專利名稱：液體和氣體消毒和凈化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同時(shí)消毒和凈化液體和氣體的方法。更具體地說， 本發(fā)明涉及一種使液體和/或氣體通過復(fù)合聚能器幾何形狀的反應(yīng)器更 具體地為復(fù)合拋物線形聚能器的反應(yīng)器并同時(shí)將處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的大量發(fā) 射的和/或輸送的和/或各種形式的能量聚集在所述反應(yīng)器的特別預(yù)定內(nèi) 部空間中以形成高能密度區(qū)來消毒和凈化所述的液體和氣體的方法。所 述的能量包括聲學(xué)的和/或超聲的瞬間空穴作用以及由選自電磁譜的各 波段的電磁能(例如紫外錢、可見光、紅外線、微波等)。反應(yīng)器的內(nèi)表面優(yōu)選用例如氧化鈦的光催化劑薄層涂覆，而所述的 內(nèi)表面任選用預(yù)定的全息溝槽圖案開槽或次波長合成，以便使波長相關(guān) 的反射和/或折射和/或衍射或其任何組合容易發(fā)生。本發(fā)明還涉及所述方法的聚能器(下文稱為流體動(dòng)力復(fù)合拋物線形 聚能器，即HDCPC)以及涉及以串聯(lián)或并聯(lián)或其組合方式相互連接的所述 聚能器組。 ，背景技術(shù)全球需求水的高效消毒技術(shù)是毫無疑問的。由于對消毒劑和消毒副 產(chǎn)物的嚴(yán)格法規(guī)，消毒技術(shù)對紫外線技術(shù)的偏愛勝于對消毒化學(xué)品使用 的偏愛。用傳統(tǒng)的燈產(chǎn)生的紫外線是產(chǎn)生紫外線能量的基本方法，其無 殘留作用不產(chǎn)生有害的物質(zhì)(例如與氯化法比較)。這些燈排列成燈組， 常常放在每個(gè)有大量所述燈的通道(或反應(yīng)器)中。這些燈(例如汞弧 燈和蒸汽燈)需要費(fèi)用很高以定期更換和維修。當(dāng)前由于傳統(tǒng)燈的反應(yīng)
引起的。此外，為確保充分保護(hù)這些燈而使用保護(hù)套(例如石英套已知能傳送200至320納米的深紫外線)進(jìn)一步增加了費(fèi)用，其常常需要配 置另外更加需要的資源以及使設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)者和/或用戶難以將光學(xué)或聲 學(xué)聚能器用在反應(yīng)器。本發(fā)明不受如此限制，這就是為什么本發(fā)明可以 用于處理液體或氣體的各種消毒、中和、溶解和脫臭。本發(fā)明的目的是提供這樣一種對液體和/或氣體進(jìn)行消毒和凈化的 高效方法使液體和/或氣體通過復(fù)合聚能器，同時(shí)將各種電磁能以及聲 能、超聲能(瞬間空穴作用)聚集成高能密度和聚集的區(qū)域，在該過程 中進(jìn)行DNA和RNA復(fù)制序列(例如在有害的微生物中)的消毒或失活， 以及進(jìn)行污染物和被污染介質(zhì)的溶解、中和和脫臭(例如有機(jī)和非有機(jī) 化合物)。 、非成象的光聚能器的光學(xué)基本形式一一光錐已應(yīng)用多年[(Holter 等(1962 ))。這些年來，簡單的錐型光學(xué)聚能器已發(fā)展成更有效的復(fù)雜 的結(jié)構(gòu)物，例如，復(fù)合拋物形聚能器(下文稱CPC)如在US 5727108所 公開的，或復(fù)合橢圓聚能器(下文稱CEC)。已證實(shí)例如CPC的光學(xué)聚能 器可高效利用和聚集收集、聚集和轉(zhuǎn)化的太陽能、并在纖維偶合應(yīng)用中 很好地得以闡述。聲學(xué)聚能器也已用于樂器例如喇叭、長笛、風(fēng)琴和喇叭以及其他樂 器發(fā)展和進(jìn)步過程中的各代產(chǎn)品上。在樂器和建筑物的整個(gè)歷史中可觀 測到在建筑物、廟宇、教堂和其他建筑結(jié)構(gòu)物中的聲學(xué)幾何的聚集形式。聚集通過特定導(dǎo)管或室截面的液體和氣流的錐形界面存在于許多流 體動(dòng)力和/或氣動(dòng)體系結(jié)構(gòu)中。上述光學(xué)和聲學(xué)幾何形狀聚能器用于單獨(dú)的目的，即用于光聚集的光 學(xué)聚能器和用于聲聚集和/或放大的聲學(xué)聚能器，但當(dāng)有液體或氣體流通過 時(shí)未同時(shí)用于這兩個(gè)目的。此外，上述聚能器從來未用作流體動(dòng)力液流聚 能器。更具體地說，此前從未將復(fù)合聚能器同時(shí)用于增強(qiáng)液體和氣體流以 及聚集電磁能和聲能。電磁能可為任何電磁語范圍的電磁能，例如微波、 紅外線、可見光、紫外線等，而聲能可為^^T適合頻率的聲能。令人吃驚的是，本發(fā)明中已發(fā)現(xiàn)，使用復(fù)合聚能器作為這樣一種聚
能器或反應(yīng)器，其中，當(dāng)液體和氣體同時(shí)通過聚能器(單級(jí)和/或多級(jí)聚 能器組)形狀的反應(yīng)器時(shí)電磁能和聲能相互作用，這使所述的氣體和液 體得到消毒和/或脫臭和/或凈化，同時(shí)有^f艮高的生產(chǎn)率。在本發(fā)明的內(nèi)容中，吸收是這樣一種過程，通過這一過程氣體、液體或固體形式的物質(zhì)被溶解或與其他物質(zhì)混合(ASCE， 1985 )在本發(fā)明的內(nèi)容中，吸附為氣體分子、離子或溶液中的分子附著到 固體表面上(ASCEW, 1985 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，吸附等溫線為表示恒溫下吸附質(zhì)的本體活性與 吸附數(shù)量之間關(guān)系的圖示(Stumm和Morgan以后，1981)。在本發(fā)明的內(nèi)容中，移流為溶質(zhì)借流動(dòng)流體的主體而轉(zhuǎn)移的過程 (Freeze和Cherry， 1979 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，空隙比為(a)在重力作用下可以從飽和土壤或 巖石排出的水的體積與(b)空穴的總體積之比(ASTM， 1980 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，各向異性為在不同方向具有不同性質(zhì)的狀態(tài) (AGI， 1980 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，各向異性物質(zhì)為任意給定點(diǎn)處在不同方向有不 同性質(zhì)的物質(zhì)(ASTM， 1980 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，隔水層為這樣一種水文地質(zhì)單元，雖然它是多 孔的和能夠貯水的，但它不能以足夠的速率為井或泉眼提供顯著供應(yīng)量 的水(WM0以后，1974 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，蓄水層指含有充分飽和的可滲透材料的地層 (formation )、地層組或部分地層，可給井或泉眼提供大量的水(Lohman 等以后，1972 )。指能為井或泉眼提供大量地下水的地質(zhì)地層、地層組或 部分地層。由鈾或釷回收操作產(chǎn)生的任何飽和區(qū)不認(rèn)為是蓄水層，除非 該層是或可能是a)與天然蓄水層流體動(dòng)力連接，b)能排泄至地表水或c) 由于超過長期政府主權(quán)和管理轉(zhuǎn)讓的土地范圍的垂直投影的遷移可適當(dāng) 接近的(IOCFR第40部分，附件A)在本發(fā)明的內(nèi)容中，蓄水層體系是在地質(zhì)學(xué)上起出水單元作用可滲 透的和滲透性差的材料的物體；它包含兩個(gè)或兩個(gè)以上至少局部^f皮限制
床層分離的可滲透床層，限制床層阻止地下水移動(dòng)，但不顯著影響該本系的區(qū)域流體動(dòng)力連續(xù)性；包括可滲透材料的飽和的各不飽和的部分 (ASCE以后，1985 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，蓄水層試驗(yàn)為測定蓄水層流體動(dòng)力性質(zhì)的試驗(yàn)， 包括從加到井中的水中取出測量數(shù)量的水以及測量在排放或加入期間和 以后蓄水層水頭中產(chǎn)生的變化(ASCE， 1985 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，不透水層指這樣一水文地質(zhì)單元，它沒有互連 的開口，因此不能]i&存或傳送水(WM0以后，1974 )。 一種不含互連開口 或不含縫隙的巖石，所以既不能貯水也不能傳送水(ASCE， 1985 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，基線監(jiān)測指設(shè)計(jì)的用于連續(xù)測量或定期測量的立和操作(NRC以后，1982 )。在本發(fā)明的內(nèi)容中，示蹤劑曲線為相對濃度對時(shí)間的曲線，在這里 相對濃度規(guī)定為C/Co， C為地下水流域中某點(diǎn)的濃度，而Co為源濃度。在本發(fā)明的內(nèi)容中，紫外線為約200至400納米的光學(xué)射線(例如用于使有害微生物失活)。在本發(fā)明的內(nèi)容中，可見光為400至700納米光學(xué)射線。 在本發(fā)明的內(nèi)容中，PDMS指聚二甲基法氧烷。(根據(jù)本發(fā)明的方法，它用于貫穿(構(gòu)成)整個(gè)設(shè)備的各元件中(例如制成彈性導(dǎo)管和室))。 在本發(fā)明的內(nèi)容中，解析指與準(zhǔn)確的時(shí)鐘或時(shí)間軌跡同步(例如同步激光、超聲探針、空氣流、水流、定長光譜、氧混合和溶解時(shí)間、自由基產(chǎn)生和維持時(shí)間、壓力水平、峰值功率、脈沖重復(fù)頻率、強(qiáng)度、波長)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種液體和氣體消毒和凈化的方法，該法包括a)所述 的液體或氣體通過一有平截頭的復(fù)合聚能器幾何形狀的反應(yīng)器或反應(yīng)器 組；以及b)同時(shí)使各種電磁能和聲能傳送和聚集在所述的復(fù)合聚能器反 應(yīng)器的指定預(yù)定的內(nèi)部空間中，在預(yù)定的時(shí)期內(nèi)在所述的反應(yīng)器或反應(yīng) 器組中形成高能量密度區(qū)。
本發(fā)明的反應(yīng)器優(yōu)選為復(fù)合拋物形聚能器或復(fù)合橢圓聚能器。根據(jù)本發(fā)明的方法，用例如Ti02的光催化劑薄層涂覆反應(yīng)器的內(nèi)表面。傳送和聚集到反應(yīng)器內(nèi)的電磁能可為任何范圍的電磁鐠，例如紫外 線、可見光、紅外線、微波等或它們的組合。 聲能可具有任何適合的頻率。提供電磁射線的輻射源可包封在反應(yīng)器內(nèi)或在反應(yīng)器外或它們的組 合。射線源可為連續(xù)波激光器或脈沖激光器。在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方案中，有高強(qiáng)度光源的射線單元為高重復(fù) 頻率(約1Hz至約50kHz )和高峰值功率(約lmJ至約50Js )的閃光燈。本發(fā)明還涉及這樣一種方法，其中液體和氣體通過串聯(lián)的或并聯(lián)的 或其組合的至少兩個(gè)復(fù)合拋物形反應(yīng)器組。本發(fā)明還涉及這樣一種按所述方法規(guī)定使用的設(shè)備，其中該設(shè)備有 供氣體和液體流通過的寬入口和窄出口的中空平截頭的復(fù)合聚能器，所 述的聚能器有能將光聚集夸其中形成高密度能量區(qū)的特別預(yù)定的光學(xué)聚 能幾何形狀。聚能器的內(nèi)部形狀可為復(fù)合拋物形或橢圓聚能器幾何形狀 或任何其他的復(fù)合聚能器幾何形狀。該設(shè)備的內(nèi)表面可用光催化劑例如Ti02 (二氧化鈦)涂覆。內(nèi)表面 可用等離子體濺射法涂覆約0.8至約1000微米厚，以及可涂覆在Si02 基材上，其厚度為0. 8至約1500微米，從而產(chǎn)生預(yù)定的折射指數(shù)。涂覆材料的折射指數(shù)可低于在反應(yīng)器中流動(dòng)的液體或氣體的折射指數(shù)。涂覆的各層可有許多溝槽，其中所述的溝槽平行排列或呈柵格結(jié)構(gòu) 排列，以及其中兩相鄰的溝槽之間的距離小于照射其上的單一入射波長 的長度。本發(fā)明還涉及這樣一種方法和設(shè)備，其中反應(yīng)器M滲析體系或過 濾體系的一部分。本發(fā)明公開了 一種新的方法，其中許多能量在一定空間和時(shí)間內(nèi)相 互作用，產(chǎn)生對消毒、溶解和中和液體和氣體(例如水和空氣)中的污
染物特別有利的高能密度區(qū)。此外，本發(fā)明的方法促進(jìn)形成高能密度區(qū)的各種能量連續(xù)地相互作用。這樣的區(qū)域特別適用于(a) 使液體和氣體消毒(b) 使有機(jī)化合物和/或無機(jī)化合物溶解(例如污染化合物)(c) 使液體和氣體正?；?mormalize)和/或中和，無害地使不間斷 輸出最大化。發(fā)明詳述本發(fā)明公開了一種新方法，用于(a)控制各種進(jìn)入組裝式復(fù)合聚 能器幾何體的各種能量，(b)復(fù)合和(c)以催化和/或相互作用方式施 加(d)在所述的有液體或氣體在其中(遍及)流動(dòng)的幾何體內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生 預(yù)定量的各能量，其包括污染物或有害物質(zhì)，所述污染物由于步驟(e)的 作用而變得較為無害，(e)為了將所有波陣面的能量密度最大限度地形 成在(預(yù)定)空間或區(qū)域內(nèi)，以便在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)對所述液體或氣體 中的所述量的污染物進(jìn)行消毒、溶解和/或中和或失活的時(shí)間解析同步作 用對各種波陣面產(chǎn)生影響。此外，失效型式評價(jià)和臨界狀態(tài)評價(jià)(FME/CA) 是優(yōu)越的。使用Ti02光催化劑的傳統(tǒng)體系有各種限制，其中引發(fā)強(qiáng)烈依 賴于光源(例如如果要出現(xiàn)引發(fā)，光必需存在)。本發(fā)明利用了激光(190 至約315納米)和超聲波瞬間空穴作用(21-180千赫)的利用和聚集， 后者在212至約511納米范圍內(nèi)產(chǎn)生聲致冷光(sono-luminecense)，因 此本發(fā)明以一種以上的方式引發(fā)光催化劑，從而大大提高了本發(fā)明方法 的設(shè)備的安全性系數(shù)。本發(fā)明公開了一種將不同能量聚集到特別預(yù)定的 內(nèi)部空間的新方法，其中液體和/或氣體在其中流動(dòng)或遍及其中，該空間 有均勻的高能密度區(qū)，以便使有害微生物中的DNA和RNA復(fù)制序列失活 和/或溶解和中和有機(jī)化合物、無機(jī)化合物和消毒劑副產(chǎn)物(DBP)。此外， 本發(fā)明通過在導(dǎo)管或室(例如反應(yīng)器)內(nèi)形成均勻空間分布的高能密度 區(qū)，利用復(fù)合的各種能量波陣面一起(例如同時(shí))在單一反應(yīng)器(例如 HDCPC反應(yīng)器)中進(jìn)行消毒。本發(fā)明還涉及一種通過相互解析光學(xué)峰值功率、聲學(xué)瞬間空穴作用 和表面下光催化劑的激光引發(fā)的互相作用來催化消毒、溶解或中和生物
污染物、有機(jī)污染物和無機(jī)污染物以及被污染的介質(zhì)的方法以及使用這 一方法的所有設(shè)備。本發(fā)明提出這樣一種新方法，其中該法的設(shè)備可結(jié)合到現(xiàn)有壓力容 器(過濾體系)中或可加在按分子過濾和/或顆粒物過濾或其組合操作的所述體系的前后或其中。此外，本發(fā)明提供了一些好處提高現(xiàn)有過濾 和凈化體系的安全系數(shù)(例如反滲析、超過濾、薄膜分離體系和較大顆粒物過濾體系)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案本發(fā)明方法的一優(yōu)選實(shí)施方案中，許多CPC串行排列以提高效率和/ 或并聯(lián)排列以提高生產(chǎn)率，它們構(gòu)成HDCPC陣列，其中每一個(gè)HDCPC表 示一聚集級(jí)(例如第l級(jí)、第2級(jí)、第3級(jí)等等)，得到增效的多級(jí)聚能 器陣列，其中7JC入口通向第一級(jí)的輸入，以及其中水出口通向最后聚集 級(jí)或通過至少一遠(yuǎn)程相連的激光器或每一模體專用的激光源驅(qū)動(dòng)的并聯(lián) 裝置。本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方案中，許多HDCPC排列成CPC的平面或平 板篩，其中所有寬輸入口中的大多數(shù)向上或向下或以預(yù)定的角度或其任 意組合。本發(fā)明方法設(shè)備的一新環(huán)境實(shí)施方案中，中央光源(例如固態(tài)二極 管泵浦脈沖激光)為包括^體動(dòng)力復(fù)合拋物形聚能器的至少一個(gè)聚集級(jí) 提供足夠的光能。此外，本發(fā)明方法的一環(huán)境優(yōu)選實(shí)施方案中，使用電 子束或激光束對HDCPC的內(nèi)壁進(jìn)^f亍全息開槽，以形成對導(dǎo)向和/或控制光 射線(例如激光脈沖)有適合折射指數(shù)的亞波長表面，以及所述的控制 形成對消毒、溶解和/或中和有害物質(zhì)特別有利的高能密度區(qū)。本發(fā)明方法的一新環(huán)境實(shí)施方案中，串聯(lián)的CPC用來得到每一聚集 級(jí)有足夠輻射長度的多級(jí)聚能器，其順序地使其中的光催化劑和激光射 線的相互作用最大化(例如產(chǎn)生自由基以及限制和/或中和所述的自由 基)。本發(fā)明方法的另一新環(huán)境實(shí)施方案有一系列CPC的并聯(lián)排列代替所 述的串聯(lián)排列/或與其組合或其任何組合。本發(fā)明方法的一有利的實(shí)施方案中，至少一個(gè)CPC有金屬主體，其
內(nèi)表面用Si02層等離子體濺射和/或涂覆，以及其中所述的Si02基質(zhì)層用 Ti02或光催化劑涂覆。此外，本發(fā)明一新方法有預(yù)定的折射指數(shù)以增強(qiáng) 反射和/或其中(例如在hdcpc反應(yīng)器中)的光催化劑的引發(fā)。本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案有這樣一反應(yīng)器聚能器，其中通過反應(yīng)器 的液體或氣體通過在其中形成的高能密度區(qū)來消毒。此外，本發(fā)明提供 溶解和/或中和污染物和/或有害微生物的能力。本發(fā)明一適用的環(huán)境實(shí)施方案中，cpc的一些部分被涂覆以反射釣 190至約399納米的波長，而另一些部分凈皮涂覆以吸收約199至約400 納米的波長，以確保在hdcpc內(nèi)表面光催化劑涂覆的預(yù)定部分中有高能 密度區(qū)。本發(fā)明方法的一優(yōu)選實(shí)施方案中，每一 cpc附于或連接或結(jié)合到至 少另一個(gè)cpc上，和cpc組在空間上或在框架中或其任何組合中相互連接。 '，本發(fā)明方法的一優(yōu)選實(shí)施方案中，至少一 cpc的內(nèi)表面被彎曲或扭 轉(zhuǎn)或開槽，以便提高與其中流動(dòng)的液體和氣體的接觸表面，此外，在多 層涂層的最后層上用等離子體濺射或蒸氣沉積或表面加工或其任何組合 來做到開槽或彎曲。本發(fā)明的方法可用于各種各樣的和環(huán)境上有利的應(yīng)用場合(例如消 毒和/或溶解和/或中和)，它們需要本發(fā)明方法的每一要素單獨(dú)地或與選自以下的其他要素協(xié)同地和/或同步地操作(1 )單色脈沖激光(或?yàn)V光 燈)光能，(2)超聲瞬間空穴作用，(3)微波，(O輸入氧氣的空氣泡 (例如對第1級(jí))(廢水和/或液體或氣體)，O)聲致冷光，(6)緩和的 殘留物中和和/或氧化作用就地產(chǎn)生的臭氧，(7)多色連續(xù)波(cw)(例 如紫外線光能)，(8 )富集空氣的氣泡(例如通過早期將光催化劑設(shè)置在 設(shè)g中加入的自由基利用空氣的優(yōu)良傳遞作用和其21%可得的游離氧 或其任何組合)。本發(fā)明方法的一優(yōu)選實(shí)施方案中，可制成約幾厘米(例如流量為每 分或秒幾升)至約幾百米尺寸的cpc，以容納大量靜置或暫時(shí)貯存的液體 (或氣體)。這樣的大型cpc可能對環(huán)境應(yīng)用是有利的，其中空氣以氣泡進(jìn)入所述池或槽的底部中央，而光通過單個(gè)波導(dǎo)和/或組合臂或從單獨(dú)的 聚能器和/或聚能器陣列傳送到槽中。本發(fā)明方法的一優(yōu)選實(shí)施方案中，裝有分別至少一個(gè)HDCPC的標(biāo)準(zhǔn) 組件(module)串聯(lián)和/或并聯(lián)連接；形成標(biāo)準(zhǔn)組件的工作臺(tái)或站。這樣 的工作臺(tái)和站對其中的液體和氣體提供另外的暴露時(shí)間是特別有利的 (例如紫外線)(>26千赫超聲波)，(自由基的生成及為所述的自由基 更有效起作用提供足夠的時(shí)間)，(為超聲波凈化提供另外的空間)，(為 確保不含自由基的無害輸出而提供另外的輻射點(diǎn)或輸入(例如在體系的 出口級(jí)照射紫外線))。本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案中，使用光催化劑插入件。這樣的插入件提 供了一種方便的手段，它可以很容易清洗(例如通過逆流洗滌作用)，此 外，由于使用光催化劑插入件，本發(fā)明方法的設(shè)備的制造和生產(chǎn)費(fèi)用大 幅度下降。通過使用插入件，生產(chǎn)商和/或用戶可按比例放大或縮小體系 (例如反應(yīng)器)，不需要使用昂貴的涂層步驟。用戶以及生產(chǎn)商可簡單地 按比例放大體系的硬件，并選擇適合的光催化劑插入件來與特定的尺寸 相配，光催化劑插入件這樣的應(yīng)用提高了光催化劑的質(zhì)量和反應(yīng)速率。本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案中，至少一 HDCPC中裝有渦輪，其中所述的 渦輪涂覆有光催化劑或由光催化劑制成，渦輪在反應(yīng)器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)提高了 其中(例如在反應(yīng)器中)的光催化劑的反應(yīng)速率。圖1說明一平截頭的流體動(dòng)力復(fù)合拋物形聚能器(THDCPC)反應(yīng)器 幾何體，該幾何結(jié)構(gòu)具有與激光引發(fā)的光需氧流分解的光催化劑(例如 Ti02)結(jié)合一起的衍射的亞波長內(nèi)表面(SWS)。本發(fā)明包括(a)有輸入 和輸出開口的HD/CPC導(dǎo)管幾何體，(b)超聲瞬間串行空穴作用，(c)流體 動(dòng)力學(xué)界面，(d)熱力學(xué)界面和(e)就地產(chǎn)生適度殘留臭氧，擴(kuò)大到對在 預(yù)定的時(shí)間內(nèi)在預(yù)定的空間中控制各種能量及其波陣面的總體相互作用 的同步互連性和協(xié)調(diào)相互作用性同時(shí)起作用(時(shí)間分解或鎖定的)。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，許多HDCPC順序排列成標(biāo)準(zhǔn)組件， 每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件按預(yù)定次序連接到至少一個(gè)另外標(biāo)準(zhǔn)組件上(例如呈直 線排列和/或并聯(lián)排列和/或串聯(lián)排列和/或其任何組合)。此外，本發(fā)明
