专利名称：液体处理系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种用于处理液体的系统，尤其涉及采用超声波能量和紫外(UV) 光处理液体的系统。
背景技术：
通常对多种液体进行处理以从液体中除去杂质。例如，在废水被释放到环境中或 市政废水系统之前经常要对其进行处理以遵守政府的法律法规；饮用水常常要进行处理以 使其适于消费；游泳池的水常常要进行处理以确保其对于游泳来说是安全的；和工艺用水 经常被处理以将由在部件上堆积的杂质引起对机械部件的破坏降到最低。在这些不同的液 体中可能存在的多种类型的杂质包括但不限于悬浮粒子、有机物、微生物、溶解矿物质以及 类似物。已知有多种处理技术用来处理液体以移走或消除液体中的杂质，例如用过氧化氢 和/或臭氧进行氧化，用紫外光进行照射。还有其它可改变杂质的化学组成的已知处理技 术。这些已知技术中的大部分在购买、运行和维护方面费用昂贵。此外，它们经常费时并且 相对效率较低，和/或它们处理液体中的杂质时效果较差。
发明内容
按照一个方案，液体处理系统通常包括限定出内部空间的壳体。壳体具有用于将 液体接收进入壳体内部空间的至少一个入口，和允许液体从壳体的内部空间排出的至少一 个出口。出口和入口如此间隔分开，使得液体从入口到出口地流经壳体的内部空间。超声 波波导组件布置在壳体的内部空间内并包括至少一部分布置在壳体的入口和出口之间的 超声振杆。超声振杆(horn)能在超声频率下操作来给在该壳体内从该入口流动到该出口 的液体超声供能。设有紫外光源发射紫外光到该壳体的内部空间来处理从该入口流动到该 出口的液体。按照另一个方案，液体处理系统通常包括具有能在超声频率下操作来给液体超声 供能的超声振杆的超声波波导组件，和发射紫外光到该壳体的内部空间来处理从该入口流 动到该出口的液体的紫外光源。
图1是用于给液体超声供能并发射紫外光到已被供能液体的液体处理系统的一 个实施例的示意图；图2是图1中系统的壳体的纵向(例如竖向)剖面图，示出了位于其中的超声振 杆和挡板组件；和图3是图2中超声振杆和挡板组件的分解透视图。在所有的附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施例方式现在特别参考图1，在一个实施例中，总体用10标示的用于处理流动液体的液体 处理系统能被操作以在液体流动通过系统时为液体超声供能并向已被供能的液体发射紫 外光。在本文中使用的术语“液体”的意思是指单组分液体、由两种或多种组分构成并且至 少其中一种组分是液体的溶液，例如液-液混合物、液-气混合物或其中带有颗粒物的液 体、或者其它粘性液体。在一个合适的实施例中，由处理系统10处理的液体可以是具有一 种或多种杂质的工业废水。然而，应当理解，液体处理系统10能够用来处理其它类型液体， 包括其它类型的水，例如饮用水、游泳池水和工艺用水。本文公开的液体处理系统可以单独 使用或者可以作为更大型的液体处理工艺设备的一个部件。在一个合适的实施例中，如图1所示，液体处理系统10包括总体用12标示的超声 处理壳体(或腔室)，限定出内部空间14、用于接纳总体用16标示的波导组件的至少一部 分。壳体12总体细长并具有入口端18(在图示实施例的朝向的下端)和出口端20(在图 示实施例的朝向的上端)。壳体12被如此配置，使得废水(广泛的说，待处理液体)在其入 口端18进入壳体的内部空间14，在壳体内大致纵向流动(例如沿图示实施例的朝向向上流 动)，并通常在壳体的出口端20流出。更具体地，壳体12具有在其中形成的一个或多个入 口 22 (在图1中示出了一个这样的入口)，要在壳体内进行处理的废水通过这些入口引入壳 体的内部空间14。本领域技术人员将会理解，壳体12的入口端18可以包括一个以上的入 口 22并且仍然在本发明的范围内。例如，尽管没有示出，壳体12可以包括两个入口，其中 第一个入口和第二入口适当地彼此平行间隔开。壳体12还在其出口端20具有至少一个出 口 24，以允许废水从壳体的内部空间14流出。