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用于延長(zhǎng)臭氧的半衰期的水處理

閱讀：351發(fā)布：2020-05-12

專利匯可以提供用于延長(zhǎng)臭氧的半衰期的水處理專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及提供酸性 離子化 的臭 氧 化液體的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括配置成接受液體到所述系統(tǒng)中的液體入口；與所述液體入口 流體 連通的基于酸的陽(yáng)離子交換 樹脂 ，所述樹脂適合使在所述接受的液體中的陽(yáng)離子與在所述樹脂上的H+離子交換；與所述液體入口和所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂流體連通的臭氧溶解設(shè)備；和與所述液體入口、所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂和所述臭氧溶解設(shè)備流體連通的液體出口。所述臭氧溶解設(shè)備和所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂共同生成所述酸性離子化的臭氧化液體以便經(jīng)所述液體出口分配到所述系統(tǒng)以外。，下面是用于延長(zhǎng)臭氧的半衰期的水處理專利的具體信息內(nèi)容。

1.生成酸性離子化的臭氧化液體以增加溶解在該酸性離子化的臭氧化液體中的臭氧的平均壽命的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
配置成接受液體到所述系統(tǒng)中的液體入口；
與所述液體入口流體連通的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂，所述樹脂適合使在所述接受的液體中的陽(yáng)離子與在所述樹脂上的H+離子交換；
臭氧溶解設(shè)備，該臭氧溶解設(shè)備包括排出型臭氧氣體發(fā)生器以產(chǎn)生臭氧氣體用于與接受的液體混合，所述臭氧溶解設(shè)備與所述液體入口和所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂流體連通；和
與所述液體入口、所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂和所述臭氧溶解設(shè)備流體連通的液體出口，
所述臭氧溶解設(shè)備和所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂共同生成所述酸性離子化的臭氧化液體以便經(jīng)所述液體出口分配到所述系統(tǒng)以外。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，在所述分配的臭氧化液體中的臭氧具有如下平均壽命：
大于在未用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于所述分配的酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且大于在用足夠的液體酸處理以生成等于所述分配的酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中的臭氧的平均壽命。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述臭氧化流動(dòng)路徑還包括混合器，所述混合器與所述臭氧發(fā)生器流體連通以將產(chǎn)生的臭氧與所述接受的液體混合以生成所述臭氧化液體。
4.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括收集槽且其中所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂位于適合使液體再循環(huán)到所述收集槽的再循環(huán)流動(dòng)路徑中。
5.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括收集槽且其中所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂位于所述收集槽中。
6.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂位于非再循環(huán)流動(dòng)路徑。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括收集槽且所述非再循環(huán)流動(dòng)路徑提供液體到所述收集槽。
8.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述非再循環(huán)流動(dòng)路徑提供液體到所述臭氧溶解設(shè)備。
9.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂接受來自所述液體入口的液體且所述臭氧溶解設(shè)備接受由所述樹脂處理的液體。
10.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述臭氧溶解設(shè)備接受來自所述液體入口的液體且所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂接受所述臭氧化液體。
11.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂為強(qiáng)酸樹脂。
12.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂為弱酸樹脂。
13.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中在所述接受的液體中的陽(yáng)離子在所述液體被所述臭氧化系統(tǒng)接受時(shí)存在于所述液體中，或者由所述臭氧化系統(tǒng)加到所述液體中。
14.生成酸性離子化的臭氧化液體以增加溶解在該酸性離子化的臭氧化液體中的臭氧的平均壽命的方法，所述方法包括：
接收液體；
使在所述液體中存在的陽(yáng)離子與來自基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂的H+離子交換；和通過將臭氧氣體與所述液體混合使所述液體臭氧化，其中所述臭氧氣體是由排出型臭氧氣體發(fā)生器產(chǎn)生的；
其中交換所述陽(yáng)離子和使所述液體臭氧化共同生成所述酸性離子化的臭氧化液體。
15.權(quán)利要求14的方法，其中使所述陽(yáng)離子交換以生成酸性離子化的液體，且所述酸性離子化的液體在所述陽(yáng)離子交換之后臭氧化。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述接收的液體在所述陽(yáng)離子交換之前臭氧化。
17.權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)的方法，其中在所述臭氧化液體中的臭氧具有如下平均壽命：
大于在未用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且
大于在用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中的臭氧的平均壽命。
18.權(quán)利要求14的方法，其還包括在所述陽(yáng)離子交換之前將所述陽(yáng)離子加到所述接收的液體中。
19.增加溶解于液體中的臭氧的平均壽命的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂，所述樹脂適合使在所述液體中的陽(yáng)離子與在所述樹脂上的H+離子交換；和
臭氧溶解設(shè)備，該臭氧溶解設(shè)備包括排出型臭氧氣體發(fā)生器以產(chǎn)生臭氧氣體用于與接受的液體混合，所述臭氧溶解設(shè)備與所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂流體連通，所述臭氧溶解設(shè)備和所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂共同生成酸性離子化的臭氧化液體；
其中在所述酸性離子化的臭氧化液體中的臭氧具有如下平均壽命：
大于在未用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且
大于在用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中的臭氧的平均壽命。
20.增加溶解于液體中的臭氧的平均壽命的方法，所述方法包括：
使在所述液體中存在的陽(yáng)離子與來自基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂的H+離子交換；和通過將臭氧氣體與所述液體混合使所述液體臭氧化，其中所述臭氧氣體是由排出型臭氧氣體發(fā)生器產(chǎn)生的，
其中交換所述陽(yáng)離子和使所述液體臭氧化共同生成酸性離子化的臭氧化液體；
其中在所述酸性離子化的臭氧化液體中的臭氧具有如下平均壽命：
大于在未用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且
大于在用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中臭氧的平均壽命。

說明書全文

用于延長(zhǎng)臭氧的半衰期的水處理

[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2011年8月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/527,284號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其通過引用全文結(jié)合到本文中來。
[0003] 領(lǐng)域
[0004] 概括地講，本發(fā)明涉及用于生成臭氧化水的系統(tǒng)和方法。更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及在臭氧化水的生產(chǎn)中處理水的臭氧化方法和系統(tǒng)。
[0005] 背景
[0006] 臭氧是氧氣的天然存在的同素異形體。其是已知的并作為氧化劑和消毒劑使用。在水溶液中，在適當(dāng)濃度下臭氧能夠在數(shù)秒內(nèi)殺死細(xì)菌。常常需要使用臭氧作為消毒或衛(wèi)生處理劑，因?yàn)槠錈o味且不留下殘留。溶解于水中的臭氧的衛(wèi)生處理性質(zhì)以及其無味且無殘留使得這種溶液適合用于清潔和消毒的需要。臭氧化水可用于在商業(yè)和家庭設(shè)備中消毒或衛(wèi)生處理。例如，臭氧化水可用于消毒或衛(wèi)生處理浴室柜、制品、盤子和餐具或地板。
[0007] 使用臭氧作為消毒劑或衛(wèi)生處理劑的一種便利方法是將其溶解于水或水基溶液中。臭氧的穩(wěn)定性在其作為消毒或衛(wèi)生處理劑使用時(shí)經(jīng)常是一項(xiàng)復(fù)雜的因素，因?yàn)橘x予臭氧消毒和衛(wèi)生處理性質(zhì)的臭氧高反應(yīng)性還引起與還原劑的反應(yīng)，且因此引起分解。在預(yù)期需求下生成的臭氧水中的臭氧最終將分解并恢復(fù)成未臭氧化的水。
[0008] 生成適合清潔、消毒或衛(wèi)生處理的臭氧化水的臭氧化系統(tǒng)可為再循環(huán)或非再循環(huán)的系統(tǒng)。
[0009] 再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)有水槽和再循環(huán)臭氧化流動(dòng)路徑。水流經(jīng)該臭氧化流動(dòng)路徑并使適量的臭氧溶解于其中。在臭氧化流動(dòng)路徑中的低效率導(dǎo)致需要臭氧化水經(jīng)臭氧化流動(dòng)路徑再循環(huán)回來以達(dá)到所期望量的溶解的臭氧。這典型地通過使臭氧化水再循環(huán)回到水槽并操作臭氧化系統(tǒng)一段時(shí)間直至在該槽中的水全部充分臭氧化來實(shí)現(xiàn)。
[0010] 臭氧化系統(tǒng)已經(jīng)通過增加臭氧化流動(dòng)路徑的效率和/或通過使用連續(xù)再循環(huán)系統(tǒng)解決了在(a)?啟動(dòng)系統(tǒng)和(b)?傳送具有可用水平的臭氧的臭氧化水之間的延遲。
[0011] 可以使用連續(xù)再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)“按需(on?demand)”生成臭氧化水。連續(xù)再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)具有使臭氧化水再循環(huán)回到收集槽的臭氧化流動(dòng)路徑，且該系統(tǒng)使水在系統(tǒng)中臭氧化而與臭氧化水是否正在分配無關(guān)。在這種系統(tǒng)中，將臭氧連續(xù)地加到水中以替換已經(jīng)分解的任何臭氧，或者使已經(jīng)加入以替換從系統(tǒng)中除去的臭氧化水的任何新鮮水臭氧化。最終基于入口和出口流速以及在臭氧化系統(tǒng)中使用的臭氧化流動(dòng)路徑的效率達(dá)到臭氧化水的穩(wěn)態(tài)。然而，在臭氧化開始時(shí)，溶解的臭氧的水平低且逐漸增加直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
[0012] 也可以使用非再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)。所述系統(tǒng)“按需”分配臭氧化水而不需要連續(xù)再循環(huán)系統(tǒng)。也就是說，非再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)經(jīng)由單次通過臭氧化流動(dòng)路徑分配已經(jīng)加到水中的臭氧，由此廢除對(duì)于收集槽的需要。
[0013] 在再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)和非再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)兩者中，與系統(tǒng)是否“按需”分配臭氧化水無關(guān)，期望增加溶解的臭氧的濃度并降低臭氧分解的速率。
[0014] 各種因素影響著臭氧分解的速率(Ericksson,?M.?"Ozone?Chemistry?in?Aqueous?Solution?(在水溶液中的臭氧化學(xué))"?2005?Licentiate?Thesis,?Dept.?of?Chemistry,?Royal?Institute?of?Technology,?Stockholm,?Sweden；和Uhm?HS等，"Increase?in?the?ozone?decay?time?in?acidic?ozone?water?and?its?effects?on?sterilization?of?biological?warfare?agents?(在酸性臭氧水中臭氧衰減的增加及其對(duì)生物戰(zhàn)劑的滅菌作用)",?J.?Hazard?Mater.?2009年9月15日;?168(2-3):?1595-601,?電子出版?2009年3月21日)。例如，溫度增加、攪拌速度增加和較高的離子強(qiáng)度都加速在水溶液中臭氧分解的速率。相反，加入自由基清除劑或其他穩(wěn)定劑(例如膠束表面活性劑)和使用酸性緩沖體系減小溶液的pH使臭氧穩(wěn)定并降低臭氧分解的速率。
[0015] 在生成臭氧化水時(shí)，使用蒸鎦水或去離子水(DI水)被認(rèn)為是有益的。使用電暈放電的臭氧化系統(tǒng)優(yōu)選使用去離子水，因?yàn)樵?a href='/zhuanli/list-13697-1.html' target='_blank'>自來水中存在的離子可能使臭氧室(ozone?cell)“中毒”并縮短其壽命(參見美國(guó)專利6,964,739號(hào))。使用DI水的臭氧分解系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例是由MKS?Instruments制造的LIQUOZON??Ultra-Ozone?Sanitization?of?DI?Water?Loop?and?Storage?Tank。該LIQUOZON?超臭氧化去離子水裝置是用于工藝用水系統(tǒng)、儲(chǔ)存槽和分配管線的衛(wèi)生處理的自動(dòng)臭氧注入系統(tǒng)。
[0016] 期望提供用于處理水使得與未處理的水相比較在處理過的水中的平均臭氧分解速率降低的方法和系統(tǒng)。
[0017] 概述
[0018] 本發(fā)明提供用于處理水使得與未處理的水相比較在處理過的水中的平均臭氧分解速率降低的方法和系統(tǒng)。由于分解速率降低，在所述處理過的水中溶解的臭氧的平均壽命增加。一方面，本發(fā)明提供用于提供酸性離子化的臭氧化液體的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括配置成接受液體到所述系統(tǒng)中的液體入口；與所述液體入口流體連通的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂，所述樹脂適合使在所述接受的液體中的陽(yáng)離子與在所述樹脂上的H+離子交換；與所述液體入口和所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂流體連通的臭氧溶解設(shè)備；和與所述液體入口、所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂和所述臭氧溶解設(shè)備流體連通的液體出口。所述臭氧溶解設(shè)備和所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂共同生成所述酸性離子化的臭氧化液體以便經(jīng)所述液體出口分配到所述系統(tǒng)以外。
[0019] 在所述分配的臭氧化液體中的臭氧可具有如下平均壽命：大于在未用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于所述分配的酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且大于在用足夠的液體酸處理以生成等于所述分配的酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中臭氧的平均壽命。
[0020] 所述臭氧溶解設(shè)備可為臭氧化流動(dòng)路徑，所述臭氧化流動(dòng)路徑包括：臭氧發(fā)生器以生成臭氧以便與所述接受的液體混合。所述臭氧化流動(dòng)路徑還可包括混合器，所述混合器與所述臭氧發(fā)生器流體連通以將產(chǎn)生的臭氧與所述接受的液體混合以生成所述臭氧化液體。
