可浸没式杀生物剂反应器和方法
阅读：1024发布：2020-09-07
专利汇可以提供可浸没式杀生物剂反应器和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供向工业 水 处理 中的工业水中投予 杀 生物 剂 的方法。所述方法可以使用用于产生 氧 化性 杀生物剂 并且将所述氧化性杀生物剂传递到液体流的反应器进行。所述反应器尤其包括反应室和放置于所述反应室内以促进至少两种反应物混合的填料。，下面是可浸没式杀生物剂反应器和方法专利的具体信息内容。
1.一种向工业水处理中的工业水投予杀生物剂的方法，所述方法包括：
将工业水的一部分分流到处于水平面的支流；
过滤所述工业水支流；
以足以形成杀生物剂的比率向杀生物剂形成反应器添加第一反应物和第二反应物，其中所述杀生物剂形成反应器至少部分位于所述工业水水平面的下方；
使用来自所述杀生物剂形成反应器的杀生物剂处理所述经过滤的工业水支流；以及使所述杀生物剂处理的工业水支流返回到所述工业水处理中的所述工业水中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法的流体滞留因子为约0.0001到约0.1。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第一反应物是亚氯酸盐并且所述第二反应物是盐酸。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第一反应物是氟化物盐并且所述第二反应物是次氯酸或盐。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第一反应物是溴化物盐并且所述第二反应物是次氯酸或盐。
6.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第一反应物是碘化物盐并且所述第二反应物是次氯酸或盐。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第一反应物是铵盐并且所述第二反应物是次氯酸或盐。
8.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述杀生物剂包含选自下述反应产物组成的组的反应产物：二氧化氯、氟、氯、溴、碘、氯胺以及其组合。
9.一种用于产生氧化性杀生物剂并且将所述氧化性杀生物剂传递到液体流的反应器，所述反应器包含：
主体、反应室、用于接收第一杀生物剂反应物的第一入口端口、用于接收第二杀生物剂反应物的第二入口端口，所述入口端口中的每一个与所述反应室流体连通，和与所述反应室流体连通的出口端口；以及
放置在所述反应室内以促进所述第一反应物与所述第二反应物的混合的填料。
10.根据权利要求9所述的反应器，其中所述填料占据约25％到约75％的反应室容积。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的反应器，其中所述填料由多种填料成分形成。
12.根据权利要求11所述的反应器，其中所述反应室限定第一直径并且各填料成分限定第二直径，所述第一直径与所述第二直径的比率为约3∶1到约8∶1。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的反应器，其中所述填料成分选自由下述填料成分组成的组：玻璃球、陶瓷球、拉西环、贝尔鞍形填料以及其组合。
14.根据权利要求9到13中任一项所述的反应器，其中所述主体由卤化塑料形成。
15.根据权利要求9和10中任一项所述的反应器，其中所述填料由经固定的填料插入物形成。
16.根据权利要求15所述的反应器，其中所述经固定的填料插入物可固定地连接至所述主体。
17.根据权利要求9到16中任一项所述的反应器，其中所述第一入口端口和所述第二入口端口中的每一个经各自入口通道与所述反应室流体连通。
18.根据权利要求17所述的反应器，其中所述入口通道布置成将所述第一反应物和所述第二反应物中的每一个经独立物料流传递到所述反应室中。
19.根据权利要求17所述的反应器，其中所述入口通道布置成将所述第一反应物和所述第二反应物经单个物料流传递到所述反应室中。
可浸没式杀生物剂反应器和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2015年4月24日提交的序列号为62/152,342的美国专利申请和2016年4月21日提交的序列号为15/135,036的美国专利申请的优先权，其公开内容通过整体引用并入本文中。
背景技术
[0003] 杀生物剂可以用于控制、减少和/或消除工业水系统的内表面上可能存在的微生物生长。例如，冷却水系统的内表面可能变得被污垢淤塞，这可以为微生物生长提供培养基并且导致冷却水系统无效性。微生物生长的控制、减少和/或消除对于工业水系统的有效操作是重要的。发明内容
[0004] 提供一种向工业水处理中的工业水中投予杀生物剂的方法。所述方法包括将工业水的一部分分流到处于水平面的支流。对工业水支流进行过滤。以足以形成杀生物剂的比率向杀生物剂生成反应器添加第一反应物和第二反应物。杀生物剂生成反应器至少部分位于工业水水平面的下方。用来自杀生物剂生成反应器的杀生物剂处理经过滤的工业水支流。使杀生物剂处理过的工业水支流返回到工业水处理中的工业水中。
[0005] 提供用于产生氧化性杀生物剂并且将氧化性杀生物剂传递到液体流的反应器。所述反应器包括主体、反应室、用于接收第一杀生物剂反应物的第一入口端口、用于接收第二杀生物剂反应物的第二入口端口和与反应室流体连通的出口端口。入口端口中的每一个都与反应室流体连通。在反应室内放置填料来促进第一反应物与第二反应物的混合。附图说明
[0006] 图1示出了反应器的实施例；
[0007] 图2示出了反应器的替代实施例；以及
[0008] 图3示出了可以用于进行本文公开的方法的系统的流程图。
具体实施方式
[0009] 提供用于产生氧化性杀生物剂并且将氧化性杀生物剂传递到液体流的反应器。在优选实施例中，本文所提供的本发明反应器用于执行也提供于本文中的本发明方法的一种或多种。
[0010] 在图1和2中示出的每一个实施例中，反应器10包括主体12。主体形成反应器的主要结构并且形成反应室14。用于接收第一杀生物剂反应物的第一入口端口16和用于接收第二杀生物剂反应物的第二入口端口18中的每一个都与反应室14流体连通。入口端口允许反应物进入反应室中。反应室14与出口端口20流体连通。当反应器投入使用时，出口端口20与用于传输工业水处理的经过滤的支流的管道流体连通(参见如图3)。
[0011] 在优选实施例中，反应器的主体的反应室包含填料22。附图中显示填料22的样品部分。然而，填料22可以大体上填充反应室14，在反应室中基本上仅留下空隙空间。当存在时，填料被放置在反应室中以促进第一反应物与第二反应物的混合。填料通常包括一定量的被占据的空间和一定量的空隙空间。术语“空隙空间”并非意指不含物质的空间。通常，空隙空间将被例如气态物质、反应物(即活性剂)和/或惰性液体等流体物质占据。在优选实施例中，填料占据约25％到约75％的反应室容积。相对地，在该优选实施例中，反应室的空隙空间占据约75％到约25％的反应室容积。在另一优选实施例中，填料占据约50％到约75％的反应室容积，并且相对地，反应室的空隙空间占据约50％到约25％的反应室容积。
[0012] 在某些实施例中，反应室的填料由经固定的填料插入物形成。在一些实施例中，经固定的填料插入物可固定地连接至主体，在某些实施例中，其与主体一起模制成单个结构。
[0013] 在一个优选实施例中，反应室的填料由多种填料成分24形成。填料成分可以包含散堆填料。例如，填料成分可以选自下述填料成分组成的组：玻璃球、陶瓷球、拉西环(Raschig ring)、贝尔鞍形填料(Berl saddle)以及其组合。在包含多种填料成分的实施例中，反应室配置成防止填料成分离开反应室。例如，在某些实施例中，入口端口和/或出口端口可以包括截面面积比各填料成分的截面小的一个或多个开口。可供选择地或者作为组合，反应器可以布置成使具有较大截面面积的任何开口朝上，由此使重力作用于填料成分。
[0014] 在某些实施例中，反应室界定第一直径并且各填料成分界定第二直径。在某些实施例中，第一直径与第二直径的比率为约3∶1到约8∶1。在优选实施例中，第一直径与第二直径的比率为约4∶1到约6∶1。
[0015] 在某些实施例中，反应器的主体由卤化塑料形成。卤化塑料的实例包括但不限于聚氯乙烯(“PVC”)、氯化聚氯乙烯(“CPVC”)、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、聚氯丁二烯、聚偏二氟乙烯(“PVDF”)、氟化乙烯丙烯(“FEP”)以及其组合。
[0016] 在某些实施例中，第一入口端口和第二入口端口中的每一个经各自入口通道16a和18a与反应室流体连通。对于杀生物剂反应物的特定组合，优选的是第一和第二杀生物剂反应物在各自进入反应室之前都保持分离。对于所描述的情况，可能需要利用入口通道布置成将第一反应物和第二反应物中的每一个经独立物料流传递到反应室中的反应器，如图1中所示的实施例。
[0017] 然而，对于反应物的特定其它组合，优选的是尽可能快地在反应器中混合反应物。因此，在某些实施例中，入口通道16a和18a布置成将第一反应物和第二反应物经单个物料流30传递到反应室中。单个物料流构形允许反应物在进入反应室之前开始彼此混合，认为其促进了在反应室内更均匀混合。
[0018] 在某些实施例中，反应器的主体可以由一个或多个管配件制成，所述管配件由适于接触杀生物剂、工业水支流和/或反应物的材料构成。在某些实施例中，反应器的主体由例如卤化塑料(例如氯化聚氯乙烯(“CPVC”))衬套构成，所述衬套装备有由例如卤化塑料(例如CPVC)构成的塞子。应作出适当孔和连接器适配来适应任何必要连接器配件。在一个优选实施例中，主体模制成一片式、两片式或三片式或n片式结构。对于两片式、三片式或n片式结构，所属领域的技术人员可以通过适当的实验使用两片、三片或n片组装该主体。优选地，反应器如所提供的图式中所示装配。优选地，反应器用于执行本文公开的方法。
[0019] 还提供向工业水处理中的工业水中投予杀生物剂的方法。一般来说，所述方法涉及向工业水处理中的工业水投予氧化性杀生物剂。
[0020] 所述方法包含将工业水的一部分分流到处于水平面的支流。图3示出了可用于进行本文公开的方法的系统101的实施例。在图3的实施例中，支流111一般以允许工业水处理过滤在约一天到约一小时时间段中工业水处理中所含的相等体积的水的流动速率流动。例如，含有约400加仑的工业水处理可以约400加仑/天到约400加仑/小时的流动速率操作支流，或含有约40,000加仑的工业水处理可以约40,000加仑/天到约40,000加仑/小时的流动速率操作支流。
[0021] 如图3中所示，工业水支流111经泵113传递到过滤器115。过滤将一定量的可能包括微生物的固体从工业水支流中去除，即使在工业水支流中无杀生物剂存在的情况下也是如此。从工业水支流去除固体减少了工业水处理的总需氧量，并且对于与未经过滤的工业水支流相比降低提供足够微生物控制所必需的杀生物剂的量的工业水支流来说尤其如此。当涉及本公开内容时，使用“足够微生物控制”来描述例如微生物数目在某一时间段内以数量级减少或在微生物计数保持低于1,000CFU/mL的情境中的杀生物剂处理方法，其在本文所列的每一个实例都得以实现。举例来说，在72小时时间段内杀灭99.9％微生物(例如菌落形成单位或“CFU”)的杀生物剂处理方法(即3-log杀灭)可以视为足够微生物控制。
[0022] 在某些实施例中，经单程旋风器、筛和离心作用旋涡分离器中的至少一种进行过滤。在某些实施例中，通过过滤去除工业水支流中存在的平均粒径为约1μm到约50μm的悬浮固体，包括约1μm到约25μm，或约1μm到约10μm。在某些实施例中，过滤是经多级过滤单元进行的。
[0023] 图3的实施例包括任选的水表/开关117。以足以形成杀生物剂的比率向杀生物剂生反应器10添加第一反应物200a和第二反应物200b。反应器至少部分位于工业水水平面的下方。为了冷却反应器，在经过滤的工业水支流的水平面下进行反应是重要的。反应室内可能发生的许多反应是放热反应。反应器至少部分位于工业水水平面的下方使反应器并且随后使反应可以被工业水，例如经过滤的工业水支流冷却。
[0024] 例如，在某些实施例中，硫酸与亚氯酸钠反应生成二氧化氯，这是放热反应。高温倾向于降解二氧化氯。因此，经过滤的工业水支流所提供的冷却减少降解并且允许更高的反应效率。
[0025] 在图3的实施例中，用来自杀生物剂生成反应器的杀生物剂处理经过滤的工业水支流250。在某些实施例中，处理经过滤的工业水支流的杀生物剂提供约0.1mg到约25mg每升经过滤的工业水的杀生物剂浓度。在优选实施例中，处理经过滤的工业水支流的杀生物剂提供约0.1ppm到约10ppm，或约0.1ppm到约5ppm的杀生物剂浓度。
[0026] 在图3的实施例中，使杀生物剂处理的工业水支流300返回到工业水处理中的工业水中。在添加杀生物剂之前过滤去除固体材料，其包括一些微生物物质。从工业水，例如工业水支流去除固体减少了氧化剂需求量，其使杀生物剂在返回到工业水处理时保持在较高残余浓度。
[0027] 在某些实施例中，第一反应物是含有卤素的盐。出于本公开的目的，含有卤素的盐的实例包括但不限于氯化物盐、氟化物盐、溴化物盐、碘化物盐、亚氯酸盐以及其组合。含有卤素的盐的相应阳离子可以是例如钠、钾、铵以及其组合。
[0029] 在某些实施例中，第一反应物是亚氯酸盐并且第二反应物是盐酸。亚氯酸盐可作为约10重量％到约40重量％的浓度的水溶液形式添加。在优选实施例中，亚氯酸盐是碱金属亚氯酸盐，例如亚氯酸钠、亚氯酸钾或其组合。盐酸可作为约10重量％到约36重量％的浓度的水溶液形式添加。
[0030] 在某些实施例中，第一反应物是氟化物盐并且第二反应物是次氯酸或盐。氟化物盐可作为约1重量％到约4重量％的浓度的水溶液形式添加。在优选实施例中，氟化物盐是碱金属氟化物，例如氟化钠、氟化钾或其组合。次氯酸可作为约5重量％到约20重量％的浓度的水溶液形式添加。
[0031] 在某些实施例中，第一反应物是溴化物盐并且第二反应物是次氯酸或盐。溴化物盐可作为约10重量％到约90重量％的浓度的水溶液形式添加。在优选实施例中，溴化物盐是碱金属溴化物，例如溴化钠、溴化钾或其组合。次氯酸可作为约5重量％到约20重量％的浓度的水溶液形式添加。
[0032] 在某些实施例中，第一反应物是碘化物盐并且第二反应物是次氯酸或盐。碘化物盐可作为约10重量％到约30重量％的浓度的水溶液形式添加。在优选实施例中，碘化物盐是碱金属碘化物，例如碘化钠、碘化钾或其组合。次氯酸可作为约5重量％到约20重量％的浓度的水溶液形式添加。
[0033] 在某些实施例中，第一反应物是铵盐并且第二反应物是次氯酸或盐。铵盐可作为约10重量％到约30重量％的浓度的水溶液形式添加。在优选实施例中，铵盐是卤化铵和/或硫酸铵，例如氯化铵、溴化铵、碘化铵、硫酸铵或其组合。次氯酸可作为约5重量％到约20重量％的浓度的水溶液形式添加。
[0034] 在某些实施例中，杀生物剂包含选自下述反应产物组成的组的反应产物：二氧化氯、氟、氯、溴、碘、氯胺以及其组合。
[0035] 在某些实施例中，执行所述方法使得所述方法的流体滞留因子为约0.00001到约0.1，包括约0.0001到约0.01或到约0.001。流体滞留因子(FRF)通过以下方式计算：用工业水支流的体积流率(SS)除以反应物的总体积流率的总和(∑RVF)(各自具有相同单位)，接着用工业水系统中的全部工业水(VOL)乘以商数，并且用反应室的容积空隙空间(VVS)(相同单位)相除，得到无单位FRF。式1表示流体滞留因子的计算。
[0036] FRF＝(VVS/∑RVF)＊(SS/VOL) 式1
[0037] 在优选实施例中，所述方法的流体滞留因子是约0.0001到约0.001。
[0038] 工业水系统可以包括盆形构造(即集水池)，其可以含有工业水系统的相对大量的工业水。在某些实施例中，支流从盆形构造抽取。在某些实施例中，支流返回到盆形构造。工业水系统可以包括冷凝器循环管路。对于这类实施例，支流可以从冷凝器循环管路抽取和/或返回到冷凝器循环管路。在某些实施例中，支流可以从盆形构造和冷凝器循环管路抽取和/或返回到盆形构造和冷凝器循环管路。
[0039] 对于下文不具有限制性的实施例，杀生物剂产生反应器的反应室的直径是1.25英寸并且其长度是1.5英寸。反应室用占据2/3反应室容积的6到8mm玻璃球填充，留下1/3反应室容积作为容积空隙空间。实例的反应器的计算出的空隙体积空间是0.6136立方英寸，或0.0026563加仑。
[0040] 实例1
[0041] 支流从水性冷却系统的盆形构造去除并且返回到水性冷却系统的盆形构造(工业水系统的实例)。水性冷却系统含有约40,000加仑工业水，其以5,000加仑/分钟再循环。支流以60加仑/分钟循环，这将导致约13小时的周转时间。支流使用包含粗孔筛，随后编织不锈钢金属丝网的多级圆筒形过滤器过滤。粗孔筛包括9mm直径的孔，并且筛网包括约5到约10μm的通道。在过滤后，1.4ppm所得剂量的二氧化氯传递到支流(即1lb/天的二氧化氯)。为了实现所得剂量，将0.67加仑/天的25重量％亚氯酸钠水溶液和0.61加仑/天的32重量％盐酸水溶液传递到杀生物剂生成反应器，所述杀生物剂生成反应器至少部分位于工业水水平面的下方。这一实例的所得的FRF是约0.00448，产生足够微生物控制。
[0042] 实例2
[0043] 支流从水性冷却系统的盆形构造去除并且返回到水性冷却系统的盆形构造(工业水系统的实例)。水性冷却系统含有约40,000加仑工业水，其以5,000加仑/分钟再循环。支流以60加仑/分钟循环，这将导致约13小时的周转时间。支流使用实例1的过滤单元过滤。在过滤后，4.2ppm所得剂量的二氧化氯传递到支流(即3lb/天的二氧化氯)。为了实现所得剂量，将2.01加仑/天的25重量％亚氯酸钠水溶液和1.83加仑/天的32重量％盐酸水溶液传递到杀生物剂生成反应器，所述杀生物剂生成反应器至少部分位于工业水水平面的下方。这一实例的所得的FRF是约0.00149，产生足够微生物控制。
[0044] 实例3
[0045] 支流从水性冷却系统的盆形构造去除并且返回到水性冷却系统的盆形构造(工业水系统的实例)。水性冷却系统含有约40,000加仑工业水，其以5,000加仑/分钟再循环。支流以60加仑/分钟循环，这将导致约13小时的周转时间。支流使用实例1和2的过滤单元过滤。在过滤后，1.4ppm所得剂量的的溴传递到支流(即1lb/天的溴)。为了实现所得剂量，将0.18加仑/天的42.8重量％溴化钠水溶液和0.45加仑/天的12.5重量％次氯酸钠水溶液传递到杀生物剂生成反应器，所述杀生物剂生成反应器至少部分位于工业水水平面的下方。
这一实例的所得的FRF是约0.00911，产生足够微生物控制。
这一实例的所得的FRF是约0.00911，产生足够微生物控制。
[0046] 实例4
[0047] 支流从水性冷却系统的盆形构造去除并且返回到水性冷却系统的盆形构造(工业水系统的实例)。水性冷却系统含有约40,000加仑工业水，其以5,000加仑/分钟再循环。支流以60加仑/分钟循环，这将导致约13小时的周转时间。支流使用实例1到3的过滤单元过滤。在过滤后，1.4ppm所得剂量的碘传递到支流(即1lb/天的碘)。为了实现所得剂量，将0.6加仑/天的20重量％碘化钾水溶液和0.42加仑/天的12.5重量％次氯酸钠水溶液传递到杀生物剂生成反应器，所述杀生物剂生成反应器至少部分位于工业水水平面的下方。这一实例的所得的FRF是约0.00563，产生足够微生物控制。
[0048] 实例5
[0049] 支流从水性冷却系统的盆形构造去除并且返回到水性冷却系统的盆形构造(工业水系统的实例)。水性冷却系统含有约40,000加仑工业水，其以5,000加仑/分钟再循环。支流以60加仑/分钟循环，这将导致约13小时的周转时间。支流使用实例1到4的过滤单元过滤。在过滤后，2.8ppm所得剂量的氯胺传递到支流(即2lb/天的氯胺)。为了实现所得剂量，将1.55加仑/天的20重量％硫酸铵水溶液和2.79加仑/天的12.5重量％次氯酸钠水溶液传递到杀生物剂生成反应器，所述杀生物剂生成反应器至少部分位于工业水水平面的下方。对于这一反应，次氯酸钠水溶液另外包含约1.5到约3重量％氢氧化钠，并且反应产物的pH为约7到约9。这一实例的所得的FRF是约0.00132，产生足够微生物控制。
[0050] 本文中所引用的包含公开、专利申请和专利的全部参考文献，其通过引用并入本文中，其引用程度就像每一参考文献单独地并且特定地通过引用并入本文中整体阐述一般。
[0051] 除非本文另外指出或明显与上下文相矛盾，否则在描述本发明的上下文中(尤其是在随附权利要求书的上下文中)，使用的术语“一个(种)”和“所述”和“至少一个(种)”以及类似指示物指代语应理解为涵盖单数与复数两者。除非本文另外指出或明显与上下文相矛盾，否则在一个或多个条目的清单后使用的术语“至少一个(种)”(例如“A和B中的至少一个”)应解释为意味着一个选自所列条目的条目(A或B)或者两个或超过两个所列条目的任何组合(A和B)。.除非另外指出，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应解释为开放式术语(即意味着“包括但不限于”)。除非本文另外指出，否则本文中的对值范围的叙述仅为一种对落入范围内的每一单独值进行单独引用的简便方法，并且每一单独值并入本说明书中，就像在本文中单独地叙述一般。除非本文另外指出或明显与上下文相矛盾，否则本文所描述的所有方法都可以按任何适合的顺序进行。除非另外要求，否则使用本文提供的任何和所有实例或示范性语言(例如“如”)仅在于更好地阐明本发明且并不对本发明的范围施加限制。本说明书中的任何语言都不应解释为指示任何未要求的要素是实践本发明必不可少的。
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