[发明专利]对液体、固体或者气体物质进行净化和消毒的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是使用空气等离子体和化学光催化剂技术来处理液体和/或气体。本发明的兴趣在于饮用水和工业废水的净化和消毒领域、工业冷却水系统的防污染领域、对受污染的地表水、地下水的地点进行补救的领域、包括水栽培的生物农业领域、以及对例如游泳池、淋浴和及可意浴缸、池塘等生活及娱乐用水系统的清洁和消毒领域。

此外，本发明可应用于对民用及工业用空调系统、空气处理系统中的例如空气等气体进行消毒、清洁和净化。

背景技术

使用等离子体技术处理例如水等液体已经有些时间了(Hoeben，2000；Lee&Lee，2003；Yamabe等，2004；Brabowski等，2004；Lambert&Kresnyak，2000；Johnson，1996；Johnson，1997；Denes，2004；Anpilov等，2004)。问题常常是利用液体相层中或者上方足够的表面积生成匀质介电隔离物放电等离子体。常和产生也叫做闪流的电弧相关联的处理，称作电晕处理，而不是匀质介电隔离物放电等离子体处理。电晕技术经常在大气环境中与臭氧或者UV处理相结合，目的是增强在这些工艺过程中发生的化学反应的氧化性。在这些放电工艺过程中产生UV光、原子团、单态氧、过氧化物及氧化的物质，是对液体相消毒和净化的基础。然而，实现这些活性物质同待处理的液体相的混合经常是一个问题。

UV光催化剂也用来在水等液体中进行消毒以及除去微污染物。为此目的，多孔的薄膜或者颗粒可装有或者涂有TiO₂等催化剂。在UV和可见光的影响下，能在载体表面上发生经催化的氧化反应。这种反应的产物具有强消毒能力。

尽管某些有害的有机化合物既可以使用电晕也可以使用UV光催化剂进行破坏，但是，使用这些技术不能去掉很多种的残留微污染物物质。

最一般的方式是，使用氯或者生物杀灭剂等化学添加剂给水消毒。公知的缺点是，由于在例如氯和水中的有机物的相互作用中的吸收作用(AOX)，这些药剂杀灭非细菌物质的效果受到妨碍，或者形成了不想要的副产物，例如有机卤素。而且，氯和生物杀灭剂对饮用水的质量有不利的影响。要求一些余留的化学氧化物(COD)还在一定的小生境中造成了细菌的事后生长，因此，可能导致装备和设施的污染和污物沉积。

就为了对例如水等液体也可以是例如空气等气体进行消毒和净化而使用浸没等离子体技术而言，发现了多个技术问题。第一个问题是，在浸没于液体相中或者被液体相包围的气体相中，如何产生介电隔离物放电(DBD)等离子体。

电极的几何形状和定位，以及两种相相互混合的方式和条件，对于在混合相中获得匀质介电隔离物放电等离子体，是至关重要的。

使用匀质介电隔离物放电等离子体而不是电晕放电等离子体的重要性，对于处理的效率和功效、等离子体反应器中的电极能耗和损耗，是很明显的。

与为了对液体或者气体媒介进行消毒和净化而使用等离子体技术有关的第二个问题，常常发生在要求工业产能的场合中。使用现有技术的处理装备，经常发现对基质液体或者气体流的流动速率的实际限制。结果，运行的能源成本和满足产能要求的升级的成本，可能会很高。

与经光催化的微污染物去除工艺相关的问题是所用催化剂的退化。这就要求催化剂的再生或者有时甚至是更换，因而涉及到停工期和更换催化剂的额外成本。文献US5876663和US6558638就遇到了上述多个问题。具体地说，US6558638参考文献描述了一种在水中产生等离子体的系统。在这个系统中，设有用介电材料制造并用多个环形电极环绕的管。这种设备浸没在通常是水的要处理的液体中。空气经介电管泵入，并经介电管上的小孔进入水中。等离子体放电区位于相继的环形电极之间，即等离子体产生在管体外侧，位于水中和/或进入水中的气泡中。一个电极可具有在介电管中心延伸的细长部分，但这并非必要的元件：这个中心部分仅仅是有助于减小第一电极之间的间隙(位于管的外侧)的电容，并因此将电压的最大部分加在所述第一间隙上，然后导致一系列的击穿(“滑面”放电)。这种技术有多个缺点，主要的一个是由于水中存在电流而造成功率损失。这个系统还受到下面事实的影响：液体流经设备遭受到的流量限制，对能够进行处理的可能流动速率施加了限制。这种系统中，电场与所处理的液体的流动方向同轴，由于这种特殊的几何形状，这种系统还难以升级。

发明内容

本发明目的在于提供一种不会受到现有技术中的系统的缺点影响的方法和设备。