专利名称：对液体、固体或者气体物质进行净化和消毒的设备及方法
技术领域：
本发明涉及的是使用空气等离子体和化学光催化剂技术来处理液 体和/或气体。本发明的兴趣在于饮用水和工业废水的净化和消毒领 域、工业冷却水系统的防污染领域、对受污染的地表水、地下水的地 点进行补救的领域、包括水栽培的生物农业领域、以及对例如游泳池、 淋浴和及可意浴缸、池塘等生活及娱乐用水系统的清洁和消毒领域。
此外，本发明可应用于对民用及工业用空调系统、空气处理系统 中的例如空气等气体进行消毒、清洁和净化。
背景技术：
使用等离子体技术处理例如水等液体已经有些时间了 (Hoeben, 2000; Lee&Lee， 2003; Yamabe等，2004; Brabowski等，2004; Lambert & Kresnyak， 2000; Johnson, 1996; Johnson, 1997; Denes, 2004; Anpilov等，2004 )。问题常常是利用液体相层中或者上方足 够的表面积生成匀质介电隔离物放电等离子体。常和产生也叫做闪流 的电弧相关联的处理，称作电晕处理，而不是匀质介电隔离物放电等 离子体处理。电晕技术经常在大气环境中与臭氧或者UV处理相结合， 目的是增强在这些工艺过程中发生的化学反应的氧化性。在这些放电 工艺过程中产生UV光、原子团、单态氧、过氧化物及氧化的物质, 是对液体相消毒和净化的基础。然而，实现这些活性物质同待处理的 液体相的混合经常是一个问题。
UV光催化剂也用来在水等液体中进行消毒以及除去^:污染物。 为此目的，多孔的薄膜或者颗粒可装有或者涂有Ti02等催化剂。在 UV和可见光的影响下，能在载体表面上发生经催化的氧化反应。这
种反应的产物具有强消毒能力。
尽管某些有害的有机化合物既可以使用电晕也可以使用uv光催 化剂进行破坏，但是，使用这些技术不能去掉很多种的残留微污染物 物质。
最一般的方式是，使用氯或者生物杀灭剂等化学添加剂给水消毒。 公知的缺点是，由于在例如氯和水中的有才几物的相互作用中的吸收作
用(AOX)，这些药剂杀灭非细菌物质的效果受到妨碍，或者形成了 不想要的副产物，例如有机囟素。而且，氯和生物杀灭剂对々大用水的 质量有不利的影响。要求一些余留的化学氧化物(COD)还在一定的 小生境中造成了细菌的事后生长，因此，可能导致装备和设施的污染 和污物沉积。
就为了对例如水等液体也可以是例如空气等气体进行消毒和净化 而使用浸没等离子体技术而言，发现了多个技术问题。第一个问题是， 在浸没于液体相中或者被液体相包围的气体相中，如何产生介电隔离 物放电(DBD)等离子体。
电极的几何形状和定位，以及两种相相互混合的方式和条件，对 于在混合相中获得匀质介电隔离物放电等离子体，是至关重要的。
使用匀质介电隔离物放电等离子体而不是电晕放电等离子体的重 要性，对于处理的效率和功效、等离子体反应器中的电极能耗和损耗， 是很明显的。
与为了对液体或者气体媒介进行消毒和净化而使用等离子体技术 有关的第二个问题，常常发生在要求工业产能的场合中。使用现有技 术的处理装备，经常发现对基质液体或者气体流的流动速率的实际限 制。结果，运行的能源成本和满足产能要求的升级的成本，可能会很 高。
与经光催化的微污染物去除工艺相关的问题是所用催化剂的退 化。这就要求催化剂的再生或者有时甚至是更换，因而涉及到停工期 和更换催化剂的额外成本。文献US5876663和US6558638就遇到了上 述多个问题。具体地说，US6558638参考文献描述了一种在水中产生
等离子体的系统。在这个系统中，设有用介电材料制造并用多个环形 电极环绕的管。这种设备浸没在通常是水的要处理的液体中。空气经 介电管泵入，并经介电管上的小孔进入水中。等离子体放电区位于相 继的环形电极之间，即等离子体产生在管体外侧，位于水中和/或进入 水中的气泡中。
