受汙染液體的處理的製作方法
2023-11-08 14:24:52 2
受汙染液體的處理的製作方法
【專利摘要】用於處理受汙染液體以從所述液體中清除汙染物的設備和方法。該設備包括具有電化學再生能力的碳基吸附劑材料層，至少一對可操作地將電流穿過所述層來再生吸附劑材料的電極，以及以一定流速導入受汙染液體進入所述層以接觸所述吸附劑材料的裝置，所述的流速足夠高以使所述液體穿過所述層，但低於流化吸附劑材料層所需的流速。
【專利說明】受汙染液體的處理
[0001]本發明涉及通過接觸吸附劑材料來對受汙染的液體進行處理的方法和設備。其具有具體的但不局限的用於處理受汙染液體以清除有機汙染物的應用。
[0002]已經發展了很多方法來淨化包含了不良的或不需要的物種的液體。現有技術中的方法典型地利用到吸附工序，其將汙染液體接觸合適的吸附劑材料，吸附劑材料具有親和力和能力，能夠從大量液相中將汙染物吸附進吸附劑材料的毛孔中。然而，這個處理僅僅當汙染物以分散相存在於液體中時才是有效的。用吸收的方式來移除液體中已溶解的汙染物是不有效的。
[0003]本發明的一個目的是避免或緩解現有的處理受汙染液體的方法和/或設備中所存在的問題。
[0004]本發明的第一方面提供處理受汙染液體以從所述液體中清除汙染物的設備，該設備包括一層具有電化學再生能力的碳基吸附劑材料，至少一對能通過電流穿過所述層來再生吸附劑材料的電極，以及允許受汙染液體以一定流速進入所述層來接觸所述吸附劑材料的裝置，該流速足夠高以使得液體穿過該層，但低於將該吸附劑材料層流化所需的流速。
[0005]根據本發明的第二方面，提供一種從受汙染液體中清除汙染物的方法，該方法包括允許受汙染液體以一定流速進入具有電化學再生能力的碳基吸附劑材料層，該流速足夠高以使液體穿過該層，但低於將該層中的吸附劑材料流化所需的流速；以及使電流通過該層以再生那些已經從受汙染液體中吸附了汙染物的吸附劑材料。
[0006]這樣，控制受汙染液體進入吸附劑材料層在同一層吸附劑材料中的流速，以便讓液體流過該層，但確保吸附劑材料留在該層內再生以能夠使吸附以及再生過程在同一層吸附劑材料內同時進行。因此，首選的是讓電流通過吸附層並同時使受汙染液體進入吸附層。當該吸附劑材料從受汙染液體中吸附汙染物的時候，在同樣的吸附層內，施加的電流導致從吸附的汙染物衍生的氣體產物從吸附劑材料中釋放，從而再生該吸附劑材料以及恢復其吸附更多汙染物的能力。
[0007]通過對吸附劑材料的受控攪拌可實現使受汙染液體與吸附劑材料的接觸。受控攪拌可通過在壓力下將一束或優選的多束、平行的汙染液噴流注入吸附劑層來實現。每束獨立的受汙染液體流可產生一圓柱形或漏鬥形的受汙染液體通道，該通道穿過吸附劑層，從吸附劑層的較低區域吸引吸附劑材料微粒並夾帶著吸附劑微粒穿過吸附劑層向上。吸附劑材料的下沉流產生於受汙染液體的上升流周圍，並因此導致吸附劑材料在吸附劑層內部定義了沿著環形路徑流動的一離散的環形吸附劑材料流。
[0008]在受汙染液體和吸附劑材料的上升通道中，吸附劑材料通過吸附過程將汙染物從受汙染液體中分離，由此汙染物吸附在吸附劑材料顆粒的表面。
[0009]當受汙染液體和顆粒吸附劑的上升通道處於吸附劑層的頂部時，淨化後的液體可累積或積蓄在貯液器中，並且吸附劑材料仍然保持在所述吸附劑層中。淨化後的液體從使用的吸附劑材料中釋放或充分釋放，然後如預期地通過出流被釋放出來。液體的淨化程度可以通過對貯液器內積 聚的液體抽取一個或多個樣本來監測，並且該液體可被進一步處理。[0010]由於吸附劑材料的環形流在吸附劑層形成，電極被操作以使電流通過吸附劑層。吸附劑材料向下流過的區域具有足夠高的斂集率(單位面積的吸附劑顆粒數量)因此以足夠的導電性來促進所述吸附劑材料的電化學再生。這氧化了被吸附的汙染物並以碳化氣體和水的形式將它們釋放出來，由此再生吸附劑材料並恢復吸附劑材料進一步吸附汙染物的能力。
[0011]所述電極優選地在吸附劑層的整個高度和厚度上延伸，以為了再生的需要而最大化地接近吸附了汙染物的吸附劑微粒。所述電極典型地布置在吸附劑層的相對的兩邊。沿著每一邊都布置多個電極。可選地，在運行期間，多個電極被水平地布置以允許不同的電流施加在吸附劑層的不同高度上。例如，在吸附劑層的頂部，吸附劑材料會完全吸附有機物，所以這就需要比在吸附劑層底部更大的電流，因為在吸附劑層底部吸附劑材料的再生已被充分地進行。
[0012]在使用中，在電極之間施加電壓，或連續或交替，來使得電流通過吸附劑材料，並以以下述文獻描述的方式再生吸附劑材料:「Electrochemical regeneration ofa carbon-based adsorbent loaded with crystal violet dye，，；N W Brown, E P LRoberts,A A Garforth and RAW Dryfe ；Electrachemica Acta49 (2004)3269-3281和 「Atrazine removal using adsorption and electrochemical regeneration，，；N W Brown,E P L Roberts, A Chasiotisj T Cherdron and N Sanghrajka ；WaterResearch39(2004)3067-3074。
[0013]受汙染的液體必須與吸附劑材料以一段充分的時間接觸以達到符合要求的淨化，也就是，汙染物從液體到吸附劑材料的轉移。通過控制受汙染液體通過吸附劑層的速度來保證令人滿意的淨化時間 。這取決於受汙染液體注入容器的初始速度以及吸附劑層的斂集率(packing)和高度。
[0014]在吸附劑層內受汙染液體的最大速度宜於是剛好低於引起吸附劑顆粒流化的速度。當受汙染的液體的速度高於吸附劑顆粒的沉降速度時會產生流化。吸附劑顆粒的沉降速度可由斯託克(Stoke)定則計算得到，其取決於顆粒粒徑、顆粒密度和顆粒形狀。受汙染液體的最小速度需要用來定義環形路徑的速度，沿著該環形路徑，吸附劑材料可在吸附劑層內流動。當吸附劑層具有足夠低的斂集率(packing)以允許吸附劑材料自由運動時，會產生吸附劑材料的路徑。然而，吸附劑層被電化學再生的效率取決於吸附劑層內的吸附劑材料的高斂集率(packing)。因此，受汙染液體通過吸附劑層的速度和吸附劑層的斂集率(packing)是相互依賴的,並且當優化每一個參數時應考慮到其他參數。
[0015]本發明中最佳的運行效率參數可由本領域技術人員根據將被處理的有機物的吸附性和電化學氧化特徵來確定。處理通常為限定在吸附上或限定在電化學氧化上。例如，包含有容易被吸附在吸附劑材料上但不易被電化學氧化的有機汙染物的廢液，需要短的與吸附劑材料接觸時間和聞的通過電池的電流。另外的實施例，包含有不易被吸附但容易被電化學氧化的廢液就需要長的與吸附劑材料接觸時間和低的通過電池的電流。
[0016]因此，可以理解的是本發明中的設計參數和運行參數可根據特定的廢液流來進行特定的選擇以最優化處理效率。
[0017]從貯液器中移除處理好的液體可用任何合適的方式來進行。例如，一個或多個泵可用於使得淨化後的液體流出貯液器，以用於存儲或其他需要的進一步的用途。可選擇地或進一步地，通過貯液器和相鄰的容器間的閥門或隔離的控制可實現移除，相鄰的容器例如是貯罐。對於最初含有特別高含量的汙染物的液體，可能可取地需要從貯液器中將一些或全部處理過的液體回流到吸附劑層進行進一步處理。這樣做的需要可通過參照測試離開貯液器的處理過的液體的樣品來確定。這可被用作「失效保護」機構，例如，在新位置的處理循環的開始階段或處理一新的受汙染液體源時，或僅僅是在處理嚴重受汙染的液體時，並且尤其重要的是，為了健康和安全的原因，經處理的液體大體上要去除了原汙染物。
[0018]通過控制允許流入吸附劑層的受汙染液體的體積和速率以及流出貯液器的液體流，本發明中的方法和設備是能夠以分批的方式、連續的方式或半連續的方式來運行的。
[0019]可取的是在吸附劑層下面的板上具有最佳的開口分布，以允許在將受汙染液體注入吸附劑層時，形成最大量的離散的環形吸附劑材料流。如果這些開口靠得很近，流路會互相干擾並可能擾亂彼此，產生吸附劑材料不可預知的運動或在吸附劑層的頂部聚集吸附劑材料和受汙染液體。如果開口離得很遠，在受汙染液體上部噴流之間的吸附劑材料會變得停滯，導致電流通過沒有吸附汙染物的吸附劑層的部分而浪費能源。這可以通過利用惰性材料(塑料)代替任何盲點來消除，惰性材料可以作為導管以將吸附劑材料導向板上的開□。
[0020]從板上延伸出一個或多個垂直導管，所述導管以一個或多個從板延伸的線性陣列的方式被提供。在一個實施方式中，線性陣列自限定腔室的至少一對相對的壁上等距延伸。在另一個實施方式中，線性陣列相對於限定腔室的至少一對相對的壁對角地延伸。
[0021]適於本發明的方法中的吸附劑材料是能夠從液相中方便地分離出和能夠電化學再生的固體材料。優選的吸附劑材料包括具有電化學再生能力的吸附劑材料，例如未膨脹夾層石墨(UGICs)和/或活性炭，優選為粉狀或薄片狀。典型的適合用於本發明的單UGIC顆粒具有大於1000OQ-1Cm1的電導率。然而要理解的是，由於顆粒/顆粒的邊界存在電阻，在吸附劑材料顆粒層中電導率會明顯更低。因此需要使用儘可能大的顆粒來保持電阻儘可能低。另外，更大的顆粒會使得沉澱更快以允許更高的流速。然而，顆粒粒徑的增大會導致可用表面積的減小，這就要求在高沉澱速度和低電壓間找到平衡以防止由於表面積減小導致的的吸附能力的減小。然而要理解的是，已經製造出大量的不同UGIC材料，其具有不同的吸附性，可以選擇不同的UGIC材料以適合本發明的方法的特定應用。吸附劑材料可以只由UGIC組成或由石墨和一種或多種其他吸附劑材料的混合物組成。該吸附動力學特徵應該為快。
[0022]材料進行電化學再生的能力取決於它們的電導率、表面化學屬性、電化學活性、形態、電化學腐蝕特性以及這些因素的複雜的相互作用。電導率的大小對電化學再生是必要的，高的電導率是更有利的。另外，被吸附物的電化學氧化動力學特徵必須快速。該動力學特徵取決於當破解汙染物時，用於氧化反應的吸附劑表面的電化學活性。另外，電化學再生可在吸附劑表面產生腐蝕性很強的條件。在再生情況下的吸附劑材料的電化學腐蝕率應該很低，以使吸附性能在吸附和再生的循環中不會下降。另外，通常由於不導電材料在表層的形成，一旦進行電化學再生，一些材料可能鈍化。例如，在吸附劑表面的汙染物(例如苯酚)聚合可能會導致以上情況。另外，吸附劑材料上的汙染物的電化學分解會產生反應產物，其必須從吸附劑材料表面移走。順利地從吸附劑材料表面移走由再生吸附劑材料產生的產物的能力，取決於吸附劑材料的表面結構和化學屬性。[0023]可以理解的是，適於本發明的吸附劑材料具有吸附能力。材料的吸收能力是不重要的，並且其實際上可能不利。吸附過程通過汙染物和吸附劑表面的分子交互作用來完成。與之相比，吸收過程包括將汙染物收集和至少暫時保持在材料的孔內。
[0024]作為實例，膨脹石墨是公知的一系列汙染物的良好吸附體(例如每克化合物可吸附高達86克的油)。UGICs實際上沒有吸收能力。它們能夠吸附，但因為它們的表面積太小，所以它們的吸附能力也很弱(舉例來說，每克化合物可吸附高達7毫克的油)。這些數字證明了膨脹石墨和UGICs的吸附能力有四個數量級的差別。本發明中選擇使用UGICs起因於精心平衡其高的可再生能力和其相對低的吸附能力。
[0025]以連續、半連續或分批的方式實施該過程的設備已經優先記載在下述公開的國際專利申請中:W02007/125334、W02009/050485和W02010/128298。另外，尤其用於實施消毒目的該步驟的設備已經優先地記載在下述公開的國際專利申請中:W02011/058298。
[0026]可以理解的是，淨化受汙染液體的同時再生吸附了汙染物的吸附劑材料的能力提供了一種方法，該方法與很多現有技術中的方法相比在靈活性和有效性上有重大的改進。
