CN105664525B - 从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生 - Google Patents

从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生 Download PDF

Info

Publication number
CN105664525B
CN105664525B CN201610084446.6A CN201610084446A CN105664525B CN 105664525 B CN105664525 B CN 105664525B CN 201610084446 A CN201610084446 A CN 201610084446A CN 105664525 B CN105664525 B CN 105664525B
Authority
CN
China
Prior art keywords
disinfectant
liquid
substance
sorbent material
electrochemical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610084446.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105664525A (zh
Inventor
E·P·L·罗伯茨
N·W·布朗
S·N·侯赛因
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arvia Technology Ltd
Original Assignee
Arvia Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arvia Technology Ltd filed Critical Arvia Technology Ltd
Publication of CN105664525A publication Critical patent/CN105664525A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105664525B publication Critical patent/CN105664525B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/02—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor with moving adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/20—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to the conditioning of the sorbent material
    • B01D15/203—Equilibration or regeneration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3416—Regenerating or reactivating of sorbents or filter aids comprising free carbon, e.g. activated carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3441—Regeneration or reactivation by electric current, ultrasound or irradiation, e.g. electromagnetic radiation such as X-rays, UV, light, microwaves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C02F1/4674—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation with halogen or compound of halogens, e.g. chlorine, bromine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/42—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from bathing facilities, e.g. swimming pools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4616—Power supply
    • C02F2201/4617—DC only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4619—Supplying gas to the electrolyte
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/001—Upstream control, i.e. monitoring for predictive control
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/29—Chlorine compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

本发明提供一种处理液体的方法，其包括使液体在处理区内与吸附剂材料接触，在与所述液体接触后将所述吸附剂材料在再生区内进行电化学再生。在再生区中提供消毒剂前体物质，然后将所述消毒剂前体物质电化学转化成消毒剂物质，然后所述消毒剂物质可与吸附剂材料和/或液体在再生区内接触，实施原位消毒，并导致在处理的液体中存在残留消毒剂物质。本发明还提供用于实施所述方法的装置。