一个电极可具有在介电管中心延伸的细长部分，但这
并非必要的元件这个中心部分仅仅是有助于减小第 一 电极之间的间 隙(位于管的外侧)的电容，并因此将电压的最大部分加在所述第一 间隙上，然后导致一系列的击穿("滑面"放电)。这种技术有多个缺 点，主要的一个是由于水中存在电流而造成功率损失。这个系统还受 到下面事实的影响液体流经设备遭受到的流量限制，对能够进行处 理的可能流动速率施加了限制。这种系统中，电场与所处理的液体的 流动方向同轴，由于这种特殊的几何形状，这种系统还难以升级。
发明内容
本发明目的在于提供一种不会受到现有技术中的系统的缺点影响 的方法和设备。
本发明涉及一种在权利要求中描述的设备和方法。这种i殳备和方 法采用大气多相受控注入放电(AMPCID)等离子体技术，这种技术 可以与光催化剂相结合，以达到有关消毒和净化，即关于去除例如水 和空气等媒介中的残留微污染物的相互促进的效果。根据本发明的方 法，在优选为气体相的第一相中生成等离子体，第一相随后会同例如 液体相等第二相进行混合。UV光和/或可见光可以同等离子体本身一 起产生，并在输送给第二相后诱发光催化。尽管本发明的主要焦点在 于水和/或空气的处理，但是，应用范围并不限于这些优选的媒介，而 是还包括有机媒介，例如含有液体的碳氢化合物及油类、带有机相的 水溶液，以及空气以外的气体，例如氢气、氮气、氧气、臭氧、二氧 化碳、氦气、氩气等等，以及它们的混合物。
本发明采用多相原理，液体相和气体相两相的高产出量处置不会 受到流动速率限制的妨碍。而且，多相原理是模块化的，能够容易地
升级以满足更高的产出量要求。
本发明能够结合光催化剂使用等离子体技术，因此，就催化剂的 再生以及整个的能耗来说，最佳地利用了两种工艺间的相互促进。以
的等离子体中产生。催化反应可以发生于在近端暴露于所生成的等离 子体的表面上，或者在远端距所生成的等离子体一定距离的表面上。 处理的效率和功效在后一种情形中将一方面取决于所形成的化学物质 的寿命以及它们需要行进到达催化区的距离，另一方面，取决于所生 成的等离子体的谱特征和光从开始位置到催化区间的路径中被基质的 吸收。
通过在多相间采用对uv和/或可见光透明的相分离器，本发明还
可以利用组合使用产生等离子体和光催化剂形成的相互促进。在介电
等离子体放电过程中产生的uv和可见光既可以直接用于消毒和净
化，也可以间接地再生光催化剂。
图l表示的是根据本发明的管状反应器的剖视图。
图2是图l反应器的侧视图。
图3到图5示出了根据本发明的管状反应器的其他实施例。
图6和图7示出的是根据本发明的板状反应器的视图。
图8和图9示出的是根据本发明的非对称板状反应器的视图。
具体实施例方式
本发明涉及的是用来对包括液体相、气体相或者固体相或者它们 的混合物的媒介进行消毒和净化的设备，以及用所述设备执行的方法。 其中，等离子体在大气条件下在第一媒介中产生，第一媒介优选的是 气体相，例如空气等。接着，等离子体通过注入被引进第二媒介中， 第二媒介优选的是液体相，例如水等，引进的方式是在第一、二媒介 之间建立起混合流。然后，用等离子体对第一和/或第二媒介进行消毒
和净化。
图1示出了本发明设备的第一实施例的横截面。本发明设备下文 也叫做反应器，具有管形的几何形状。但是，其他几何形状是同样可
以的，例如图6~9中所示的平板状(平板)几何形状。图1 6的几 何形状是对称的，包括被多个区域包围的圆形或者平的中心电极，以 后将进行描述。图8到图9示出的是非对称实施例，同样会在本说明 书中进一步描述。
然而，我们首先来讨论图1、2中所示的管状反应器的第一实施例。 下面的一般性描述包括这两种设备特征和方法特征，这些特征通过所 使用的措辞会变得很清楚。根据本发明的管状设备的主要特点在于， 该设备包括至少一个中心电极1，该中心电极1由同电极接触的介电 层2包围。电极1和介电隔离物层居中位于区域3中。第一媒介，优 选地为气体相，被引进区域3中(见顶上或者区域3处的箭头)。区 域3中的气体相由等离子体发生容器容纳。等离子体发生容器的边界 用作可渗透的分离壁4。分离壁4用作相分离器，允许第一媒介(经 孔隙或者孔)进入到环绕区域5。环绕区域5布置成容纳优选地为液 体相的第二媒介，并由外隔离物区7环绕。图2实施例中的液体相流 经区域5 (见箭头)，并在所述流动过程中受到处理。在其他的构造 中，通过把固定体积的媒介引进区域5并对所述体积的媒介进行处理。 第二媒介可以批量地进行处理。在特殊的构造中，反应器还可以不带 相分离器运行(参见图8、 9的实施例作进一步解释)。
根据图2的优选实施例，只有一个实际的电极l，而区域5中的 液体是充分导电的，起到第二电极的作用，并优选地接地。例如，如 果要处理的液体是来自公共配水网络的水，那么，这种水流是接地的， 因此，当该水流出现在区域5中时，其将作为对应电极。在这种情况 下，没有必要让与水接触的部件4或者7导电。如果流体本身不是接 地的或者没有连接到一个合适的基准，那么相分离器4可以优选地用 导电材料制造，并可以连接到地或者所述基准，如图2所示。在这种 设置中，相分离器和区域5中的液体在反应器的运行过程中用作第二电极。
该设备进一步包括将合适的电压施加到主电极1和"液体"电极之
间的装置，用来在存在于区域3的第一媒介中生成等离子体。根据本 发明的方法，接着，使用或者不使用相分离器，将这种等离子体注入 到区域5中的液体中，因此对所述液体进行净化。
液体能否用作第二电极这个问题，取决于所述液体的导电性。水 通常具有足够的导电性，因而起到这样的作用。但是，在液体导电性 不够的情况下，可以围绕着隔离物区7施加一个物理的、优选地接地 的第二电极8 (见图3、 4)，该第二电极8可以取代外隔离物区7并 布置成直接接触区域5中的液体(图5)。这样也有助于在区域5中 的气体相/液体相区增强并产生额外的等离子体。在图5的情形下，区 域5中的液体也可以是导电的，并(和电极8—起)起到第二电极的 作用。于是，相分离器可以导电或者不导电。
如果使用相分离器4，那么，其可以由非导电材料构成，例如陶 瓷薄膜等多孔薄膜，或者毛细管薄膜，或者，多孔的或者含有毛细管 的玻璃或者石英管。替换方式是，相分离器4可以用非导电材料制造， 例如陶瓷、玻璃、石英或者聚合物，几何形状轮廓分明的若干孔口被 引进在相分离器4中，按照一定的构型位于若干离散的区域中或者相 分离器4的整个表面上，允许气体从隔室3受控地流进区域5。区域5 容纳第二媒介。第二媒介优选地是液体相，但也可以是气体相或者固 体相，或者它们的混合物。
按可替换的方式，相分离器4可由导电材料构成，例如不锈钢等， 含有孔隙、毛细管或者孔口。
在第二媒介是液体或者气体相的情形下，还可以含有固体或者可
以是多孔的或者固体的溶胶凝胶相，用作载体材料，这些载体材料可 以装有或者涂有光催化剂部分，或者装有或者涂有含光催化剂部分的 纳米颗粒，光催化剂部分例如是TK)2、 CaBi204或者PbBi2Nb209。催 化行为既可以容纳于区域5内，位于可以贴近相分离器4或者接着相 分离器4放置的区6中可渗透的网或者篮内，也可以容纳于整个区域5内，该区域5接着填充多孔性载体材料，或者，按可替换方式，催 化剂可以涂在相分离器4和/或外隔离物区7中或者上。在所有的情况 中，含有载体材料的固体或者多孔相，应该允许来自等离子体的光和/ 或活化的化学物质通过。上面设置催化剂的载体表面积优选地设置成 很大， 一方面增加同来自远端的等离子体并供给催化剂的UV和反应 物质的相互作用，另一方面增加同要进行处理并用作氧化性催化剂基 质的第二媒介的相互作用。
按可替换的方式，催化剂可加在相分离器4本身的毛细管或者孔 隙内。因为毛细作用力，液体相被吸进多孔或者毛细相分离器材料中。 但是，在第二媒介是液体相的情况下，液体相不能通过孔隙或者毛细 管进入第 一气体相，除非在气体相和液体相之间施加相当大的压力。 通过使气体相中压力脉动超过临界压力值，能够按照与产生等离子体 同步的方式周期性地清除孔隙或者毛细管中的内容物。
无论在哪一种情况下，相分离器4的材料都应该对于在催化区中 生成的反应产物等离子相容或者化学相容。此外，希望载体材料在浸 没条件下对于等离子体在远端产生的UV和可见光是透明的，使光催 化反应的转换产率最大。这样的材料可以是多孔性石英或者多孔性铝， 并可以含有对齐的笔直穿通的平行孔隙或者非笔直的、分叉的穿通孔隙。
在第二媒介是固体相的情况下，第二媒介还可含有另外的固体或 者可以是多孔的或者固体的溶胶凝胶相，并可以装有或者涂有光催化 剂部分。催化行为既可以容纳在整个区域5内，也可以部分地容纳于
在所有情况下都允许来自等离子体的光和/或活化的化学物质通过的 其若干部分内，或者催化剂可以涂在相分离器4和/或外隔离物区7中 或者上。
如已经提到的那样，整个系统可以用可以接地的对应电极8包围。 在含有第二媒介的区域5和电极8之间中，可以存在外隔离物区7。 取决于所用的材料，外隔离物区7既可以具有介电隔离物层的功能， 也可以仅仅是确定该器具的边界。在任何一种情况下并在所有构造中，
该系统应该含有至少一个电极，该至少一个电极由介电隔离物区包围， 目的是防止等离子体流动。等离子体流动会造成电极的损耗增加。
等离子体开始时以连续或者脉冲的方式在区域3中为气体相的第 一媒介中生成，然后被引进第二媒介中。在第二媒介是流体的情况下， 液体或者气体相既可以在闭合系统内按批量处理，也可以按照相对于 含有第一媒介即(优选地为)气体相的流动平行或者交叉的方式被泵 进反应器中。第二媒介的批量处理和内循环方式的组合也是可以的。
在一个优选实施例中，第二媒介是接地的液体相，用作接地电极， 如果第二媒介导电的话。例如通过在区域中施加过压，并可以结合使
用尺寸和/或材料受控的孔口、毛细管或者孔隙，可以防止液体相进入 区域3。取决于电极的放置、电极的接地以及介电隔离物的存在与否、 反应器的几何形状、第二媒介的离子态以及电气体系、第一、二媒介 的流动速率等工艺条件，在等离子体被注入第二媒介时的一定时期内， 第一气体相中的等离子体可以持续存在，或者甚至得到增强。在后一 种情况下，人们可说出持续的大气多相受控注入放电(AMPCID)等 离子体的产生。在随后形成的气泡中，当来自等离子体的高度反应性 物质溶解到第二媒介中(如果两种媒介能够完全溶解在彼此中，那么， 一种媒介可能获得最大的处理效率)时，该高度反应性物质将在第一、 二媒介之间的表面界面上和第二媒介起反应。
在图6中示出的是用对称平板实现本发明原理的俯视示意图。优 选的为液体的第二相经入口 9泵进反应腔中，然后进入区域5。在区 域5,第二相暴露于优选地为气体相的第一媒介并和第一媒介混合。 第一媒介可注入可以相互连接起来的隔室3、 10内。居中放置的是由 介电隔离物层2包围的电极1。在隔室3、 IO中的其中生成等离子体 的第一气体相，例如通过在隔室3、 10中相对于区域5施加过压，被 注入区域5中的优选地为液体的第二相。处理后的第二相经出口 11 离开反应腔。对于第二相的批量处理(闭合路径)，系统的入口和出 口可以用阀(未示出)来关闭。
在图7中示出的是用对称平板实现同样原理的侧视图。优选为液
体的第二相经入口 9泵进反应腔内，而进入区域5。对于第二媒介的 批量处理，可以有选择地分别通过阀12、 13关闭入口 9和出口 11。 等离子体在第一气体相中生成，并且所述反应性物质与第二媒介混合。 第一气体相经入口 14注入反应腔。气体相从隔室3、 10、 15收集，并 经收集器16被导入出口 17。对于气体相的批量处理，可以分别由阀 18、 19关闭入口 14和出口 17。在获得的闭合系统中，通过使用泵20 将气体相从出口 17再次输送到入口 14，气体相可以再次使用和循环。 泵20还用作向区域3中的气体相施加过压的装置，从而使在这个相中 产生的等离子体可以注入区域5中。这种用于注入等离子体的装置可 以提供于根据本发明的任何实施例中。 一般地讲，在本发明设备中的 "用于注入等离子体的装置"理解成至少包括这种的泵装置，以及可能 包括相分离器4(如果存在的话)。
