用於確定自由基消耗勢能的方法和設備的製作方法
2023-05-29 10:42:21 1
用於確定自由基消耗勢能的方法和設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於確定水的自由基消耗勢能的方法，並且包括對水中的至少一種參考物質由於以至少一個波長在100nm至350nm範圍中的UV光來輻照而引起的分解的確定，並且描述了一種用於執行這種確定的設備，所述確定的目的是控制用於水的氧化處理的工藝。
【專利說明】用於確定自由基消耗勢能的方法和設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於確定水的自由基消耗勢能(Radikalzehrungspotential)的方法,並且包括對水中的至少一種參考物質由於以至少一個波長在10nm至350nm範圍中的UV光來輻照而引起的分解的確定，和一種用於執行這種確定的設備。
【背景技術】
[0002]為了控制用於水的氧化處理的、即水的氧化製備、清潔和/或消毒的AOP系統(Α0Ρ英文=Advanced Oxidat1n Process「高級氧化技術」)，如今使用下述參數,所述參數給出關於水基體的組分的信息進而僅間接地確定所生成的自由基的消耗。當前，僅使用「經典」參數、如T0C、渾濁度、UV-T和測量特定參數、如溶解的臭氧或過氧化氫來控制AOP設備。這些參數需耗費地測量並且用於此的儀器大多是昂貴的。這些參數與控制目的的聯繫是複雜的並且取決於多個不同的因數。此外，劑量和效果(例如微量物質的分解)之間的關聯是未知的並且僅能耗費地測量，因為必須執行物質特定的分析。
[0003]至今為止，通過水基體進行的OH自由基的消耗(用量)和所述消耗的測量是未知的。當前，在一些設施中產生過多的OH自由基(由此產生生產資源的更高的消耗)，以便預防「自由基消耗的效應」(掃氣)。自由基消耗因能夠自然地存在於水中的有機的和無機的物質、例如碳酸鹽引起。
[0004]CN 1869684 A涉及用於在廢水處理期間測量需氧的微生物的需氧量的方法和設備。
[0005]US 2006 240558 A提出用於確定水樣的化學需氧量(COD)的方法和設備。
[0006]CN 1372141 A公開用於水中的有機生物體分解以達到全面的水質量目標的測試和評估方法，尤其是使用參數B0D5/C0D，CO2形成和ATP。
[0007]JP 9292388 A研究用於確定基於含氟的樹脂的潤滑薄膜的分解的方法，其中測量氟化物離子的濃度。
[0008]EP O 388 590 A2涉及用於確定有機化合物包括全部氣相或液相的分解產物的方法，其中氣態的或液態的樣品被轉移到限量的水中，其中有機化合物光解分解。分解產物在載氣中和/或在受限的水量中被證實。
[0009]DE 43 16 452 Cl描述用於藉助於AOP組合、即UV和過氧化氫分解水中的聚合的有機的有害物質的方法；然而沒有指出測量方法。
[0010]US 2010/0206787 Al提出用於藉助於UV輻射和氧化劑以高級氧化技術(Advanced Oxidat1n Process,AOP)處理液體的系統。所述系統通過調節工藝來控制，其中所描述的測量技術使用兩個化學傳感器並且確定液相的氧化劑、尤其是臭氧的含量從而控制UV劑量。
[0011]US 2008/0179178 Al公開同樣基於AOP方法用於清潔廢水的UV反應器。使用UV光源和二氧化鈦層作為催化劑用於製備羥基自由基，其中涉及用於大規模使用的對此所需的UV反應器的結構並且不涉及OH自由基的測量方法。
[0012]EP I 008 556 A2提出藉助於光輻射和超聲波、即組合的光學和聲學處理對載有有害物質的廢水去汙的方法，其中附加地也能夠使用氧化劑如臭氧；然而沒有提出測量方法。
[0013]至今為止，用於確定水的自由基消耗勢能的方法並且其用於有效地控制AOP系統的生產資源的用量的使用是未知的。
【發明內容】
[0014]因此本發明的目的是:優化或降低ATP系統中的生產資源的用量和用於水的氧化處理的方法和設施。特別地，本發明的目的是:提出一種用於控制用於水的氧化處理的工藝的方法和設備。
[0015]因此，本發明提供:
[0016](i) 一種用於確定水的自由基消耗勢能的方法，所述水包含工藝特定的過氧化氫濃度，所述方法包括確定水中的至少一種參考物質由於以UV光來輻照而引起的分解；
[0017](ii)根據⑴的方法，包括下述步驟:
[0018](I)將至少一種參考物質添加給水樣，並且混合全部上述組分，
