專利名稱：使用臭氧與吸附劑和/或顆粒過濾器凈化流體的制作方法
使用臭氧與吸附劑和/或顆粒過濾器凈化流體

背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種流體凈化方法和系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種使用臭氧與 吸附劑和/顆粒過濾器的組合從空氣或水中移除污染物的凈化方法和系統(tǒng)。
生成臭氧的空氣凈化系統(tǒng)已被用來凈化封閉空間內(nèi)的被污染空氣。由于高濃度的 臭氧是危險(xiǎn)的，故這些空氣凈化系統(tǒng)可能需要臭氧緩解(ozone mitigating)部件如吸附劑 來捕獲下游臭氧及防止臭氧行進(jìn)到居處空間。但隨著時(shí)間的推移，吸附劑可能變飽和而不 再有效地從空氣流中移除臭氧。此時(shí)可能就需要更換吸附劑。 吸附劑也可用在凈化系統(tǒng)內(nèi)來捕獲污染物如揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，從而從流 體流中移除該污染物。同樣可使用顆粒過濾器來捕獲大尺寸污染物如微生物。如上所述， 吸附劑及顆粒過濾器的功能壽命可能有限，故凈化系統(tǒng)可能需要頻繁地更換吸附劑或顆粒 過濾器。 需要具有改進(jìn)的從空氣流中移除污染物的能力的空氣凈化系統(tǒng)和方法。
發(fā)明概述 本公開涉及一種凈化含污染物如揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)和微生物的流體流的 系統(tǒng)和方法。所述污染物用捕獲設(shè)備如使微生物定域(localize)的吸附劑和/或顆粒過 濾器從流體流中移除。臭氧分子被引入流體流中并使用臭氧分解設(shè)備來將至少部分臭氧分 子分解為氧氣和氧自由基。被捕獲的污染物與氧自由基和臭氧分子反應(yīng)而使污染物變性。 污染物被變性為較不有害的分子，在一些實(shí)施方案中，污染物被還原成二氧化碳和水。所述 凈化方法可在連續(xù)工藝中完成，在所述連續(xù)工藝中，污染物被捕獲而從流體流中移除，而臭 氧分子同時(shí)被引入到流體流中。在替代的實(shí)施方案中，所述凈化方法可以兩階段工藝完成， 所述兩階段工藝包括從流體中移除污染物的吸附階段和用臭氧和氧自由基反復(fù)攻擊吸附 態(tài)污染物的再生階段。
附圖簡述

圖1為一種空氣處理系統(tǒng)的示意圖，其在空氣處理系統(tǒng)的管道內(nèi)含凈化系統(tǒng)。
圖2為圖1的空氣處理系統(tǒng)的示意圖，其含圖1的凈化系統(tǒng)的替代或附加位置。
圖3為凈化系統(tǒng)的替代設(shè)計(jì)的示意圖，其中所述系統(tǒng)位于管道旁路中。
圖4為框圖，示出了流體流的凈化方法。 圖5為一種凈化系統(tǒng)的示意圖，所述凈化系統(tǒng)含臭氧發(fā)生設(shè)備、臭氧分解設(shè)備和 吸附劑。 圖6-9為圖5的凈化系統(tǒng)的替代實(shí)施方案的示意圖。 圖10和11為凈化系統(tǒng)的其他實(shí)施方案的示意圖，其分兩階段運(yùn)行并含再生室。
發(fā)明詳述 本文中描述了一種使用臭氧與吸附劑和/或顆粒過濾器的組合凈化含污染物的 流體流的系統(tǒng)和方法。所述流體可為空氣或水。所述污染物可包括揮發(fā)性有機(jī)化合物 (V0Cs)和微生物。臭氧分子被引入流體流中以攻擊污染物。部分臭氧分子被分解形成氧自 由基，氧自由基對(duì)于攻擊污染物特別有效。但氧自由基的壽命比臭氧分子短。使用吸附劑從流體中移除VOCs并使VOCs定域，以便氧自由基以及臭氧分子接觸并攻擊VOCs的概率增 大。除吸附劑外或作為吸附劑的替代方案，可使用顆粒過濾器來移除和定域微生物，以便微 生物可與臭氧分子和氧自由基反應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，可使用單個(gè)設(shè)備來從流體中捕獲 VOCs和微生物。 該凈化系統(tǒng)和方法可被結(jié)合到建筑物的空氣處理系統(tǒng)中。圖1為空間12的加熱、 通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)10的示意圖?？臻g12可為任何類型的建筑物(例如醫(yī)院)的內(nèi) 部或建筑物的封閉部分。在其他實(shí)施方案中，空間12可為車輛或別的類型的運(yùn)輸設(shè)備如陸 地車輛、飛行器、航天器或船內(nèi)的封閉空間。系統(tǒng)10含空氣凈化系統(tǒng)50及管道18和20。 空氣凈化系統(tǒng)50含臭氧發(fā)生設(shè)備14、空氣處理單元(AHU) 16、電源22、傳感器24和流率控 制器26?？諝馓幚韱卧?6可用來加熱和/或冷卻空間12。應(yīng)認(rèn)識(shí)，空氣處理單元16在空 氣凈化系統(tǒng)50中不是必需的。在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)50中可省去空氣處理單元16 ;在 其他實(shí)施方案中，空氣處理單元16可位于空氣凈化系統(tǒng)50的下游或上游。在圖l所示實(shí) 施方案中，臭氧發(fā)生設(shè)備14為非熱等離子體(NTP)設(shè)備。應(yīng)認(rèn)識(shí)，可用設(shè)計(jì)以產(chǎn)生臭氧的 其他設(shè)備代替非熱等離子體設(shè)備。NTP設(shè)備14與電源22相連，電源22向NTP設(shè)備14傳遞 電能。 如圖1中所示，外部空氣27進(jìn)入管道18并流經(jīng)空氣凈化系統(tǒng)50(包括流經(jīng)NTP 設(shè)備14并隨后流經(jīng)AHU 16)。經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣28然后通過供給管道18行進(jìn)到空間12。返 回管道20從空間12移除空氣29，此處，空氣29的第一部分29a再循環(huán)通過系統(tǒng)10而空氣 29的第二部分29b從系統(tǒng)10排出。再循環(huán)的空氣29a流經(jīng)NTP設(shè)備14并回歸空間12?；?者，可使用為AHU 16的一部分的鼓風(fēng)機(jī)來使空氣進(jìn)入NTP設(shè)備14中并然后流經(jīng)AHU 16。
非熱等離子體(NTP)設(shè)備14用來產(chǎn)生短壽命和長壽命活性物類的等離子體，所述 等離子體可與揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)及其他污染物反應(yīng)而從空氣中移除污染物。所述 等離子體也產(chǎn)生臭氧，臭氧很適合攻擊VOCs及其他污染物。如圖1中所示，設(shè)備14布置在 空氣處理單元16上游并用來凈化空氣流，所述空氣流包括外部空氣27和再循環(huán)空氣29a。
傳感器24可布置在HVAC系統(tǒng)10內(nèi)的各種位置處并可用來測定空氣中各種組分 的濃度。例如，傳感器24可位于圖1的空間12內(nèi)以測定和監(jiān)控空間12內(nèi)的污染物水平。 也可在NTP設(shè)備14上游布置測定VOC水平的傳感器以監(jiān)控進(jìn)入系統(tǒng)10的空氣27中的VOC 水平和/或再循環(huán)空氣29a中的VOC水平。此外，傳感器可位于NTP設(shè)備14下游供給管道 18內(nèi)以監(jiān)控NTP設(shè)備14從空氣中移除污染物的有效性。傳感器24也可包括系統(tǒng)10內(nèi)各 種位置處測定空氣中微生物濃度的傳感器。 除監(jiān)控V0Cs和微生物的傳感器外，傳感器24也可包括監(jiān)控臭氧水平的傳感器。例 如，如果在NTP設(shè)備14的使用過程中空間12有人居處，則在空間12中安放臭氧傳感器來 監(jiān)控和確?？諝饬?8中的臭氧水平處于或低于人可接受的水平將是重要的。在這種情況 下，靠近供給管道18的出口安裝臭氧傳感器可能是適宜的。來自傳感器24的輸入因此可 包括來自圖1的HVAC系統(tǒng)10內(nèi)任何可能位置處多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。 空氣凈化系統(tǒng)50凈化空氣的能力部分取決于控制電源22供給NTP設(shè)備14的能 量以及控制流經(jīng)NTP設(shè)備14的空氣流的流率(如圖1中流率控制器26所代表)。提高電 源22對(duì)NTP設(shè)備14的供給將使NTP設(shè)備14產(chǎn)生更多臭氧。更多的臭氧將提高系統(tǒng)50從 空氣中移除污染物的有效性。如果需要較少臭氧，則電源22將減少供給NTP設(shè)備14的電
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流率控制器26構(gòu)造成控制離開NTP設(shè)備14的空氣流中臭氧的濃度。在恒定的功 率設(shè)置下，減小流經(jīng)NTP設(shè)備14的空氣的流率將導(dǎo)致離開等離子體60的空氣流中臭氧濃 度的增高。增高的臭氧濃度將導(dǎo)致更高的空氣流凈化水平。電源22和/或流率控制器26 根據(jù)來自傳感器24的數(shù)據(jù)加以調(diào)節(jié)。如上面所說明的，來自傳感器24的數(shù)據(jù)可包括但不 限于系統(tǒng)10內(nèi)各點(diǎn)處的臭氧濃度和/或VOC濃度。 圖2為圖1的空氣處理系統(tǒng)10的示意圖，示出了臭氧發(fā)生設(shè)備的替代或附加位 置。如圖2中所示，系統(tǒng)10含NTP設(shè)備30、32、34和36，其各自可含與電源22相似的電源 (未示出)。或者，電源22也可用來向超過一個(gè)NTP設(shè)備遞送電能。 如圖2中所示，NTP設(shè)備30布置在AHU 16下游。在此情況下，NTP設(shè)備30或許可 用作NTP設(shè)備14的替代。不是如NTP設(shè)備14的情況下那樣接收外部空氣27，NTP設(shè)備30 接收來自AHU 16的經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣流。因此，有時(shí)，進(jìn)入NTP設(shè)備30的空氣流可能比外部空 氣27具有較低濕度。有時(shí)，若進(jìn)入NTP設(shè)備的空氣濕度較低時(shí)NTP設(shè)備可更高效地運(yùn)行。
NTP設(shè)備32布置在空間12內(nèi)并因而可作為獨(dú)立單元運(yùn)行。在此情況下，NTP設(shè)備 32可有其自己的鼓風(fēng)機(jī)。在系統(tǒng)10的一些實(shí)施方案中，NTP設(shè)備32可與NTP設(shè)備14組合 使用。NTP設(shè)備14可用來從外部空氣27和再循環(huán)空氣29a中移除污染物，所述外部空氣 27和再循環(huán)空氣29a然后作為潔凈空氣28通過管道18被傳遞至空間12。 NTP設(shè)備32可 用來從空間12所含空氣中移除污染物。NTP設(shè)備14和32的組合將促進(jìn)系統(tǒng)10內(nèi)所含空 氣的更快凈化。 NTP設(shè)備34示意在返回管道20內(nèi)廢氣29b已被移除到外部而再循環(huán)空氣29a正 返回供給管道18的位置處。與NTP設(shè)備32類似，NTP設(shè)備34可用來從來自空間12的空 氣中移除污染物。在其中已知外部空氣27基本潔凈而無需凈化的情況下，可使用NTP設(shè)備 34代替NTP設(shè)備14。在該情況下可使用較低的流率，因?yàn)閮H再循環(huán)空氣29a流經(jīng)設(shè)備34。 如上所述，部分地由于離開等離子體設(shè)備的空氣流中臭氧的較高濃度，故流經(jīng)等離子體設(shè) 備的空氣的較低流率有時(shí)將使等離子體設(shè)備具有較高效率。 最后，NTP設(shè)備36在圖2中示意為在管道18的入口近旁。NTP設(shè)備36可單獨(dú)使 用，或當(dāng)已知外部空氣27含高水平的污染物時(shí)可與圖2中的其他NTP設(shè)備中的一個(gè)組合使 用。在此情況下，來自空間12的再循環(huán)空氣29a不流經(jīng)NPT設(shè)備36。 圖2示意了系統(tǒng)10內(nèi)可使用單個(gè)NTP設(shè)備或多個(gè)NTP設(shè)備。應(yīng)認(rèn)識(shí)，多個(gè)NTP設(shè) 備可提高循環(huán)通過空間12的空氣的凈化水平；但在一些情況下，在系統(tǒng)10內(nèi)運(yùn)行超過一個(gè) NTP設(shè)備的成本效率可能不劃算。如圖2中所示，NTP設(shè)備可位于系統(tǒng)10的管道系統(tǒng)內(nèi)或 作為空間12內(nèi)的獨(dú)立單元。圖1和2中的管道系統(tǒng)中所示的NTP設(shè)備可作為半永久固定 件安裝在管道系統(tǒng)內(nèi)部，或其可為易于根據(jù)需要而添加、四處移動(dòng)或從管道拆下的便攜式 單元。 圖3示意了系統(tǒng)10的替代實(shí)施方案，在其中，NTP設(shè)備38用在管道旁路構(gòu)造中。 如圖3中所示，可使用分流器40來引導(dǎo)流經(jīng)管道42的部分空氣進(jìn)入管道旁路43。通過旁 路43的空氣然后流經(jīng)NTP設(shè)備38。如圖3中所示，NTP設(shè)備38含鼓風(fēng)機(jī)44。
圖3中所示實(shí)施方案可用在不必凈化全部流經(jīng)管道42的空氣的情況中。此外，應(yīng) 認(rèn)識(shí)，分流器40可改型為使更多或更少的空氣流經(jīng)旁路管道43。圖3還示意，臭氧發(fā)生設(shè)備可以許多不同的方式構(gòu)造在HVAC系統(tǒng)內(nèi)。 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，空氣凈化系統(tǒng)50含臭氧發(fā)生設(shè)備14、臭氧分解設(shè)備和捕獲 設(shè)備(即吸附劑和/或顆粒過濾器)的組合以定域污染物。雖然臭氧自身可用來凈化空氣 流，但如果臭氧分解和捕獲設(shè)備是凈化系統(tǒng)和方法的一部分，則凈化效果將提高。圖1-3示 意了在HVAC系統(tǒng)中使用凈化系統(tǒng)來凈化被污染的空氣流。應(yīng)認(rèn)識(shí)，本文中所述的凈化方法 和系統(tǒng)也可用來凈化水。下面結(jié)合圖5-11描述凈化系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案。
圖4為框圖，示意了用步驟62-72凈化流體流的方法60。凈化方法60中的初始步 驟為生成臭氧(步驟62)。在上面所述及圖1-3中所示的示例性實(shí)施方案中，臭氧用非熱等 離子體設(shè)備生成。應(yīng)認(rèn)識(shí)，臭氧可用任何已知的臭氧發(fā)生設(shè)備生成，這將在下面結(jié)合圖5討 論。 在步驟64中，可將生成的臭氧引入流體(空氣或水)中。如上面結(jié)合圖l所述，
流體將流經(jīng)臭氧發(fā)生設(shè)備。這樣，生成的臭氧將與流體內(nèi)所含污染物混合，所述污染物可包
括VOCs和微生物。普通的VOCs可包括但不限于丙醛、丁烯、甲苯和甲醛。在其中臭氧在氣
相中、污染物也在氣相中的此點(diǎn)處，臭氧很適合攻擊污染物而使污染物變性(步驟66)成為
比原始污染物較不有害的某物。(在其中臭氧用等離子體設(shè)備生成的那些實(shí)施方案中，應(yīng)認(rèn)
識(shí)，由等離子體產(chǎn)生的其他物類也很適合攻擊污染物。本公開集中在使用臭氧來凈化上，但
應(yīng)認(rèn)識(shí)，由等離子體形成的其他物類對(duì)于從流體流中移除污染物可能也有效。) 應(yīng)認(rèn)識(shí)，凈化系統(tǒng)可僅包括步驟62-66而仍可有效地從空氣或水流中移除污染
物。本公開集中在通過步驟68-72的引入而提高凈化系統(tǒng)的有效性上。 臭氧將存活相當(dāng)長的一段時(shí)間(高達(dá)數(shù)小時(shí))，因此可能遷移到臭氧發(fā)生設(shè)備的
下游。如上所述，在步驟66中，部分臭氧分子將攻擊污染物(VOCs和/或微生物)而使污
染物變性。可使用臭氧分解設(shè)備來瓦解或分解部分臭氧分子。臭氧分子將分解成氧氣和氧
自由基(步驟68)?；钚蕴貏e高的氧自由基可然后與流體中剩余的VOCs和/或微生物反應(yīng)。 步驟68可用任何已知的臭氧分解設(shè)備進(jìn)行。例如可使用紫外光(UVC)源來產(chǎn)生 能量使臭氧分子瓦解或分解的光子?？深愃频厥褂冒l(fā)光二極管(LED)、熱絲或太陽輻射來光 解分解臭氧。也可使用催化劑來分解臭氧，這將在下面結(jié)合圖7和8進(jìn)一步描述。
雖然氧自由基特別適合攻擊VOCs和微生物而使其變性，但氧自由基的壽命比臭 氧短。因此，當(dāng)臭氧被分解時(shí)，優(yōu)選氧自由基和污染物彼此較緊鄰。可使用捕獲設(shè)備來捕獲 空氣或水流中剩余的污染物(步驟70)，所述捕獲設(shè)備可包括吸附劑和/或顆粒過濾器。捕 獲設(shè)備捕獲或定域污染物以便均隨空氣或水流流動(dòng)的氧自由基和剩余的臭氧分子接觸被 捕獲污染物的概率增大。 在一個(gè)實(shí)施方案中，可在步驟70中使用吸附劑來捕獲和定域VOCs。在凈化系統(tǒng) 中使用吸附劑來從流體流中移除VOCs是眾所周知的。但這些類型的系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，一旦 吸附劑不再可有效降低流體流中VOCs的濃度(即達(dá)到平衡以致吸附劑的出口處VOCs的濃 度與吸附劑入口處VOCs的濃度相等)時(shí)可能得頻繁更換吸附劑。圖4的方法60通過步驟 72克服了這些吸附劑限制，步驟72將在下面描述，做法是提供從流體中移除V0Cs的附加措 施。 在步驟70中，用對(duì)VOCs具有高親合力的吸附劑吸附VOCs。所述吸附劑也可對(duì)臭
8氧及其他分子具有親合力。方法60中可使用的吸附劑包括但不限于二氧化鈦、活性碳、氧 化錳、砜土 、硅石、或任何其他金屬氧化物及其混合物。 如圖4中所示，步驟68和70可同時(shí)進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，臭氧分解設(shè)備布置 在吸附劑上游。在其他實(shí)施方案中，步驟68和70可在相同設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，這將在下面描述。 由于產(chǎn)生的氧自由基的壽命較短，故優(yōu)選步驟68和70在系統(tǒng)內(nèi)緊鄰進(jìn)行。由于臭氧的壽 命比其他活性分子長，故臭氧發(fā)生設(shè)備相對(duì)于其他部件的放置可能不是那么關(guān)鍵性的。臭 氧發(fā)生設(shè)備可與臭氧分解設(shè)備和吸附劑緊鄰，或臭氧發(fā)生設(shè)備可位于更上游。
在另一實(shí)施方案中，可在步驟70中使用顆粒過濾器以捕獲和定域大尺寸污染物 如微生物。顆粒過濾器可用作吸附劑的替代或可除吸附劑外還使用顆粒過濾器。隨著空氣 或水流流經(jīng)顆粒過濾器，所述流中的微生物將被顆粒過濾器捕獲。 最后，在方法60的步驟72中，當(dāng)氧自由基以及臭氧分子攻擊被捕獲的污染物時(shí)， 被捕獲的污染物(VOCs和/或微生物)將變性。應(yīng)認(rèn)識(shí)，當(dāng)污染物在氣相中時(shí)，氧自由基可 攻擊污染物(正如一些污染物將已被臭氧分子所攻擊)。但通過將污染物定域于捕獲設(shè)備 上，則短壽命的氧自由基接觸被捕獲污染物的概率將增大。此外，步驟72將延長捕獲設(shè)備 的使用壽命，這將在下面進(jìn)一步描述。 在其中捕獲設(shè)備為吸附劑的那些實(shí)施方案中，通過選擇對(duì)VOCs具有高親合力的 吸附劑，VOCs可在吸附劑表面上形成較強(qiáng)的鍵(即化學(xué)吸附)。通過吸附劑的其他分子(例 如臭氧)可形成較弱的鍵(物理吸附)。由于吸附過程是高度動(dòng)態(tài)的，故吸附在表面上的 VOC分子將連續(xù)地脫附并然后再次吸附在吸附劑上的不同位置處。因此，VOC分子可在吸附 態(tài)下進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)。取決于吸附劑的大小，有時(shí)，吸附態(tài)的VOCs和其他分子可最終 形成二氧化碳和水分子。應(yīng)認(rèn)識(shí)，在其他情況下，所產(chǎn)生的分子不一定就是良性或無害的。 重要的是所產(chǎn)生的分子比原始VOCs較不有害。通過使用特定的吸附劑，方法60可用來靶 向特定的污染物。與之類似，當(dāng)使用顆粒過濾器作為捕獲設(shè)備時(shí)，作為臭氧和/或氧自由基 攻擊的結(jié)果，微生物將在步驟72中變性為較不有害的微生物。有時(shí)，微生物可能被反復(fù)攻 擊。通過使臭氧和氧自由基與污染物反應(yīng)，污染物將被變性而使其較不有害。
在圖4中所示的實(shí)施方案中，方法60為連續(xù)工藝，在其中，臭氧生成(步驟62)、臭 氧分解(步驟68)及污染物的捕獲(步驟70)隨空氣或水流流經(jīng)凈化系統(tǒng)連續(xù)地進(jìn)行。在 一個(gè)替代的方法中，可使用間歇工藝，在其中，隨著空氣或水流流經(jīng)凈化系統(tǒng)，污染物首先 被捕獲和定域。臭氧在單獨(dú)的階段中生成并分解形成臭氧分子與氧自由基的混合物，所述 混合物可然后反復(fù)攻擊密閉空間內(nèi)被捕獲的污染物。通過反復(fù)攻擊污染物，VOCs可最終被 還原為二氧化碳和水。后面結(jié)合圖10和11對(duì)此間歇工藝有更詳細(xì)的描述。
如果凈化系統(tǒng)使用了吸附劑而未使用臭氧，則吸附劑仍將如上所述那樣吸附 VOCs。 VOC分子仍將在吸附在吸附劑上的狀態(tài)和從吸附劑上脫附的狀態(tài)之間循環(huán)。但在該 情況下，由于不存在臭氧分子和氧自由基來攻擊VOCs，故吸附劑將達(dá)到飽和點(diǎn)，在飽和點(diǎn)， 吸附劑將不再能降低流經(jīng)吸附劑的流體流中VOCs的濃度。將存在平衡以致VOCs的出口濃 度等于VOCs的入口濃度，且吸附劑將不再具有降低流體中污染物水平的功能。顆粒過濾器 的壽命也有限，因?yàn)榱黧w流經(jīng)顆粒過濾器的流量將因微生物(及其他污染物)在顆粒過濾 器上積聚而隨時(shí)間降低。相比之下，方法60使用吸附劑和/或顆粒過濾器將污染物定域于 捕獲設(shè)備上(步驟70)，并然后提供通過使污染物與臭氧分子和氧自由基反應(yīng)而從捕獲設(shè)備移除污染物的措施(步驟72)。該系統(tǒng)是自再生的，以便在臭氧和氧自由基的幫助下捕獲 設(shè)備能繼續(xù)從流體流中移除污染物而不變飽和。 圖5-9示意了采用圖4的方法60的凈化系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案。圖5為凈化系 統(tǒng)80的示意圖，凈化系統(tǒng)80含臭氧發(fā)生器82、UVC燈84和吸附劑86。凈化系統(tǒng)80與圖1 的凈化系統(tǒng)50相似。系統(tǒng)80可含與如圖1中所示系統(tǒng)50的電源22、傳感器24及流率控 制器26相似的部件；為清楚起見，圖5的系統(tǒng)80中省去了這些部件。也應(yīng)認(rèn)識(shí)，傳感器24 和流率控制器26在凈化系統(tǒng)中不是必需的。雖然圖5中未示出，但系統(tǒng)80可含顆粒過濾 器替代吸附劑86或可除吸附劑86外還使用顆粒過濾器，以截留流體流中的微生物。這將 在下面更詳細(xì)地描述。 臭氧發(fā)生器82可包括任何能生成臭氧的設(shè)備。如上面結(jié)合圖l-3所示及所述，可 使用非熱等離子體設(shè)備來生成臭氧?？捎糜诔粞醢l(fā)生器82的其他設(shè)備包括但不限于紫外 (UVC)燈和能產(chǎn)生足夠強(qiáng)的電場的設(shè)備如電暈放電設(shè)備及其他類型的等離子體設(shè)備。如圖 5中所示，可能被污染的空氣或水流被引導(dǎo)通過臭氧發(fā)生器82，所生成的臭氧被引入空氣 或水流中。在其中流經(jīng)系統(tǒng)80的流體流為水的那些情況下，臭氧發(fā)生器82可為電化學(xué)臭 氧發(fā)生器。 UVC燈84在系統(tǒng)80中構(gòu)造以分解空氣或水流內(nèi)所含的臭氧分子。UVC燈84產(chǎn)生 能量足以分解臭氧分子的光子。當(dāng)光子與臭氧分子接觸時(shí)，臭氧分子將分解成氧氣和氧自由基。 吸附劑86構(gòu)造成隨空氣或水流流經(jīng)吸附劑時(shí)吸附或定域VOCs和其他分子。與如 果VOCs繼續(xù)隨流經(jīng)系統(tǒng)80的空氣或水流行進(jìn)相比， 一旦VOCs被吸附到吸附劑86上，則將 有更高的使VOCs變性的概率。例如，仍在氣相中的氧自由基可與被吸附的VOCs反應(yīng)。在 一些實(shí)施方案中，吸附劑86也可對(duì)臭氧分子具有親合力以便臭氧分子可被吸附劑86吸附。 由于其彼此緊鄰，故被吸附的臭氧分子可然后與被吸附的VOCs反應(yīng)。 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，吸附劑86對(duì)各種VOCs具有選擇性。由于UVC燈84僅分解 部分臭氧分子，故流經(jīng)吸附劑86的空氣或水流可能含臭氧分子。因此，選擇也對(duì)臭氧具有 親合力的吸附劑材料可能將是有利的。 吸附劑86可包括任何已知的吸附劑材料并可呈各種形式如粉或粒料。在一些實(shí) 施方案中，吸附劑86可由超過一種吸附劑材料組成。例如，吸附劑86可包括混合在一起的 兩種類型的粒料。第一類型的粒料可對(duì)VOCs具有高親合力，而第二類型的粒料可對(duì)臭氧具 有高親合力。 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，吸附劑86的位置與UVC燈84緊鄰。由于氧自由基的壽命 有限，故優(yōu)選光解過程在污染物處于吸附態(tài)的地方附近發(fā)生。此外，UVC燈84可布置在系 統(tǒng)80內(nèi)以致燈84照射吸附劑86的地方。這樣，燈84將分解氣相中的臭氧分子以及吸附 相中的臭氧分子。所產(chǎn)生的氧自由基然后很好地與被吸附的VOCs反應(yīng)。
在圖5中所示的示例性實(shí)施方案中，系統(tǒng)80含四個(gè)UVC燈84。應(yīng)認(rèn)識(shí)，可根據(jù)以 下因素如但不限于所需的凈化速率、空氣或水流的污染水平及臭氧發(fā)生器的能力使用更多 或更少的燈。在一些實(shí)施方案中，UVC燈84可任選地在燈周圍包括罩或反射器以便燈84產(chǎn) 生的光子僅向下游(向著吸附劑86)行進(jìn)而不能向上游行進(jìn)。 圖6為與圖5的系統(tǒng)80相似的第二個(gè)凈化系統(tǒng)實(shí)施方案。凈化系統(tǒng)180含一些與圖5中所示相同的部件，包括臭氧發(fā)生器82和吸附劑86。但作為圖5的UVC燈84的替 代，圖6的系統(tǒng)180含熱絲88以分解臭氧。來自熱絲88的熱能被用來將臭氧分子瓦解為 氧氣和氧自由基。 如圖6中所示，絲88位于吸附劑86上游。在圖6所示的實(shí)施方案中，系統(tǒng)180含 四根絲88 ;但應(yīng)認(rèn)識(shí)，系統(tǒng)180中可含更多或更少的絲。由于氧自由基的壽命短，故優(yōu)選絲 88的位置與吸附劑86緊鄰。 在一些實(shí)施方案中，絲88可位于吸附劑86內(nèi)。例如可采用蜂窩結(jié)構(gòu)并可將吸附劑 粉沉積到蜂窩上而形成吸附劑86。絲88可貫穿蜂窩的孔。隨著臭氧分子流經(jīng)吸附劑86， 一些臭氧分子可被吸附。無論臭氧分子是被吸附還是保留在氣相中，來自絲88的熱能均將 分解臭氧分子。所產(chǎn)生的氧自由基然后能攻擊被吸附的V0Cs。 圖7為凈化系統(tǒng)的另一實(shí)施方案。凈化系統(tǒng)280含臭氧發(fā)生器82和吸附劑86。 系統(tǒng)280含催化劑90代替UVC燈或熱絲來分解臭氧。 在圖7所示的實(shí)施方案中，吸附劑86和催化劑90被混合在一起。來自發(fā)生器82 的臭氧被引入空氣或水流中，其然后流經(jīng)吸附劑86和催化劑90。在該實(shí)施方案中，催化劑 90為室溫催化劑。當(dāng)臭氧分子與催化劑90接觸時(shí)，臭氧分子被分解為氧氣和氧自由基。室 溫臭氧催化劑的實(shí)例包括但不限于氧化錳、鈀和其他氧化物，所述其他氧化物包括其結(jié)構(gòu) 中含氧空穴的氧化物或具有多個(gè)氧化態(tài)的氧化物，例如二氧化鈦光催化劑。由于吸附劑86 與催化劑90混合在一起，故現(xiàn)在氧自由基將與被吸附的V0Cs緊密接觸而能與V0Cs反應(yīng)并 使其變性。 在其他實(shí)施方案中，催化劑90和吸附劑86可為系統(tǒng)280內(nèi)獨(dú)立的組分而不是被 混合在一起。在此情況下，催化劑90可位于吸附劑86的上游不遠(yuǎn)處。 一旦臭氧分子被分解， 氧自由基將隨空氣或水流行進(jìn)到吸附劑86處，在這里，氧自由基將能攻擊被吸附的V0Cs。
圖8示意了含微波磁控管的另一凈化系統(tǒng)實(shí)施方案。與圖7的系統(tǒng)280相似，凈 化系統(tǒng)380含臭氧發(fā)生器82、吸附劑86和催化劑。但在該實(shí)施方案中，系統(tǒng)380含具有微 波腔的微波磁控管94且催化劑92為熱催化劑。在圖5-7中示意并在上面描述的實(shí)施方案 中，被污染的流體可為空氣或水。在圖8所示的實(shí)施方案以及圖9的系統(tǒng)480中，流經(jīng)凈化 系統(tǒng)380的流體限于空氣。 吸附劑86和催化劑92含在微波腔內(nèi)并接收磁控管94產(chǎn)生的微波輻射。熱催化 劑92吸收來自磁控管94的微波并然后分解與催化劑92接觸的臭氧分子。用于分解臭氧 的熱催化劑的實(shí)例包括但不限于活性碳和碳化硼。為避免被吸附劑86吸附的V0Cs的熱脫 附，在一些實(shí)施方案中選擇不顯著吸收微波輻射的材料作為吸附劑86。(應(yīng)認(rèn)識(shí)，在某些溫 度和壓力條件下，所有材料均可吸收至少最小量的微波。)這種類型的吸附劑的實(shí)例包括但 不限于二氧化鈦、二氧化硅和氧化鋁。吸附劑86可采用的可吸收微波能的其他材料包括但 不限于碳化硅、二硅化鉬、氮化鈦、二硼化鋯、某些氧化物(例如氧化鋯)、各種硅酸鹽、鋁硅 酸鹽、粘土和碳(包括活性碳)。在其他實(shí)施方案中，吸附劑86和催化劑92可為相同的材 料。例如，氧化錳可既用作吸附劑又用作分解臭氧的熱催化劑。 在一個(gè)替代的實(shí)施方案中，熱催化劑92可自不吸收來自磁控管94的微波的材料 形成。在此情況下，系統(tǒng)380中可含附加的材料(即吸收劑)來吸收來自磁控管94的微波 并從而提高熱催化劑92的溫度。所述吸收劑應(yīng)與熱催化劑92混合以便其與催化劑92直接物理接觸并因此能為催化劑92提供加熱。 圖9為也含微波磁控管的凈化系統(tǒng)的替代實(shí)施方案的示意圖。與上述所述的凈化 系統(tǒng)不同，該凈化系統(tǒng)的部件(臭氧UV燈102、殺菌燈104和吸附劑106)散布在一起并含 在微波磁控管94的微波腔內(nèi)。 燈102和104構(gòu)造為由微波而不是燈內(nèi)布置的電極來激勵(lì)。當(dāng)微波磁控管94產(chǎn) 生微波輻射時(shí)，臭氧UV燈102生成臭氧而殺菌燈104分解部分所生成的臭氧分子。與上面 所述的吸附劑相似，吸附劑106構(gòu)造為選擇性地吸附流經(jīng)微波腔的流體流中的VOCs。如上 所述，吸附劑106也可吸附其他分子如臭氧分子和氧自由基。 應(yīng)認(rèn)識(shí)，系統(tǒng)480可僅含一種類型的UV燈而不是獨(dú)立的臭氧發(fā)生燈和殺菌(分 解)燈。如果僅使用一種類型的燈，則這些UV燈應(yīng)同時(shí)產(chǎn)生和離解臭氧。
應(yīng)認(rèn)識(shí)，也可使用本文中未明確示出和描述的其他構(gòu)造的凈化系統(tǒng)來實(shí)施圖4的 方法60。這些其他構(gòu)造應(yīng)類似地涉及向流體流中弓I入臭氧的方法和分解臭氧以形成氧自由 基的方法。吸附劑被用來定域污染物以便臭氧和氧自由基能與吸附態(tài)的VOCs反應(yīng)而使之 變性。與如果臭氧和氧自由基僅攻擊氣相中的VOCs相比，這將提高系統(tǒng)的凈化效果。
上面描述并在圖5-9中示意的吸附劑構(gòu)造以捕獲或定域流經(jīng)吸附劑的流體內(nèi)所 含的VOCs。除揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)夕卜，流體內(nèi)可能還含多種類型的污染物。例如，所 述污染物也可包括比VOCs大的微生物。如上面結(jié)合圖4的方法60所述，可使用顆粒過濾 器以便當(dāng)流體流經(jīng)顆粒過濾器時(shí)捕獲這些微生物。在圖5-8的實(shí)施方案中可使用顆粒過濾 器代替吸附劑的使用。在其他實(shí)施方案中可除吸附劑外還使用顆粒過濾器。
例如，在圖5和6的凈化系統(tǒng)80和180中可分別用顆粒過濾器代替吸附劑86，所 述顆粒過濾器可為例如HEPA過濾器或自活性碳形成。所述顆粒過濾器用作可允許空氣和 其他較小分子通過而截留較大分子如微生物的篩而不是吸附VOCs。與吸附劑86相似，顆粒 過濾器將定域微生物以便當(dāng)臭氧和氧自由基流經(jīng)系統(tǒng)80時(shí)臭氧分子和氧自由基攻擊該微 生物。如結(jié)合吸附劑所述，微生物在臭氧和氧自由基作用下的變性同樣將延長顆粒過濾器 的使用壽命。 在一個(gè)替代的實(shí)施方案中，凈化系統(tǒng)80和180中除吸附劑86外還可使用顆粒過 濾器。以圖5的系統(tǒng)80為例，如果除吸附劑86外還使用顆粒過濾器，則顆粒過濾器可位于 臭氧發(fā)生器82與UVC燈84之間。在其中使用紫外光來分解臭氧分子的那些實(shí)施方案中， 將顆粒過濾器布置在臭氧分解設(shè)備(即圖5中的UVC燈84)的上游可能將是有利的，因?yàn)?顆粒過濾器可阻斷UVC燈84所產(chǎn)生的光子。但在一些實(shí)施方案中可使用UV透明材料來形 成顆粒過濾器，在這種情況下，顆粒過濾器相對(duì)于臭氧分解設(shè)備的布置位置將無關(guān)緊要。在 其中臭氧分解設(shè)備不產(chǎn)生紫外光(例如圖6的熱絲)的那些實(shí)施方案中，顆粒過濾器基本 可位于臭氧發(fā)生設(shè)備下游的任何地方。有時(shí)可能優(yōu)選顆粒過濾器的位置與臭氧分解設(shè)備緊 鄰，以便氧自由基與被捕獲的微生物鄰近。 就本公開的目的而言，捕獲設(shè)備可指能用各種方法從流體中移除污染物的各種設(shè) 備。如本文中所述，捕獲設(shè)備可為吸附劑和/或顆粒過濾器。有時(shí)，所述移除可通過分子 (如VOCs)的物理吸附或化學(xué)吸附實(shí)現(xiàn)，而在其他時(shí)候，所述移除基于顆粒的尺寸通過過濾 截留顆粒進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，捕獲設(shè)備可既能吸附VOCs又能截留較大的微生物。例 如，碳纖維可用作吸附劑和顆粒過濾器?；蛘撸捎米鬟^濾器的纖維也可被涂布以導(dǎo)致吸附VOCs的材料。 如上面關(guān)于吸附劑類似地描述的(參見圖7和8)，顆粒過濾器內(nèi)可含催化劑以分 解臭氧。構(gòu)成顆粒過濾器的纖維可為將分解臭氧的催化材料，或所述纖維可被涂布以將分 解臭氧的材料。所述催化劑可為室溫催化劑或熱催化劑。 在一些實(shí)施方案中，本文中所述的凈化系統(tǒng)也可含臭氧緩解設(shè)備。如上所述，臭氧 分子可存活相當(dāng)長的一段時(shí)間。由于臭氧在最低濃度水平之上是危險(xiǎn)的，故移除離開圖5-9 的凈化系統(tǒng)的空氣流中剩余的任何臭氧分子可能很重要。例如可使用由活性碳形成的過濾 器或氧化錳催化劑來捕獲任何剩余的臭氧分子，特別是在空氣被釋放進(jìn)居處空間之前。參 看圖5的凈化系統(tǒng)80，臭氧過濾器可位于吸附劑86下游。 圖10和11示意了使用臭氧發(fā)生器、臭氧分解設(shè)備和捕獲設(shè)備凈化被污染的空氣 流的替代實(shí)施方案。在上面所述的實(shí)施方案中，流體的凈化為連續(xù)工藝。凈化工藝的步驟 (生成臭氧、分解臭氧和捕獲污染物)在流體繼續(xù)流經(jīng)凈化系統(tǒng)的同時(shí)進(jìn)行。如下所述，在 一個(gè)替代的實(shí)施方案中可采用在再生室中進(jìn)行的兩階段工藝進(jìn)行空氣凈化。在第一階段 中，捕獲設(shè)備(即吸附劑或顆粒過濾器)在空氣流經(jīng)再生室時(shí)捕獲空氣中的污染物。在第 二階段中，空氣被阻止進(jìn)入或離開再生室，臭氧和氧自由基反復(fù)攻擊被捕獲的污染物。
圖10為空氣凈化系統(tǒng)50的示意圖，該系統(tǒng)可含在HVAC系統(tǒng)內(nèi)(與圖1的系統(tǒng)10 相似)。凈化系統(tǒng)500含臭氧發(fā)生器510、臭氧分解設(shè)備512、吸附劑514、風(fēng)扇516和氣閘 518和520，所有這些均含在再生室522內(nèi)。在第一階段中，再生室522處于開放位置以便 空氣流流經(jīng)系統(tǒng)500(經(jīng)由入口 524和出口 526)。在此第一階段(可稱為吸附階段)過程 中，臭氧發(fā)生器510和臭氧分解設(shè)備512被關(guān)閉。隨著空氣流流經(jīng)吸附劑514，空氣流中的 污染物(特別是VOCs)被吸附劑514吸附而因此從空氣流中移除。系統(tǒng)500繼續(xù)在此第一 階段運(yùn)行預(yù)定的一段時(shí)間或直至吸附劑514達(dá)到平衡，這將在下面更詳細(xì)地描述。
圖11示意了所述凈化工藝的第二階段，該階段被稱為再生階段。如圖11中所示， 再生室522處于關(guān)閉位置。氣閘518和520移至垂直位置以便氣閘518和520阻止任何空 氣進(jìn)入或離開再生室522。用風(fēng)扇516使再生室522內(nèi)所含空氣繞室522循環(huán)。在再生階 段過程中，臭氧發(fā)生器510和臭氧分解設(shè)備512被開啟。臭氧分子和氧自由基因此被引入 繞再生室522循環(huán)的空氣中。 再生室522內(nèi)的空氣中剩余的任何污染物或被吸附劑514吸附或被臭氧分子和氧 自由基攻擊。隨著臭氧分子和氧自由基通過吸附劑514，吸附態(tài)的VOCs將被攻擊而變性。 由于臭氧和氧自由基繼續(xù)在再生室522內(nèi)產(chǎn)生，故被吸附的VOCs被臭氧和氧自由基反復(fù) 攻擊。最后，VOCs可被還原為二氧化碳和水。結(jié)果，V0Cs從吸附劑514移除而再生吸附劑 514。在此處，由于吸附劑514能捕獲其他VOCs，故吸附階段可反復(fù)進(jìn)行。
如上面所提到的，凈化系統(tǒng)500可為建筑物中HVAC系統(tǒng)的一部分。系統(tǒng)500可構(gòu) 造為使系統(tǒng)500周期性地從圖10的吸附階段向圖11的再生階段轉(zhuǎn)換。例如，如果建筑物 在白天有人居處而在傍晚和夜間無人居處，則系統(tǒng)500可設(shè)計(jì)為在白天使用吸附階段以凈 化空氣流而向建筑物傳送潔凈空氣。然后當(dāng)建筑物無人居處時(shí)使用再生階段以再生吸附劑 而使吸附劑可用于進(jìn)一步的污染物移除。 系統(tǒng)500也可構(gòu)造為使其在當(dāng)吸附劑514變飽和以致吸附劑514出口處的VOCs 濃度等于吸附劑514入口處的VOCs濃度時(shí)從吸附階段向再生階段轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)500可暫時(shí)在再生階段運(yùn)行以再生吸附劑514。系統(tǒng)500的實(shí)施方案的優(yōu)勢在于，由于吸附劑514可在 再生階段后再次使用，故可減少吸附劑514的量而仍具有與大尺寸吸附劑可比的能力。
在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)500可任選地在再生室522內(nèi)含加熱器以在再生階段過 程中提高室522內(nèi)的溫度。較高的溫度將促進(jìn)吸附在吸附劑514上的VOCs的脫附。在此 情況下，被脫附的VOCs將返回氣相，此處，VOCs可在氣相中被再生室522內(nèi)的臭氧分子和 氧自由基攻擊。應(yīng)認(rèn)識(shí)，在一些實(shí)施方案中，臭氧發(fā)生器510和臭氧分解設(shè)備512可提高室 522內(nèi)的溫度。例如，如果臭氧分解設(shè)備512含至少一個(gè)UVC燈，則該UVC燈將為室522提 供熱。 在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)500可含臭氧緩解設(shè)備，其應(yīng)位于吸附劑514下游。臭氧 緩解設(shè)備在臭氧發(fā)生器510關(guān)閉后可用在再生階段的尾部。由于臭氧分子可存活高達(dá)數(shù)小 時(shí)，故可使用臭氧緩解設(shè)備來從室522中移除任何剩余的臭氧分子。如果吸附階段將反復(fù) 進(jìn)行且流經(jīng)系統(tǒng)500的空氣將行進(jìn)到居處空間，則這可能很重要。作為臭氧緩解設(shè)備的一 個(gè)替代方案，系統(tǒng)500可在臭氧發(fā)生器510關(guān)閉而臭氧分解設(shè)備512開啟的情況下在再生 階段運(yùn)行一段時(shí)間。在此情況下，室522中剩余的臭氧分子可被分解為氧氣和氧自由基和 /或與其他分子反應(yīng)。 應(yīng)認(rèn)識(shí)，圖10和11的系統(tǒng)500可以連續(xù)工藝運(yùn)行，在此情況下，系統(tǒng)500將與圖 5-9中所示的實(shí)施方案相似。系統(tǒng)500的運(yùn)行中再生室522應(yīng)處于開放位置(圖10)。因 此空氣可流進(jìn)和流出室522，而臭氧發(fā)生器510和臭氧分解設(shè)備512如上所述與吸附劑514 組合地運(yùn)行。 如上面結(jié)合圖5-8所述，可類似地除吸附劑514外還在系統(tǒng)500中使用顆粒過濾 器或使用顆粒過濾器作為吸附劑514的替代。顆粒過濾器將截留吸附階段過程中流經(jīng)室 522的空氣流中的微生物。在再生階段，顆粒過濾器上的微生物可被繞再生室522循環(huán)的臭 氧分子和氧自由基反復(fù)攻擊。 在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)500中可省去臭氧分解設(shè)備512 (或在系統(tǒng)500的運(yùn)行過 程中可關(guān)閉設(shè)備512)。在此情況下，再生階段過程中對(duì)被捕獲污染物的攻擊基本僅由來自 臭氧發(fā)生器510的臭氧分子(與臭氧分子和氧自由基二者相對(duì))進(jìn)行。臭氧分子仍可有效 地使污染物變性而將其從捕獲設(shè)備移除。吸附階段可然后仍如上所述反復(fù)進(jìn)行。但由于氧 自由基對(duì)于攻擊污染物特別有效，故應(yīng)認(rèn)識(shí)，當(dāng)臭氧發(fā)生器與臭氧分解設(shè)備組合使用時(shí)，系 統(tǒng)500可更有效。 本文中所述的凈化系統(tǒng)可用在其中有必要凈化污染空氣或水流或凈化污染空氣 或水流將有益的多種應(yīng)用中。所述凈化系統(tǒng)可用來凈化建筑物中的空氣和/或水。例如， 如結(jié)合圖1-3所述，所述凈化系統(tǒng)可用在HVAC系統(tǒng)的管道中以凈化流經(jīng)所述管道系統(tǒng)的空 氣流。所述系統(tǒng)也可用來凈化任何類型的運(yùn)輸設(shè)備包括航天器、飛行器、陸地車輛、巡航線 及其他類型的船舶中的空氣和/或水。 雖然結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)，可從形 式和細(xì)節(jié)上加以改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種凈化含污染物的流體的方法，所述方法包括a)從所述流體捕獲所述污染物以定域所述污染物；b)用臭氧發(fā)生設(shè)備生成臭氧分子；c)將部分所述臭氧分子分解為氧氣和氧自由基；和d)使所述被捕獲的污染物與所述氧自由基和臭氧分子反應(yīng)以使所述污染物變性。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中捕獲所述污染物用顆粒過濾器進(jìn)行。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中捕獲所述污染物用吸附劑進(jìn)行。
4. 權(quán)利要求3的方法，所述方法還包括在分解所述臭氧分子之前用所述吸附劑吸附所述流體中的所述臭氧分子。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中UVC燈照射所述吸附劑，所述被吸附的臭氧分子分解為氧氣和氧自由基。
6. 權(quán)利要求l的方法，其中所述流體包括水和空氣中的至少一者。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中分解部分所述臭氧分子通過UVC燈、發(fā)光二極管(LED)、太陽輻射、熱絲、吸附劑、催化劑和微波磁控管中的至少一者進(jìn)行。
8. 權(quán)利要求l的方法，其中所述臭氧發(fā)生設(shè)備包括UVC燈、電暈放電設(shè)備、等離子體設(shè)備和電化學(xué)臭氧發(fā)生器中的至少一者。
9. 權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括在步驟b)之前創(chuàng)立密閉的再生室以防止流體進(jìn)入或離開所述再生室；禾口使所述流體在所述再生室中循環(huán)。
10. 權(quán)利要求9的方法，其中隨著所述流體繼續(xù)在所述再生室中循環(huán)，步驟b)到d)反復(fù)進(jìn)行，從而導(dǎo)致被捕獲污染物的反復(fù)被攻擊。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中所述被捕獲污染物的反復(fù)被攻擊繼續(xù)足以將所述污染物還原為二氧化碳和水的一段時(shí)間。
12. 權(quán)利要求9的方法，其中步驟b)中的所述臭氧發(fā)生設(shè)備被關(guān)閉而步驟c)和d)繼續(xù)直至所述再生室中的臭氧濃度低于預(yù)定水平。
13. 權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括用臭氧緩解設(shè)備從所述流體移除未反應(yīng)的臭氧分子。
14. 一種凈化含污染物的流體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含捕獲設(shè)備，所述設(shè)備構(gòu)造成隨所述流體流經(jīng)所述捕獲設(shè)備而從所述流體移除所述污染物；臭氧發(fā)生設(shè)備，所述設(shè)備構(gòu)造成生成臭氧分子；禾口臭氧分解設(shè)備，所述設(shè)備構(gòu)造成將部分所述臭氧分子分解為氧氣和氧自由基，其中所述臭氧分子和氧自由基與被捕獲的污染物反應(yīng)而使所述污染物變性。
15. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述污染物包括微生物和揮發(fā)性有機(jī)化合物(V0Cs)中的至少一者。
16. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述捕獲設(shè)備為顆粒過濾器。
17. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述捕獲設(shè)備為吸附劑。
18. 權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述吸附劑構(gòu)造為吸附臭氧，所述臭氧分解設(shè)備分解吸附態(tài)的臭氧。
19. 權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中所述臭氧分解設(shè)備為UVC燈，所述UVC燈布置在照射所述吸附劑的位置處。
20. 權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述臭氧分解設(shè)備為熱絲，所述熱絲的位置與所述吸附劑緊鄰。
21. 權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述吸附劑位于所述臭氧分解設(shè)備下游。
22. 權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述流體中的污染物包括微生物且所述系統(tǒng)還包含構(gòu)造成從所述流體中移除所述微生物的顆粒過濾器。
23. 權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾器位于所述臭氧發(fā)生設(shè)備下游及所述臭氧分解設(shè)備上游。
24. 權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾器位于所述臭氧分解設(shè)備下游。
25. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中在所述污染物被所述捕獲設(shè)備捕獲前部分所述臭氧分子將攻擊部分所述污染物。
26. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述臭氧分解設(shè)備包括UVC燈、發(fā)光二極管(LED)、太陽輻射、熱絲、吸附劑、催化劑和微波磁控管中的至少一者。
27. 權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述催化劑為熱催化劑且所述系統(tǒng)還包含構(gòu)造成吸收微波并提高所述熱催化劑的溫度的吸收劑。
28. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述臭氧發(fā)生設(shè)備包括等離子體設(shè)備、電暈放電設(shè)備、UVC燈和電化學(xué)臭氧發(fā)生器中的至少一者。
29. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含磁控管以生成微波能，其中所述微波能用于激勵(lì)UVC燈和加熱構(gòu)造成分解臭氧的催化劑中的至少一者。
30. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含具有開放位置和關(guān)閉位置的再生室，其中所述室構(gòu)造為在所述開放位置可讓所述流體流經(jīng)所述室，在所述關(guān)閉位置限制部分所述流體而使之再循環(huán)通過所述再生室并防止另外的流體進(jìn)入或離開所述再生室。
31. 權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述再生室處于開放位置時(shí)所述臭氧發(fā)生設(shè)備和所述臭氧分解設(shè)備被關(guān)閉。
32. 權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述再生室處于關(guān)閉位置時(shí)所述臭氧發(fā)生設(shè)備和所述臭氧分解設(shè)備被開啟，且所述捕獲設(shè)備上的污染物被所述再生室中的臭氧分子和氧自由基反復(fù)攻擊。
33. 權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述污染物被反復(fù)攻擊足以將所述污染物還原為二氧化碳和水的時(shí)間。
34. 權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中所述再生室包括風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)中的至少一者以使所述流體循環(huán)。
35. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述流體包括水和空氣中的至少一者。
36. —種凈化流體的方法，所述方法包括用臭氧發(fā)生設(shè)備生成臭氧；使含揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的流體流流經(jīng)所述臭氧發(fā)生設(shè)備以便臭氧分子被引入所述流體流中并與所述VOCs混合；將至少部分所述臭氧分子分解為氧氣和氧自由基；用吸附劑吸附所述VOCS ;禾口使所述氧自由基和臭氧分子與被吸附的VOCs反應(yīng)而使所述VOCs變性。
37. 權(quán)利要求36的方法，其中所述流體流含微生物且所述方法還包括 用顆粒過濾器捕獲所述微生物。
38. 權(quán)利要求37的方法，其中在分解所述臭氧分子之前用顆粒過濾器捕獲所述微生物。
39. 權(quán)利要求36的方法，其中在吸附所述VOCs之前部分所述臭氧分子攻擊部分所述 V0Cs。
40. 權(quán)利要求36的方法，其中所述臭氧發(fā)生設(shè)備包括UVC燈、電暈放電設(shè)備、等離子體 設(shè)備和電化學(xué)臭氧發(fā)生器中的至少一者。
41. 權(quán)利要求36的方法，其中分解臭氧分子通過殺菌UVC燈、發(fā)光二極管(LED)、太陽 輻射、熱絲、吸附劑、催化劑和磁控管中的至少一者進(jìn)行。
42. 權(quán)利要求36的方法，所述方法還包括 用吸附劑吸附臭氧分子；禾口 分解吸附在所述吸附劑上的臭氧分子。
43. 權(quán)利要求42的方法，其中所述吸附劑包括構(gòu)造成分解所述臭氧分子的催化劑。
44. 權(quán)利要求43的方法，其中所述催化劑為熱催化劑且分解所述吸附在所述吸附劑上 的臭氧分子包括提高所述熱催化劑的溫度。
45. 權(quán)利要求44的方法，其中提高所述熱催化劑的溫度通過與所述熱催化劑混合并構(gòu) 造成吸收微波的吸收劑進(jìn)行。
46. 權(quán)利要求36的方法，其中使所述氧自由基和臭氧分子與所述被吸附的V0Cs反應(yīng)包 括使氧自由基和臭氧分子反復(fù)攻擊所述被吸附的V0Cs足以將所述V0Cs還原為二氧化碳和 水的時(shí)間。
47. —種凈化含污染物的空氣流的方法，所述方法包括a) 使所述空氣流流經(jīng)捕獲設(shè)備以從所述空氣流移除所述污染物并定域所述污染物；b) 創(chuàng)立密閉的再生室以防止其他空氣進(jìn)入或離開所述再生室；c) 使空氣在所述再生室中循環(huán)；d) 向在所述再生室中循環(huán)的空氣中引入臭氧分子；禾口e) 讓所述臭氧分子反復(fù)攻擊所述被定域的污染物。
48. 權(quán)利要求47的方法，其中所述捕獲設(shè)備包括吸附劑和顆粒過濾器中的至少一者。
49. 權(quán)利要求47的方法，所述方法還包括將所述再生室中的所述臭氧分子分解為氧氣和氧自由基，其中所述氧自由基反復(fù)攻擊 所述被定域的污染物。
50. 權(quán)利要求49的方法，其中分解所述臭氧分子通過UVC燈、發(fā)光二極管(LED)、太陽 輻射、熱絲、吸附劑、催化劑和微波磁控管中的至少一者進(jìn)行。
51. 權(quán)利要求47的方法，其中所述被定域的污染物的反復(fù)被攻擊導(dǎo)致所述污染物從所 述捕獲設(shè)備移除，且步驟a)到e)被重復(fù)進(jìn)行。
52. 權(quán)利要求47的方法，其中所述污染物包括微生物和揮發(fā)性有機(jī)化合物(V0Cs)中的 至少一者。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凈化含污染物的流體(如空氣或水)的系統(tǒng)和方法(60)，所述系統(tǒng)和方法包括用捕獲設(shè)備如吸附劑和/或顆粒過濾器從所述流體(70)移除污染物。所述污染物可包括揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)和微生物。所述方法(60)還包括用臭氧發(fā)生設(shè)備(62)生成臭氧分子。使用臭氧分解設(shè)備將至少部分所述臭氧分子分解為氧氣和氧自由基(68)。被捕獲的污染物(VOCs和微生物)與所述氧自由基和臭氧分子反應(yīng)而使所述污染物(72)變性，從而使其比所述流體中的原始污染物較不有害。有時(shí)，所述污染物可被還原為二氧化碳和水。
文檔編號(hào)C02F9/00GK101778804SQ200780100288
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者N·O·萊姆科夫, S·D·布蘭德斯, S·O·海, T·H·范德斯普爾特, T·N·奧比, W·R·施米德特 申請(qǐng)人:開利公司