对于管状和平板状两种构造，第一、二相在进行等离子体处理后 进行分离。第一、二这两种媒介，如果是流体，则能够在闭合的(批 量或者闭合的路径)或者开放的(径流)系统中单独地处理。利用闭 合系统，液体和/或气体媒介连续地循环并泵回到多相等离子体处理器 中。利用开放的径流构造，实现了单次流过反应器，并能够实现高流 量的产出量处理。
图8、 9示出的是本发明设备另一个实施例的侧视图和俯视图，该 实施例是非对称实施例，象在前面实施例中那样，包括电极l和相邻 并与所述电极接触的介电层20。但在这个实施例中，只在电极的一侧 有介电物质。里面有优选地为液体的第二媒介的隔室，直接和介电层 相邻，但有 一个把优选地为气体的第 一媒介泵入介电物质和液体之间 的装置。等离子体21要在第一媒介中产生。在该实施例中，区域30 和区域50之间没有分离壁。象图9中看到的那样，气体从电极的两侧 泵入区域30，目的是维持所述区域30中的过压，这样，在本设备的 运行过程中，得以维持一个单独的气体区域30。在这些条件下，电压 施加在第一电极l和第二电极间。第二电极由区域50中导电的液体形 成，和/或通过优选地在本设备底部提供接地的第二电极(未示出)形
成。在这个实施例中，液体优选是导电的，使液体本身实际上用作第
二电极。因此，等离子体起初保持在区域30，之后通过区域30、 50 之间的压力差注入到区域50中。在可以获得的闭合系统中，通过在反 应腔中再次经入口 51泵入气体相，气体相可以再次4吏用和循环。
可以提供阻挡物52，用来达到最佳的气体/液体混合。这些阻挡物 可具有任何适合的形式，以造成液体非层流地流过反应器，并因此获 得所述的最佳混合。
本发明的优点有
-多相等离子体反应器原理是模块化的，因此适合于升级到(工 业上)产出量更高的场合。
-由于本发明的模块化，取决于要处理的液体或者气体媒介的应 用场合和类型，可以容易地对不同的化学光催化剂配方进行更换、测 试和使用。
-在多相等离子体器具中，气体和液体两种媒介都能使用针对任 何一种媒介或者两种媒介的连续或者批量的运行模式进行消毒或者净 化。
-在处理系统中作为等离子体辅助光催化基础的工艺具有多种可 以控制的参数和特征。例如，人们可以选择气体、液体或者固体相、 或者它们的混合物，来获得针对不同应用场合的最佳结果；液体和气 体相的流动速率都可以在宽动态范围中进行变化；可以改变电气条件， 例如频率、电势差、功率、脉冲或者连续的运行模式；电极、介电隔 离物层以及相分离器中的孔口、毛细管或者孔隙的几何形状、放置是 灵活的；运行该多相系统时，可以结合其他不相关的传统消毒净化方 法，例如UV处理、臭氧或者过氧化物处理、或者用例如银等金属颗 粒进行处理等，而不必重建或者重新设计反应器或工艺。
-耐用和简单的设计便于反应器的维护，并延长其寿命，同时使 停工期最短。取决于使用的材料，可以使电极的损耗最小并保持材料 更换的成本低。例如，由居中放置的电极1构成的系统(图1)中， 电极例如由铝条或者密压的金属粉末构成，并由介电隔离物层2包围。介电隔离物层2例如是陶资，并放进例如设有小的、穿通的孔口的石 英管中。对于两相的水-空气流处理，当用例如石英或者玻璃等介电 材料7容纳时，该系统在运行中能够很耐用，需要很少或者不需要维 护。
-使用玻璃或者石英等透明材料的一个其他优点是，等离子体工 艺是可以看见的，因此可以在整个系统中进行检查和监测。
-本发明原理能够处理可以含有多种不同气体的第一媒介，或者， 按可替换的方式，优选地为液体的第二相能够同多种不同的气体同时 进行处理。图2中给出了一个例子，其中，第一气体相含有两种不同 的气体，分别驻留在区域3和区域10中。在这种情形下，当选择了这 两种气体并相应地按照对抗或者竟争的方式使用时，可以获得一种二 元活化或者去活系统。例如，第一气体相含有气体A (注入区域3) 和气体B(注入隔室10)，气体A和气体B相互间可发生反应或者同 任一 气体与第二媒介之间随后形成的中间物反应。这两种第 一 气体相 在例如图2的出口 11处等位置相互接触并混合。使用多种不同气体的 原理当然也适用于管形的几何形状。此外，除了并行的处理系统，人 们还可以使用串行系统，其中，多种不同气体按顺序地引进串行排列 的不同等离子体反应器中。
-本发明原理允许使用管状以及平板状的几何形状。管状设计在 系统的制造、升级和能耗方面具有优点。
-由等离子体产生的能量(光)和化学反应物质能够在化学催化 工艺中连续不断地循环和再生。这种工艺对于环境和整个能耗来说是 可持续的。
-本发明的消毒和净化工艺不依赖于添加到要进行处理的优选为 液体的第二相中的氯或者生物杀灭剂。于是，从这个观点出发，这个
工艺也是可持续的并且是环境友好的。
-在第二媒介是液体相的情况下，气体相(或者若干气体相)可 以容纳在闭合系统中，目的是更有效地对液体相消毒，使工艺条件指 向所产生的例如臭氧等化学物质的产率更高。臭氧不是作为气体直接
释放到环境中，而是被部分吸收并一定程度地溶解到液体相中，这时
其具有极小的消毒能力；(若干)气体相的主要部分可以进行循环并 容纳在该闭合系统中。
-在多相等离子体处理器具中，液体相还可以含有催化剂部分， 这些催化剂部分包含在固体相载体材料中。液体相也可以由有机媒介 构成，或者由无机和有机媒介的混合物构成。然后，有机相或者无机 和有机相的混合物用作针对等离子体辅助光催化剂的基质。
-对于残留的稳定的有机污染物(POP)，本发明的效率、功效 以及破坏能力，与已知的现有技术相比，是非常好的，因为几种有贡 献的互补的效果，例如UV辐射、原子团的形成、展示出强氧化性的 其他(派生出的)化学物质、局部化的加热效应、内爆脉动等离子体 诱生的气泡造成的声学效应以及与产生等离子体关联的催化转换工艺 等，进行相互促进的结合。
-本发明的系统不会遭遇到液体中电流造成的功率损失，因为等 离子体不在液体本身中产生，而是在气体相中产生，之后等离子体注 入液体中。与现有系统相比，这也产生了可以在根据本发明的系统中 观测到的更低击穿电压(对于管状通常为0.1~6kV,对于平板状构造 通常为0.1 25kV)。
-与US6558638的系统相比，本发明i殳备对于要处理的液体的流 量限制更少。
-在本发明设备中生成的电场垂直于所生成的液体流动方向。这 样，通过简单地使设备更长就可以更容易地对设备升级。 实施本发明的模式
有几种实施本发明的模式。这些不同原理采用多相系统，对于消 毒和净化能力以及整个能耗和材料损耗，具有可行的互相促进的效果。
本发明方法的操作对象可以为管状或者平板状的几何形状。上面已经 谈到的实施例下面将更详细地进行描述。
在一个第一优选实施例中，本发明原理变为管状的几何形状(图 2)。在图2a和图2b中，分别示出了该系统的俯视图和侧视图。居中
放置的高压电极l由介电隔离物管2包围。介电隔离物层优选地由非 多孔陶瓷、玻璃或者石英构成。这个元件也居中地放进直径更大的管 4中。这个管优选地用不锈钢等导电材料制成，用作接地电极和相分 离器4。气体注入到区域3中。管在下面的底部含有孔口、毛细管或 者孔隙，气体经这些孔口、毛细管或者孔隙泵入区域5。区域5由包 围着相分离器4、直径更大的介电隔离物管7所包含。水等液体，优 选地按照相对于引入区域3的气流交叉流动的方式，注入进区域5。 按可替换的方式，除了液体，气体或者气体和液体的混合物也可以注 入区域5。等离子体在区域3中以连续或者脉沖的方式产生。泵入区 域5的液体、气体或者液体/气体混合物，通过把所产生的等离子体从 区域3经相隔离器4注入区域5，而得到处理。区域5可以含有若干 额外的区6，优选地为Ti02等光催化剂的催化剂包含在区6中。这些 区进一步有助于处理(图2中没有示出)。