因此，废水通过入口 22流入壳体12的内部 空间14，流经该内部空间，并通过出口 24流出。在示出的实施例中，壳体12大致呈圆筒形，因而具有大致呈圆环形的横截面。然 而，可以想到壳体12的横截面也可具有不同于圆环形的形状，例如多边形或其它合适的形 状，这些都在本发明的范围内。如下文所示，壳体12的至少一部分26合适地由透明材料构 成。在示出的实施例中，壳体12的该部分26由石英玻璃构成，而壳体的其余部分由不锈钢 构成。然而，应当理解，壳体12可以由任何合适的材料构成，只要这种材料与在壳体中进行 处理的废水、在处理过程壳体能够承受的压力以及其它系统条件例如温度相容。仍参考图1，波导组件16至少一部分在壳体12的内部空间14中纵向延伸，以给 流经壳体内部空间的废水(和废水的任何其它组分例如杂质)超声供能。特别地，所示出 的实施例的波导组件16从壳体12的入口端18纵向向上进入壳体的内部空间14地延伸到 波导组件的终端28，其布置在入口 22和出口 24的之间。尽管在图1中示出的是波导组件 16纵向延伸进入壳体12的内部空间14，但应当理解波导组件16可以从壳体的侧壁30横 向延伸，水平地经过壳体的内部空间。通常，波导组件16被直接或间接地安装到壳体12，如 在本文中随后将要描述的那样。波导组件16优选包括细长的超声振杆32，其布置在入口 22和出口 24之间的壳 体12的内部空间14内，以完全浸没在壳体中正被处理的废水中，更优选地，在示出的实施 例中，超声振杆与壳体同轴排列。超声振杆32具有外表面34，其与壳体12的侧壁30的内 表面36 —起限定出在壳体12的内部空间14内的流动通道38，废水和其它组分沿着该流动 通道流经壳体内的超声振杆(在本文中流动通道的这部分被广义地称为超声处理区域)。
超声振杆32具有限定出波导组件16的终端28的上端以及纵向相对的下端40。 尤其优选的是，波导组件16还包括与其同轴并在其上端连接至超声振杆32下端40的变幅 杆(booSter)42。然而，应当理解，波导组件16也可以只包括超声振杆32并仍然落在本发 明的范围内。还可以想到变幅杆42可以完全布置在壳体12的外部，其中超声振杆32安装 在壳体上，而不会背离本发明的范围。波导组件16，更具体是变幅杆42优选通过安装构件(未示出)在壳体的入口端 18安装在壳体12上，该安装构件配置成能将波导组件(其在运行过程中超声振动)与壳体 在振动上隔离。也就是说，安装构件阻止波导组件16的纵向和横向的机械振动传递至壳体 12，同时将波导组件(具体是超声振杆32)保持在壳体12的内部空间14内并允许超声振 杆32在壳体内的纵向和横向移位。安装构件还至少部分地(例如连同变幅杆42和超声振 杆32的下端40 —起)封闭壳体12的入口端18。合适的安装构件配置的例子在美国专利 US6，676，003中进行了示例和描述，该专利的整体内容通过引用以一致的程度结合入本文。在一个优选的实施例中，安装构件为单件结构。甚至更优选地，安装构件可以与变 幅杆42 —体制成(更广义地是与波导组件16 —体制成)。然而，应当理解，安装构件可以 与波导组件16分开构造并且仍落入本发明的范围内。还应当理解，安装构件的一个或多个 部件可以单独构成并合适地连接在一起或者通过其它方式组装在一起。安装构件被进一步构造成基本刚性的(例如在负载下防止静态位移)，以保持波 导组件16在壳体12的内部空间14内合适的定位。例如，在一个实施例中，刚性的安装构 件可以由非弹性材料构成，优选由金属材料构成，更优选用和构造变幅杆(并且更宽泛地 是波导组件16)相同的金属构成。然而，术语“刚性”并不是指安装构件不能够动态地挠曲 和/或弯曲以响应波导组件的超声振动。在其它实施例中，刚性安装构件可以用足以在负 载下防止静态位移但也能够动态地挠曲和/或弯曲以响应波导组件16的超声振动的弹性 材料构成。合适的超声驱动系统包括至少一个激励器46和设置在壳体12的外部并有效连 接至变幅杆42的电源48，其用于给波导组件16供能以机械地超声振动。在一个实施例 中，驱动系统能够在大约15kHz到大约IOOkHz的频率范围内操作波导组件16，优选是在 大约15kHz到大约60kHz的频率范围内，更优选是在大约20kHz到大约40kHz的频率范围 内操作波导组件。这样的超声驱动系统是本领域技术普通技术员所公知的，且不需要在本 文中进一步描述。合适的超声驱动系统的例子包括可以从伊利诺斯州圣查尔斯的Dukane Ultrasonics公司购得的Model 20A3000系统，以及可以从伊利诺斯州绍姆堡的Herrmann Ultrasonics 公司购得的 Model 2000CS 系统。特别参考图1，超声振杆32包括连接至超声振杆32并至少部分地从振杆的外表面 34横向向外伸出的彼此纵向间隔开的两个或更多个(即多个)搅拌构件50，50'。在图1 中能够看到五个这样的搅拌构件50，50'。超声振杆32的尺寸优选设计成具有和振杆共振 波长的大约一半(通常也被称为半波长)相同的长度。然而，应当理解，超声振杆32的尺 寸可以设计成为上述半波长的任意增加量，而不会背离本发明的范围。在示出的实施例中，五个搅拌构件50中的四个包括一组四个垫圈形环，其以彼此 纵向间隔开的关系连续地绕超声振杆32的外缘伸出并从超声振杆的外表面34横向(在图 示的实施例中为径向)向外延伸。以这种方式，每个搅拌构件50相对超声振杆32的振动位移围绕超声振杆的周缘是相对均一的。然而，应当理解，不需要每一个搅拌构件50都是 绕超声振杆32的外缘连续的。例如，搅拌构件50可以替代地为轮辐、叶片、翅片或其它从 超声振杆32的外表面34横向向外延伸的离散结构构件的形式。如图1所示，另一个搅拌构件50'(即中心搅拌构件)为T-形。具体地，布置在超 声振杆32的波节区域的搅拌构件50'(如下文更详细地所述)为T-形。已经发现T-形 的搅拌构件50'产生很强的径向(例如水平方向)声波，这进一步增加了空化效应，如本文 更详细地所述。应当理解搅拌构件50，50'(例如在示出的实施例中的4个环和一个T-形构件) 的数目可以少于或多于五个，而不会背离本发明的范围。还应当理解，搅拌构件50，50'之 间的纵向间距可以与图1所示和上面所述的不同(例如间隔更近或者更远)。另外，虽然 图1中示出的搅拌构件50，50'彼此间的纵向间距相等，但可以想到在多于两个搅拌构件 的情况下，纵向连续的搅拌构件之间的间距不需要相等，这仍然落在本发明的保护范围内。沿超声振杆32长度的搅拌构件50，50'的多个位置至少部分地取决于在超声振 杆振动时对搅拌构件期望的振动位移。例如，在图1示出的实施例中，超声振杆32具有大 致位于超声振杆的纵向中央的波节区域。在本文中，超声振杆32的“波节区域”是指超声 振杆的这样的纵向区域或部段，即在超声振杆的超声振动并且超声振杆的横向(例如在示 出的实施例中为径向)位移基本最大化期间沿该区域只产生很小的(或无)纵向位移。超 声振杆32的横向位移优选包括超声振杆的横向膨胀并且还可以包括超声振杆的横向移动 (例如弯曲)。在图1示出的实施例中，给出了超声振杆32的半波长的配置，使得波节区域由波 节平面(即横向于超声振杆的平面，当横向位移基本上最大化时在此处不发生纵向位移) 特别限定。该平面有时也被称作“节点”。因此，被纵向设置为距离波节区域较远的搅拌构 件50 (例如在图示实施例中的那些环)将会经历主要的纵向位移，而距离波节区域较近的 搅拌构件50'(如T-形搅拌构件)相对于横向远端的搅拌构件则将经历纵向位移的增加 和纵向位移的减少。应当理解，超声振杆32可以如此配置，使得波节区域并不是纵向居中 地设置在超声振杆上，而不会背离本发明的范围。还应当理解，可以将一个或多个搅拌构件 50,50'沿纵向设置在超声振杆上，以在超声振杆32超声振动的时，同时经历相对超声振 杆32的纵向位移和横向位移。搅拌构件50，50'被充分构造(例如在材料和/或尺寸如厚度和横向长度方面，该 横向长度表示搅拌构件从超声振杆32的外表面34横向向外伸出)以便于动态运动，并且 特别是便于搅拌构件的动态挠曲和/或弯曲以响应超声振杆的超声振动。