通過冷等離子體和光催化作用在微珠床中處理污水的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及處理在反應(yīng)器(1)的入口(4)和出口(5)之間移動的污水(2)的方法，包括通過冷等離子體和通過UV-光催化劑的作用處理污水，以產(chǎn)生用于處理污水的氧化性物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括用冷等離子體的同時通過UV-光催化劑的作用處理污水，冷等離子體處理以結(jié)合至并位于多孔微珠(9)的床之內(nèi)的方式進(jìn)行，多孔微珠(9)被置于反應(yīng)器(1)內(nèi)并攜帶有光催化劑，以產(chǎn)生氧化性物質(zhì)以及將它們在床內(nèi)擴散。
【專利說明】通過冷等離子體和光催化作用在微珠床中處理污水的方法
[0001]本發(fā)明涉及使用組合的光催化作用和冷等離子體技術(shù)對含有化學(xué)污染物、微生物和/或顆粒的氣態(tài)或水性污水進(jìn)行處理。
[0002]本發(fā)明的目標(biāo)是處理含有環(huán)境污染物的污水，環(huán)境污染物例如顆粒，病毒、細(xì)菌、霉菌和藻類微生物，V0C, SVOC, BTEX, HAP (C10-C25)、HAAA, NOx, SOx, H2S, CO 或 O3 類型的化學(xué)污染物，鹵代化合物，內(nèi)分泌干擾劑和所有嗅覺分子。
[0003]本發(fā)明的主題在例如化工和石油化工領(lǐng)域，醫(yī)療和醫(yī)院領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)食品配制線，食品生產(chǎn)和家禽飼養(yǎng)點，園藝、樹木培植和葡萄栽培類型，水果、蔬菜、魚、肉、奶酪或烘焙類型的易腐爛食品的冷藏，水處理廠、微型工作站、雨水收集罐、在三級(tertiary)、私人和服務(wù)公眾的公共部門和住所等中特別有利，但是并不僅包括這些應(yīng)用。
[0004]通過介電阻擋放電而產(chǎn)生的冷等離子體的原理在于形成激發(fā)的自由基類型的化學(xué)物質(zhì)、陰離子和陽離子。以此方式產(chǎn)生的氣態(tài)等離子體意味著可以攻擊氣態(tài)或水性污水中含有的污染物的化學(xué)鍵。在實踐中，通過在兩個被電介質(zhì)(例如空氣間隙)分隔的對稱電極之間施加高電壓，而在大氣壓下得到冷等離子體。在電弧的作用下，空氣間隙被離子化。電弧將環(huán)境中含有的組分離子化，形成陰離子、陽離子、小的自由基和激活的物質(zhì)。那些化合物將存在的化合物降解。
[0005]使用通過介電阻擋放電而產(chǎn)生的冷等離子體來破壞化學(xué)分子和揮發(fā)性有機化合物(VOC)是本領(lǐng)域已知的。在該技術(shù)中，在大氣壓下在含有氧的污水中形成等離子體意味著可以產(chǎn)生O3O根據(jù)其濃度，O3對微生物具有殺菌作用。
[0006]光催化作用是采用光催化劑的化學(xué)氧化一還原方法通過紫外(UV)光子激發(fā)而引發(fā)的反應(yīng)，其能夠破壞空氣或水中存在的各種有機污染物。在短于380納米(nm)的波長下對金屬氧化物(M-OX)類型的半導(dǎo)體進(jìn)行UV輻射之后，光催化作用提供了自由基(02和0?的形成。在UV輻射期間，M-OX類型半導(dǎo)體的電子云被改變；一個或多個電子穿過電子間隙。在與空氣和水接觸時，這些電子在M-OX類型半導(dǎo)體的表面上形成羥基和氧類型的自由基。這些具有極高反應(yīng)動力學(xué)的自由基攻擊經(jīng)UV輻射被吸附在活性M — OX位點上的有機化學(xué)組分，并使它們降解，使它們的化學(xué)鍵斷裂?；衔锟梢酝耆虿糠纸到獬蒀02、H2O, N2等。
[0007]在例如專利申請W000/72945中已描述了單獨使用UV光催化作用以降解氣態(tài)污水中的化合物。進(jìn)一步地，已經(jīng)結(jié)合地描述了光催化作用和冷等離子體這兩種技術(shù)。
[0008] 例如，專利申請W02007/051912描述了處理氣態(tài)污水的方法，其將來自介電阻擋放電的冷等離子體與采用外部UV源的光催化作用同時結(jié)合在噴淋床型反應(yīng)器中。介電阻擋放電裝置的介電壁被涂覆有T12作為光催化劑。在被UV輻射活化的光催化劑內(nèi)發(fā)生等離子體放電。在該文獻(xiàn)中描述的技術(shù)具有以下缺點:Ti02中的放電過程中產(chǎn)生的反應(yīng)性物質(zhì)主要為陰離子和陽離子，其一部分被消耗，以從02_、03_和0H_產(chǎn)生自由基。該技術(shù)限制放電期間臭氧的形成，但是不阻止其在反應(yīng)器出口形成以及繼發(fā)污染物的形成。而且，反應(yīng)器的幾何結(jié)構(gòu)意味著其不可能獲得充分長的礦化時間以將所有通過放電產(chǎn)生的離子性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為自由基。
[0009]專利US2002/0168308還描述了一種用于處理空氣以便凈化病毒和細(xì)菌類型的微生物的系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)包括環(huán)形反應(yīng)器，其中心放置有放電燈以使空氣離子化并形成臭氧。包括在兩個金屬網(wǎng)套管之間的多孔電介質(zhì)構(gòu)成反應(yīng)器的壁。在該部分中產(chǎn)生介電放電，以允許形成離子和自由基物質(zhì)，并消耗在中心腔室中形成的臭氧。
[0010]以三個步驟進(jìn)行純化:
[0011]?在反應(yīng)器的中心的UV輻射和離子化，形成離子性物質(zhì)和臭氧；
[0012]?在多孔電介質(zhì)內(nèi)的放電和光催化作用:形成離子和臭氧，且形成自由基，并破壞整個多孔電介質(zhì)內(nèi)的臭氧；
[0013]?在出口的過濾。
[0014]該技術(shù)具有與專利申請W02007/051912中相同的缺點。光催化反應(yīng)引發(fā)產(chǎn)生自由基的均裂氧化還原反應(yīng)，而放電過程引發(fā)產(chǎn)生離子的異裂反應(yīng)。此外，光催化反應(yīng)更加迅速，并由此占據(jù)優(yōu)勢，其限制了反應(yīng)器內(nèi)離子、臭氧和自由基反應(yīng)性物質(zhì)的不均勻梯度的形成。氧化能力沒有發(fā)生變化，且不能有效和完全地使化學(xué)污染物和微生物污染物礦化。
[0015]J.Y.BAN 等人的公開:“Highly concentrated toluene decomposit1n onthe dielectric barrier discharge (DBD)plasma-photocatalytic hybrid systemwith Mn-T1-1ncorporat ed mesoporous silicate photocatalyst (MN-T1-MPS)，，，Applied Surface Science, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL,第 253 卷，第 2 期，2006 年 11 月15 日(2006-11-15)，第 535-542 頁，SP024893621，ISSN:0169-4332, DO1:10.1016/J.APSUSC.2005.12.103[2006 年 11 月 15 日提取]，第 2.4 章 “Analysis of product fortoluene decomposit1n” ;537_538頁；圖3描述了基于等離子體處理和光催化作用使用結(jié)合Mn和Ti的中孔(mesoporous)硅酸鹽化合物以破壞混合系統(tǒng)中的甲苯的研究。為此,所描述的反應(yīng)器包括等離子體反應(yīng)器，其后串聯(lián)有含有光催化劑的光催化反應(yīng)器。如下使甲苯降解:使甲苯初始通過等離子體反應(yīng)器，該等離子體反應(yīng)器經(jīng)由放電而起作用，借助于所形成的離子性物質(zhì)而使甲苯預(yù)降解，然后將來自光催化反應(yīng)器的副產(chǎn)物礦化成C02。
[0016]該技術(shù)通過離子化預(yù)降解和隨后的礦化而專門用于破壞甲苯，這限制了該技術(shù)的應(yīng)用。而且，該技術(shù)不能用于獲得高效處理，其原因是該技術(shù)在兩個連續(xù)反應(yīng)中降解污染物:
[0017]?所產(chǎn)生的離子性物質(zhì)的加成和取代反應(yīng)，形成毒性可能比初始污染物更高的中間繼發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物；
[0018]?隨后的光催化氧化，其中的性能取決于由光催化反應(yīng)器的設(shè)置所決定的氧化能力，其不能用于獲得最佳的甲苯礦化。
[0019]在第二光催化反應(yīng)器中的甲苯的自由基降解期間，第一等離子體反應(yīng)器之后形成的繼發(fā)中間產(chǎn)物與甲苯競爭。必然存在不會被還原的毒性物質(zhì)，如圖10和11所示，其表明了這種技術(shù)的局限，獲得的CO2的轉(zhuǎn)化率為27%至43.87%，并出現(xiàn)了毒性繼發(fā)反應(yīng)中間體，包括苯，其可以引起突變、癌變，且是有毒的(CMR)。
[0020]而且，應(yīng)當(dāng)注意的是，通過注入100ppm甲苯來進(jìn)行甲苯礦化的測試，這意味著這樣的系統(tǒng)不能用于需要連續(xù)處理氣態(tài)污水的工業(yè)應(yīng)用。
[0021]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是通過提出一種通過同時將通過UV輻射的光催化作用和冷等離子體的產(chǎn)生組合來處理污水的技術(shù)而克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，該技術(shù)適于控制所產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)，以改善任何來源的污水中的有機化合物破壞能力。
[0022]因此，本發(fā)明提出了一種用于處理在反應(yīng)器的入口和出口之間移動的污水的方法，包括通過冷等離子體處理和通過UV-光催化劑作用來處理污水，以便產(chǎn)生用于處理污水的氧化性物質(zhì)污水。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，該方法包括以結(jié)合至并位于多孔微珠的床中的方式進(jìn)行冷等離子體處理，多孔微珠被置于反應(yīng)器內(nèi)并攜帶有光催化劑，以產(chǎn)生氧化性物質(zhì)，以及將它們在床內(nèi)擴散。
[0024]此外，本發(fā)明的方法還可以組合地提供以下至少一個和/或多個其它特征:
[0025]?在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生多孔微珠的流化床；
[0026]?在反應(yīng)器的入口和出口之間連續(xù)對污水進(jìn)行至少一個周期的處理，該處理周期包括光催化處理和被多孔微珠部分吸收，光催化處理與等離子體處理和被多孔微珠部分吸收的組合，以及光催化處理和被多孔微珠部分吸收。
[0027]本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供實施所述處理方法的反應(yīng)器。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)器包括:
[0029]?限定使污水在入口和出口之間移動的環(huán)路的容器，其中安裝有攜帶UV-光催化劑的多孔微珠的床；
[0030]?針對多孔微珠的至少一個UV輻射源；以及
[0031]?至少一個產(chǎn)生冷等離子體的介電阻擋放電裝置，其以局部方式結(jié)合至多孔微珠的床中，以便產(chǎn)生氧化性物質(zhì)并使它們在床內(nèi)擴散。
[0032]此外，本發(fā)明的反應(yīng)器還組合地提供以下至少一個和/或另一個其它特征:
[0033]?容器由相互同心的外壁和內(nèi)壁所限定，UV輻射源被安裝在內(nèi)壁所限定的殼體內(nèi)，而一系列介電阻擋放電裝置結(jié)合在容器內(nèi)部；
[0034]?介電阻擋放電裝置軸向設(shè)置且成角度分布在容器中；或者沿著內(nèi)壁在容器的一個或多個流動橫截面中從內(nèi)壁放射狀地設(shè)置；
[0035]?容器由長形箱體所限定，所述箱體的一個面上具有污水的入口且相對的面上具有污水的出口，該出口相對于入口側(cè)向偏移，所述箱體含有多孔微珠的床，其中容納有介電阻擋放電裝置和UV輻射源；
[0036]?容器由外周壁所限定，所述外周壁限定入口并與兩個橫向壁連接，其中一個橫向壁限定出口；
[0037]?容器包括在容器內(nèi)交錯排列的一系列處理模塊，每個處理模塊包括可操縱的支持物，所述支持物支持UV輻射源和介電阻擋放電裝置；
[0038]?容器被制成為可拆卸的盒體的形式，其包括安裝基座，所述安裝基座提供有臨時緊固裝置和用于介電阻擋放電裝置和UV輻射源的電連接端子，多孔微珠的床借助于可滲透待處理的污水的阻滯篩而被保持在基座上污水；
[0039]?用于使多孔微珠的床流化的系統(tǒng)；
[0040]?用于使多孔微珠的床流化的系統(tǒng)允許對多孔微珠的床加壓或減壓；