提出一新方法，其中輸出吸收器出口無縫地連接到在一條線上的預(yù)定HDCPC的下一入口 ，對于多級(jí)聚能陣列，這樣的排列對液體和氣體的消毒、 溶解、中和和脫臭特別有利。對增強(qiáng)水分布的水凈化應(yīng)用特別有利。適合的劑量和/或劑量輸送有助于高的生產(chǎn)率，同時(shí)保持用戶和生產(chǎn) 商經(jīng)濟(jì)相互操作性的簡化和模塊化。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，HDCPC的并聯(lián)排列與串聯(lián)排列相互連 接，此外，任何數(shù)目的排列都可(相互)連接在一起形成標(biāo)準(zhǔn)組件，標(biāo) 準(zhǔn)組件可分組、連接或重疊，以便滿足對標(biāo)準(zhǔn)組件方案不斷增長的需求 以及迅速響應(yīng)變化的產(chǎn)量需要/或預(yù)定的應(yīng)用要求的能力。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，預(yù)定的HDCPC的輸出吸收器為連接 它的另一 HDCPC的輸入進(jìn)口。此外，許多HDCPC可連接成單個(gè)的HDCPC 和/或合并成單一的單元(或標(biāo)準(zhǔn)組件)或單元陣列，使用標(biāo)準(zhǔn)組件結(jié)構(gòu)， 本發(fā)明克服了傳統(tǒng)CW紫外燈基反應(yīng)器所受的限制。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，許多HDCPC按串聯(lián)或并聯(lián)連接和/或 集成在一起，形成相互連接的HDCPC網(wǎng)絡(luò)，形成許多對消毒、溶解、中 和和脫臭液體和氣體特別有利的高能密度區(qū)。此外，使用至少一級(jí)聚集 的本發(fā)明方法為自由基(奪第一 HDCPC側(cè)壁由光催化劑生成的)溶解、 中和提供了足夠的時(shí)間，并在最后一級(jí)(例如出口 )通過紫外線輻射中 和。本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案中，在激光和/或光催化劑級(jí)(反應(yīng)器)之前， 為了提高氧溶解在水中的數(shù)量以及提高其中光催化劑的反應(yīng)速率(例如 在各級(jí)/反應(yīng)器)，其包括一氧溶解預(yù)反應(yīng)器。此外，這樣的溶解級(jí)還可 包括利用激光產(chǎn)生的熱(,如用通過不同級(jí)的水或空氣來冷卻激光)，或 者氧的溶解可利用來自激光的紅外射線(例如頻率加倍以前)，或者氧的 溶解可通過將微波能發(fā)射到液體或氣體(例如水和/或空氣)中來增強(qiáng)， 或者氧的溶解可包括空氣混合到水中(溶解的氧進(jìn)入水中)，或者氧的溶 解可包括借助超聲波瞬間的或穩(wěn)定的空穴作用或其任何組合使空氣與水 混合。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，為了消毒和/或溶解和/或中和和/或
脫臭液體和氣體中的有害物質(zhì)(例如細(xì)菌或病毒和/或孢嚢)和/或污染物，光學(xué)峰值功率和/或超聲瞬間空穴作用和/或流動(dòng)解析光(例如約170 至約364納米)引發(fā)光催化劑，和/或聲致冷光和/或氧溶解，溶解或混 合(例如到液體和氣體中)以同步和/或順序和/或協(xié)同方式出現(xiàn)。此夕卜， 新方法促進(jìn)了。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中， 一系列HDCPC連接成一直線和/或一 曲線，以及其中第1聚能器的入口 (例如在HDCPC的至少一線上)從高 強(qiáng)度光源投射的和/或掃描的和/或投射的高強(qiáng)度光源接收相干激光光 束，以及所述的光為脈沖波或連續(xù)波，和/或所述的光為約170至約400 納米的不可見光或401至約700納米的可見光，在每一 HDCPC中形成特 別適用于有害物質(zhì)和污染物消毒、溶解、和/或中和的高能密度區(qū)。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，具有高重復(fù)頻率和高峰值功率的固 態(tài)二極管激勵(lì)的激光在以下3個(gè)頻率下操作(1)約1064至約2400納 米、(2 )約532至約1063納米和(3 )約266至約531納米，所述的頻 率單個(gè)地和/或一起用于液體和氣體的消毒、溶解、中和和脫臭目的。此 外，本發(fā)明公開了一種新方法，其中每種波長被利用、分配和/或傳送到 體系結(jié)構(gòu)中預(yù)定的位置，因此它可用來增強(qiáng)總體消毒過程。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，激光射線中的紅外線部分通過波導(dǎo) 和/或在組合支管(integrated arm)傳送到預(yù)反應(yīng)器中和/或用于將氧 溶解和/或混合到水(或氣體)中(在預(yù)反應(yīng)器中)的標(biāo)準(zhǔn)組件中。此夕卜， 可將激光冷卻體系(空氣對水、7JC對水、空氣對空氣或任何組合)相連， 以便在水入口或出口前、后或過程中的某一特定位置升高溫度。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，液體或氣體通過反應(yīng)器(HDCPC型幾;)(例如反應(yīng)器和/或反應(yīng)i陣歹'i或反應(yīng)器j:或其任何組合以前:過程中或以后用溶解的氧富集和/或混合和/或調(diào)和。本發(fā)明方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，連續(xù)波激光束(CW)經(jīng)串聯(lián)的HDCPC 標(biāo)準(zhǔn)組件的入口發(fā)射。此外，HDCPC這樣的串聯(lián)排列有助于通過每一 HDCPC ^f吏反射激光束連續(xù)聚集，單個(gè)產(chǎn)生順序的高能密度區(qū)(例如整個(gè)HDCPC陣列或相互連接的反應(yīng)器陣列)，這樣的輻射幾何體通過克服傳統(tǒng)的燈和 激光為基礎(chǔ)的反應(yīng)器產(chǎn)生的限制展現(xiàn)了本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)。更具體地說, 本發(fā)明為光催化劑(和氧)產(chǎn)生的自由基提供了足夠的時(shí)間，其中光催化劑通過其中的激光(在HDCPC反應(yīng)器和/或反應(yīng)器陣列中)不斷地引發(fā)。 此外，本發(fā)明還有助于反應(yīng)器標(biāo)準(zhǔn)組件網(wǎng)絡(luò)的形成，當(dāng)它們相連和/或相 互在一起操作(例如一起解析和/或同步)時(shí)，提供了高的失活效率(消 毒、溶解和/或中和污染物)，或者更具體地說，利用(a)多級(jí)光學(xué)聚能 器(例如HDCPC)和(b)連接在生產(chǎn)商和/或用戶(以及液體和/或氣體體 系管理者)的網(wǎng)絡(luò)上的多段暴露室和/或反應(yīng)器，本發(fā)明能將液體和/或 氣體(它們流過預(yù)定的反應(yīng)器、HDCPC標(biāo)準(zhǔn)組件或HDCPC陣列或陣列的網(wǎng) 絡(luò))中存在的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成更加無害的物質(zhì)，例如可祐人類、動(dòng)物或 植物接受和/或消費(fèi)的物質(zhì)。此外，這樣的過程(a、 b、 c)比這一領(lǐng)域中 任何其他已知的方法進(jìn)行得更快、更有效和更經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明方法一新的環(huán)境實(shí)施方案中，HDCPC的單一標(biāo)準(zhǔn)組件裝有許多 單個(gè)相連的較小標(biāo)準(zhǔn)組件。,此外，這樣的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件(和/或反應(yīng)器) 可包括以下類型光催化劑型、波導(dǎo)型、脈沖暴露型、連續(xù)波(CW)型、 準(zhǔn)連續(xù)波型、懸浮體型、氧溶解和/或混合型、加熱型、冷卻型、溫度和 /或流體交換型、可見光照射型、紅外線照射型、UVA、 UVB和UVC照射型、 多色光型、單色光型、閃光燈型、二極管型、激光型、需氧型和/或不需 氧型、整體過濾型。光學(xué)(E. M. R )。聲學(xué)(超聲)瞬間/穩(wěn)定的空穴作用。 液體和氣體的流體動(dòng)力流(例如含水介質(zhì))。激光引發(fā)的光催化劑(氣動(dòng)地和需氧地(氧增強(qiáng)的)微波發(fā)生設(shè)備或磁控管醫(yī)學(xué)解析的均衡器/分解裝置本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案中，催化消毒(醫(yī)學(xué))儀器保持器使用本發(fā) 明的方法。本發(fā)明的這一實(shí)施方案提供一種基本工具，其中可顯著更加 快速和安全提供安全的醫(yī)學(xué)處理和步驟并減少對昂貴能量和/或消耗時(shí)
間的過程的依賴(例如自動(dòng)分解，或含氧水和其他溶劑和有毒化合物的 使用)。內(nèi)科醫(yī)生、外科醫(yī)生、生物技術(shù)學(xué)家、牙科醫(yī)生、農(nóng)藝學(xué)家、研 究人員、教師和多學(xué)科專業(yè)人員可將這些儀器放在保持器內(nèi)，這樣的儀 器可包括刀片、激光組件、鏡子、鉆附件、超聲波探頭、取樣工具、細(xì) 針和/或醫(yī)學(xué)的和/或工業(yè)的注射器。
本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案中，消毒用催化醫(yī)學(xué)儀器架由透明的外殼和/
或聚合復(fù)合材料層(如PDM)制成的，其中聚合物外殼是足夠透明的和/ 或以某一預(yù)定的角度過渡地處于至少一相干光束或脈沖路徑中。此外， 這樣的聚合物外殼可被涂覆(等離子體濺射，CVD的各種涂覆)，以便改 變其光學(xué)性質(zhì)和/或機(jī)械性質(zhì)(例如折射指數(shù)、柔性才莫量以及結(jié)構(gòu)、吸收、 發(fā)射、反射和衍射)。彈性對于本發(fā)明的設(shè)備能夠經(jīng)受住強(qiáng)烈沖擊和提供 現(xiàn)場應(yīng)用的解決辦法是極其重要的。


參照以下附圖進(jìn)一步描述和說明本發(fā)明
圖1說明本發(fā)明方法的串行連接的HDCPC陣列的示意圖。所示的順 序或串聯(lián)的HDCPC陣列包括(l)具有由現(xiàn)有的電學(xué)基本結(jié)構(gòu)或太陽板、
轉(zhuǎn)換器和/或電池供能的高強(qiáng)度光源的遠(yuǎn)程輻射單元，未示出的(2)直 線布置在輻射單元和最上部CPC (第l級(jí)聚集)之間的波導(dǎo)管，O)電導(dǎo) 管(可為波導(dǎo)管外殼上的導(dǎo)電涂層或內(nèi)捆扎的傳導(dǎo)(電和/或光)元件， (4)所示的一束光和/或電傳導(dǎo)元件，達(dá)到設(shè)備隨中的第2CPC (例如第 2級(jí)聚集)，其中液體和/或氣體在其中流動(dòng)或流遍。數(shù)字(5)表示設(shè)備 鏈中第一CPC的主體。數(shù)字(6)表示入口 (例如水和空氣，例如液體或 氣體)，為了清楚起見，這一點(diǎn)表示為類圓柱形管的體系輸入口以表明體 系輸入口 (例如反應(yīng)器陣列輸入端，HDCPC標(biāo)準(zhǔn)組件)。數(shù)字(7)說明管 束的輸入陣列，這些輸入口表示成以下這樣的點(diǎn)，約190至約399納米 的光從這些點(diǎn)投射到HDCPC外殼和/或反應(yīng)器主體(例如第1級(jí)聚集)中。 整體式超聲探針表示為數(shù)字(8)，虛線(10)穿過第1級(jí)HDCPC結(jié)構(gòu)的 截面(例如僅3個(gè)說明用的HDCPC聚集/過濾級(jí)的設(shè)M中的反應(yīng)器1 )， 說明瞬間空穴作用的液流的(回聲現(xiàn)象的)聲學(xué)反射。從約26999赫(26. 9
千赫)至約51000赫(51千赫)。數(shù)字(9 )表示一組細(xì)菌簇(例如六腸 桿菌野生型菌林K12)和/或液體和/或氣體中存在的其他有害物質(zhì)。數(shù)字 (11)表示第2超聲探針，它將約26千赫至約1. 5兆赫的聲學(xué)瞬間空穴 作用投射在HDCPC第2級(jí)反應(yīng)器內(nèi)。數(shù)字(12)表示第1級(jí)后殘留的細(xì) 菌簇。數(shù)字(13)表示ii^第2級(jí)反應(yīng)器(例如HDCPC)的波導(dǎo)管輸入?yún)^(qū)， 為了清楚起見表示為從高強(qiáng)度、高峰值功率(例如高重復(fù)頻率)的脈沖 光源接收單束進(jìn)光，傳送的約210至約370納米的光與電能一起傳送(例 如在束內(nèi)的單股中)，所述的束表示為傳送與每一單個(gè)HDCPC單元、標(biāo)準(zhǔn) 組件或陣列(未示出)的操作有關(guān)的光、電、時(shí)間、光譜、溫度、磁場 雙向傳感數(shù)據(jù)。數(shù)字(14 )表示在約10赫至約110千赫范圍內(nèi)操作以幫
中)(如在以前的階段中)(在i一單個(gè)m)CPC級(jí)和/i標(biāo)準(zhǔn)組件和/或 HDCPC反應(yīng)器陣列中)的第3超聲探針。數(shù)字(15 )表示從單個(gè)束進(jìn)光的 第3輸入口，這一復(fù)合的光輸入口是按中和前幾級(jí)殘留的自由基和/或 DBP (消毒劑副產(chǎn)物)的特定校定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)而特別設(shè)計(jì)和傳送。數(shù)字(16 ) 表示在第3級(jí)輸出路徑上(例如水或空氣出口)已失活的細(xì)菌簇(例如 經(jīng)消毒的)。數(shù)字(17)表示兩層等離子體濺射的涂層，包括Si02第l基 質(zhì)層，它是平滑的和耐沖擊的，有高的粘合力和預(yù)定的約l. 00至約6.1 的折射指數(shù)，與另一 Ti(V光催化劑等離子體濺射層形成足夠的折射指數(shù) 分布，厚度為約0.8至約1000微米(每一層)，形成波導(dǎo)型聚能器幾何 體，使整個(gè)發(fā)射增強(qiáng)。數(shù)字(18)表示體系的輸出口 (例如水和/或空氣 出口 )。
圖2說明反應(yīng)器中元件的波導(dǎo)管部分的示意圖，本發(fā)明的這一 HDCPC 波導(dǎo)管型設(shè)備包括通過快速連接點(diǎn)(20)連接到中空介電波導(dǎo)管(27)
(HDCPC翅型)的最后HDCPC標(biāo)準(zhǔn)組件或標(biāo)準(zhǔn)組件陣列的(19 )平截頭的 輸出口 ，擴(kuò)大到形成反應(yīng)器或標(biāo)準(zhǔn)組件套的單一元件(未示出)。
(21，a，b，c)表示進(jìn)入介電波導(dǎo)的光學(xué)輸入，其投射從外部輻射單元到 達(dá)的從190nm到2400nm的光，外部輻射單元具有高強(qiáng)度光源，光通過波 導(dǎo)和/或波導(dǎo)束^延伸的HDCPC波導(dǎo)翅中，波導(dǎo)翅從HDCPC的邊緣開始
在長度上從1微米擴(kuò)大到幾米，(例如，見19)。 220表示專用的高重復(fù) 頻率、高峰值功率脈沖激光器(23)的單個(gè)控制器。(24)、 (25)、 (26) 表示傳送光能以及傳送電能進(jìn)入元件的波導(dǎo)管部分的單束饋送器。(27 ) 表示反應(yīng)器元件的波導(dǎo)管部分的主體，其中(28)表示單一控制器，它 控制(")和(34)閃光燈。(29，a，b，c)表示反應(yīng)器元件的波導(dǎo)管遠(yuǎn)端 處的另 一光輸入/輸出點(diǎn)。這些另外的輸入/輸出點(diǎn)提供了補(bǔ)充的光輸入 (例如進(jìn)一步增加元件的波導(dǎo)管部分中的光通量密度)，或者它們可用作 為測量和/或診斷的光取樣點(diǎn)。(30)、 (31)、 (32)表示從位于遠(yuǎn)處的高 強(qiáng)度脈沖閃光燈(34)到達(dá)的約210至約400納米單束饋送，為了清楚 起見用(35)表示其單個(gè)控制器單元。該圖說明反應(yīng)器和/或標(biāo)準(zhǔn)組件的 元件(例如波導(dǎo)管部分)，根據(jù)本發(fā)明的方法，波導(dǎo)管部分可按串聯(lián)和/ 或并聯(lián)或其任何組合互連，形成HDCPC的模體。
圖3說明本發(fā)明方法的設(shè)備的全景部件分解圖，所示的醫(yī)療儀器夾 具解析器包括HDCPC和/或錐形管路或室(36)。用亞波長開槽和更大的 開槽擴(kuò)展的光需氧混濁度(turbidity)和混合源(spring)以提高它的 表面相互作用(例如空氣含有21%游離的可利用的氧，提高空氣流可增加 催化效率)。平截頭的復(fù)合拋物形聚能器主體(在這一說明中以它的初級(jí) 錐形剖面示出)(TCPC) (36)，有向上變寬的聚集接收角(38)，帶有用 亞波長表面加工處理的內(nèi)部輪廓，控制和處理其中約200至約3"納米 光學(xué)相互作用的波長特征的全息溝槽(例如在TCPC中)。為了清楚起見， 在較窄的接收角處表示觸摸敏感的引發(fā)吸收劑(39)，它(a)反射其中 適合的波長(在HDCPC中)，(b)物理保持或支承其中的儀器和/或元件。 一種外科儀器(37)在錐形(例如聚能器)反應(yīng)器主體中，它有可調(diào)節(jié) 的需氧亞表面全息溝槽自動(dòng)膜片(iris) (38)引導(dǎo)閘片，有反射特定波 長的朝內(nèi)面向表面和(40),保護(hù)儀器的柔軟彈性接觸邊，所示的膜片(如 被激發(fā)的)圍繞外科儀器自動(dòng)關(guān)閉(或打開)，保護(hù)周圍觀測者的眼睛， 同時(shí)通過從光催化劑產(chǎn)生自由基來使其中的催化消毒效率最大(例如在 THDCPC主體中)。光從和/或通過衍射的光學(xué)元件的表面邊緣("b)i^— THDCPC主體，所述光學(xué)元件在尺寸上與所述源(spring)和/或THDCPC
主體(36)內(nèi)輪廓的表面曲度以全息和/或散射方式匹配，使相互操作性 和/或整個(gè)反應(yīng)速率、生產(chǎn)效率最大。(42)說明介電空氣管， 一端(41a) 從中央輸出吸收器(41，在圖的底部)i^v聚能器的主體，而另一端(43) 在空氣泵送和/或抽吸遠(yuǎn)點(diǎn)結(jié)束。為了清a見，為說明起見7jc槽(44) 和/或?qū)Ч埽?45)表示的液體(例如水)部分填充。用(46)、 (46a)、 (47)、 (48)、 (49)說明儀器架/解析器的放置，有可伸縮的或可變長度 的支承設(shè)備或臂。為了清楚起見示出支承環(huán)(50)，它保持聚能器主體(例 如錐形反應(yīng)器)(51),和(52)表示用于傳感和識(shí)別插入的儀器的傳感 設(shè)備。(53)表示在圖的左上側(cè)表示的超聲瞬間空穴作用探針(57)的驅(qū) 動(dòng)器和控制器。(54 )表示有積分計(jì)時(shí)器(未示出)的同步器或解析器單 元。(55)表示系統(tǒng)主控制器，為了請楚起見，用(a)、 (b)、 (c)表示 其集成觸發(fā)輸入。圖4說明本發(fā)明HDCPC標(biāo)準(zhǔn)組件的全景部件分解圖。HDCPC標(biāo)準(zhǔn)組件 包括一中央控制器(57)，它電驅(qū)動(dòng)有高強(qiáng)度的約190至約400納米紫外 線源的輻射單元。光通過波導(dǎo)管束(58 )(未示出)傳送，(59 )表示所 述的波導(dǎo)管公共端，它分成(a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)和(f)，每一個(gè) 表示i^各個(gè)HDCPC波導(dǎo)管部分的單個(gè)光輸入部分(例如在標(biāo)準(zhǔn)組件內(nèi) 的)外殼(60)內(nèi)。(A)、 (B)、 (C)組表示在標(biāo)準(zhǔn)組件內(nèi)另外的HDCPC 波導(dǎo)管部分，每一個(gè)都有其自身的光學(xué)I/O 口，通過該口可向和/或由每 一單個(gè)HDCPC波導(dǎo)管(HDCPC連續(xù)翅)部分和/或擴(kuò)大部分進(jìn)行細(xì)菌的失 活和/或溶解、中和和/或脫臭和/或(光學(xué))過濾和/或光譜傳感(例如 熒光場合)并提供平臺(tái)，許多光源可用在所述的平臺(tái)上(例如固態(tài)二極 管激光、波長為約190至約3000納米的閃光燈)。(61)說明液體或氣體 ii^標(biāo)準(zhǔn)組件入口，到相鄰HDCPC標(biāo)準(zhǔn)組件(未示出)邊的上述整體式 連接口上有寬箭頭。(61，a)表示超聲瞬間空穴作用探針，而(61，b)說 明在其中(在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件或標(biāo)準(zhǔn)組件陣列中)產(chǎn)生微波能的磁控管。(62)表示能從每一單個(gè)的HDCPC中空波導(dǎo)管部分(如，在標(biāo)準(zhǔn)組件外 殼中)發(fā)射和接收光的控制和數(shù)據(jù)采集單元。(63)表示一束單個(gè)波導(dǎo)管(未示出)，其中，為了清楚起見，它們的共用末端(64)分成(a)、 (b)、
(c)、 (d)、 (e)、 (f)，每一個(gè)表示將光能傳送到標(biāo)準(zhǔn)組件內(nèi)的所述 HDCPC波導(dǎo)管部分或?qū)⒐鈴乃鼈鞒龅膯蝹€(gè)波導(dǎo)管或光纖或錐形光纖組。
(65)、 (66)、 (67)表示第一下部波導(dǎo)管部分陣列，在標(biāo)準(zhǔn)組件中其余 的HDCPC波導(dǎo)管部分用(A)組、(B)組、(C)組、(D)組、(E)組中的 三組標(biāo)記，這些組按標(biāo)準(zhǔn)組件中它們各自的位置排列和描述。(68)表示 連接到圖底部下方的相鄰HDCPC (略圖)的下部快速連接和組合分路(例 如連接安全環(huán))。(69)表示其中上部組合和連接分路。(69a)表示壓力 容器標(biāo)準(zhǔn)組件驅(qū)動(dòng)器，它說明本發(fā)明的設(shè)備與分子水平和顆粒物水平的 過濾體系的新穎方法組合。(70)表示標(biāo)準(zhǔn)組件的輸出口 (例如液體和/ 或氣體的標(biāo)準(zhǔn)組件出口 )，用標(biāo)準(zhǔn)組件上側(cè)向左的箭頭標(biāo)記。
圖5說明在本發(fā)明方法的較大室型標(biāo)準(zhǔn)組件中標(biāo)準(zhǔn)組件陣列的等距 視圖。示出的本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)組件陣列包括液體和/或氣體進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)組件
(例如標(biāo)準(zhǔn)組件中的標(biāo)準(zhǔn)組件陣列)(72)的標(biāo)準(zhǔn)組件下部入口 (71)。
(73)表示單個(gè)較小的標(biāo)準(zhǔn)組件，它能將顆粒材料阻止在預(yù)定界限范圍 之上或之下以及接收光的饋送(未示出)。(74)表示放在較大的室型標(biāo) 準(zhǔn)組件右側(cè)的另外標(biāo)準(zhǔn)組伊。這一#準(zhǔn)組件(")用來將顆粒物、有機(jī) 化合物和/或無機(jī)化合物(在分子水平上)阻止在預(yù)定的范圍之上或之下。
(74， a )表示在約26. 5至約180千赫范圍內(nèi)操作的超聲瞬間空穴作用探 針，(74，b)表示在其中產(chǎn)生微波能的磁控管(例如在各個(gè)框架/標(biāo)準(zhǔn)組件 結(jié)構(gòu)中)。(75)表示過濾標(biāo)準(zhǔn)組件(分子水平)，它有描述為接收兩個(gè)單 獨(dú)的光饋送/標(biāo)記為(a)和(b)的照射薄膜陣列。(76)表示依賴于壓力 的壓緊分路/環(huán)，當(dāng)壓力升高或下降時(shí)(進(jìn)出標(biāo)準(zhǔn)組件)，它起支承裝置 的作用。(77)表示用來阻止預(yù)定尺寸范圍的顆粒材料和懸浮固體的照射 過濾管組(顆粒水平)。(78 )表示裝有透明熱固和/或熱塑彈性光導(dǎo)聚合 物(例如PDM)組合的陣列的標(biāo)準(zhǔn)組件，其中至少一波導(dǎo)管部分內(nèi)部用等 離子體濺射涂覆Si02和/或另一層光催化劑(例如TiOj在其頂部涂覆， 以便形成適合的折射指數(shù)分布，以提高其中的發(fā)射(貫穿整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件)。
(79) 表示所述室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)組件之間的連接，形成壓敏安全分路和/或環(huán)。
(80) 用箭頭表示已通過內(nèi)部有較小標(biāo)準(zhǔn)組件陣列的標(biāo)準(zhǔn)組件的液體和/
或氣體的總出口 (例如較大標(biāo)準(zhǔn)組件的輸出口 )，圖6說明本發(fā)明消毒標(biāo)準(zhǔn)組件的等距視圖。示出的本發(fā)明的消毒標(biāo) 準(zhǔn)組件包括為清楚起見，用箭頭表示的液體或氣體的總?cè)肟?(水入口 被示出)平行于標(biāo)準(zhǔn)組件的橫軸設(shè)置(例如入口與標(biāo)準(zhǔn)組件長度呈一線)。 (82)表示位于右邊的另一水入口，其與許多等離子體濺射或涂覆PDM 的波狀管(wave)和/或液體和/或氣體導(dǎo)管的集合點(diǎn)配置成90度。所述 的管子每一根長(小于)約1毫米至(大于)約100米。(83 )表示單個(gè) 波狀管部分和液體(或氣體)導(dǎo)管部分，其中所述的部分為導(dǎo)管部分陣 列的一部分，導(dǎo)管部分中所述的部分用于引入、混合和溶解氧(例如存 在于液體或氣體中的)。(84)、 (a)、 (b)表示具有不同的過濾體系組合 的說明本發(fā)明方法的組裝設(shè)備的可選擇實(shí)施方案，即同時(shí)能實(shí)施分子水 平過濾((a )用HDCPC成形反應(yīng)器或標(biāo)準(zhǔn)組件外殼表示)/或顆粒水平過 濾((b) )。 (85)表示側(cè)面的(90度)總的水出口。 (8"表示與各部件 陣列中每一個(gè)結(jié)合的過濾標(biāo)準(zhǔn)組件和波導(dǎo)管。(87)、 (88)表示另一標(biāo)準(zhǔn) 組件，其中為了清楚起見示出兩個(gè)光輸入/輸出口， 一個(gè)用于輸入用于失 活、消毒、中和/脫臭污染物或有害物質(zhì)的光。(89)表示裝有U個(gè)封閉標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)準(zhǔn)組件的較大正方形標(biāo)準(zhǔn)組件框架(例如照射和/或紫外線 (例如脈沖波或連續(xù)波)照射標(biāo)準(zhǔn)組件)(例如從遠(yuǎn)程的和/或一體的具 有高強(qiáng)度光源(未示出)接收外部激光或閃光燈輸入)。(90)表示標(biāo)準(zhǔn) 組件的總出口 (框架輸出)，其中液體和/或氣體排出體系。(91)表示能 產(chǎn)生約27至約218千赫的超聲能的超聲瞬間空穴作用探針，防止膠體沉 積物和/或硬水沉積物附著到反應(yīng)器(HDCPC)內(nèi)壁或表面(例如每一單 標(biāo)準(zhǔn)組件中包括的波導(dǎo)管部分(PDM)的內(nèi)壁和表面)。框架，也就是本 發(fā)明方法可使用的較大標(biāo)準(zhǔn)組件，其中所迷框架在包括分子過濾和顆粒 物過濾的過濾過程之前和/或之后和/或過程中布置，例如在城市廢水處 理、飲用水應(yīng)用和民用工業(yè)和農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的液體和氣體處理中存在的以 上過濾過程，本發(fā)明公開了一種新方法，其中各種能量在預(yù)定的時(shí)間內(nèi) 被激勵(lì)、解析和/或同步，以確保通過形成高能密度區(qū)(使用HDCPC)來 傳送足夠的消毒劑量。(91)、 (93)說明本發(fā)明利用它的任何標(biāo)準(zhǔn)組件作
為壓力容器的能力，其利用、使用、結(jié)合由流體動(dòng)力和氣動(dòng)施加的壓力 或其任意組合(例如用于反滲析和其他分子和顆粒物范圍的過濾體系)，本發(fā)明的方法克服了傳統(tǒng)&系產(chǎn)i的限制，也就是在本發(fā)明的設(shè)備中可同時(shí)提供有害微生物中的DNA和RNA復(fù)制序列的過濾和/或輻射失活，以 及？ 1發(fā)光催化劑生成自由基和超聲瞬間空穴作用以防止膠體沉積物和硬 水(液體和/或氣體)沉積物。圖7表示本發(fā)明方法處理和消毒、中和溶解污染物和有害物質(zhì)的原 理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的證據(jù)，其中數(shù)字0-40表示本發(fā)明設(shè)備的照射和操作過程經(jīng) 過的時(shí)間，左邊的圖標(biāo)表示CFU數(shù)(以10為底的對數(shù))，在圖中示出的 高亮數(shù)字本身表示從10秒附近的3. 3到5的對數(shù)失活率(99. 9%失活、 消毒)，實(shí)驗(yàn)中使用的細(xì)菌為大腸桿菌野生型菌林K12。在10赫的2" 納米激光作用下，用等離子體濺射將Ti02光催化劑濺射到鈦為基礎(chǔ)的反 應(yīng)器結(jié)構(gòu)壁上，激光峰值功率2. 5-4mJ，在27千赫下超聲瞬間空穴作用， 起動(dòng)磁控管、使氧輸入處于使用中。在10-30秒后觀測到CFU顯著下降。圖8說明了本發(fā)明的方法和設(shè)備的效果。左邊的培養(yǎng)臟計(jì)數(shù)表示有 害物質(zhì)大腸桿菌野生型菌林K12的CFU計(jì)數(shù)(菌落形成單位)，其中大腸 桿菌野生型菌林K12在瓊脂和0. 9 %的Cl的懸浮液中，尚l(wèi)暴露于激光。右邊的培秦niL計(jì)數(shù)表示野生大腸桿菌的總減少量，明確地再次證實(shí) 無化學(xué)品、無殘留的本發(fā)明方法的高效率。該實(shí)驗(yàn)采用266納米的 AntlantiumNd:YAG，使用激發(fā)二^M目互作用的亞微秒時(shí)域(納秒)脈沖 寬度。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，還包括以下項(xiàng)目1. 一種消毒和凈化液體和氣體的方法，該法包括使所述的液體或 氣體通過具有平截頭的復(fù)合聚能器幾何結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或反應(yīng)器組合；以 及同時(shí)將各種電磁能和聲能傳送和聚集在所述的復(fù)合聚能器反應(yīng)器的特 別預(yù)定的內(nèi)部空間中，在預(yù)定的時(shí)期內(nèi)在所述的反應(yīng)器中形成高能密度 區(qū)。2. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中反應(yīng)器為復(fù)合拋物形聚能器。3. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中反應(yīng)器為復(fù)合橢圓聚能器。
4. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中反應(yīng)器的內(nèi)表面用光催化劑的薄層涂覆。
5. 才艮據(jù)項(xiàng)目4的方法，其中光催化劑為Ti02。
6. 根據(jù)項(xiàng)目1的方法；其中電磁能為任何電磁語范圍的電磁能或其 組合。
7. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中聲能有任何適合的頻率。
8. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中至少一種電磁能源封閉在反應(yīng)器中。
9. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中至少一個(gè)電磁能源在反應(yīng)器外。
10. 才艮據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中至少一個(gè)電磁能源為激光。
11. 根據(jù)項(xiàng)目IO的方法，其中激光為脈沖激光。
12. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中有高強(qiáng)度光源的輻射單元為約1赫至約 50千赫的高重復(fù)頻率、約lmJ至約50J的高峰值功率的閃光燈。
13. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中液體和氣體通過至少兩個(gè)復(fù)合拋物形反 應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)器陣列。
14. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中液體和氣體通過至少兩個(gè)復(fù)合拋物形反 應(yīng)器并聯(lián)的反應(yīng)器陣列。
15. 根據(jù)項(xiàng)目l的方法，其中電磁能為約200至約400納米的紫外線 (UV)能。
16. 根據(jù)項(xiàng)目15的方法，其中紫外線輻射為脈沖輻射。
17. —種用于上述項(xiàng)目中任一項(xiàng)的方法的復(fù)合聚能器反應(yīng)器設(shè)備，其 中所述的反應(yīng)器為帶有用于氣體和液體流過的寬入口和窄出口的中空平 截頭聚能器，以及所述的聚能器有能使光聚集在其中形成高能密度區(qū)的 特別預(yù)定的光聚集幾何形狀。
18. 根據(jù)項(xiàng)目16的設(shè)備，其中聚能器的內(nèi)部形狀為復(fù)合拋物形或橢 圓聚能器幾何形狀。
19. 根據(jù)項(xiàng)目15的設(shè)務(wù)，其中反應(yīng)器的內(nèi)壁用光催化劑涂覆。
20. 根據(jù)項(xiàng)目18的設(shè)備，其中光催化劑為Ti02 (鈦氧化物)。
21. 根據(jù)項(xiàng)目19的設(shè)備，其中Ti02被以等離子體濺射方式涂覆，厚 度為約0. 8至約IOOO微米。
22. 根據(jù)項(xiàng)目20的設(shè)備，其中將厚度0. 8至約1500微米的TiOr凃?qū)?
涂覆在Si0,基質(zhì)上，形成預(yù)定的折射指數(shù)。23，根據(jù)項(xiàng)目21的設(shè)備，其中涂覆材料的折射指數(shù)低于流過反應(yīng)器 的液體或氣體的折射指數(shù)。24. 根據(jù)項(xiàng)目16-22的設(shè)備，其中涂覆層有許多溝槽，其中所述的溝 槽平行排列或按柵格結(jié)構(gòu)排列，并且其中兩連續(xù)溝槽之間的距離小于照 射其上單個(gè)入射波長的長度。25. 根據(jù)項(xiàng)目17-24的設(shè)備，其中反應(yīng)器為反滲析體系或過濾體系的 一部分。26. —種上面描述和說明的設(shè)備。27. —種上面描述和說明的方法。
權(quán)利要求
1. 消毒液體的方法，包括使液體在反應(yīng)器的縱軸方向上經(jīng)過所述反應(yīng)器；并且將電磁能從外部輻射源傳送到所述反應(yīng)器中，使得電磁能在所述反應(yīng)器的縱軸方向上傳播，其中所述電磁能的傳送包括傳送紫外輻射。
2. 權(quán)利要求1的方法，包括 將聲能傳送到所述反應(yīng)器中。
3. 消毒設(shè)備，包括波導(dǎo)裝置，該波導(dǎo)裝置具有沿著所述裝置的縱軸的用于液體或氣體 的通道，所述通道具有入口和出口；以及位于所述波導(dǎo)裝置外的外部輻射單元，用于將輻射傳送到該波導(dǎo)中， 使得所述輻射在所述縱軸方向上傳播。
4. 權(quán)利要求3的消毒設(shè)備，其中該波導(dǎo)裝置的內(nèi)壁具有包括光催化 劑層的涂層。
5. 權(quán)利要求3的消毒設(shè)備，其中光催化劑層包括二氧化鈦。
6. 權(quán)利要求4的消毒設(shè)備，其中所述涂層包括Si02基質(zhì)層并且所述 光催化劑層在所述Si02基質(zhì)層上。
全文摘要
本發(fā)明涉及消毒和凈化液體和氣體的方法，該法包括a)使所述的液體或氣體通過有平截頭的復(fù)合聚能器幾何形狀的反應(yīng)器或反應(yīng)器組合；以及b)同時(shí)使各種電磁能和聲能在預(yù)定的時(shí)期內(nèi)傳送和聚集在所述的復(fù)合聚能器反應(yīng)器中的特別預(yù)定內(nèi)部空間中，形成高能密度區(qū)。本發(fā)明的反應(yīng)器優(yōu)選為復(fù)合拋物形聚能器或復(fù)合橢圓聚能器。傳送和聚集在反應(yīng)器內(nèi)的電磁能可有任何電磁譜范圍的電磁能，例如紫外錢、可見光、紅外線、微波等或其組合。聲能有任何適合的頻率。傳送電磁輻射的輻射源可封閉在反應(yīng)器內(nèi)或可在反應(yīng)器外。
文檔編號(hào)A61L2/02GK101397156SQ20081010946
公開日2009年4月1日 申請日期2000年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月23日
發(fā)明者M·安德, Z·特里拜爾斯基 申請人:安特蘭德水技術(shù)有限公司