[0019](2)以至少一個波長在10nm至350nm範圍中的UV光在輻照單元中輻照在步驟(I)中獲得的混合物，
[0020](3)藉助於至少一個波長在300nm至700nm、優選600nm至660nm的範圍中的光測量在步驟(2)中獲得的被輻照的混合物的吸收，
[0021](4)在波長與在步驟(3)中相同的情況下測量在步驟⑴中獲得的、作為對比混合物的、未處理的混合物的吸收以作為參考測量，以及
[0022](5)從在步驟(3)和(4)中獲得的測量值的差直接確定參考物質的分解以作為所述參考物質的分解的量。
[0023](iii)根據(i)或(ii)的方法，其中所述參考物質是顏料；
[0024](iv)根據實施方式⑴至(iii)中的一項所述的、用於控制水的氧化處理、尤其是水的氧化製備、清潔、和/或消毒的方法氧化製備；
[0025](V) —種用於適合於執行如在實施方式⑴至(iv)中所限定的方法的設備，包括:
[0026]I)至少一個儲備容器，所述儲備容器包含至少一種參考物質的溶液，
[0027]2)至少一個混合設備，所述混合設備通過將水與至少一種參考物質混合來提供水樣，
[0028]3)雙路UV輻照儀器，其中在一個室或單元(輻照單元)中以UV光輻照來自於混合設備的水樣並且優選藉助於另一個室(對比室)記錄UV光的強度，其中所述雙路UV輻照儀器具有200nm至300nm的發射波長，和
[0029]4)雙路光度計，其中在一個室或單元(測量單元)中藉助於至少一個波長在351nm至800nm的範圍中的光測量來自於輻照單元的水樣的吸收，並且在另一個室(對比室)中在波長與在所述測量室單元中相同的情況下測量來自於混合設備的、未處理的水樣(對比樣品)的吸收；以及
[0030](vi)根據實施方式(V)所述的設備，附加地包括用於控制水的氧化處理的控制設備。
[0031]在此描述的發明的優點是:通過參考物質、例如亞甲基藍的自由基分解直接測量水的自由基消耗特性。通過該參數能夠對設施就運行成本更加有效地控制，因為直接並且立即地確定OH自由基的瞬時消耗並且不必間接地對其評估。該參數的確定和其與第二(標準)參數(例如UV-T測量)的組合以及由此得出的對AOP系統的控制提供顯著的優點，所述優點在此之前是未知的，因為至今為止不存在最終的控制理念。
[0032]在此描述的在線監控系統基於下述效應:參考物質如亞甲基藍能夠通過羥基自由基分解或降解。分解速率受到已經添加有參考物質的水的有機的和無機的背景影響。
[0033]參考物質的分解在輻照室中進行，其中應用限定的UV光劑量並且形成所需的羥基自由基。UV劑量在使用填充有空氣的對比室的條件下被記錄和控制。
[0034]參考物質的分解速率能夠藉助於對可見光的測量在使用亞甲基藍作為參考物質的情況下在600nm至660nm波長中、在對比樣品(未用UV光福照)和已處理的樣品中來確定。該測量的結果是水基體的自由基消耗勢能(自由基掃氣勢能)。
[0035]因為氧化處理系統如高級氧化技術的性能決定性地受到水的有機的或無機的背景(消耗勢能)影響，所以使用所描述的方法的在線監控系統可能能夠調節和控制處理系統，這節約運營成本並且保證實現全部處理目標。
[0036]為了控制水的氧化處理的目的，對此尤其是將水的氧化處理理解為尤其是通過使用不同的方法步驟、如UV輻射、過氧化氫或其組合來進行的水的氧化製備、清潔和/或消毒，並且為了控制用於上述使用領域的設施的目的，藉助根據本發明的方法確定的分解速率適合於作為控制或測量值:參與自由基形成的方法步驟(自由基形成劑)的計量與所確定的自由基消耗速率相關，即主要與以UV輻射輻照水、混入水的過氧化氫的量和/或混入水的臭氧的量相關。所確定的消耗速率越高，就越多地計量至少一種自由基形成劑，所確定的分解速率越低，就越少地計量至少一種自由基形成劑。通過這種控制方式能夠確保自由基形成劑或生產資源的最佳的、儘可能節約的使用或用量。
[0037]在水的氧化處理中尤其有效的是進而根據本發明優選的是組合所使用的自由基形成劑、即分別組合UV輻射和過氧化氫、UV輻射和臭氧、過氧化氫和臭氧以及UV輻射、過氧化氫和臭氧。
[0038]在步驟(2)中所描述的且用於輻照水的UV光具有10nm至350nm、優選150nm至300nm、尤其優選254nm的波長。以UV光輻照例如能夠包含過氧化氫的水樣用於製造羥基自由基。該輻照在限定的時間段中進行。例如能夠設有在I秒和I小時之間的預選的時間段。
[0039]在根據本發明的方法中，在步驟(2)中所使用的UV光的強度能夠通過藉助於填充有氣體、優選空氣的對比單元同時進行的對比測量來確定和記錄。
[0040]對下述光的波長的選擇與所使用的參考物質相關，尤其是與其吸收最大值相關，所述光用於測量在步驟(3)中獲得的被輻照的混合物的吸收，也就是說，優選使用下述波長的光，其中存在參考物質的吸收最大值。根據本發明，能夠使用至少一個波長在300nm至700nm、優選600nm至660nm的範圍中的光。對吸收的測量優選以測量光度的方式進行。
[0041]參考物質優選是在波長範圍為300nm至700nm的可見光中進行吸收的物質。尤其優選的是顏料亞甲基藍作為參考物質。
[0042]通過輻照步驟(2)中的參考樣品和被處理的樣品測量水因參考物質引起的著色。輻照優選如下進行:
[0043](a)在步驟(3)中在可預選或已經預選的時期內進行、例如在I秒和I小時之間進行，和
[0044](b)在步驟(4)中在時間上並行於步驟(3)中的測量執行測量，如在(a)中所描述的那樣。
[0045]對參考物質的分解的確定尤其包括確定該參考物質的分解速率。該分解速率尤其能夠通過記錄在步驟(5)獲得的差值來確定。
[0046]在根據本發明的方法中，優選根據編號在時間上依次地進行步驟(I)至(5)，即步驟(2)跟隨步驟(I)、步驟(3)跟隨步驟(2)等。優選地，步驟(3)和(4)時間上並行地進行或在時間上基本上並行地進行，以便因此能夠與有關設備的給定條件、如測量單元的固有吸收無關地再現在各個吸收波長中的強度。
[0047]根據本發明的方法尤其適合於控制用於水的氧化處理、尤其是用於水的氧化製備、清潔、和/或消毒的系統。所述系統能夠由下述部件的組合構成，其中在此附加地描述待調節的參數:
[0048](a)藉助於在10nm至350nm範圍中的UV光的輻照和對該輻照的控制；
[0049](b)添加過氧化氫並且控制過氧化氫的添加；
[0050](c)添加臭氧並且控制臭氧的計量。
[0051]包含過氧化氫的當前濃度的水經由旁路被引導至設備。如果水由於工藝不應包含過氧化氫，那麼該過氧化氫在設備上遊必須通過混合單元輸送給水。
[0052]用於執行根據本發明的方法的設備包括:
[0053]I)至少一個儲備容器，所述儲備容器包含至少一種根據本發明使用的參考物質的優選的水溶液，
[0054]2)至少一個混合設備，所述混合設備用於將上述描述中的水與至少一種參考物質
(I)優選均勻地混合，
[0055]3)雙路UV輻照儀器，其中在一個室或單元(輻照單元)中以UV光輻照出自在(2)中限定的混合設備的水樣並且優選藉助於另一個室(對比室)記錄所述UV光的強度，其中所述雙路UV輻照儀器具有200nm至300nm的波長，和
[0056]4)雙路光度計，其中在一個室或單元(測量單元)中藉助於至少一個波長在351nm至800nm的範圍中的光測量出自(3)中的輻照單元的水樣的吸收，並且在另一個室(對比室)中在波長與在測量室中相同情況下測量出自在(2)中限定的混合設備的、未處理的水樣(對比樣品)的吸收。
[0057]所述設備當其用於控制水的氧化處理、尤其是水的氧化製備、清潔、和/或消毒時也能夠包括用於氧化處理的、尤其是用於水的氧化製備、清潔、和/或消毒的處理系統或者AOP系統，氧化製備並且控制該處理系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0058]對此根據具有圖1至4的附圖描述根據本發明的一個實施方式的方法和有關設備的部件。
[0059]圖1不出AOP系統(AOP = Advanced Oxidat1n Process)。水與過氧化氫混合併且在該情況下被引導途經UV輻射器(UV反應器)。同樣，能夠通過臭氧系統取代UV輻射器。水的一部分在進入處理系統之前繞行到在線監控系統中並且移送給圖2中的組件。
[0060]圖2示出亞甲基藍的添加。亞甲基藍的儲備溶液被添加給水並且以一定方式方法混合，使得整個亞甲基藍在水樣中均勻分布。該混合物的一部分為了以UV輻射來輻照而進入圖3中的組件中。該混合物的另一部分關於圖4作為參考樣品被轉送。
[0061]圖3示出雙路UV輻照儀器，其中在一個室或單元中以UV光輻照圖2中的水樣並且在另一個室(對比室)中記錄UV光的強度。在輻照之後，將水樣被轉送至步驟4(圖4)。
[0062]圖4示出雙路光度計，其中在一個室或單元中在波長為600nm至660nm的情況下測量圖3中的被UV輻照的水樣的吸收並且在另一個室中在波長相同的情況下測量由亞甲基藍構成的、與圖2中的水(對比樣品)混合的未處理的樣品的吸收。
[0063]該方法通過吸收中的差直接確定亞甲基藍的分解。在測量之後，水樣能夠被丟棄或者運送回水處理系統。
【權利要求】
1.一種用於確定水的自由基消耗勢能的方法，所述方法包括確定水中的至少一種參考物質由於以至少一個波長在10011111至35011111的範圍中的—光來輻照而引起的分解。
2.根據權利要求1所述的方法，包括下述步驟: (1)將至少一種參考物質添加給水樣，並且混合全部上述組分， (2)以至少一個波長在10011111至35011111的範圍中的口V光在輻照單元中輻照在步驟(1)中獲得的混合物， (3)藉助於至少一個波長在30011111至70011111、優選60011111至66011111的範圍中的光，測量在步驟(2)中獲得的被輻照的混合物的吸收， (4)在波長與在步驟⑶中相同的情況下測量在步驟⑴中獲得的、作為對比混合物的、未處理的混合物的吸收以作為參考測量，以及 (5)從在步驟(3)和(4)中獲得的測量值的差直接確定所述參考物質的分解作為所述參考物質的分解的量。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述自由基是羥基自由基。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的方法，其中使用過氧化氫以形成自由基。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的方法，其中所述參考物質是在波長範圍為30011111至70011111的可見光中進行吸收的材料、優選是亞甲基藍。
6.根據權利要求2至5中的任一項所述的方法，附加地包括通過藉助於對比單元的對比測量同時記錄步驟(2)中的所述-光的強度。
7.根據權利要求2至6中的任一項所述的方法，其中 (幻在步驟⑵中在能預選的、1秒至1小時的時間段內進行輻照， (^)在步驟(3)中在能預選的、1秒至1小時的時間段內進行測量，和/或 (0)在步驟(4)中在時間上並行於步驟(3)中的測量進行測量。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的方法，其中對至少一個參考物質的分解的確定包括確定所述參考物質的分解速率。
9.根據權利要求2至7中的任一項所述的方法，其中通過在時間上記錄在步驟(5)中獲得的差值中的至少兩個，確定至少一個參考物質的所述分解速率。
10.根據權利要求2至9中的任一項所述的方法，其中所述步驟(1)至(5)在時間上從步驟(1)至步驟(5)依次執行，其中優選所述步驟(3)和(4)在時間上並行地執行或在時間上基本上並行地執行。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的方法，所述方法用於控制水的氧化處理、尤其是水的氧化製備、清潔、和/或消毒。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述氧化處理包括: (幻以在100=0至350=0範圍中的口 V光輻照並且對所述輻照進行控制，和/或 (^)添加過氧化氫並且控制過氧化氫的添加，和/或 (￠)添加臭氧並且控制臭氧的計量。
13.一種用於適合於執行如在權利要求1至12中所限定的方法的設備，所述設備包括: 1)至少一個儲備容器，所述儲備容器包含至少一種參考物質的溶液， 2)至少一個混合設備，所述混合設備用於通過將水與至少一種所述參考物質混合來提供水樣， 3)雙路-輻照儀器，其中在一個室或單元(輻照單元)中以-光輻照出自所述混合設備的所述水樣並且優選藉助於另一個室(對比室)記錄所述⑶光的強度，其中所述雙路—輻照儀器具有20011111至30011111的發射波長，和 4)雙路光度計，其中在一個室或單元(測量單元)中藉助於至少一個波長在351！！！！！至800=0的範圍中的光測量出自所述輻照單元的水樣的吸收，並且在所述另一個室(對比室)中在波長與在所述測量室中相同的情況下測量出自所述混合設備的、未處理的水樣(對比樣品)的吸收。
14.根據權利要求13所述的設備，附加地包括用於控制水的氧化處理的控制設備。
【文檔編號】G01N21/33GK104364634SQ201380028896
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年3月15日 優先權日:2012年5月30日
【發明者】阿希姆·裡德, 延斯·沙伊德勒, 阿爾內·維蘭德 申請人:賽萊默水解決方案赫福德有限公司