Description

从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生
本申请是2010年11月3日提交的国际申请号为PCT/GB2010/002027，中国国家申请号为201080060721.1，发明名称为“从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生”的发明专利申请的分案申请。
本发明涉及一种处理液体的方法。本发明特别地，但不限于应用于污染的液体的处理，以去除有机污染物，并杀灭细菌、真菌、霉菌、孢子或其它存在于液体中的微生物。
在各种水，包括饮用水、工艺用水和游泳池水中，氯被广泛用作消毒剂。其相对于其它消毒技术(例如臭氧、UV)的主要优势在于，由于其保持溶解在水中，因而提供残留的消毒能力，从而在更长的时间内持续提供对抗细菌、真菌、霉菌、孢子和其它微生物的防护。除了消毒性质，氯还是强氧化剂，因此可以氧化存在于污染的水中的任何有机污染物。这些性质使氯成为最广泛使用的水性应用消毒剂。
对液体消毒的传统给料体系通常使用氯、次氯酸盐溶液、氯胺溶液、二氧化氯或过氧化氢。然而，不幸的是，许多传统消毒剂，特别是氯，是非常危险的物质。作为替代品，已经开发了使用电解氯化由盐水生产氯或次氯酸盐的系统。尽管认识到所述系统具有优势，但是迄今为止，由于相对于传统氯给料体系，其显著增加了资金成本，因而阻碍了其商业应用。
本发明的一个目的是避免或缓和与现有的对污染液体消毒的方法相关的问题。
本发明的第一方面提供一种处理液体的方法，其包括使液体在处理区内与吸附剂材料接触，在接触所述液体后将所述吸附剂材料送至再生区，和在再生区内对吸附剂材料进行电化学再生，其中在再生区中提供消毒剂前体物质，并在再生区中对其进行电化学转化产生消毒剂物质，和在再生区内将吸附剂材料和/或液体与所述消毒剂物质接触。
通过在再生区内使用电化学处理，对用过的吸附剂材料进行再生并在原位产生消毒剂物质，本发明提供了简单、方便和环境可接受的处理污染液体的方法，其避免了现有体系的许多劣势。本发明因此提供一种用于对需要所述处理的液体综合进行净化和消毒的方法。尽管依据本发明的第一方面的方法显著适于对污染液体的综合处理，但应当理解的是，根据要处理的液体中存在的传染剂和污染物的水平，所述方法可以用于单独消毒或单独净化。
在开发本发明之前，对液体消毒的方法通常需要向液体中添加消毒剂，如氯或氯代氧化剂，这对于操作和储存通常都是危险的。通过在原位产生消毒剂物质，可以避免对这些危险性化学物质的操作和储存的需求。例如，依据本发明的方法有利于产生足够量的氧化氯化物添加到水源中，以确保水保持适于饮用，并且从而减少或消除了对传统化学杀菌剂的需要。
术语“氧化氯化物”包括的氧化氯化物的范围包括，但不限于，溶解的氯、次氯酸盐和次氯酸。应理解的是，在特定应用中使用的这种物质的特定浓度依赖于一系列因素，例如溶液温度和pH，以及用于产生这种物质的工艺参数和/或随后该物质用于其中的工艺的参数。
优选的是，在再生区内产生第一较高浓度的消毒剂物质，而后进入处理区，在此其分散在要处理的液体中，以在所述液体中以第二较低浓度存在。再生区内消毒剂物质的产生使得能在再生区内实现高水平的消毒，在再生区中消毒剂浓度是最高的。消毒可以通过接触存在于再生区内的液体中的微生物如细菌，和/或通过吸附剂材料吸附的但由于吸附剂材料的电化学再生而没有被杀灭的微生物来实施。在处理区内也可通过从再生区进入消毒区的残留消毒剂物质来实现进一步的消毒。这导致本发明的另一个显著的优势，因为在离开处理区后，其有助于液体的残留消毒。
本发明的第二方面提供处理液体的装置，其包含用于液体与吸附剂材料接触的处理池；和在两个电极间的再生室，所述两个电极是可控制的以在所述吸附剂材料接触所述液体后电化学再生吸附剂材料，并在再生区内电化学转化消毒剂前体物质产生所述消毒剂物质，所述消毒剂物质然后可与再生区内的吸附剂材料和/或液体接触。优选所述再生室在所述处理池内。
在本发明的第一和/或第二方面中，消毒剂前体的电化学转化优选包括电化学氧化。在本发明的优选实施方案中，消毒剂前体物质包含氯离子，更优选消毒剂前体物质为氯化物盐，优选消毒剂前体物质为氯化钠，其可以以干燥盐的形式或盐水的形式提供，更优选氯化钠是盐水的形式。在盐水丰富的沿海区域，盐水作为消毒剂前体是特别期望的，并可以用本发明的方法/装置进行电化学氧化以产生任何需要量的氧化氯化物。这种前体物质的电化学处理释放出氧化氯化物，氧化氯化物是优选的消毒剂物质。使用直流电电化学生产氧化氯化物提供了大量相对于传统方法的益处，包括不再需要现场储存和操作危险的氯基产品，因为本发明使得氧化氯化物能够在需要时在原位以准确的量产生，如果期望，所述量可以将被处理的液体中存在的氧化氯化物的浓度考虑在内。本发明的方法因此优选包括监控可用于与要处理的液体接触的消毒剂物质的浓度，并另外产生相应于所述监控的消毒剂，所述监控检测到可用的消毒剂物质的浓度低于阈值水平。考虑到在需要时原位产生消毒剂的优势，要理解的是，优选通过在再生区中提供另外的消毒剂前体物质，并对所述另外的前体物质进行电化学氧化而另外产生消毒剂物质。
而且，要理解的是，优选的消毒剂前体例如盐水的操作和储存是安全、简单和相对便宜的，这使得本发明的方法相对于现有消毒法具有显著的商业优势。
适用于本发明的方法的吸附剂材料是能够方便地从液体相中分离的导电固体材料。下面将更详细的讨论适合的材料，但是优选的吸附剂材料包括颗粒导电吸附剂材料，如未膨胀石墨夹层化合物(GIC)和/或活性炭。适用于本发明的典型的单GIC颗粒的电导率超过10,000Ω-1cm-1。然而，要理解的是，在颗粒床中，电导率将显著更低，因为在颗粒/颗粒边界处有电阻。因此，期望使用尽可能大的颗粒以保持电阻尽可能低。然而，要理解的是，已经制造出大量的不同GIC材料，可以选择具有不同吸附性的不同材料以适合本发明的方法的特定应用。
在使用盐水作为消毒剂前体物质的优选实施方案中，电解氯化是适合的方法，因为在要处理的液体中存在的盐水增加了液体的导电性，使得吸附剂的再生和氧化氯化物的产生可以在相对低的电压下进行。而且使用具有相对高的电导率的优选吸附剂材料产生进一步的商业优势，其使吸附剂的再生和消毒剂前体的电解氧化成为相对低能耗的过程，使所用的前体的量可以几乎仅基于需要的消毒剂的量来确定，而不需要添加一定量的前体以在再生区内产生导电性。而且，使用高电导率的吸附剂可以使本发明的方法用于处理任何电导率的水，包括低电导率的水。
本发明的另一个显著优势在于，通过液体中的有机污染物的电化学氧化可能产生的氯化副产物不应是潜在的威胁，如果氯化化合物对颗粒吸附剂材料上具有选择性吸附，以及对吸附剂材料具有更高的吸附能力。因此，本发明的方法将有助于防止氯化副产物从净化和消毒的液体中释放出，这在环境和经济的观点上都是重要的。
净化/消毒处理过程、吸附剂材料再生过程和消毒剂产生过程各自可以连续、半连续或分批进行。因此，需要处理的液体可以连续通过含有适当水平的吸附剂和消毒剂的处理区如池，或者单独量的要处理的液体可以成批净化和消毒，在各批处理期间或者在批处理之间，如果需要，再生吸附剂材料和产生消毒剂物质。在国际专利公开WO2007/125334和WO2009/050485中描述了连续、半连续或分批实施方法的适合的装置。
在本发明的第一优选实施方案中，在液体通过含有吸附剂材料和任何残留消毒剂物质的处理区期间，发生液体与吸附剂材料和任何残留消毒剂物质的接触。在接触另外的需要处理的液体之前，已经与污染的液体接触的用过的吸附剂材料可以通过再生区例如室的形式的再生区回收，所述再生区有利地位于处理池内。在吸附剂材料通过再生区时，优选将直流电通入吸附剂材料，以再生吸附剂材料。可以使用约0.05-1A的电流。更优选可使用约0.25-0.75A的电流，和最优选可使用约0.5A的电流。可使用约1-20mA/cm2的电流密度。或者，使用约5-15mA/cm2，或约10mA/cm2的电流密度可能是有利的。
消毒剂前体物质的电化学氧化以产生消毒剂物质也优选通过将直流电通入一定量的单独引入到再生区的消毒剂前体物质来实施。可使用约0.05-1A的电流，或更优选可使用约0.25-0.75A的电流。最优选可使用约0.5A的电流。可使用约1-20mA/cm2的电流密度。或者，使用约5-15mA/cm2，或约10mA/cm2的的电流密度可能是有利的。
在优选的实施方案中，实施吸附剂材料再生所用的电流值与用于氧化消毒剂前体物质的电流值基本上相同。特别优选吸附剂材料的再生与消毒剂前体物质的氧化同时实施。
在处理过程始终都可以将消毒剂前体连续注入再生区中。
要理解的是，特定应用中需要的量的消毒剂前体物质可在一个批次中在一定时间内加入到再生区中，或者在适当的时间内连续加入到再生区中。需要的总量将取决于所需的消毒水平，因此在某些情况下，可在开始处理之前进行计算，或者在处理液体的时间内可能需要定期重新计算或连续重新计算。因此，对于电化学氧化，控制消毒剂前体物质加入到再生区的速度可能是有利的，从而以期望的速率产生消毒剂物质，以适应特定的应用。
当确定了需要的消毒剂前体物质的量时，还需要考虑与要处理的液体中存在的有机污染物反应的氧化氯化物的量。反应的氧化氯化物由于产生了不期望的氯化有机物质而不再提供所需要的消毒剂作用。本发明的方法相对于在先专利方法的另外的优势在于，所述氯化有机物质通过吸附过程被去除，而不会作为不需要的污染物留在处理的液体中。
可以在两个电极间设置再生区或室，以与电源连接。在使用中，可在电极间连续或者间歇地施加电压，以使电流通过吸附剂材料，使其再生，所述再生以下列文献描述的方式进行：“Electrochemical regeneration of a carbon-based adsorbent loaded withcrystal violet dye”；N W Brown,E P L Roberts,A A Garforth和R A W Dryfe；Electrachemica Acta 49(2004)3269-3281，以及“Atrazine removal using adsorptionand electrochemical regeneration”；N W Brown,E P L Roberts,A Chasiotis,TCherdron和N Sanghrajka；Water Research 39(2004)3067-3074。污染的液体也可以在无隔膜电解槽中处理，只要在阳极和阴极间通过固体导电性吸附剂材料没有连续的电连接。在连续或半连续过程中，可以确定并控制吸附剂通过再生区的流速，以确保与回收的吸附剂接触的足够停留时间，而在再生区和/或处理区中可用于与需要处理的液体接触的消毒剂物质的浓度也可以被监控和控制，以确保有足够的消毒剂可用于流过处理区的液体。
适合实施本发明的方法的装置可以使用单个再生区，或如在国际专利公开WO2007/125334和WO2009/050485中详细描述的使用多个再生区。
为了有助于回收吸附剂材料，提供一些方式帮助吸附剂材料移动通过处理区到达再生区是期望的。还优选在处理区中对吸附剂材料进行物理搅拌，以帮助吸附剂材料在液体中分散，这样有助于从液体中吸附包括微生物如细菌的污染物。所述物理搅拌还有助于消毒剂物质在液体中的分散，从而有助于液体在与吸附剂接触期间和/或之后的残留消毒。方便的是，可以通过将加压流体如空气、和/或需要净化和/或消毒的液体送入处理区，来实施对吸附剂材料的物理搅拌。
在本发明的第二优选实施方案中，实施分批加工，以使处理区内的要处理的液体基本上静止，不用搅拌帮助吸附剂材料在液体中的分布。方便的是，吸附剂材料可以从处理区中移出以回收和再生，或更优选的是，已经与液体接触的用过的吸附剂材料在处理区中的再生区中，通过将电流通入吸附剂材料而从吸附剂材料中释放出衍生自原存在于液体中的污染物的气体产物而再生。通过消毒剂前体物质的电化学氧化产生消毒剂物质也优选通过将电流通入再生区中的一定量的消毒剂前体物质而在再生区中实施。前体的电化学氧化可以在处理方法开始时实施一次，如果事先精确地知道对于要处理的液体将需要多少量的消毒剂物质；或者，氧化过程可以在液体的处理期间实施多次，以确保总是有足够的消毒剂物质存在以安全和有效地对液体消毒。在一个优选实施方案中，消毒剂前体物质的电化学氧化产生消毒剂物质，和吸附剂材料的电化学再生，可以在再生区中同时有效进行，以使与WO2007/125334和WO2009/050485中实施的吸附剂再生法相比，可以以类似的总成本实施消毒。在本发明的实施方案中，依据本发明综合的电化学氧化/再生法的成本实际上可能比WO2007/125334和WO2009/050485中所述的再生法低，其中消毒剂前体物质增加了在其中实施电化学过程的介质的导电性。
如上所述，在液体的处理期间，可以连续或周期性监测再生区和/或处理区中可用的，即未使用的，消毒剂物质的水平，如果浓度降至预设的最低水平之下，可以将另外的消毒剂物质添加到再生和/或处理区中。所述另外的消毒剂可以是任何期望类型的消毒剂物质，没必要在原位产生，但是考虑到本方法的商业和环境优势，优选以这种方式原位产生。
如上所述，优选在阴极和阳极间设置再生区或室用于与电源相连。当吸附剂材料通过再生室时，可通过在电极间施加电压连续或间歇性再生吸附剂材料。阴极优选容纳在由导电膜确定的单独区室中，所述导电膜使得可以将阴极电解液泵入所述区室，同时防止阴极直接与吸附剂材料接触。如果使用含氯离子的溶液(例如稀释的盐溶液)作为阴极电解液(或作为阴极电解液的组分)，并且选择允许氯离子穿过的导电膜，那么这是相对简单、便宜和方便的既支持吸附剂材料的再生又支持消毒剂物质的产生的方式。那么，可以通过适当调节阴极区室中的压力和/或改变该区室中的盐的浓度而至少部分地控制消毒剂产生的速率。
当实施分批加工以使要处理的液体基本上静止而不是流过处理区或池时，可能期望在处理区中物理搅拌吸附剂材料以帮助吸附剂材料在液体中的分布以及从液体中吸附污染物。物理搅拌可以以任何方便的方式提供，但是通过将加压流体例如空气和/或一定量需要净化和/或消毒的液体送入处理区中而方便地提供。
适用于本发明的方法的吸附剂材料是能够方便地从液相中分离的导电固体材料。可以以粉末、薄片或颗粒的形式使用材料。然而粒径可能不是关键的，最佳粒径有可能取决于吸附剂性质。通常，使用的材料，特别是粒径是表面积、电导率和易于分离间的折中。
优选的吸附剂材料包括颗粒导电吸附剂材料，例如未膨胀夹层石墨和/或活性炭。可以使用单一形式的导电材料，或者可以使用包含两个或多个不同类型的材料组合的多组分材料，其中至少一个组分是导电性的。特别优选的材料包括石墨夹层化合物(GIC)。优选的GIC包括硫酸氢盐夹层产物，其可以通过在氧化条件下，在硫酸存在下，化学或电化学处理石墨薄片形成。优选的GIC是薄片形式，通常具有至少95％的碳的组成，密度为约2.225g/cm3。片状碳可以用作生产GIC的起始材料，具有显著较低的碳含量(80％或更低)。这些化合物也可以使用，但是可能导致略微较高的电压穿过电化学再生区。依据片状石墨的起始组成以及用于将薄片转化成夹层形式的化合物，在GIC中也可能存在其它元素。
在单组分吸附剂材料中，典型的粒径为约0.25-0.75mm。当使用多组分吸附剂材料时，可以使用显著更大的粒径，例如高至约5mm。可以使用非常细的颗粒(<50微米)作为吸附剂材料，因为如果使用有机聚合物作为絮凝剂的话，其可以可容易地从液相中分离。而后，所述有机絮凝剂可以通过再生破坏。更大的颗粒对于使用其它更低电导率和密度的材料有益。适用于本发明的典型的个体GIC颗粒的电导率超过10,000Ω-1cm-1。然而，要理解的是，在颗粒床中，电导率显著更低，因为颗粒/颗粒边界处有电阻。因此，期望使用尽可能大的颗粒，以保持电阻尽可能小。然而，还需注意的是，表面积与粒径成反比，在吸附能力和电阻之间需要平衡。
要理解的是，已经制造出大量不同的GIC材料，可以选择具有不同吸附性能的不同材料以适应本发明的方法的特定应用。
在本方法的再生阶段期间发生三种消毒机理，其组合在一起在电化学再生室中提供了强的消毒条件。第一是当污染物和细菌吸附在吸附剂表面上时，通过将电流通过吸附剂而对细菌直接进行电破坏；第二是通过由前体物质产生的氧化氯化物对细菌直接进行氯化；第三是由在吸附的有机物和水的氧化期间增加的氢离子导致的pH影响。氧化氯化物稀释到处理区中发生在吸附剂物质的搅拌期间，使得残留量的所述氧化氯化物保留在处理的流体后处理中，提供残留消毒效果。
本发明将参考以下与游泳池水处理相关的附图进行例证。
图1是根据本发明的方法的一个步骤，对于处于电化学氧化的去离子水样品，随时间游离氯增加和pH降低的示意图。
在国际专利公开WO2007/125334和WO2009/050485中描述了适于用连续、半连续或分批法从游泳池水中去除污染物如有机污染物的装置。对于本示例性实施方案，使用类似于WO2007/125334和WO2009/050485中所述的装置，其中要处理的水通过池形式的处理区，在处理区中提供室形式的再生区。上述专利申请中所描述的装置需要改变以有利于氧化氯化物的原位产生和游泳池水的消毒，以及去污以去除有机物、微生物等。装置需要一些方式，凭借所述方式可以连续或按需要将足够的量的消毒剂前体物质例如盐水加入到再生室中，以产生需要量的消毒剂物质，例如氯/次氯酸盐，以在再生室中提供期望的消毒水平和在处理池中提供残留消毒。装置还需要一些方式以控制施加在盐水上的电流，以确保其以最适当的方式电化学转化成氧化氯化物。
当装置做好使用准备时，将需要的量的吸附剂材料装载到再生室中。而后将要处理的游泳池水通过一个或多个进口送至处理池中，水平恰恰低于一个或多个排出口，在处理后游泳池水可以从所述排出口返回游泳池中或到单独的储存单元。再生室和处理池是流体连通的，因此在将要处理的游泳池水送至处理池中时，一定量的水进入再生室。而后将适合量的干燥盐或盐水加入到再生室中，电流通过盐水以在再生室内的水中产生氯气。
而后将加压空气通过处理池底部的开口送入，以在游泳池水中产生气泡。其携带在再生室中产生的颗粒吸附剂材料和氧化氯化物从再生室底部的开口向上流动通过处理池。
当吸附剂材料被携带向上通过液体时，其吸附液体中的污染物，如有机化合物和细菌，而后进入再生室，在此对吸附的有机物质施加直流电，以通过吸附剂的阳极氧化和某些吸附的细菌的电化学破坏而再生吸附剂。直流电还导致再生室中的盐水氧化，以产生氧化氯化物，其可以杀灭再生室内的水中的细菌，以及吸附在吸附剂材料上的细菌。
当氧化氯化物分散在再生室内的液体中时，其通常以更稀的溶液的形式通过处理池，在此其可以提供杀灭存在于处理区的细菌以及对存在于液体中的任何有机污染物提供一些初始氧化的双重益处，因为氧化氯化物是强氧化剂。通过控制盐的添加速率和施加在盐上的电流，如果期望，可以确保足够的氧化氯化物保留在处理的液体中，以在处理后持续提供消毒。
尽管优选要处理的液体一般向上流动，但是也可以使用反向安排。基于系统要求选择液体通过处理池的流动方向，但是使液体的流动通常与处理池中的吸附剂材料的流动相反可能是有利的。如果池中的液体的通常流动方向是向下而不是向上的，而吸附剂材料如上所述循环，那么可以是上述情况。
如在上述第二实施方案中所注，本发明的方法可以用于单独处理液体。在这种变体中，用要处理的液体填充处理池至需要的水平，而后向处理池中提供足够量的吸附剂材料和氧化氯化物，以完成处理。而后将液体移出，在池中新注入液体。吸附剂材料通常在处理过程中将再生和循环，而氧化氯化物根据需要在原位产生。
实施例
将去离子水(500ml)添加到简易槽中的吸附剂材料中(夹层石墨材料；120g)，在槽的底部具有电化学电池。在所述池中，用半透膜将阴极和阳极分开。在膜的阳极侧上提供吸附剂材料。在膜的阴极侧上提供氯化钠作为电解液。
在电化学电池的底部注入空气，以使吸附剂材料与去离子水混合。
在混合后，对水/吸附剂混合物施加电流(0.5A)，而后以固定的间隔提取水样。
施加的电压导致氯离子穿过膜从膜的阴极侧转移到阳极区域，在那里氯离子被氧化成氯(Cl2)。图1说明了随时间，游离氯增加和相应pH降低。