在一个第二优选实施例中，为了在区域5的气体相/液体相区中增 强并产生额外的等离子体，在上面第一优选实施例中描述的系统中， 引入第二高压电极(图3)。在图3a和图3b中，分别示出了该系统 的俯视图和侧视图。
在一个第三优选实施例中，距离相分离器4含有孔口、毛细管或 者孔隙并且气体相注入液体相的区域一定距离的下游位置，放置第二 高压电极8(图4)。这样可以防止等离子体流放电形成在下述位置 与相分离器4中把气体相注入液体相的位置处的孔口、毛细管或者孔 隙并列。在图4a和图4b中，分别示出了该系统的俯视图和侧视图。
在一个第四优选实施例中，该系统类似图4中所示的系统，除了 省略了介电隔离物层7(图5)。在图5a和图5b中，分别示出了该系 统的俯视图和侧视图。
权利要求
1.一种用于对包括液体、气体或者固体相、或者它们混合物的媒介进行消毒和净化的设备，包括中心电极(1)，与所述电极(1)相邻的介电层(2，20)，与所述介电层(2，20)相邻的第一区域(3，30)，以及将第一媒介引入所述第一区域的装置，与所述第一区域相邻的第二区域(5，50)，以及将第二媒介引入所述第二区域的装置，用于产生等离子体的装置，用于当所述第一媒介存在于所述第一区域时通过在所述第一电极(1)和第二电极之间施加电压而在所述第一媒介中产生等离子体，用来注入所述等离子体的装置，用于为了与所述第二媒介混合而将所述等离子体注入所述第二区域(5)。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述介电层(2)和所述 第一区域(3)包围着所述电极(1),所述第二区域(5)包围着所述 第一区域。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述用来注入所述等离子 体的装置包括在所述两个区域之间的分离壁(4)，所述壁在其至少一 部分表面上包括有孔口。
4. 根据权利要求3所述的设备，其中，所述第一区域(3)由里 面居中放置有所述中心电极(l)的反应器容器形成，并且其中，所述 分离壁(4)是所述反应器容器的外壁，并且其中，所述第二区域由围 绕着所述反应器容器布置的隔离物壁(7)划定。
5. 根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述介电层(2， 20)邻近所述电极(1)布置并与所述电极(1)接触。
6. 根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述用于产生等 离子体放电的装置布置成用来当所述第二媒介存在于所述第二区域(5， 50)中时，在所述中心电极(1)和所述第二媒介之间产生等离子 体放电，所述第二媒介用作所述第二电极。
7. 根据权利要求1~4中任一项权利要求所述的设备，还包括邻 近所述第二区域的第二电极(8)，并且其中，所述用于产生等离子体 放电的装置布置成用来在所述中心电极(1)和所述第二电极(8)之 间产生所述》文电。
8. 根据权利要求3~7中任一项权利要求所述的设备，其中，所 述分离壁(4)用多孔材料制成，所述孔口由所述材料的孔隙形成。
9. 根据权利要求3~7中任一项权利要求所述的设备，其中，所 述分离壁用非多孔材料制成，并且其中，所述孔口被制造在所述材料 中，位于所述分离壁的整个表面或者一部分表面上。
10. 根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述第二区域 (5， 50)还包括能够产生光催化行为的载体材料。
11. 根据权利要求IO所述的设备，其中，所述载体材料容纳在布 置于所述第二区域(5， 50)内的网或者篮(6)中。
12. 根据权利要求10所述的设备，其中，所述载体材料涂在至少 一部分所述分离壁(4)中或者上。
13. 根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述设备为管 状的几何形状。
14. 根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述设备为平 板状的几何形状。
15. 根据权利要求14所述的设备，其中，所述设备为对称结构， 包括中心的板状电极(1)和两个邻近所述电极各一侧的介电层(2)， 所述第一区域(3)包括邻近所述介电层的两个子区域，所述第二区域 (5)邻近所述第一区域。
16. 根据权利要求12所述的设备，其中，所述设备为非对称结构， 包括板状电极(1)和一个邻近所述电极(1)的介电层(20)，所述 第一区域(30)邻近所述电极，所述第二区域(50)邻近所述第一区 域。
17. 根据权利要求16所述的设备，其中，在所述第一、第二区域 (30, 50)之间没有分离壁，并且其中，所述用于注入等离子体的装置 包括用于以足够的压力将所述第一媒介泵入所述第一区域(30)的装 置，从而在所述设备运行过程中维持所述第一区域。
18. —种用于对包括液体、气体或者固体相、或者它们混合物的 媒介进行处理的方法，包括步骤提供根据权利要求1 ~ 17中任一项所述的设备， 将第一媒介引入所述设备的所述第一区域(3， 30)， 将第二媒介引入所述设备的所述第二区域(5, 50), 当所述第一媒介在所述第一区域(3, 30)中时，在所述第一媒介 中产生等离子体，将所述等离子体注入所述第二区域(5)。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一媒介是气体媒介。
20. 根据权利要求18或者19所述的方法，其中，所述等离子体 是在大气条件下产生的。
21. 根据权利要求18~20中任一项所述的方法，其中，所述第二 媒介流经所述第二区域(5， 50)，并在所述流动过程中受到处理。
22. 根据权利要求18~20中任一项所述的方法，其中，所述第二 媒介按批量模式进行处理，其中 一定体积的所述第二媒介被引入所述 第二区域(5， 50)，然后对所述体积的所述第二媒介进行处理。
23. 根据权利要求18所述的方法，其中，在所述第一、二区域(30， 50)之间没有分离壁，并且其中，所述第一媒介以足够的压力被引入 在所述电极和所述第二区域(50)之间的所述第一区域(30)中，从 而在产生所述等离子体的过程中维持所述第一区域。
全文摘要
本发明涉及一种用于对包括液体、气体或者固体相、或者它们混合物的媒介进行消毒和净化的设备，所述设备包括中心电极(1)、与所述电极(1)相邻的介电层(2，20)、与所述介电层(2)相邻的第一区域(3，30)、将第一媒介引入所述第一区域的装置、与所述第一区域相邻的第二区域(5，50)、将第二媒介引入所述第二区域的装置、用于当所述第一媒介存在于所述第一区域时通过在所述第一电极(1)和第二电极之间施加电压而在所述第一媒介中产生等离子体的装置、用于为了与所述第二媒介混合而将所述等离子体注入所述第二区域(5)的装置。本发明同样地涉及在本发明设备中执行的方法。
文档编号A61L2/02GK101180083SQ200680014569
公开日2008年5月14日 申请日期2006年5月2日 优先权日2005年4月29日
发明者丹尼·哈弗曼斯, 罗比·雷格, 赫尔曼·布洛克, 迪尔克·范根诺伊格登 申请人:佛兰芒技术研究所有限公司