[0027]在現有技術中的系統，顆粒-顆粒的磨損是由吸附劑材料的顆粒間的劇烈接觸產生的。顆粒-顆粒的磨損是造成吸附劑材料損壞及造成粉末產物的原因。吸附劑材料的損壞會影響吸附劑層的電導率，這是因為大顆粒產生更大的電化學再生效率。另外，粉末具有很小的直徑並很難從淨化後的液體中清除乾淨。與現有技術中的方法(包括在W02007/125334和W02010/128298中記載的)相比，本發明方法中吸附劑顆粒減少的運動減少了顆粒-顆粒間的磨損，並且由此最少化與之關聯的問題。 [0028]相較於在W02007/125334中記載的方法，本發明中的方法的另一個優勢是所述設備沒有內在幹擾，因此促進了吸附劑材料的電流的自由流動。
[0029]相較於在W02007/125334中記載的方法，本發明中的方法的另一個優勢是所述電極可以更大，因此只需更少的電池便能達到相同的處理效能。在本發明中，再生區域可以是整個處理容器的內部寬度，而不是在更大處理區域內限定的限制物理空間。電極尺寸的增加可允許更大的電流密度通過所述吸附劑層。在本發明中可選擇的一實施方式中，一個巨大的電極設置可在同一時間內電再生多過一個的吸附劑層。在一連串構造中堆疊多個處理區的能力能促進更強的處理效率。
[0030]本發明中的方法的進一步的優勢在於其允許對於特定的受汙染液體可選擇處理時期來進行處理。所述液體的淨化程度，以及所使用的所述方法可被監測。可以理解的是，處理區域的相對面積可跟隨處理需要進行改變。這種改變方法和處理區域面積的能力提供了一種具有顯著靈活性的過程。
[0031]相較於分批淨化的方法，包括在W02010/128298中描述的方法，本發明中的方法的優勢在於吸附和再生同時地、連續地在單個物理空間中發生，以及在液體流進貯液器時，吸附劑材料從淨化好的液體中自動地進行分離。因此，與分批處理的方法相比，用以完成包括吸附、分離和再生步驟的處理循環的時間顯著減少。
[0032]與分批和連續處理系統相比，進一步的優勢是減少所需的電極的數量。對於分批系統，這種減少會發生是因為電極一直在傳送電流而導致需要大量電極，然而在連續的分批操作中，系統大部分時間是在吸附和沉澱，所以電極沒被使用。在使用連續分批步驟的汙水處理中，再生的時間可少到只佔到運行時間的10%。與在W02007/125334中提到的連續步驟相比，電極的減少是由於以下方面:在不期望增加單位面積、成本和複雜性上，最大化了電極的使用面積並在此面積之上必須安置多個電極。
[0033]使吸附劑材料與受汙染液體接觸並同時在同一區域再生吸附劑材料的能力使得容器的物理尺寸顯著減小，從而可以提供一種緊湊的、可能的便攜設備。相反地，在本發明的一可選實施方式中，使用更大的容器可獲得更高的處理效率，這是因為相比於在W02007/125334和W02010/128298中記載的設備，更大的容器可容納更大的處理區域。
[0034]相較於現有的處理方法例如在W02010/128298中記載的方法，本發明中的方法的另一優勢是電極之間的距離可以更小。陰極膜處的再生效能最高，隨著靠近陽極的距離減小，再生效能逐漸減小。減小陰極和陽極間的距離可使得吸附劑材料的再生儘可能的快，使用儘可能少的能量，這是由於單位電壓會更低，和/或恢復儘可能高百分比的吸附劑材料的初始吸附能力。
[0035]相較於現有技術的消毒方法例如在W02011/058298中記載的消毒方法，本發明中的設備的一個優勢在於被處理的水直接流過電極之間。在受汙染液體中的二次氧化物種的直接衍生為二次電化學反應的結果，其為受汙染的液體提供了額外的消毒。因此優選的是電流通過層被實施，以便在受汙染液體中產生二次氧化物種以提供額外的消毒作用。
[0036]下面將通過實施例並參考附圖描述本發明，其中:
[0037]圖1是根據本發明的一個實施例的設備的透視圖；
[0038]圖2是圖1中的設備的下部的水平橫截面圖； [0039]圖3是本發明包括多個堆疊處理區域的進一步實施方式的側面示意圖；
[0040]圖4是圖1中貯液器的可選擇基底的頂部俯視圖，示出了再生電極的替代的排列；
[0041]圖5A-5C是液體穿過其進入處理區域的平板的不同實施方式的示意圖；
[0042]圖6是使用根據本發明的優選實施方式的設備的汙染物濃度隨時間增加而降低的曲線圖；
[0043]圖7是液體進入吸附劑層的表面速率(進入的流速除以所述層的橫截面面積)隨著層深度變化的變化曲線圖。
[0044]圖1示出了具有矩形水平橫截面的簡單容器I。在容器I的下部，顆粒吸附劑材料層2被支撐在平板3上。在平板3的下面是用於接收從進口 5流入的流化介質(未示出)例如受汙染液體的腔室4。在吸附劑材料層2的上方是貯液器6。額外的貯液器可安置在分離的隔室(未示出)內。出口7被設置在貯液器6的頂部。平板3定義了三個相等間隔的開口 8，受汙染液體可通過開口從腔室4進入吸附劑材料層2內。可使用任意需要的數量、任意需要的尺寸和/或形狀的開口 8。一般地它們是如展示的圓形的，或者具有不同的橫截面，例如，橢圓形、矩形或正方形。此外，開口 8具有相同或不同的尺寸和形狀。進一步地，一個或多個圓形開口 8可由分組的或聚集在一起的很多個更小的開口來替代，以限定出小開口陣列。在電極與受汙染液體接觸後用於再生吸附劑材料的電極為了清晰起見而在圖1中省略掉，但是在下面參照圖2中被描述。
[0045]圖2是容器I的下部的水平橫截圖，其用以更詳細地展示平板3及開口 8。圖2中也展示了電極10的兩個邊(bank) 9，其沿著平板3的相對更長的邊延伸，並從那裡向上延伸到位於貯液器6下面的吸附劑材料層2的頂部。吸附劑材料層2放置在容器I的壁內的平板3上，在電極10的兩個邊9之間。以上描述的設備2-10構成了處理區域11。
[0046]電極10的邊(bank)是可操作的，以通過電流穿過電極之間的材料。陰極通常被置於由多孔滲透膜或過濾織物限定的分離隔室(未示出)內，以保護其不直接與吸附劑材料接觸。多孔滲透膜能使陰極電解液透過泵送穿過隔室，陰極電解液可以是氯化鈉/硫酸鈉或任何其他導電性的鹽，並被用以控制PH水平和作為散熱劑來帶走電流通過吸附劑材料時產生的熱。陰極電解液也在陰極和膜之間提供導電性，以確保低的單位電壓。
[0047]本發明中使用的吸附劑材料是以碳基的並以顆粒的形式提供。
[0048]在使用中，受汙染液體通過進口管5傳送到腔室4中。受汙染液體在足夠的壓力下通過開口 8進入吸附劑層2。開口 8相隔足夠遠以確保沒有液體直接向上流過吸附劑層2，相反地通常圓柱形或更具體地漏鬥狀，在吸附劑層2內從每個開口 8形成液體的上升，其夾帶顆粒吸附劑材料。這種受汙染液體的漏鬥狀行為和被夾帶的吸附劑在圖1中以從每個出口 8處發出的三角形來示意性地描述。開口 8的間隔要選擇為確保每個上升液體的漏鬥和夾帶的吸附劑不會顯著地與鄰近的漏鬥互相干擾。開口 8之間也要有足夠的間隔以確保上升液體的漏鬥和夾帶的吸附劑分開足夠遠，以允許吸附劑顆粒在到達吸附劑層2的頂部後在重力下可以掉回到吸附劑層2。以下的實施例1中展示了研究平板開口 8的3種不同的排列的初始試驗結果。所有三種排列都工作得令人滿意，但是可以看到的是，定義出三排平行的具有直徑為1mm開口的平板表現得最差，其開口在平行於平板縱軸的方向以Icm間距開，並在平板平面內垂直於縱軸的方向以0.7cm間距開(見圖5A)。表現較佳的平板的開口排列由五個圓形的直徑為1mm的開口簇組成，每個簇有14個開口(見圖5B)。平行於平板的縱軸方向上每個簇之間的距離是1.85cm。每個簇中的一些外圍開口在簇之間的區域的方向上以60度角鑽成開口，以嘗試促進受汙染液體離散流的組成並在吸附劑層內夾帶吸附劑材料。雖然在圖5B中展示的在平板上以鑽成角度開口來嘗試改進運行，根據初步的研究，最佳的開口排列是平板定義出直徑是Imm的開口的兩個矩形簇，每個簇內有55個開口(見圖5C)。在每個簇內，在平板平面內，以及在平行和垂直於平板縱軸方向上，開口以互相之間是0.5cm的間隔排列。每個矩形簇沿著平板縱軸方向上的長度是5cm，兩個矩形簇沿著平板縱軸方向上以間隔6cm的距離分離。因而從這些初步的試驗中可以看出，需要的是包含多個開口的離散的、間隔的開口簇，並且通過大約與每個簇相同的寬度來間隔這些簇。
[0049]液體的上升推動吸附劑層2的吸附劑顆粒進一步分離，使得在每個開口 8處產生相關的吸附劑顆粒的局部膨脹層。在受汙染液體和吸附劑材料向上移動的期間內，吸附劑材料通過吸附過程將汙染物從受汙染液體中分離出來，由此，汙染物附著在吸附劑材料顆粒的表面。
[0050] 當受汙染液體的通路和顆粒吸附劑達到吸附劑層2的頂部時，淨化後的液體會聚集在貯液器6中。受汙染液體穿過開口 8進入吸附劑層2的流速可被控制，以使其低於能使吸附劑顆粒流化的速度。因此，在吸附劑層2頂部的吸附劑材料保持在吸附劑層2內，並圍繞受汙染液體和吸附劑材料漏鬥狀上升流的周圍向下流。吸附劑顆粒的向下流動可由通過將開口 8設置在吸附劑層2的底部來幫助，這是因為受汙染液體的進入可夾帶開口 8附近的(也就是朝向吸附劑層2的底部的吸)附劑顆粒。這樣，用於吸附劑材料的多個、離散的循環路徑在吸附劑層2內被建立。這是本發明和現有技術系統的基本的和重要的區別。相對於在容器內一對電極之間建立用於吸附劑材料的單個循環路徑，本發明提供了相對簡單和便捷的方式來建立需要數量的循環路徑，沿著這些路徑，吸附、分離和再生可在單個容器內發生。
[0051]下面的初步試驗證明了受汙染液體的入射流速大約在30到60L/h最佳，尤其地，最佳流速大約在30到50L/h。基於下面在實施例2中描述的初步試驗，入射流速大約在38L/h是最佳的。在實施例2中，也研究了吸附劑層高度改變的影響。層的高度直接與受汙染液體與吸附劑材料接觸的時間長度成比例，所以可設想到的是，更高的吸附劑層高度是理想的，以在穿過吸附劑層的單個通路中最大化淨化過程的效率。這些初始試驗的結果證實了使用具有大約10到20cm高度的吸附劑層是理想的，並且大約15cm是最佳的。
[0052]一旦吸附劑材料到達吸附劑層2的頂部，其裝載那些朝吸附劑層2底部掉落的需要再生的吸附的汙染物。當吸附劑材料沿著在吸附劑層2內建立的循環路徑流動時，電極10被操作來使得電流穿過吸附劑層2。吸附劑層2的更多導電部分是那些具有更高斂集率的吸附劑材料的區域。由於更高斂集的區域是在其中裝載的吸附劑材料向下流動穿過吸附劑層2的區域，因此再生電流穿過吸附劑層2最需要再生電流的區域。吸附劑顆粒的電化學再生以含碳氣體和水的形式釋放吸附的汙染物。為了可選擇的後續的處理，氣體既可通過容器I頂部的開口釋放出去，或者如果容器是密封的，可通過合適的閥門或口(未示出)釋放出去。
[0053]貯液器6內的淨化好的液體沒有或大體上沒有被使用的吸附劑材料，然後如所希望的通過出口 7被釋放出來。可選地，如果需要，液體可通過出口 7流回到入口 5以進一步淨化。淨化好的液體從貯液器6到一可選擇的額外液體貯存器(未示出)的運動可通過控制貯液器6內的液體深度來實現，以致液體的表面比貯液器6和額外的液體貯存器之間的隔牆的上邊緣周期性的高。這樣，處理過的液體周期性地越過隔牆的上邊緣流入額外的液體貯存器中。
[0054]受汙染液體與吸附劑材料接觸的時間長度可通過調整受汙染液體的流速來控制。可選擇地或另外地，接觸時間可通過調整吸附劑層的高度來控制。由此，受汙染液體中的汙染物濃度的變化可被迎合。
[0055]上面描述了大量不同的系統的運行參數，他們需要仔細地控制以確保處理過程有效地運行。例如，吸附劑層2應該擁有足夠低的斂集率以使得能夠建立用於吸附劑材料的離散的循環路徑，但是要足夠高以確保形成更高固體含量的區域，其能夠產生出足夠高的導電性，為了穿過使用的吸附劑層2的厚度而達到有效的電化學再生。一相關的因素是受汙染液體處室的最初注射速度，其應該足夠高以能夠建立用於吸附劑材料的離散的循環路徑，但不能高到流化吸附劑材料進入貯液器6。
[0056]圖3示出了本發明進一步的實施方式，其中多個處理腔室11A，11B, IlC以一系列排列堆疊在單個容器 I內。圖3中對那些在圖1和圖2中描述的相應的部件使用相同的附圖標記。沿著容器I相對更長的邊向上延伸的是圖2中示出的相似的通常排列的電極10(未示出)的兩個邊9。這種排列允許在使用圖1和圖2中示出的實施方式的相同數量的電極10的時候，運行多個處理循環，僅有的區別在於電極10需要具有更大的尺寸。另外圖3中示出的本發明的設備的附加的特色是設置在開口 8之間的間隔物12，其從平板3向上延伸到吸附劑層2的頂部。該間隔物12是用於減小吸附劑材料中相鄰循環路徑之間的相互幹擾。圖3中也示意性地示出了設置在開口 8之間的導管13，其從平板3向上延伸但其僅僅部分進入吸附劑層2。該導管13在單元內具有適當的尺寸、形狀和/或位置，以促進吸附劑材料從平板3向上穿過吸附劑層2的最適宜的流動。例如導管13可對角地穿過電化學單元，在吸附劑層內提供阻力功能。
[0057]圖4示出了本發明的另一實施方式，其中電極10的多樣性可以平行排列的方式緊密地排列在一單元內。穿過外部電極的電壓的施加能極化中間電極，所以在最遠部的陰極和陽極之間設置有效的一系列相互交替的陰極和陽極。這樣雙極電極的使用能促進產生隨電壓增長而成比例成倍增長的電流。這在吸附劑材料層內電極之間增加電壓來獲得更大電流上比簡單地穿過整個層來施加更大的電壓更有優勢。最佳的電極間的距離是從大約15mm到大約25mm ;這能使單位電壓保持在可接受的水平，而不產生吸附劑材料的堵塞，並允許釋放的汙染物以氣泡的形式逃逸。圖4也示出了一示意性的交替開口 8和導管13的排列，其以最優化受汙染液體流入吸附劑層的流動以最大化運行效率。
實施例
[0058]實施例1
[0059]根據在進口平板上開口的分布，通過試驗來觀察本發明中的設備的3種不同實施方式下的性能。在下面這些被描述為平板1、平板2和平板3。
[0060]用於試驗的受汙染液體模型是水溶酸性紫17。
[0061]在入口平板上設定的用於開口的孔的直徑是1mm。
[0062]平板I
[0063]平板限定了具有下述特徵的多個開口。
[0064]三排平行的開口。在平行於平板縱軸的方向上每個開口間的距離是1cm，在平板平面內垂直於縱軸方向上開口間的距離是0.7cm。
[0065]平板2
[0066]平板限定了具有下述特徵的多個開口。
[0067]五個圓形開口簇。每個簇內開口的數量是14個。平行於平板縱軸方向上每個圓形區域之間的距離是1.85cm。
[0068]外圍開口中的四個(在圖5B中標黑)在圓形區域之間的區域方向上以60度的角度鑽孔，以便促進受汙染液體的離散流的形成和吸附劑層內夾帶吸附劑材料。
[0069]平板3
[0070]平板限定了具有下述特徵的多個開口。[0071]兩個矩形開口簇，每個簇有55個開口。在平板平面內平行和垂直平板縱軸方向上開口間的距離都是0.5cm。每個矩形簇沿著平板縱軸方向上的測量長度是5cm，並且兩個矩形簇沿著平板縱軸方向上以6cm的距離分開。
[0072]根據本發明包含這三種平板的每一種的設備，監測汙染物濃度隨著時間的減少。結果見下面的圖6。
[0073]在處理期間，電壓和流速被監測。結果見下表1。
[0074]表1
[0075]
【權利要求】
1.用於處理受汙染液體以從所述液體中清除汙染物的設備，該設備包括具有電化學再生能力的碳基吸附劑材料層，至少一對可操作地將電流穿過所述層來再生所述吸附劑材料的電極，以及以一定流速導入受汙染液體進入所述層以接觸所述吸附劑材料的裝置，所述的流速足夠高以使得所述液體穿過所述層，但低於流化吸附劑材料層所需的流速。
2.根據權利要求1所述的設備，其中該設備包括一個或多個間隔的入口，所述受汙染液體在壓力下通過所述入口被導入所述吸附劑材料層。
3.根據權利要求2所述的設備，其中該設備包括多個所述入口，所述入口以足夠的距離間隔開以建立多個相應的穿過所述吸附劑層的離散的液體流路。
4.根據權利要求3所述的設備，其中所述多個入口的間距足夠限定出圍繞每個液體流路的區域，通過該區域，吸附了汙染物的吸附劑材料可流動，以便在所述吸附劑材料層內定義離散的吸附劑材料循環流。
5.根據權利要求2、3或4所述的設備，其中所述入口通過用於支撐所述吸附劑材料層的平板來定義。
6.根據權利要求5所述的設備，其中該設備進一步包括在所述平板下面的腔室，以容納未通過所述入口進入到所述吸附劑材料層內的所述受汙染液體。
7.根據權利要求6所述的設備，進一步包括一個或多個從所述平板垂直延伸的導管，所述導管以一個或多個線性陣列的方式延伸穿過該平板。
8.根據權利要求7所述的設備，其中該線性陣列從定義所述腔室的至少一對相對的壁上等距離地延伸 。
9.根據權利要求7所述的設備，其中該線性陣列相對於定義所述腔室的至少一對相對的壁上對角地延伸。
10.根據任一前述權利要求所述的設備，其中該設備包括與所述吸附劑層流體連通的貯液器，該貯液器適用於接收來自所述層的已經與所述吸附劑材料接觸的液體。
11.根據權利要求10所述的設備，其中提供用於測定所述貯液器中液體殘留汙染物水平，並且如果該汙染物水平高於閾值，使所述液體回流到所述吸附劑材料層以便進一步處理的裝置。
12.根據任一前述權利要求所述的設備，其中所述電極延伸穿過整個吸附劑材料層的高度和寬度。
13.根據任一前述權利要求所述的設備，其中多個電極沿著所述吸附劑材料層的每個邊來設置。
14.根據任一前述權利要求所述的設備，其中多個電極可操作以通過所述吸附劑材料層的不同區域施加不同的電流。
15.根據任一前述權利要求所述的設備，其中該碳基吸附劑材料是未膨脹夾層石墨和/或活性炭。
16.根據任一前述權利要求所述的設備，其中該碳基吸附劑材料是粉末狀或片狀的。
17.根據任一前述權利要求所述的設備，其中所述至少一對電極在受汙染液體導入進所述層的同時，可操作用於傳送電流穿過所述層。
18.根據任一前述權利要求所述的設備，其被設定為在所述受汙染液體中產生二次氧化物種來實現額外的消毒。
19.一種從受汙染液體中清除汙染物的方法，該方法包括:將受汙染液體以一定的流速導入具有電化學再生能力的碳基吸附材料層，該流速足夠高以使得該液體穿過所述層，但低於在所述層中流化吸附劑材料層所需的流速；以及傳送電流穿過該層以再生已經從受汙染液體吸附了汙染物的吸附劑材料。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述受汙染液體在壓力下通過一個或多個入口被導入所述吸附劑材料層。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述受汙染液體通過多個所述的入口被導入，所述入口以足夠的距離間隔開以建立多個相應的穿過所述吸附劑層的離散的液體流路。
22.根據權利要求21所述的方法，其中所述多個入口的間距足夠限定出圍繞每個液體流路的區域，通過該區域，吸附了汙染物的吸附劑材料可流動，以便在吸附劑材料層內定義離散的吸附劑材料循環流。
23.根據權利要求19-22中任一項所述的方法，其中來自所述吸附劑材料層的已經與所述吸附劑材料接觸的所述液體流入到與所述吸附劑材料層流體連通的貯液器中。
24.根據權利要求23所述的方法，其中所述貯液器中所述液體的汙染物的水平被計算並與閾值比較，以確定是否需要將所述液體回流到所述吸附劑材料層以作進一步處理。
25.根據權利要求19-24中任一項所述的方法，其中多個電極可操作以通過所述吸附劑材料層的不同區域施加不同的電流。
26.根據權利要求19-25中任一項所述的方法，其中在將受汙染液體導入到該層的同時，所述電流被傳送通過該層。
27.根據權利要求19-26中任一項所述的方法，其中所述電流通過所述層被傳送以實現在所述受汙染液體內產生二次氧化物種來提供額外的消毒。
【文檔編號】B01J20/34GK103974907SQ201280060808
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月9日 優先權日:2011年10月11日
【發明者】N·W·布朗, E·P·L·羅伯茨, N·D·L·埃拉·羅德裡格斯 申請人:阿維亞科技有限公司