CN103339244A - 使用紫外辐射处理不透明液体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理不透明液体的方法，包括步骤：将一处理单元放置于待处理的液体体积内，所述处理单元包含一能发出UV辐射的UV辐射组件；使用UV辐射照射所述液体体积，其中所述UV辐射能在所述液体中产生自由基，所述自由基与液体中的物质发生反应，从而处理液体。

Description

使用紫外辐射处理不透明液体的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种处理液体的方法，特别是不透明的液体。本发明尤其涉及一种使用辐射技术的方法。

背景技术

市场上有许多能够处理液体的装置，特别是净化液体的装置。在许多情况下，在处理的步骤中使用能够产生紫外辐射的组件，特别是某些波长的能生成不同反应组分（举例来说，如臭氧、过氧化氢、自由基）的紫外辐射。为了提高净化工艺的效能，一些处理装置设置有催化剂，所述催化剂能引起例如用于生成处理组分的光催化反应。

当处理具备良好可透性的液体时，即来自紫外发生组件的辐射能扩散到待处理的体积中，以上提及的处理方法具有好的表现。液体中填充的增加液体不透明性的颗粒和类似物体越多，辐射越难到达待处理液体的全部体积。

液体处理及净化很重要的一个领域是需要使用切割液的机械加工。切割液通常包括油和水的乳液，其中的水使它们易受细菌和其他微生物的影响，导致产生恶臭，继而会破坏切割液的功能并堵塞仪器和处理切割液的管道。进一步的，该切割液在使用中会越来越多地负载机械加工中的杂质。

已经做出许多的尝试，使用不包含化学试剂的技术来净化切割液，其中一些尝试是使用紫外辐射。这个背景下的主要问题是切割液的不透明性，在使用中，杂质如切割碎片，以及液体中生长的微生物、细菌和/或真菌使切割液的不透明性变得更坏。美国专利文件US6,344,176中公开了一种这样的尝试，其中的切割液受紫外线辐射。为了能够解决不透明性的问题，将切割液在运载鼓（carrier drum）上形成液体薄膜，紫外辐射组件则放置在靠近运载鼓的地方。用这种方式，该紫外辐射组件可以辐射穿过薄膜的厚度。US6,344,176的装置的主要缺陷是限制了处理能力，这是因为它仅能处理薄的薄膜，即在一段时间内，仅能处理非常少量的切割液。同时，US6,344,176的装置在车间中需要额外的楼层空间（floor space），不然，这个空间可以用作生产制造。

专利文件WO9962104中公开了另一种尝试，其中为了解决某些液体较差的可透性，增加能量的输入。这里使用了具有特殊设计的准分子灯，通过该设计处理流动的待处理液体。为了控制能量的输入，该准分子灯设置有冷却装置。

虽然能量输入的增加改善了待处理液体中的传播深度，从而提高了处理比例，但是仍然需要特殊设计的灯及其包裹外壳设计，而使用该特殊设计能处理的实际体积依然是相当有限的，从而，例如切割液的全部体积的处理过程是相当耗时的。

使用紫外辐射处理遇到的另一个问题是，保护紫外辐射源的如石英玻璃封闭的UV灯的表面被粘附在该表面上的材料和生物体污染。随时间推移，这样会大大地降低UV灯的效率，并最终导致一点输出也没有。现有的补救这个问题的方法是停止处过程，移除处理单元，并手动清洁保护玻璃，这是一件劳动密集的工作。同样，清洁过程中，生产会停止。

处理不透明液体时遇到的另一个问题是紫外辐射在液体体积中的传播很差。因此，如果处理更大体积的液体体积，将它暴露于UV处理是有利的。

因此，在处理液体的领域上，仍然具有改善的空间。

发明内容

本发明的目的是为了克服已知的处理不透明液体的方法和装置的缺点，尤其是包含一定量生物材料（如细菌和其他微生物）的液体。

本发明通过具有独立权利要求中的技术特征的方法实现该目的。本发明优选的实施方式构成从属权利要求的主题。

根据本发明的主要方面，其特征在于一种处理不透明液体的方法，包括步骤：将一处理单元放置于待处理液体的体积（volume）内，所述处理单元包含一能发出UV辐射的UV辐射组件；使用UV辐射照射所述液体体积，由此所述UV辐射在所述液体中形成自由基，所述自由基与液体中的物质发生反应，从而实现液体处理。

根据本发明的另一个方面，所述UV辐射能在所述液体中产生光致电离效应（photo-ionization effect）。

根据本发明的又一个方面，所述处理单元进一步包括一高纯度的石英玻璃，其放置在所述UV辐射组件和所述待处理液体之间。

根据本发明的另一个方面，所述处理单元进一步包括光催化物质，其放置在UV辐射中，用于产生光催化效应。

根据本发明的另一个方面，所述光催化物质放置在不渗透液体的载体上。

或者，所述光催化物质放置在液体能够渗透的载体上。

根据本发明的另一个方面，进一步包括在所述待处理液体的体积中形成一流动液体(flow)的步骤。

根据本发明的另一个方面，进一步包括在所述液体体积中通过静态混合部件混合并引导所述流动液体。

根据一优选的方面，沿所述UV辐射组件引导所述流动液体。

根据本发明的另一个方面，进一步包括引起保护表面振动的步骤，以移除粘附在所述表面上的任何材料。

根据本发明的另一个方面，选择所述振动，以使其大体上与所述保护表面的固有频率一致。

优选地，所述振动由压电元件制造。

本发明具有多种有益效果。通过将处理单元放置在待处理液体的体积中，处理过程不需要进行液体输送或设置输送机构。通过在液体体积中制造能处理液体的自由基，可以得到一非常强力的处理机构。

上述构造的优点在于该处理单元能产生在处理过程中使用的光致电离效应。此外，或作为替换，处理过程中使用光催化效应。不论何种情况，所述处理单元与合适的装置配合设置，以建立需要的处理组件。为建立或增强需要的处理组件，所述UV辐射组件同样也如此设置，以发射出适当的波长。甚至为了进一步加强效果，在液体体积中制造流动液体，以使全部液体体积暴露在该方法下，从而得到处理。

本发明的另一个优点是将静态混合器和处理单元结合在一起使用。混合器提供的优点在于能够使更大体积的待处理液体从靠近UV源的UV辐射中通过，从而使液体非常有效地暴露在UV辐射中。静态混合器是优选的装置，因为这样没有需要维护的移动部件。此外，该混合器可以是明显不同的部件，如带叶片或翼的、平面的或曲线的、成角的或直的以及这些类型的组合，或者它们是连续的，如贯穿其整个外壳包围细长的UV源的螺旋。

本发明的另一个优点是使用振动元件或振荡器，能够引起封闭UV源的保护表面（如石英玻璃）的振动。这些振动很大程度地降低了材料或微生物粘附在表面上的可能性。在这方面，保护表面（如石英玻璃）的固有频率被证明对于实现该目的是非常有效的频率。

本发明的这些或其他方面及优点将从下面的详细描述和附图变得更为清晰。

附图说明

本发明的以下详细说明将引用附图作为参考，其中：

图1是本发明中使用的处理单元的侧面示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种处理流体的方法，特别是不透明的流体。

根据本发明附图中所示，设置有一处理单元10。该处理单元10包括至少一个能在液体中产生辐射能的辐射源16。由于UV辐射具有的明显效果（positive effect），所述辐射源优选为能产生UV区域辐射的。为了建立良好的处理环境以及最大化UV辐射的处理效率，本发明提供了不同的措施。这种措施中的一个是将处理单元10放置在一位于UV辐射源16和待处理液体14之间的透明玻璃罩18或壁中。为了产生需要的能有效处理液体的光致电离效应，该玻璃罩18采用非常纯的石英玻璃制造。优选的波长是在100nm到220nm的区域内，优选的峰值在170-190nm之间。水分子吸收这些高能波长，导致水分子的均裂，生成氢原子和羟基自由基。该过程将产生具有高氧化能力的自由基，其用于损坏或分解液体中的任意有机或生物材料。

根据本发明的一个方面，处理单元，或优选地多个处理单元10，放置在外壳或反应器20中，其具有待处理液体的进口22和出口24，以流过外壳。随后，优选地将处理单元10放置在外壳中，使液体的全部体积都暴露在UV辐射下，从而使光致电离发生在整个体积中。

进一步，该反应器配合设置多个静态混合器，以引导和混合流过反应器的液体，从而使液体充分地暴露在UV辐射中，尤其是使待处理液体的全部体积经紫外灯的UV处理区域内通过。

一替代的反应器显示在图2中，包括一大体细长的管或外壳20’，其形成一处理空间，并且具有一进口22’和出口24’。参考图2，在该实施例中，UV灯16’设置在细长的石英玻璃外壳或罩18’中，并且其沿液体流动方向延伸，即灯的延伸与液体的整体流动一致。随后，静态混合部件30放置在灯的附近，其可以沿灯的外壳引导流动液体，同时混合液体。这样，由于混合器的作用，增加了经过灯的液体全部体积暴露到紫外辐射中的比例。该混合部件可具有多种不同的设计，取决于所需要和预期的功能和产量（output）。它们可以是单独的不同的板，所述板可以是沿灯的长度的例如螺旋或类似曲线形状分布的平面的或曲线的或连续的平板。

根据本发明，图2的振动单元32可进一步连接到石英玻璃，优选地在处理空间外。振动单元32通过引线36连接到一动力驱动源34。当启动后，该振动单元能以适当的频率和振幅在玻璃管中引起振动，这种频率和振幅可将粘附在玻璃外表面上的任何材料去除。振动频率的其中一个范围的可以是石英玻璃罩的固有频率，这种固有频率将可有效地防止任何的材料或微生物粘附在表面上。一种优选的振动单元是压电元件，其能以很少的输入功率产生振动。

根据净化单元的具体应用和大小，由此可能需要较大的玻璃管和/或多个振动单元。为了获得最好的结果，振动单元的位置也可不同。

根据图3，处理反应器20可以放置在液体的常态循环（normal loop）中，位于储存罐42和切割机44（如车床、铣床等等）之间，切割机在20’’前面或在20’’’后面。仅具有连接到罐12的反应器20’’’’的单独循环也是可行的，其中液体在反应器中循环并进行处理。

作为替代，可以直接将一个或多个处理单元放置在含有待处理液体14的罐42中，如图4。例如，体积42可以是切割机中常见的隔间，其中在机械加工中，使用切割液进行冷却和润滑机械加工的过程。

一个额外的特征是，通过光催化过程生产的自由基对于处理液体也是非常有效的。因此，图4中催化物质放置在UV辐射源的附近，以使该催化物质被辐射到。光催化物质的存在增加了或制造了分解自由基。该光催化物质可放置在合适的载体上，如金属盘、筛或甚至是附在周围玻璃的表面上。合适的光催化物质包括，仅列举一些，贵金属、TiO₂、SiO₂。

当将多个这种单元放置在待处理液体的体积中时，可获得整体体积的彻底处理效果，净化液体并去除任何有机材料。额外的功能可在反应器中或在含有液体的罐中包括建立或控制待处理液体中流动液体的搅拌器48和/或挡板。

应该理解的是，以上描述的实施例和附图所示仅被视为本发明的非限制性实例，并且在权利要求的范围内可做多种修改。

Claims (13)

1.处理不透明液体的方法，包括步骤：

-将一处理单元放置在待处理液体的体积中，其中所述处理单元包含一能发出UV辐射的UV辐射组件；

-使用UV辐射照射所述液体体积，其中所述UV辐射能在所述液体中形成自由基，所述自由基与液体中的物质反应，从而实现液体处理。

2.根据权利要求1所述的方法，所述UV辐射能在所述液体中产生光致电离效应。

3.根据权利要求2所述的方法，所述处理单元进一步包括一高纯度的石英玻璃，其放置在所述UV辐射组件和所述待处理液体之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述处理单元进一步包括放置在UV辐射中的光催化物质，用于形成光催化效应。

5.根据权利要求4所述的方法，所述光催化物质放置在不渗透液体的载体上。

6.根据权利要求4所述的方法，所述光催化物质放置在液体能够渗透的载体上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在所述待处理液体的体积中形成流动液体的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在所述液体体积中通过静态混合部件混合并引导流动液体。

9.根据权利要求8所述的方法，其中沿所述UV辐射组件引导所述流动液体。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括引起保护表面振动的步骤，以移除粘附在所述表面上的任何材料。

11.根据权利要求190所述的方法，其中选择所述振动，以使其大体上与所述保护表面的固有频率一致。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中通过压电元件制造振动。

13.实现权利要求1-12中任一项所述方法步骤的装置。

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