[0021] 所述系統(tǒng)還可包括收集槽，其中所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂位于適合使液體再循環(huán)到所述收集槽的再循環(huán)流動(dòng)路徑中?；蛘?，所述系統(tǒng)還可包括收集槽且所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂可位于所述收集槽中。
[0022] 或者，所述系統(tǒng)可具有位于非再循環(huán)流動(dòng)路徑中的所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂。所述系統(tǒng)還可包括收集槽且所述非再循環(huán)流動(dòng)路徑可提供液體到所述收集槽?；蛘?，所述非再循環(huán)流動(dòng)路徑可提供液體到所述臭氧溶解設(shè)備。
[0023] 任何先前描述的系統(tǒng)都可具有接受來自所述液體入口的液體的所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂和接受由所述樹脂處理的液體的所述臭氧溶解設(shè)備?；蛘撸魏蜗惹懊枋龅南到y(tǒng)都可具有接受來自所述液體入口的液體的所述臭氧溶解設(shè)備和接受所述臭氧化液體的所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂。
[0024] 所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂可為強(qiáng)酸樹脂。所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂可為弱酸樹脂。
[0025] 在所述接受的液體中的陽(yáng)離子可在所述液體被所述臭氧化系統(tǒng)接受時(shí)已存在于所述液體中，或者可由所述臭氧化系統(tǒng)加到所述液體中。
[0026] 另一方面，提供生成酸性離子化的臭氧化液體的方法。所述方法包括使在所述液體中存在的陽(yáng)離子與來自基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂的H+離子交換，并使所述液體臭氧化。交換所述陽(yáng)離子和使所述液體臭氧化共同生成所述酸性離子化的臭氧化液體。
[0027] 所述液體可在所述陽(yáng)離子交換之后臭氧化。所述液體可在所述陽(yáng)離子交換之前臭氧化。
[0028] 在使用如上所述的方法生成的臭氧化液體中的臭氧可具有如下平均壽命：大于在未用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且大于在用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中臭氧的平均壽命。
[0029] 所述方法還可包括在陽(yáng)離子交換之前將所述陽(yáng)離子加到接收的液體中。
[0030] 又一方面，提供增加溶解于液體中的臭氧的平均壽命的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂，所述樹脂適合使在所述液體中的陽(yáng)離子與在所述樹脂上的H+離子交換；和與所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂流體連通的臭氧溶解設(shè)備，所述臭氧溶解設(shè)備和所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂共同生成酸性離子化的臭氧化液體。在所述酸性離子化的臭氧化液體中的臭氧具有如下平均壽命：大于在未用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且大于在用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中臭氧的平均壽命。
[0031] 又一方面，提供增加溶解于液體中的臭氧的平均壽命的方法。所述方法包括：使在所述液體中存在的陽(yáng)離子與來自基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂的H+離子交換；和使所述液體臭氧化，其中交換所述陽(yáng)離子和使所述液體臭氧化共同生成酸性離子化的臭氧化液體。在所得酸性離子化的臭氧化液體中的臭氧具有如下平均壽命：大于在未用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且大于在用足夠的液體酸處理以生成等于所述酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中臭氧的平均壽命。
[0032] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在結(jié)合附圖回顧特定實(shí)施例的以下描述時(shí)將顯而易見本發(fā)明的其他方面和特點(diǎn)。
[0033] 附圖簡(jiǎn)述
[0034] 現(xiàn)在將僅通過舉例來參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0035] 圖1為根據(jù)本發(fā)明提供臭氧化液體的系統(tǒng)的示意圖。
[0036] 圖2A為在圖1中圖示的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0037] 圖2B為在圖1中圖示的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖。
[0038] 圖2C為在圖1中圖示的系統(tǒng)的又一實(shí)施例的示意圖。
[0039] 圖2D為在圖1中圖示的系統(tǒng)的又一實(shí)施例的示意圖。
[0040] 圖3A為可在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的臭氧化流動(dòng)路徑的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0041] 圖3B為可在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的臭氧化流動(dòng)路徑的另一實(shí)施例的示意圖。
[0042] 圖3C為可在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的臭氧化流動(dòng)路徑的又一實(shí)施例的示意圖。
[0043] 圖4A為根據(jù)本發(fā)明提供臭氧化液體的方法的示意圖。
[0044] 圖4B為根據(jù)本發(fā)明提供臭氧化液體的另一方法的示意圖。
[0045] 發(fā)明詳述
[0046] 概括地講，本發(fā)明提供處理水溶液(例如水)使得與在未處理的水溶液中溶解的臭氧相比在處理過的溶液中的臭氧分解速率降低且在處理過的溶液中溶解的臭氧的平均壽命增加的方法和系統(tǒng)。
[0047] 盡管水是可使用本文所述的實(shí)施方案的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的水溶液的一個(gè)實(shí)例，但對(duì)于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“水溶液”、“液體”和“水”可互換使用。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，生成臭氧化水溶液的臭氧化系統(tǒng)和方法包括基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂，其從所述水溶液中除去陽(yáng)離子物質(zhì)并用H+離子替換所述除去的陽(yáng)離子物質(zhì)，由此降低所述水溶液的pH(即，增加酸度)并生成酸性離子化的溶液。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)使用所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂和臭氧溶解設(shè)備以生成酸性離子化的臭氧化液體。
[0049] 為了產(chǎn)生酸性離子化的臭氧化液體，由所述基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂接受的液體包含溶解于其中的陽(yáng)離子以提供可與在所述樹脂上的H+離子交換的陽(yáng)離子。溶解于所述液體中的陽(yáng)離子可存在于由所述臭氧化系統(tǒng)接受的液體的來源中，或者可由所述臭氧化系統(tǒng)加入。例如，所述臭氧化系統(tǒng)可接受具有少量陽(yáng)離子的水源且可通過將NaCl溶液加到所述水中而加入另外的陽(yáng)離子。
