适的形状或形式存在。在个实施方案中，对电极可被皱化和/或具备其他特征，以有助于在腔内的液体或溶液中引起或加强湍流。
在一个或多个示例性实施方案中，对电极或阴极220包括Al、Pt、Ti、Ni、Au、不锈钢、碳和/或其他导电金属或由其构造而成。
在多个不同的实施方案中，光电极210和对电极220由分离器(separator)230相互隔开。分离器230可用于或以其他方式设置为防止短路。在一个或多个示例性实施方案中，光电极(例如，阳极)210和对电极(例如，阴极)220被塑料或塑料网状分离器230隔开，尽管如此，其他替代形式的分离器(例如，实现或旨在实现相同或类似目的的其他介电材料或其他分离器)也可被接受用于本公开所述的设备和系统。在给出的示例和其他示例性实施方案中，相对于光管或套管190或光源(例如，紫外光源)而言，对电极(例如，阴极)220放置在或以其他方式设置在光电极(例如，阳极)210“后面”(即，壳体110或侧壁120和光电极210之间)。
在一个或多个示例性实施方案中，根据相关表面积，对光电极和对电极进行位置设定可能会很重要。例如，位置设定在离紫外光更近的较小表面积光电极可比位置设定在离紫外光较远的较大表面积光电极生成更多的光电流和氯。将光电极或阳极至于中心(例如，在腔内)也可对优化或最大化生产率有帮助。同样，可以利用多个光电极，以提高光电流、氧化和氯的生成。
如图3、5和6所示，第一终端和/或终端配置240与第二终端和/或终端设置250分别电耦合至光电极210和对电极220。终端240/250配置为接收与终端240∕250连接或耦合(例如，电耦合)的电源施加的偏压、电势和∕或电流。
示例终端240/250、终端连接以及终端配置如图3、5和6所示。如图所示，光电极210和对电极220各自的终端240/250设置在端组装构件200∕205和∕或壳体110的相对端130∕140周围和∕或附近。然而，在其他实施方案中，所述终端可以设置为彼此之间相距更近。
在多个不同的实施方案中，终端240/250分别电耦合(例如,附着)于对电极∕阴极220和光电极∕阳极210(例如，分别形成正极端子和负极端子)。终端240/250由导电材料，例如导电金属构成。一个或多个终端240/250可以限定或设有孔，以易于终端连接或耦合至电线、电缆或诸如此类。
如图3、5和6所示，第一终端配置240包括耦合至光电极210、通过壳体110(例如，端组装构件)设置的第一构件(例如，钛螺栓)260。在多个不同的实施方案中，第一构件260可通过电耦合(例如，焊接)至光电极210的第二构件270设置，且利用第一紧固件280，例如六角螺母可拆卸地固定于壳体110。如图3所示，第二终端配置250包括电耦合至对电极220、通过壳体110设置的第三构件290(例如，钛螺栓)。在多个不同的实施方案中，第三构件290可通过第四构件300设置或电耦合至第四构件300，该第四构件300电耦合至对电极220，并利用第二紧固件310，例如六角螺母可拆卸地固定于壳体110。在多个不同的实施方案中，第一构件由一种或多种抵抗氧化剂(例如，氯、羟基自由基等)的金属构成。然而，应该理解可以采用任何种类的终端配置和使用任何种类的材料和构件。例如，第一和∕或第二紧固件可以为翼形螺帽或由另一种材料制造，第一和∕或第二构件可以是螺栓、由另一种导电材料制造，等等。
在多个不同的实施方案中，如图6所示，第一终端配置240的第一构件260也通过设置在壳体110附近的垫圈320(钛网垫圈)设置。在多个不同的实施方案中，第一构件260也通过密封装置330(例如，设于壳体外部的橡胶垫圈或衬垫)设置，以有助于防止溶液从设备泄漏或像空气这样的成分混入设备。然而，密封装置可由任何种类的合适的密封装置或密封材料或化合物代替或补充。在多个不同的实施方案中，第三构件也可通过垫圈和∕或密封装置设置。
还可设置电源，以向一个或多个紫外等供电。还可通过设置电源或替代电源来向光电极和对电极之间提供外加电源。在一个或多个示例性实施方案中，提高外加电压会增加光电流和∕或氯的产生。在多个不同的实施方案中，在光电极和对电极之间施加电压，有助于保证光化学反应释放的电子远离或迁离光电极。电源可以是AC或DC电源，且可包括多种输出。在一个或多个示例性实施方案中，电源为DC电源。优选地，电源尺寸较小，耐用或坚固，并提供足够的电能来运行一个或多个紫外灯和/或根据前述方法向电极提供外加电压。
在一个或多个示例性实施方案中，可将一个或多个电源连接至启动或禁止供电的电源开关。在一个或多个进一步示例性实施方案中，电源、紫外灯和∕或电极可与可编程逻辑控制器或其他控制器或电脑连接或通讯，以便有选择地将电能分配至紫外灯和∕或电极，包括本公开所述的阳极和阴极。
在多个不同的实施方案中，一个或多个电源位于设备之外。然而，一个或多个电源也可设于设备之内。在一个或多个示例性实施方案中，电源可与启动或禁止供电的电源开关连接。在一个或多个进一步示例性实施方案中，电源、紫外灯和∕或电极可与可编程逻辑控制器或其他控制器或电脑连接或通讯，以便有选择地将电能分配至紫外灯和∕或电极，包括本公开所述的阳极和阴极。
参照图7-13，图中示出的是涉及设备400(例如，PECO设备)或装置的第二示例性实施方案。在多个不同的实施方案中，设备400包括壳体410。对于其任一预期使用目的，该壳体可由任何适合的材料制成，并可呈任何大小或形状。在多个不同的实施方案中，壳体410为模塑的、耐用度高的塑料或聚乙烯，和/或可塑造为对一种或多种污染物有抵抗作用。在多个不同的实施方案中，壳体410具有一个或多个在第一和第二相对端430∕440之间延伸的侧壁420。在多个不同的实施方案中，壳体410大致为环形、管形、圆柱形或圆锥形。在多个不同的实施方案中，壳体410和∕或侧壁420限定具有腔壁的空腔450。在多个不同的实施方案中，壳体410限定大致为环形、管形、圆柱形或圆锥形的空腔450。相对端430∕440可以改进或改造(例如，做成螺纹式的和∕或沟槽式的)为帮助将其他部件或组件(例如，灯泡组件或模块500和∕或电极组件或模块600)耦合或可拆卸地耦合和∕或密封至壳体410。
在多个不同的实施方案中，设备400(例如，PECO设备或装置)包括灯泡组件或模块500。在多个不同的实施方案中，灯泡组件500包括灯泡组装构件510、光管或套管520以及灯座530。在多个不同的实施方案中，灯泡组件500包括灯泡端帽540，以及穿线框或连接器555。在多个不同的实施方案中，光管或套管520限定配置为接收光源或灯522(例如，紫外光源)的空腔。在多个不同的实施方案中，灯座530设置在由灯泡端帽540限定的空腔545中，和∕或耦合至灯泡端帽540。在多个不同的实施方案中，灯泡端帽540耦合(例如，螺纹连接)至光管或套管520。在多个不同的实施方案中，灯泡组装构件510限定空腔。在多个不同的实施方案中，光管或套管520、灯座530以及灯泡端帽540的一部分设置在灯泡组装构件510的空腔内和∕或通过灯泡组装构件510的空腔，且灯泡组装构件耦合至灯泡端帽540。在多个不同的实施方案中，灯泡组装构件510入口和∕或出口550。在多个不同的实施方案中，管道或其他适配器480设置在由灯泡组装构件510限定的入口∕出口。在多个不同的实施方案中，光源或灯522(如上所述)设置在灯座530中和∕或耦合(例如，电耦合)至灯座530，和∕或至少部分地容纳在光管或套管520中。在多个不同的实施方案中，灯泡端帽540限定孔，通过该孔设置穿线框或连接器555和∕或电耦合至灯座530和∕或光源的接线。
在多个不同的实施方案中，设备或装置400还包括电极组件或模块600。在多个不同的实施方案中，电极组件或模块600包括终端组装构件610、设置在光电极630(如上所述)周围、其间设置有分离器(separator)625(如上所述)的对电极620(如上所述)、耦合至光电极630的第一终端640、以及耦合至对电极620的第二终端650。在多个不同的实施方案中，对电极620设置在光电极630的周围和∕或外部。终端640∕650中的每一个耦合至和∕或配置为接收电压、电势或偏压。在多个不同的实施方案中，终端640∕650、和∕或至少一部分光电极630、分离器以及对电极620设置在由终端组装构件610限定的第一空腔或容积中。在多个不同的实施方案中，终端组装构件610限定第二空腔或容积660，该第二空腔或容积660通过分隔墙665至少部分地与第一容积隔离开。终端组装构件610还可在一端耦合至终端端帽670。在多个不同的实施方案中，可利用第二容积660至少部分地容纳接线，所述接线耦合至通过分隔墙665中的一个或多个孔设置的终端组件(未示出)。在多个不同的实施方案中，对终端组件和通过其设置组件的孔进行密封，以防止各种不想要的或其他要素从分隔墙665中的孔进入或排出。
在多个不同的实施方案中，终端端帽670限定设置为接收的孔，通过该孔设置穿线框或连接器555和∕或电耦合至一个或多个终端640∕650的接线。在多个不同的实施方案中，终端组装构件610限定入口和∕或出口。在多个不同的实施方案中，在由终端组装构件610限定的入口∕出口中设置管道或其他适配器480。
在多个不同的实施方案中，灯泡组件500在壳体410的第一相对端440大体上设置在或耦合至壳体410。在多个不同的实施方案中，电极组件600在或通过壳体410的第二相对端430设置在壳体410内，以便光电极630至少部分地设置在灯泡组件500的光管或套管520的周围。在多个不同的实施方案中，灯泡组件500和电极组件600可以多种方式耦合至壳体410。例如，一个或多个组件可螺旋连接到壳体410的螺纹或沟槽上。
在一个或多个示例性实施方案中，光电极630设置在光管或套管520周围。在多个不同的实施方案中，设置(例如，围绕光管或套管520)光电极210以优化(例如，最小化)光电极630与紫外光和/或管或套管520之间的距离或间隔。在多个不同的实施方案中，光电极630紧密地围绕或靠近光管或套管520的表面而设置。
在一个或多个示例性实施方案中，光电极630(例如，箔光电极)设置在光管或套管520的周围，以便大部分紫外光(例如，从光管或套管520内的紫外光源开始)能够指向或以其他方式曝露于光电极630。在多个不同的实施方案中，光电极630设置在光管或套管520的周围，以便相当一部分紫外光曝露于和/或指向光电极630。在多个不同的实施方案中，光电极630设置为与光管或套管520比较靠近，以便反应器或设备400的壳体420内或流经壳体420的任何体积的溶液有少于一半(例如，相当小的百分比)曝露于直接来自紫外光或紫外光源的光线。
在多个不同的实施方案中，光电极630相对于光管或套管520设置，以便反应器或设备400的空腔450的大部分体积位于光电极630与壁或侧壁420之间。在多个不同的实施方案中，光电极630相对于光管或套管520设置，以便空腔450的大部分平均横断面积位于光电极630与壁或侧壁420之间。在多个不同的实施方案中，光电极630相对于光管或套管520设置，以便位于光电极630与壁或侧壁420之间的平均横断面积大于位于光电极630与光管或套管520之间的平均横断面面积。
在多个不同的实施方案中，光电极630设置在光管或套管520的周围，以便其距离光管或套管520比距离侧壁420更近(例如，有助于提高或促进在光电极630与侧壁420之间的空间中的大部分溶液的流动)。在多个不同的实施方案中，最靠近光管或套管520的光电极630表面到最靠近光电极630的光管或套管520表面的平均距离或间距小于半英寸。在多个不同的实施方案中，光电极630与光管或套管520之间的平均距离或间距小于八分之三英寸。
然而，如图14所示，光电极630可与光管或套管520相互间隔开。在多个不同的实施方案中，光电极630设置为距离光管或套管520相对更远，以便在反应器或设备的壳体中或流经该壳体的任何体积的溶液中有一半或更多曝露于直接来自紫外光或紫外光源的光线。
在多个不同的实施方案中，光电极相对于光管或套管520设置，以便反应器或设备的空腔有大约一半或更少的体积位于光电极630与壁或侧壁420之间。在多个不同的实施方案中，光电极630相对于光管或套管520设置，以便反应器或设备400的空腔有大约一半或更少的平均横断面积位于光电极630与壁或侧壁420之间。在多个不同的实施方案中，光电极630相对于光管或套管520设置，以便光电极630与壁或侧壁420之间的平均横断面积约等于或小于光电极630与光管或套管520之间的平均横断面积。在多个不同的实施方案中，光管或套管520的最靠近光电极630的表面和光电极630的最靠近光管或套管520的表面帮助限定第一横断面积，光电极630的对立表面和腔壁的表面限定第二横断面积，其中第一横断面积大于或等于第二横断面积。在多个不同的实施方案中，从最靠近光管或套管520的光电极630表面到最靠近光电极630的光管或套管520表面的距离大于从光电极630的对立表面到最靠近光电极630的腔壁表面的距离。
在多个不同的实施方案中，电极组件600还包括间隔器(spacer)700。关于该间隔器的示例如图15-18所示。从图15-18可以看出，间隔器700包括入口端、出口端、以及从入口端延伸至出口端的纵轴。在多个不同的实施方案中，间隔器700分为两个同心部分：外围同心部分730和轴向同心部分740。在多个不同的实施方案中，外围同心部分730通过一个或多个分隔器750耦合至轴向同心部分。在多个不同的实施方案中，分隔器750和外围同心部分730和轴向同心部分740形成通道760，溶液可以通过该通道流动(例如，从入口端710到出口端720，或从出口端720到入口端710)。在多个不同的实施方案中，一个或多个分隔器(divider)750相对于间隔器700的纵轴成一角度。在多个不同的实施方案中，一个或多个分隔器750具有从入口端到出口端的交替或变化的横断面形状。在多个不同的实施方案中，槽770(例如，同心槽)由间隔器700的外围同心部分的出口侧720限定或以其他方式设置在出口侧720中。在多个不同的实施方案中，凸缘770(例如，同心凸缘)帮助限定槽770。
参照图14，在多个不同的实施方案中，间隔器700的轴向同心部分配置为接收光管或套管。在多个不同的实施方案中，由间隔器700的外围同心部分的出口侧限定的槽配置为接收光电极620的一部分或一边。然而，在多个不同的实施方案中，由间隔器700的外围同心部分的出口侧限定的槽配置为接收光电极620的一部分或一边以及分离器625的一部分或一边。在多个不同的实施方案中，对电极630设置在所述凸缘的外侧的周围。在多个不同的实施方案中，分离器也设置在所述凸缘的外侧的周围(例如，夹在凸缘和对电极之间)。在多个不同的实施方案中，间隔器的凸缘配置为帮助隔开至少一部分光电极620和对电极630(例如，防止在电极组件边缘附近的短路或电弧作用)，并以其他方式防止至少一部分光电极620和∕或对电极630弯曲、被损坏或遭受其他形式的损伤。在多个不同的实施方案中，一个或多个分隔器配置为，当溶液经过通道和∕或设备时，引导、改变方向、混合、搅动或以其他方式影响溶液。例如，分隔器可以帮助在光电极620和光管或套管520之间制造螺旋的溶液流动。该混合或流动可能具有多方面的优势。例如，该混合或流动可以帮助将设备产生的氧化剂混合到溶液中。另一个示例是，该混合或流动会增加溶液(即使是中流速的溶液)在设备的空腔中的驻留时间。需要注意的是，尽管图示中的间隔器接近电极组件的一端，可以沿光电极620和∕或光管或套管520的任何位置使用它或任何数量的间隔器或改进的间隔器(例如，不带有凸缘或槽的间隔器)。
再次参照图7-11，如图所示，在多个不同的实施方案中，装置或设备400包括壳体或控制箱700。在多个不同的实施方案中，控制箱700可容纳装置或设备400的各种部件。例如，在多个不同的实施方案中，控制箱700容纳一个或多个电源。在多个不同的实施方案中，控制箱700容纳一个或多个可用于操作装置或设备及其部件的控件、电路或开关。在多个不同的实施方案中，控制箱700包括一个或多个电路(例如，H电路)、开关(例如，MOSFET)或其他用于使电势或偏压反向穿过光电极630和/或对电极620。在多个不同的实施方案中，控制箱700包括使得控制箱700内容纳的部件易于接触的门或其他部件或孔。控制箱700可配备锁和∕或把手或其他硬件。
在多个不同的实施方案中，控制箱700包括或限定第一连接器720。在多个不同的实施方案中，控制箱700包括或限定第二连接器710。例如，一个或多个连接器710∕720可耦合至控制箱700或穿过控制箱700而设置，以使得控制箱700的内部组件电耦合至设置于控制箱700之外的一个或多个设备或装置400组件。例如，在多个不同的实施方案中，控制箱700包括或限定至少一个连接器710，通过该连接器710,对连接线进行或可能进行设置或耦合，以将设备或装置400内的电极620∕630电耦合至一个或多个设置在控制箱700中的电源。在多个不同的实施方案中，电源、开关或其他这样的设备容纳于控制箱700中，且被点连接或耦合至装置400的部件(例如，光电极、对电极和∕或终端)。在一个或多个示例性实施方案中，提高施加的电压(例如，至电极可能会增加光电流和氯的产生。
电源和∕或至少一个镇流器可设置于控制箱700中，以向紫外灯和∕或灯泡组件500供电。所述控制箱700中的一个或多个电源可以是AC或DC电源，且可包括多种输出。在一个或多个示例性实施方案中，电源为DC电源。所述电源可为可以安装至控制箱700的可安装电源。优选地，该电源尺寸较小，耐用或坚固，并提供足够的电能来运行至少一个包括在装置中的紫外灯，和/或根据所述方法向电极施加电压或偏压。
电源或附加电源可通过，例如与终端之间的电缆连接，连接至上文所述的电极的终端，以向电极提供如前述方法所述的电流、电势、电压或偏压。
在多个不同的实施方案中，控制箱包括一个或多个视觉显示器。例如，在多个不同的实施方案中，控制箱包括电压显示器730。在多个不同的实施方案中，控制箱包括电流显示器740。一个或多个所述显示器还可显示其他信息。进一步地，一个或多个显示器可显示实时信息。
在多个不同的实施方案中，所述设备还可包括恒电位仪，以及与恒电位仪电通讯的参比电极。在一个或多个示例性实施方案中，该设备进一步包括参比电极和电压控制设备，例如恒电位仪，适用于参比电极和光电极之间的电压或恒定电流。在多个不同的实施方案中，壳体构件配置为容纳参比电极。
在一个或多个示例性实施方案中，设备进一步包括连接恒电位仪和参比电极的半微量盐桥构件，其中壳体110构件配置为容纳该盐桥。
在一个或多个示例性实施方案中，参比电极由银构成，且成电线形状。
在一个或多个示例性实施方案中，相对于饱和甘汞参比电极，光电极上的电势由恒电位仪，例如EG&G Model6310保持恒定。在多个不同的实施方案中，恒电位仪通过半微量盐桥，例如EG&G出售的Model K0065，连接至参比电极。该盐桥可设置在靠近光电极的反应器内。可对通过PECO设备的电流进行测量。
在多个不同的实施方案中，即使恒电位仪是一种能够测量两电极之间电压的可变电流源。恒电位仪可以实现很多种电化学功能，但两个示例功能模式为恒定电流和恒定电压。在恒定电流模式中，恒定电位仪向电极供应用户指定的或预先确定的电流。在恒定电压模式中，其在监控电压的同时向电极供应电流。因此它可以持续调节电流，以便电压在用户指定的数值保持恒定。恒电位仪还可以配置为提供脉冲。
在一个或多个示例性实施方案中，还可以设置温度探针。该温度探针可定位在容器和∕或内箱中。该温度探针可以监控容器或箱内的温度或容器或箱内的液体的温度，并传播该温度读取。进一步地，温度探针可与切断开关或阀门通讯，该切断开关或阀门配置为在达到预定温度时关闭系统。
在一个或多个示例性实施方案中，设备包括配置为过滤水中的氯的碳过滤器。在多个不同的实施方案中，设备包括电脑，该电脑配置为发送一个或多个控制信号至现有电源，引起电压和电流变动。
在实施前述示例性实施方案时，受污染的液体，例如污染水，可被泵送至或以其他方式置于或引入壳体或容器中。所述水可在壳体或容器中循环和/或再循环。可将多个装置或反应器连接并串联操作，这会导致反应器或设备中污染液体的空间和时间的增加。在多个不同的实施方案中，处理完成后，水离开壳体或容器，准备使用，或在该设备、其他设备或设备系统中循环或再循环，以进一步处理或净化。
在多个不同的实施方案中，操作时，用具有足够近紫外能量的光照射TiO2光催化剂，以生成提高阳极表面化合物氧化的反应电子和空穴。
任何温度的水溶液或液态水都适用于示例性实施方案中的设备，如即时PECO设备。在多个不同的实施方案中，溶液或水的浊度相当低，以便能够允许足够的紫外光来照射光电极。
在多个不同的实施方案中，通过向光电极和对电极施加电势(即偏压)来提高光催化效率。施加电势会降低光生电子和空穴的复合率。在多个不同的实施方案中，电源配置为向光电极和对电极施加4V到12V之间的电势。在多个不同的实施方案中，电源适配为在光电极和对电极间生成1.2V到3.5V范围之间的电势(或者，0到2.3V对参比电极)。
对于各种应用，包括水力压裂液或高盐度应用，逆转(例如，定期地或间歇地)施加于光电极和对电极或施加于光电极和对电极之间的电势、偏压、极性和/或电流(例如，清洗光电极和/或对电极，或以其他方式提高光电极、对电极或设备的性能)具有很大吸引力。在多个不同的实施方案中，通过逆转电势、偏压、极性和/或电流，光电极(例如，从阳极)变为阴极，对电极(例如，从阴极)变为阳极。
例如，在多个不同的实施方案中，最初的正电压电连接至正电荷电极，负电压电连接至负电荷电极。经过第一时间段后，正电压电连接至负电荷电极，负电压电连接至正电荷电极。经过第二时间段后，正电压电连接回正电荷电极，负电压电连接回负电荷电极。该逆转过程可根据需要或意愿重复进行。
第一时间段和第二时间段的长度可以相同。然而，在多个不同的实施方案中，第一时间段和第二时间段的长度不同。在多个不同的实施方案中，第一时间段比第二时间段长。
第一时间段和第二时间段的长度取决于多种因素，包括盐度、应用、电压的等。例如，水力压裂液或高盐度液体应用，与淡水应用相比，可能需要更频繁的电势、偏压、极性和/或电流的逆转。在多个不同的实施方案中，第一时间段相对于第二时间的长度比可能为3:1到50:1，在一个或多个进一步的实施方案中为3:1到25:1，在一个或多个进一步的实施方案中为3:1到7:1。例如，在多个不同的实施方案中，第一时间段和第二时间段为大约5分钟到大约1分钟。淡水应用可能需要较不频繁的电势、偏压、极性和/或电流的逆转，且第一时间段相对于第二时间的长度比可能为100:1到10:1。例如，在多个不同的实施方案中，第一时间段和第二时间段为大约60分钟到大约1-5分钟的范围。
在多个不同的实施方案中，光电极和对电极之间施加的电压在正常电势的第一时间段和反向电势的第二时间段期间可能不会改变。例如，在多个不同的实施方案中(例如，其中光电极包括钛，且所述设备和/或方法适配为处理水力压裂或其他高盐度溶液)，在第一时间段施加的电压可能低于9V(例如，大约7.5V)，在第二时间段施加的电压可能低于9V(例如，大约7.5V)。在其他在多个不同的实施方案中(例如，其中光电极包括钛，且所述设备和/或方法适配为处理淡水)，在第一时间段施加的电压可能高于9V(例如，大约12V)，在第二时间段施加的电压可能高于9V(例如，大约12V)。
维持第一时间段和第二时间段期间的电压可有助于维持和/或释放光电极，以使其更加有效地通过第一时间段期间的光电催化氧化来去除污染物。然而，将每个时间段的电压位置在9V以下会在第二时间段期间去除污染物时引起瞬时扰动。由于多种原因，(例如，为了最小化任何此类波动和/或产生电沉淀和/或电凝聚)，在多个不同的实施方案中，在第一时间段和第二时间段施加更高的电压(例如，大于9V的电压)会很有益处。在多个不同的实施方案中，施加更高的电压有助于在第二时间段促进电化学过程，例如电沉淀和/或电凝聚，这一过程有助于最小化在第二时间段去除污染物时的任何扰动，同时带来该过程的优势和益处。
在多个不同的实施方案中，调整电压，以控制电极的溶解速率。在各示例性实施方案中，在第一时间段施加的电压可能高于9V(例如，12V左右)，在第二时间段施加的电压可能高于9V(例如，12V左右)。更高的电压可在某些方面优化设备的效果。更高的电压还可在溶液内或从溶液中导致污染物的电沉淀或电凝聚。然而，如此高的电压也可能导致阳极溶解，例如点蚀或其他光电极和/或对电极降解，这将需要PECO设备提供更频繁的服务(例如，替换光电极(例如，箔)和对电极)。
在多个不同的实施方案中，在第一时间段施加较低的电压和在第二时间段施加较高的电压会很有益处(例如，限制任何阳极溶解，或点蚀或其他形式的光电极降解)。在多个不同的实施方案中，例如在使用包括钛的光电极和对电极的水力压裂液应用中，第一时间段施加的电压可以低于9V(如，7.5V左右)，第二时间段施加的电压可以高于9V(例如，在水力压裂液或更高盐度的应用中为12V左右，在淡水应用中为14V左右)。在多个不同的实施方案中，在第一时间段施加较低的电压时，污染物通过光电催化氧化被分解(或促进了污染物的去除)，在第二时间段施加较高的电压时，污染物通过电化学过程，如电沉淀和/或电沉积被分解(或促进了污染物的去除)。
在多个不同的实施方案中，在第二时间段期间，对电极或钛牺牲电极的溶解至少部分地通过阳极溶解实现。通常认为生成了(例如，通过消耗对电极的电解氧化)一系列凝聚剂类氢氧化物，该氢氧化物有助于动摇和凝聚悬浮颗粒或沉淀和/或吸收溶解的污染物。
在多个不同的实施方案中，在第一时间段施加较高的电压和在第二时间段施加较低的电压很有益处。在多个不同的实施方案中，在第一时间段施加的电压大于9V(例如，12V左右)，在第二时间段施加的电压小于9V(例如，7.5V左右)。
在多个不同的实施方案中，在第二时间段(例如，极性变换期间)期间发生在对电极或牺牲电极的主反应为溶解：
TI(s)→Ti4++4e-
此外，水在对电极(或牺牲电极)和光电极处被电解：
2H2O+2e-→H2(g)+2OH-(阴极反应)
2H2O→4H++O2(g)+4e-(阳极反应)
在多个不同的实施方案中，金属离子(Men+)的电化学还原发生在光电极表面：
Men++ne-→nMeo
更高氧化的金属化合物(例如，Cr(VI))也可以在光电极附近被还原(例如，还原为Cr(III)):
Cr2O7 2-+6e-+7H2O→2Cr3++14OH-
在多个不同的实施方案中，形成在光电极的氢氧离子提高了溶液的pH值，这引起金属离子沉淀为对应的氢氧化物以及与金属(例如钛)氢氧化物共同沉淀：
Men++nOH-→Me(OH)n(s)
此外，阳极金属离子与生成的氢氧离子在溶液中反应，形成各种氢氧化物，并组合为聚合物：
Ti4++4OH-→Ti(OH)4(s)
nTi(OH)4(s) -→Tin(OH)4n(s)
然而，基于溶液的pH值，也可能存在其他离子种类。悬浮氢氧化钛可以利用吸附作用、共同沉淀或静电吸引、以及凝聚作用将污染物从溶液中去除。
对于电解池中的具体电流，理论上从对电极或牺牲电极溶解的金属(如钛)质量由法拉第定律量化
m＝ItM
zF
其中m为溶解的对电极或牺牲电极材料数量(g)，I为电流(A)，t是电解时间(s)，M是具体分子重量(g mol-1),z是反应中涉及的电子数量，F是法拉第常数(96485.34As mol-1)。进化后的氢和生成的氢氧离子的质量也可计算在内。
在多个不同的实施方案中，在第一时间段施加一定的电压(例如，较高的电压)和在第二时间段施加不同的电压(例如，较低的电压)会很有益处(例如，限制任何阳极溶解，或点蚀或其他形式的光电极分解)。在多个不同的实施方案中(例如，在使用包括铝的对电极的水力压裂液应用中)，在第一时间段施加的电压可以约为6V到9V(如，7.5V左右)，在第二时间段施加的电压可以为0.6V到12V。在多个不同的实施方案中，在第一时间段施加较高的电压时，污染物通过光电催化氧化被分解(或促进了污染物的去除)，在第二时间段施加较低的电压时，污染物通过电化学过程，如电沉淀和/或电凝聚被分解(或促进了污染物的去除)。
在多个不同的实施方案中，在第二时间段，铝对电极或牺牲电极的溶解至少部分地通过阳极溶解实现。通常认为生成了(例如，通过消耗对电极的电解氧化)一系列凝聚剂类氢氧化物，该氢氧化物有助于动摇和凝聚悬浮颗粒或沉淀和/或吸收溶解的污染物。
在多个不同的实施方案中，在第二时间段(例如，极性变换期间)在对电极或牺牲电极发生的主反应为溶解：
Al(s)→Al3++3e-
此外，水在对电极(或牺牲电极)和光电极处电解：
2H2O+2e-→H2(g)+2OH-(阴极反应)
2H2O→4H++O2(g)+4e-(阳极反应)
在多个不同的实施方案中，在光电极表面发生金属离子(Men+)的电化学还原：
Men++ne-→nMeo
更高氧化的金属化合物(例如，Cr(VI))也可能在光电极附近被还原(例如，还原为Cr(III)):
Cr2O7 2-+6e-+7H2O→2Cr3++14OH-
