专利名称：：流体光催化处理的方法和装置的制作方法流体iU崔^i处理的方法和^f^本发明涉及分批或连续化学处理流体的系统，尤其涉及但不局限于通过与膜相结合的光催化方法对含有机或/和无机化合物的水进行的处理。采用UV照射和Ti02作为光催化剂降解液体流中的有才几和无机化合物的能力已经得到很好的证明。UV光提供了在光催化剂表面产生电子空穴和鞋基(OH)所需的能量。这些电荷载体随后与化学污染物进行还原/氧化(氧化还原)反应，最终将产物降解为污染物元素组分的氧化物。与固定的Ti02系统相比，悬浮的Ti02系统提供了更快的污染物种类降解，因为悬浮系统能够提供更大的发生氧化还原反应的催化剂表面积。在设计这些悬浮固体光催化反应器上已经进行了详细的工作并且已经了解了它们的最优化属性。催化剂。^前的工作表:月超滤和微滤膜适合用来除去光催化剂:尽管Ti02颗粒的供应者提供的悬浮液中Ti02的平均初始颗粒尺寸为10-30nm,表明使用具有超滤孔尺寸的膜，但是在水介质中Ti02颗粒形成微米级内的聚团，导致超滤(UF)膜明显不适合这些情况。而且，超滤膜的使用意味着更高的操作压力，因此与微滤(MF)膜相比消耗更高的能量。另外，在膜/废水流界面可能形成污染物胶体层，导致了生产能力的降低并且增加了清洁处理的需要。因此，根据商业上可行的方法的发展，微滤膜更加适合。还没有任何对微滤(MF)和超滤(MF)的普遍可接受的定义，但是对于本发明目的，可以确定MF孔尺寸范围为大致10—6米至大致10"米之间，而UF孔尺寸大致为10—7米到大致10—9米之间。而且，为了减少由于Ti02沉积层在进入表面(entrysurface)上堆积产生的污垢，含Ti02的流体需要在膜的进入表面上循环流动。流出物的循环可以由泵提供，但是Ti02的研磨性能要求仔细选择泵。根据本发明的一方面，提供了一种方法，该方法包括在使用流体中的催化剂颗粒对流体进行化学处理，使用过滤膜将所述颗粒从所述流体中分离，其中所述流体通过所述过滤膜而所述颗粒不能通过，使气体介质流过(flowover)所述膜进入表面以防止所述膜被所述颗粒堵塞。根据本发明的另一方面，提供了一种装置，该装置包括反应器，其中在反应器中使用流体中的催化剂颗粒对所述流体进行化学处理；与所述反应器流体相连的过滤膜，其通过将颗粒截留在所述膜的进入表面上而从流体中分离所述颗粒；和使气体介质流过所述进入表面的装置，用以防止所述膜被所述颗粒阻塞。由于本发明的这些方面，所以能够提高分离阶段的商业应用能力。本发明尤其适合应用在流体为液体的情况，尽管不难想象其还可应用于气体物质。系统操作根据被处理流体而变化。本发明一个优选实施方案提供了一种改进的系统，所述系统通过将悬浮的光催化化学反应物和用于从水溶液中分离光催化剂(尤其是Ti02)的膜相结合，来连续处理水溶液，所述水溶液中含有抗(recalcitrant)有机和/或无机化合物。一种用于这种处理的系统，包括化学反应器容器，该反应器容器含有一个或多个UV管、Ti02悬浮液、粗孔(coarse)鼓泡通气传送装置、用于从净化后流出液流的溶液和产物中分离Ti02的外部安装的膜装置。将液体流出物进料到容器中(在初始处理以除去大颗粒悬浮物后，初始处理的类型取决于流出物的特性)。含Ti02流体在反应器容器中的流动使得Ti02保持在悬浮状态并且保证了最佳的传质。另外含Ti02流体循环流过外部设置的垂直定向的膜装置的一个或多个管式膜的内部，使得流体流过膜的内表面，即进入表面。这种功能通过注入空气流过膜的进入表面实现。