[0041]?多孔微珠的孔徑為3埃(A)至?ο A；
[0042]?多孔微珠的直徑為500微米(um)至5厘米(cm),優(yōu)選100um至8000um ；
[0043]?多孔微珠由鈦鐵礦、沸石、活性碳和/或高錳酸鉀形成；
[0044]?多孔微珠的光催化劑選自以下的單個或組合:鈦鐵礦、T12, ZnO、MO和重金屬；
[0045].UV輻射源在150nm至420nm的波長范圍內(nèi)發(fā)射；以及
[0046].UV輻射源由一系列在阻滯篩的外周分布的UV 二級管形成。
[0047]參照以下附圖，各種其它特征在下文的描述中顯而易見，附圖以非限制性實例的方式顯示本發(fā)明主題的實施方案。
[0048]圖1是根據(jù)本發(fā)明的處理反應(yīng)器的第一示例性實施方案的縱截面圖。
[0049]圖1A是顯示作為污水的路徑L的函數(shù)的反應(yīng)器內(nèi)獲得的氧化能力C的變化的圖。
[0050]圖2是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器基本沿著圖1的I1-1I線的橫截面圖。
[0051]圖2A是顯示在反應(yīng)器內(nèi)沿著所述反應(yīng)器的橫截面S所獲得的氧化能力C的變化的視圖。
[0052]圖3是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的第二示例性實施方案的縱截面圖。
[0053]圖3A是顯示作為污水的縱向路徑L的函數(shù)的反應(yīng)器內(nèi)獲得的氧化能力C的變化的視圖。
[0054]圖4是基本沿著圖3的IV-1V線的橫截面圖。
[0055]圖4A是顯示在反應(yīng)器內(nèi)沿著反應(yīng)器的橫截面S獲得的氧化能力C的變化的視圖。
[0056]圖5至9顯示根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的不同的其它實施方案。
[0057]圖1和2顯示根據(jù)本發(fā)明的用于在通常意義上處理污水2的反應(yīng)器I的第一示例性實施方案。污水2是氣態(tài)或液態(tài)，其包含污染物，例如顆粒，病毒、細(xì)菌、霉菌和藻類的微生物，VOC、SVOC, BTEX, HAP (C10-C25)、HAAA, Ν0Χ, SOX, H2S, CO 和 O3 類型的化學(xué)污染物，鹵代化合物、內(nèi)分泌干擾劑和所有嗅覺分子。
[0058]反應(yīng)器I包括本體或容器3，其具有用于污水的入口 4和用于經(jīng)處理的污水的出口
5。容器3內(nèi)部限定了形成用于使污水在入口 4和出口 5之間移動的環(huán)路的腔室6，使得污水以不連續(xù)或連續(xù)方式移動。
[0059]在所示的實施方案中，容器3包括外壁7，其具有環(huán)形截面，其內(nèi)安裝有同樣具有環(huán)形截面的內(nèi)壁8。內(nèi)壁8和外壁7這兩個壁以相互同心的方式以兩個管狀壁的形式安裝。因此，腔室6的形狀是環(huán)形的。顯然，反應(yīng)器的形狀可以不同于具有環(huán)形截面的管狀結(jié)構(gòu)。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的特征，多孔微珠9的床被安裝在容器3內(nèi)。如說明書的其余部分所解釋的，多孔微珠9被置于移動環(huán)路6中，從而當(dāng)污水在反應(yīng)器的入口 4和出口 5之間行進(jìn)時，污水經(jīng)過多孔微珠的床。在該實施方案中，容器3包括兩個可以滲透污水并可以固定多孔微珠9的橫向壁。因此，例如，容器3包括篩10，用作保持微珠9的系統(tǒng)。
[0061]在一個變型中，應(yīng)當(dāng)注意的是，多孔微珠的床可以是流化的。在該變型中，反應(yīng)器I包括用于使多孔微珠的床流化的系統(tǒng)U。作為實例，用于使多孔微珠9的床流化的系統(tǒng)11可以用于對多孔微珠的床加壓或減壓。作為實例，系統(tǒng)11可以是泵或風(fēng)扇。
[0062]多孔微珠的孔徑有利地為3 A至10000 A,有利地為3 A至5000 A,更優(yōu)選為3 A至 10 Ao
[0063]作為實例，每個多孔微珠9為球形，且其直徑為500um至5cm,優(yōu)選為100um至8000um。
[0064]多孔微珠由鈦鐵礦、沸石、活性碳和/或高錳酸鉀形成。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的另一特征，多孔微珠9攜帶有UV-光催化劑。
[0066]多孔微珠9的光催化劑來自以下的單個或組合:鈦鐵礦、T12, ZnO、MO和重金屬。
[0067]應(yīng)當(dāng)理解的是，多孔微珠9由一種或多種材料制成。多孔微珠9可以由單一材料制成，前提是其為光催化劑。因此，例如，多孔微珠9可以僅由鈦鐵礦制成。
[0068]在一個變型中，置于反應(yīng)器I內(nèi)的床的所有多孔微珠9是相同的。在另一變型中，反應(yīng)器I可以含有在其組成材料的量、其孔隙率和其直徑方面不同的多孔微珠9。多孔微珠9由此可以具有均勻和不均勻的孔徑，優(yōu)選3 A至丨O A。多孔微珠9還可以具有500um至5cm的均勻和不均勻直徑。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，反應(yīng)器I包括至少一個(在圖1至4所示的實例中僅包括一個)針對多孔微珠9的UV福射源12。在所示的實例中，UV福射源12安裝在內(nèi)管狀壁8內(nèi)部所提供的殼體中。安裝UV輻射源12，使得發(fā)射的UV可以作用在容器3中安裝的多孔微珠9的光催化劑上。UV輻射源發(fā)射波長為150nm至420nm，優(yōu)選為ISOnm至365nm。顯然，在容器3具有更大尺寸或者不同形狀的情況下，反應(yīng)器I可以配備有多個UV輻射源12，以便能夠照射容器3內(nèi)所有的多孔微珠9。
[0069]反應(yīng)器I還包括至少一個(且在圖1和2所示的實例中包括四個)產(chǎn)生冷等離子體的介電阻擋放電裝置14，其以局部的方式結(jié)合在多孔微珠9的床內(nèi)部。每個介電阻擋放電裝置14包括被電介質(zhì)17分隔開的兩個電極15、16。電極15、16與12V至220V直流電(DC)或交流電(AC)電源19連接。應(yīng)當(dāng)注意的是，每個介電阻擋放電裝置14浸沒在多孔微珠9的床中，從而每個介電阻擋放電裝置14被多孔微珠9包圍。應(yīng)當(dāng)注意的是，多孔微珠9不能位于電極15、16之間，而是位于電極15、16之外。
[0070]在圖1和2所示的實例中，介電阻擋放電裝置14軸向設(shè)置，并且在容器3內(nèi)成角度分布。每個介電阻擋放電裝置14相對于鄰近的裝置呈90°偏移，其延伸經(jīng)過小于反應(yīng)器的軸向長度的有限長度。如圖1和2所示，每個介電阻擋放電裝置14由此與內(nèi)壁8和外壁7成一段距離地延伸以及與反應(yīng)器I的末端成一段距離地延伸，以便能夠完全結(jié)合入多孔微珠9或者被多孔微珠9包圍。
[0071]上述根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器I可以用于實施特別有效的處理方法。
[0072]實際上，本發(fā)明的方法旨在用等離子體處理(經(jīng)一個或多個介電阻擋放電裝置14)同時利用UV-光催化劑的作用(經(jīng)作用于多孔微珠9的UV輻射源12)處理污水，以允許優(yōu)化活性氧化性物質(zhì)的產(chǎn)生，其有利地主要由自由基組成，形成了自由基云，促進(jìn)污水的處理和最佳礦化，該方法包括:以結(jié)合的和局部的方式在多孔微珠9的床內(nèi)部實施冷等離子體處理，所述多孔微珠9的床位于反應(yīng)器I內(nèi)并攜帶光催化劑，使得多孔微珠9不經(jīng)受經(jīng)由介電阻擋放電裝置14的介電阻擋的放電。這類方法可以用于產(chǎn)生不同性質(zhì)的活性或氧化性物質(zhì)，主要是用于等離子體的離子和臭氧以及用于光催化的氫氧根自由基或氧自由基。這些分別但是同時由冷等離子體和由被UV源12輻射的自催化多孔微珠9所產(chǎn)生的活性或氧化性化合物或物質(zhì)可以破壞化合物和微生物，并使之礦化，同時保持顆粒并使多孔微珠9再生。這樣的原理意味著可以適當(dāng)?shù)乜刂品磻?yīng)器I內(nèi)的壽命和不同的反應(yīng)動力學(xué)，同時產(chǎn)生活性或氧化性物質(zhì)。根據(jù)氧化性物質(zhì)或反應(yīng)性物質(zhì)(離子或自由基)(和/或組成反應(yīng)器的氧化能力的反應(yīng)性物質(zhì)的混合物)的性質(zhì)，并根據(jù)污染物的性質(zhì)，壽命和反應(yīng)動力學(xué)為10_9秒(s)至幾秒。
[0073]因此，本發(fā)明的方法意味著床內(nèi)所產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)的量在反應(yīng)器I的入口 4和出口 5之間變化，從而確保氧化性物質(zhì)局部產(chǎn)生，并在床內(nèi)擴散。因此，在容器3中獲得這種類型的氧化性物質(zhì)生成梯度允許化學(xué)污染物、微生物污物和顆粒的復(fù)雜混合物的同時降解，導(dǎo)致它們被礦化為C02、H20、N2、02和H202。如圖1A所示，多孔微珠的床內(nèi)所產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)的量或反應(yīng)器的氧化能力C在反應(yīng)器的入口 4和出口 5之間進(jìn)展或增加。
[0074]本發(fā)明的反應(yīng)器I由此可用于通過Fenton效應(yīng)促進(jìn)自由基物質(zhì)和H2O2的形成。H2O2的形成可用于增加反應(yīng)器內(nèi)的氧化能力C，并提高所得到的總殺菌效果。剩余的H2O2被局部消耗，同時攻擊微生物和/或形成0H。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的方法的目標(biāo)是在反應(yīng)器的入口和出口之間連續(xù)對污水進(jìn)行至少一個處理周期，處理周期包括:
[0075]?位于出口 4和介電阻擋放電裝置14之間區(qū)域中的光催化處理和被多孔微珠9部分吸收；
[0076]?在放置介電阻擋放電裝置14的反應(yīng)器腔室I內(nèi)的光催化處理與冷等離子體處理和被多孔微珠9部分吸收的組合；
[0077]?位于反應(yīng)器出口 5和介電阻擋放電裝置14之間區(qū)域中的光催化處理和被多孔微珠9部分吸收。
[0078]圖3和4顯示了根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器I的另一示例性實施方案，其中反應(yīng)器I包括在容器內(nèi)徑向分布的介電阻擋放電裝置14。在該實例中，介電阻擋放電裝置14在容器3的多個流動橫截面內(nèi)徑向分布。容器3的每個流動橫截面包括五個從反應(yīng)器I的內(nèi)壁6徑向延伸的介電阻擋放電裝置14。在圖3和4所示的實例中，反應(yīng)器I包括在反應(yīng)器I的入口 4和出口 5之間分布的三組介電阻擋放電裝置14。圖3和4所示的反應(yīng)器I的操作原理類似于圖1和2所示的反應(yīng)器I的操作原理。因此，多孔微珠的床內(nèi)產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)的量或反應(yīng)器的氧化能力C在反應(yīng)器I的入口 4和出口 5之間進(jìn)展或增加(圖3A)。然而，所產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)的量在兩個相鄰組的介電阻擋放電裝置14之間略微下降或減少。將介電阻擋放電裝置14沿著污水的路徑串聯(lián)設(shè)置意味著，反應(yīng)器的總氧化能力可以在反應(yīng)器的入口和出口之間增加，其可以清楚地從圖3A中看出。
[0079]顯然，反應(yīng)器I可以在單個節(jié)段中具有徑向延伸的介電阻擋放電裝置14。類似地，在同一反應(yīng)器I中可以結(jié)合采用軸向或徑向延伸的介電阻擋放電裝置14。
[0080]圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的另一示例性實施方案，其為長形箱體20的形式，箱體內(nèi)部限定了容器3。箱體20在其一個主要面上具有污水的入口 4，并在其相對的主要面上具有污水的出口 5。入口 4和出口 5沿著長形箱體20的全部或部分長度延伸，并且彼此側(cè)向偏移，以允許污水在容器3內(nèi)安裝的多孔微珠9內(nèi)移動，在容器內(nèi)安裝有一個或多個UV輻射源12，其與一個或多個介電阻擋放電裝置14 一起也在箱體20內(nèi)縱向延伸。作為實例，UV輻射源12被設(shè)置為朝向出口 5，而介電阻擋放電裝置14被設(shè)置為朝向入口 4。
[0081]圖6顯示了反應(yīng)器I的另一變型，其中容器3被外周壁25限定，其限定用于待處理的污水的入口。該外周壁25與兩個橫向壁26、27連接，兩個橫向壁中的一個，例如壁27，限定用于污水的出口 5。容器3包括一個或多個UV輻射源12，所述輻射源在容器3內(nèi)從壁26軸向延伸，壁26與具有出口 5的壁反向。反應(yīng)器還包括一個或多個從壁26或者還從具有出口 5的壁25軸向延伸的放電裝置14。污水由此切向進(jìn)入容器3，并經(jīng)出口 5軸向離開。
[0082]圖7顯示了反應(yīng)器I的另一實施方案，包括一系列在由箱體29限定的容器3內(nèi)交錯排列的處理模塊28。每個處理模塊28包括具有一個或多個UV輻射源12和一個或多個放電裝置14的支持物30。處理模塊28連續(xù)設(shè)置在入口 4和出口 5之間的污水路徑上，入口 4和出口 5設(shè)置在箱體19的兩個相對的橫向壁中。由此，每個支持物30在箱體29的整個寬度上延伸，同時UV輻射源12也沿著箱體的寬度延伸，而介電阻擋放電裝置14從支持物30上突出，這是因為它們以適當(dāng)?shù)姆绞椒植荚谥С治?0上。
[0083]處理模塊28在容器3內(nèi)的這種類型的設(shè)置意味著可以產(chǎn)生渦流，且可以控制流動和壓力下降。有利地是，安裝每個支持物29，以便其能夠在反應(yīng)器I內(nèi)被自由地操縱。
[0084]顯然，圖5和7中所示的反應(yīng)器的容器3包含針對圖1至4所解釋的多孔微珠9。所述多孔微珠9借助于保持系統(tǒng)10而被保持在容器內(nèi)部，該保持系統(tǒng)10可以透過污水，例如阻滯篩。
[0085]應(yīng)當(dāng)注意的是，整個容器3可以充滿多孔微珠9。然而，可以通過適合于僅包圍每個介電阻擋放電裝置14的保持系統(tǒng)10來限制多孔微珠9。這樣，可以清楚地從圖8看出，容器3的部分3a不含有多孔微珠9。顯然，可以對根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的所有實施方案選擇該設(shè)置。
[0086]圖9顯示了在可以被優(yōu)選拆除的緊湊設(shè)置中的反應(yīng)器I的另一變型。反應(yīng)器I被制造為可拆卸的盒體形式，其包括具有任意類型的臨時緊固裝置31 (例如卡口(ba'1nnette)或螺紋緊固)的安裝基座30?；?0還包括用于放電裝置14和UV福射源12的電連接端子33。有利的是，放電裝置14安裝在基座30上，并被借助于可滲透待處理的污水的阻滯篩10而保持在基座30上的多孔微珠9包圍污水。在優(yōu)選的但不是排他性的變型中，UV輻射源12由分布在阻滯篩10的外周的一系列UV發(fā)光二極管(LED)組成。
[0087]顯然，可以允許本發(fā)明的反應(yīng)器的包括或不包括使多孔微珠9的床流化的系統(tǒng)11的任意變型。
[0088]本發(fā)明不局限于所描述和所顯示的實例，這是因為可以在不偏離其范圍的情況下進(jìn)行各種變。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理在反應(yīng)器(I)的入口(4)和出口(5)之間移動的污水(2)的方法，包括通過冷等離子體處理和通過UV-光催化劑的作用來處理所述污水，以便產(chǎn)生用于處理所述污水的氧化性物質(zhì)，其特征在于，其包括用冷等離子體污水同時用UV-光催化劑的作用處理所述污水，所述冷等離子體處理以結(jié)合至并位于多孔微珠(9)的床之內(nèi)的方式進(jìn)行，所述多孔微珠(9)被置于所述反應(yīng)器(I)內(nèi)并攜帶有所述光催化劑，從而產(chǎn)生氧化性物質(zhì)以及將它們在所述床內(nèi)擴散。
2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，其包括在所述反應(yīng)器(I)內(nèi)產(chǎn)生多孔微珠(9)的流化床。
3.如權(quán)利要求1或2所述的處理工藝，其特征在于，其包括在所述反應(yīng)器(I)的所述入口(4)和所述出口(5)之間對所述污水進(jìn)行至少一個周期的處理，所述處理周期包括光催化處理和被多孔微珠(9)部分吸收，光催化處理與冷等離子體處理以及被多孔微珠(9)部分吸收的組合，以及光催化處理和被多孔微珠(9)部分吸收。
4.用于實施權(quán)利要求1至3中任一項所述的處理方法的反應(yīng)器，其特征在于，其包括: 籲限定使所述污水(2)在所述入口(4)和所述出口(5)之間移動的環(huán)路(6)的容器(3)，其中安裝有攜帶UV-光催化劑的多孔微珠(9)的床； ?針對所述多孔微珠(9)的至少一個UV輻射源；以及 ?至少一個產(chǎn)生冷等離子體的介電阻擋放電裝置(14)，其以局部方式結(jié)合至多孔微珠的床內(nèi)，以便同時進(jìn)行U V輻射，以產(chǎn)生氧化性物質(zhì)并使它們在所述床內(nèi)擴散。
5.如權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述容器(3)由相互同心的外壁和內(nèi)壁所限定，UV輻射源(12)被安裝在所述內(nèi)壁(8)所限定的殼體內(nèi)，而一系列介電阻擋放電裝置(14)結(jié)合在所述容器(3)內(nèi)部，所述容器(3)具有分別限定所述入口(4)和所述出口(5)的橫向壁。
6.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述介電阻擋放電裝置(14)軸向設(shè)置且成角度分布在所述容器(3)中，或者在所述容器(3)的一個或多個流動橫截面上從所述內(nèi)壁(I)放射狀地設(shè)置。
7.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述容器(3)由長形箱體(20)所限定，所述箱體的一個面上具有用于所述污水的所述入口(4)，且在相對面上具有用于所述污水的所述出口(5)，所述出口相對于所述入口側(cè)向偏移，所述箱體含有多孔微珠的床，其中容納有所述介電阻擋放電裝置(14)和所述UV輻射源(12)。
8.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述容器(3)由外周壁所限定，所述外周壁限定所述入口并與兩個橫向壁連接，其中一個橫向壁限定所述出口(5)。
9.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述容器(3)包括在所述容器內(nèi)交錯排列的一系列處理模塊，每個所述處理模塊包括可操控的支持物(29)，所述支持物支持所述UV輻射源(12)和所述介電阻擋放電裝置(14)。
10.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述容器(3)被制成為可拆卸的盒體的形式，其包括安裝基座(30)，所述基座提供有臨時緊固裝置(31)以及用于所述介電阻擋放電裝置(14)和所述UV輻射源(12)的電連接端子(33)，多孔微珠(9)的床借助于可滲透待處理的所述污水的阻滯篩(10)而被保持在所述基座上。
11.如權(quán)利要求4至10中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，其包括用于使多孔微珠(9)的床流化的系統(tǒng)(11)。
12.如權(quán)利要求11所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述用于使多孔微珠(9)床流化的系統(tǒng)(11)允許對多孔微珠的床加壓或減壓。
13.如權(quán)利要求4至12中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述多孔微珠(9)的孔徑為3 A至丨O A。
14.如權(quán)利要求4至13中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述多孔微珠(9)的直徑為 500um 至 5cm,優(yōu)選 100um 至 8000um。
15.如權(quán)利要求4至14中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述多孔微珠(9)由鈦鐵礦、沸石、活性碳和/或高錳酸鉀形成。
16.如權(quán)利要求4至15中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述多孔微珠(9)的所述光催化劑選自以下的單個或組合:鈦鐵礦、Ti02、ZnO、MO和重金屬。
17.如權(quán)利要求4至16中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述UV輻射源(12)在150nm至420nm的波長范圍內(nèi)發(fā)射。
18.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述UV輻射源(12)由在所述阻滯篩(35)的外周分布的一系列UV 二極管形成。
【文檔編號】A61L2/14GK104053631SQ201280058155
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月1日
【發(fā)明者】皮埃爾-亞力山卓·德沃, 迪迪爾·帕爾茲 申請人:Beewair公司