从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生的制作方法
【专利说明】从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生
[0001 ] 本申请是2010年11月3日提交的国际申请号为PCT/GB2010/002027，中国国家申请号为201080060721.1，发明名称为“从液体中吸附污染物以及吸附剂的电化学再生”的发明专利申请的分案申请。
[0002]本发明涉及一种处理液体的方法。本发明特别地，但不限于应用于污染的液体的处理，以去除有机污染物，并杀灭细菌、真菌、霉菌、孢子或其它存在于液体中的微生物。
[0003]在各种水，包括饮用水、工艺用水和游泳池水中，氯被广泛用作消毒剂。其相对于其它消毒技术(例如臭氧、UV)的主要优势在于，由于其保持溶解在水中，因而提供残留的消毒能力，从而在更长的时间内持续提供对抗细菌、真菌、霉菌、孢子和其它微生物的防护。除了消毒性质，氯还是强氧化剂，因此可以氧化存在于污染的水中的任何有机污染物。这些性质使氯成为最广泛使用的水性应用消毒剂。
[0004]对液体消毒的传统给料体系通常使用氯、次氯酸盐溶液、氯胺溶液、二氧化氯或过氧化氢。然而，不幸的是，许多传统消毒剂，特别是氯，是非常危险的物质。作为替代品，已经开发了使用电解氯化由盐水生产氯或次氯酸盐的系统。尽管认识到所述系统具有优势，但是迄今为止，由于相对于传统氯给料体系，其显著增加了资金成本，因而阻碍了其商业应用。
[0005]本发明的一个目的是避免或缓和与现有的对污染液体消毒的方法相关的问题。
[0006]本发明的第一方面提供一种处理液体的方法，其包括使液体在处理区内与吸附剂材料接触，在接触所述液体后将所述吸附剂材料送至再生区，和在再生区内对吸附剂材料进行电化学再生，其中在再生区中提供消毒剂前体物质，并在再生区中对其进行电化学转化产生消毒剂物质，和在再生区内将吸附剂材料和/或液体与所述消毒剂物质接触。
[0007]通过在再生区内使用电化学处理，对用过的吸附剂材料进行再生并在原位产生消毒剂物质，本发明提供了简单、方便和环境可接受的处理污染液体的方法，其避免了现有体系的许多劣势。本发明因此提供一种用于对需要所述处理的液体综合进行净化和消毒的方法。尽管依据本发明的第一方面的方法显著适于对污染液体的综合处理，但应当理解的是，根据要处理的液体中存在的传染剂和污染物的水平，所述方法可以用于单独消毒或单独净化。
[0008]在开发本发明之前，对液体消毒的方法通常需要向液体中添加消毒剂，如氯或氯代氧化剂，这对于操作和储存通常都是危险的。通过在原位产生消毒剂物质，可以避免对这些危险性化学物质的操作和储存的需求。例如，依据本发明的方法有利于产生足够量的氧化氯化物添加到水源中，以确保水保持适于饮用，并且从而减少或消除了对传统化学杀菌剂的需要。
[0009]术语“氧化氯化物”包括的氧化氯化物的范围包括，但不限于，溶解的氯、次氯酸盐和次氯酸。应理解的是，在特定应用中使用的这种物质的特定浓度依赖于一系列因素，例如溶液温度和PH，以及用于产生这种物质的工艺参数和/或随后该物质用于其中的工艺的参数。
[0010]优选的是，在再生区内产生第一较高浓度的消毒剂物质，而后进入处理区，在此其分散在要处理的液体中，以在所述液体中以第二较低浓度存在。再生区内消毒剂物质的产生使得能在再生区内实现高水平的消毒，在再生区中消毒剂浓度是最高的。消毒可以通过接触存在于再生区内的液体中的微生物如细菌，和/或通过吸附剂材料吸附的但由于吸附剂材料的电化学再生而没有被杀灭的微生物来实施。在处理区内也可通过从再生区进入消毒区的残留消毒剂物质来实现进一步的消毒。这导致本发明的另一个显著的优势，因为在离开处理区后，其有助于液体的残留消毒。
[0011]本发明的第二方面提供处理液体的装置，其包含用于液体与吸附剂材料接触的处理池;和在两个电极间的再生室，所述两个电极是可控制的以在所述吸附剂材料接触所述液体后电化学再生吸附剂材料，并在再生区内电化学转化消毒剂前体物质产生所述消毒剂物质，所述消毒剂物质然后可与再生区内的吸附剂材料和/或液体接触。优选所述再生室在所述处理池内。