如果需要，可以注入空气来提供反应器容器内的混合。在反应器中，可以通过位于容器底部附近的分布环提供空气，为了向反应器中提供相对均匀的空气分布，在分布环上形成一列小孔。在膜的情况中，空气可以通过一个连接反应器与膜装置外壳的交叉部分注入膜的内腔。在该位置导入空气产生了空运效应，由此通过气泡的运动，液体在膜的内腔上被向上替换。通过粗孔管提供空气，使得气泡以活塞流的形式向上流过内腔；也就是说，每个气泡都充满了内腔的整个宽度。液体通过第二入口流回反应器，其中第二入口从膜外壳的顶部延伸并且被定位为稍微高于反应器容器中液体的高度。膜装置被设计为外部垂直设定的气升装置。膜包括具有足够尺寸的陶瓷或聚合管式膜组件，以确保循环流动纵向向上通过膜装置的内腔。膜孔尺寸被设定为适合Ti02颗粒的尺寸，但是要求位于MF/UF范围。气体喷头位于膜装置下面的外壳内，在装置底端提供空气喷射液体流(即气体、Ti02和液流的混合物)，以提供上升气流使来自反应器的液体流通过装置。该装置将液体流分离成滤出液和残留物，含气体的滞留物通过装置的顶端返回到反应器。可以通过使用过滤出液泵提供横跨膜的压动力，以在滤液管线中产生低于内腔中液体的压力。可选择地，滤出液可以通过调节滤液管线流量的阀门排出。在这种情况下，通过反应器内的水平面和膜装置的滤液出口之间的液压压头来产生驱动压力。作为管式膜的替代，其可以为平面且彼此平行，而且具有粗孔，上升气泡可以在膜之间的间隙中上升。同时可以设想反应器具有通气孔，以处在大气压力下，也可以使用加压的进料系统，由此通过泵使得液体环绕膜装置循环流动，所述泵与气升结合使用。将液流进料到反应器的顶部以最大化初始暴露在UV光下，从而确保了污染物的降解。在足以保证Ti02悬浮液完全混合并对膜提供必须的冲洗的速率和压力下提供加压空气。还提供了能够去除和添加Ti02浆液悬浮液的装置(未示出)，当一些液流污染物覆盖Ti02颗粒表面时，Ti(h的活性降低。因此一旦活性降低到可接受值以下时，可能需要替换Ti02。在此使用的术语"被污染的废物流"描述了一种液体，该液体含有不需要的化合物，不论是无机物或有机物，例如微生物质或生物质。术语"不需要的"并不一定指有毒的化合物。在此使用的术语"被净化的废物流"是指所含污染物已经降解或转化为需要或可接受物质的废物流。在本发明的系统中优选采用的催化剂是锐钛矿型Ti02。为了可以清楚完全的公开本发明，采用实施例的方式，将参考附图，在附图中图1是水的化学处理系统的图示。图2显示了对于含NOM水的不同程度处理的系统膜装置的过滤膜结垢坐标图。图3显示了对于灰水(greywater)通过膜的不同流量，系统膜装置的过滤膜结垢的坐标图。图4显示了对灰水不同程度的处理，膜装置过滤膜结垢的坐标图。图5是系统膜装置的简要正视图。参考图1,图示了根据本发明优选实施方式的连续净化系统的工艺流程图。在含有UV-C管3的化学反应器容器2中含有浆液，其中浆液含有光催化剂(在该例子中为Ti02颗粒)、携带的空气和被污染的水溶液流体。通过液位控制器4控制被污染流体的流入，其中液位控制器4开动来自进料罐(未示出)的管线8上的阀6。通过位于通向鼓泡器14的压缩空气供应管线12上的阀IO控制流向反应器容器2的空气，并且设定空气的流动使得Ti02颗粒保持悬浮。将反应器2内水的顶点高于膜装置18外的滤出物管线16的高度和泵20在管线16中产生的吸力相结合，来控制被净化流体的流出。