受污染液体的处理的制作方法

受污染液体的处理的制作方法
【专利摘要】用于处理受污染液体以从所述液体中清除污染物的设备和方法。该设备包括具有电化学再生能力的碳基吸附剂材料层，至少一对可操作地将电流穿过所述层来再生吸附剂材料的电极，以及以一定流速导入受污染液体进入所述层以接触所述吸附剂材料的装置，所述的流速足够高以使所述液体穿过所述层，但低于流化吸附剂材料层所需的流速。
【专利说明】受污染液体的处理
[0001]本发明涉及通过接触吸附剂材料来对受污染的液体进行处理的方法和设备。其具有具体的但不局限的用于处理受污染液体以清除有机污染物的应用。
[0002]已经发展了很多方法来净化包含了不良的或不需要的物种的液体。现有技术中的方法典型地利用到吸附工序，其将污染液体接触合适的吸附剂材料，吸附剂材料具有亲和力和能力，能够从大量液相中将污染物吸附进吸附剂材料的毛孔中。然而，这个处理仅仅当污染物以分散相存在于液体中时才是有效的。用吸收的方式来移除液体中已溶解的污染物是不有效的。
[0003]本发明的一个目的是避免或缓解现有的处理受污染液体的方法和/或设备中所存在的问题。
[0004]本发明的第一方面提供处理受污染液体以从所述液体中清除污染物的设备，该设备包括一层具有电化学再生能力的碳基吸附剂材料，至少一对能通过电流穿过所述层来再生吸附剂材料的电极，以及允许受污染液体以一定流速进入所述层来接触所述吸附剂材料的装置，该流速足够高以使得液体穿过该层，但低于将该吸附剂材料层流化所需的流速。
[0005]根据本发明的第二方面，提供一种从受污染液体中清除污染物的方法，该方法包括允许受污染液体以一定流速进入具有电化学再生能力的碳基吸附剂材料层，该流速足够高以使液体穿过该层，但低于将该层中的吸附剂材料流化所需的流速；以及使电流通过该层以再生那些已经从受污染液体中吸附了污染物的吸附剂材料。
[0006]这样，控制受污染液体进入吸附剂材料层在同一层吸附剂材料中的流速，以便让液体流过该层，但确保吸附剂材料留在该层内再生以能够使吸附以及再生过程在同一层吸附剂材料内同时进行。因此，首选的是让电流通过吸附层并同时使受污染液体进入吸附层。当该吸附剂材料从受污染液体中吸附污染物的时候，在同样的吸附层内，施加的电流导致从吸附的污染物衍生的气体产物从吸附剂材料中释放，从而再生该吸附剂材料以及恢复其吸附更多污染物的能力。
[0007]通过对吸附剂材料的受控搅拌可实现使受污染液体与吸附剂材料的接触。受控搅拌可通过在压力下将一束或优选的多束、平行的污染液喷流注入吸附剂层来实现。每束独立的受污染液体流可产生一圆柱形或漏斗形的受污染液体通道，该通道穿过吸附剂层，从吸附剂层的较低区域吸引吸附剂材料微粒并夹带着吸附剂微粒穿过吸附剂层向上。吸附剂材料的下沉流产生于受污染液体的上升流周围，并因此导致吸附剂材料在吸附剂层内部定义了沿着环形路径流动的一离散的环形吸附剂材料流。
[0008]在受污染液体和吸附剂材料的上升通道中，吸附剂材料通过吸附过程将污染物从受污染液体中分离，由此污染物吸附在吸附剂材料颗粒的表面。
[0009]当受污染液体和颗粒吸附剂的上升通道处于吸附剂层的顶部时，净化后的液体可累积或积蓄在贮液器中，并且吸附剂材料仍然保持在所述吸附剂层中。净化后的液体从使用的吸附剂材料中释放或充分释放，然后如预期地通过出流被释放出来。液体的净化程度可以通过对贮液器内积 聚的液体抽取一个或多个样本来监测，并且该液体可被进一步处理。[0010]由于吸附剂材料的环形流在吸附剂层形成，电极被操作以使电流通过吸附剂层。吸附剂材料向下流过的区域具有足够高的敛集率(单位面积的吸附剂颗粒数量)因此以足够的导电性来促进所述吸附剂材料的电化学再生。这氧化了被吸附的污染物并以碳化气体和水的形式将它们释放出来，由此再生吸附剂材料并恢复吸附剂材料进一步吸附污染物的能力。
[0011]所述电极优选地在吸附剂层的整个高度和厚度上延伸，以为了再生的需要而最大化地接近吸附了污染物的吸附剂微粒。所述电极典型地布置在吸附剂层的相对的两边。沿着每一边都布置多个电极。可选地，在运行期间，多个电极被水平地布置以允许不同的电流施加在吸附剂层的不同高度上。例如，在吸附剂层的顶部，吸附剂材料会完全吸附有机物，所以这就需要比在吸附剂层底部更大的电流，因为在吸附剂层底部吸附剂材料的再生已被充分地进行。
[0012]在使用中，在电极之间施加电压，或连续或交替，来使得电流通过吸附剂材料，并以以下述文献描述的方式再生吸附剂材料:“Electrochemical regeneration ofa carbon-based adsorbent loaded with crystal violet dye，，；N W Brown, E P LRoberts,A A Garforth and RAW Dryfe ；Electrachemica Acta49 (2004)3269-3281和 “Atrazine removal using adsorption and electrochemical regeneration，，；N W Brown,E P L Roberts, A Chasiotisj T Cherdron and N Sanghrajka ；WaterResearch39(2004)3067-3074。
[0013]受污染的液体必须与吸附剂材料以一段充分的时间接触以达到符合要求的净化，也就是，污染物从液体到吸附剂材料的转移。通过控制受污染液体通过吸附剂层的速度来保证令人满意的净化时间 。这取决于受污染液体注入容器的初始速度以及吸附剂层的敛集率(packing)和高度。
[0014]在吸附剂层内受污染液体的最大速度宜于是刚好低于引起吸附剂颗粒流化的速度。当受污染的液体的速度高于吸附剂颗粒的沉降速度时会产生流化。吸附剂颗粒的沉降速度可由斯托克(Stoke)定则计算得到，其取决于颗粒粒径、颗粒密度和颗粒形状。受污染液体的最小速度需要用来定义环形路径的速度，沿着该环形路径，吸附剂材料可在吸附剂层内流动。当吸附剂层具有足够低的敛集率(packing)以允许吸附剂材料自由运动时，会产生吸附剂材料的路径。然而，吸附剂层被电化学再生的效率取决于吸附剂层内的吸附剂材料的高敛集率(packing)。因此，受污染液体通过吸附剂层的速度和吸附剂层的敛集率(packing)是相互依赖的,并且当优化每一个参数时应考虑到其他参数。
[0015]本发明中最佳的运行效率参数可由本领域技术人员根据将被处理的有机物的吸附性和电化学氧化特征来确定。处理通常为限定在吸附上或限定在电化学氧化上。例如，包含有容易被吸附在吸附剂材料上但不易被电化学氧化的有机污染物的废液，需要短的与吸附剂材料接触时间和闻的通过电池的电流。另外的实施例，包含有不易被吸附但容易被电化学氧化的废液就需要长的与吸附剂材料接触时间和低的通过电池的电流。
[0016]因此，可以理解的是本发明中的设计参数和运行参数可根据特定的废液流来进行特定的选择以最优化处理效率。
[0017]从贮液器中移除处理好的液体可用任何合适的方式来进行。例如，一个或多个泵可用于使得净化后的液体流出贮液器，以用于存储或其他需要的进一步的用途。可选择地或进一步地，通过贮液器和相邻的容器间的阀门或隔离的控制可实现移除，相邻的容器例如是贮罐。对于最初含有特别高含量的污染物的液体，可能可取地需要从贮液器中将一些或全部处理过的液体回流到吸附剂层进行进一步处理。这样做的需要可通过参照测试离开贮液器的处理过的液体的样品来确定。这可被用作“失效保护”机构，例如，在新位置的处理循环的开始阶段或处理一新的受污染液体源时，或仅仅是在处理严重受污染的液体时，并且尤其重要的是，为了健康和安全的原因，经处理的液体大体上要去除了原污染物。
[0018]通过控制允许流入吸附剂层的受污染液体的体积和速率以及流出贮液器的液体流，本发明中的方法和设备是能够以分批的方式、连续的方式或半连续的方式来运行的。
