用于处理包含有机污染物的液体的设备和方法技术

公开了一种用于处理包含有机污染物的液体(L)的设备，所述设备包括：用于将包含氧化组分的流体的微泡注入到液体中的装置，该氧化组分能够与亚铁阳离子Fe2+反应以生成羟基自由基OH○和过氧化氢H2O2；能够通过空化在所述液体内生成气泡的空化发生器；气泡内爆腔室；亚铁阳离子Fe2+的发生器，空化气泡内爆腔室设置在所述液体包含所述亚铁阳离子所在的区域中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于处理包含有机污染物的液体的设备。
技术介绍
生物方法被广泛地用于处理包含有机化合物的液体。然而，一些被称作“持久性有机污染物”或“POP”的有机化合物抗生物降解且可甚至对所用的微生物有毒从而降低了这些方法的有效性。为了减少这些有机化合物，可以采用吸附方法或者化学氧化方法。尤其，Glaze等描述的“高级氧化方法”(或AOP)[GlazeW.H.,KangandJ.W.ChapinD.H.,\Thechemistryofwatertreatmentprocessesinvolvingozone,hydrogenperoxideandultravioletradiation.OzoneSci.Eng.,9(1987),335-352]，为在环境温度和环境压力下操作来处理水的方法，其导致形成溶液形式且高含量的非常强的氧化剂羟基自由基(OH○)。AOP方法可包括用于在高的电流密度下在具有高的氧过电压的阳极的表面上处生成OH○的电化学方法，例如，在H2O2的存在下阳极氧化的方法。有利地，羟基自由基OH○对于有机化合物是高度活性的，因此能够通过自由基氧化来使非常稳定的有机化合物的分子裂解。根据下面反应，为了生成羟基自由基，芬顿(Fenton)方法特别包括亚铁阳离子引起的过氧化氢(H2O2)分解：为了有效，该方法将pH维持在2.0和4.0之间，其中最佳pH值为2.8。通常，因此必须提供pH调节装置。使用这样的pH调节是昂贵的、在技术上难以实施且总是需要额外的预防措施以保护设备和环境以及确保人员的安全。另外，Fenton方法涉及添加H2O2，其是昂贵的和复杂的。另外，Fe3+离子与OH-的反应导致产生由氢氧化物Fe(OH)3形成的沉淀。另外，亚铁阳离子Fe2+通常通过直接添加亚铁盐、尤其是FeSO4或者其他的固态的二价铁(II)和三价铁(III)的氧化物化合物，诸如赤铁矿、针铁矿和磁铁矿而获得。因此，必须安装专门的且复杂的工业子系统。最后，Fenton方法的效率仍是有限的。因此，需要一种新型的处理溶液，其可以至少部分地克服上述提到的一个或多个问题。
技术实现思路
根据本专利技术，通过用于处理包含有机污染物的液体的设备实现了该目的，所述设备包括：-能够通过空化在所述液体内生成气泡的空化发生器；-用于使所述气泡内爆的腔室；-亚铁阳离子Fe2+的发生器；-用于将包含基于氧的组分的基于氧的流体注入到液体中的装置，所述基于氧的组分能够与亚铁阳离子Fe2+反应以生成羟基自由基。根据本专利技术，用于使空化气泡内爆的腔室定位在所述液体包含所述亚铁阳离子所在的区域中。如将在说明书的以下部分更详细地看到，令人吃惊地，这种设备可以以简单且高效的方式利用减少的添加剂消耗、甚至不使用添加剂来高效地处理液体。所述空化发生器生成气泡，该气泡内爆形成复杂的热动力学和化学反应的组合。特别地，所述内爆对应于在温度和浓度上的显著的局部增加。令人难以理解地是，这些极端的局部条件会促进亚铁阳离子Fe2+和基于氧的组分的反应而生成羟基自由基。根据本专利技术的处理设备还可包含一个或多个下面的可选特征：-所述空化发生器配置成按数量计多于50％的所生成的空化气泡的直径在40μm和5mm之间、优选地在20μm和2mm之间；-所述空化发生器选自由无源式反应器(即，空化源自于该液体的加速引起的在液体内压力的突然下降)、超声发生器及其组合构成的组；-所述空化发生器不包含电动机。更优选地，它不包含移动部件；-内爆腔室优选地定位成相距亚铁阳离子Fe2+的发生器的下游小于0.5m、小于0.3m、小于0.1m的距离处，优选地紧靠亚铁阳离子Fe2+的发生器的下游；优选地，用于内爆空化气泡的腔室定位在生成亚铁阳离子的区域中；-优选地，所述内爆腔室定位在亚铁阳离子Fe2+的发生器的下游；-亚铁阳离子的发生器不需要任何用以运行的电能的提供；-亚铁阳离子的发生器包括在铁和第一导电材料之间的“Daniell(丹聂耳)”类型的电池、优选地由在铁和第一导电材料之间的“Daniell”类型的电池组成，该第一导电材料呈现出比铁更大的电极电位；-所述第一导电材料选自由石墨、石墨烯、不锈钢、镍合金、银、铂和金构成的组；-优选地，所述第一导电材料为石墨、石墨烯、不锈钢或镍基合金、尤其是哈氏合金(hastelloy)或者因科镍合金(inconel)；-电偶在由铁制成的主体和由所述第一导电材料制成的主体之间获得，所述两个主体分别通过接触且通过所述待处理的液体(构成电解质)彼此电连接；所述主体优选地是单块主体，即不是粉末；-所述亚铁阳离子的发生器优选地定位在空化发生器的下游，相距空化发生器的距离小于2米、优选地小于1米、优选地小于0.5米、优选地小于0.3米、优选地小于0.1米，甚至与空化发生器接触；-所述基于氧的流体为空气和/或过氧化氢和/或臭氧；-所述基于氧的流体优选地为气体和/或过氧化氢水溶液；-用于内爆空化气泡的腔室定位在所述液体包含所述基于氧的组分所在的区域中；-注入装置定位在空化发生器和/或亚铁阳离子Fe2+的发生器的上游；-所述注入装置优选地定位成相距空化发生器和/或亚铁阳离子Fe2+的发生器的距离小于0.5m、小于0.3m、小于0.1m；-所述注入装置优选地为能够将基于氧的流体的微泡引入液体中的微起泡器，所述微泡的直径小于100μm、优选地小于75μm，且优选地大于25μm、优选地大于50μm；-所述微起泡器包括多孔块和适于将所述基于氧的流体穿过所述多孔块注入到所述液体中的注入器；-所述多孔块是烧结材料，该烧结材料优选地由铜合金制成、或由不锈钢制成，例如由来自PallCorporation的PSSTM制成；-相对于待处理的液体的流动速率，用于注入由微起泡器生成的微泡的流动速率大于0.01％和/或小于1％、小于0.5％、小于0.1％(V/V)；-所述空化发生器和/或内爆腔室和/或所述亚铁阳离子的发生器被合并在流体动力学反应器中；-优选地，所述流体动力学反应器包括第一通道，该第一通道优选地在内部通过介电材料来限定、更优选地设置在由所述介电材料制成的块中，该第一通道朝下游出现在中间腔室中，所述液体通过所述第一通道使其加速和生成所述气泡，所述中间腔室构成所述内爆腔室；-优选地，且尤其如果中间腔室在内部没有通过铁来限定，则流体动力学反应器包括优选地在第一通道的上游的在内部通过铁限定的第二通道；-优选地，所述流体动力学反应器包括至少部分地由所述第一导电材料构成的外壳，以与铁构成电偶；-所述第一通道和/或所述第二通道呈现出汇聚然后发散的纵剖面；-所述流体动力学反应器包括一个、优选地两个、甚至多于两个的“改进的”反应模块，各个改进的反应模块自上游朝向下游由以下组成：可选的上游腔室；包括多个第二通道的第二块，该第二通道至少部分地、优选地完全地通过铁来内部限定；优选地中间腔室；包括多个第一通道的第一块，所述液体穿过所述第一通道使液体加速且生成空化气泡；和下游腔室，所述液体穿过所述下游腔室使液体减速且导致空化气泡内爆；-所述液体穿过所述第二通道使所述液体加速且生成空化气泡，优选地，改进的反应模块的第二通道出现在中间腔室中，该中间腔室能够使在所述第二通道内生成的空化气泡内爆；-优选地，流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理包含有机污染物的液体(L)的设备，所述设备包括：‑注入装置，所述注入装置能够将基于氧的流体的微泡引入到所述液体中，所述微泡的直径小于120μm且大于25μm，所述基于氧的流体包含能够与亚铁阳离子Fe2+反应以生成羟基自由基的基于氧的组分；‑空化发生器，所述空化发生器能够通过空化在所述液体内生成气泡；‑用于使所述气泡内爆的腔室；‑亚铁阳离子Fe2+的发生器；用于使空化气泡内爆的所述腔室定位在所述液体包含所述亚铁阳离子所在的区域中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.21 FR 14504891.一种用于处理包含有机污染物的液体(L)的设备，所述设备包括：-注入装置，所述注入装置能够将基于氧的流体的微泡引入到所述液体中，所述微泡的直径小于120μm且大于25μm，所述基于氧的流体包含能够与亚铁阳离子Fe2+反应以生成羟基自由基的基于氧的组分；-空化发生器，所述空化发生器能够通过空化在所述液体内生成气泡；-用于使所述气泡内爆的腔室；-亚铁阳离子Fe2+的发生器；用于使空化气泡内爆的所述腔室定位在所述液体包含所述亚铁阳离子所在的区域中。2.根据前一项权利要求所述的处理设备，其中，所述注入装置被配置成使得：-按算数平均值计，所述微泡具有小于100μm且大于40μm的直径，和/或-按数量计多于80％的所注入的所述微泡具有在40μm和120μm之间的直径，和/或-所注入的所述微泡的最大直径和所注入的所述微泡的最小直径之间的差值小于20μm。3.根据前述权利要求中任一项所述的处理设备，其中，所注入的所述微泡具有小于100μm的直径。4.根据前述权利要求中任一项所述的处理设备，包括在所述空化发生器的下游的反压阀，和/或其中所述注入装置为微起泡器。5.根据紧接的前一项权利要求所述的处理设备，其中，微泡注入器和压力调节阀被调节使得所述空化气泡的最大半径小于所述空化气泡的临界半径。6.根据紧接的前一项权利要求所述的处理设备，其中，所述微泡注入器和所述压力调节阀被调节使得所述空化气泡的最大半径小于所述空化气泡的临界半径的0.9倍。7.根据前述权利要求中任一项所述的处理设备，其中，所述空化发生器为流体动力学反应器(30)和/或所述亚铁阳离子的发生器为在铁和第一导电材料之间的“丹聂耳”类型的电池，所述第一导电材料具有比铁更高的电极电位。8.根据前一项权利要求所述的处理设备，其中，所述电池的阴极包括石墨和/或石墨烯。9.根据前述权利要求中任一项所述的处理设备，其中，所述空化发生器和/或所述亚铁阳离子的发生器合并在流体动力学反应器(30)中，所述流体动力学反应器(30)包括：-朝下游出现于中间腔室中的第一通道(120)，所述液体穿过所述第一通道引起所述液体的加速和所述气泡的生成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷古瓦·普罗菲，亚历山大·普罗菲，
申请(专利权)人：ISB水公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR