SE0850107A1 - Metod och anordning för behandling av vätskor - Google Patents

Description

15 20 25 30 desinficering och sterilisering av artiklar. Med dess oxiderande effekt verkar ozon snabbt på vissa oorganiska och organiska substanser.

En annan metod är att bestråla det skapade ozonet med UV-ljus med vissa våglängder för att bryta ned ozonet och skapa radikaler, vilka är aggressivare än ozon. En sådan metod beskrivs i EP 0 800 407, i vilken mediet som skall behandlas införs i någon form av inneslutning. I inneslutningen exponeras mediet for UV-strålning med en spektral fördelning inom området 130 - 400 nm. våglängderna under 200 i synnerhet, konverterar syret i mediet till ozonmolekyler (03). Ozonmolekylerna som format bryts samtidigt ner av strålning inom det ovanstående våglängdsområdet, i synnerhet våglängder - 400 nm. Samtidigt, det 03 som formas bryts ner for att forma atomärt syre.

För att öka effektiviteten under alstringen av fria radikaler, i synnerhet HO' radikaler, utnyttjas katalysatorer, anordnade i zonen där ozonet bryts ner till fria radikaler.

En utveckling av den ovan nämnda metoden som utnyttjar radikaler beskrivs i dokumentet PCT/SE2007/050676, av samma sökande som för föreliggande ansökan. Det beskriver en vätskebehandlingsinneslutning eller - reaktor som har ett inlopp och ett utlopp. lnuti reaktorn är ett antal långsträckta UV- genererande organ anordnade huvudsakligen vinkelrätt mot vätskeflödet genom reaktorn. Ett antal katalytiska plattor är också anordnade i staplar inuti reaktorn och huvudsakligen parallellt med vätskeflödet. De långsträckta UV-genererande organen löper genom staplarna med katalysatorer. Placeringen av katalysatorerna och de UV-genererande organen ger en mycket genomgående mixning av vätskan och en mycket god exponering av organismer i vätskan till radikalerna som formas nära katalysatorerna. Totalt erhålles en mycket genomgående och komplett behandling av hela vätskevolymen som passerar genom reaktorn. 10 15 20 25 30 Den ovan beskrivna designen med travar med plattor kan erbjuda ytterligare behandlingsegenskaper som utgör särdrag hos föreliggande uppfinning.

KORT BESKRIVNING AV UPPFlNNlNGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att ytterligare förbättra behandlingsmöjligheterna och - egenskaperna hos fotokatalytisk rening.

Detta ändamål uppnås med särdragen hos de oberoende patentkraven.

Föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning återfinns i underkraven.

Enligt en huvudaspekt av uppfinningen kännetecknas denna av en anordning för behandling av vatten innefattande en inneslutning som har UV-strålande organ och katalysatorer innefattande ett antal plattor anordnade i staplar med ett visst avstånd mellan dem och huvudsakligen parallella med varandra, kännetecknad av att den vidare innefattar en elektrisk likströmskälla anslutningsbar till nämnda katalysatorer så att varannan platta i stapeln är kopplad till plussidan hos kraftkällan och att varannan platta i stapeln är ansluten till minussidan hos kraftkällan.

Enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen är likströmskällan istånd att avge en spänning i området -5 - +5.

Enligt ännu en aspekt av uppfinningen är likströmskällan istånd att avge en ström l området 1 mA - 1A.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen innefattar katalysatorerna metall, metalloxider eller bägge såsom ädelmetaller, aluminiumoxid, titanoxid, kiseloxid och blandningar av dessa.

Enligt en vidare aspekt av uppfinningen innefattar nämnda UV-genererande organ UV-lampor, att nämnda UV-lampor är anordnade i långsträckta UV- 10 15 20 25 30 genomsläppliga rör och att nämnda rör är anordnade huvudsakligen vinkelrätt mot vätskans flödesriktning.

Föreliggande uppfinning har ett antal fördelarjämfört med de kända anordningarna i detta tekniska område.

Genom att pålägga en spänning mellan två angränsande katalytiska plattor förväntas ett antal positiva effekter: ökning av genereringen av radikaler i behandlingsprocessen; ökning av den fotokatalytiska förmågan hos katalysatorerna i det att det spektrala intervallet hos ljus som kan ge fotokatalys ökas; att möjliggöra att negativt eller positivt ytladdade organismer stannar under längre perioder angränsande till de laddade katalytiska ytorna för att förbättra processen; att ändra ytladdningen (z-potentialen) hos fotokatalysatorerna för att ändra kemin hos ytorna; ändra halvledaregenskaperna i olika riktningar hos fotokatalysatorerna. Även egenskaperna hos processen förbättras in situ för: aktiveringen av ozon till reaktiva radikaler, konvertering av den ozonida anjonen (Og ) till ozon, konvertering av ozon till den ozonida anjonen (03- ), - konvertering av superoxid (02- ) till syre (02 ), - konvertering av syre (02) till superoxid (Og ), - konvertering av superoxid (Og ) till hydroperoxid (Of (+2H+ -> H2O2)), - konvertering av H20; till hydroxylradikaler, - konvertering av H2O2 to superoxid, - nedbrytning av hydroperoxider (ROOH), - nedbrytning av organiska peroxider (R1OOR2).

Vidare, eftersom åtminstone delar av de inre ytorna är anordnade med reflektionsökande organ används UV-strålningen som avges från de UV- stràlningsgenererande organen till en mycket högre grad än om en del av UV- 10 15 20 25 30 strålningen absorberas, vilket således leder till en effektivare behandlingsprocess. Dessutom minskas den energi som krävs. lnnerytorna kan vara täckta av lämpliga material som har reflektionshöjande egenskaper. Företrädesvis har materialen även egenskaper att motstå de tuffa förhållandena inuti behandlingsenheten och de aggressiva effekterna från vätskan som skall behandlas. Materialen skall även vara effektiva mot beläggning, vilket annars skulle reducera reflektionseffekten under användning.

Dessa och andra aspekter på samt fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen och de tillhörande ritningsfigurerna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGSFIGURERNA I den detaljerade beskrivningen kommer hänvisning att göras till de tillhörande ritningsfigurerna, varvid Fig. 1 som utnyttjar föreliggande uppfinning, schematiskt visar en tänkbar utföringsform av en behandlingsenhet Fig. 2 plattor som innefattas i föreliggande uppfinning, visar ett exempel på en utformning av en stapel av katalytiska Fig. 3 visar ett annat exempel på en utformning av katalytiska plattor, och Fig. 4 visar ännu ett exempel på en stapel med katalytiska plattor med en viss form.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt en utföringsform som visas i Fig. 1 innefattar en renare som kan använda föreliggande uppfinning ett hölje 20, i den visade utföringsformen som en huvudsakligen långsträckt inneslutning med ett rektangulärt tvärsnitt och med 10 15 20 25 30 in- och utlopp 22, 24 vid vardera änden av inneslutningen. När vatten flödar i inneslutningen kommer det att flöda i den långsträckta inneslutningens riktning mellan inloppet och utloppet. I inneslutningen är ett antal UV-strålande ljuskällor 26 anordnade i långsträckta rör av kvartsglas 28, vilka sträcker sig mellan de motstående väggarna hos inneslutningen. Ljuskällorna är anslutna till lämplig kraftkälla. De UV-strålande ljuskällorna väljs så att de avger våglängder i området 130 - 400 nm för att konvertera syre i mediet till ozonmolekyler (03) och för att nedbryta ozonmolekylerna.

Vidare är ett antal plattor 30, åtminstone två, anordnade i inneslutningen, vilkas utsträckning huvudsakligen sammanfaller med flödesriktningen och således vinkelrätt mot lampornas utsträckning. Plattorna är anordnade i staplar med ett visst avstånd mellan dem. Plattorna verkar som katalysatorer för behandlingsprocessen, vilket således kraftigt ökar mängden framställda radikaler. Plattorna är således gjorda av ett material med katalytiska egenskaper för att öka antalet radikaler som produceras i de reaktiva zonerna.

Materialet kan inkludera metall och/eller metalloxider såsom ädelmetaller, aluminiumoxid, titanoxid, kiseloxid och blandningar av dessa.

Enligt föreliggande uppfinning är plattorna i staplarna anslutna till en likspänningskälla 36 så att varannan platta i en stapel är ansluten till den positiva anslutningen hos kraftkällan och att varannan platta är ansluten till den negativa anslutningen hos kraftkällan, Fig. 2. En lämplig spänning pålägges, vilken kan vara i området -5 - +5 V och med en stabil ström, som kan vara i området 1 mA - 1A.

Med detta arrangemang erhålles ett antal positiva effekter. Påförandet av spänningen på plattorna ändrar responsen för ljus hos katalysatorplattornas ytor och därigenom effektiviteten hos plattorna för att skapa radikaler eller andra kemiska komponenter genom fotokatalys. Således breddas det spektrala intervallet hos ljuset som kan ge fotokatalys och effektiviteten i omformningen av ljusenergi till kemisk energi. Andra positiva effekter är masstransporten som 10 15 20 25 30 ger förbättrad selektivitet, att ha negativt eller positivt laddade organismer att stanna under längre perioder vid de laddade katalytiska ytorna för att förbättra processen och öka ytladdningen (z-potentialen) hos fotokatalysatorn för att ändra kemin i skiktet närmast det katalytiska ytorna.

Antalet plattor och avståndet mellan dem väljs så att en optimering erhålls angående exempelvis transport av ljus från lamporna till de aktiva ytorna hos plattorna; transport av organismer i närheten av ytorna; och transport av fria radikaler från ytorna in i vätskevolymen.

Glasrören är anordnade huvudsakligen vinkelrätt mot flödesriktningen. I utföringsformen som visas i Fig. 2 är lamporna anordnade i två rader, men det kan även vara endast en rad eller fler än två rader beroende på energikraven.

De katalytiska plattorna är företrädesvis utformade att öka och/eller gynna turbulensen i de reaktiva zonerna samt utformade att öka ytområdet. Det finns ett antal olika utformningar, konfigureringar och kombinationer av dessa som kan användas. Enligt Fig. 4 är de katalytiska plattorna gjorda av sträckmetall vilket således skapar ett antal perforeringar eller hål 34 genom plattorna. En fördel med sträckmetall är att kanterna på hålen är skarpa, vilket således ökar turbulensen. Andra typer av utformningar kan vara stämpling, strukturpressning, korrugeringar och liknande. Det är också tänkbart att använda nät, vävda eller non-woventyger stängselnät och liknande. Dessa kan vidare vara av ett ljusgenomsläppligt material såsom kvartsglas, glasfiber eller andra material som har rätt egenskaper. Utformningen av ytorna hos plattorna och/eller strukturen hos plattorna tillförsäkrar att gränsskiktet blir mycket tunt, vilket annars skulle förhindra vätskeutbyte angränsande till de fotokatalytiska plattornas ytor, vilket skulle skapa döda zoner nära ytan där radikalerna är mest potenta. Andra sätt att minska gränsskiktet kan vara att öka råheten hos ytorna på katalysatorerna genom att exempelvis påföra kvartssand på ytorna. 10 15 20 25 30 Det finns ytterligare åtgärder som kan göras för att öka turbulensen och mixningen. Fig. 5 visar en utföringsform där, i motsats till Fig. 2, plattorna inte sträcker sig hela vägen genom inneslutningen utan är ”avbrutna”, vilket ger oavbrutna utrymmen 36 mellan staplarna med katalytiska plattor. Detta skapar turbulens i vätskan när den lämnar en stapel och ytterligare turbulens när den träffar nästföljande stapel så att en process, -> fotokatalys -> mixning -> fotokatalys -> mixning erhålles.

För att ytterligare öka turbulensen när en stapel lämnas kan plattorna ha en tvärsnittsutformning där framkanten hos varje platta, dvs. som vetter mot flödet, är skarp och där bakkanten är trubbig, Fig. 6.

De inre ytorna av inneslutningen kan vara anordnade med reflektionshöjande organ. Antingen år valda delar av de inre ytorna anordnade med reflektionshöjande organ eller alla inre ytor. Det reflektionshöjande organet kan ge en ”återanvändning” av UV-ljuset som avges från lamporna. Detta ger effekten att det är en mycket bättre effekt i det att ljus som träffar det inre av behandlingsenheten reflekteras och fortsätter att behandla vätskan. Det är således inte någon absorption av ljus, varvid energin som krävs för UV- lamporna minskas.

Det finns ett antal material som kan vara lämpliga som reflektionshöjande organ.

En viktig faktor är att materialet måste kunna motstå de ganska aggressiva förhållanden inuti enheten, såsom rostmotstående egenskaper och liknande.

Material som har visat sig framgångsrika är en del polymeriska material, och i synnerhet fluorplaster såsom polytetrafluoretylen (PTFE). PTFE har mycket höga reflektionsegenskaper och är således lämplig som ett reflektionshöjande material. Dessutom uppvisar PTFE mycket låga friktionskoefficienter och är även motståndskraftig mot aggressiva vätskor såsom havsvatten. Detta kommer att reducera eller till och med eliminera filmbildning och kommer även att reducera den hydrauliska friktionen genom behandlingsenheten. I detta 10 avseende skall det förstås att andra polymermaterial som uppvisar liknande egenskaper kan användas istället för PTFE. Polymermaterial är också mycket billigare än stål och andra metaller. Vidare kan polymermaterialet prepareras med katalytiskt material i exempelvis pulverform inblandat i polymeren, såsom exempelvis metaller och/eller metailloxider, såsom ädelmetaller, aluminiumoxid, titanoxid, kiseloxid och blandningar av dessa.

Det skall förstås att utföringsformerna hos uppfinningen beskriven ovan och visad i ritningsfigurerna skall betraktas endas som icke-begränsande exempel på uppfinningen och att denna kan modifieras på många sätt inom ramen för patentkraven.

Claims (19)

1. 0 15 20 25 30 10

2. PATENTKRAV 1.

3. Anordning för behandling av vatten, innefattande en inneslutning som har UV-strålande organ och katalysatorer som innefattar ett antal plattor anordnade i staplar med ett visst avstånd mellan dem och huvudsakligen parallella med varandra, kännetecknad att den vidare innefattar en elektrisk likströmskraftkälla anslutningsbar till nämnda katalysatorer så att varannan platta i stapeln är ansluten till plussidan hos kraftkällan och att varannan platta hos stapeln är ansluten till minussidan hos kraftkällan.

4. Anordning enligt krav 1, varvid likströmskraftkällan är istånd att avge en spänning i området -5 - +5.

5. Anordning enligt krav 2, varvid likströmskällan är istånd att avge en ström i området 1 mA - 1 A.

6. Anordning enligt något av de föregående kraven, varvid den vidare är anordnad med turbulens- och blandningsgenererande organ.

7. Anordning enligt krav 4, varvid katalysatorerna har turbulens- och blandningsgenererande organ valda från ett eller flera organ från gruppen bestående av perforeringar, hål, stansningar, strukturerade pressningar, korrugeringar och spår.

8. Anordning enligt krav 1, varvid katalysatorplattorna är anordnade så at de UV-genererande organen går igenom katalysatorplattorna. _ Anordning enligt krav 1, varvid de UV-genererande organen utsänder ljus inom området 130 till ungefär 400 nm.

9. Anordning enligt krav 7, varvid de UV-genererande organen utsänder ljus i åtminstone området 187 nm och 254 nm.

10. * 15 20 25 30 11 9. Anordning enligt något av de föregående kraven, varvid katalysatorerna innefattar metall, metalloxider eller bägge såsom ädelmetaller, aluminiumoxid, titanoxid, kiseloxid och blandningar av dessa. 10. Anordning enligt något av de tidigare kraven, varvid anordningen även innefattar UV-ljusreflekterande organ.

11.Anordning enligt krav 10, varvid det UV-ljusreflekterande organet är gjort av PTFE.

12.Anordning enligt krav 10 eller 11, varvid det UV-ljusreflekterande organet vidare innefattar katalytiskt material.

13.Anordning enligt krav 1, varvid nämnda UV-genererande organ innefattar UV-lampor, att nämnda UV-lampor är anordnade i långsträckta UV- genomsläppliga rör och att nämnda rör är anordnade huvudsakligen vinkelrätt mot vätskans flödesriktning.

14.Anordning enligt krav 1, varvid lampor är anordnade genom nämnda staplar och varvid utsträckningen av nämnda plattor huvudsakligen sammanfaller med flödesriktningen.

15.Anordning enligt något av de föregående kraven, varvid det är ett antal lampor anordnade i nämnda inneslutning, att varje lampa är anordnad genom en stapel plattor och att det är ett avstånd mellan varje stapel, vilket möjliggör turbulens och blandning av vätskan när den kommer in i och lämnar nämnda staplar.

16.Anordning enligt krav 15, varvid nämnda plattor har en tvärsnittsutformning sådan att framkanterna är skarpa och bakkanterna är trubbiga. 12

17. Metod för behandling av vatten, innefattande bestrålning av ballastvatten med ultraviolett ljus i närvaro av syre och katalysatorer för framställning av ozon och fria radikaler i reaktiva zoner, varvid katalysatorerna innefattar ett antal plattor anordnade i staplar med ett visst avstånd 5 mellan dem och huvudsakligen parallella med varandra, kännetecknad att den vidare innefattar en elektrisk likströmskraftkälla anslutningsbar till nämnda katalysatorer så att varannan platta i stapeln är ansluten till plussidan hos kraftkällan och att varannan platta hos stapeln är ansluten till minussidan hos kraftkällan. 10

18. Metod enligt krav 17, varvid likströmskraftkällan är istånd att avge en spänning i området -5 - +5.

19. Metod enligt krav 17 eller 18, varvid likströmskällan är istånd att avge en 15 ström i området 1 mA - 1A.