[0019]可取的是在吸附剂层下面的板上具有最佳的开口分布，以允许在将受污染液体注入吸附剂层时，形成最大量的离散的环形吸附剂材料流。如果这些开口靠得很近，流路会互相干扰并可能扰乱彼此，产生吸附剂材料不可预知的运动或在吸附剂层的顶部聚集吸附剂材料和受污染液体。如果开口离得很远，在受污染液体上部喷流之间的吸附剂材料会变得停滞，导致电流通过没有吸附污染物的吸附剂层的部分而浪费能源。这可以通过利用惰性材料(塑料)代替任何盲点来消除，惰性材料可以作为导管以将吸附剂材料导向板上的开□。
[0020]从板上延伸出一个或多个垂直导管，所述导管以一个或多个从板延伸的线性阵列的方式被提供。在一个实施方式中，线性阵列自限定腔室的至少一对相对的壁上等距延伸。在另一个实施方式中，线性阵列相对于限定腔室的至少一对相对的壁对角地延伸。
[0021]适于本发明的方法中的吸附剂材料是能够从液相中方便地分离出和能够电化学再生的固体材料。优选的吸附剂材料包括具有电化学再生能力的吸附剂材料，例如未膨胀夹层石墨(UGICs)和/或活性炭，优选为粉状或薄片状。典型的适合用于本发明的单UGIC颗粒具有大于1000OQ-1Cm1的电导率。然而要理解的是，由于颗粒/颗粒的边界存在电阻，在吸附剂材料颗粒层中电导率会明显更低。因此需要使用尽可能大的颗粒来保持电阻尽可能低。另外，更大的颗粒会使得沉淀更快以允许更高的流速。然而，颗粒粒径的增大会导致可用表面积的减小，这就要求在高沉淀速度和低电压间找到平衡以防止由于表面积减小导致的的吸附能力的减小。然而要理解的是，已经制造出大量的不同UGIC材料，其具有不同的吸附性，可以选择不同的UGIC材料以适合本发明的方法的特定应用。吸附剂材料可以只由UGIC组成或由石墨和一种或多种其他吸附剂材料的混合物组成。该吸附动力学特征应该为快。
[0022]材料进行电化学再生的能力取决于它们的电导率、表面化学属性、电化学活性、形态、电化学腐蚀特性以及这些因素的复杂的相互作用。电导率的大小对电化学再生是必要的，高的电导率是更有利的。另外，被吸附物的电化学氧化动力学特征必须快速。该动力学特征取决于当破解污染物时，用于氧化反应的吸附剂表面的电化学活性。另外，电化学再生可在吸附剂表面产生腐蚀性很强的条件。在再生情况下的吸附剂材料的电化学腐蚀率应该很低，以使吸附性能在吸附和再生的循环中不会下降。另外，通常由于不导电材料在表层的形成，一旦进行电化学再生，一些材料可能钝化。例如，在吸附剂表面的污染物(例如苯酚)聚合可能会导致以上情况。另外，吸附剂材料上的污染物的电化学分解会产生反应产物，其必须从吸附剂材料表面移走。顺利地从吸附剂材料表面移走由再生吸附剂材料产生的产物的能力，取决于吸附剂材料的表面结构和化学属性。[0023]可以理解的是，适于本发明的吸附剂材料具有吸附能力。材料的吸收能力是不重要的，并且其实际上可能不利。吸附过程通过污染物和吸附剂表面的分子交互作用来完成。与之相比，吸收过程包括将污染物收集和至少暂时保持在材料的孔内。
[0024]作为实例，膨胀石墨是公知的一系列污染物的良好吸附体(例如每克化合物可吸附高达86克的油)。UGICs实际上没有吸收能力。它们能够吸附，但因为它们的表面积太小，所以它们的吸附能力也很弱(举例来说，每克化合物可吸附高达7毫克的油)。这些数字证明了膨胀石墨和UGICs的吸附能力有四个数量级的差别。本发明中选择使用UGICs起因于精心平衡其高的可再生能力和其相对低的吸附能力。
[0025]以连续、半连续或分批的方式实施该过程的设备已经优先记载在下述公开的国际专利申请中:W02007/125334、W02009/050485和W02010/128298。另外，尤其用于实施消毒目的该步骤的设备已经优先地记载在下述公开的国际专利申请中:W02011/058298。
[0026]可以理解的是，净化受污染液体的同时再生吸附了污染物的吸附剂材料的能力提供了一种方法，该方法与很多现有技术中的方法相比在灵活性和有效性上有重大的改进。
[0027]在现有技术中的系统，颗粒-颗粒的磨损是由吸附剂材料的颗粒间的剧烈接触产生的。颗粒-颗粒的磨损是造成吸附剂材料损坏及造成粉末产物的原因。吸附剂材料的损坏会影响吸附剂层的电导率，这是因为大颗粒产生更大的电化学再生效率。另外，粉末具有很小的直径并很难从净化后的液体中清除干净。与现有技术中的方法(包括在W02007/125334和W02010/128298中记载的)相比，本发明方法中吸附剂颗粒减少的运动减少了颗粒-颗粒间的磨损，并且由此最少化与之关联的问题。 [0028]相较于在W02007/125334中记载的方法，本发明中的方法的另一个优势是所述设备没有内在干扰，因此促进了吸附剂材料的电流的自由流动。
[0029]相较于在W02007/125334中记载的方法，本发明中的方法的另一个优势是所述电极可以更大，因此只需更少的电池便能达到相同的处理效能。在本发明中，再生区域可以是整个处理容器的内部宽度，而不是在更大处理区域内限定的限制物理空间。电极尺寸的增加可允许更大的电流密度通过所述吸附剂层。在本发明中可选择的一实施方式中，一个巨大的电极设置可在同一时间内电再生多过一个的吸附剂层。在一连串构造中堆叠多个处理区的能力能促进更强的处理效率。
[0030]本发明中的方法的进一步的优势在于其允许对于特定的受污染液体可选择处理时期来进行处理。所述液体的净化程度，以及所使用的所述方法可被监测。可以理解的是，处理区域的相对面积可跟随处理需要进行改变。这种改变方法和处理区域面积的能力提供了一种具有显著灵活性的过程。
[0031]相较于分批净化的方法，包括在W02010/128298中描述的方法，本发明中的方法的优势在于吸附和再生同时地、连续地在单个物理空间中发生，以及在液体流进贮液器时，吸附剂材料从净化好的液体中自动地进行分离。因此，与分批处理的方法相比，用以完成包括吸附、分离和再生步骤的处理循环的时间显著减少。
[0032]与分批和连续处理系统相比，进一步的优势是减少所需的电极的数量。对于分批系统，这种减少会发生是因为电极一直在传送电流而导致需要大量电极，然而在连续的分批操作中，系统大部分时间是在吸附和沉淀，所以电极没被使用。在使用连续分批步骤的污水处理中，再生的时间可少到只占到运行时间的10%。与在W02007/125334中提到的连续步骤相比，电极的减少是由于以下方面:在不期望增加单位面积、成本和复杂性上，最大化了电极的使用面积并在此面积之上必须安置多个电极。
[0033]使吸附剂材料与受污染液体接触并同时在同一区域再生吸附剂材料的能力使得容器的物理尺寸显著减小，从而可以提供一种紧凑的、可能的便携设备。相反地，在本发明的一可选实施方式中，使用更大的容器可获得更高的处理效率，这是因为相比于在W02007/125334和W02010/128298中记载的设备，更大的容器可容纳更大的处理区域。
[0034]相较于现有的处理方法例如在W02010/128298中记载的方法，本发明中的方法的另一优势是电极之间的距离可以更小。阴极膜处的再生效能最高，随着靠近阳极的距离减小，再生效能逐渐减小。减小阴极和阳极间的距离可使得吸附剂材料的再生尽可能的快，使用尽可能少的能量，这是由于单位电压会更低，和/或恢复尽可能高百分比的吸附剂材料的初始吸附能力。
[0035]相较于现有技术的消毒方法例如在W02011/058298中记载的消毒方法，本发明中的设备的一个优势在于被处理的水直接流过电极之间。在受污染液体中的二次氧化物种的直接衍生为二次电化学反应的结果，其为受污染的液体提供了额外的消毒。因此优选的是电流通过层被实施，以便在受污染液体中产生二次氧化物种以提供额外的消毒作用。
[0036]下面将通过实施例并参考附图描述本发明，其中:
[0037]图1是根据本发明的一个实施例的设备的透视图；
[0038]图2是图1中的设备的下部的水平横截面图； [0039]图3是本发明包括多个堆叠处理区域的进一步实施方式的侧面示意图；
[0040]图4是图1中贮液器的可选择基底的顶部俯视图，示出了再生电极的替代的排列；
[0041]图5A-5C是液体穿过其进入处理区域的平板的不同实施方式的示意图；
[0042]图6是使用根据本发明的优选实施方式的设备的污染物浓度随时间增加而降低的曲线图；
[0043]图7是液体进入吸附剂层的表面速率(进入的流速除以所述层的横截面面积)随着层深度变化的变化曲线图。
[0044]图1示出了具有矩形水平横截面的简单容器I。在容器I的下部，颗粒吸附剂材料层2被支撑在平板3上。在平板3的下面是用于接收从进口 5流入的流化介质(未示出)例如受污染液体的腔室4。在吸附剂材料层2的上方是贮液器6。额外的贮液器可安置在分离的隔室(未示出)内。出口7被设置在贮液器6的顶部。平板3定义了三个相等间隔的开口 8，受污染液体可通过开口从腔室4进入吸附剂材料层2内。可使用任意需要的数量、任意需要的尺寸和/或形状的开口 8。一般地它们是如展示的圆形的，或者具有不同的横截面，例如，椭圆形、矩形或正方形。此外，开口 8具有相同或不同的尺寸和形状。进一步地，一个或多个圆形开口 8可由分组的或聚集在一起的很多个更小的开口来替代，以限定出小开口阵列。在电极与受污染液体接触后用于再生吸附剂材料的电极为了清晰起见而在图1中省略掉，但是在下面参照图2中被描述。
[0045]图2是容器I的下部的水平横截图，其用以更详细地展示平板3及开口 8。图2中也展示了电极10的两个边(bank) 9，其沿着平板3的相对更长的边延伸，并从那里向上延伸到位于贮液器6下面的吸附剂材料层2的顶部。吸附剂材料层2放置在容器I的壁内的平板3上，在电极10的两个边9之间。以上描述的设备2-10构成了处理区域11。
[0046]电极10的边(bank)是可操作的，以通过电流穿过电极之间的材料。阴极通常被置于由多孔渗透膜或过滤织物限定的分离隔室(未示出)内，以保护其不直接与吸附剂材料接触。多孔渗透膜能使阴极电解液透过泵送穿过隔室，阴极电解液可以是氯化钠/硫酸钠或任何其他导电性的盐，并被用以控制PH水平和作为散热剂来带走电流通过吸附剂材料时产生的热。阴极电解液也在阴极和膜之间提供导电性，以确保低的单位电压。
[0047]本发明中使用的吸附剂材料是以碳基的并以颗粒的形式提供。
[0048]在使用中，受污染液体通过进口管5传送到腔室4中。受污染液体在足够的压力下通过开口 8进入吸附剂层2。开口 8相隔足够远以确保没有液体直接向上流过吸附剂层2，相反地通常圆柱形或更具体地漏斗状，在吸附剂层2内从每个开口 8形成液体的上升，其夹带颗粒吸附剂材料。这种受污染液体的漏斗状行为和被夹带的吸附剂在图1中以从每个出口 8处发出的三角形来示意性地描述。开口 8的间隔要选择为确保每个上升液体的漏斗和夹带的吸附剂不会显著地与邻近的漏斗互相干扰。开口 8之间也要有足够的间隔以确保上升液体的漏斗和夹带的吸附剂分开足够远，以允许吸附剂颗粒在到达吸附剂层2的顶部后在重力下可以掉回到吸附剂层2。以下的实施例1中展示了研究平板开口 8的3种不同的排列的初始试验结果。所有三种排列都工作得令人满意，但是可以看到的是，定义出三排平行的具有直径为1mm开口的平板表现得最差，其开口在平行于平板纵轴的方向以Icm间距开，并在平板平面内垂直于纵轴的方向以0.7cm间距开(见图5A)。表现较佳的平板的开口排列由五个圆形的直径为1mm的开口簇组成，每个簇有14个开口(见图5B)。平行于平板的纵轴方向上每个簇之间的距离是1.85cm。每个簇中的一些外围开口在簇之间的区域的方向上以60度角钻成开口，以尝试促进受污染液体离散流的组成并在吸附剂层内夹带吸附剂材料。虽然在图5B中展示的在平板上以钻成角度开口来尝试改进运行，根据初步的研究，最佳的开口排列是平板定义出直径是Imm的开口的两个矩形簇，每个簇内有55个开口(见图5C)。在每个簇内，在平板平面内，以及在平行和垂直于平板纵轴方向上，开口以互相之间是0.5cm的间隔排列。每个矩形簇沿着平板纵轴方向上的长度是5cm，两个矩形簇沿着平板纵轴方向上以间隔6cm的距离分离。因而从这些初步的试验中可以看出，需要的是包含多个开口的离散的、间隔的开口簇，并且通过大约与每个簇相同的宽度来间隔这些簇。
[0049]液体的上升推动吸附剂层2的吸附剂颗粒进一步分离，使得在每个开口 8处产生相关的吸附剂颗粒的局部膨胀层。在受污染液体和吸附剂材料向上移动的期间内，吸附剂材料通过吸附过程将污染物从受污染液体中分离出来，由此，污染物附着在吸附剂材料颗粒的表面。
[0050] 当受污染液体的通路和颗粒吸附剂达到吸附剂层2的顶部时，净化后的液体会聚集在贮液器6中。受污染液体穿过开口 8进入吸附剂层2的流速可被控制，以使其低于能使吸附剂颗粒流化的速度。因此，在吸附剂层2顶部的吸附剂材料保持在吸附剂层2内，并围绕受污染液体和吸附剂材料漏斗状上升流的周围向下流。吸附剂颗粒的向下流动可由通过将开口 8设置在吸附剂层2的底部来帮助，这是因为受污染液体的进入可夹带开口 8附近的(也就是朝向吸附剂层2的底部的吸)附剂颗粒。这样，用于吸附剂材料的多个、离散的循环路径在吸附剂层2内被建立。这是本发明和现有技术系统的基本的和重要的区别。相对于在容器内一对电极之间建立用于吸附剂材料的单个循环路径，本发明提供了相对简单和便捷的方式来建立需要数量的循环路径，沿着这些路径，吸附、分离和再生可在单个容器内发生。
[0051]下面的初步试验证明了受污染液体的入射流速大约在30到60L/h最佳，尤其地，最佳流速大约在30到50L/h。基于下面在实施例2中描述的初步试验，入射流速大约在38L/h是最佳的。在实施例2中，也研究了吸附剂层高度改变的影响。层的高度直接与受污染液体与吸附剂材料接触的时间长度成比例，所以可设想到的是，更高的吸附剂层高度是理想的，以在穿过吸附剂层的单个通路中最大化净化过程的效率。这些初始试验的结果证实了使用具有大约10到20cm高度的吸附剂层是理想的，并且大约15cm是最佳的。
[0052]一旦吸附剂材料到达吸附剂层2的顶部，其装载那些朝吸附剂层2底部掉落的需要再生的吸附的污染物。当吸附剂材料沿着在吸附剂层2内建立的循环路径流动时，电极10被操作来使得电流穿过吸附剂层2。吸附剂层2的更多导电部分是那些具有更高敛集率的吸附剂材料的区域。由于更高敛集的区域是在其中装载的吸附剂材料向下流动穿过吸附剂层2的区域，因此再生电流穿过吸附剂层2最需要再生电流的区域。吸附剂颗粒的电化学再生以含碳气体和水的形式释放吸附的污染物。为了可选择的后续的处理，气体既可通过容器I顶部的开口释放出去，或者如果容器是密封的，可通过合适的阀门或口(未示出)释放出去。
[0053]贮液器6内的净化好的液体没有或大体上没有被使用的吸附剂材料，然后如所希望的通过出口 7被释放出来。可选地，如果需要，液体可通过出口 7流回到入口 5以进一步净化。净化好的液体从贮液器6到一可选择的额外液体贮存器(未示出)的运动可通过控制贮液器6内的液体深度来实现，以致液体的表面比贮液器6和额外的液体贮存器之间的隔墙的上边缘周期性的高。这样，处理过的液体周期性地越过隔墙的上边缘流入额外的液体贮存器中。
[0054]受污染液体与吸附剂材料接触的时间长度可通过调整受污染液体的流速来控制。可选择地或另外地，接触时间可通过调整吸附剂层的高度来控制。由此，受污染液体中的污染物浓度的变化可被迎合。
[0055]上面描述了大量不同的系统的运行参数，他们需要仔细地控制以确保处理过程有效地运行。例如，吸附剂层2应该拥有足够低的敛集率以使得能够建立用于吸附剂材料的离散的循环路径，但是要足够高以确保形成更高固体含量的区域，其能够产生出足够高的导电性，为了穿过使用的吸附剂层2的厚度而达到有效的电化学再生。一相关的因素是受污染液体处室的最初注射速度，其应该足够高以能够建立用于吸附剂材料的离散的循环路径，但不能高到流化吸附剂材料进入贮液器6。
[0056]图3示出了本发明进一步的实施方式，其中多个处理腔室11A，11B, IlC以一系列排列堆叠在单个容器 I内。图3中对那些在图1和图2中描述的相应的部件使用相同的附图标记。沿着容器I相对更长的边向上延伸的是图2中示出的相似的通常排列的电极10(未示出)的两个边9。这种排列允许在使用图1和图2中示出的实施方式的相同数量的电极10的时候，运行多个处理循环，仅有的区别在于电极10需要具有更大的尺寸。另外图3中示出的本发明的设备的附加的特色是设置在开口 8之间的间隔物12，其从平板3向上延伸到吸附剂层2的顶部。该间隔物12是用于减小吸附剂材料中相邻循环路径之间的相互干扰。图3中也示意性地示出了设置在开口 8之间的导管13，其从平板3向上延伸但其仅仅部分进入吸附剂层2。该导管13在单元内具有适当的尺寸、形状和/或位置，以促进吸附剂材料从平板3向上穿过吸附剂层2的最适宜的流动。例如导管13可对角地穿过电化学单元，在吸附剂层内提供阻力功能。
[0057]图4示出了本发明的另一实施方式，其中电极10的多样性可以平行排列的方式紧密地排列在一单元内。穿过外部电极的电压的施加能极化中间电极，所以在最远部的阴极和阳极之间设置有效的一系列相互交替的阴极和阳极。这样双极电极的使用能促进产生随电压增长而成比例成倍增长的电流。这在吸附剂材料层内电极之间增加电压来获得更大电流上比简单地穿过整个层来施加更大的电压更有优势。最佳的电极间的距离是从大约15mm到大约25mm ;这能使单位电压保持在可接受的水平，而不产生吸附剂材料的堵塞，并允许释放的污染物以气泡的形式逃逸。图4也示出了一示意性的交替开口 8和导管13的排列，其以最优化受污染液体流入吸附剂层的流动以最大化运行效率。
实施例
[0058]实施例1
[0059]根据在进口平板上开口的分布，通过试验来观察本发明中的设备的3种不同实施方式下的性能。在下面这些被描述为平板1、平板2和平板3。
[0060]用于试验的受污染液体模型是水溶酸性紫17。
[0061]在入口平板上设定的用于开口的孔的直径是1mm。
[0062]平板I
[0063]平板限定了具有下述特征的多个开口。
[0064]三排平行的开口。在平行于平板纵轴的方向上每个开口间的距离是1cm，在平板平面内垂直于纵轴方向上开口间的距离是0.7cm。
[0065]平板2
[0066]平板限定了具有下述特征的多个开口。
[0067]五个圆形开口簇。每个簇内开口的数量是14个。平行于平板纵轴方向上每个圆形区域之间的距离是1.85cm。
[0068]外围开口中的四个(在图5B中标黑)在圆形区域之间的区域方向上以60度的角度钻孔，以便促进受污染液体的离散流的形成和吸附剂层内夹带吸附剂材料。
[0069]平板3
[0070]平板限定了具有下述特征的多个开口。[0071]两个矩形开口簇，每个簇有55个开口。在平板平面内平行和垂直平板纵轴方向上开口间的距离都是0.5cm。每个矩形簇沿着平板纵轴方向上的测量长度是5cm，并且两个矩形簇沿着平板纵轴方向上以6cm的距离分开。
[0072]根据本发明包含这三种平板的每一种的设备，监测污染物浓度随着时间的减少。结果见下面的图6。
[0073]在处理期间，电压和流速被监测。结果见下表1。
[0074]表1
[0075]
【权利要求】
1.用于处理受污染液体以从所述液体中清除污染物的设备，该设备包括具有电化学再生能力的碳基吸附剂材料层，至少一对可操作地将电流穿过所述层来再生所述吸附剂材料的电极，以及以一定流速导入受污染液体进入所述层以接触所述吸附剂材料的装置，所述的流速足够高以使得所述液体穿过所述层，但低于流化吸附剂材料层所需的流速。
2.根据权利要求1所述的设备，其中该设备包括一个或多个间隔的入口，所述受污染液体在压力下通过所述入口被导入所述吸附剂材料层。
3.根据权利要求2所述的设备，其中该设备包括多个所述入口，所述入口以足够的距离间隔开以建立多个相应的穿过所述吸附剂层的离散的液体流路。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述多个入口的间距足够限定出围绕每个液体流路的区域，通过该区域，吸附了污染物的吸附剂材料可流动，以便在所述吸附剂材料层内定义离散的吸附剂材料循环流。
5.根据权利要求2、3或4所述的设备，其中所述入口通过用于支撑所述吸附剂材料层的平板来定义。
6.根据权利要求5所述的设备，其中该设备进一步包括在所述平板下面的腔室，以容纳未通过所述入口进入到所述吸附剂材料层内的所述受污染液体。
7.根据权利要求6所述的设备，进一步包括一个或多个从所述平板垂直延伸的导管，所述导管以一个或多个线性阵列的方式延伸穿过该平板。
8.根据权利要求7所述的设备，其中该线性阵列从定义所述腔室的至少一对相对的壁上等距离地延伸 。
9.根据权利要求7所述的设备，其中该线性阵列相对于定义所述腔室的至少一对相对的壁上对角地延伸。
10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中该设备包括与所述吸附剂层流体连通的贮液器，该贮液器适用于接收来自所述层的已经与所述吸附剂材料接触的液体。
11.根据权利要求10所述的设备，其中提供用于测定所述贮液器中液体残留污染物水平，并且如果该污染物水平高于阈值，使所述液体回流到所述吸附剂材料层以便进一步处理的装置。
12.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述电极延伸穿过整个吸附剂材料层的高度和宽度。
13.根据任一前述权利要求所述的设备，其中多个电极沿着所述吸附剂材料层的每个边来设置。
14.根据任一前述权利要求所述的设备，其中多个电极可操作以通过所述吸附剂材料层的不同区域施加不同的电流。
15.根据任一前述权利要求所述的设备，其中该碳基吸附剂材料是未膨胀夹层石墨和/或活性炭。
16.根据任一前述权利要求所述的设备，其中该碳基吸附剂材料是粉末状或片状的。
17.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述至少一对电极在受污染液体导入进所述层的同时，可操作用于传送电流穿过所述层。
18.根据任一前述权利要求所述的设备，其被设定为在所述受污染液体中产生二次氧化物种来实现额外的消毒。
19.一种从受污染液体中清除污染物的方法，该方法包括:将受污染液体以一定的流速导入具有电化学再生能力的碳基吸附材料层，该流速足够高以使得该液体穿过所述层，但低于在所述层中流化吸附剂材料层所需的流速；以及传送电流穿过该层以再生已经从受污染液体吸附了污染物的吸附剂材料。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述受污染液体在压力下通过一个或多个入口被导入所述吸附剂材料层。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述受污染液体通过多个所述的入口被导入，所述入口以足够的距离间隔开以建立多个相应的穿过所述吸附剂层的离散的液体流路。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述多个入口的间距足够限定出围绕每个液体流路的区域，通过该区域，吸附了污染物的吸附剂材料可流动，以便在吸附剂材料层内定义离散的吸附剂材料循环流。
23.根据权利要求19-22中任一项所述的方法，其中来自所述吸附剂材料层的已经与所述吸附剂材料接触的所述液体流入到与所述吸附剂材料层流体连通的贮液器中。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述贮液器中所述液体的污染物的水平被计算并与阈值比较，以确定是否需要将所述液体回流到所述吸附剂材料层以作进一步处理。
25.根据权利要求19-24中任一项所述的方法，其中多个电极可操作以通过所述吸附剂材料层的不同区域施加不同的电流。
26.根据权利要求19-25中任一项所述的方法，其中在将受污染液体导入到该层的同时，所述电流被传送通过该层。
27.根据权利要求19-26中任一项所述的方法，其中所述电流通过所述层被传送以实现在所述受污染液体内产生二次氧化物种来提供额外的消毒。
【文档编号】B01J20/34GK103974907SQ201280060808
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年10月9日 优先权日:2011年10月11日
【发明者】N·W·布朗, E·P·L·罗伯茨, N·D·L·埃拉·罗德里格斯 申请人:阿维亚科技有限公司