通过空气泵22和阀24控制向膜装置18中供应的空气，其中空气泵可以是压缩机的形式，并且设定空气供应来产生通过膜内腔足够的流动以限制结垢。图1中概括显示的装置18的膜为管状形式，并从装置18的最上端延伸到下端板，这防止除了流过膜自身之外流股从反应器容器2流向膜中间的体积，使得Ti02颗粒被截留在膜的内部周边的管状进入表面上，并且被净化的水流过膜进入膜之间的体积，随后通过管线16作为滤出液排出。反应器容器2通过过滤单元26通向大气，其中过滤器单元26防止挥发性有机物质从反应器容器2中逸出。通过膜进入到反应器容器中的被净化液体流中的任何气体都将通过过滤单元26排出反应器容器2。如图5中所示，膜装置18被构造为垂直气升装置。膜28包括具有充足的总流通横截面积的陶资或聚合管式膜，以使得水溶液的循环流动如30所示进入并纵向向上通过膜装置18的内腔。设定膜孔尺寸使其适合Ti02颗粒的尺寸，但是需要位于MF/UF范围内。气体喷头32位于膜装置较低的外壳34内，在装置18的底部提供气体喷射的液体流36(即气体、"02和液流的混合物)，以提供上升气流使来自反应器2的液体流36通过装置。装置18将液体流36分离成如40指示的排入滤出液管线的滤出液和如38指示的通过装置18的顶端返回到反应器容器2内剩余的含气体滞留物。可以通过使用滤出液泵(未示出)提供横跨膜的压动力，以在滤液管线中产生低于内腔中液体的压力。可选择地，可以通过调节流过滤液管线流量的阀门(未示出)来排出滤出液。在这些情况下，通过反应器2内的水平面和膜装置18的滤液出口42之间的液压压头产生驱动压力。为了确定根据图1描述的优选实施方案的优越性，对两个处理实施例进行了测试，命名为含NOM水和灰水。实施例1含丽水由于水文循环和生物圈和岩石圈之间的交互作用，全世界的水资源都含有N0M。NOM是有机物的多元混合物，并且已经表明由多种有机质组成，例如腐殖酸、亲水性酸、蛋白质、油脂、碳氢化合物和氨基酸。N0M中有机成分的范围随着不同的水中而改变并且季节性变化，因此导致了NOM与化学消毒剂例如氯之间的反应变化。由于法律约束饮用水的质量更加严格，使用传统处理方法(例如凝结)的水处理工厂(WTW)已经不能达到满足三卣代曱烷(THM)和囟代乙酸(HAA)标准所需要的去除目标。已经研究了用于除去THM和HAA前体的一些方法，但是这些方法具有在不产生大量淤泥的情况下达到明显降低残余的溶解有机碳(D0C)量的问题。一些研究者已经研究了应用先进的氧化处理(A0Ps)来处理NOM或腐殖酸，他们都发现了Ti02光催化剂对于处理腐殖质非常有效。已经评估了根据图1描述的系统从样品腐殖水和来自EwdenReservoir,Sheffield,UnitedKingdom的水试样中去除THM和HAA前体的程度。在这些试验中使用了UVw作为T腹和HAA测量的替代品，并且结果显示了该方法在除去THM和HAA前体中的有效性，因为在5g/1的Ti02以及UV存在下，在5g/L悬浮液中几乎98%的UVw-故除去。在图2中，在没有Ti02和Ti02=5g/1加上UV的两种情况下，将流量(J)相对于横跨膜压力(TMP)作图，两者都为点测试结果图和直线图。图2证明了膜的临界流量U)在50L.nf2.h—1(已知为"LMH")以上，也就是说当试验装置在高于该特殊界限的流量下操作时，不会产生快速结垢。而且，在规定临界值下操作提供了在不需要清理膜的情况下可能的延长操作条件。实施例2灰水灰水来自家庭洗漱操作；其来源包括来自洗漱盆、厨房水槽和洗衣机的废水。