Claims (25)

1.一种处理污染的液体的方法，所述方法包括使液体在处理区内与吸附剂材料接触，以将污染物从液体吸附到所述吸附剂材料的表面上，在与所述污染的液体接触后将所述吸附剂材料送至处理区中的电化学再生区，并在电化学再生区内对吸附剂材料进行电化学再生，在电化学再生区中提供包含氯离子的消毒剂前体物质，并在电化学再生区中对所述消毒剂前体物质进行电化学转化以产生氧化氯化物消毒剂物质，和将吸附剂材料和/或液体在电化学再生区内与所述消毒剂物质接触，其中吸附剂材料的电化学再生与消毒剂前体物质的电化学氧化同时进行，以将所述消毒剂前体物质转化为消毒剂物质，当所述吸附剂材料通过电化学再生区时，使电流通过吸附剂材料，从而通过电化学破坏吸附在吸附剂材料表面的污染物以电化学再生所述吸附剂材料，所述吸附剂材料包含颗粒导电吸附剂材料，并且其中在液体中保留残留量的消毒剂物质以提供残留的消毒效果。
2.依据权利要求1的方法，其中在处理区中液体与消毒剂物质接触。
3.依据权利要求1或2的方法，其中在再生区中产生第一较高浓度的消毒剂物质，而后将其送至处理区，在处理区所述消毒剂物质分散在要处理的液体中，从而以第二较低浓度存在于所述液体中。
4.依据权利要求1或2的方法，其中所述消毒剂前体物质是氯化物盐。
5.依据权利要求1或2的方法，其中所述消毒剂前体物质是氯化钠。
6.依据权利要求1或2的方法，其中所述消毒剂物质是氯或次氯酸盐或次氯酸。
7.依据权利要求1或2的方法，其中对可用于与液体接触的消毒剂物质的浓度进行监控，并相应于所述监控产生另外的消毒剂，所述监控检测到可用的消毒剂物质的浓度低于阈值水平。
8.依据权利要求7的方法，其中在再生区中提供另外的消毒剂前体物质，并对所述另外的前体物质进行电化学氧化，由此产生所述另外的消毒剂。
9.依据权利要求1或2的方法，其中在液体通过处理区期间，发生液体与吸附剂材料和消毒剂物质的接触。
10.依据权利要求1或2的方法，其中已经与液体接触的吸附剂材料在接触另外的液体之前，在再生区中回收。
11.依据权利要求10的方法，其中使用0.05-1A的电流。
12.依据权利要求11的方法，其中使用0.25-0.75A的电流。
13.依据权利要求12的方法，其中使用0.5A的电流。
14.依据权利要求1或2的方法，其中消毒剂前体物质的电化学氧化是通过将电流通过再生区中一定量的消毒剂前体物质而实施。
15.依据权利要求14的方法，其中使用0.05-1A的电流。
16.依据权利要求15的方法，其中使用0.25-0.75A的电流。
17.依据权利要求16的方法，其中使用0.5A的电流。
18.依据权利要求14的方法，其中用于实施吸附剂材料再生的电流值与用于氧化消毒剂前体物质的电流值相同。
19.依据权利要求15的方法，其中用于实施吸附剂材料再生的电流值与用于氧化消毒剂前体物质的电流值相同。
20.依据权利要求14的方法，其中将所述量的消毒剂前体物质以可控制的速率送入再生区进行电化学氧化，从而以期望的速率产生消毒剂物质。
21.依据权利要求15的方法，其中将所述量的消毒剂前体物质以可控制的速率送入再生区进行电化学氧化，从而以期望的速率产生消毒剂物质。
22.依据权利要求1或2的方法，其中在处理区内对吸附剂材料进行物理搅拌，以帮助吸附剂材料在液体中的分布和消毒剂物质在液体中的分散。
23.依据权利要求22的方法，其中所述物理搅拌是通过将加压流体和/或需要净化和/或消毒的液体送入处理区中而提供的。
24.依据权利要求1或2的方法，其中所述吸附剂材料包括未膨胀夹层石墨。
25.用于处理污染的液体的装置，其包含用于使液体与吸附剂材料接触的处理池；和在两个电极之间的电化学再生室，所述两个电极是可控制的，以同时在所述吸附剂材料接触所述污染的液体后电化学再生吸附剂材料，以及在电化学再生区内电化学转化包含氯离子的消毒剂前体物质，产生氧化氯化物消毒剂物质，所述消毒剂物质而后可以在电化学再生区内与吸附剂材料和/或液体接触，并提供残留的消毒效果，其中所述电化学再生室在所述处理池内，所述吸附剂材料包含未膨胀夹层石墨。
CN201610084446.6A 2009-11-05 2010-11-03 从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生 Active CN105664525B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0919413.5 2009-11-05
GBGB0919413.5A GB0919413D0 (en) 2009-11-05 2009-11-05 Treatment of liquids
CN2010800607211A CN102712509A (zh) 2009-11-05 2010-11-03 从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800607211A Division CN102712509A (zh) 2009-11-05 2010-11-03 从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105664525A CN105664525A (zh) 2016-06-15
CN105664525B true CN105664525B (zh) 2018-11-09

Family

ID=41501956

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610084446.6A Active CN105664525B (zh) 2009-11-05 2010-11-03 从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生
CN2010800607211A Pending CN102712509A (zh) 2009-11-05 2010-11-03 从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800607211A Pending CN102712509A (zh) 2009-11-05 2010-11-03 从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20120228230A1 (zh)
EP (1) EP2496526B1 (zh)
CN (2) CN105664525B (zh)
AU (1) AU2010317776B2 (zh)
GB (2) GB0919413D0 (zh)
IL (1) IL219599A0 (zh)
IN (1) IN2012DN03809A (zh)
WO (1) WO2011058298A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2495701A (en) 2011-10-11 2013-04-24 Arvia Technology Ltd Treating liquid with adsorbent
DE202015103696U1 (de) * 2015-07-14 2016-10-17 Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH Vorrichtung zur Desinfizierung von Wasser
CN212118668U (zh) * 2016-08-11 2020-12-11 广州市酷跑计算机科技有限公司 一种引流装置
CA3054318A1 (en) * 2017-03-02 2018-09-07 Uti Limited Partnership Electrochemical adsorbtion with graphene nanocomposites
GB201705647D0 (en) * 2017-04-07 2017-05-24 Arvia Tech Ltd Adsorbents for treating contaminated liquids

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05192652A (ja) * 1992-01-22 1993-08-03 Matsushita Electric Works Ltd 再生手段付き浄水器
EP1816106A1 (fr) * 2006-02-06 2007-08-08 M. Vincent Delannoy Procédé de traitement d'une solution aqueuse par électrolyse.

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1617533A (en) * 1926-04-15 1927-02-15 Darco Sales Corp Process of reactivating purifying agents
US3436343A (en) * 1963-10-17 1969-04-01 Aqua Filter Inc Simultaneous filtering for removal of taste,odor and turbidity
US4217191A (en) * 1972-10-12 1980-08-12 Battelle Memorial Institute Process for regenerating contaminated activated carbon
DE2436498A1 (de) * 1974-07-29 1976-02-12 Karl Heinz Hartkorn Oxidations- und adsorptions-verfahren zur entfernung von stoerenden stoffen in fluessigkeiten
JPS6057369B2 (ja) * 1978-08-31 1985-12-14 株式会社日立製作所 活性炭の再生方法
JPS5543110A (en) * 1978-09-20 1980-03-26 Toyo Soda Mfg Co Ltd Carboxylation of ethylene polymer
JPS55127189A (en) * 1979-03-22 1980-10-01 Hitachi Ltd Method and apparatus for preparation of industrial water from waste water
JPS56124488A (en) * 1980-03-05 1981-09-30 Hitachi Ltd Water purifier
JPH05192651A (ja) * 1992-01-22 1993-08-03 Matsushita Electric Works Ltd 再生手段付き浄水器
US5314589A (en) * 1992-10-15 1994-05-24 Hawley Macdonald Ion generator and method of generating ions
US5302288A (en) * 1993-03-19 1994-04-12 Zimpro Environmental, Inc. Treatment of highly colored wastewaters
JP3227921B2 (ja) * 1993-08-06 2001-11-12 株式会社日立製作所 エステルからなる油分を含んだ排水の処理装置およびその処理方法
US5904832A (en) * 1996-12-20 1999-05-18 Huron Tech Canada, Inc. Regeneration of active carbon and polymeric adsorbents
JPH1110156A (ja) * 1997-06-19 1999-01-19 Konica Corp 浄水殺菌装置の多孔質炭素電極再生方法
JP2002273434A (ja) * 2001-03-19 2002-09-24 Nec Corp 活性炭電極を用いたイオン性物質含有水の処理装置及び処理方法並びに該活性炭電極の再生方法
JP2003251355A (ja) * 2001-12-28 2003-09-09 Omega:Kk 用水等の浄化殺菌方法と其の装置
GB2438850B (en) * 2006-04-28 2010-04-21 Univ Manchester Liquid treatment apparatus
GB2442950B (en) * 2006-10-20 2010-06-23 Univ Manchester Adsorbents for treating contaminated liquids
CN101284704A (zh) * 2007-04-09 2008-10-15 株式会社日立制作所 废水所含有机物的处理方法、装置、系统及沥青回收系统
GB0720429D0 (en) 2007-10-18 2007-11-28 Electroclean Technology Ltd Treatment of contaminated gases

