CN1177766C - 用由水电解产生的臭氧处理水的装置和方法 - Google Patents
用由水电解产生的臭氧处理水的装置和方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种通过就地产生的臭氧处理水的方法和装置，特别是要除去大量的污染物，特别是有机的，无机的和生物的污染物。通过电解产生的氧和波长为189nm的紫外光的相互作用，可以就地经济地生产高浓度的臭氧。该装置有一套阳极和阴极用于电解产生新生氧，新生氧与波长为189nm的紫外光作用而在容器内“就地”产生臭氧，在容器内，污染的水受到臭氧和其它氧化反应的联合作用。该装置也有水力旋流器或滞留箱以从二级出口除去阳离子污染物如重金属，自由基，以及不希望的电解副产物如新生氢。随后把氧化副产物从出去的水流中通过倾析，絮凝，凝结或过滤除去。
Description
技术领域
本发明涉及在水中就地产生臭氧的方法和装置以便从水中除去大量的污染物，除了细菌和病毒外，特别是有机污染物。
背景技术
为了进行水的纯化而不使用生物杀伤剂如氯和其它化合物，本领域熟知使用臭氧(O3)作为杀菌剂。臭氧通常是在介质(水)外制备然后用注射器或在接触塔中鼓气的方式注射到水中。这样由于使用了几种装置而使得过程松散且昂贵。
本领域熟知臭氧可以通过水的电解而产生。举例说，美国专利第5,250,177号和第5,154,895号公开了通过电解产生臭氧的装置。这样产生的臭氧然后用于纯化水。美国专利第4,728,441号公开的装置是从电解产生的氧制备臭氧。然而，这样制备的臭氧被回收而在装置外使用。美国专利第4,416,747号，第5,205,994号，第5,686,051号，第5,203,972号，和第5,779,865号公开的装置是使用固体电解质产生臭氧。美国专利第3,623,970号公开的生产臭氧流的装置是通过电解水并且把这样产生的氧转化成臭氧。
本领域还知道臭氧可以通过紫外线产生。举例说，可以参考美国专利第4,189,363号(Beitzel)和第4,992,169号(Izumiya)。
人们还知道，如果把臭氧和被纯化的水混合，使用紫外线杀伤微生物的装置的效率可以提高。就这一点，可以参考美国专利第5,266,215号(Engelhard)。
美国专利第5,151,252号(Mass)公开了一种用于处理被光反应组分污染的流体的光化学反应器。该专利公开了在处理区反应器的壁可以涂上一层催化剂以便增加二级反应的速率，二级反应是与初始光化反应产生的反应产物一起发生的。
就发明人的个人所知，没有一种现有技术的参考文献公开了一种装置或方法，其中高含量的溶解臭氧(O3)或其它活性氧物种就地产生了，以一种经济的方式破坏污染物和微生物同时让不希望的电解副产物分离开。
发明内容
本发明基于这一发现：臭氧可以通过由电解产生的氧和波长为189nm的紫外线之间的相互作用在水流中就地产生。这样就地产生的臭氧省去了使用臭氧产生器和/或臭氧注射设备的必要。这样产生的臭氧非常可溶。此外，本发明提供的设备可以防止操作时产生的氢和其它阳离子再进入主流中。
因此本发明的第一个目的是提供一种有效且经济的处理水的方法，特别是饮用水，但并不限于此。该方法是用就地产生的臭氧氧化污染物。该方法也允许杀死活着的污染物如细菌和病毒同时分离不希望的电解副产物。
本发明的方法是要用于纯化含有污染物的水，通过氧化污染物以形成氧化产物并除去这些氧化产物。根据本发明，本方法的特征在于在一个容器内处理含有污染物的水，而臭氧是靠用紫外辐射由电解产生的新生氧而就地产生的。
本发明的另一个目的是提供一种执行上述方法的装置。
本发明的装置是要用于纯化含有污染物的水，通过氧化所述污染物以形成氧化产物并除去这些氧化产物。该装置包括：
a)至少一个反应器，该反应器包括：
-容器；
-至少一个入口装置，把要纯化的含有污染物的水引入到容器中；
-至少一个出口装置，以便从容器中回收纯化了的水；至少一个在容器中心延伸的导管，所说导管是由对紫外线透明的材料制成的；
-安装在所述至少一个导管上的紫外光灯，所说紫外光灯产生紫外辐射；
-一个第一电极，其延伸靠近所述至少一个导管并包围该导管；
-一个第二电极，其延伸远离第一电极并包围第一电极；
b)连接到所述第一和第二电极的电源，以便在它们之间产生电势差；
以及
c)从水中除去氧化产物的装置，
该装置的特征在于：
-第一电极由金属丝网组成并作为阳极连接到电源上，其中金属丝网由导电材料制成；
-第二电极作为阴极连接到电源上；
-多孔介质在阳极和阴极之间延伸，该多孔介质包围着阳极并被所述阴极包围着；以及
-反应器还包括另外一个出口装置，用于从容器中回收被阴极吸引的阳离子。
在使用时，在阳极电解产生氧并被紫外光灯产生的紫外辐射就地转化成臭氧，这样产生的臭氧与水中所含的污染物反应并把它们转化成氧化产物，同时，重金属的阳离子，Ca2+和Mg2+，被阴极吸引。
优选的是，导管由石英制成，并且选择紫外光灯以产生波长为189nm的电磁波。
附图简述
读了下述对本发明的优选实施方案的非限定性描述，并参考附图，将对本发明有更好的了解。
图1是根据本发明优选实施方案的装置的反应器的纵向截面图。
图2是图1所示反应器沿着II-II线的横截面图。
本发明的优选实施方案的描述
附图中给出的是本发明的优选实施方案的装置，它主要包括连接到直流电源5和装置7，9上的一个反应器1，所述装置7，9用于除去在反应器内形成的氧化产物。
反应器1包括容器3，其可以是任何合适的尺寸(即从几个英寸到几个英尺)。容器3可以是任何合适的构形。然而，如图1所示，容器3优选的形式是一个长形管子，它包括两个相对的末端19和21以及中间部分23。容器3可以由任何合适的金属或非金属材料制成。在容器3的末端部分19，提供了一个入口装置用于把要纯化的含有污染物的水引入容器3。如图1所示，这些入口装置可以包括导管25，其开向容器3的末端部分19的圆形周边。在相对的另一端21，提供了出口装置以从容器3回收处理了的水。如图1所示，这些出口装置可以包括在末端21中心放置的导管27。
反应器1也包括由对紫外线透明的材料制成的中央导管31。导管31在容器3中同轴延伸并被由导电材料制成的金属丝网32包围着。导电材料可以是金属也可以是石墨。金属丝网32的导电性材料优选自镁，铝，钛，锆，钯，铂，铌，它们的组合和含有它们的合金，更优选的导电材料选自镀铂的钛，锆和铌。金属丝网32是用电器接插件33连接到直流电源5上的。电器接插件33是由铂，金，石墨或任何其它在水中不可溶的导电材料制成的。电连接体33连接到直流电源的正极。结果，金属丝网32是阳极。
反应器1还包括包围着导管的多孔介质34。该多孔介质包括多孔陶瓷，烧结玻璃，烧结陶瓷，烧结金属，穿孔金属，布或非金属管，金属丝网或任何其它水可以透过和多孔的介质。另一个金属丝网35包围着多孔介质34。金属丝网35可以用与金属丝网32相同的导电材料制成的，即石墨或金属。金属丝网35优选地是由选自镁，铝，钛，锆，钯，铂，铌，钒，铁，镁，石墨，或者它们的组合和含有它们的合金制成的。金属丝网35是由铂，金，石墨或任何其它在水中不可溶的导电材料制成的另一种电器接插件连接到直流电源上的。由于这种连接的结果，金属丝网35是阴极。
如图2所示，分别由金属丝网32和35定义的阳极和阴极同轴延伸并由多孔介质34分开。然而，如果需要，可以有其它配置，只要能在靠近导管31的地方产生氧。
如前所述，金属丝网32和35连接到电源5上是为了产生不同的电势。电源产生的直流电可以是直的或脉冲式的直流电，在直流电上叠加的交流电，或临时改变方向的直流电。当然，电源产生的电流和电压必须能在导管31周围足够产生大量的氧。
把产生紫外辐射的紫外光灯36插入到导管31的中心。紫外辐射的波长足以允许氧转化为臭氧(大约189nm)。导管31如前所述是紫外线透明的。这个导管优选地是由石英(SiO2)制成的，但是它可以由任何其它材料制成，只要这种材料(1)能够经受高水压和(2)让波长为大约189nm的紫外光透过。紫外灯36的目的是把容器内电解产生的氧就地转化成臭氧。值得注意的是，在金属丝网(阳极)32上通过电解就地产生的氧在189nm紫外辐射下产生的臭氧不但是就地产生的而且很容易溶解。当然，这样产生的臭氧和水中的污染物反应并把它们转化成氧化产物。
如图1所示，在导管27的下游提供的装置7和9是用来除去这样形成的水的氧化产物的。这些装置可以包括水力旋流器7和一个或多个过滤装置。这些装置是本领域熟知的，不需要进一步描述。
或者，在水中形成的氧化产物可以通过在一个单独的箱子中停留而除去。在一定时间之后，水分成两相，一相由纯化的水构成，另一相含有溶解的氢和/或阳离子污染物。纯化的水可以回收，如果需要可以再过滤。如果需要，可以在把水引入反应器之前或之后在水中加入絮凝剂以改进氧化产物除去的效率。
在容器3中可以提供涡流装置用于引导和暂时保持含有污染物的水的流动，从而增加了这些水在反应器中的路径以及处理的时间和效率。如图1所示，这些涡流装置可含有惰性材料制成的隔板37，它连接到容器3的内表面。这些隔板37优选的是在垂直于被处理的水的总的流动方向延伸。如图1和2所示，隔板37可以是连续的半圆形盘子。
使用时，要纯化的水通过容器3的末端19的入口装置(导管25)引入，其压力足够让水流过容器3。优选的是使用泵(未显示)提供水在容器中的连续流动。选择泵的流速以获得在容器3中给定的停留时间。停留时间可以由本领域的技术人员通过容器内氧的生产速度和用于对污水的足够的处理施加的张力来很容易地决定。在容器内，把含有污染物的水用通过辐射氧而就地产生的臭氧来处理，所述氧是通过电解就地产生的。处理过的水然后从出口装置27排放出来。处理过程中产生的氧化产物主要是无毒气体，象CO2，和/或容易通过过滤除去的颗粒。如果需要，另一个出口30可以安排在容器的周边以除去不需要的可能在反应器的操作过程中产生的电解副产物。
当然，可以在不偏离后附权利要求所限定的发明范围条件下，对上述的优选实施例进行多次修改。
Claims (15)
1.一种装置，通过氧化所述污染物以形成氧化产物并除去这些氧化产物来纯化含有污染物的水，所述装置包括：
a)至少一个反应器(1)，该反应器包括：
-容器(3)；
-至少一个入口装置，把要纯化的含有污染物的水引入到容器中；
-至少一个出口装置，以便从容器中回收纯化了的水；
-至少一个在容器中心延伸的导管(31)，所说导管是由对紫外线透明的材料制成的；
-安装在所述至少一个导管上的紫外光灯(36)，所说紫外光灯产生紫外辐射；
-一个第一电极，其延伸靠近所述至少一个导管并包围该导管；
-一个第二电极，其延伸远离所述第一电极并包围该电极；
b)连接到所述第一和第二电极的电源(5)，以便在它们之间产生电势差；以及
c)从水中除去氧化产物的装置(7，9)，
其特征在于：
-第一电极由金属丝网组成并作为阳极连接到电源(5)上，其中金属丝网由导电材料制成；
-第二电极作为阴极连接到电源(5)上；
-多孔介质(34)在第一电极和第二电极之间延伸，该多孔介质(34)包围着第一电极并被所述第二电极包围着；以及
-反应器(1)还包括另外一个出口装置(30)，用于从容器中回收被第二电极吸引的阳离子，
然而，在使用时，在第一电极电解产生氧并就地被紫外光灯(36)产生的紫外辐射转化成臭氧，这样产生的臭氧与水中所含的污染物反应并把它们转化成氧化产物，同时，重金属的阳离子，Ca2+和Mg2+，被第二电极吸引。
2.权利要求1的装置，其特征是所说至少一个导管(31)由石英制成，并且选择所说紫外光灯(36)以产生波长为189nm的电磁波。
3.权利要求1或2的装置，其特征是第二电极是由导电性材料制成的金属丝网组成。
4.权利要求3的装置，其特征是制成所说第一电极和第二电极的导电性材料是不可溶的。
5.权利要求4的装置，其特征是制成所说第一电极和第二电极的导电性材料选自镁，铝，钛，锆，钯，铂，铌，它们的组合和含有它们的合金。
6.权利要求4的装置，其特征是制成所说第一电极和第二电极的导电性材料由石墨组成。
7.权利要求1至6中任一权利要求的装置，其中所说容器(3)提供了涡流装置，用于在反应器内引导和暂时保持欲纯化的水。
8.权利要求1至6中任一权利要求的装置，其特征是所说从水中除去氧化产物的装置包括水力旋流器。
9.权利要求1至6中任一权利要求的装置，其特征是所说从水中除去氧化产物的装置包括一个单独的箱子，在该箱子中，氧化产物通过停留而除去。
10.权利要求1至6中任一权利要求的装置，其特征是所说从水中除去氧化产物的装置包括至少一个过滤装置。
11.一种方法，通过氧化所述污染物以形成氧化产物并除去如此形成的氧化产物来纯化含污染物的水，其特征是它包含有下述步骤：
(i)提供一种权利要求1至10中任一权利要求所要求的装置，以及
(ii)用所说装置处理所述含有污染物的水。
12.权利要求11的方法，其特征是它还包括通过在一个单独的箱子中保存处理过的水形成两相来除去氧化产物的步骤，其中一相是可以回收的纯化过的水相，而另一相是可以抛弃的含有氧化产物的相。
13.权利要求11或12的方法，其特征是把絮凝剂加入水中。
14.权利要求11至12中任一权利要求的方法，其特征是它还包括通过过滤除去氧化产物的步骤。
15.权利要求11至12中任一权利要求的方法，其特征是它还包括通过一个单独的出口从容器中除去不需要的电解副产物的步骤。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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Granted publication date: 20041201 Termination date: 20151211 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |