[发明专利]液体处理系统和方法

说明书

交叉引用

本专利申请要求在2015年4月24日提交的美国临时专利62/158,648和在2015年7月20日提交的美国临时专利62/194,567的优先权，其内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及处理液体溶液的系统和方法。具体来说涉及使用辐射消毒单元处理含有化学处理的液体的系统和方法。

背景技术

水传播疾病通常是由在受污染的水中传播的病原微生物引起的。在洗澡、洗涤、饮用、准备食物或食用食物的过程中可能导致感染。各种形式的水性腹泻病可能是最突出的例子。据世界卫生组织统计，这种疾病约占全球每日疾病的4.1％，每年造成约180万人死亡。世界卫生组织估计，88％的死亡归因于不安全供水和清洁卫生。即使在发达国家，也存在水系统中的细菌对人群造成重大危害的问题。因此，需要改进的水处理系统、方法和装置。如果能提供成本较低，占地面积较小的系统、方法和装置，则还可以解决社区因穷困、乡村、山区和/或人口密集的而造成的限制和要求。

除了水之外，其他液体也可以从改进的消毒/清洁中受益，例如食品和饮料工业。例如，氯化合物、臭氧等化学品在食品和饮料行业中被广泛用于减少细菌并消毒或净化液体。实例包括处理巴氏灭菌器冷却水、清洗水果和蔬菜以及消毒食物接触表面。氯化合物也常用于消毒容器中的水或其他液体。

在氯化合物中，二氧化氯(ClO₂)是水处理和漂白中使用的强氧化剂。作为消毒剂，ClO₂比氯具有更强的杀菌能力。

通常使用两种机制来产生二氧化氯：使亚氯酸钠与氯气或盐酸反应(两种化合物体系)，或使亚氯酸钠与次氯酸钠和酸如盐酸或硫酸反应(三种化合物体系)。

2NaClO ₂+Cl₂→2ClO₂+2NaCl(两种化合物)

5NaClO₂+4HCl→4ClO₂+5NaCl+2H₂O(两种化合物)

2NaClO₂+NaOCl+H₂SO₄→2ClO₂+NaCl+Na₂SO₄+H₂O(三种化合物)。

2NaClO₂+NaOCl+2HCl→2ClO₂+3NaCl+H₂O(三种化合物)。

二氧化氯废水的卫生问题是由氧化引起的。二氧化氯发生氧化，影响微生物的繁殖和代谢。一般认为二氧化氯的氧化能力是氯气的2.5倍以上。二氧化氯的氧化还原电位(0.95V)远低于氯气(1.36V)，但其氧化能力(5)远高于氯气(2)。氧化还原电位(ORP)测定氧化剂与易氧化材料反应的强度或速度。虽然二氧化氯的ORP低，但它对与其反应的易氧化材料的类型选择性更强。二氧化氯以特定的有机分子作为目标，所述有机分子包括半胱氨酸、酪氨酸、甲基离子基(methoionyl)、DNA和RNA。相比之下，氯气和臭氧反应范围更广。氧化能力表明，以摩尔计，二氧化氯比氯气消毒能力更强。二氧化氯的选择性和氧化能力使其成为比氯气更强的氧化消毒剂(“二氧化氯二次消毒系统的评估”，弗兰克P·斯达林三世(Frank P.Sidari III)和珍妮·范贝利森博士(Jeanne VanBriesen)，水及废水处理，星期四，2002-10-24 13:39)。

二氧化氯会使溶液中的悬浮颗粒相互吸引，使其易于过滤。因此，浑浊的水很容易被二氧化氯和过滤器净化。

二氧化氯对多种病原体有效，但有其局限性。在二氧化氯浓度为0.75-5ppm(百万分率)的水中，霉菌和酵母菌孢子减少80-99％。使用二氧化氯，细菌和病毒也大大减少。

铁和锰的含量可能降低二氧化氯的有效性。在许多生产操作中，铁可能存在于水中。因此，优选地，在消毒之前过滤含有这两种金属之一的液体。

浓缩二氧化氯气体(大于30％的空气体积)是自发爆炸性的。二氧化氯不能储存或运输，因为它在正常条件下不稳定并且可在压力下爆炸。因此，有必要对反应中产生的气体进行稀释。空气和氢气通常被用作稀释气体。二氧化氯可以以例如约高达10克/升的浓度溶解在水中。

各种因素可能会影响氯化合物的消毒能力。这些因素包括有机材料的存在、pH值、温度、浓度、接触时间等。