灰水通常由个人洗涤时使用肥皂或肥皂产品而产生，因此其性质在其它因素中，根据地理位置、人口和占有程度等而变化。尽管有机物的浓度与家用废水类似，但是它们的化学性质完全不同。相对低的生物可降解有机物量和养分不平衡限制了对灰水生物处理的有效性。建议使用的一些处理方案主要使用物理和生物处理，并且具有调整突然加入有机物和/或化学物的问题。图3显示了在很短的时间内，使用根据图1描述的系统，能够在5L匪和55LHM的渗透流量的范围内操作，而且直到达到60LMH的流量时没有膜结垢清理信号。这个结果能够反映出长期情况。U"r是空气向上通过管式膜内腔的速度。图4显示了当使用具有不同Ti02浓度的灰水测得的膜渗透值，其中Ti02浓度位于AOP中使用的范围。表l中显示了性能数据，并且这些数据显示了根据图1描述的系统在降低DOC、混浊和生物需要量中的有效性。表1<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注释"Exp.，，代表试验编号。"Raw"是指向反应器容器供应的原料灰水。"PI"至"P3"是指三个采集的滤出液试样。因此应当理解，能够得到处理含NOM水和灰水的改进结果，尤其是从含NOM水中除去TMH和HAA前体和从灰水中除去有机物。水处理有利地包括UV-C和Ti02颗粒的结合。权利要求1、一种方法，包括使用流体中的催化剂颗粒对流体进行化学处理；使用过滤膜将所述颗粒从所述流体中分离，其中所述流体通过所述过滤膜而所述颗粒不能通过；和使气体介质流过所述膜的进入表面以防止所述膜被所述颗粒堵塞。2、根据权利要求i的方法，其中所述流体包括含天然有才;i4勿质的水。3、根据权利要求1或2的方法，其中所述流体包括灰水。4、根据前述^-"项权牙'虔求的方法,其中所述流体包括含有^^"^^口/或无才Mb^[勿的水溶液。5、根据前述<—项权利要求的方法，其中所iil贞粒A^催化剂，所述方法进一步包括将所i^贞^^露在丰謝中，以引起催化作用。6、根据权利要求5的方法，其中所ii^贞粒为二氧^4太，所述寿謝为紫外线举謝。7、根据前述<—项权利要求的方法，其中所述气体介质以活塞流的方式向上流掛斤iiii/v^面。8、一种装置，包括反应器容器，其中在反应器容器中使用流体中的催化剂颗粒对所述流体进行化学处理；与所述反应器容器流体相连的一个或多个过滤膜，其用于将颗粒截留在膜的进入表面上来从流体中分离所述颗粒；和使气体介质流过所述进入表面的装置，用以防止膜被所述颗粒阻塞。9、根据权利要求8的装置，其中所述装置包括粗孔鼓泡通气传送装置，用于在所述进入表面上产生所述气体介质的活塞流。10、根据权利要求8或9的装置，其中所述反应器容器具有一个或多个紫外线辐射源，所述催化剂颗粒包括二氧化钛。11、根据权利要求8-10中任一的装置，其中所述膜或每个膜为管式膜。全文摘要一种处理系统，包括反应器容器(2)，其中在该容器中使用溶液中的催化剂颗粒对水溶液进行化学处理；与容器(2)流体相连的膜装置(18)，包括管状过滤膜，用于通过将颗粒截留在膜的进入表面上来从溶液中分离颗粒；和使注入的空气流过所述进入表面的装置，用以防止膜被所述颗粒阻塞。反应容器(2)含有UV管(3)，膜装置包括粗孔鼓泡通气传送装置，用于在膜的进入表面上产生所述气体介质的活塞流。文档编号B01D61/18GK101180240SQ200680009826公开日2008年5月14日申请日期2006年1月27日优先权日2005年1月27日发明者B·杰斐逊,S·帕森斯申请人:水创新有限公司