專利名稱：利用來(lái)自電弧的波能處理液體的系統(tǒng)、方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及液體處理領(lǐng)域，更特別地涉及利用電弧產(chǎn)生的 波能處理液體的方法、系統(tǒng)和裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的背景不限制本發(fā)明的范圍，所描述的背景與液體處理有關(guān)， 特別是例如飲用水、廢水、飲料、果汁、牛奶、乳液、壓載水、艙底水、 冷卻塔水、工藝用水、選礦用水、未經(jīng)處理的污水、原油、液態(tài)烴、黑液 和任何可泵送的液體。在過(guò)去十年里，對(duì)替代飲用水氯化和廢水排放的需 求越來(lái)越迫切。這主要是因?yàn)樾鲁霈F(xiàn)的對(duì)許多氧化劑如氯有耐受性的病原 微生物，以及與飲用水源中存在的有機(jī)物與氯反應(yīng)形成的副產(chǎn)物有關(guān)的問(wèn) 題。
例如，許多々大用水源中包含有機(jī)物，當(dāng)有機(jī)物^皮氯化時(shí)，副產(chǎn)物是一
類被稱之為三囟代曱烷(THMs)的化合物，其中的一些致癌。因此，這 樣促使USEPA公布了新的有關(guān)病原微生物和THMs形成的消毒規(guī)范。目 前需要筒單而經(jīng)濟(jì)有效的，還能夠用于處理其它水流的替代氯化添加劑的 方法，該需求還未得到滿足。例如， 一種這樣的替代消毒系統(tǒng)是使用紫外 (UV)輻射來(lái)增強(qiáng)氯化作用。同樣地，UV輻射可以替代污水處理廠中的 氯化室，因?yàn)榱鞒鑫锉仨毴ヂ然?，就需要另外的化學(xué)物質(zhì)，如二氧化硫。 兩種其它可以用UV輻射處理的大體積流體是來(lái)自船舶的壓載水和合流制 排水系統(tǒng)溢流污水(CSO)。
在此之前，包括UV輻射的水處理系統(tǒng)已經(jīng)被構(gòu)建成將燈封裝在石英 套管內(nèi)。以前的UV輻射系統(tǒng)的例子包括低壓或中壓汞弧燈?，F(xiàn)有的包括 汞弧燈的UV輻射系統(tǒng)的主要問(wèn)題之一是它們不能最大程度地利用電力。 更特別地，僅利用由整個(gè)電路中使用的電力轉(zhuǎn)換而成的UV輻射形式的能 量，燈的效率低，而且需要較高的UV輻射劑量，其高于如果電路中更多 的電能可以被用于滅活病原體或處理污染物時(shí)所必需的UV輻射劑量。例 如，典型的紫外燈僅可以將30%.此外，這些燈包含汞，汞是可以通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移的污染物。
此外，任何包括"燈泡"的紫外輻射系統(tǒng)易于燒掉。而且，由于紫外
光，玻璃或石英罩和燈泡隨時(shí)間而被過(guò)度輻射(solarized )。此外，封裝燈 的石英罩隨時(shí)間變臟。如果其不包括用于原位清洗管的擦拭系統(tǒng)，石英管 就必須被移出并手動(dòng)清潔。結(jié)果，當(dāng)燈老化和石英套管罩變臟時(shí)，紫外輻 射系統(tǒng)對(duì)隱孢子蟲(chóng)的滅活效果會(huì)隨時(shí)間下降。
此外，有一種值得關(guān)注的新出現(xiàn)的病原體一分枝桿菌，它能耐受氯和 許多生物殺滅劑。同樣地，分枝桿菌的滅活需要比隱孢子蟲(chóng)和Giardi更高 劑量的紫外光。此外，應(yīng)用低劑量的紫外光不符合USFDA、 USDA、 UPH 提出的滅菌或巴氏滅菌指導(dǎo)原則。術(shù)語(yǔ)消毒和滅菌被幾個(gè)管理機(jī)構(gòu)明確定 義和區(qū)分。
因此，需要緊湊的i"更攜式、還不使用汞的波能水處理系統(tǒng)。此外，需 要能量高效、結(jié)實(shí)、少維護(hù)和緊湊的波能水處理系統(tǒng)。同樣地，需要還能 夠除去細(xì)小沉積物，或者降低水的混濁度的波能系統(tǒng)。此外，需要還可以 從水中相分離出不同密度的物質(zhì)，如從水中分離出油和油脂、木材、樹(shù)葉 以及塑料瓶的消毒系統(tǒng)。而且，需要減少水中的有機(jī)物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用來(lái)自電弧的波能處理液體的系統(tǒng)、方法和裝置， 它是(l)緊湊的、便攜式的，還不使用汞；(2)能量高效、結(jié)實(shí)、少維 護(hù)和緊湊的；(3)還能夠除去細(xì)小沉積物或降低水的混濁度；(4)還能夠 從水中相分離出不同密度的物質(zhì)，如從水中相分離出油、油脂、木材、樹(shù) 葉、塑料瓶；和/或(5)能夠減少水中的有機(jī)物。液體可以是飲用水、廢 水、飲料、果汁、牛奶、乳液、壓載水、艙底水、冷卻塔水、工藝用水、 選礦用水、未經(jīng)處理的污水、原油、液態(tài)烴、黑液和任何可泵送的液體。 本發(fā)明能夠在世界的偏遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)行，能夠?qū)⒏鞣N形式的波能傳遞到水和污 染物，不僅僅是紫外輻射，將有助于分解有機(jī)物，形成適于飲用的水源， 它需要迅速地普及到世界各地。此外，本發(fā)明可以在沒(méi)有電力線路時(shí)通過(guò) 使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)或光電池來(lái)運(yùn)行，無(wú)需發(fā)電機(jī)或電力線路就能夠處理偏遠(yuǎn) 地區(qū)的水和廢水。
本發(fā)明產(chǎn)生旋渦或氣旋流，以及一種或多種處在旋渦的"目艮，，"等離 子體核，，或"中空氣核，，中的波能。本發(fā)明這樣處理液體或流體，首先用
6位于渦動(dòng)液體氣核中心的等離子體電弧照射流體，然后再以流體形成薄膜 并照射薄膜流體，第三步反射波能以提高被流體或流體內(nèi)的物質(zhì)吸收的波 能的劑量。本發(fā)明還提供了一種先進(jìn)的使用半導(dǎo)體催化劑處理流體的氧化
/還原方法(AORP)。同樣地，本發(fā)明包括引入荷電的納米金屬和礦物質(zhì)
以及碳來(lái)處理水的方法。此外，本發(fā)明包括相分離4幾構(gòu)。
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明。本發(fā)明提供了優(yōu)良的向待處理流體輸送波能 的方法，優(yōu)良的用于原位除去和破壞揮發(fā)物的方法，以及使流體、污染物、 病原體同時(shí)接受幾種形式的波能的方法。此外，本發(fā)明提供了利用幾種形 式的波能，如紫外輻射、真空紫外輻射、紅外輻射、可見(jiàn)光照射、聲能、 超聲波能、電解作用或它們的組合來(lái)處理物質(zhì)的機(jī)構(gòu)。此外，本發(fā)明提供 了原位形成氧化劑或自由基的機(jī)構(gòu)。而且，本發(fā)明使用了獨(dú)一無(wú)二的在同 一系統(tǒng)內(nèi)消毒和過(guò)濾水的方法。因此，利用本發(fā)明不釆用燈而采用碳弧結(jié) 合渦動(dòng)流體的新型波能處理流體的方法，可以設(shè)計(jì)出采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)或光 電池對(duì)直流電池再充電來(lái)處理極低流速的系統(tǒng)，而目前還沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)通過(guò) 使用非常大的直流電源和鑄造工業(yè)的碳弧爐中常見(jiàn)的石墨棒成比例放大 水處理體積。
因此，本發(fā)明以具有優(yōu)于已有方法的波長(zhǎng)、焦點(diǎn)、強(qiáng)度、停留時(shí)間的 幾種形式的波能來(lái)處理液體或流體。本發(fā)明利用角動(dòng)量守恒首先形成速度 增加的渦動(dòng)流體，然后向外擴(kuò)展形成倒置的薄膜旋渦或漏斗，通常形成傘 形或拋物面反射器的形式。本發(fā)明還克服了與光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的停留時(shí)間 和吸收現(xiàn)象。
更特別地，本發(fā)明提供了一種處理液體的方法，其通過(guò)提供波能源并 在波能源周圍形成渦動(dòng)液體薄膜，使得一種或多種波能照射液體。同樣地， 本發(fā)明提供了 一種通過(guò)提供三個(gè)波能區(qū)，并使液體通過(guò)三個(gè)波能區(qū)來(lái)處理
-液體的方法。
此外，本發(fā)明提供一種處理液體的裝置，其使用泵蝸殼或水力旋流器 頭，連接到泵蝸殼或水力旋流器頭的喉口，連接到喉口的拋物面反射器以
及照射液體的波能源。波能源包括從泵蝸殼或水力旋流器頭沿著喉口的中 心軸延伸至喉口的第一電極，以及延伸至拋物面反射器中第二電極，第二 電極被隔開(kāi)并與第 一 電極軸向排列。該裝置可以作為現(xiàn)有系統(tǒng)的改進(jìn)型工具。
而且，本發(fā)明才是供了一種處理液體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括儲(chǔ)罐，以及設(shè)
7置在儲(chǔ)罐頂部的兩個(gè)或多個(gè)電弧渦動(dòng)裝置。每個(gè)電弧渦動(dòng)裝置包括泵蝸殼 或水力旋流器頭，連接到泵蝸殼或水力旋流器頭的喉口，連接到喉口的拋 物面反射器，以及照射液體的波能源。每個(gè)波能裝置包括從泵蝸殼或水力 旋流器頭沿著喉口的中心軸延伸到喉口的第 一 電極，以及延伸到拋物面反 射器中的第二電極，第二電極被隔開(kāi)并與第一電極軸向排列。 以下參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。


通過(guò)參考以下說(shuō)明和附圖可以更好地理解本發(fā)明以上的和進(jìn)一步的 優(yōu)點(diǎn)。
圖1說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)裝置。
圖2說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)旋流分離器。
圖3說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)噴氣水力旋流器。
圖4說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案的具有切向流的電弧渦動(dòng)噴氣管。
圖5說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)蝸殼。
圖6說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)水力旋流器反射器。
圖7說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)水力旋流器反射器 管道。
圖8說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方案的儲(chǔ)罐中的多個(gè)電弧渦動(dòng)。 圖9說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施方案的帶砂濾器的電弧渦動(dòng)。 圖IO說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明處理液體的方法的流程圖。 圖11說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明處理液體的另一種方法的流程圖。
發(fā)明描述
下文詳細(xì)地討論了本發(fā)明的各種實(shí)施方案的形成和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)理解本 發(fā)明提供了許多可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念，這些概念可以包含在很多個(gè)具體的 上下文中。這里討論的特定實(shí)施方案只是闡明用于形成和應(yīng)用本發(fā)明的特 定方式，并不限定本發(fā)明的范圍。這里的討論主要與水處理有關(guān)，但應(yīng)理 解為本發(fā)明的概念可應(yīng)用于處理任何液體。
這里使用的術(shù)語(yǔ)"波能，，包括輻射以及通過(guò)各種介質(zhì)傳導(dǎo)的波能，并且包括電磁波或輻射；聲波、超聲波(supersonic )和超聲波(ultrasonic wave); 以及中子、質(zhì)子、氘核和其它粒子輻射。術(shù)語(yǔ)"電磁波，，包括，例如X-射線、伽瑪射線、紫外線、紅外線、可見(jiàn)光線、微波、短波和無(wú)線電波。 本發(fā)明提供一種利用來(lái)自電弧的波能處理液體的系統(tǒng)、方法和裝置， 它是(l)緊湊的、便攜式的，還不使用汞；(2)能量高效、結(jié)實(shí)、少維 護(hù)和緊湊的；(3)還能夠除去細(xì)小沉積物或降低水的混濁度；(4)還能夠 從水中相分離出不同密度的物質(zhì)，如從水中相分離出油、油脂、木材、樹(shù) 葉、塑料瓶；和/或(5)能夠減少水中的有機(jī)物。液體可以是飲用水、廢 水、飲料、果汁、牛奶、乳液、壓載水、艙底水、冷卻塔水、工藝用水、 選礦用水、未經(jīng)處理的污水、原油、液態(tài)烴、黑液和任何可泵送的液體。 本發(fā)明能夠在世界的偏遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)行，能夠?qū)⒏鞣N形式的波能傳遞到水和污 染物，不僅僅是紫外輻射，并且將有助于分解有機(jī)物，形成適于飲用的水 源，它需要迅速地普及到世界各地。此外，本發(fā)明可以在沒(méi)有電力線路和 發(fā)電機(jī)時(shí)通過(guò)^f吏用風(fēng)力發(fā)電機(jī)或光電池來(lái)運(yùn)行，能夠處理偏遠(yuǎn)地區(qū)的水和 廢水。
本發(fā)明產(chǎn)生旋渦或氣旋流，以及一種或多種處在旋渦的"目艮"或"中 空氣核"中的波能。本發(fā)明這樣處理液體或流體，首先用位于渦動(dòng)流體氣 核中心的等離子體電弧照射流體，然后再以流體形成薄膜并照射薄膜流 體，第三步反射波能以提高被流體或流體內(nèi)物質(zhì)吸收的波能的劑量。本發(fā) 明還提供了 一種先進(jìn)的使用半導(dǎo)體催化劑處理流體的氧化/還原方法 (AORP)。同樣地，本發(fā)明包括引入荷電的納米金屬和礦物質(zhì)以及碳來(lái)處 理水的方法。此外，本發(fā)明包括相分離方法。
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明。本發(fā)明提供了優(yōu)良的向待處理流體輸送波能 的方法，優(yōu)良的用于原位除去和破壞揮發(fā)物的方法，以及使流體、污染物 和病原體同時(shí)接受幾種形式的波能的方法。此外，本發(fā)明提供了利用幾種 形式的波能，如紫外輻射、真空紫外輻射、紅外輻射、可見(jiàn)光照射、聲能、 超聲波能、電解作用或它們的組合來(lái)處理物質(zhì)的機(jī)構(gòu)。此外，本發(fā)明提供 了原位形成氧化劑或自由基的機(jī)構(gòu)。而且，本發(fā)明使用了獨(dú)一無(wú)二的在同 一系統(tǒng)內(nèi)消毒和過(guò)濾水的方法。因此，利用本發(fā)明不采用燈而采用碳弧結(jié) 合渦動(dòng)流體的新型波能處理流體方法，可以設(shè)計(jì)出采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)或光電
池對(duì)直流電池再充電來(lái)處理極低流速的系統(tǒng)，而目前還沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)通過(guò)使 用非常大的直流電源和鑄造工業(yè)的碳弧爐中常見(jiàn)的石墨棒成比例放大水處理體積。
因此，本發(fā)明以具有優(yōu)于已有方法的波長(zhǎng)、焦點(diǎn)、強(qiáng)度、停留時(shí)間的 幾種形式的波能來(lái)處理液體或流體。本發(fā)明利用角動(dòng)量守恒首先形成速度 增加的渦動(dòng)流體，然后向外擴(kuò)展形成倒置的薄膜旋渦或漏斗，通常形成傘 形或拋物面反射器的形式。本發(fā)明還克服了與光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的停留時(shí)間 和吸收現(xiàn)象。
現(xiàn)有技術(shù)的波能，特別是EMR裝置和方法是針對(duì)給定的流速范圍而
設(shè)計(jì)的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，光化學(xué)反應(yīng)器具有已知的體積，并且基于反應(yīng)器的體
積，計(jì)算在特定時(shí)間周期內(nèi)引發(fā)反應(yīng)所需的EMR源的數(shù)量，該特定時(shí)間 周期通常^皮稱為停留時(shí)間(RT)。通常，EMR源是連續(xù)的波源，如長(zhǎng)線性 低壓汞弧燈，中壓汞燈，短弧汞/氮燈。但是，高強(qiáng)度的閃光燈被用于處理 不太透明的液體，如果汁。因?yàn)檫@些燈是按瓦特劃分的，那么燈發(fā)射出的 焦耳/秒乘以RT可以表示應(yīng)用于^L處理液體的面積上的有效劑量(瓦/秒/ 面積)。
例如，滅活細(xì)菌所必需的輻射劑量是已知的。因此，通過(guò)由該已知值 結(jié)合細(xì)菌的平均菌群密度筒單地反推，EMR源的變量或數(shù)量和反應(yīng)器的 大小就可以容易地計(jì)算出來(lái)。但是，當(dāng)細(xì)菌數(shù)量由假定的平均值增加時(shí)就 出現(xiàn)問(wèn)題。要么必須安裝第二個(gè)反應(yīng)器，要么必須在已有的反應(yīng)器上增加 更多的光源。
可以應(yīng)用Beer-Lambert定律來(lái)清楚地顯示出管道中放置的長(zhǎng)線性燈是 無(wú)效的光化學(xué)反應(yīng)器。Beer-Lambert定律及相關(guān)的公式對(duì)于光化學(xué)或波能 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)是很重要的。雖然下面的公式簡(jiǎn)單明了，但是經(jīng)常被誤解和 不正確地^使用。
A=,bc
其中A為吸光度(無(wú)單位)；
,為摩爾吸光系數(shù)，單位為L(zhǎng)/摩爾/cm;
B為樣品的通路長(zhǎng)度(或光化學(xué)反應(yīng)器的長(zhǎng)度)；以及
C為溶液中化合物的濃度，單位為摩爾/升。
在這個(gè)定律中，吸光度是與其它參數(shù)呈正比的。這個(gè)定律顯示流體的 每一層所吸收的輻射比例是相同的。公式"A=,bc"告訴光化學(xué)反應(yīng)器的
總量。因此，如果設(shè)計(jì)者涉及透光百分率(％T)，以Q/。T相對(duì)于通路長(zhǎng)度生成指數(shù)曲線。但是，如果以吸光度相對(duì)于濃度作圖會(huì)產(chǎn)生直線。因此， 濃度和吸光度之間的線性關(guān)系是筒單的和直接的。
但是，由于全方向波能是從其在特定容器中的波源傳播出去的，根據(jù) "A = ,bc，，，容器壁附近的光子數(shù)量減少，但是流體內(nèi)部的污染物濃度在距 離全方向燈的任何距離處都是相等的。因此，如果該反應(yīng)器被設(shè)計(jì)用于滅 菌，相比于容器壁周圍的細(xì)菌，波能源附近的細(xì)菌接收到更大量的能量。 結(jié)果，波能源周圍殺滅的細(xì)菌更多，殺滅的細(xì)菌隨著離燈距離的平方減少。
由于這是全方向的燈，其遵循平方反比定律，該定律表明從具有恒定 內(nèi)稟光度的光源觀測(cè)到的光強(qiáng)度隨著距離目標(biāo)的距離的平方呈正比下降。
作為例子，如果距離光源lm測(cè)得的光強(qiáng)度為16 W/cm2,那么距離光源2m 測(cè)得的光強(qiáng)度就是4W/cm2。類似地，可以計(jì)算任何其它距離的光強(qiáng)度。 平方反比定律可應(yīng)用于光強(qiáng)度的變化，無(wú)需考慮光源的方向，只要光源接 近于點(diǎn)光源。但是，相同的規(guī)律可用于理解在垂直于長(zhǎng)光源的軸的方向上， 從線性光源如長(zhǎng)燈泡向外發(fā)出的強(qiáng)度降低。
在用波能處理流體的過(guò)程中，另一個(gè)對(duì)處理效果具有顯著影響的重要 因素是特定波能粒子，如紫外光光子在物質(zhì)穿過(guò)的距離。例如，波長(zhǎng)為 253.7nm的紫外光可以穿透深度超過(guò)24英寸的水，但非常薄的鋁箔片會(huì)完 全阻擋紫外光。同樣地，水的濁度會(huì)部分阻擋紫外光。另一方面，經(jīng)強(qiáng)化 的鋁能夠反射超過(guò)80%的紫外光。因此，所有的紫外光處理系統(tǒng)都存在與 吸光率或通過(guò)所處理液體的穿透距離有關(guān)的缺陷和障礙。穿透距離也被稱 為通路長(zhǎng)度。由于這些因素，就可以理解增加反應(yīng)器的體積來(lái)延長(zhǎng)流體停 留時(shí)間不會(huì)影響或改變通路長(zhǎng)度，并且不必然提高處理效率。
鑒于這些因素，本發(fā)明更容易被理解，它的新穎性和重要性也更容易 被認(rèn)識(shí)到。本發(fā)明通過(guò)將流體薄層暴露于很接近能源的波能下解決了強(qiáng)度 降低以及通路長(zhǎng)度的問(wèn)題。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)裝置100。 容器102能夠產(chǎn)生如箭頭104所示的渦流，如漏斗或氣旋，用于在氣核或 等離子體核周圍的容器壁上形成流動(dòng)液體薄膜。容器102的形狀和入口 106 的位置和/或類型并不限于圖1所示的那樣。任何形狀和方向組合的替代品 都可以使用，只要產(chǎn)生渦流104。當(dāng)液體如水經(jīng)入口 106被引入容器102 中產(chǎn)生渦流104時(shí)，就形成了無(wú)液體的中心氣核。碳弧棒108和110被設(shè) 置在中心核內(nèi)。當(dāng)將電極108和110連接到電源時(shí)，通過(guò)延長(zhǎng)碳弧棒108和110之間的燈絲形成完全短路，從而形成碳弧112。備選地，當(dāng)電極108 和110連接到電源時(shí)，通過(guò)一起移動(dòng)碳弧棒108和110形成完全短路，然 后將它們分開(kāi)以"吸引，， >碳弧112，從而可以形成石炭弧112。在^ 友弧棒108 和110的近端之間延伸的碳弧112產(chǎn)生一種或多種波能114，如遠(yuǎn)紫外光 來(lái)處理液體。液體經(jīng)出口 (exit)或出口 (outlet) 116從容器102中釋放出 去。
生產(chǎn)的石墨棒的尺寸范圍從直徑為0.125英寸的焊條到普遍用于電弧 爐的直徑為6英尺的碳棒。自從二次世界大戰(zhàn)后，古老的碳弧探照燈被廣 泛使用，本發(fā)明可以容易地由剩余的探照燈產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)。任何直流電源都 可以用于由石墨棒來(lái)形成碳弧。簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能電池可以被用作用于形成碳 弧的直流電源，其使利用便宜的消毒系統(tǒng)來(lái)處理例如偏遠(yuǎn)地區(qū)以及第三世 界國(guó)家的飲用水成為可能。本發(fā)明還提供一種用于緊湊的但非常有效的波 能系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)，其用于對(duì)高流速流體，如船舶壓載水和大量市政飲用水以 及工廠流出的廢水消毒。與典型的紫外光系統(tǒng)相比，本發(fā)明不受因燈的構(gòu) 造而形成的尺寸的限制，也不受因石英燈罩的過(guò)度輻射(solarization )而 導(dǎo)致的性能的限制。此外，在本發(fā)明中出現(xiàn)了波能的最大轉(zhuǎn)移，因?yàn)楸景l(fā) 明采用的是開(kāi)弧。此外，本發(fā)明利用碳弧產(chǎn)生的所有形式的波能，不僅僅 就是由等離子體或熱的碳棒端部輻射的紫外光。
容器102非常適于形成本發(fā)明中所使用的用于消毒和滅菌的渦流，其 利用了誘導(dǎo)的空化作用(induced cavitations ),其公開(kāi)在2000年2月1曰 授權(quán)給Kucherov的美國(guó)專利No.6，019，947中，題為"用于連續(xù)液體流滅菌 的方法和裝置"，因此將該專利全部引入本發(fā)明。本發(fā)明相對(duì)于Kucherov 的'947專利的教導(dǎo)的改進(jìn)包括但不局限于這樣的因素，即本發(fā)明的碳弧增 加了至少兩種其它形式的波能用于滅菌-紫外光和自由基或電子。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)旋流分離 器。旋流分離器200可以容易地經(jīng)改進(jìn)而用于本發(fā)明。將碳棒108和110 插到旋流分離器200的底流204和溢流206中。液體經(jīng)入口 208被引入到 旋流分離器202中。旋流分離器202核心內(nèi)的棒108和110之間形成碳弧。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)噴氣水力旋 流器300。具有多孔壁304的水力旋流器被稱為噴氣水力旋流器，可以被 用作本發(fā)明的容器302。石友才奉108和110插入噴氣水力4t流器300的底流 204和溢流206中。液體經(jīng)入口 208被引入到容器302中。在容器302的
12核心內(nèi)的棒108和110之間形成碳弧?？諝饣驓怏w306經(jīng)氣體入口 308被 引入到容器302中，氣體入口 308連接到多孔壁304。除了形成薄流體膜 之外，噴射空氣或氣體的水力旋流器有助于除去流體中的揮發(fā)物，誘導(dǎo)空 化作用?？諝鈬娚渌π髌骺梢猿ニ械奈肿樱缫掖?。此外， 噴射表面和流體之間的空氣邊界層減小了摩擦，這樣使得流體在較低的泵 壓下獲得并保持較高的速度。如果流體獲得了足以空化的速度，這就具有 非常理想的效果?？栈饔檬侵冈谝后w中形成氣泡，之后氣泡破裂 (collapse)。空化作用可以被視為一種形式的波能，因?yàn)榭栈饔眯纬闪?聲波，而聲能是一種形式的波能。
此外，空化作用能夠"殺死，，病原體，引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，充分混合流體。 此外，充分混合的流體以螺旋狀或渦流狀路徑通過(guò)噴氣水力旋流器，但作 為很薄的一層。該薄層獲得了非常短的穿透整個(gè)液體厚度的距離，這必須 通過(guò)實(shí)現(xiàn)有效處理的波能來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，被處理流體中可用的波能通路長(zhǎng) 度不會(huì)限制處理效果，并且將會(huì)獲得波能的最大吸收。應(yīng)該理解波能的通 路長(zhǎng)度和穿透距離與容器長(zhǎng)度無(wú)關(guān)或者不必然受到容器長(zhǎng)度的影響。
當(dāng)薄膜噴氣水力旋流器中的液體速度足以在液體中產(chǎn)生空化作用時(shí)， 來(lái)自空化作用的高水平波能結(jié)合根據(jù)本發(fā)明中不受限制的碳弧所產(chǎn)生的 波能，能夠顯著增強(qiáng)基于波能的液體處理的效果。在任何氣體噴射系統(tǒng)上 增加上述碳弧系統(tǒng)也會(huì)顯著改善處理效果，這源于由不受限制的碳弧產(chǎn)生 的波能的范圍擴(kuò)大。
需要注意的是采用噴氣水力旋流器作為本發(fā)明的容器并不簡(jiǎn)單地是 為了空化作用和去除效果。例如，REVEXTMmTU形成了非常薄的流體膜。 與該薄的流體層相組合，流體以圍繞或沿著裝置的多孔管部件縱軸的螺旋 狀路徑流動(dòng)。與直線流過(guò)相同長(zhǎng)度的反應(yīng)器相比，這明顯增加了反應(yīng)器內(nèi) 液體的停留時(shí)間，而且與使用現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)的處理能力相 比，可以以更高效的處理能力使用緊湊式反應(yīng)器。
現(xiàn)在參考圖4說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方案的具有切向流400的電 弧渦動(dòng)噴氣管。帶有多孔壁404的管402也可用于本發(fā)明。碳棒108和110 插在管402的每個(gè)末端。液體經(jīng)入口 406被引入到管402中，并且能夠經(jīng) 出口 408流出。在容器402的核心內(nèi)，棒108和110之間形成碳弧?？諝?或氣體306經(jīng)氣體入口 410被引入到容器402中。
現(xiàn)在參考圖5說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)蝸殼500。
13泵蝸殼或水力旋流器頭502用來(lái)產(chǎn)生角動(dòng)量。當(dāng)液體如水按箭頭504所示 被引入到水力旋流器中，液體在形成旋渦或渦流的中心軸附近的環(huán)路中流 動(dòng)，產(chǎn)生角動(dòng)量。因此，這里的術(shù)語(yǔ)"渦動(dòng)"是指或近似于渦流、旋流、 氣旋、龍巻風(fēng)、颶風(fēng)、臺(tái)風(fēng)或通常任何具有角動(dòng)量的流動(dòng)。在應(yīng)用本發(fā)明 的方法時(shí)，將很簡(jiǎn)單的電極，如碳棒或石墨棒108和110沿著角動(dòng)量發(fā)生 器一渦殼502的中心核或中心軸設(shè)置。一個(gè)電才及108^皮設(shè)置在渦殼502內(nèi)， 另一個(gè)IIO被設(shè)置在喉口 506外面。當(dāng)提及泵時(shí)，喉口 506實(shí)際上是泵的 吸入口。運(yùn)行時(shí)水按照箭頭504的指向流進(jìn)渦殼502,如果與大氣相通就 形成具有空氣核的渦流。旋渦進(jìn)入喉口 506,由于角動(dòng)量守恒，水的速度 一定增加。只要漩渦離開(kāi)喉口 506,在出口點(diǎn)508處，水會(huì)如箭頭510所 示繼續(xù)渦動(dòng)，但是會(huì)如箭頭512所示立即向外擴(kuò)展。渦動(dòng)的水呈現(xiàn)薄膜傘 形或倒置漏斗形，具有非常大的空氣核。本發(fā)明的渦動(dòng)方法的獨(dú)特形狀或 輪廓形成了 一種全新的處理液體的方法。因?yàn)榈蛪簹夂耸茄刂行妮S形成 的，那么電弧被觸發(fā)或保持在中心氣體核內(nèi)以及傘或倒置漏斗內(nèi)。為了觸 發(fā)電弧，并將氣核轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀〉入x子體核， 一個(gè)電極108可以連接到推桿 514，推桿514連4姿到驅(qū)動(dòng)器516。驅(qū)動(dòng)器516移動(dòng)電極108直到它接觸到 電極110。當(dāng)電極108和IIO接觸，電極連接到電源時(shí)形成完全短路。接 著，電極108縮回，這樣迫4吏電子流動(dòng)穿過(guò)氣核，將氣核轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子化的 氣體，通常被稱為等離子體。替代移動(dòng)電極108,推桿514可以移動(dòng)并接 觸電極110。推桿514用作探臂(stinger)將電弧從一個(gè)電極110牽引到 其它的電極108。
為了減少電極的氧化以及改變等離子體的EMR譜，可以使用惰性氣 體，如氬、氦、氮、氙或氖?？梢约尤胙跎沙粞鹾驮友酢．?dāng)然，可以 加入任何氣體并對(duì)其離子化，包括蒸汽和氫。再者，可以利用任何導(dǎo)電材 料來(lái)制造電極，而不僅僅是碳。
現(xiàn)在參考圖6說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)水力旋流器 反射器600。本發(fā)明的新穎性在于碳弧和等離子體612產(chǎn)生的能量或波能 與渦動(dòng)液體的獨(dú)特形狀相結(jié)合。喉口 602可以如圖5所示是直的或者是錐 形的，如圖6中所示的同心異徑接頭。如前面所述，當(dāng)水在出口點(diǎn)604向 外擴(kuò)展512,水呈現(xiàn)拋物面形倒置的漏斗狀。該形狀幾乎與照明和光學(xué)工 業(yè)中普遍使用的許多普通反射器是相同的。
現(xiàn)在，當(dāng)進(jìn)入電弧渦動(dòng)之前水壓和流速提高時(shí)，傘形會(huì)轉(zhuǎn)變成更像錐
14形，而不是傘形或拋物面形。這當(dāng)然不影響本發(fā)明。在出口 604加上反射 器606,白色熱碳電極110發(fā)射的電磁輻射(EMR)可以被反射形成如EMR 箭頭所示的平行束。反射器606可以具有涂層608以提高反射率或發(fā)生預(yù) 期的化學(xué)反應(yīng)。而且，可以引入氣體614以發(fā)生預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)，或者減 少或消除電極的消耗或氧化。電極108或電極IIO可以是陽(yáng)極。通常，陽(yáng) 極產(chǎn)生的EMR比陰極更多。因此，為了充分利用和最大限度使用波能， 兩個(gè)電極可以按箭頭610所示方向移動(dòng)，以使電極位于最有效的處理區(qū)域， 用來(lái)處理特殊的液體、^:生物或污染物。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7 i兌明依據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方案的電弧渦動(dòng)水力旋流器 反射器管道700。水力旋流器502和反射器606被安裝在罐702的頂部。 拋物面或橢圓形反射器606可以用于照射罐702中的水，并增加停留時(shí)間 或劑量。反射器606可以涂覆紫外強(qiáng)化材料，或者可以涂覆半導(dǎo)體催化劑， 如Ti02。本發(fā)明的該實(shí)施方案700形成幾個(gè)波能區(qū)。波能區(qū)l是由等離子 體612形成的。等離子體發(fā)射EMR和聲能。等離子體612發(fā)射的EMR是 基于可以成為被等離子體捕獲和離子化的氣體以及任何液體或固體的。同 樣地，等離子體包含離子化氣體。由電子和陽(yáng)離子組成的離子化氣體可以 進(jìn)入水中，并有助于處理水。因此，由于水非常接近等離子體612，水可 以被幾種形式的波能處理。此外，如果氧存在，可以形成原子氧和臭氧。 兩者都是高反應(yīng)性氧化劑，其可以用于水處理，來(lái)消毒以及氧化有機(jī)物、 金屬和礦物質(zhì)。
碳弧產(chǎn)生真空UV ( VUV)。因此，如前面所述的VUV光子具有足夠 的能量來(lái)裂解水分子，并形成高反應(yīng)性自由基，如羥基自由基。此外，VUV 光子具有足夠的能量裂解烴中的碳-碳鍵。碳弧也產(chǎn)生大量的近紅外和遠(yuǎn)紅 外(IR)輻射。這會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)消毒效果以及有助于處理有機(jī)化合物，因 為有機(jī)物吸收IR和振動(dòng)電子。不受理論的局限，除了紫外光和聲能外，IR 可以催化水中的有機(jī)物和病原體的石皮壞。
接著，水進(jìn)入第二個(gè)波能區(qū)2。水或液體再次被幾種形式的波能處理。 首先，薄膜傘形或錐形水漏斗必須通過(guò)EMR,然后再通過(guò)被反射的EMR。 現(xiàn)在，真正獨(dú)特的和非顯而易見(jiàn)之處是電極110的位置是否在水中，并且 水是導(dǎo)電的，那么水會(huì)被另外形式的波能-電解作用處理。這樣l^供了處理 重金屬，如鈾礦加工廠流出的廢水中存在的硒的方法。如果電才及110用作 陰極，金屬可以被鍍到電極IIO上。罐702可以僅由很長(zhǎng)的管組成。沿著管的縱軸照射的優(yōu)點(diǎn)在美國(guó)專利 5,832,361中有討論，該專利被全部引入作為參考。同樣地，罐或管702形 成波能區(qū)3。正是在這個(gè)區(qū)中，僅通過(guò)增加具有合適的反射器的罐702的 直徑，或者增加管道702的長(zhǎng)度或深度，就可以顯著增加停留時(shí)間。
此外，罐702可以加入過(guò)濾介質(zhì)704。這樣得到了可以在世界的偏遠(yuǎn) 地區(qū)使用的進(jìn)行消毒和去除混濁的獨(dú)立水處理系統(tǒng)。采用5個(gè)十二伏串聯(lián) 工作的直流電池構(gòu)建了與圖7相似的樣機(jī)。利用60伏特和20安培維持的 一英寸的電弧形成約lkW的紫外輻射系統(tǒng)，其充分照射了塑料罐702。用 多功能充電器(multi-charger)對(duì)電池再充電，該充電器被設(shè)計(jì)用于對(duì)串 聯(lián)電池充電。當(dāng)然，應(yīng)該理解可以用綠色能源對(duì)電池再充電，如風(fēng)力發(fā)電 機(jī)、光電池或水輪機(jī)。而且，本發(fā)明提供了高機(jī)動(dòng)性和便攜的應(yīng)急反應(yīng)水 處理系統(tǒng)，以用于軍事、市政和應(yīng)急反應(yīng)。電弧渦動(dòng)可以連接在任何新型 混合動(dòng)力汽車的蓄電池組電池上。
如圖5、圖6中所述，針對(duì)本發(fā)明，任何水力旋流器502可以很容易 地通過(guò)以下的方法進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)將反射器606連接到水力旋流器502的 底流，這樣提供了用波能處理水的新方法。如前面所解釋的，EMR可以 用各種本領(lǐng)域已知方法反射。但是，為了形成傘形必須將水力旋流器的頂 閥移去。此外，插入碳棒108會(huì)實(shí)質(zhì)上堵塞溢流。移去頂閥的原因是形成 傘形倒置水漏斗的新方法的 一 部分。
當(dāng)罐測(cè)試水力旋流器時(shí)，將頂閥從標(biāo)準(zhǔn)水力旋流器的底流處移去。為 了測(cè)試，將水力旋流器的溢流閥關(guān)閉。當(dāng)水流過(guò)水力旋流器時(shí)， 一旦水通 過(guò)水力旋流器的底部或底流離開(kāi)，水散開(kāi)形成非常薄的傘形，并沿著水力 旋流器的整個(gè)中心軸維持形成的空氣核。這是完全預(yù)料不到的，因?yàn)樵谶@ 個(gè)測(cè)試之前，具有相同錐底直徑的一段直管經(jīng)過(guò)測(cè)試，結(jié)果是呈彎曲繩狀 排出。
非顯而易見(jiàn)且完全預(yù)料不到之處在于用于處理小體積以及非常大體 積液體的獨(dú)特的方法和裝置。通過(guò)將惰性氣體如氬引入系統(tǒng)中，會(huì)在水力 旋流器和反射器中形成并保持氣泡核。因?yàn)闅宓拿芏刃∮谒鼤?huì)保留在 系統(tǒng)的上部，即4吏當(dāng)系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí)。當(dāng)運(yùn)行時(shí)，氬會(huì)尋找中心并形成氣核。 當(dāng)電極108和110之間觸發(fā)電弧時(shí)，氬將離子化并形成渦動(dòng)的等離子體612 核。使用氬有幾個(gè)主要原因。首先，氬是惰性的并且不影響水或不與水反 應(yīng)。第二，氬屏蔽碳電極，從而延長(zhǎng)電極的期望壽命。而且，氬容易離子化，是理想的等離子氣體。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方案的儲(chǔ)罐800中的多個(gè)電 弧渦動(dòng)。事實(shí)上除了流速以外，電弧渦動(dòng)可以適用的罐802的大小沒(méi)有限 制。例如，5兆瓦直流電源可以從HDR Ametek獲得。同樣地，尺寸高達(dá) 6英尺直徑的石墨電極也可以使用。因此，如圖8所示，非常大的罐可以 采用多個(gè)電弧渦動(dòng)804來(lái)處理。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施方案的帶砂濾器900的電弧 渦動(dòng)。該實(shí)施方案可以是現(xiàn)有砂濾器的改進(jìn)型，用以再次形成獨(dú)立的液體 處理系統(tǒng)。因此，這種快速的改進(jìn)型不要求任何對(duì)罐的改進(jìn)。此外，與傳 統(tǒng)的紫外輻射系統(tǒng)相比，電弧渦動(dòng)砂濾器的改進(jìn)型是很便宜的。
例如，構(gòu)建一千瓦的電弧渦動(dòng)的總成本為約3000美元?，F(xiàn)在市場(chǎng)上 最便宜的一千瓦紫外輻射系統(tǒng)的零售價(jià)為26000美元。它是由26個(gè)容器 中的燈組成的。因此，從資本費(fèi)用成本和運(yùn)行成本兩方面來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的 電弧渦動(dòng)是非常優(yōu)越的。筒單地說(shuō)，在可以利用日照或風(fēng)的世界偏遠(yuǎn)地區(qū)， 電力運(yùn)行成本可以降低為零。同樣地， 一千瓦的系統(tǒng)以及目前的100KW 模型的大小和重量可以與小汽車車廂相匹配。
構(gòu)建4英寸的100kW電弧渦動(dòng)，并采用汽車工廠的噴漆室廢水(paint booth water)進(jìn)行測(cè)試。噴漆室廢水是黑色的、不透明的，具有非常難聞 的氣p未，并且含有很大量的細(xì)菌。噴漆室廢水經(jīng)第一遍和第二遍電弧渦動(dòng) 處理。噴漆室廢水的顏色變成透明的黃色，并且水沒(méi)有氣味。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試 顯示99.99%的細(xì)菌被殺死。
現(xiàn)在參照?qǐng)DIO顯示依據(jù)本發(fā)明處理液體的方法1000的流程圖。方塊 1002中提供了波能源，并且在波能源周圍形成液體渦動(dòng)薄膜，使得一種或 多種波能照射方塊1004中的液體。 一種或多種波能可以包括紫外輻射、 真空紫外輻射、紅外輻射、可見(jiàn)光照射、聲能、超聲波能、電解作用或它 們的組合。
現(xiàn)在參照?qǐng)D11顯示依據(jù)本發(fā)明處理液體的另一種方法1100的流程 圖。提供的第一電極和第二電極彼此軸向排列，并連接到方塊1102中的 電源。方塊1104中的第一電極和第二電極之間的電弧凈皮觸發(fā)。第一電^L 和第二電極之間形成等離子體核心，產(chǎn)生一種或多種方塊1106中的波能， 并且在波能源周圍形成液體渦動(dòng)薄膜，從而使得一種或多種波能照射方塊 1108中的液體。創(chuàng)造性概念的新穎性，在這些實(shí)施例中可以應(yīng)用本發(fā)明。這些實(shí)施例也說(shuō) 明這樣的發(fā)明對(duì)于健康和環(huán)境安全問(wèn)題是非常急需的。
金屬加工液中的分枝桿菌
環(huán)境中的機(jī)會(huì)性(opportunistic)分枝桿菌與很多種背景下多種呼吸問(wèn)
題的爆發(fā)有關(guān)。爆發(fā)的一個(gè)共同特點(diǎn)是暴露于氣溶膠中。氣溶膠產(chǎn)生于機(jī) 械加工和研磨才喿作過(guò)程中的金屬加工液，以及其它來(lái)源，如室內(nèi)游泳池、
熱浴盆、水損壞的建筑。在工業(yè)環(huán)境下，據(jù)估計(jì)有120萬(wàn)美國(guó)工人暴露于
金屬研磨產(chǎn)生的氣溶膠中，這些工人遭受的呼吸問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響是 實(shí)質(zhì)性的。分枝桿菌容易被霧化，并對(duì)消毒耐受。在大多數(shù)歸因于霧化的 分枝桿菌的呼吸問(wèn)題的爆發(fā)中，含有氣溶膠的水源已經(jīng)被消毒。事實(shí)上認(rèn)
為傳統(tǒng)的消毒可以對(duì)分枝桿菌的分布(predominance )和生長(zhǎng)進(jìn)行選擇。
本發(fā)明能使流體如金屬加工液接觸多種波能源，從而顯現(xiàn)出有效地除 去或控制這些流體中的分枝桿菌和其它生物污染物的巨大前景。雖然分枝 桿菌能夠耐受化學(xué)消毒，但據(jù)信細(xì)菌暴露于來(lái)自本發(fā)明的碳弧的紫外輻射 和自由電子中，特別是進(jìn)一步組合了源自空化效用的聲波能，細(xì)菌將不能 存活。消除或減少與金屬加工液有關(guān)的車間中的呼吸問(wèn)題，會(huì)對(duì)受影響的 工業(yè)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，以及由于這樣的健康問(wèn)題減少而產(chǎn)生的顯著社 會(huì)效益。
家禽胴體冷卻器用水
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)每人每年消耗44Kg (96 lb)的禽肉。家禽占肉類消 耗的36%,在美國(guó)人的膳食中僅次于牛肉。家禽產(chǎn)品的衛(wèi)生安全性對(duì)公共 安全和健康有重要影響。美國(guó)家禽業(yè)每年生產(chǎn)200億磅的雞肉和60億磅 的火雞。幾乎所有的家禽產(chǎn)品都是由具有數(shù)百萬(wàn)禽類容量的自動(dòng)化工廠以 "即席可煮(ready-to-cook)"的形式生產(chǎn)的。在這些工廠中，禽類被宰殺、 褪毛、去內(nèi)臟、清洗、冷卻和包裝。將禽體迅速冷卻至40F以下對(duì)于減少 細(xì)菌生長(zhǎng)和保持禽體質(zhì)量很關(guān)鍵。這是通過(guò)將清洗過(guò)的禽體浸入一、二或 三個(gè)長(zhǎng)罐一冷卻器中的水水中完成的。許多加工者采用氯來(lái)控制家禽酮體 冷卻器用水(PCW)中的孩i生物。目前，氯和它的水合產(chǎn)物，次氯酸和次 氯酸鹽是監(jiān)管機(jī)構(gòu)允許用于PCW的僅有的消毒劑(美國(guó)農(nóng)業(yè)部，1993年)。
18已知家禽胴體冷卻器用水含有大量有機(jī)物。PCW的氯化作用導(dǎo)致三 卣代曱烷，主要是三氯曱烷，以及其它還必需鑒定的致突變化合物的形成。 雖然這些潛在的有害化合物對(duì)健康的影響還沒(méi)有確定，但是提供可替代的
消毒PCW方法是非常需要的。而且，冷卻器用水的再循環(huán)可以提供防止
環(huán)境污染同時(shí)有助于保存有價(jià)值的水資源的方法。
據(jù)信利用本發(fā)明的碳弧產(chǎn)生的高強(qiáng)度紫外輻射和自由電子來(lái)處理
PCW,特別是當(dāng)控制PCW暴露于非常接近于能源的薄膜內(nèi)的那些波能中
時(shí)，將克服已有技術(shù)中強(qiáng)度和通路長(zhǎng)度的缺陷，并且可以安全、有效地對(duì)
PCW進(jìn)行消毒。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，通過(guò)在例如REVEXTM MTU裝置進(jìn) 行處理，進(jìn)一步將與空化作用相關(guān)的聲波能與碳弧波能組合，可以增強(qiáng)處 理效果。
海運(yùn)壓載水
入侵的水生物種是對(duì)世界海洋的四大威脅之一，可以導(dǎo)致非常嚴(yán)重的 環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、公共健康影響。經(jīng)船舶壓載水將入侵的海洋物種引入到新環(huán) 境已經(jīng)被確定為對(duì)世界海洋的四大威脅之一。每年船運(yùn)運(yùn)送了全世界超過(guò) 80%的商品，并且在國(guó)際間轉(zhuǎn)移了約30至50億噸壓載水。每年有類似體 積的壓載水也在國(guó)家和地區(qū)內(nèi)部轉(zhuǎn)移。壓載水對(duì)于現(xiàn)代航運(yùn)的安全和有效 運(yùn)轉(zhuǎn)是絕對(duì)重要的，其給未裝滿的船舶提供了平衡和穩(wěn)定性。但是，它也 可能造成嚴(yán)重的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和健康威脅。
國(guó)際海事組織(IMO)推薦的海上再壓載，目前提供了最有效的措施 來(lái)降低有害水生生物轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)，但是受到重要的船舶安全限制。即使當(dāng) 它能夠被完全執(zhí)行時(shí)，該技術(shù)對(duì)于除去來(lái)自壓載水的生物也不是100%有 效的。某些方面甚至提出海上再壓載本身可能促使有害物種更大范圍擴(kuò) 散，位于海洋中間的再壓載區(qū)域下游的島國(guó)可能會(huì)因該操作面臨特別的風(fēng) 險(xiǎn)。因此，盡可能地發(fā)展可替代的、有效的壓載水管理和/或處理方法來(lái)代 替海上再壓載是非常重要的。
々大用水中的MTBE
MTBE, —種汽油添加劑，已經(jīng)污染了很多含水層。由于其溶解度很 高，很難從水中除去。但是，當(dāng)碳弧被引入到優(yōu)選的REVEXTMMTU的中 心核心中時(shí)，據(jù)信空化作用的能量與來(lái)自碳弧的紫外光能和自由電子的結(jié)
19合將對(duì)除去和/或分解MTBE具有協(xié)同效應(yīng)，無(wú)需將它從水中除去。不受 理論的限制，據(jù)信由空化作用以及空氣與碳弧等離子體的接觸會(huì)形成氧化 劑，如自由基、過(guò)氧化氫和臭氧。結(jié)果，MTBE將被氧化為二氧化碳和水。
飲用水和/或空氣中的病原體，如炭疽和軍團(tuán)菌
空化作用、紫外光和通過(guò)本發(fā)明的裝置原位產(chǎn)生的氧化劑的協(xié)同效應(yīng) 會(huì)對(duì)病原體，如炭疽和軍團(tuán)菌有殺滅作用。本發(fā)明可以用在雙重方法中， 通過(guò)凈化空氣除去病原體，然后液體再循環(huán)殺死病原體。
噴漆室VOCs
通常，下向通風(fēng)瀑布式洗滌器被用來(lái)凈化從漆點(diǎn)(paint point)散發(fā)出 的空氣中的VOCs。結(jié)果，水被VOCs污染。不受理論的限制，據(jù)信應(yīng)用 本發(fā)明優(yōu)選的REVEX MTU將實(shí)現(xiàn)VOCs從水向碳弧核心的轉(zhuǎn)移。核心 內(nèi)的VOCs將被加熱氧化。這說(shuō)明本發(fā)明可以用作熱氧化劑。
廢堿
精煉廠和石化工廠產(chǎn)生的廢堿溶液由于含有苯通常被認(rèn)為是危險(xiǎn)的 廢棄物。據(jù)信本發(fā)明利用優(yōu)選的Revex.TM. MTU裝置能夠凈化廢堿，這 是通過(guò)從堿溶液中提取苯，然后在具有碳弧等離子體的裝置內(nèi)分解苯而實(shí) 現(xiàn)的。
COD-化學(xué)需氧量
不受理論的限制，據(jù)信碳弧/噴氣水力旋流器系統(tǒng)能夠減少工業(yè)廢水中 的COD。在一定程度上，COD并不完全被氧化為二氧化碳和水，據(jù)信本 發(fā)明會(huì)將COD轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，該有機(jī)物可以在生物污水處理設(shè)施中被分解。
前述優(yōu)選的和備選的實(shí)施方案和變化中關(guān)于本發(fā)明的裝置和方法的 說(shuō)明，以及前述本發(fā)明可以被有效利用的過(guò)程的實(shí)施例，是為了說(shuō)明并且 不想作為限制。本發(fā)明還容許在本發(fā)明范圍內(nèi)進(jìn)一步改變和替代的實(shí)施方 案，如以下的權(quán)利要求書(shū)所述。
權(quán)利要求
1. 一種處理液體的方法，其包括以下步驟提供波能源；以及在波能源周圍形成渦動(dòng)液體薄膜，使得一種或多種波能照射液體。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述一種或多種波能包括紫外輻射、 真空紫外輻射、紅外輻射、可見(jiàn)光照射、聲能、超聲波能、電解作用或它 們的組合。
3. 權(quán)利要求1所述的方法，還包括反射一種或多種波能進(jìn)一步照射液 體的步驟。
4. 權(quán)利要求l所述的方法，還包括將液體暴露于催化劑的步驟。
5. 權(quán)利要求l所述的方法，還包括過(guò)濾被照射的液體的步驟。
6. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述波能源是第一電極和第二電極之 間的電弧，這兩個(gè)電才及隔開(kāi)并;f皮此軸向排列。
7. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述提供波能源的步驟包括以下步驟提供彼此軸向排列并且連接到電源的第 一 電極和第二電極； 觸發(fā)第一電極和第二電極之間的電??；以及 在產(chǎn)生一種或多種波能的第一電極和第二電極之間形成等離子體核。
8. 權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一和第二電極包含石灰、導(dǎo)電材 料或它們的組合。
9. 權(quán)利要求1所述的方法，還包括在波能源周圍提供中心氣核的步驟。
10. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氣體包括氧、氫、惰性氣體或 它們的組合。
11. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氣體減少波能源的氧化，改變 一種或多種波能或它們的組合的能譜。
12. —種處理液體的方法，其包括以下步驟 提供三個(gè)波能區(qū)；以及 使液體通過(guò)三個(gè)波能區(qū)。
13. —種處理液體的裝置，其包括 泵蝸殼或水力旋流器頭；連接到泵渦殼或水力旋流器頭的喉口 ； 連接到喉口的拋物面反射器；以及照射液體的波能源，其包括沿著喉口中心軸從泵渦殼或水力旋流器頭 延伸到喉口的第 一 電極，以及隔開(kāi)的并與第 一 電極軸向排列的延伸到拋物 面反射器的第二電極。
14. 權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述波能源產(chǎn)生紫外輻射、真空紫 外輻射、紅外輻射、可見(jiàn)光照射、聲能、超聲波能、電解作用或它們的組 合。
15. 權(quán)利要求13所述的裝置，還包括連接到反射器的罐。
16. 權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述罐包括一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾器。
17. 權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述喉口是直的或錐形的。
18. 權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述拋物面反射器涂覆催化劑。
19. 權(quán)利要求13所述的裝置，其中設(shè)置的第一和第二電極用于產(chǎn)生提 供三個(gè)波能區(qū)的等離子體核。
20. 權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述第一和第二電極包含碳、導(dǎo)電 材料或它們的組合。
21. 權(quán)利要求13所述的裝置，還包括連接到第一電極和第二電極的電源。
22. 權(quán)利要求13所述的裝置，還包括觸發(fā)第一電極和第二電極之間的 電 瓜的4幾構(gòu)。
23. 權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述機(jī)構(gòu)包括移動(dòng)第一電極使其與 第二電極接觸的驅(qū)動(dòng)器，或者用于接觸第二電極的推桿。
24. 權(quán)利要求13所述的裝置，還包括在波能源周圍形成中心,氣核的氣 體源。
25. 權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述氣體包括氧、氬、惰性氣體或 者它們的組合。
26. 權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述氣體減少波能源的氧化，改變 一種或多種波能或它們的組合的能譜。
27. —種包括權(quán)利要求24所述的裝置的改進(jìn)型工具。
28. —種處理液體的系統(tǒng)，其包括 儲(chǔ)罐；儲(chǔ)罐頂部設(shè)置的兩個(gè)或多個(gè)電弧渦動(dòng)裝置，其中每個(gè)電弧渦動(dòng)裝置包括泵渦殼或水力旋流器頭，連接到泵渦殼或水力旋流器頭的喉口，連接到喉口的拋物面反射器，以及照射液體的波能源；以及其中每個(gè)波能裝置包括沿著喉口的中心軸從泵渦殼或水力旋流器頭 延伸至喉口的第一電極，以及隔開(kāi)的并與第一電極軸向排列的延伸到拋物 面反射器的第二電極。
29. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng) 外輻射、紅外輻射、可見(jiàn)光照射、 合。
30. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)器。
31. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)
32. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)
33. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng) 供三個(gè)波能區(qū)的等離子體核。
34. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng) 材料或它們的組合。
35. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)源。
36. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng) 間的電 瓜的才幾構(gòu)。
37. 權(quán)利要求36所述的系統(tǒng) 第二電極接觸的驅(qū)動(dòng)器，或者用于接觸第二電極的推桿。
38. 權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，還包括在波能源周圍形成中心氣核的氣 體源。
39. 權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述氣體包括氧、氫、惰性氣體或 者它們的組合。
40. 權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述氣體減少波能源的氧化，改變 一種或多種波能或它們的組合的能譜。,其中所述波能源產(chǎn)生紫外輻射、真空紫 聲能、超聲波能、電解作用或它們的組，所述儲(chǔ)罐的底部還設(shè)置一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾,其中所述喉口是直的或錐形的。,其中所述拋物面反射器涂覆催化劑。,其中設(shè)置的第一和第二電極用于產(chǎn)生提,其中所述第一和第二電極包含碳、導(dǎo)電，還包括連接到第一電極和第二電極的電，還包括用于觸發(fā)第一電極和第二電極之,其中所述機(jī)構(gòu)包括移動(dòng)第一電極使其與
全文摘要
本發(fā)明提供一種處理液體的系統(tǒng)、方法和裝置，其通過(guò)提供波能源和在波能源周圍形成渦動(dòng)液體薄膜，使得一種或多種波能照射液體。同樣地，本發(fā)明提供一種通過(guò)提供三個(gè)波能區(qū)，并且使液體通過(guò)三個(gè)波能區(qū)來(lái)處理液體的方法。
文檔編號(hào)C02F1/32GK101460405SQ200780020853
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月5日
發(fā)明者T·弗雷特 申請(qǐng)人:弗雷特等離子實(shí)驗(yàn)室公司