专利名称：用于液体净化的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过氧化液体中的污染物来净化液体尤其是水的系统。
背景技术：
对于液体尤其是水的净化存在着日益增加的需求。在许多应用场合中需要对水进行净化和去污，其中的几个场合包括游泳池和疗养浴池、温室、畜牧场、冷却塔、医院等等。在大多数应用场合下用于对水进行净化和去污的传统技术包括使用与水混合的化学品。由于环境因素以及化学品对环境、人和动物的影响，需要尽量减少化学品的使用。
使水净化/去污的一种方法是使用臭氧。一些国家已经开发出若干净化水的方法，其中将臭氧(O3)置入饮水装置和洗浴设施中，还使得臭氧溶解于水中以用于对物品进行清洁、消毒以及杀菌。由于臭氧、氧、过氧化氢以及UV辐射的结合可以产生更多的自由基，这意味着反应过程更快且更有效。
借助于臭氧和自由基的微生物的钝化作用被认为是氧化反应。微生物的表层先受到攻击。在表层/细胞壁之内，臭氧和自由基会破坏细胞/病毒/孢子内部的核物质。就大部分微生物来说，钝化反应可在数分钟内发生，这取决于臭氧的剂量以及所形成的自由基的数量。
尽管臭氧可溶于冷水，然而如同在空气中一样，臭氧会快速分解(消耗)，这会产生大量不同的自由基以及或多或少地稳定的副产品，例如醛类、溴酸盐以及羧酸。分解的程度取决于pH值、所暴露出的物质以及温度。有些物质可容易地被臭氧破坏掉。然而，大多数的物质和分子可由自由基更有效地氧化，这些自由基由臭氧和经臭氧处理的介质来形成。
国际专利申请No.WO 96/20017公开了一种在氧化过程中采用了自由基的非常有效的方法。该方法利用UV辐射来在空气和液体中产生臭氧，以一定的波长来辐射臭氧以获得自由基，该自由基可氧化空气或液体中的污染物。为了提高自由基的产出，采用了催化剂如二氧化钛。上述专利申请的申请人例如在冷却塔、游泳池、温室中已经获得了很好的水净化/去污效果，这只是所列出的一些应用场合。该专利方法的应用使得能够在这些应用场合中完全去除化学品。
然而，在某些应用场合中，WO 96/20017所介绍的用于净化水或其它液体的设备在单位时间内的处理量方面具有容量上的限制。已经进行了试验来减小经过UV辐射源的流动，在水消耗未发生的期间也使用该设备，并把净化过的水存储在过渡性储水池内。这样所具有的缺点是，必须要有额外的可用空间来容纳过渡性储水池。对于某些应用场合来说这可能是行不通的，并且对于另一些应用和大量消费者来说，这不是最佳的解决方案。这还需要消费者能够将设备设置成只占用最少的占地面积。
在建筑物的水系统内发现了另一具有特殊问题的应用场合。这与军团菌有关，军团菌是一种水生生物，当以悬浮微粒的形式吸入时，其会导致传染，这在全世界范围内是一个大问题，如果已经是很虚弱的病人再通过例如喷淋器而接受到细菌的话，这在医院里将是特别麻烦的。如果自来水不够热的话，细菌会茁壮成长且不受控制地繁殖。这种问题的主要解决办法是提高并尽量控制水的温度，以防止军团菌的出现。能够杀死这些细菌的化学品在这些应用场合通常是不能使用的，因为它们也会对人体产生危害。
对于某些应用场合而言，上述方法具有一些缺点。如果液体被严重污染的话，臭氧的量可能不足以产生用于完全去除液体中的污染物所需的自由基的量。这种情况可能是由于用于在液体中产生臭氧的辐射能量被液体中的污染物或其它微粒/物质吸收或阻挡而造成的。例如在盐水的处理中，大量的能量会被卤素所吸收。因此没有足够的臭氧产生，进而没有足够的用于净化工艺的自由基产生。还可能有的情况是，用于产生臭氧的氧气量不足。
鉴于上述情况，采用自由基作为主要的净化氧化剂并以简单且经济的方式来提高臭氧的含量将是有利的。对于处理盐或微咸水的应用来说，采用连续式系统将是有利的。
因此，在该技术领域内需要进行改进。
发明简介本发明的目的在于采用根据权利要求1到5的特征部分所述的系统来解决上述问题。从属权利要求覆盖了本发明的优选实施例。
根据本发明的一个主要方面，其特征是用于处理液体的方法，包括步骤同时照射空气流和待处理的液体流以在空气和液体中均产生臭氧，在液体照射点的上游将含有臭氧的空气与待处理的液体混合，照射含有已混入臭氧的液体流，以便使液体中的臭氧分解而产生自由基。
根据本发明的另一方面，其特征在于，在臭氧分解的同时将液体暴露于至少一种催化剂中，以用于提高自由基的量。
根据本发明的又一方面，其特征在于，该混合通过液体流中的喷吸作用来获得。
本发明具有若干优点。通过用相同的UV辐射光源来同时照射空气和液体，就可以在空气和液体中均产生臭氧，从而避免了使臭氧发生源分开。然后将含有臭氧的空气供给到照射点上游的液体流中，使得臭氧和其它成分一起与待处理的液体相混合。这样，液体中的臭氧开始与污染物一定程度地发生反应。然后照射含有臭氧的液体，这样便使在液体中生成的臭氧和混合于液体中的臭氧分解，形成大量的自由基，这些自由基执行主要的净化/处理工作。总之，在液体中可以生成/含有比在只用UV光产生装置来照射液体时更大量的臭氧。这在与例如水和空气中的氧含量相比较时尤其正确，因为空气比水包含有大得多的氧的量。臭氧的增加可以简单且有效的方式来实现，不需要采用另外的臭氧发生装置或预处理容器。由于增加了臭氧，从而消除了前面所提到的由于辐射能量被吸收/阻挡而导致的臭氧产生不足的问题。这种产生过程是同时发生的，即在容器中的臭氧被分解以产生自由基的同时，UV光产生装置在围绕着UV光产生装置的空气中和在容器内的液体中均产生了臭氧。
为了进一步增加自由基的量，在处理点例如液体被照射的容器内设置了能够增加自由基量的催化剂。催化剂可包括二氧化钛，并且可以设置在容器的内表面上。根据一个实施例，容器可由钛制成，或者至少具有钛衬里，其中钛衬里经适当方式的处理而产生了二氧化钛。这样就以简单且有效的方式产生了非常大的催化表面。另外，钛具有可以抵抗容器内部的高腐蚀性环境的优点。
优选采用节流部件或类似的可减小入口部分的部件如文丘里管来进行混合，这种部件能够产生负压力，进而产生喷吸作用。因此，不需要特别的装置或部件来将臭氧与液体混合。待混合的臭氧的量可以通过控制经过UV光产生装置的空气流来容易地调节。
根据本发明的另一方面，其涉及到用于处理液体尤其是水的系统，包括设有用于液体的入口和出口的贯流装置以及设于贯流装置内的UV光产生装置，所述UV光产生装置能够在贯流液体中产生臭氧，并且同时分解臭氧而产生自由基，其特征在于，在贯流装置的入口和出口处设置了可拆装的连接件。
根据本发明的另一方面，该系统的特征在于，设置有至少两个贯流装置，各贯流装置优选设计成细长管。
根据本发明的又一方面，UV光产生装置设于细长管的一端，在贯流装置的内部至少邻近于所述UV产生装置设有陶瓷。
根据本发明的一个优选实施例，所述贯流装置中的至少两个串联地设置，其中第一贯流装置连接到用于待处理液体的入口管上，最末贯流装置连接到用于经处理液体的出口管上，和/或它们并联地连接到用于待处理液体的入口管上以及用于经处理液体的出口管上。
根据本发明的另一方面，该贯流装置设置在供人使用的水出口如喷淋头的附近。
本发明具有若干优点。通过在贯流装置上设置可拆装的装置，就可以根据容量要求来非常容易且方便地改变流经系统的通过量。可将一个或几个具有UV辐射灯的贯流装置彼此前后地放置，即直接地串联或者通过弯头来串联，这样可使系统能够适应于可用的空间，而例如不会占用太多的占地面积。为了显著提高系统的性能，可将一个或多个贯流装置并联地设置，其中第一入口/出口连接到入口管上，第二入口/出口连接到出口管上。
通过以串联和/或并联的方式来使用系统的部件，就可对通过量进行几乎无限制的变化。可以将系统中的几个并联配置结构串联起来，以便对高度污染的水进行多次处理。系统还可基于标准的部件及配件，并且减少对特殊部件的需求，即带有灯的标准长度的贯流装置可结合有连接到待处理水源上的标准弯头和接头。
当将贯流装置连接到用于喷淋器的出口时，就可获得能够预防被军团菌感染的特殊优势。由于在大型自来水系统中军团菌的危险较大以及在这些系统中将其消除比较困难，因此本发明消除了存留于水系统内的任何这种细菌的风险。这相对于现有解决方案而言具有明显的优势，从而在不使用任何化学品并且不会给这些系统内的水的使用者带来任何风险的情况下完全消除了问题。
通过下文中对本发明的具体介绍并结合附图，可以清楚本发明的这些以及其它方面的优点。
在下文中将结合附图对本发明进行具体介绍，其中图1是本发明第一实施例的示意性侧视图，图2是图1所示实施例的一种变型的示意性侧视图，图3显示了包含于本发明的第二方面中的用于处理受污液体的贯流装置即中心部件，图4显示了可包括在根据图3所示的发明中的不同的部件，图5显示了应用图3所示的部件以实现本发明的一个实例，图6显示了该部件的应用的另一实例，和图7显示了与喷淋头相连接的去污单元的安装。
本发明的具体描述图1显示了本发明的一个实施例。其包括具有入口12和出口14并可连接到用于待处理液体的输送系统中的处理容器10。基本上整个内表面都设有钛，或者是隔腔由钛制成，或者是在内表面上设有钛层，钛层经过处理而得到二氧化钛，以提高由UV辐射所产生的自由基的量。用于得到二氧化钛的处理例如可通过蚀刻钛管或钛层来完成。钛还具有对容器内的腐蚀性环境有很强抵抗能力的优点。
由石英玻璃制成的管16在两个相对的壁18，20之间延伸穿过容器的内部。在石英管内设有UV辐射光源21，其在隔腔的相对壁之间延伸。光源可连接到合适的电源上。
在石英管的一端设有隔腔22，其具有与石英管的内部相通的通道24。隔腔还设有进气通道26，该通道设有只允许空气进入隔腔的单向阀28。在石英管另一端的周围设有第二隔腔30。该第二隔腔30也设有与石英管的内部相通的通道32。
导管34连接到第二隔腔上。导管的另一端通过单向阀40连接到流入导管38的部分36上，该部分36设置有类似于文丘里管的狭窄截面，以便在导管的连接的周围产生喷吸作用，这将在下文中进行介绍。
该设备如下所述地起作用。UV辐射光源接通，它被选择成可发出180-400纳米范围内的波长，尤其是发出183.7纳米的波长以用于将介质中的氧转变为臭氧分子(O3)，以及发出254纳米的波长以用于使臭氧分子分解，这将在下文中进行介绍。
空气通过第一隔腔内的单向阀进入到石英管中，并且围绕着UV发光源。照射致使氧分子转变成臭氧。由于空气差不多沿着UV发光源的整个长度流动，因此其暴露于辐射中达相当长的时间，保证了可以产生大量的臭氧。同时，一些臭氧通过可将臭氧分解成自由基的辐射波长而被分解成自由基。
待处理的液体通过液体入口12供给到包围了石英管16的容器10内。由于流经文丘里管类型的流入导管38的节流部分36，因此产生了负压力，从而将来自石英管内的臭氧通过导管34和单向阀40而吸入到液体流中。这样进入到容器中的液体就混合有臭氧。
另外，UV光对容器内液体的照射也会产生臭氧。因此，容器内的液体包含有混合到其中的臭氧，以及经照射而在容器中产生的臭氧。容器中的液体被254纳米波长的辐射所照射，导致液体中的臭氧分解，形成了羟基。这是同时发生的发生过程，即在液体中产生自由基的同时，UV光产生装置在空气和液体中均产生了臭氧。容器内壁上的二氧化钛的催化特性进一步增加了自由基的量。
通过选择流过系统的适当空气流，便可调节在流入处与液体混合在一起的臭氧的量，使其与UV辐射光源的性能相一致，以降低残留臭氧的量，从而防止臭氧经出口而离开容器。
图2显示了图1所示设备的变型，其可与在瑞典专利申请No.0202987-3中所介绍的模块化系统一起使用，该专利通过引用结合于本文中。在该申请中，图2所示设备的一部分可以代替如申请0202987-3所述的两个互连部分。图2所示设备可通过多种不同的方式连接，以及可以通过串联和并联而连接到其它部分上。
图3到7所示的根据本发明第二方面的本发明利用了可发射出处于特定光谱内的光线的UV灯。待处理的液体暴露于具有180-400纳米范围的光谱分布内的UV辐射中。尤其是183.7纳米的波长可将介质中的氧转变成臭氧分子(O3)。所形成的臭氧分子同时被上述波长范围内的尤其是254纳米波长的辐射分解。同时，所形成的O3被分解成原子氧。为了提高在自由基尤其是OH-自由基的产生过程中的效率，加入了氧化物作为催化剂。
本发明采用了以自由基来净化液体尤其是水的原理。如图3所示，该系统至少包括一个相当直的管110。该管优选由钛或者内侧有钛衬里的其它材料制成。管内侧上的钛经过处理，以便获得陶瓷二氧化钛。二氧化钛在自由基的形成过程中充当催化剂，即二氧化钛提高了单位时间内所产生的自由基的量。在一种变型中，采用了具有二氧化钛衬里的塑料管。当然还可以采用其它高耐腐蚀性的材料，以及采用如WO 96/20017中所述的催化剂，然而经验表明，采用钛管或具有钛衬里的管可以提供良好的针对净化/去污所引起的高腐蚀性环境的抵抗性。
在图3所示的实施例中，管的一端设有端壁112。在端壁内设置有通道114，在该通道内设置了具有延伸到通道114中的环绕外壳18的UV辐射光源116，以提供185纳米和254纳米波长的UV辐射。这些波长在关于在水中产生臭氧然后同时将臭氧分解成自由基的方面具有优良的特性。外壳优选设有光射出壁部分120，其可显示出灯是否在工作以方便使用者。以前在管中设有观察孔，其容易被沉积物阻塞，而且还会渗漏。还提供有未示出的用于UV灯的驱动单元。还提供有未示出的用于控制一个或多个驱动单元的控制单元。驱动单元和控制单元的设计和功能对于本领域的技术人员来说只是常规性工作，不再进行更具体的介绍。
在管壁邻近端壁的地方设置有第一入口/出口122，其中在入口处设有用来连接到其它管上的适当凸缘124或其它适当的连接件。管的内侧经过处理以得到二氧化钛，用于提高由UV辐射所产生的自由基的量。用来获得二氧化钛的处理例如可通过蚀刻钛管或钛层来实现。在与UV灯相反的管端设有第二入口/出口126，其设有用来连接到其它管上的适当凸缘128或其它连接件。
如图4所示，该系统包括例如为90°或180°的弯头130，然而当然还可能是其它的角度。另外，尽管这些部分未设有任何UV辐射装置，其仍优选由钛制成或具有钛衬里。图4还显示了用于将系统部件结合起来的几个连接备用件，例如可通过将它们的第二入口/出口互连来连接两个直管，或者如标号132所示地直接连接，或者经由如标号134所示地使用90°的弯头，或者经由如标号136所示地使用180°的弯头。
图5和6显示了“并联的”系统，其中两个设有UV灯的直管部件132，134，136在它们的第二入口/出口处彼此互连，因此实际上在其中一个管中存在有“逆流”。这些互连管中的几个平行地设置，其中一个互连管的第一入口/出口122连接到共用入口管140，其它互连管的第一入口/出口连接到共用出口管142。在这种情况下，待处理的水通过入口管140来供给，并且并行地通过互连管132，其中有两个管的UV灯对水进行照射，而入口管的另一端由壳壁144封闭。然后水通过水出口管142来供给。同样，出口端由壳壁144封闭。
这种配置使得能够实现增加的容量，这是因为根据应用场合和容量需求，可以连接大量的包括有UV辐射装置的管，还使得可以使用墙壁和天花板来装配系统。换句话说，只需要使用非常少的占地面积，这对于空间有限的应用场合来说是很重要的。采用该部件还可以容易地使系统适应于待使用的现有空间布局，而不需要重建空间来装配净化系统。
图6显示了另一实例，其中三个并联单元连接到主入口和出口管上，这些单元可放置于墙壁和天花板上，还可放在角落附近。因此，该系统是非常通用的。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以采用导管系统部件的其它设计。
在本文中还应当理解，可以采用不同功率的灯，以及可通过适当的装置来添加另外的氧，以便增加臭氧的量，进而增加自由基的量。当水被严重污染时，或者当需要在水中有大量的自由基时，还可以想象的是，可采用置于UV灯附近的超声装置。高振幅的超声波可产生自由基并破坏污染物。
本发明系统的一个具体应用在于用来防止与喷淋器有关的军团菌，喷淋器是潜在的传染点，这是因为当细菌以悬浮微粒的形式而被吸入时会导致传染。在图7所示的实施例中，包括如上所述的紫外线灯的管170连接到喷淋器或类似水出口中的水龙头172的出口处。来自水龙头的水流经管，在此处受到UV灯的照射，从而产生了臭氧，同时将臭氧分解成自由基，自由基可与军团菌起反应并将其破坏掉。管内侧的二氧化钛可增加自由基的量。在本文中应当指出，自由基的存在时间非常短，因此即使自由基可从喷淋头174中流出，也不会有任何危险。引入根据本发明的消毒系统完全排除了军团菌扩散到人体中的危险。还应当指出的是，在大部分利用了UV光源的设备中，在不使用期间例如因能量消耗的原因光是被切断的，而本发明的设备则相反，光一直是接通的，以确保没有军团菌会经过设备并停留下来。这是切实可行的，因为对于这种具体应用来说，其仅需非常低的能量消耗。
作为一种备选，管176当然可交温水178的入口与水龙头170相连，即处于水龙头之前但又与其相连。
应当理解的是，上述实施例和附图中所示内容应视为是本发明的非限制性示例，本发明的保护范围由本专利的权利要求来界定。
权利要求
1.一种用于处理液体的方法，包括步骤- 同时照射空气流和待处理的液体流，以便在空气和液体中均产生臭氧，- 在液体照射点的上游使含有臭氧的空气与待处理的液体相混合，- 照射含有已混入臭氧的液体流，以使液体中的臭氧分解而产生自由基。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤在臭氧分解的同时使液体暴露于至少一种催化剂中，以便增加自由基的量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，发射用于分解臭氧和污染物的UV辐射具有245纳米到400纳米的波长。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，发射用于分解臭氧的UV辐射具有254纳米的波长。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述混合通过液体流中的喷吸作用来获得。
6.一种用于根据权利要求1所述的方法来处理液体的设备，包括具有用于待处理液体的入口和出口的容器、能够照射所述容器的内部的UV发光源，以及设于所述容器内部的空气引导装置，所述空气引导装置连接到空气源上，并通过混合装置连接到待处理液体的入口导管上。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述空气引导装置包括由石英玻璃与容器内部分开的隔腔，所述UV光辐射装置设置在所述隔腔内或其附近。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，在基本上整个内表面上设有催化剂。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述催化剂包括二氧化钛。
10.根据上述权利要求6到9中任一项所述的设备，其特征在于，所述混合装置包括位于入口处的节流部件，所述节流部件能够在进入液体流的空气/臭氧中产生的喷吸作用。
11.一种根据权利要求6所述的用于处理液体尤其是水的设备，还包括设有用于液体的入口和出口的贯流装置和设于所述贯流装置内的UV光产生装置，所述UV光产生装置能够在贯流液体中产生臭氧，同时可以分解臭氧以产生自由基，其特征在于，在所述贯流装置的入口和出口处设有可拆装的连接件。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，设有至少两个贯流装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述贯流装置串联地设置，其中第一贯流装置连接到用于待处理液体的入口管上，最末贯流装置连接到用于经处理液体的出口管上。
14.根据权利要求12到13中任一项所述的系统，其特征在于，所述贯流装置中的至少两个并联地连接到用于待处理液体的入口管和用于经处理液体的出口管上。
15.根据上述权利要求11到14中任一项所述的系统，其特征在于，所述贯流装置设计成细长管。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述UV光产生装置设于所述细长管的一端。
17.根据前述权利要求11到16中任一项所述的系统，其特征在于，在所述贯流装置的内部至少邻近于所述UV光产生装置设有陶瓷。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述陶瓷是二氧化钛。
19.根据权利要求11、15到18中任一项所述的系统，其特征在于，所述贯流装置设于供人使用的水出口如喷淋头的附近。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述贯流装置设于水龙头和水出口之间。
21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述贯流装置设于温水管道和连接到水出口的水龙头之间。
全文摘要
本发明涉及一种处理液体的方法，包括步骤同时照射空气流和待处理的液体流以在空气和液体中均产生臭氧，在液体照射点的上游使含有臭氧的空气与待处理液体相混合，照射含有已混入臭氧的液体流，以便分解液体中的臭氧而产生自由基。
文档编号B01J21/06GK1720198SQ200380105058
公开日2006年1月11日 申请日期2003年10月8日 优先权日2002年10月9日
发明者A·布罗琳, K·尼伯, H·廖 申请人:本拉德股份公司