[0012]在本发明的第一和/或第二方面中，消毒剂前体的电化学转化优选包括电化学氧化。在本发明的优选实施方案中，消毒剂前体物质包含氯离子，更优选消毒剂前体物质为氯化物盐，优选消毒剂前体物质为氯化钠，其可以以干燥盐的形式或盐水的形式提供，更优选氯化钠是盐水的形式。在盐水丰富的沿海区域，盐水作为消毒剂前体是特别期望的，并可以用本发明的方法/装置进行电化学氧化以产生任何需要量的氧化氯化物。这种前体物质的电化学处理释放出氧化氯化物，氧化氯化物是优选的消毒剂物质。使用直流电电化学生产氧化氯化物提供了大量相对于传统方法的益处，包括不再需要现场储存和操作危险的氯基产品，因为本发明使得氧化氯化物能够在需要时在原位以准确的量产生，如果期望，所述量可以将被处理的液体中存在的氧化氯化物的浓度考虑在内。本发明的方法因此优选包括监控可用于与要处理的液体接触的消毒剂物质的浓度，并另外产生相应于所述监控的消毒剂，所述监控检测到可用的消毒剂物质的浓度低于阈值水平。考虑到在需要时原位产生消毒剂的优势，要理解的是，优选通过在再生区中提供另外的消毒剂前体物质，并对所述另外的前体物质进行电化学氧化而另外产生消毒剂物质。
[0013]而且，要理解的是，优选的消毒剂前体例如盐水的操作和储存是安全、简单和相对便宜的，这使得本发明的方法相对于现有消毒法具有显著的商业优势。
[0014]适用于本发明的方法的吸附剂材料是能够方便地从液体相中分离的导电固体材料。下面将更详细的讨论适合的材料，但是优选的吸附剂材料包括颗粒导电吸附剂材料，如未膨胀石墨夹层化合物(GIC)和/或活性炭。适用于本发明的典型的单GIC颗粒的电导率超过10，000 Ω-1Cm、然而，要理解的是，在颗粒床中，电导率将显著更低，因为在颗粒/颗粒边界处有电阻。因此，期望使用尽可能大的颗粒以保持电阻尽可能低。然而，要理解的是，已经制造出大量的不同GIC材料，可以选择具有不同吸附性的不同材料以适合本发明的方法的特定应用。
[0015]在使用盐水作为消毒剂前体物质的优选实施方案中，电解氯化是适合的方法，因为在要处理的液体中存在的盐水增加了液体的导电性，使得吸附剂的再生和氧化氯化物的产生可以在相对低的电压下进行。而且使用具有相对高的电导率的优选吸附剂材料产生进一步的商业优势，其使吸附剂的再生和消毒剂前体的电解氧化成为相对低能耗的过程，使所用的前体的量可以几乎仅基于需要的消毒剂的量来确定，而不需要添加一定量的前体以在再生区内产生导电性。而且，使用高电导率的吸附剂可以使本发明的方法用于处理任何电导率的水，包括低电导率的水。
[0016]本发明的另一个显著优势在于，通过液体中的有机污染物的电化学氧化可能产生的氯化副产物不应是潜在的威胁，如果氯化化合物对颗粒吸附剂材料上具有选择性吸附，以及对吸附剂材料具有更高的吸附能力。因此，本发明的方法将有助于防止氯化副产物从净化和消毒的液体中释放出，这在环境和经济的观点上都是重要的。
[0017]净化/消毒处理过程、吸附剂材料再生过程和消毒剂产生过程各自可以连续、半连续或分批进行。因此，需要处理的液体可以连续通过含有适当水平的吸附剂和消毒剂的处理区如池，或者单独量的要处理的液体可以成批净化和消毒，在各批处理期间或者在批处理之间，如果需要，再生吸附剂材料和产生消毒剂物质。在国际专利公开W02007/125334和W02009/050485中描述了连续、半连续或分批实施方法的适合的装置。
[0018]在本发明的第一优选实施方案中，在液体通过含有吸附剂材料和任何残留消毒剂物质的处理区期间，发生液体与吸附剂材料和任何残留消毒剂物质的接触。在接触另外的需要处理的液体之前，已经与污染的液体接触的用过的吸附剂材料可以通过再生区例如室的形式的再生区回收，所述再生区有利地位于处理池内。在吸附剂材料通过再生区时，优选将直流电通入吸附剂材料，以再生吸附剂材料。可以使用约0.05-1A的电流。更优选可使用约0.25-0.75A的电流，和最优选可使用约0.5A的电流。可使用约1-20mA/cm2的电流密度。或者，使用约5-15mA/cm2，或约I OmA/ cm2的电流密度可能是有利的。
[0019]消毒剂前体物质的电化学氧化以产生消毒剂物质也优选通过将直流电通入一定量的单独引入到再生区的消毒剂前体物质来实施。可使用约0.05-1A的电流，或更优选可使用约0.25-0.75A的电流。最优选可使用约0.5A的电流。可使用约1-20mA/cm2的电流密度。或者，使用约5-15mA/cm2，或约I OmA