在多个不同的实施方案中，在光电极形成的氢氧离子提高了溶液的pH值，这诱导金属离子沉淀为对应的氢氧化物以及与金属(例如铝)氢氧化物共同沉淀：
Men++nOH-→Me(OH)n(s)
此外，阳极金属离子与生成的氢氧离子在溶液中反应，形成各种氢氧化物，并组合为聚合物：
Al3++3OH-→Al(OH)3(s)
nAl(OH)3(s) -→Aln(OH)3n(s)
然而，基于溶液的pH值，也可能存在其他离子种类,例如：溶解的Al(OH)2+、Al2(OH)2 4+和Al(OH)4 -。悬浮氢氧化铝可以利用吸附作用、共同沉淀或静电吸引、以及凝聚作用将污染物从溶液中去除。
对于电解池中的具体电流，理论上从对电极或牺牲电极溶解的金属(如铝)质量由法拉第定律量化
m＝ItM
zF
其中m为溶解的对电极或牺牲电极材料数量(g),I为电流(A)，t是电解时间(s)，M是具体分子重量(g mol-1),z是反应中涉及的电子数量，F是法拉第常数(96485.34As mol-1)。进化形成的氢和生成的氢氧离子的质量也可计算在内。
根据一个或多个示例性实施方案，本发明针对处理含有一种或多种污染物的水溶液以去除或降低污染物数量的方法。根据各实施方案，该方法包括：提供一种水溶液，该溶液包含至少一种选自有机体、有机化学物质、无机化学物质、及其组合的污染物，并将该水溶液曝露于光电催化氧化。
根据所述设备的应用的一个实施方案，该设备使用光电催化作为水力压裂液的处理方法。虽然本公开中只是典型地将其描述为降低或去除水力压裂液中的污染物，本领域技术人员应当理解通过使用设备(例如，光电催化氧化或PECO设备)同样可以实现对其他污染物的光电催化。
一般地，所述减少溶液或液体中污染物数量的方法包括将溶液导入壳体或容器或单元，包括：紫外光；光电极，其中该光电极包括锐钛矿晶型钛、金红石晶型钛、或二氧化钛纳米多孔膜；以及阴极。使用紫外光照射光电极，在第一时间段对光电极和对电极施加第一电势。在各个实施方案中，在第二时间段对光电极和对电极施加第二电势。由此，溶液中的污染物数量得以降低。
在多个不同的实施方案中，一种或多种污染物由光电极产生的自由基氧化，其中一种或多种污染物被以电化学的方式(例如，通过电沉淀或电凝聚)改变。在多个不同的实施方案中，由光电极产生的氯原子对一种或多种污染物进行氧化。在多个不同的实施方案中，以电化学的方式(例如，通过电沉淀或电凝聚)改变一种或多种污染物。
在一个或多个实施方案中，所述设备和方法利用光电催化氧化，其中光催化阳极与对电极结合形成电解池。在多个不同的实施方案中，当即时阳极被紫外光照射时，其表面变得高度氧化。通过对变量的控制，包括但不限于，氯化物浓度、光强度、pH和施加的电压，被辐射的或施加偏压的TiO2复合光电极可有选择地氧化与表面接触的污染物，生成具有较小危害的气体或其他化合物。在多个不同的实施方案中，通过向光电极施加电势，对氧化产物提供进一步的控制。周期性或间歇性的电势变换可有助于进一步去除或降低污染物数量。
前述装置和方法带来诸多优势。该设备可设置在便携式容器中，允许就地净化水和溶液。进一步地，该设备采用模块化设计，可根据需要很容易地与其他设备结合。而且，该设备易于制造，包括简单的电连接。在所述装置中，阴极位于阳极后面，远离水流的冲刷，降低或限制规模累积。此外，设置在对电极和光电极之间的间隔器或分隔器减少由于电极的接触或接近造成的短路。根据上述描述或相关附图，这些以及其他的优势已很明显。
本公开使用的词语“近似”、“大约”、“大体上”以及类似词汇具有与本公开主题所属领域的技术人员常见或接受的用法一致的广义含义。阅读本公开的本领域技术人员应该理解这些词语旨在对说明和要求保护的某些特征进行描述，而非将这些特征的范围限制在所提供的精确数值范围内。相应地，这些术语应理解为，其表明了对说明和要求保护的主题的所做的非实质性或不重要的修改或改变被认为属于所附权利要求中限定的发明范围。
需要注意的是本说明书中对相对位置的提及仅用于认定附图中指定位置的各种要素。需要认识到具体部件的方向定位可能会随着其参与使用的应用而有很大差异。
基于本公开的目的，术语“耦合”的意思是两个构件直接或间接地彼此连接。此连接性质上可以是静态或动态。此连接可以通过两个构件或两个构件与任何附加中间件彼此之间形成不可分割的单一整壳体，或通过两个构件或两个构件与任何附加中间件之间彼此附着实现。这样的连接本质上可以是固定不变的，或是可拆卸的或可释放的。
还需要强调的是各示例性实施方案中所示的系统、方法和设备的构建和安排只做说明之用。尽管本公开中只对一些实施方案进行了详细描述，阅读本公开的本领域技术人员将很容易明白，可以在并未实质性地偏离关于本公开所涉及主题的新颖教导和优势情况下做出很多修改(例如，大小、尺寸、结构、形状和各要素之间的比例、参数值、安装设置、使用材料、颜色、方向等的变化)。例如，所示完整形成的要素可以由多个部件构成，或所示包括多个部件的要素可以形成完整的整体，界面操作可以逆转或以其他方式改变，结构和∕或构件或连接器或其他系统要素的长度或宽度可以改变，设置在要素之间的调整位置的性质或数量可以改变(例如，通过改变衔接槽的数量或衔接槽的大小或衔接类型)。根据替代实施方案，任何过程或方法步骤的顺序或次序都可以改变或重新排序。在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对所述各示例性实施方案的设计、实施条件和安排做出其他的替换、修改、改变或删减。
在结合以上概述的示例性实施方案对本发明进行描述后，对至少具备本领域普通技术的人员而言，各种不同的替换、修改、变化、改进和∕或实质等同方案，无论是已知的、或是将被或可能将被很快预见的，都会是显而易见的。相应地，本发明的示例性实施方案，如上所述，意在说明，而非限制。可在不偏离本发明精神或范围的前提下做出各种改变。因此，本发明旨在涵盖所有已知或在先发展的替换、修改、变化、改进和∕或实质等同方案。
Claims (19)
1.一种去除或降低溶液中的污染物水平的装置，包括：
壳体，该壳体具有第一相对端和第二相对端，且至少部分地限定具有腔壁和腔长的空腔；
光管，该光管设于所述空腔内，且配置为帮助发出或以其他方式提供覆盖大部分腔长的紫外线照射；
设置于所述光管周围的光电极；设于所述光电极与所述腔壁之间的空间的对电极，以及设于所述光电极与所述对电极之间的分离器；
其中所述光电极包括主要含钛的箔支持体，该箔支持体具有设置在该光电极至少一个表面上的二氧化钛层；以及
其中所述光电极和对电极各自分别耦合至一个配置为电耦合至电源的终端。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括第一端组装构件，其耦合至所述壳体的第一相对端并进一步限定所述空腔。
3.如权利要求2所述的装置，进一步包括第二端组装构件，其耦合至所述壳体的第二相对端并进一步限定所述空腔。
4.如权利要求3所述的装置，其中第一端组装构件限定了至所述空腔内的入口孔。
5.如权利要求4所述的装置，其中第二端组装构件限定了至所述空腔内的出口孔。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述光管限定配置为至少部分地接收紫外线光源的光管腔。
7.如权利要求6所述的装置，其中紫外线光源设置于光管腔内。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述光电极和与其耦合的所述终端以及所述对电极和与其耦合的所述终端可拆卸地耦合至终端组装构件，并在所述光电极和对电极之间设置分离器，以形成电极组件或模块。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述电极组件或模块可拆卸地耦合至所述壳体。
10.如权利要求8所述的装置，其中所述电极组件进一步包括间隔器，该间隔器包括由至少一个分隔器耦合至轴向同心部分的外围同心部分。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述外围同心部分限定同心槽，该同心槽在其中配置为接收所述电极的一部分。
12.如权利要求10所述的装置，其中所述间隔器进一步包括入口端、出口端、以及从入口端延伸至出口端的纵轴。
13.如权利要求12所述的装置，其中至少一个分隔器相对于所述纵轴成一角度。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述光管耦合至灯泡端盖，该灯泡端盖限定一空腔，该空腔配置为接收灯座，且该灯泡端盖耦合至灯泡组装构件以形成灯泡组件或模块。
15.如权利要求12所述的装置，其中所述灯泡组件或模块可拆卸地耦合至所述壳体。
16.一种去除或降低溶液中的污染物水平的方法，包括：
向设备的空腔中提供溶液，其中所述设备的所述空腔中容纳有光管、设置于光管周围的包括具有设置于其上的二氧化钛层的主要含钛的箔支持体的光电极、以及设于所述光电极和所述设备的腔壁之间的空间的对电极；
使用紫外线光照射所述光电极；以及
向耦合至所述光电极的第一终端以及耦合至所述对电极的第二终端施加第一偏压。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述第一偏压在第一时间段施加。
18.如权利要求13所述的方法，进一步包括向所述第一终端和所述第二终端施加第二偏压。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述第二偏压在第二时间段施加。
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