在一个特别优选 的实施例中，对于给定的波导组件在壳体内运行的超声波频率(或者在本文中称作波导组 件的预定频率)和要在壳体12内处理的特定的废水，搅拌构件50，50'和超声振杆32优选 被构造和布置成在预定频率下、以本文中称作超声空化的模式来操作搅拌构件。在本文中，搅拌部件50，50'的超声空化模式表示搅拌构件的振动位移足以导致 要处理的液体在预定的超声波频率下空化。例如，在壳体12内流动液体包括水，并且操作 波导组件16的超声波频率(即预定频率)大约为2(^拟，搅拌构件50，50'中的一个或多 个被优选构造成提供至少1.75密耳(即0.00175英寸，或0.044mm)的振动位移，以建立起 搅拌构件的空化模式。应当理解，波导组件16也可配置成不同的结构(例如在材料、尺寸等方面)来实现与要处理的具体液体相关联的空化模式。例如，当待处理的液体的粘度改 变时，那么搅拌部件的空化模式可能也需要加以改变。超声空化是指由于超声供能而导致在液体中气泡的形成、生长和向内塌陷。这种 空化是由液体中预先存在的弱化点例如悬浮颗粒物质中的充满气的裂隙或者先前空化过 程中出现的过渡态微泡引起的。在超声经过液体时，膨胀循环对液体施加负压，推动分子彼 此远离。在超声能量足够强的位置，当负压超过液体的局部拉伸强度时膨胀循环在液体中 产生空穴，所述拉伸强度随液体的类型和纯度变化。由初始空穴形成的小气泡通过进一步吸收超声能量长大。在适当的条件下，这些 气泡经历猛烈的塌陷，产生非常高的压力和温度。在某些领域，例如被称为超声化学的领 域，化学反应利用空化带来的这些高的压力和温度。此外，这些气泡自身的生长和猛烈塌陷 为废水提供了期望的精确搅拌。在特别优选的实施例中，搅拌构件50，50'的空化模式对应于搅拌构件的共振模 式，其中搅拌构件的振动位移相对于超声振杆32的位移被放大。然而，应当理解，即使搅拌 构件50，50'不在其共振模式下操作，空化也可以发生，或者甚至是在振动位移大于超声振 杆32的位移时也可以发生，这并不会背离本发明的范围。通常，超声振杆32可以由具有合适声学和机械性质的金属构造。用于构造超声振 杆32的合适金属的例子包括但不限于铝、蒙乃尔合金、钛、不锈钢以及某些合金钢。还可以 想到，超声振杆32的所有或部分可以用另一种金属例如银、钼、金、钯、二氧化铅和铜等进 行涂覆。在一个特别优选的实施例中，搅拌构件50，50'用和超声振杆32相同的材料构造， 并更优选与超声振杆32—体制成。在其它实施例中，一个或多个搅拌构件50，50'可以替 代为独立于超声振杆32形成并与其相连接。虽然图1中示出的搅拌构件50，50'(例如环)相对扁平，即其截面相对为矩形， 但是应当理解所述环可以具有不同于矩形的截面形状，而不会背离本发明的范围。术语“截 面”在这种情况被用于表示沿相对于超声振杆外表面34的横向方向(例如沿图示实施例中 的径向)截取的截面。另外，尽管图1中示出的搅拌构件50 (例如环)被构造为仅具有横 向构件，但是应当想到一个或多个搅拌构件50'可以具有至少一个纵向(即轴向)部件，用 于在波导组件16 (例如T-形搅拌构件)的超声振动期间振杆利用超声振杆32的横向振动 位移(例如在图1中所示超声振杆的波节区域及其附近)。壳体的内部空间14具有液体引入区52，在该液体引入区中，壳体12的内部空间 14内的废水在超声振杆32的搅拌构件50，50'的上游出现初始涡流。在壳体12用于将两 种或多种组分(例如在示出的实施例中的废水、过氧化氢或者臭氧)混合到一起的情况下， 这个引入区52是特别有用的，由此当待混合组分进入壳体12时，在引入区52中的涡流作 用有利于初始混合。另外，当处理废水中的杂质时，可能需要添加一种或多种成分(例如过 氧化氢，臭氧)，其能在废水接触超声振杆32的搅拌构件50，50 ‘之前与要处理的废水预先 混合ο总体用60标示的挡板组件优选布置在壳体12的内部空间14内，并且特别是大致 横向靠近壳体的侧壁30的内表面36并且与超声振杆32大致横向相对。在一个优选实施 例中，挡板组件60包括一个或多个挡板构件62，其从壳体12的侧壁30的内表面36朝向超 声振杆32至少部分地向内横向延伸。更优选地，所述一个或多个挡板构件62从壳体内表面36向内横向延伸到与从超声振杆32的外表面34向外伸出的搅拌构件50，50'纵向留 有间隙的位置。本文中使用的术语“纵向留有间隙”是指平行超声振杆32的纵向轴线画出 的纵向直线，既经过搅拌构件50，50'，也经过挡板构件62。作为一个例子，在示出的实施 例中，挡板组件60包括与五个搅拌构件50，50'纵向留有间隙的四个大致环形的挡板构件 62 (即围绕超声振杆32连续延伸)。应当理解，挡板构件62因此延伸入在壳体12的内部空间14中流动经过超声振杆 32的废水的流动通道内(即在超声处理区域内)。这样一来，挡板构件61抑制了液体沿着 壳体侧壁30的内表面36流动经过超声振杆32，并且更优选地，挡板构件有助于废水横向向 内流向超声振杆，以在超声振杆的搅拌构件上流动，从而有助于对废水的超声供能(既搅 动作用)。应当想到，挡板构件62不需要是环形的或者以其它方式绕超声振杆连续地延伸。 例如，挡板构件62可以绕超声振杆32不连续地延伸，例如呈从壳体12的侧壁30的内表面 36附近向内横向延伸的轮辐、凸块、节片或其它离散结构的形式。挡板构件62环绕超声振 杆32连续地延伸中涉及的术语“连续地”并不是排除挡板构件是以端到端的对接关系设置 的两块或多块弧形部段，也就是说，只要在这些部段之间不形成明显的间隙即可。合适的挡 板构件的配置在美国专利申请号US11/530，311(2006年9月8日提交)进行了公开，上述 专利申请的内容通过引用以一致的方式纳入本文。虽然在图1-3中示出的挡板构件62均是基本扁平的，例如具有基本上薄的矩形截 面，但是应当理解，一个或多个挡板构件也可以具有不同于基本上扁平或矩形的截面形状， 以进一步有利于气泡在壳体12的内部空间14内流动。术语“截面”在这种情况下是指沿 一个横向方向(例如沿示出的实施例中的相对于超声振杆外表面34的径向)截取的截面。如图1所示，液体处理系统10还包括紫外光源66，用于发射紫外光以在壳体12的 内部空间14接纳的废水(即液体)从入口 22流到出口 24时对其进行照射。在一个优选的 实施例中，紫外光源66被布置成用于发射基本上遍布壳体12的整个内表面14的紫外光。 例如，紫外光源66可以具有大致等于壳体12的长度L2的长度Li，并且布置成用于沿着壳 体的长度发射紫外光进入内部空间14。在图1示出的另一种配置中，一个或多个反射器68 可以相对于壳体12的内部空间14布置，用来偏转紫外光源66在壳体的内部空间的整个长 度上发射的紫外光。在这种配置中，紫外光源66的长度Ll可以远小于壳体12的长度L2。如图1所示，紫外光源66优选布置在壳体12的外部，并且靠近壳体的透明部分 26(即壳体的由石英玻璃构成的部分)布置。因此壳体12的透明部分26的尺寸和形状设 计成允许紫外光源66发射的几乎所有紫外光线都能进入壳体12的内部空间14。应当理 解，透明部分26可以仅构成壳体12的一部分或者其可以构成整个壳体，这仍落入本发明的 范围内。如图1所示，紫外光源66布置成能朝向壳体12的出口端20并且刚好越过超声振 杆32的终端28向壳体12的内部空间14发射紫外光。流动通过壳体12的内部空间14的、 靠近紫外光源66的废水先通过超声振杆32被高度供能(例如至少被搅动并且更优选是发 生空化)。虽然紫外线被偏转或以其它方式辐射壳体12的整个内部空间14，但是紫外光的 最强烈区域一般靠近壳体的出口端20。应当想到，挡板系统(未示出)可靠近壳体的出口 端20布置在壳体12的内部空间14内，以提供废水的弯曲流动通道，从而增加废水经受紫
9外光照射的持续时间。在一个优选实施例中，紫外光源66能够操作来发射波长在大约172纳米到大约 600纳米范围内的紫外光。更优选地，例如，光源66能够操作来发射波长在大约172纳米到 大约300纳米范围内的紫外光，这种情况下待处理的液体相对无色或者几乎无色。在另一 个优选实施例中，紫外光源66能被操作来发射波长在大约300纳米到大约600纳米的紫外 光用于有颜色的液体(例如其中含有染料的废水)和高粘度液体或半液体(例如泥浆)。 紫外光源66有效地连接到合适的电源装置70，用于为紫外光源供应充足的电源来产生和 发射紫外光到壳体12的内部空间14。在示出的实施例中，液体处理系统10更特别地包括氧化剂源，用于将氧化剂输送 到壳体12的内部空间14。在一个优选的实施例中，例如过氧化氢和臭氧各自被输送进入壳 体12的内部空间14。过氧化氢使用合适的泵72输送，其从供应容器74抽吸过氧化氢并将 过氧化氢通过过氧化氢入口 76输送到壳体12的内部空间14。过氧化氢(H2O2)分解成羟 基(· 0H)，如下面的公式所示。羟基是一种与有机物起化学反应的强氧化剂。H2O2 — 2 ( · 0H)在液体处理系统10中设有臭氧发生器80用于产生臭氧，以通过臭氧入口 82输送 入壳体12的内部空间14。臭氧(O3)在水中分解形成一种超氧自由基离子((V)( 一种强氧 化剂)，和过氧化氢基(O2H)。过氧化氢基还进一步分解形成另一种超氧自由基离子((V)和 氢离子(H+)。03+0r — O2^O2H
O2H ο O2" +H +可以想到过氧化氢和臭氧中的任一种可以单独在液体处理系统10中使用，也落 入本发明的范围内。还应当想到可以使用其它类型的氧化剂，在某些实施例中，氧化剂可以 省略不用。壳体12的入口端18与合适的输送系统流体连通，该输送系统可操作地从连续源 86来引导废水进入并且更优选贯穿壳体12的内部空间14。在一个优选实施例中，输送系 统包括一个或多个泵88(在图1中示出了一个泵)，可操作地通过合适的管路将来自其连 续源86的废水(未示出)泵送入壳体12的入口端18。应当理解，输送系统可以配置成将 来自多个源86的废水(例如当混合废水的情况下)输送进入壳体，而不会背离本发明的范 围。还应当想到和图1中示出的和本文中描述的不同的输送系统也可以用来将废水输送到 壳体12的入口端18，而不会背离本发明的范围。在一个优选的实施例中，液体处理系统10适用于使用在连续的流动工艺过程中， 其中废水连续流动通过该系统。例如，在一个特定的场合，如上文提到的，在废水排放之前 对其进行处理来杀死、除去和/或氧化微生物。本发明的液体处理系统可以通过振杆在废 水被超声振杆32空化的同时对废水照射紫外光实现这个目的。如上文提到的，也可以采用 向壳体内喷射臭氧气体和/或添加过氧化氢。然而，可以想到这种液体处理系统10也可以 用在替代连续流动工艺过程的分批处理工艺中对废水进行处理的液体处理系统中，这仍落 在本发明的范围内。在根据本发明的液体处理系统 的一个实施例的运行过程中，液体处理系统用来处理废水中的微生物。特别地，废水通过管路输送到(例如通过上面描述的泵88)在壳体 12中形成的一个或多个入口 22。臭氧和过氧化氢被输送入壳体12中来与废水混合。当废 水通过入口 22进入壳体12的内部空间13时，入口的定向位置可以产生相对的涡流作用， 从而混合臭氧、过氧化氢和废水一起形成废水溶液。废水溶液在壳体12的内部空间14中向上流并流经波导组件16，特别是超声振杆 32。超声振杆32通过驱动系统驱动，以在预定的超声频率下振动。为了响应超声振杆32 的超声激励，从超声振杆的外表面向外伸出的搅拌构件50，50'相对于超声振杆进行动态 挠曲/弯曲，或者横向移位(取决于搅拌构件相对于超声振杆的波节区域的纵向位置)。废水沿着超声振杆32的外表面34和壳体侧壁30的内表面36之间的流动通道 38纵向向上流动，使得超声振动和搅拌构件50，50'的动态运动搅动废水并且优选在废水 中引起空化。挡板组件60的挡板构件62干扰废水沿着壳体侧壁30的内表面36的纵向流 动并且重复地引导水流横向向内流过振动的搅拌构件。如上所示，超声振杆32导致水溶液 中发生空化，这促进了期望的氧化反应。超声振杆32引起的超声化学反应加速并提高了过 氧化氢和臭氧的分解来形成上述的基团，它们用来处理废水中的杂质。废水溶液在被空化 (即被供能)时流经紫外光源66。紫外光源66照射废水以对其进一步处理。在这个系统10中紫外光的使用增大了杂质在废水中降解的效率和效能。首先，紫 外光光化学分解一部分臭氧和过氧化氢试剂来产生更高浓度的超氧化物和基团，其与超声 化学反应一起作用来分解废水中的杂质。其次，高能紫外光的性质通过杂质吸收辐射启动 杂质的分解，继之是化学键断裂。例如，对于染料和其它有色剂，超声化学反应将进一步分 解这些化合物碎片，由于这些中间产物在化学性质上是不稳定的，因此它们容易在超声系 统中经历进一步的降解。紫外光源66的紫外灯通过仔细地选择灯泡可以调整来产生较广的紫外光发射或 特别窄的波长范围。例如，马里兰州的盖瑟斯堡的Fusion UV系统公司提供具有以下发射 范围的一系列的紫外灯炮H-bulb 210-315 纳米D-bulb 350-450 纳米V-bulb 400-450 纳米M-bulb 365 纳米和 406 纳米.液体处理系统10还可以与后处理系统结合使用，该后处理系统与壳体的出口端 20流体连通，用于在废水离开壳体后处理废水。例如，图示出的液体处理系统10可以与一 个或多个压力计结合使用，来监控壳体12内的压力。一个或多个过滤器单元90也可以沿壳 体12中的废水下游的流动通道布置，以过滤出颗粒物质例如污垢、碎屑或者废水中可能存 在的其它污物。例如，在一个实施例中，第一过滤器单元可以构造成过滤出尺寸大于约0. 5 微米的颗粒，在第一过滤器单元下游的第二过滤器单元被构造成进一步过滤过处尺寸大于 约0.2微米的颗粒。然而，应当理解，可以使用仅一个、或两个以上的过滤器单元，或者完全 省略过滤器单元。后处理系统还可包括脱气和消泡单元92，其可操作地在废水流经壳体12后去除 废水中的气泡。在一个合适的实施例中，脱气和消泡单元92包括常规的膜接触器。这种 膜接触器的结构和操作对本领域技术人员来说是已知的，因此在此不作进一步详细描述。合适的膜接触器的一个例子是可以从美国北卡罗来纳州夏洛特的Membrana公司以商标名 SuperPhobic购得。也可以设置一个或多个传感器单元来监控废水的多个特征，例如但不限 于PH值、导电率、粘度、温度、颜色、表面张力以及其它特性。在一个实施例中，例如当过氧化氢被引入壳体12内用作氧化剂来除去废水中的 杂质时，可能需要通过与过氧化氢起化学反应的后处理单元将残留的过氧化氢从流出的废 水中除去。例如，这个处理单元可以包括钼或银表面，其能分解任何残留的过氧化氢。类似 地，当引入臭氧来帮助除去杂质时，后处理单元例如分解单元用来分解从壳体出来的任何臭氧。在壳体12中处理后或者后处理(如果采用的话)后的水可以被引到储存容器，被 再使用或排放到合适的区域。当介绍本发明的元件或其优选实施例时，字或词“一”、“该”和“所述”意指有一个 或多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”意图为包含的，并且意思是除所列元件之外， 可以有其它的元件。因为可以在上述结构和方法中进行多种改变而不会背离本发明的保护范围，所以 包含在上述说明书中和在附图中示出的所有内容都应该被理解为是示意性的而不是限制 性的。
1权利要求
一种液体处理系统，其包括限定出内部空间的壳体，该壳体具有用于接收液体进入该壳体的内部空间的至少一个入口，和允许液体从该壳体的内部空间流出的至少一个出口，所述出口与所述入口间隔开，使得液体从该入口到该出口流动地通过该壳体的内部空间；布置在该壳体的内部空间中的超声波波导组件，其包括至少部分地设置在该壳体的所述入口和所述出口之间的超声振杆，该超声振杆能在超声频率下操作来给在该壳体内从该入口流动到该出口的液体超声供能；和紫外光源，用于发射紫外光到该壳体的内部空间来处理从该入口流动到该出口的液体。
2.根据权利要求1所述的液体处理系统，其特征是，所述紫外光源能够发射波长在约 172纳米到约600纳米范围内的紫外光。
3.根据权利要求1所述的液体处理系统，其特征是，所述壳体的至少一部分由透明材 料构成，用于允许紫外光照射通过该壳体进入该壳体的内部空间来处理该壳体内部空间中 的液体。
4.根据权利要求3所述的液体处理系统，其特征是，所述紫外光源被布置在该壳体的 外部并靠近所述壳体的该透明部分。
5.根据权利要求3所述的液体处理系统，其特征是，所述透明部分包括石英玻璃。
6.根据权利要求1所述的液体处理系统，其特征是，所述壳体具有一长度，该紫外光源 能够沿着所述壳体的该长度发射紫外光。
7.根据权利要求1所述的液体处理系统，其特征是，还包括至少一个反射器，用于改变 由该紫外光源发射的紫外光在该壳体的内部空间中的方向。
8.根据权利要求1所述的液体处理系统，其特征是，所述超声振杆具有布置成与在该 壳体内从该入口流动到该出口的液体接触的外表面和多个离散搅拌构件，这些离散搅拌构 件与所述外表面接触并彼此隔开地从该外表面向外横向延伸，所述搅拌构件和该超声振杆 被构造和布置成用于在该超声振杆的超声振动下这些搅拌构件能相对所述超声振杆作动 态运动。
9.根据权利要求1所述的液体处理系统，其特征是，还包括氧化剂源，用于将氧化剂引 入所述液体。
10.根据权利要求9所述的液体处理系统，其特征是，所述氧化剂源包括用于将该氧化 剂泵送入所述壳体的该内部空间的泵。
11.根据权利要求10所述的液体处理系统，其特征是，所述氧化剂源包括用于将第一 氧化剂泵送入该壳体的内部空间的第一泵，和用于将第二氧化泵送入该壳体的内部空间的 第二泵，该第一氧化剂和该第二氧化剂不同。
12.根据权利要求9所述的液体处理系统，其特征是，所述氧化剂包括过氧化氢和臭氧 中的至少一种。
13.根据权利要求9所述的液体处理系统，其特征是，所述氧化剂源包括臭氧发生器并 且该氧化剂包含臭氧。
14.一种液体处理系统，其包括超声波波导组件，其具有能在超声频率下运行以给液体超声供能的超声振杆；和超声振杆超声供能时发射紫外光到该液体。
15.根据权利要求14所述的液体处理系统，其特征是，所述紫外光源能够发射波长在 约172纳米到约600纳米的紫外光。
16.根据权利要求14所述的液体处理系统，其特征是，还包括限定出用于接纳液体的 内部空间的壳体，该超声振杆的至少一部分布置在该壳体的该内部空间内，用于给该壳体 内的液体超声供能。
17.根据权利要求16所述的液体处理系统，其特征是，该壳体的至少一部分由透明材 料构成，以允许紫外光发射通过该壳体进入其内部空间来处理该壳体的内部空间中的液 体，该紫外光源在该壳体的外部并靠近该壳体的透明部分布置。
18.根据权利要求14所述的液体处理系统，其特征是，所述超声振杆具有外表面和多 个从该外表面向外伸出的多个离散搅拌构件，所述搅拌构件被构造和布置成用于在该超声 振杆的超声振动下这些搅拌构件能相对所述超声振杆作动态运动。
19.根据权利要求14所述的液体处理系统，其特征是，还包括用于将氧化剂引入液体 的氧化剂源。
20.根据权利要求19所述的液体处理系统，其特征是，所述氧化剂源包括用于将所述 氧化剂弓I入该壳体的内部空间的泵。
全文摘要
一种液体处理系统，其包括限定出内部空间的壳体。壳体具有用于接收液体进入该壳体的内部空间的至少一个入口，和允许液体从该壳体的内部空间流出的至少一个出口。出口与入口间隔开，使得液体从入口到出口流动地通过壳体的内部空间。超声波波导组件布置在壳体的内部空间中并包括至少部分地设置在该壳体的所述入口和所述出口之间的超声振杆。超声振杆能在超声频率下操作来给在壳体内从该入口流动到该出口的液体超声供能。紫外光源发射紫外光到该壳体的内部空间来处理从该入口流动到该出口的液体。
文档编号C02F1/72GK101952207SQ200880121407
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月21日
发明者E·C·小麦克劳, J·G·阿勒斯, J·G·麦克唐纳, P·S·麦克尼科尔斯, P·W·拉斯马森, R·A·库尔, R·A·詹森, S·J·罗夫斯, T·D·埃勒特 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司