[0050] 另外，應(yīng)理解根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)不包括產(chǎn)生-OH離子的陰離子交換樹脂，因?yàn)樗?OH離子將與所加入的H+離子反應(yīng)以產(chǎn)生中性非離子化溶液。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的臭氧化系統(tǒng)圖示在圖1中。如在圖1中所見，臭氧化系統(tǒng)1包括接受液體到該系統(tǒng)中的入口2；分配臭氧化液體到該系統(tǒng)以外的液體出口4，液體出口4與液體入口2流體連通；與液體入口2和液體出口4流體連通的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂6；和與液體入口2、液體出口4和基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂6流體連通的臭氧溶解設(shè)備8。所述臭氧化系統(tǒng)適合：使在接受的液體中的陽(yáng)離子與在基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂6上的H+離子交換；和使用臭氧溶解設(shè)備8使接受的液體臭氧化以生成酸性離子化的臭氧化液體以便分配到液體出口4以外。
[0052] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果?已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂和臭氧源處理例如自來水的未處理的含陽(yáng)離子的液體產(chǎn)生臭氧化溶液，該臭氧化溶液當(dāng)與1)?未處理的自來水、2)?去離子水、3)?酸化自來水和4)?酸化去離子水比較時(shí)具有降低的臭氧分解速率(且因此增加的溶解的臭氧的平均壽命)。去離子水使用混合床去離子盒和碳塊預(yù)濾器生成。臭氧使用電暈放電在1安培的電流和2.5-3加侖/分鐘冷自來水的流速下生成。臭氧濃度使用Micro?7+溶解臭氧測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量。五種不同水溶液的半衰期示于下表1和表2中。
[0053] 表1-弱酸處理的水的臭氧半衰期
[0054]
[0055] 表2-強(qiáng)酸處理的水的臭氧半衰期
[0056]
[0057] 從表1和表2中可見，使用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理自來水并使溶液臭氧化引起臭氧半衰期增加，該臭氧半衰期大于未用該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的類似pH的其他溶液的臭氧半衰期。
[0058] 這是出乎預(yù)料的，因?yàn)楦鶕?jù)Ericksson和Uhm，如在背景段落中論述，將預(yù)計(jì)具有類似pH的所有溶液都將具有類似的臭氧半衰期且具有較低pH的溶液將具有較長(zhǎng)的臭氧半衰期。
[0059] 然而，從表1中所見，盡管使用弱酸陽(yáng)離子交換樹脂生成的溶液的酸性比使用乙酸(AcOH)產(chǎn)生的自來水的溶液小(pH?5.2對(duì)4.65)，但用該弱酸陽(yáng)離子交換樹脂處理的自來水提供更長(zhǎng)的半衰期(2小時(shí)對(duì)40分鐘)。
[0060] 另外，從表1和表2中可見，盡管兩種溶液具有非常類似的pH，但用強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂處理的自來水產(chǎn)生比在去離子水中的臭氧半衰期顯著更長(zhǎng)的臭氧半衰期。如果半衰期由pH決定，則將預(yù)計(jì)用乙酸處理以產(chǎn)生3.4的pH的去離子自來水具有類似于用強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂處理并產(chǎn)生3.15的pH的自來水類似的臭氧半衰期。然而，情況并不是這樣，因?yàn)樵趐H?3.4下的去離子自來水具有1.5小時(shí)的臭氧半衰期，而在pH?3.15下的用強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂處理的自來水具有6小時(shí)的臭氧半衰期。
[0061] 類似地，根據(jù)美國(guó)專利6,964,739號(hào)，有益的是在臭氧生產(chǎn)中使用去離子水。然而，去離子水本身產(chǎn)生非常短的臭氧半衰期(5分鐘)，且用酸處理的去離子水提供比用基于相應(yīng)酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的自來水短的臭氧半衰期。即使用酸處理的去離子水的pH低于用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的自來水的pH，情況也是如此?？梢砸姷剑喝跛幔簆H?3.4?(DI水)對(duì)5.2(陽(yáng)離子交換樹脂處理)對(duì)應(yīng)于1.5小時(shí)對(duì)2小時(shí)的半衰期；且強(qiáng)酸：pH?2.7?(DI水)對(duì)3.15(陽(yáng)離子交換樹脂處理)對(duì)應(yīng)于4小時(shí)對(duì)6小時(shí)的半衰期。
[0062] 如從上文所示的數(shù)據(jù)顯而易見，使用混合床柱從自來水中除去陽(yáng)離子以生成去離子水且隨后加入酸以降低pH，并沒有生成與用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的自來水等效的溶液。在用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的自來水中的平均臭氧半衰期比在該酸化去離子水中長(zhǎng)。
[0063] 如由上文論述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所證明，使用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂和臭氧溶解設(shè)備共同生成酸性離子化的臭氧化液體的系統(tǒng)產(chǎn)生其中溶解的臭氧具有如下平均壽命的溶液：大于在未用該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于該酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；且大于在用足夠的液體酸處理以生成等于該酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中臭氧的平均壽命。
[0064] 對(duì)于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“增加”或“延長(zhǎng)”溶解于酸性離子化的臭氧化液體中的臭氧的平均壽命是指與以下相比延長(zhǎng)在該酸性離子化的臭氧化液體中臭氧的平均壽命：在未用該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理但用足夠的液體酸處理以生成等于該酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的液體中的臭氧的平均壽命；和在用足夠的液體酸處理以生成等于該酸性離子化的臭氧化液體的pH的pH的去離子液體中臭氧的平均壽命。
[0065] 例如，如在表2中所說明，臭氧在用強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂處理的自來水(pH?3.15)中的平均壽命在與在未處理的自來水、用HCl處理的自來水(pH?3.26)和用HCl處理的去離子自來水(pH?2.7)中相比較時(shí)“增加”或“延長(zhǎng)”。
[0066] 在不同的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的臭氧化系統(tǒng)1例如可為：再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)；再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)；非再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)；或本領(lǐng)域已知的任何其他類型的臭氧化系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案包括基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂的特定臭氧化系統(tǒng)的實(shí)例在下文中進(jìn)一步詳細(xì)論述。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的臭氧溶解設(shè)備例如可為臭氧化流動(dòng)路徑。臭氧化流動(dòng)路徑的實(shí)例在下文進(jìn)一步詳細(xì)論述。
[0067] 陽(yáng)離子交換樹脂
[0068] 以下論述涉及基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂6的實(shí)施方案。離子交換樹脂常用于分離、純化溶液和消除溶液污染。離子交換樹脂為不溶性基質(zhì)，在該基質(zhì)的表面上包含同時(shí)捕集來自溶液的離子到表面上且在交換中自該表面釋放離子到溶液中的官能團(tuán)。以此方式，該溶液的處理引起在樹脂和溶液之間的離子交換。
[0069] 離子交換樹脂載有一種離子，該離子釋放到溶液中，且可使其選擇性地優(yōu)選一種或多種供選的離子，將這些供選的離子從溶液中除去。
[0070] 離子交換樹脂廣義上分類為陽(yáng)離子交換樹脂或陰離子交換樹脂。陽(yáng)離子交換樹脂交換帶正電的離子(即，陽(yáng)離子)，而陰離子交換樹脂交換帶負(fù)電的離子(即，陰離子)。
[0071] 一些常見陽(yáng)離子的親和性的順序大致為：Hg2+?
[0072] 一些常見陰離子的親和性的順序大致為：OH-?≈?F-?
[0073] 去離子水為這樣的水，其已經(jīng)用陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩者例如在混+合床柱中處理以：(1)?從溶液中除去陽(yáng)離子并用H離子替換它們，且(2)?從溶液中除去陰離子并用OH-離子替換它們。使加入的H+和OH-離子共同反應(yīng)以形成水(H2O)，由此提供去離子水。
[0074] 陽(yáng)離子交換樹脂根據(jù)在樹脂表面上的官能團(tuán)而分類為“強(qiáng)酸性的”或“弱酸性的”。+
強(qiáng)酸性樹脂由于其放棄H離子的傾向類似于強(qiáng)酸(例如具有小于1的pKa的酸)而命名。也就是說，強(qiáng)酸和強(qiáng)酸樹脂的官能團(tuán)易于離解以提供H+離子。弱酸樹脂由于其放棄H+離子的傾向類似于弱酸(例如具有大于1的pKa的酸)而命名。與強(qiáng)酸和強(qiáng)酸性樹脂的官能團(tuán)相比，弱酸和弱酸性樹脂的官能團(tuán)不太可能放棄H+離子。
[0075] 強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂例如可包含磺酸官能團(tuán)(pKa?≈?-2.5)。弱酸陽(yáng)離子交換樹脂例如可包含羧酸基團(tuán)(pKa?≈?4.75)。
[0076] 根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案的臭氧化系統(tǒng)包括從水溶液中除去陽(yáng)離子物質(zhì)并用H+離子替換除去的陽(yáng)離子物質(zhì)、由此降低水溶液的pH的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂。所述臭氧化系統(tǒng)可包括基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂的混合物；例如該陽(yáng)離子交換樹脂可為強(qiáng)酸樹脂、弱酸樹脂、強(qiáng)酸樹脂混合物、弱酸樹脂混合物或其任何組合。該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂可為任何市售的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂。
[0077] 或者，該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂可包括原位轉(zhuǎn)變成基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂的市售陽(yáng)離子交換樹脂。例如，該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂可首先作為具有除H+以外的離子的陽(yáng)離子交換樹脂生成或購(gòu)買，且隨后在加入臭氧化系統(tǒng)之前轉(zhuǎn)變成基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂?；蛘?，該陽(yáng)離子交換樹脂可在樹脂加到臭氧化系統(tǒng)之后，例如通過使再生量的酸穿過含有該樹脂的流動(dòng)路徑而轉(zhuǎn)變成基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂。
[0078] 示例性樹脂可由有機(jī)聚合物基底如交聯(lián)的聚苯乙烯形成，其中交聯(lián)劑可為二乙烯基苯；所述樹脂可在基質(zhì)中形成為具有孔；所述樹脂可為粒子或膜，其中粒子可小于30μm-大于800μm；所述樹脂可具有例如大于0且小于6毫當(dāng)量/克的容量。
[0079] 該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂可在基本上所有的H+陽(yáng)離子已經(jīng)交換之后處置掉，或者該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂可通過與酸溶液接觸而再生。
[0080] 臭氧化系統(tǒng)
[0081] 本申請(qǐng)概括地描述了方法和臭氧化系統(tǒng)，這些方法和臭氧化系統(tǒng)還在美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/409,274?(2010年11月2日提交)和2009年9月30日提交的PCT申請(qǐng)：PCT/CA2010/001520號(hào)中進(jìn)一步詳細(xì)描述，這些申請(qǐng)與本申請(qǐng)共有共同的發(fā)明人且通過引用結(jié)合到本文中來。PCT申請(qǐng)PCT/CA2010/001520要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/248,102?(2009年10月2日提交)；美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/248,075?(2009年10月2日提交)；和美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/248,
055?(2009年10月2日提交)的優(yōu)先權(quán)。
[0082] 再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)在根據(jù)本發(fā)明的臭氧化系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，該臭氧化系統(tǒng)結(jié)合再循環(huán)臭氧化流動(dòng)路徑。如上論述，再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)有收集水溶液的槽和再循環(huán)臭氧化流動(dòng)路徑。該水溶液流經(jīng)該臭氧化流動(dòng)路徑并使適量的臭氧溶解于其中。該水溶液再循環(huán)回到該槽。
[0083] 這種再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)的一個(gè)特定實(shí)例圖示在圖2A中。再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)10包括水溶液的入口12、適合接受來自入口12的水溶液并通過用H+離子替換在該溶液中的陽(yáng)離子來處理該水溶液的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂14、適合接受來自樹脂14的水溶液的收集槽16、適合將臭氧溶解在該水溶液中并使該水溶液再循環(huán)回到收集槽16的臭氧化流動(dòng)路徑18和適合自系統(tǒng)10分配處理過的臭氧化水溶液的出口20。
[0084] 根據(jù)本發(fā)明的再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)可在許多供選位置結(jié)合基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂，例如：直接在臭氧化流動(dòng)路徑中(如在圖2A中圖示)；在例如使溶液從收集槽再循環(huán)到陽(yáng)離子交換樹脂并返回收集槽的再循環(huán)流動(dòng)路徑中；或在收集槽本身中?；蛘撸摮粞趸到y(tǒng)可包括適合接受已經(jīng)用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的水溶液的收集槽，其中該收集槽和該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂獨(dú)立地可能是或可能不是該臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。例如，該水溶液可在第一槽中處理，該第一槽不是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分，且處理過的水溶液隨后可移動(dòng)到收集槽，該收集槽是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。在另一實(shí)施例中，該水溶液可通過隨著將該水溶液泵送到收集槽中將該水溶液暴露于基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂而用該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理，其中該收集槽不是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。
[0085] 再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)?在根據(jù)本發(fā)明的臭氧化系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，該臭氧化系統(tǒng)結(jié)合再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)。如上論述，再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)有收集水溶液的槽和使臭氧化溶液再循環(huán)回到該收集槽的臭氧化流動(dòng)路徑。該系統(tǒng)使在該系統(tǒng)中的溶液臭氧化，而與臭氧化溶液是否正在分配無關(guān)。在這種系統(tǒng)中，將臭氧連續(xù)地加到水溶液中以替換分解的任何臭氧或者使已經(jīng)加入以替換已經(jīng)從該系統(tǒng)中除去的臭氧化溶液的任何新鮮溶液臭氧化。最終基于入口和出口流速以及在臭氧化系統(tǒng)中使用的臭氧化流動(dòng)路徑的效率達(dá)到臭氧化溶液的穩(wěn)態(tài)。
[0086] 一種特定的示例性的這種再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)圖示在圖2B中。再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)10'包括水溶液的入口12'、布置在再循環(huán)流動(dòng)路徑中且適合通過用H+離子替換在該溶液中的陽(yáng)離子并使該水溶液再循環(huán)回到收集槽16'的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂14'、適合接受來自入口12'的水溶液的收集槽16'、適合將臭氧溶解于該水溶液中并使該水溶液再循環(huán)回到收集槽16'的臭氧化流動(dòng)路徑18'和適合從系統(tǒng)10'分配處理過的臭氧化水溶液的出口20'。
[0087] 根據(jù)本發(fā)明的再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)可在許多供選位置結(jié)合基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂，例如：直接在臭氧化流動(dòng)路徑中；在例如使溶液從收集槽再循環(huán)到陽(yáng)離子交換樹脂并返回收集槽的再循環(huán)流動(dòng)路徑中(如在圖2B中圖示)；或在收集槽本身中。或者，該臭氧化系統(tǒng)可包括適合接受已經(jīng)用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的水溶液的收集槽，其中該收集槽和該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂獨(dú)立地可能是或可能不是該臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。例如，該水溶液可在第一槽中處理，該第一槽不是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分，且處理過的水溶液隨后可移動(dòng)到收集槽中，該收集槽是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。在另一實(shí)施例中，該水溶液可通過隨著將該水溶液泵送到收集槽中將該水溶液暴露于基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂而用該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理，其中該收集槽不是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。
[0088] 非再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)?在根據(jù)本發(fā)明的臭氧化系統(tǒng)的又一實(shí)施例中，該臭氧化系統(tǒng)結(jié)合非再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)。如上論述，非再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)經(jīng)由單次通過臭氧化流動(dòng)路徑分配已經(jīng)加到溶液中的臭氧。
[0089] 這種非再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)的一個(gè)特定實(shí)施例圖示在圖2C中。非再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)10"包括水溶液的入口12"、布置在再循環(huán)流動(dòng)路徑中且適合通過用H+離子替換在該溶液中的陽(yáng)離子并使該水溶液再循環(huán)回到收集槽16"的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂14"、適合接受來自入口12"的水溶液的收集槽16"、適合接受在收集槽16"中的水溶液并將臭氧溶解在該水溶液中的非再循環(huán)臭氧化流動(dòng)路徑18"和適合自系統(tǒng)10"分配處理過的臭氧化水溶液的出口20"。在圖2C中圖示的系統(tǒng)中，臭氧化流動(dòng)路徑18"僅在臭氧化水欲從系統(tǒng)10"分配時(shí)啟動(dòng)，而從基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂14"到收集槽16"的再循環(huán)可在水溶液已經(jīng)加到收集+槽16"中之后或在水溶液穿過臭氧化流動(dòng)路徑18"之前允許樹脂用H離子替換在該溶液中的陽(yáng)離子的任何其他時(shí)間連續(xù)地、間歇地操作。
[0090] 這種非再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)的另一特定實(shí)施例圖示在圖2D中。非再循環(huán)臭氧化系統(tǒng)10"'包括水溶液的入口12"'、適合接受來自入口12"'的水溶液并通過用H+離子替換在該溶液中的陽(yáng)離子來處理水溶液的基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂14"'、適合接受來自基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂14"'的水溶液并將臭氧溶解在該水溶液中的非再循環(huán)臭氧化流動(dòng)路徑18"'和適合自系統(tǒng)10"'分配處理過的臭氧化水溶液的出口20"'。
[0091] 根據(jù)本發(fā)明的非再循環(huán)“按需”臭氧化系統(tǒng)可在許多供選位置結(jié)合基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂，例如：直接在臭氧化流動(dòng)路徑中(如在圖2D中圖示)；在例如使溶液從收集槽再循環(huán)到陽(yáng)離子交換樹脂并返回收集槽的循環(huán)流動(dòng)路徑中(如在圖2C中圖示)；或在收集槽本身中?；蛘?，該臭氧化系統(tǒng)可包括適合接受已經(jīng)用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理的水溶液的收集槽，其中該收集槽和該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂獨(dú)立地可能是或可能不是該臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。例如，該水溶液可在第一槽中處理，該第一槽不是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分，且處理過的水溶液隨后可移動(dòng)到收集槽，該收集槽是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。在另一實(shí)施例中，該水溶液可通過隨著將該水溶液泵送到收集槽中將該水溶液暴露于基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂而用該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理，其中該收集槽不是臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。
[0092] 在一個(gè)特定的實(shí)施例中，該水溶液可通過隨著將該水溶液泵送到第一槽中將該水溶液暴露于基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂而用該基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理。處理過的水溶液可保持在第一槽中，直至需要一部分處理過的水溶液，此時(shí)該部分處理過的水溶液則移動(dòng)到臭氧化水溶液分配系統(tǒng)如手提式噴淋器的收集槽中。該臭氧化水溶液分配系統(tǒng)包括臭氧化流動(dòng)路徑，該收集槽是它的一部分。在這樣的實(shí)施例中，根據(jù)本申請(qǐng)的臭氧化系統(tǒng)將至少包括基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂、第一槽、收集槽和臭氧化流動(dòng)路徑。
[0093] 臭氧化流動(dòng)路徑
[0094] 該臭氧化流動(dòng)路徑包括臭氧源。水溶液(例如水)以所期望的流速流過該臭氧化流動(dòng)路徑，將臭氧加到該溶液中。如下文更詳細(xì)地論述，臭氧可例如通過將臭氧氣體加到該溶液中或通過在該臭氧化流動(dòng)路徑中直接產(chǎn)生臭氧而加入。在根據(jù)本申請(qǐng)的各種示例性臭氧化流動(dòng)路徑中，該臭氧化流動(dòng)路徑包括混合器，其中將臭氧加到該水溶液中且隨后在該混合器中混合。
[0095] 液體源?應(yīng)理解，進(jìn)入臭氧化流動(dòng)路徑的液體源可為任何液體源。例如，該液體源可為城市用水源或收集槽。該收集槽可為臭氧化系統(tǒng)的一部分或者可與該臭氧化系統(tǒng)分開。如果該收集槽為臭氧化系統(tǒng)的一部分，則其可為臭氧化流動(dòng)路徑的一部分。
[0096] 臭氧源?臭氧化流動(dòng)路徑可使用提供到液-氣混合器的臭氧氣體來產(chǎn)生臭氧-液體混合物。該臭氧氣體可自許多不同的來源提供。例如，臭氧可使用在排出型臭氧氣體發(fā)生器如電暈放電臭氧氣體發(fā)生器中生成的臭氧氣體而加到水溶液中。
[0097] 電暈放電系統(tǒng)使用具有高電位的電極且采用氧氣并使電流穿過該氣體以使該氣體離子化并在該電極周圍產(chǎn)生等離子體。離子化的氣體與氧氣重新組合以形成臭氧。在電暈放電系統(tǒng)中使用的氧氣可為來自空氣或來自另一氧氣源如來自氧氣濃縮器的輸出的氧氣。如果使用空氣來產(chǎn)生臭氧氣體，則通過降低在所提供空氣中的水分的量和/或增加在所提供空氣中的氧氣的濃度(例如通過除去氮?dú)?可獲得較高濃度的臭氧。降低水分的量或增加氧氣的濃度可例如通過使用如下描述的可拆式盒來實(shí)現(xiàn)。電暈放電系統(tǒng)可使用持續(xù)離子化或間歇離子化以產(chǎn)生臭氧。電暈放電典型地使用兩個(gè)不對(duì)稱的電極：高度彎曲的電極(例如針型或小直徑電線的尖端)和具有低曲率的電極(例如，板(plate)或底板(ground))。根據(jù)在該高度彎曲的電極上的電壓的極性，電暈可為正或負(fù)的。在特定的實(shí)施方案中，使用負(fù)電暈放電系統(tǒng)。在已知電暈放電系統(tǒng)的一些實(shí)施方案中，可提供差不多10克臭氧/小時(shí)。
[0098] 或者，可使用由電解臭氧發(fā)生器生成的臭氧將臭氧加到水溶液中。這種發(fā)生器由水或包含水的液體的電解分解生成臭氧，由此在不生成氣態(tài)臭氧的情況下產(chǎn)生臭氧-液體混合物。電解臭氧發(fā)生器公開在2008年3月20日Kitaori公開的美國(guó)專利公告2008/0067078；1995年4月18日授權(quán)給Shimamune的美國(guó)專利5,407,550號(hào)；1994年7月5日授權(quán)給Nakamatsu的美國(guó)專利5,326,444號(hào)；1999年5月4日授權(quán)給lida的美國(guó)專利5,900,127號(hào)；
2007年9月13日Takasu公開的美國(guó)專利公告2007/0212594，這些全部通過引用結(jié)合到本文中來。
[0099] 混合器?在臭氧化流動(dòng)路徑中使用的混合器例如可為在臭氧發(fā)生器下游的流動(dòng)路徑的一部分、在臭氧發(fā)生器下游的流動(dòng)路徑中的暫時(shí)收縮段或在流體流動(dòng)中引起湍流以減小氣泡尺寸由此增加臭氧在水溶液中的溶解的任何其他構(gòu)件。在使用由臭氧發(fā)生器生成的臭氧氣體的臭氧化流動(dòng)路徑中，該混合器例如可為文丘里(venturi)且該臭氧氣體和水溶液可在該文丘里中混合。
[0100] 在流動(dòng)路徑中的暫時(shí)收縮段增加穿過該收縮段的流體的速度，由此降低該收縮段下游的壓力并增加該收縮段上游的壓力。暫時(shí)收縮段在流體中產(chǎn)生湍流并增加臭氧在該流體中的溶解。當(dāng)該臭氧源為電解臭氧發(fā)生器時(shí)，可以有利地使用在該電解臭氧發(fā)生器下游的流動(dòng)路徑中暫時(shí)收縮段以增加在該電解臭氧發(fā)生器中的流體壓力，因?yàn)殡娊獬粞醢l(fā)生器在增加的壓力下可更有效地操作。
[0101] 引起湍流的構(gòu)件的另一實(shí)例為流體泵。流體泵可布置在臭氧化流動(dòng)路徑中以從液體入口泵吸水溶液，將該水溶液提供到該臭氧化流動(dòng)路徑。通過泵壓頭產(chǎn)生的湍流可使由臭氧源產(chǎn)生的臭氧氣泡的尺寸變小并增加臭氧在該水溶液中的溶解。
[0102] 氣-液分離器?該臭氧化流動(dòng)路徑還可包括將氣-液混合物分成脫氣的臭氧化水和單獨(dú)的臭氧氣體的氣-液分離器。在這樣的實(shí)施方案中，該單獨(dú)的臭氧氣體可在臭氧毀壞器中破壞且所得氧氣可排放到大氣中。脫氣的臭氧化水可由該氣-液分離器提供到液體出口。不同的所考慮的氣-液分離器的實(shí)例在美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/409,274?(2010年11月2日提交)中論述，該申請(qǐng)通過引用結(jié)合到本文中來。
[0103] 流動(dòng)路徑?臭氧化流動(dòng)路徑如包括用以生成臭氧的電暈放電系統(tǒng)或電解臭氧發(fā)生器的流動(dòng)路徑可以多種不同的方式構(gòu)造以將臭氧提供到水溶液。
[0104] 例如，該電解臭氧發(fā)生器可布置在與主流體流動(dòng)路徑平行的流體流動(dòng)路徑中。在這種臭氧化流動(dòng)路徑中，包括該電解臭氧發(fā)生器的該平行流體流動(dòng)路徑可在比在臭氧化流動(dòng)路徑的液體入口或臭氧化流動(dòng)路徑的液體出口處流動(dòng)的液體低的流速下流動(dòng)。對(duì)于電解臭氧發(fā)生器而言，在臭氧濃度與流體流速之間的關(guān)系是非線性的且流速降低引起臭氧濃度增加。使一部分流體流轉(zhuǎn)向繞過主流體流動(dòng)路徑引起經(jīng)過平行流體流動(dòng)路徑的流速降低；當(dāng)和與布置在主流體流動(dòng)路徑中的電解臭氧發(fā)生器相關(guān)的臭氧濃度相比較時(shí)，在具有降低流速的側(cè)流中放置電解臭氧發(fā)生器可引起臭氧濃度增加。因?yàn)樵诔粞鯘舛群土黧w流速之間的關(guān)系為非線性的，所以當(dāng)電解臭氧發(fā)生器安置在具有降低流速的平行側(cè)流中時(shí)在該系統(tǒng)中產(chǎn)生的臭氧總量可增加。
[0105] 在另一實(shí)施例中，該臭氧化流動(dòng)路徑可包括第一液體入口和第二液體入口，其中該第一液體入口接受在第一流動(dòng)路徑中以第一流速進(jìn)入臭氧化流動(dòng)路徑的第一部分液體，且第二液體入口接受在第二流動(dòng)路徑中以第二流速進(jìn)入臭氧化流動(dòng)路徑的第二部分液體。該第一流動(dòng)路徑和該第二流動(dòng)路徑合并成分配流動(dòng)路徑。可選擇該第一流速和該第二流速以優(yōu)化從該分配流動(dòng)路徑的液體出口分配的液體的臭氧濃度。臭氧化流動(dòng)路徑或者可包括多于兩個(gè)的液體入口。
[0106] 組件上文論述的任何臭氧化流動(dòng)路徑都可包括多于一個(gè)的臭氧源，和/或可另外包括一個(gè)或多個(gè)氧化還原電位(ORP)傳感器、一個(gè)或多個(gè)液-液混合器、一個(gè)或多個(gè)計(jì)量泵、一個(gè)或多個(gè)氣-液分離器、一個(gè)或多個(gè)臭氧毀壞器或其任何組合。包括上文提到的組件的不同所考慮的臭氧化流動(dòng)路徑的實(shí)例在美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/409,274?(2010年11月2日提交)中論述，該申請(qǐng)通過引用結(jié)合到本文中來。
[0107] 示例性臭氧化流動(dòng)路徑?示例性臭氧化流動(dòng)路徑圖示在圖3A-3C中。這些示例性臭氧化流動(dòng)路徑可被結(jié)合到上文論述的任何臭氧化系統(tǒng)，例如在圖2A-2D中圖示的臭氧化系統(tǒng)中。
[0108] 在圖3A中所圖示的示例性臭氧化流動(dòng)路徑110中，液體入口112配置成接受欲臭氧化的水溶液到臭氧化流動(dòng)路徑中。液體入口112將該水溶液直接接受到臭氧化流動(dòng)路徑中。只要臭氧化溶液正在生成，液體入口112就接受水溶液。該水溶液以所期望的流速流過臭氧化流動(dòng)路徑并在混合器114中與臭氧混合。臭氧使用電解臭氧發(fā)生器116加到流動(dòng)路徑110中，電解臭氧發(fā)生器由水的電解分解生成臭氧。在圖3A中圖示的流動(dòng)路徑中，電解臭氧發(fā)生器116與液體入口112成一直線并分解經(jīng)液體入口112接受到流動(dòng)路徑中的水。液體出口118以所期望的流速(例如，以便供最終用戶使用)分配臭氧化液體。從液體出口118出來的流速基本上與流入液體入口112的流速相同，因?yàn)榱鲃?dòng)直接取決于流出且由流動(dòng)路徑接受的液體替代在流動(dòng)路徑內(nèi)的液體。
[0109] 在圖3B中圖示的示例性臭氧化流動(dòng)路徑與在圖3A中圖示的流動(dòng)路徑平行，但電解臭氧發(fā)生器116安置在與主流體流動(dòng)路徑平行的流體流動(dòng)路徑中。包括電解臭氧發(fā)生器116的平行流體流動(dòng)路徑將以比在液體入口112或液體出口118處流動(dòng)的液體低的流速流動(dòng)。對(duì)于電解臭氧發(fā)生器而言，在臭氧濃度與流體流速之間的關(guān)系是非線性的且流速降低引起臭氧濃度增加。使一部分流體流轉(zhuǎn)向繞過主流體流動(dòng)路徑引起經(jīng)過平行流體流動(dòng)路徑的流速降低；當(dāng)和與布置在主流體流動(dòng)路徑中的電解臭氧發(fā)生器相關(guān)的臭氧濃度相比較時(shí)，在具有降低流速的側(cè)流中放置電解臭氧發(fā)生器116可以引起臭氧濃度增加。因?yàn)樵诔粞鯘舛群土黧w流速之間的關(guān)系為非線性的，所以當(dāng)電解臭氧發(fā)生器116安置在具有降低流速的平行側(cè)流中時(shí)在該系統(tǒng)中產(chǎn)生的臭氧總量可增加。
[0110] 在圖3C中圖示的示例性臭氧化流動(dòng)路徑與在圖3B中圖示的流動(dòng)路徑平行，但包括第一液體入口112和第二液體入口112'，其中第一液體入口112接受在第一流動(dòng)路徑中以第一流速的第一部分液體到臭氧化流動(dòng)路徑中，且第二液體入口112'接受在第二流動(dòng)路徑中以第二流速的第二部分液體到臭氧化流動(dòng)路徑中。該第一流動(dòng)路徑和該第二流動(dòng)路徑合并成分配流動(dòng)路徑?？蛇x擇在圖3C中圖示的臭氧化流動(dòng)路徑的第一流速和第二流速以優(yōu)化從液體出口118分配的液體的臭氧濃度。臭氧化流動(dòng)路徑的其他實(shí)施方案可包括多于兩個(gè)在圖3C中圖示的液體入口。
[0111] 方法
[0112] 根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可在將處理過的水溶液暴露于臭氧之前或之后使用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂處理欲臭氧化的水溶液，從而產(chǎn)生處理過的臭氧化液體，該臭氧化液體從液體出口分配。
[0113] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例圖示在圖4A中。未處理未臭氧化的液體210在212處接收且在所接收的液體中存在的陽(yáng)離子在214處使用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂與H+離子交換。所得液體在216處臭氧化以生成酸性離子化的臭氧化液體218。
[0114] 在圖4B中圖示的另一實(shí)施例中，未處理未臭氧化的液體210'在212'處接收并在216'處臭氧化以生成臭氧化液體。在該臭氧化液體中存在的陽(yáng)離子在214'處使用基于酸的陽(yáng)離子交換樹脂與H+離子交換以生成酸性離子化的臭氧化液體218'。
[0115] 本說明書采用實(shí)施例來公開本發(fā)明，包括最佳方式，以及使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員都能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)和實(shí)施任何結(jié)合的方法。上述實(shí)施例僅供說明之用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下對(duì)特定實(shí)施例進(jìn)行改變、改進(jìn)和變化。
[0116] 本發(fā)明的可取得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求書限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其他實(shí)施例。如果這類其他實(shí)施例具有沒有不同于權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言沒有實(shí)質(zhì)差別的等效結(jié)構(gòu)要素，則這些實(shí)施例意欲在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
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