[发明专利]用于延长臭氧的半衰期的水处理

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月25日提交的美国临时专利申请61/527,284号的优先权，其通过引用全文结合到本文中来。

领域

概括地讲，本发明涉及用于生成臭氧化水的系统和方法。更详细地讲，本发明涉及在臭氧化水的生产中处理水的臭氧化方法和系统。

背景

臭氧是氧气的天然存在的同素异形体。其是已知的并作为氧化剂和消毒剂使用。在水溶液中，在适当浓度下臭氧能够在数秒内杀死细菌。常常需要使用臭氧作为消毒或卫生处理剂，因为其无味且不留下残留。溶解于水中的臭氧的卫生处理性质以及其无味且无残留使得这种溶液适合用于清洁和消毒的需要。臭氧化水可用于在商业和家庭设备中消毒或卫生处理。例如，臭氧化水可用于消毒或卫生处理浴室柜、制品、盘子和餐具或地板。

使用臭氧作为消毒剂或卫生处理剂的一种便利方法是将其溶解于水或水基溶液中。臭氧的稳定性在其作为消毒或卫生处理剂使用时经常是一项复杂的因素，因为赋予臭氧消毒和卫生处理性质的臭氧高反应性还引起与还原剂的反应，且因此引起分解。在预期需求下生成的臭氧水中的臭氧最终将分解并恢复成未臭氧化的水。

生成适合清洁、消毒或卫生处理的臭氧化水的臭氧化系统可为再循环或非再循环的系统。

再循环臭氧化系统设计有水槽和再循环臭氧化流动路径。水流经该臭氧化流动路径并使适量的臭氧溶解于其中。在臭氧化流动路径中的低效率导致需要臭氧化水经臭氧化流动路径再循环回来以达到所期望量的溶解的臭氧。这典型地通过使臭氧化水再循环回到水槽并操作臭氧化系统一段时间直至在该槽中的水全部充分臭氧化来实现。

臭氧化系统已经通过增加臭氧化流动路径的效率和/或通过使用连续再循环系统解决了在(a) 启动系统和(b) 传送具有可用水平的臭氧的臭氧化水之间的延迟。

可以使用连续再循环臭氧化系统“按需(on demand)”生成臭氧化水。连续再循环臭氧化系统具有使臭氧化水再循环回到收集槽的臭氧化流动路径，且该系统使水在系统中臭氧化而与臭氧化水是否正在分配无关。在这种系统中，将臭氧连续地加到水中以替换已经分解的任何臭氧，或者使已经加入以替换从系统中除去的臭氧化水的任何新鲜水臭氧化。最终基于入口和出口流速以及在臭氧化系统中使用的臭氧化流动路径的效率达到臭氧化水的稳态。然而，在臭氧化开始时，溶解的臭氧的水平低且逐渐增加直至达到稳态。

也可以使用非再循环臭氧化系统。所述系统“按需”分配臭氧化水而不需要连续再循环系统。也就是说，非再循环臭氧化系统经由单次通过臭氧化流动路径分配已经加到水中的臭氧，由此废除对于收集槽的需要。

在再循环臭氧化系统和非再循环臭氧化系统两者中，与系统是否“按需”分配臭氧化水无关，期望增加溶解的臭氧的浓度并降低臭氧分解的速率。

各种因素影响着臭氧分解的速率(Ericksson, M. Ozone Chemistry in Aqueous Solution (在水溶液中的臭氧化学) 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减的增加及其对生物战剂的灭菌作用), J. Hazard Mater. 2009年9月15日; 168(2-3): 1595-601, 电子出版 2009年3月21日)。例如，温度增加、搅拌速度增加和较高的离子强度都加速在水溶液中臭氧分解的速率。相反，加入自由基清除剂或其他稳定剂(例如胶束表面活性剂)和使用酸性缓冲体系减小溶液的pH使臭氧稳定并降低臭氧分解的速率。