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05192652A (ja) * 1992-01-22 1993-08-03 Matsushita Electric Works Ltd 再生手段付き浄水器
EP1816106A1 (fr) * 2006-02-06 2007-08-08 M. Vincent Delannoy Procédé de traitement d'une solution aqueuse par électrolyse.

Also Published As

Publication number Publication date
GB2475168A (en) 2011-05-11
IN2012DN03809A (zh) 2015-08-28
GB201018622D0 (en) 2010-12-22
EP2496526B1 (en) 2016-03-30
IL219599A0 (en) 2012-06-28
GB0919413D0 (en) 2009-12-23
GB2475168B8 (en) 2013-10-30
CN102712509A (zh) 2012-10-03
WO2011058298A8 (en) 2012-06-21
AU2010317776B2 (en) 2014-01-30
WO2011058298A1 (en) 2011-05-19
EP2496526A1 (en) 2012-09-12
US20120228230A1 (en) 2012-09-13
CN105664525A (zh) 2016-06-15
GB2475168A8 (en) 2013-10-30
AU2010317776A1 (en) 2012-05-31
GB2475168B (en) 2013-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Martínez-Huitle et al. A critical review over the electrochemical disinfection of bacteria in synthetic and real wastewaters using a boron-doped diamond anode
AU2006269410B2 (en) Methods and apparatus for generating oxidizing agents
Drogui et al. Oxidising and disinfecting by hydrogen peroxide produced in a two-electrode cell
US6773575B2 (en) Electrolytic cell and process for the production of hydrogen peroxide solution and hypochlorous acid
ES2655969T3 (es) Electrolizador de lecho de carbón para el tratamiento de efluentes líquidos y un proceso del mismo
JP2006519090A (ja) 高電界電解セル
CN105664525B (zh) 从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生
US20130092558A1 (en) Apparatus for producing electrolytic reduced water and control method thereof
KR101220891B1 (ko) 3차원 다공성 복극 전극 및 이를 구비한 전기살균 필터와 이를 이용한 수처리 방법
EP2277833A2 (en) High efficiency electrolysis cell for generating oxidants in solutions
GB2515324A (en) Electrolytic advance oxidation processes to treat wastewater, brackish and saline water without hydrogen evolution
US20200024759A1 (en) High efficiency electrolytic ozone production system
JP6649988B2 (ja) 飲用水処理におけるハロゲン含有副生成物の発生の制御方法
JP2004313780A (ja) 過酢酸の電解合成方法及び殺菌洗浄方法及び装置
CN106746035A (zh) 一种饮用水除藻工艺
JP2005296922A (ja) 雨水の殺菌システム
JPS6036835B2 (ja) し尿処理水の浄化方法
CN105753227B (zh) 电解制水饮水机
CN105692974B (zh) 一种纯水机
JP3583608B2 (ja) 電気分解殺菌装置及び電気分解殺菌方法
KR200307692Y1 (ko) 실내용 미생물 오염 음용수 전해 살균 처리를 위한 기능성 음료 공급 장치
KR100956872B1 (ko) 고효율 무격막 전해셀을 이용한 이산화염소 산화수 제조방법
CN101896432A (zh) 预处理饮用水的方法
JP2002053990A (ja) 過酸化水素水の製造方法
JP2004066137A (ja) 水処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant