RU2738259C2 - Система и способ обработки жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системе и способу обработки жидкости, включающему химическую обработку с дезинфицирующим блоком на основе излучения. Способ включает получение химически обработанной жидкости, её пропускание через генератор нанопузырей с получением жидкости, содержащей нанопузыри, обработку жидкости, содержащей нанопузыри, дезинфицирующим излучением с получением результирующей жидкости, и выпуск результирующей жидкости для использования. Система обработки жидкости содержит источник жидкости, станцию химической обработки для анализа химического состава исходной жидкости, генератор нанопузырей, гидравлически соединенный со станцией химической обработки, дезинфицирующий блок на основе излучения (RDU), гидравлически соединенный с генератором нанопузырей, где жидкость с нанопузырями подвергается воздействию излучения и образуется обработанная жидкость; насос для получения потока жидкости через систему и выпускное отверстие, через которое вытекает обработанная жидкость. Излучение представляет собой ультрафиолетовое излучение. Технический результат: более низкий дзета-потенциал для коллоидной коагуляции и флокуляции, более высокий ORP для контроля над биологическими соединениями, отсутствие или уменьшение потенциала биологического или химического загрязнения. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл.

Description

Связанные заявки

В данном описании заявляется о приоритете на основании предварительной заявки на патент США 62/158648, поданной 24 апреля 2015 года, и предварительной заявки на патент США №62/194567, поданной 20 июля 2015 года, содержание каждой из которых включено в данный документ посредством ссылки.

Область техники

Настоящее описание относится к системе и способу обработки жидких растворов. В частности, данное описание относится к системе и способу обработки жидкости, включающему химическую обработку с дезинфицирующим блоком на основе излучения.

Уровень техники

Заболевания, передающиеся через воду, часто вызываются патогенными микроорганизмами, которые передаются с загрязненной водой. Инфицирование может происходить во время купания, мытья, питья, при приготовлении пищи или при употреблении зараженной таким образом пищи. Наиболее распространенными примерами являются различные формы диарейного заболевания, передающиеся через воду. По данным Всемирной организации здравоохранения, такие заболевания составляют примерно 4,1% от общего мирового ежедневного уровня заболеваемости, и ежегодно являются причиной примерно 1,8 миллионов человеческих смертей. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, 88% такой заболеваемости связано с небезопасным водоснабжением, санитарией и гигиеной. Даже в развитых странах возникали проблемы с появлением бактерий в водных системах, которые наносили значительный ущерб населению. Поэтому существует потребность в усовершенствованных системах, способах и оборудовании для обработки воды. Если такие системы, способы и оборудование могут быть получены с меньшими затратами и меньших размеров, то они смогут также соответствовать ограничениям и потребностям бедных, сельских, горных и/или густонаселенных общин.

Помимо воды есть другие жидкости, для которых также может быть полезным улучшение стерилизации/очистки, например, в пищевой промышленности и производстве напитков. Например, химические соединения, такие как соединения хлора, озон и т.п., широко используются в пищевой промышленности и производстве напитков для снижения числа бактерий и дезинфекции или санитизации жидкостей. Примеры включают обработку охлаждающей воды автоклавов для пастеризации, мытье фруктов и овощей и дезинфекцию поверхностей, контактирующих с пищевыми продуктами. Соединения хлора также широко используются для дезинфекции воды или других жидкостей в контейнерах.

Среди соединений хлора диоксид хлора (ClO₂) является мощным окислителем, используемым для обработки воды и для отбеливания. В качестве дезинфицирующего средства ClO₂ обладает более высокой биоцидной способностью, чем хлор.

Для получения диоксида хлора обычно используют два механизма: реакцию хлорита натрия с газообразным хлором или соляной кислотой (система из двух химических соединений) или реакцию хлорита натрия с гипохлоритом натрия и кислотой, такой как соляная кислота или серная кислота (система из трех химических соединений).

2NaClO₂+Cl₂→2ClO₂+2NaCl (два соединения)

5NaClO₂+4HCl→4ClO₂+5NaCl+2H₂O (два соединения)

2NaClO₂+NaOCl+H₂SO₄→2ClO₂+NaCl+Na₂SO₄+H₂O (три соединения)

2NaClO₂+NaOCl+2HCl→2ClO₂+3NaCl+Н₂O (три соединения)

Обезвреживание сточных вод диоксидом хлора является следствием окисления. Диоксид хлора подвергается окислению, воздействуя на размножение и метаболизм микроорганизмов. Обычно считается, что диоксид хлора имеет более чем в 2,5 раза более высокую окислительную способность, чем хлор. Окислительно-восстановительный потенциал диоксида хлора (0,95 В) намного ниже, чем у хлора (1,36 В), но его окислительная способность (5) намного выше, чем у хлора (2). Окислительно-восстановительный потенциал (англ. «oxidation reduction potential)), «ORP») свидетельствует о силе или скорости окислителя, с которыми он реагирует с окисляемым материалом. Хотя диоксид хлора имеет низкий ORP, он является более избирательным в отношении видов окисляемых материалов, с которыми он реагирует. Диоксид хлора нацелен на конкретные органические молекулы, включая цистеин, тирозин, метионил, ДНК и РНК. Для сравнения, хлор и озон имеют гораздо более широкую реакционную способность. Окислительная способность показывает, что на молярном основании диоксид хлора обладает большей способностью к дезинфекции, чем хлор. Селективность и окислительная способность диоксида хлора делают его более сильным окислительным дезинфицирующим агентом, чем хлор ("Evaluation of a Chlorine Dioxide Secondary Disinfection System", Frank P. Sidari III and Jeanne VanBriesen, Ph.D. Water & Wastes Digest, Thu, 2002-10-24 13:39).

Диоксид хлора будет заставлять суспендированные частицы в растворе притягиваться друг к другу, что позволит легко их отфильтровать. Благодаря этому "мутная" вода легко очищается диоксидом хлора совместно с фильтром.

Диоксид хлора эффективен в отношении различных патогенов, но имеет ограничения. Число спор плесневых грибов и дрожжей уменьшается на 80-99% при концентрациях диоксида хлора от 0,75 до 5 ppm (частей на миллион) в воде. Число бактерий и вирусов также значительно уменьшается при использовании диоксида хлора.

Эффективность диоксида хлора может уменьшаться из-за содержания железа и марганца. Железо может присутствовать в воде во многих производственных операциях. Соответственно, жидкости, содержащие любой из этих двух металлов, предпочтительно могут быть отфильтрованы перед дезинфекцией.

Газообразный диоксид хлора в концентрированных количествах (более 30% по объему в воздухе) является самопроизвольно взрывчатым. Диоксид хлора нельзя хранить или транспортировать, потому что он не стабилен в нормальных условиях и взрывоопасен под давлением. Соответственно, необходимо предусмотреть некоторые условия для разбавления газов, образующихся при реакции. Обычно в качестве газов-разбавителей использовались воздух и водород. Диоксид хлора может быть растворен в воде в концентрации, например, до примерно 10 граммов на литр.

Различные факторы могут влиять на дезинфицирующую способность соединений хлора. Эти факторы включают присутствие органического материала, рН, температуру, концентрацию, время контактирования и т.п.

В некоторых ситуациях для изменения характеристик жидкости, помимо дезинфекции, например, для добавления цвета или т.п., может быть добавлена или использована с жидкостями химическая обработка.

Ультрафиолетовое (УФ, UV) излучение также используется в некоторых случаях для стерилизации и обработки жидкостей, таких как вода, сточные воды и другие. Полагают, что коротковолновое ультрафиолетовое излучение (UV-C) непосредственно разрушает ДНК патогенных и других микроорганизмов. Микроорганизмы, такие как бактерии, теряют свою репродуктивную способность и погибают. Исследования показали, что даже такие паразиты, как криптоспоридии или гиардии, которые чрезвычайно устойчивы к химическим дезинфицирующим средствам, эффективно сокращаются при воздействии ультрафиолетового излучения.

Представляется, что было бы полезно использовать для обработки жидкостей сочетание ультрафиолетового излучения и химической обработки. Однако при многих видах химической обработки, включая обработку дезинфицирующими средствами на основе хлора, такими как NH(₂)Cl, HOCl, OCl(-) и ClO₂, УФ-облучение приводит к фотодеградации, снижая их эффективность. Кроме того, если в некоторых случаях ультрафиолетовое излучение используется в более высоких дозах, оно может действовать с исключением химической обработки, такой как обработка хлором и хлорамином, в процессе, называемом фотолизом, что может компенсировать действие химической обработки, такое как хлорирование воды. В связи с этим такая комбинация, как правило, не используется.

Остается потребность в улучшенных системах и способах обработки жидкостей и, в частности, в системах и способах получения жидкостей, содержащих агенты для химической обработки, которые являются более стабильными, из которых не выходит газ даже при высоких концентрациях, и которые обладают более высоким окислительно-восстановительным потенциалом.

Сущность изобретения

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения предлагается система обработки жидкости, включающая: источник жидкости; станцию химической обработки для анализа химического состава исходной жидкости и, при необходимости, для обеспечения соответствующего количества химической обработки жидкости для получения химически обработанной жидкости; генератор нанопузырей, гидравлически соединенный со станцией химической обработки, который генерирует нанопузыри в химически обработанной жидкости для получения жидкости с нанопузырями; дезинфицирующий блок на основе излучения (англ. «radiation-based disinfecting unit», «RDU»), гидравлически соединенный с генератором нанопузырей, где жидкость с нанопузырями подвергается воздействию излучения и образуется обработанная жидкость; насос для получения потока жидкости через систему; и выпускное отверстие, через которое вытекает обработанная жидкость.

В конкретном случае генератор нанопузырей может содержать: корпус, имеющий участок притока для приема исходной жидкости, участок оттока для выпуска жидкости, содержащей нанопузыри, и участок обработки, расположенный между участками притока и оттока, для обработки исходной жидкости, причем участок обработки имеет по меньшей мере две последовательные плоскости поверхности сдвига, разделенные кавитационными пространствами, камерами или зонами.

В другом конкретном случае RDU может содержать: впускное отверстие RDU, функционально соединенное с генератором нанопузырей; дезинфицирующий блок, гидравлически соединенный с впускным отверстием RDU, содержащий корпус и средство, испускающее излучение; и выпускное отверстие RDU для выпуска из дезинфицирующего блока жидкости, обработанной излучением.

В вышеприведенных случаях анализ химического состава может включать определение того, содержит ли исходная жидкость соответствующее количество химического соединения для дезинфекции исходной жидкости совместно с генератором нанопузырей и RDU. В конкретном случае химическое соединение может содержать диоксид хлора. В этом случае диоксид хлора может быть введен для получения примерно от 0,5 до 5 ppm в генераторе нанопузырей. Более конкретно, диоксид хлора может быть введен для получения примерно от 3 до 4 ppm в генераторе нанопузырей.

В вышеприведенных случаях насос может быть выполнен с возможностью получения в генераторе нанопузырей давления от примерно 1 до примерно 10 бар. В некоторых случаях давление может составлять от примерно 2 до примерно 5 бар.

Кроме того, в вышеприведенных случаях излучение может представлять собой электромагнитное излучение и, в частном случае, ультрафиолетовое излучение.

В соответствии с другим аспектом в данном документе предлагается способ обработки жидкости, включающий прохождение исходной жидкости через систему обработки жидкости в соответствии с вышеописанным аспектом.

Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предлагается способ обработки жидкости, включающий: получение химически обработанной жидкости; пропускание химически обработанной жидкости через генератор нанопузырей с получением жидкости, содержащей нанопузыри; обработку жидкости, содержащей нанопузыри, дезинфицирующим излучением с получением результирующей жидкости; и высвобождение результирующей жидкости для использования.

В конкретном случае химически обработанная жидкость может содержать исходную жидкость, подвергнутую химической обработке для получения химически обработанной жидкости. В этом случае химическая обработка может включать введение подходящего количества химического соединения в исходную жидкость. Кроме того, подходящее количество может включать количество химического соединения для дезинфекции исходной жидкости совместно с генератором нанопузырей и дезинфицирующим излучением.

В вышеприведенных случаях указанного способа поток жидкости может приводиться в движение при давлении от примерно 1 бар до примерно 10 бар в генераторе нанопузырей. В частности, давление может составлять от примерно 2 до примерно 5 бар.

В вышеприведенных случаях указанного способа излучение может представлять собой электромагнитное излучение и, в частном случае, ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовое излучение может быть поставлено с интенсивностью примерно от 200 до 250 мДж/см².

В любом из вышеуказанных аспектов или случаев исходная жидкость может представлять собой воду, включая питьевую воду, сточные воды и рециркулированную воду.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения предлагается система обработки жидкости, как в общем, так и конкретно описанная в данном документе со ссылкой на прилагаемые графические материалы и проиллюстрированная ими.

В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения предлагается способ обработки жидкости, как в общем, так и конкретно описанный в данном документе со ссылкой на прилагаемые графические материалы и проиллюстрированный ими.

В соответствии с еще одним аспектом предлагается система обработки жидкости, включающая генератор нанопузырей, гидравлически соединенный с дезинфицирующим блоком на основе излучения (RDU). В частности, RDU может содержать дезинфицирующее впускное отверстие, функционально соединенное с участком оттока генератора нанопузырей, дезинфицирующее устройство, содержащее средство, испускающее излучение, такое как УФ-лампа, и дезинфицирующее выпускное отверстие для выпуска обработанной жидкости, участок притока, участок обработки, участок оттока, дезинфицирующее впускное отверстие, дезинфицирующее устройство и дезинфицирующее выпускное отверстие, гидравлически связанные друг с другом.

В соответствии с еще одним аспектом предложен способ обработки исходной жидкости, включающий: пропускание исходной жидкости через генератор нанопузырей, в результате чего образуется жидкость, содержащая нанопузыри; и обработку жидкости, содержащей нанопузыри, излучением, таким как УФ-излучение. Исходная жидкость может представлять собой смесь различных жидкостей. Кроме того, исходная жидкость может представлять собой смесь жидкости и газа. В некоторых случаях газ представляет собой комбинацию различных газов. В других случаях газ представляет собой газ, встречающийся в данной жидкости в природе или добавленный к жидкости. В конкретном случае газ добавляют посредством этапа введения.

В вышеуказанных аспектах и случаях нанопузыри предпочтительно присутствуют в обработанной жидкости в относительно высокой концентрации и находятся в наноразмерном диапазоне, предпочтительно от примерно 10 до примерно 2000 нанометров, более предпочтительно от примерно 10 нм до примерно 150 нм.

Краткое описание графических материалов

На следующих фигурах показаны различные аспекты и варианты осуществления системы, способа и устройства для обработки жидкости, описанных в данном документе.

На Фиг. 1 изображен вид сбоку устройства или системы для обработки жидкости согласно варианту осуществления;

На Фиг. 2 показан вид в перспективе иллюстративного генератора нанопузырей для использования в системе или способе согласно варианту осуществления;

На Фиг. 3 показаны внешний вид (А), вид изнутри (В) и вид в продольном разрезе (С) генератора нанопузырей, изображенного на Фиг. 2;

На Фиг. 4 приведено увеличенное изображение продольного разреза генератора нанопузырей, изображенного на Фиг. 2;

На Фиг. 5 показан участок обработки генератора нанопузырей, изображенного на Фиг. 2;

На Фиг. 6 приведена блок-схема способа обработки жидкости;

На Фиг. 7А показан вид сбоку системы для обработки воды согласно варианту осуществления;

На Фиг. 7В показан вид сбоку системы для обработки воды согласно Фиг.7А; а также

На Фиг. 8 представлена фотография резервуара для хранения, содержащего воду, обработанную в системе, показанной на Фиг. 7А.

Описание

Если не указано иное, то все технические и научные термины, используемые в данном документе, имеют то же значение, которое обычно понимается специалистом в данной области. Кроме того, если не указано иное, кроме как в рамках формулы изобретения, то использование слова "или" включает "и", и наоборот. Неограничивающие термины не должны толковаться как ограничение, если это прямо не указано или контекст явно не указывает на иное (например, термины "содержащий", "включающий" и "имеющий", как правило, означают "включающий, но не ограничиваясь"). Примеры ограничивающих терминов включают "состоящий из" и "по существу состоящий из". Понятия в единственном числе, в том числе в формуле изобретения, включают ссылку на множественное число, если прямо не указано иное.

Чтобы помочь в понимании и подготовке системы, способа и устройства, приведены следующие иллюстративные неограничивающие примеры.

Как правило, способ, система и устройство, представленные в данном документе, объединяют дезинфекцию на основе излучения, такого как ультрафиолетовое (УФ) излучение, и химические способы обработки, такие как обработка хлором. Варианты осуществления способа, системы и устройства в данном документе позволяют использовать два типа обработки совместно и дают неожиданные результаты.

Говоря в целом, система, способ и устройство включают источник жидкости, модуль обработки и выпускное отверстие для обработанной жидкости. Модуль обработки может включать секцию химической обработки, генератор нанопузырей и дезинфицирующий блок на основе излучения. Секция химической обработки регулирует уровни химических соединений в жидкости таким образом, чтобы они подходили для дезинфекции, генератор нанопузырей создает нанопузыри в жидкости, а дезинфицирующий блок на основе излучения обрабатывает жидкость для дезинфекции.

Предполагается, что способ, система и устройство, описанные в данном документе, будут уменьшать или предотвращать фотодеградацию химических соединений в присутствии излучения, тем самым позволяя каждому типу обработки быть эффективным. Предполагается, что система обработки жидкости будет эффективной во многих областях применения, как описано в данном документе.

Система, способ и устройство, описанные в данном документе, также предназначены для сочетания дезинфицирующей способности ультрафиолетового излучения с химическими соединениями для дезинфекции жидкости без изменения элементарного состава исходного жидкого материала. Предполагается, что в системе и способе обработки жидкости дезинфицирующие химические соединения, такие как дезинфицирующие агенты на основе хлора (например, гипохлорит натрия, диоксид хлора, гипохлориты, хлорамин), дезинфицирующие агенты на основе брома, перуксусная кислота (С₂Н₄O₃) (англ. «peracetic acid», «РАА»), озон и т.п. будут защищены от фотодеградации при УФ-излучении.

Система, способ и устройство, описанные в данном документе, предназначены для получения жидкостей, содержащих химический дезинфицирующий агент (такой как диоксид хлора (ClO₂)), которые являются более стабильными, имеют пониженное выделение газа, улучшенное окисление марганца для обеспечения более эффективной фильтрации марганца, и имеют ORP, на 50-100 мВ более высокий, чем жидкости, содержащие обычные химические дезинфицирующие агенты. Хотя несколько конкретных вариантов осуществления описано, будет очевидно, что раскрытие сущности изобретения не ограничивается проиллюстрированными вариантами, и что также могут быть доступны дополнительные варианты осуществления. Предполагается, что раскрытый в данном описании раствор ClO₂, содержащий нанопузыри, будет эффективен в различных областях применения, некоторые из которых описаны ниже.

Система, способ и устройство могут быть реализованы в стационарном блоке или в переносном блоке. В некоторых вариантах осуществления система, способ и устройство для обработки жидкости могут не требовать внешнего воздуха или газа для получения нанопузырей или для создания большего количества нанопузырей в исходном жидком растворе, и не требуют использования нанопузырьковой или микропузырьковой основы или исходного жидкого раствора.

Показанный на Фиг. 1 вариант осуществления системы для обработки жидкости 10 включает один или несколько генераторов нанопузырей 100а, 100b и дезинфицирующий блок на основе излучения (RDU) 200. Генератор нанопузырей 100а, 100b и дезинфицирующий блок на основе излучения 200 гидравлически соединены друг с другом. В этом варианте осуществления исходная жидкость, которая уже содержит или в которую был введен химический дезинфицирующий агент, течет в направлении фигурных стрелок: через первый генератор нанопузырей 100а, через RDU для облучения и через второй генератор нанопузырей 100b.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, система 10 включает два генератора нанопузырей. Однако нужно понимать, что системы могут включать любое число генераторов нанопузырей, например, система может включать три или более генераторов нанопузырей. Аналогично, система может включать два или более дезинфицирующих блоков на основе излучения. Системы с 3, 4, 5 или более генераторами нанопузырей и с 2, 3, 4, 5 или более RDU могут быть выполнены без труда. Для многоэлементных блоков может использоваться система трубопроводов.

Если система включает единственный генератор нанопузырей, то этот генератор нанопузырей будет расположен между источником жидкости, содержащей агент для химической обработки, и RDU, с тем, чтобы жидкость, содержащая нанопузыри, достигала RDU.

Генератор нанопузырей

Как показано на фиг. 2-5, типовой генератор нанопузырей 100 содержит корпус 110, имеющий участок притока 140 для приема раствора исходной жидкости, участок оттока 150 для выпуска раствора жидкости, содержащей нанопузыри, и участок обработки 115 между участком притока 140 и участком оттока 150 для обработки раствора исходной жидкости. Понятно, что в будущем могут быть доступны или разработаны другие типы генераторов нанопузырей, и приведенный для примера генератор нанопузырей 100 служит иллюстративным целям. Дальнейшее описание генератора нанопузырей можно найти в международной заявке №РСТ/СА2014/050957 (публикация №WO 2015/048904), Walter Bauer.

Как показано на фиг. 2 и 3А, в этом варианте осуществления корпус 110 может иметь по существу трубчатую форму. Участки притока 140 и оттока 150 могут включать резьбовой выступ 120 и 130 на каждом конце. Корпус 110 и выступы 120 и 130 предпочтительно выполнены из по существу инертного материала, такого как поливинилхлорид (англ. «polyvinyl chloride», «PVC»).

Как показано на фиг. 3В, 3С и 4, участок обработки 115 генератора нанопузырей может включать ряд последовательных кавитационных зон 190 и плоскостей поверхности сдвига 168. Ряд последовательных кавитационных зон 190 и плоскостей поверхности сдвига 168 может быть получен за счет наличия обычно удлиненного элемента 180, имеющего серию (2 или более) разнесенных друг от друга элементов 160, которые проходят в осевом направлении через корпус 110 и расположены между участками притока и оттока генератора нанопузырей. В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено другое число разнесенных друг от друга элементов 160, например 5 элементов, 10 элементов, 20 элементов, 30 элементов или т.п., в зависимости от применения генератора нанопузырей. Кроме того, также могут быть использованы более 30 разнесенных элементов 160. Каждый элемент 160 может иметь форму диска. Дискообразные элементы 160 могут быть закреплены или установлены на центральном стержне или валу 180. Как показано на Фиг. 4, диск 160 может иметь противоположные стенки 161, 162 (также называемые стенками сдвига) и периферическую или боковую стенку 163. Одна стенка сдвига 161 может быть обращена к участку притока, а противоположная стенка сдвига 162 может быть обращена к участку оттока генератора. Периферическая стенка 163 может проходить между противоположными стенками сдвига 161, 162. Дискообразные элементы 160 удерживаются на некотором расстоянии друг от друга и могут быть отделены друг от друга пространством 170.

Как показано на Фиг. 4, каждый элемент 160 может быть сформован по меньшей мере с одной канавкой или выемкой 310, проходящей вниз от периферической стенки 163. В некоторых случаях каждый элемент 160 может иметь отверстие вместо канавки или выемки. Каждая канавка или выемка 310 может иметь края или края сдвига 167 и плоскость поверхности сдвига 168 между краями сдвига 167. Плоскость поверхности сдвига 168 можно рассматривать как продолжение периферических стенок 163 в канавки 310. Края 167, которые могут иметь форму гребешка, могут быть достаточно острыми.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 5, ширина "а" каждого дискообразного элемента 160 и, следовательно, ширина плоской поверхности сдвига составляет примерно половину расстояния "b" между двумя следующими друг за другом дискообразными элементами 160.

Как показано на Фиг. 5, последовательные в осевом направлении дискообразные элементы 160 расположены вдоль стержня 180 с их выемками или канавками, расположенными по окружности относительно друг друга. Элементы 160 могут быть расположены на стержне 180 таким образом, что выемки 310 в каждом элементе 160 чередуются. Т.е., как показано на Фиг. 5, если выемка в одном дискообразном элементе направлена вниз, то выемка в следующем дискообразном элементе будет направлена вверх.

Дискообразные элементы могут быть изготовлены из одного металла. Предпочтительно дискообразные элементы могут быть выполнены из устойчивого к коррозии металла. Предпочтительно дискообразные элементы могут быть изготовлены из нержавеющей стали серии 300, такой как 316L. Считается, что генератор нанопузырей производит ионы посредством усилия сдвига на воду, когда вода проходит через элементы/диски 160, и эти ионы затем действуют как катализаторы для запуска эндотермической реакции. Предпочтительно диски обработаны лазером.

Как показано на Фиг. 4, каждый дискообразный элемент 160 может быть расположен по существу перпендикулярно направлению потока жидкого раствора внутри корпуса 110, так что элементы 160 могут по существу блокировать любой прямой поток жидкости через корпус 110, и в результате поток жидкости проходит через выемки, канавки или отверстия 310 в каждом из дисков. Из-за чередующегося расположения выемок поток жидкости между дисками 160 является турбулентным, и благодаря различным площадям поперечного сечения отверстий 310 в каждом диске 160, ширине дисков и пространству 170 между дисками 160 жидкость ускоряется и замедляется при прохождении через корпус 110, образуя турбулентный поток по поверхностям дисков 160. В некоторых случаях генератор нанопузырей может быть выполнен как однонаправленный и однопозиционный, как показано стрелками на фиг. 1, 2 и 4.

Химически обработанную жидкость пропускают через генератор нанопузырей при подходящем давлении для получения нанопузырей. В некоторых вариантах осуществления давление может составлять примерно от 1 бар (100 кПа) до 10 бар (1 МПа), хотя максимальное давление может быть более точно ограничено только структурной целостностью системы. В некоторых вариантах осуществления давление может составлять примерно от 2 бар (200 кПа) до 5 бар (500 кПа), от 3 бар (300 кПа) до 4 бар (400 кПа) и т.п. В одном конкретном варианте осуществления подходящее давление может составлять примерно 3,2 бар (320 кПа).

Анализ показал, что существует эндотермическая реакция, когда вода проходит через генератор нанопузырей, в котором вода охлаждается, например, на 2-4 градуса по Цельсию, при первой обработке. Это указывает на преобразование энергии внутри самого объема воды. Реакцию можно инициировать за счет энергии потока воды при давлении через ряд элементов внутри генератора.

Как показано на Фиг. 4, по мере того, как жидкость (показанная широкими стрелками на Фиг. 4) входит в зону кавитации или камеру 190, может происходить ряд реакций по существу одновременно, включая сдвиг, кавитацию, формирование микроструй, формирование мембранного тока/дзета-потенциала, электролиз, формирование нанопузырей, зарождение кристаллов и реорганизацию жидкой структуры воды.

Поскольку раствор жидкости течет через генератор нанопузырей, одновременные реакции, упомянутые выше, могут быть последовательно воспроизведены в соответствии с формулой n-1, где "n" представляет собой число дискообразных элементов 160 внутри корпуса 110, чтобы увеличить частоту изменений кинетической энергии раствора.

Предполагается, что результирующая жидкость, содержащая нанопузыри, будет иметь усиленные парамагнитные характеристики, которые могут влиять на свойства жидкости. Например, у воды могут измениться очищающие свойства, образование пара и льда, теплопередача и даже энергия, необходимая для прокачки воды. Можно уменьшить образование накипи, биопленки и биологическое загрязнение, а также можно изменить способ взаимодействия воды с маслами и жирами.

Дезинфицирующий блок на основе излучения

Как показано на Фиг. 1, дезинфицирующий блок на основе излучения (RDU) 200 может представлять собой герметичный корпус 220. RDU 200 подвергает содержащую нанопузыри жидкость, протекающую через него, электромагнитному излучению. В одном варианте осуществления RDU 200 может представлять собой ультрафиолетовый (УФ) дезинфицирующий блок, в который может быть вмонтирована или иным образом установлена испускающая ультрафиолетовое излучение лампа 210. Лампу 210 можно приводить в действие обычным способом, например, балластом, подсоединенным к сети переменного тока и к лампе. Обычно применяют водонепроницаемые и воздухонепроницаемые проводниковые соединения через корпус 220.

Источник питания, например, батареи, солнечные батареи или другой источник энергии, также может использоваться для управления блоком 200. Лампа 210 может быть заключена в защитную кварцевую втулку или любой другой материал, который пропускает УФ-излучение, при этом защищая лампу 210 от жидкости, которая циркулирует через блок 200. В другом варианте осуществления лампа также может быть погружена непосредственно в жидкость, циркулирующую через RDU, без необходимости в защитной прозрачной для УФ лучей втулке. В отсеке 220 жидкость, обработанную генератором нанопузырей 100а, заставляют перемещаться в корпус 220 через впускное отверстие 222 и двигаться по направлению к выпускному отверстию 224, подвергаясь в это время воздействию ультрафиолетового излучения, исходящего из лампы 210. Оно воздействует на любые микроорганизмы и патогены, которые могли выжить, до того момента, на котором, как предполагают, будут летальные уровни ультрафиолетового излучения.

Растворы полярных и неполярных жидкостей, гидрофильных и липофильных жидкостей могут быть использованы в качестве исходной жидкости, обработанной для создания нанопузырей в исходной жидкости, для получения обработанного раствора с высокой концентрацией нанопузырей. Как таковой источник может включать масла, спирты, воду, растворители, топлива, поверхностно-активные вещества, гели, углеводы, окислители, восстановители, ферменты, удобрения, микроэлементы, нуклеотиды и т.д.

Система, способ и устройство могут включать систему предварительной обработки исходной жидкости (секцию химической обработки), возможный генератор кристаллов с высоким дзета-потенциалом, возможную систему предварительной фильтрации, другое возможное фильтрационное устройство (устройства), возможные дополнительные генераторы нанопузырей или RDU. Элементы, такие как система предварительной обработки, генераторы нанопузырей, RDU, генераторы кристаллов с дзета-потенциалом сдвига, система предварительной фильтрации, фильтрующее устройство, находятся в гидравлическом соединении друг с другом и могут быть соединены посредством системы трубопроводов. Система трубопроводов может включать, например, трубы, шланги, трубки, каналы и т.п. В некоторых случаях могут быть включены клапаны для обеспечения того, чтобы поток жидкости имел соответствующее направление и в некоторых случаях являлся однонаправленным.

Раствор исходной жидкости, такой как вода (включая сточные воды, рециркулированную воду или водопроводную воду), масла, спирты и т.п., подается из источника (например, крана). Жидкость может храниться в резервуаре и может подаваться непрерывно или периодически из источника в систему. Состав исходной жидкости может быть проанализирован и, если необходимо, в секцию химической обработки могут быть добавлены дополнительные минералы и другие компоненты, чтобы получить исходную жидкость, имеющую соответствующий химический состав для дезинфекции. Исходная жидкость также может быть обработана до или после хранения в резервуаре, в системе предварительной обработки, чтобы в значительной степени удалить нежелательные загрязняющие вещества, которые могут препятствовать последующему процессу (процессам) обработки, такие как органические соединения, неорганические соединения, дебрис, маслосодержащие компоненты и т.п.

В некоторых вариантах осуществления система может включать способ введения подходящего дезинфицирующего химического соединения, такого как диоксид хлора (ClO₂), в исходную жидкость (при необходимости). Этот способ может включать: смешивание первого предшественника с содержащей нанопузыри водой для получения раствора первого предшественника, смешивание второго предшественника диоксида хлора с содержащей нанопузыри водой для получения раствора второго предшественника, и смешивание растворов первого и второго предшественников в реакторе, в результате чего получают исходную жидкость, содержащую диоксид хлора. Как отмечено выше, в одном из примеров первым предшественником может быть хлорит натрия (NaClO₂), а вторым предшественником может быть соляная кислота (HCl). Более конкретно, раствор первого предшественника может представлять собой примерно 7,5% NaClO₂ в воде, содержащей нанопузыри, а раствор второго предшественника может представлять собой примерно 10% HCl в воде, содержащей нанопузыри.

Исходную жидкость можно добавлять в резервуар с жидкостью непрерывно или периодически. Жидкость может протекать через генератор нанопузырей с силой и давлением, достаточными для инициирования эндотермической реакции для создания нанопузырей с парамагнитными свойствами. Для создания силы и давления можно использовать насос. Таким образом, жидкий раствор может активно закачиваться в одной или нескольких точках в системе или устройстве. Жидкость также можно выпускать с использованием самотечной системы или пассивной системы, например, расположенной в шлейфе для обработки воды перед водяной турбиной или пропеллером.

В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено фильтрующее устройство для уменьшения или устранения по меньшей мере некоторых бактерий, вирусов, цист, неорганических соединений, органических соединений, гормонов, фармацевтических соединений, эндокринных химических соединений и т.п. Могут быть использованы различные фильтрационные устройства, известные в данной области. Фильтрационное устройство может включать, например, фильтры частиц, угольные фильтры, фильтры обратного осмоса, фильтры на основе активированного угля, углекерамические фильтры, дистилляторные фильтры, ионизированные фильтры, ионообменные фильтры, ультрафиолетовые фильтры, фильтры с обратной промывкой, магнитные фильтры, энергетические фильтры, вихревые фильтры, химические окислительные фильтры, химические аддиктивные фильтры, Pi-фильтры для воды, фильтры на основе смол, мембранные дисковые фильтры, мембранные фильтры для микрофильтрации, мембраны для ультрафильтрации, мембраны для нанофильтрации, мембранные фильтры из нитрата целлюлозы, экранные фильтры, ситовые фильтры, микропористые фильтры и т.п.и их комбинации. Обработанную и профильтрованную жидкость можно хранить или распределять для использования и потребления.

Генераторы кристаллов с высоким дзета-потенциалом известны в данной области и обычно используются для предотвращения или уменьшения накипи. Одним из известных генераторов кристаллов с высоким дзета-потенциалом является система Zeta Rod™. Система Zeta Rod™ увеличивает дзета-потенциал кристаллов за счет электронного диспергирования бактерий и минеральных коллоидов в жидких системах, устраняя угрозу биологического загрязнения и накипи и значительно уменьшая использование химических добавок. Коллоиды в жидких системах становятся компонентами конденсатора и значительно усиливают их природный поверхностный заряд, изменяя двухслойные состояния, которые определяют взаимодействие частиц. Предполагается, что образование минеральной накипи будет предотвращено, поскольку система Zeta Rod™ стабилизирует дисперсию коллоидных материалов и суспендированных твердых частиц, предотвращая нуклеацию и прикрепление накипи к смачиваемым поверхностям. Бактерии остаются диспергированными в объеме жидкости, а не прикрепляются к поверхностям, и не могут поглощать питательные вещества или реплицироваться с образованием слизи и неприятных запахов. Существующая биопленка чрезмерно гидратируется, теряет прочность сцепления и диспергируется. Кроме того, система Zeta Rod™ предотвращает биологическое загрязнение, коррозию, вызванную микроорганизмами, и образование накипи.

Система предварительной фильтрации предназначена для уменьшения или существенного удаления из обработанной исходной жидкости минералов, таких как железо, сера, марганец и т.п. Система предварительной фильтрации может представлять собой, например, сетчатый фильтр из нержавеющей стали. Обработанную и предварительно отфильтрованную исходную жидкость можно пропустить через необязательное фильтрующее устройство, в котором бактерии, вирусы, цисты и т.п. в основном удаляются из обработанной жидкости. Предпочтительно микроорганизмы могут быть отфильтрованы из потока жидкости после обработки излучением.

Насос может быть предусмотрен, например, ниже первого генератора нанопузырей с тем, чтобы выпускать и распределять обработанную жидкость периодически или непрерывно для различных областей применения жидкой системы. Альтернативно, насос может быть установлен выше первого генератора нанопузырей.

Результирующая дезинфицированная или санитизированная жидкость, которая теперь имеет высокую концентрацию нанопузырей и обработана дезинфицирующими химическими соединениями и излучением, может размещаться и храниться в контейнере для хранения или может быть распределена для потребления или любых соответствующих целей.

Фиг. 6 иллюстрирует способ 400 обработки жидкости. На этапе 405 жидкость поступает из источника. Жидкость может приниматься системой периодически или непрерывно. В качестве одного из простых примеров, вода может поступать в систему из коллектора типовой скважины.

На этапе 410 жидкость подвергается химическому анализу/обработке для анализа и, при необходимости, регулировке химического состава жидкости. В некоторых случаях в жидкость могут быть добавлены химические соединения для получения химически обработанной жидкости, как описано в данном документе. Понятно, что исходная жидкость, возможно, уже прошла некоторую химическую обработку, такую как, например, когда в качестве исходной жидкости используется водопроводная/городская вода. В этом случае может быть проведен химический анализ и может быть предусмотрена обработка для регулировки химического состава исходной жидкости. В некоторых случаях химический состав исходной жидкости может быть хорошо известным, и анализ или обработка могут не потребоваться. В такой ситуации, если дополнительная обработка не требуется, химически обработанную исходную жидкость можно направлять по трубопроводам за пределами блока химического анализа/обработки (иногда называемого блоком предварительной обработки). В некоторых вариантах осуществления исходную жидкость можно подвергать обработке хлором, такой как обработка ClO₂, чтобы она стала ClO₂-водой. В некоторых случаях ClO₂ можно вводить на уровне, подходящем для дезинфекции, например, от 0,5 до 5 ppm. В некоторых других случаях уровень ClO₂ может составлять от 3 до 4 ppm.

На этапе 415 в химически обработанной жидкости генерируются нанопузыри с помощью генератора нанопузырей. Предполагается, что жидкость будет проходить через генератор нанопузырей с силой и давлением, достаточными для инициирования эндотермической реакции для создания нанопузырей с парамагнитными свойствами. Как отмечено в данном документе, в некоторых вариантах осуществления для создания силы и давления может использоваться насос.

На этапе 420 жидкость необязательно может быть профильтрована. Для дальнейшей обработки жидкости могут быть использованы фильтрационные устройства, подробно описанные в данном документе. Предполагается, что способ и система, раскрытые в данном документе, обеспечат некоторые преимущества, такие как отсутствие загрязнения, отсутствие канального эффекта, более низкий обратный ток, меньшее образование и переработка отходов, более длительный срок службы носителей, более низкая потеря напора и меньшая занимаемая площадь по сравнению со стандартными системами фильтрации сред для обработки воды. В некоторых случаях фильтры могут включать предохранительные фильтры с размером пор 40 мкм, которые предназначены для легкого осмотра и обслуживания. Предполагается, что эти фильтры остаются свободными от биологических загрязнений, что увеличивает срок службы фильтра.

На этапе 425 химически обработанную жидкость с нанопузырями дезинфицируют с помощью дезинфицирующего излучения, например, путем УФ-облучения. Предполагается, что УФ-облучение будет скоординировано с генераторами нанопузырей, как описано в данном документе, и может быть интегрировано в генератор нанопузырей. В случае УФ-излучения оно может быть поставлено на соответствующем уровне для дезинфекции (как правило, в диапазоне 40-50 мДж (миллиджоуль) на см²), и в некоторых случаях может применяться на более высоком уровне, чем обычно, вследствие защитного действия генератора нанопузырей на химическую обработку в отличие от обработки облучением. В некоторых случаях УФ-излучение может применяться в высоких дозах, например от 200 до 250 мДж (миллиджоуль) на см². Предполагается, что УФ-облучение сильно уменьшает или уничтожает органические соединения, пирогены и эндотоксины.

На этапе 430 дезинфицированная жидкость вытекает из системы и может храниться или распределяться для использования.

Система, способ и устройство, описанные в данном документе, предназначены для обеспечения меньшего выхода газа, большего ORP, большей эффективности обеззараживания и, как было показано, они являются эффективными в широком диапазоне рН.

Предполагается, что сочетание химической обработки с генерацией нанопузырей и обработкой RDU приведет к улучшенным результатам дезинфекции, в частности, к улучшенным результатам дезинфекции с более низким уровнем химической обработки.

В частности, генератор нанопузырей может изменять важные свойства, такие как окислительно-восстановительный потенциал (ORP) в химически обработанной жидкости. При увеличении ORP за пределы возможных существующих химических концентраций этот способ, как предполагается, повысит эффективность дезинфицирующих агентов. Генератор нанопузырей может увеличивать ORP выше примерно 650 мВ, что, как предполагается, будет достаточным для мгновенного уничтожения планктонных организмов. Система и способ могут обеспечить ORP выше 700 мВ с относительно небольшими количествами гипохлорита натрия по сравнению с обычно используемыми уровнями гипохлорита натрия (см. таблицы 1 и 2).

Таблица 2: Эффект 5 ppm гипохлорита натрия в воде, содержащей нанопузыри, на некоторые виды бактерий

Исследования показали, что при значении ORP 650-700 мВ свободно плавающие бактерии распада и порчи, а также патогенные бактерии, такие как Е. coli 0157:Н7 или сальмонеллы, обычно погибают в течение 30 секунд. Дрожжи и более чувствительные типы спорообразующих грибов также погибают на этом уровне после контакта в течение нескольких минут или меньше.

ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) приняла стандарт ORP для дезинфекции питьевой воды в 650 мВ. Когда измеренный в объеме воды ORP составляет от 650 до 1000 мВ, дезинфицирующий агент в воде достаточно активен, чтобы уничтожить вредные организмы довольно быстро, а некоторые почти мгновенно.

Нанопузыри могут обрабатывать поверхности за счет наногазового барьера. Этот наногазовый барьер может служить для противодействия прикреплению биопленки к поверхностям. Комбинация вышеуказанных эффектов создает санитизированную поверхность/систему.

Данный способ также может положительно влиять на рН и повышать эффекты растворимости воды. Для работы может потребоваться только давление воды.

Нанопузыри могут охлаждать или деформировать поверхности, намеренно расположенные в тесном контакте с нанопузырями, поскольку нанопузыри схлопываются, и возникает кавитация. В некоторых случаях кавитация считается разрушительной, и ее следует избегать, однако образование и схлопывание нанопузырей можно использовать для усиления и/или нанесения защитного покрытия на поверхность.

Системы питьевой воды

Варианты осуществления системы и устройства, раскрытые в данном документе, могут являться неотъемлемой частью различных систем питьевой воды. Было обнаружено, что вода, которая была химически обработана, а затем прошла через систему, включающую генератор нанопузырей и блок дезинфекции на основе излучения, может значительно уменьшить или уничтожить бактерии и микроорганизмы во всех типах вод и улучшить качество всех типов вод, включая питьевую воду, сточные воды и рециркулированную воду, тем самым предотвращая образование биопленки в различных системах трубопроводов, а также улучшая вкус воды. Системы питьевой воды могут включать, но не ограничиваясь ими, скважины, колодцы, родники, пруды, озера, реки, воды океана с предварительной обработкой и т.п. Благодаря образованным в воде нанопузырям кислород для аэробных бактерий может быть более доступным. Количество аэробных бактерий возрастает, в то время как анаэробная популяция уменьшается.

Пищевая промышленность

Неожиданно было обнаружено, что вода, обработанная согласно вариантам осуществления данного изобретения, может действовать как дезинфицирующий агент с добавлением минимального количества хлора (меньше 5 ppm) для хранения свежих продуктов. Поскольку было обнаружено, что обработанная вода устраняет формирование биопленки, затраты на санитизацию и производство продуктов питания снижаются, а срок годности увеличивается. Кроме того, поскольку более низкое поверхностное натяжение воды повышает растворяющую способность обработанной воды, было установлено, что вода, обработанная в системе, включающей генератор нанопузырей и RDU, создает этот эффект, значительно увеличивает выход масел из чая и кофе.

Применение для санитизации

Данная система может быть интегрирована в системы санитизации, такие как плавательные бассейны, механические мойки, автомойки, бытовые стиральные машины, коммерческие прачечные, бытовые и коммерческие посудомоечные машины, промышленная и пищевая санитарная обработка и т.п.

Применение для обработки воды

Данная система может быть частью оборудования для обработки воды, такого как смягчители воды, ионообменники, все мембранные и фильтрующие системы, в которых используется хлор, диоксид хлора, пероксид водорода, озон, РАА и т.п.

Применение для химической обработки

В некоторых областях применения для изменения характеристики жидкости может быть предусмотрена химическая обработка вместо стерилизации. Например, может быть проведена химическая обработка некоторых жидких продуктов для добавления цвета. Если жидкость необходимо обработать ультрафиолетовым излучением для дезинфекции/санитизации, то УФ-излучение может повлиять на химическую обработку. Система, описанная в данном документе, обеспечивает некоторую защиту для химической обработки за счет нанопузырей.

В конкретном примере и со ссылкой на фиг. 7А и 7В показана система обработки воды 500. Обработка начинается в источнике жидкости, таком как резервуар для хранения, цистерна или т.п., возможно, включающем городскую воду, которая была доставлена. При необходимости в исходную воду вводят химические соединения, такие как диоксид хлора, который может представлять собой диоксид хлора, полученный таким способом, как описано в данном документе.

Диоксид хлора может быть введен в воду из хлорного насоса 505, и затем вода проходит через генератор нанопузырей 510, где в хлорированную воду вводят нанопузыри.

Затем вода, содержащая ClO₂, нанопузыри, поступает в контактные резервуары 515, где происходит окисление железа, марганца, серы и других токсичных минералов. Для удаления железа, марганца, радона, мышьяка, соединений серы и т.д могут использоваться фильтры грубой очистки с фильтрующим элементом Greensand plus. Для удаления или уменьшения содержания масел, глифосатов и органофосфатов могут использоваться углеводородные фильтры.

Затем фильтрованную воду пропускают через блок УФ-излучения 520 для дальнейшей дезинфекции и, в идеале, для уничтожения любых оставшихся микроорганизмов.

Затем может быть выполнена окончательная фильтрация с использованием, например, ультрафильтрационной мембраны Hydranautics HYDROcap® 60 для удаления эндотоксинов, вирусов, бактерий, как мертвых, так и живых. Затем дезинфицированную воду можно отправить в резервуар для хранения 525 или использовать.

На Фиг. 8 представлена фотография резервуара для хранения воды, обработанной с помощью такой системы, как показанная на Фиг. 7А.

Хотя на черно-белой фотографии Фиг. 8 нельзя это оценить, полученная вода имеет голубой цвет (на этой фотографии вода находится внутри белого пластикового резервуара для воды). Резервуар на Фиг. 8 имеет толщину 17 мм, и голубой цвет еще очевидно выражен. Считается, что хлор, диоксид хлора или любое другое химическое соединение, которое является газом в воде, инкапсулируется в нанопузырях, создаваемых генератором нанопузырей. Поэтому цвет отраженного света является цветом инкапсулированного газа, в данном случае хлора. Интересно, что газообразный хлор внутри нанопузыря все еще дезинфицирует и влияет на величину ORP. Однако, поскольку нанопузырь, который содержит газ, отражает свет, то газ экранирован от ультрафиолетового света или другого излучения, который в противном случае может вызывать существенную фотодеградацию газа in situ.

При анализе не было получено доказательств какого-либо значительного сокращения свободного или общего хлора или ORP от воздействия УФ-излучения даже при дозах хлора до 0,5 ppm. То же самое наблюдалось с диоксидом хлора. Обзор технической литературы в случае диоксида хлора прямо подтверждает, что диоксид хлора очень восприимчив к УФ-деградации и должен храниться в темном месте после образования. Инкапсулируя диоксид хлора в нанопузыри, как описано в данном документе, значительную часть диоксида хлора, введенного в поток жидкости, можно защитить от фотолитической деградации.

Еще одной особенностью рассматриваемых способа и системы может быть предотвращение выхода газа из растворов диоксида хлора. С точки зрения охраны окружающей среды, здоровья и безопасности, рабочие, имеющие дело с растворами диоксида хлора, должны проявлять бдительность в отношении того, как применяется диоксид хлора, чтобы предотвратить выход газа и воздействие на рабочих. Посредством анализов было показано, что данные система и способ могут уменьшить количество выходящего газа по меньшей мере на 50%.

Также может быть преимуществом то, что данные система и способ могут замедлять процесс испарения, так что бассейны, градирни, конденсаторы и водные сооружения и т.п. испытывают меньшую потерю воды и, следовательно, требуют меньше подпиточной воды.

В одном эксперименте необработанную воду направляли через генератор нанопузырей. Воду, содержащую нанопузыри, использовали в качестве исходной воды для генератора диоксида хлора из двух компонентов-предшественников (DUPONT® OXYCHLOR® АС) с использованием 10% HOCL (хлорноватистой кислоты) и 7,5% NaClO₂ (хлорита натрия) с получением партии раствора 800 ppm ClO₂ (диоксида хлора). В некоторых случаях доза в ppm партии раствора может быть увеличена за счет использования более концентрированных химических веществ-предшественников. В этом эксперименте было получено 3000 ppm ClO₂.

Этот результат был неожиданным, поскольку было замечено, что произошло значительное увеличение ORP из-за нанопузырей, и диоксид хлора не выходил в виде газа даже при концентрации 9 ppm. Отмечается, что ClO₂ обычно измеряется в диапазоне от 550 до 600 мВ ORP.

Также отмечалось, что было достигнуто 95% и 100% превращение хлорита натрия в диоксид хлора. Обычное превращение в двухкомпонентном генераторе составляет от 60% до 70% с высоким уровнем остаточного NaClO₂. Этот расчет был выполнен путем вычисления количества используемого химического соединения и потребления в течение двухдневного периода.

Никакого выделения газа не наблюдалось на уровнях выше 0,3 ppm. Было отмечено, что выход газа ни разу не наблюдался при значениях, близких к 9 ppm.

Во втором эксперименте в исходную воду вводили 800 ppm диоксида хлора. Воду, содержащую диоксид хлора, обрабатывали с помощью генератора нанопузырей. Выход из генератора нанопузырей осуществляли в контактные резервуары со средним временем контактирования 30 минут. Измеренное содержание диоксида хлора в контактном резервуаре составляло 3,6 ppm. Из контактного резервуара воду, содержащую диоксид хлора, пропускали через фильтры грубой очистки KATALOX LIGHT®. Вода выходила с 3,1 ppm ClO₂. Затем вода, обработанная ClO₂, проходила через 20-микронные картриджные фильтры и через 200 мДж (миллиджоуль) ультрафиолетового (УФ) излучения с использованием системы, аналогичной системе, показанной на Фиг. 1. После УФ-обработки содержание ClO₂ в воде уменьшилось только на 0,4-2,7 ppm. На уровне 200 мДж следовало ожидать, что большинство или весь ClO₂ в воде будет удален. После УФ-обработки ClO₂-воду пропускали через ультрафильтрационные мембраны Hydranautics HYDRAcap® 60, рассчитанные на 80 кДа. В конце этого процесса измеренное содержание диоксида хлора составляло примерно 2,5 ppm. Однако ORP превысил 760 милливольт, что было неожиданным результатом.

ClO₂-воду давали коровам. В течение четырех дней выбросы аммиака и метана на ферме были значительно сокращены более чем на 70%, и было отмечено, что остаточный диоксид хлора в лотке с питьевой воды в самой далекой точке фермы наблюдался в количестве 0,3 ppm без образования биопленки. Ожидается, что со временем средний уровень диоксида хлора в лотках с питьевой водой увеличится до 1 ppm. Необходимый уровень диоксида хлора для хорошего окисления марганца, железа и других металлов составляет примерно от 3,6 до 3,8 ppm.

В некоторых случаях, когда система находится в процессе эксплуатации, она производит воду с 3,1 ppm ClO₂ на входе в многослойный фильтр (англ. «multi-media filter», «MMF»), 2,7 ppm на выходе из MMF, 2,5 ppm на УФ-выходе, 2,4 ppm на выходе после ультрафильтрации (UF), 1,9 ppm на выходе из отсека для очищенной воды и 0,17 ppm у потребляющих воду (т.е. на станциях поения животных).

Предполагается, что система и способ, описанные в данном документе, будут иметь более низкий дзета-потенциал для коллоидной коагуляции и флокуляции, более высокий ORP для контроля над биологическими соединениями, более высокую площадь поверхности для более быстрых реакций и отсутствие или уменьшение потенциала биологического или химического загрязнения.

В предшествующем описании в целях пояснения подробно излагаются многочисленные детали, чтобы обеспечить полное понимание вариантов осуществления. Однако специалисту в данной области будет очевидно, что эти конкретные детали могут не потребоваться. В других случаях хорошо известные структуры могут быть показаны в виде блок-схемы, чтобы не усложнять понимание. Например, не указаны конкретные детали того, реализованы ли элементы вариантов осуществления, описанных в данном документе, такие как программное обеспечение, аппаратная схема, встроенные программы или их комбинация.

Варианты осуществления данного изобретения или их компоненты могут быть предоставлены или представлены в виде компьютерного программного продукта, хранящегося на машиночитаемом носителе (также называемом носителем, читаемым с помощью компьютера, носителем, читаемым с помощью процессора, или пригодным для использования на компьютере носителем, имеющим читаемый с помощью компьютера программный код, воплощенный в данном документе). Машиночитаемый носитель может представлять собой любой подходящий материальный не изменяемый со временем носитель, включая магнитное, оптическое или электрическое средство хранения, включая дискету, компакт-диск ПЗУ (CD-ROM), запоминающее устройство (энергозависимое или энергонезависимое) или аналогичный механизм хранения. Машиночитаемый носитель может содержать различные наборы инструкций, кодовых последовательностей, информации о конфигурации или другие данные, которые при их выполнении заставляют процессор или контроллер выполнять этапы способа в соответствии с вариантом осуществления согласно данному описанию. Специалисты в данной области поймут, что другие инструкции и операции, необходимые для осуществления описанных имплементаций, также могут храниться на машиночитаемом носителе. Инструкции, хранящиеся на машиночитаемом носителе, могут выполняться процессором, контроллером или другим подходящим обрабатывающим устройством и могут быть связанными со схемой для выполнения описанных задач.

Предполагается, что вышеописанные варианты осуществления будут выступать только в качестве примеров. Изменения, модификации и отклонения в конкретные варианты осуществления могут быть внесены специалистами в данной области, не выходя за рамки объема, который определяется исключительно формулой изобретения, прилагаемой к данному документу.

Claims (16)

1. Система обработки жидкости, содержащая: источник жидкости; станцию химической обработки для анализа химического состава исходной жидкости и, при необходимости, для обеспечения соответствующего количества химической обработки жидкости для получения химически обработанной жидкости; генератор нанопузырей, гидравлически соединенный со станцией химической обработки, который генерирует нанопузыри в химически обработанной жидкости для получения жидкости с нанопузырями; дезинфицирующий блок на основе излучения (RDU), гидравлически соединенный с генератором нанопузырей, где жидкость с нанопузырями подвергается воздействию излучения и образуется обработанная жидкость; насос для получения потока жидкости через систему, где насос создает давление в генераторе нанопузырей от примерно 1 до примерно 10 бар; и выпускное отверстие, через которое вытекает обработанная жидкость.

2. Система обработки жидкости по п.1, где генератор нанопузырей содержит корпус, имеющий участок притока для приема исходной жидкости, участок оттока для выпуска жидкости, содержащей нанопузыри, и участок обработки, расположенный между участками притока и оттока, для обработки исходной жидкости, причем участок обработки имеет по меньшей мере две последовательные плоскости поверхности сдвига, разделенные кавитационными пространствами, камерами или зонами.

3. Система обработки жидкости по п.1 или 2, где RDU содержит: впускное отверстие RDU, функционально соединенное с генератором нанопузырей; дезинфицирующий блок, гидравлически соединенный с впускным отверстием RDU, содержащий корпус и средство, испускающее излучение; и выпускное отверстие RDU для выпуска из дезинфицирующего блока жидкости, обработанной излучением.

4. Система обработки жидкости по любому из пп.1-3, где анализ химического состава включает определение того, содержит ли исходная жидкость соответствующее количество химического соединения для дезинфекции исходной жидкости совместно с генератором нанопузырей и RDU.

5. Система обработки жидкости по п.4, где химическое соединение содержит диоксид хлора.

6. Система обработки жидкости по п.5, где диоксид хлора введен для получения примерно от 0,5 до 5 ррm (частей на миллион) в генераторе нанопузырей.

7. Система обработки жидкости по п.6, где диоксид хлора введен для получения примерно от 3 до 4 ррm в генераторе нанопузырей.

8. Система обработки жидкости по любому из пп. 3-7, где излучение представляет собой ультрафиолетовое излучение.

9. Способ обработки жидкости, включающий прохождение исходной жидкости через систему обработки жидкости по любому из пп. 1-8.

10. Способ обработки жидкости, включающий: получение химически обработанной жидкости; пропускание химически обработанной жидкости через генератор нанопузырей при давлении от примерно 1 до примерно 10 бар с получением жидкости, содержащей нанопузыри; обработку жидкости, содержащей нанопузыри, дезинфицирующим излучением с получением результирующей жидкости; и выпуск результирующей жидкости для использования.

11. Способ по п.10, где химически обработанная жидкость содержит исходную жидкость, подвергнутую химической обработке для получения химически обработанной жидкости.

12. Способ по п.11, где химическая обработка включает введение подходящего количества химического соединения в исходную жидкость.

13. Способ по п.12, где подходящее количество включает количество химического соединения для дезинфекции исходной жидкости совместно с генератором нанопузырей и дезинфицирующим излучением.

14. Способ по любому из пп.10-13, где излучение представляет собой ультрафиолетовое излучение.

15. Способ по п.14, где доза ультрафиолетового излучения составляет 250 мДж/см².

16. Система или способ по любому из пп.1-15, где исходная жидкость представляет собой воду, включая питьевую воду, сточные воды и рециркулированную воду.

Images