DE69509981T2

DE69509981T2 - Verfahren für fotokatalytische entgiftung

Info

Publication number: DE69509981T2
Application number: DE69509981T
Authority: DE
Inventors: Brian Butters; Anthony Powell
Original assignee: Purifics Environmental Technologies Inc
Current assignee: Purifics Environmental Technologies Inc
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2015-03-04
Also published as: KR0185179B1; EP0697012A1; US5462674A; DE69509981D1; CA2160915C; WO1995023766A1; EP0697012B1; KR960702419A; CA2160915A1; JPH08512245A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren und ein System zur kontinuierlichen und wirksamen photokatalytischen Dekontaminierung von kontaminiertem Fluid.

Hintergrund der Erfindung

Aufschlämmungen ergeben sich aus der Mischung eines kontaminierten Fluids mit einem photoreaktiven Katalysator. Bestrahlung einer Aufschlämmung mit Licht ausreichender Energie verursacht die Bildung von Elektronen und Löchern auf der Oberfläche des photoreaktiven Katalysators. Elektrochemische Modifikationen des kontaminierten Fluids ergeben sich aus solchen Bildungen. Solche elektrochemischen Modifikationen werden im allgemeinen als eine photokatalytische Reaktion bezeichnet. Photokatalytische Reaktionen werden ihr zahlreiche Zwecke verwendet wie zum Beispiel Zersetzung, Photosynthese, Oxidation von Schmutzstoffen, Reduktion von Schmutzstoffen, Sterilisation von Bakterien, Ablagerung von Metallen und dergleichen. So kann zum Beispiel eine photokatalytische Reaktion dazu dienen, toxische organische Stoffe in Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren.
Eine katalytische Wirkung ergibt sich, wenn ein Katalysator die "Aktivierungsenergie" reduziert, die erforderlich ist, um eine chemische Reaktion zu vollenden. In photokatalytischen Reaktionen wird die Aktivierungsenergie durch die Photonenergie des einfallenden Bandlücken-Lichtes geliefert. Ein einfallendes Bandlücken-Licht wird durch sichtbares und ultraviolettes Licht geliefert. Wenn ein fallendes Bandlücken-Licht durch einen photoreaktiven Katalysator absorbiert wird, werden innerhalb der photokatalytischen Teilchen Elektronen- und Löcherladungsträgerpaare erzeugt. Diese Ladungsträger führen dann Reduktions/Oxidationsreaktionen ("Redox") mit der chemischen Spezies durch. Optisch angeregte photoreaktive Katalysatoren wie der Anatas TiO&sub2; können eine chemische Reaktion bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als normalerweise erforderlich veranlassen.
Der Stand der Technik sorgt für die gleichzeitige Bestrahlung von großen Aufschlämmungsmengen. Durch eine solche Bestrahlung der Aufschlämmung werden nur photoreaktive Katalysatoren, die der Lichtquelle ausgesetzt sind, - die Teilchen, welche der Lichtquelle sehr nahe kommen - bestrahlt. Demzufolge können nur einige Teile einer Aufschlämmung gleichzeitig einer photokatalytischen Reaktion unterworfen werden. So offenbart zum Beispiel das US-Patent 5,174,877, erteilt an Cooper et al., das gleichzeitige Unterwerfen einer gesamten Aufschlämmung einer photokatalytischen Reaktion in einem Tankreaktor. Die Aufschlämmung am Boden des Tankreaktors wird kontinuierlich zur Oberseite des Tankreaktors verschoben, bis die gesamte Aufschlämmung einer photokatalytischen Reaktion unterworfen ist.
Darüber hinaus ist der Stand der Technik im großen Umfang zur kontinuierlichen Mischung einer Aufschlämmung übergegangen, so daß der Katalysator über die gesamte Aufschlämmung suspendiert und einheitlich verteilt ist. So sieht zum Beispiel das US-Patent 5,174,877, erteilt an Cooper et al., sich bewegende Rührflügel vor, die aus verschiedenen Materialien und Geometrien bestehen und am Boden eines Reaktortanks angeordnet sind, um katalytische Teilchen in einem suspendierten Zustand innerhalb der Aufschlämmung zu halten. Dies hat sich als zeitaufwendig und ineffizient erwiesen.
Wenn eine photokatalytische Reaktion einmal stattgefunden hat und Schmutzstoffe von dem kontaminierten Fluid zerstört worden sind, ist es erforderlich, den photoreaktiven Katalysator von dem dekontaminierten Ausfluß abzusondern. Der dem Anmelder bekannte Stand der Technik sieht Filtrationstechniken durch Verwendung einer Membrane vor, die aus einem Polymermaterial wie Polypropylen besteht, wie es in dem US-Patent 5,118,422, erteilt an Cooper et al., offenbart ist.
Es entstehen verschiedene ernsthafte Probleme, wenn Polymermembranen benutzt werden, um photoreaktive Katalysatoren aus einem dekontaminierten Ausfluß abzusondern. Aus einem Polymermaterial bestehende Membranen können erhöhten Temperaturen und der Anwendung von erhöhten Drücken nicht widerstehen. Die photoreaktiven Katalysatoren sammeln sich unvermeidlich in der Membrane an. In herkömmlichen Verfahren hat man versucht, den Aufbau des photoreaktiven Katalysators in den Polymermembranen durch "Rückspül"-Methoden zu entfernen, um die Kräfte zu minimieren, die auf die eine Membrane ausgeübt werden. Aufgrund der elastischen Natur der Polymermembranen sind einige Katalysatoren sogar in den Polymermembranen eingebettet worden.
Herkömmliche Rückspülmethoden erfordern ein signifikantes Volumen eines bereits wiedergewonnenen dekontaminierten Ausflusses, der über eine erhebliche Zeitperiode durch eine Polymermembrane zurückgeführt wird, um photoreaktive Katalysatoransammlungen in dem Polymer zu entfernen. Durch das Erfordernis einer wesentlichen Zeitperiode zur Durchführung der Rückspülung wird der Grad und das Volumen des Fluids, das einer photokatalytischen Reaktion unterworfen werden kann, erheblich verringert. D. h., ein kontinuierlicher Strömungsprozeß kann nicht erzielt werden. Außerdem leiden Polymermembranen an einer hohen Ausfallrate aufgrund des Abnutzens und des Streckens des elastischen Polymers. Darüber hinaus können Polymermembranen durch verschiedene organische Stoffe aufgelöst werden, und sie sind nicht in der Lage, ohne die Verwendung von Chemikalien sterilisiert zu werden. Darüber hinaus können Polymermembranen regulär nur für einige Jahre, manchmal nur für Monate benutzt werden, bevor ein Austausch erforderlich ist.
Noch problematischer ist die Wirkung von Polymermembranen auf das System, in welchem sie verwendet werden. Herkömmliche Systeme müssen eine Ausrüstung wie Akkumulatoren, Puffertanks und Zentrifugalpumpen enthalten, um das Rückspülen der Polymermembranen zu erlauben. Darüber hinaus sind auch Mischvorrichtungen notwendig, um stagnierende katalytische Teilchen daran zu hindern, sich abzulagern, wenn Rückspüloperationen durchgeführt werden.
Da Rückspülung einen erheblichen Zeitaufwand erfordert, wird sie nur weniger häufig durchgeführt. Demzufolge lagern sich erhebliche Mengen von katalytischen Teilchen in den Membranen ab. Demzufolge wird die Zeit, welche für die Trennung des Katalysators von dem dekontaminierten Ausfluß erforderlich ist, erhöht. Darüber hinaus schwankt die Konzentration des Katalysators innerhalb einer Aufschlämmung erheblich.
Zusammenfassend sorgen herkömmliche Verfahren und Systeme nicht für die effiziente Dekontaminierung von Fluiden. Herkömmliche Verfahren und Systeme sind vielmehr zeitaufwendig und ineffizient. Dies resultiert aus der Unfähigkeit, Katalysatoren, die in einer Aufschlämmung verteilt sind, in effizienter Weise einer Bestrahlung zu unterwerfen. Darüber hinaus sind herkömmliche Verfahren und Systeme nicht in der Lage, dekontaminierte Ausflüsse kontinuierlich von den Katalysatoren abzusondern. Diese Unfähigkeit wird verstärkt, wenn große Volumina einer Aufschlämmung zur Absonderung vorgesehen sind, wie dies bei großen kommerziellen Anwendungen der Fall ist.
Es ist daher sehr wünschenswert, ein Verfahren und ein System zu schaffen, welches die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik überwindet, um die kontinuierliche, effiziente und effektive Reinigung von kontaminierten Fluids durch eine photokatalytische Reaktion zu ermöglichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein im wesentlichen kontinuierliches und effizientes Verfahren und ein entsprechendes System zum Reinigen von kontaminierten Fluids zu schaffen.
Dies wird erreicht gemäß der Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 33 definiert.
Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren und Systemen zum Reinigen eines kontaminierten Fluids verwendet die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System, das in der Lage ist, signifikant große Volumina eines kontaminierten Fluids in einer im wesentlichen kontinuierlichen Weise zu reinigen. Dies wird erzielt durch das Zusammenwirken verschiedener Komponenten und Prozesse miteinander.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Behandlungssystem vorgesehen mit einer oder mehreren photokatalytischen Zellen. Jede photokatalytische Zelle weist einen Raum auf, der durch die Oberflächen von zwei Platten definiert ist. Der Abstand zwischen zwei Oberflächen, die einen Ringraum bilden, ist derart, daß nur eine einzige Schicht eines photoreaktiven Katalysators dem auszusendenden Licht ausgesetzt ist. Daher kann eine turbulente Strömung einer Aufschlämmung zwischen den Oberflächen des Ringraumes erzielt werden. Demzufolge wird eine Drehbewegung der katalytischen Teilchen und kontaminierten Moleküle erreicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufschlämmung einer Filtereinheit zugeführt. Die Filtereinheit kann das dekontaminierte Fluid von der Aufschlämmung trennen. Die Filtereinheit, welche aus einem keramischen Material besteht, wird Schockwellen unterworfen, die sich durch Anlegen eines hohen pneumati schen Druckes an die Filtereinheit ergeben, um jegliche Ansammlungen von katalytischen Teilchen, die sich in der keramischen Membrane angesammelt haben, zu entfernen. Solche Schockwellen, welche weniger als eine Sekunde dauern, können intermittierend aufgebracht werden, derart, daß die Kontinuität des Verfahrens und des Systems nicht beeinträchtigt wird. Dies steht im krassen Unterschied zu herkömmlichen Filtereinheiten, welche Polymermembranen verwenden, die normalerweise zwischen 45 und 90 Sekunden zum Rückspülen einer Filtereinheit benötigen.
Von der Filtereinheit wird ein Aufschlämmungsrückstand abgeleitet, der primär aus konzentrierten photoreaktiven Katalysatoren besteht. Vorzugsweise wird nur 10% bis 20% des Aufschlämmungsrückstandes zum Mischen mit weiterem kontaminierten Fluid zurückgeführt. Die übrigen 80 bis 90% des Aufschlämmungsrückstandes werden zur Filtereinheit zurückgeführt. Dies ermöglicht es, große Volumina von Fluid durch die Filtereinheit hindurchzuführen, derart, daß die Effizienz der Filtereinheit signifikant erhöht wird.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Metalle von dem kontaminierten Fluid entfernt werden können, ohne daß die kontinuierliche Str mung der vorliegenden Erfindung unterbrochen wird. Chemikalien, die zum Entfernen der Metalle verwendet werden, wie Säuren und Basen, können dem Verfahren und dem System der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden, da keramische Membranen eine Nachgiebigkeit solchen Chemikalien gegenüber besitzen. Wenn die Metalle von dem Katalysator entfernt worden sind, können sie durch eine keramische Filtereinheit von der Aufschlämmung abgesondert werden gemeinsam mit dem dekontaminierten Fluid. Alternativ können die Metalle durch ein Entfernungssystem intermittierend entfernt werden, bevor oder nachdem die Aufschlämmung durch die Filtereinheit hindurchgeführt worden ist.
Die vorliegende Erfindung sorgt demzufolge für einen kontinuierlichen Betrieb. Die Aufschlämmung und der Aufschlämmungsrückstand sind immer in kontinu ierlicher Bewegung. Dies verhindert das Absetzen der katalytischen Teilchen und vermeidet so die Verwendung einer Mischvorrichtung, welche die Komplexität eines Systems signifikant erhöht.
Andere und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ausgeführt zum Zwecke der Offenbarung und in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben angeführten und weitere Ziele, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ein Prozeßflußdiagramm eines kontinuierlichen Reinigungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 2 ein Prozeßflußdiagramm eines kontinuierlichen Reinigungssystems gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 3A einen Bereich illustriert, in welchem eine photokatalytische Reaktion auftritt, gemäß herkömmlichen Verfahren.
Fig. 3B einen Bereich illustriert, in welchem eine photokatalytische Reaktion auftritt, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer photokatalytischen Reaktorzelle illustriert, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer photokatalytischen Reaktorzelle illustriert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer keramischen Membrane illustriert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer Anordnung von keramischen Membranen illustriert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 eine alternative Ausführungsform illustriert zum Anlegen einer Schockwelle durch eine Filtereinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ein System zum Entfernen von Verunreinigungen und Metallen aus einem kontaminierten Fluid illustriert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ein System zum Entfernen von Verunreinigungen und Metallen aus einem kontaminierten Fluid illustriert gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ein Metallentfernungssystem illustriert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

"Kontaminiertes Fluid", wie hier verwendet, ist ein Fluid, welches unerwünschte organische, anorganische Produkte, Metalle und möglicherweise mikrobiologische Zellen oder andere Mikroorganismen enthält. Obwohl Verunreinigungen in dem Sinne unerwünscht sind, daß sie üblicherweise toxisch sind, wenn sie von Menschen eingenommen oder berührt werden, sollte der Begriff "unerwünscht" nicht dahingehend verstanden werden, daß er auf solche toxischen Substanzen beschränkt ist. Der Begriff "dekontaminierter Ausfluß", wie hier verwendet, bedeutet, daß die unerwünschten Substanzen in dem kontaminierten Fluid in eine erwünschte oder eine akzeptable Substanz verändert oder modifiziert worden sind, normalerweise eine Substanz, die nicht toxisch ist. Solch eine Änderung oder Modifizierung kann sich ergeben aus der Oxidation von Verunreinigungen, der Reduktion von Verunreinigungen, der Desinfektion und/oder Sterilisation von Bakterien oder dergleichen. Normalerweise wird eine solche Änderung oder Modifizierung einer organischen Substanz durch Zersetzen der Substanz in Nebenprodukte mit einem kleinerem Molekülgewicht als dem Gewicht des ursprünglichen kontaminierten Fluids erreicht. Es wird angemerkt, daß "Fluide" und "Ausflüsse" nicht beschränkend gelesen oder interpretiert werden auf Flüssigkeiten. Vielmehr sollten diese Begriffe dahingehend interpretiert werden, daß sie Gase, wie zum Beispiel Luft, umfassen.
Der Katalysator, der vorzugsweise mit dem Verfahren und dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird ist Anatas TiO&sub2;. Alternativ können andere Katalysatoren, wie TiO&sub3;, ZnO, CdS, CdSe, SnO&sub2;, SrTiO&sub3;, WO3, Fe&sub2;O&sub3; und Ta&sub2;O&sub5; verwendet werden. Vorzugsweise besteht der Anatas TiO&sub2; aus Teilchen mit einem Oberflächenbereich von 25 m²/g oder mehr. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Anatas TiO&sub2; aus Teilchen mit einem Oberflächenbereich von 75 m²/g. Durch die Verwendung von Anatas-TiO&sub2;-Teilchen dieser Größe in der vorliegenden Erfindung wird ein größerer Durchsatz des dekontaminierten Ausflusses erzielt, wie weiter unten erläutert wird.

Systemimplementierung

In Fig. 1 ist ein Prozeßflußdiagramm eines kontinuierlichen Reinigungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Eine Aufschlämmung, welche einen photoreaktiven Katalysator und ein kontaminiertes Fluid enthält, ist in den Behältern 100a und 100b enthalten. Die Behälter 100a und 100b werden durch Ventile 102 und 104 gesteuert. Das Ventil 102 steuert den Zufluß der Aufschlämmung in die Behälter 100a und 100b. Das von der Pumpe 106 abgezogene Fluid strömt durch den Strömungsmesser 108 und den Druckmesser 110 und zum Ventil 112. Das Ventil 112 kann die Aufschlämmung derart leiten, daß sie den durch die Bezugszeichen 114a und 114b gekennzeichneten Bahnen folgt. Wenn die Aufschlämmung längs der Bahn 114a strömt, wird die Aufschlämmung zum Behandlungssystem 116 geführt. Das Behandlungssystem 116 ist betriebsbereit, um die Aufschlämmung einer photokatalytischen Reaktion zu unterwerfen. Als Folge der photokatalytischen Reaktion werden die Verunreinigungen zerstört und aus der Aufschlämmung entfernt.
Chemische Additive können mit der Aufschlämmung kombiniert werden, bevor die Aufschlämmung einer photokatalytischen Reaktion durch das Behandlungssystem 116 unterworfen wird. Solch ein Additivsystem ist mit den Bezugszeichen 118 gekennzeichnet. Chemische Additive sind vorzugsweise Oxidationsmittel wie Luft, Sauerstoff und Wasserstoffperoxid. Oxidationsmittel sorgen für zusätzlichen Sauerstoff und gleichen die Verwendung von positiven und negativen Ladungen aus.
Das Behandlungssystem 116 verläßt ein dekontaminierter Ausfluß in Kombination mit einem photoreaktiven Katalysator. Eine solche Kombination wird vom Druckmesser 120 gemessen und zum Ventil 122 geführt. Das Ventil 122 kann eine solche Mischung in eine von zwei Bahnen führen, nämlich die durch die Bezugszeichen 124a und 124b gekennzeichneten Bahnen. Wenn die Mischung längst der Strömungsbahn 124a geführt wird, wird sie zu den Behältern 100a und 100b zurückgeführt, um einer weiteren Dekontaminierung durch das Behandlungssystem 116 unterzogen zu werden. Wenn das Ventil 122 die Mischung längst der Strömungsbahn 124b führt, wird die Mischung zu der Filtereinheit 126 geführt. Die Filtereinheit 126 ist betriebsbereit, um die Mischung in einen Aufschlämmungsrückstand und einen dekontaminierten Ausfluß zu entmischen, wobei der Aufschlämmungsrückstand höhere Konzentrationen des photoreaktiven Katalysators und geringere Fluidmengen enthält. Der dekontaminierte Ausfluß wird durch den Auslaß 128a geführt und dann durch das Ventil 134. Der konzentrierte Aufschlämmungsrückstand wird durch den Auslaß 128b, durch den Druckmesser 130 und durch das Ventil 132 geführt, bevor er zu den Behältern 100a und 100b zurückgeführt wird. Das Ventil 134 ist vorzugsweise am Auslaß 128a angeordnet, um zu der Filtereinheit 126 Hochdruckluft zu liefern, um alle katalytischen Teilchen zu verschieben, die sich in der Filtereinheit 126 angesammelt oder in dieser eingebettet haben. Solche Hochdruckluft wird durch die Leitung 150 zugeführt. Dies ergibt sich mit dem Anlegen einer Schockwelle an die Filtereinheit 126.
Die Filtereinheit 126 kann entweder in einer Durchströmungsbetriebsart, wie in Fig. 1 illustriert, verwendet werden oder in einer Betriebsart mit totem Ende. Wenn die Einheit in der Betriebsart mit totem Ende verwendet wird, wird nur abgesonderter dekontaminierter Ausfluß von der Filtereinheit 126 abgegeben. Aufschlämmungsrückstand wird daher nicht über die Strombahn 128b zurückgeführt.
In Fig. 2 ist ein Prozeßflußdiagramm eines kontinuierlichen Reinigungssystems gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Pumpe 202 ist betriebsbereit, um kontaminiertes Fluid von irgendeiner Quelle durch das Prüfventil 204, den Filter 206, den Druckmesser 210 und zu dem Behandlungssystem 116 abzuziehen. Die Bahn 230b führt auch zu dem Behandlungssystem 116. Die Strömungsbahn 230b beliefert das Behandlungssystem 116 mit einem photoreaktiven Katalysator, der von der Filtereinheit 226 abgeleitet wird. Das photokatalytische Behandlungssystem 116 ist betriebsbe reit, um das kontaminierte Fluid, das durch die Pumpe 202 geliefert wird, zu dekontaminieren.
Das photokatalytische Behandlungssystem 116 führt den dekontaminierten Ausfluß und den Katalysator zu einer Zwischenpumpe 216. Zwischen dem Behandlungssystem 116 und der Zwischenpumpe 216 ist ein Abfluß 214 und ein Druckmesser 248 angeordnet. Die Zwischenpumpe 216 ist betriebsbereit, um den Druck zu erhöhen, der auf den dekontaminierten Ausfluß und den Katalysator, welche vom Behandlungssystem 116 kommen, aufgebracht wird. Die Zwischenpumpe 216 führt den dekontaminierten Ausfluß und Katalysator zu der Rückführpumpe 218. Die Rückführpumpe 218 ist betriebsbereit, um den dekontaminierten Ausfluß und Katalysator zu der Filtereinheit 126 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zu führen. Die Filtereinheit 126 ist betriebsbereit, um den dekontaminierten Ausfluß vom Katalysator zu trennen. Die Filtereinheit 126 führt den abgesonderten dekontaminierten Ausfluß durch den Auslaß 224a; wohingegen der Aufschlämmungsrückstand durch den Auslaß 224b geführt wird. Der dekontaminierte Ausfluß passiert weiter das Ventil 134.
Damit die Filtereinheit 126 möglichst effektiv arbeitet, muß ein Fluid mit hoher Geschwindigkeit durch diese Einheit geführt werden. Um ein solch hohes Volumen durch die Filtereinheit 126 zu erzielen, strömt eine wesentliche Menge des Aufschlämmungsrückstandes, der durch den Auslaß 224b geführt wird, längs der Strömungsbahn 230a, so als von der Rückführpumpe 218 gezogen und zur Filtereinheit 126 geführt. Der Aufschlämmungsrückstand, der durch den Auslaß 224b abgegeben wird und nicht längs der Strömungsbahn 230a geführt wird, strömt längs der Strömungsbahn 230b zum Behandlungssystem 116. Vorzugsweise zwischen 80 und 90% des Aufschlämmungsrückstandes strömt längs der Strömungsbahn 230a, wohingegen 10 bis 20% des Aufschlämmungsrückstandes längs der Strömungsbahn 230b strömt. Die Filtereinheit 126 ist als solche mit ausreichendem Volumen versehen, um den dekontaminierten Ausfluß wirksam von dem photoreaktiven Katalysator zu trennen.
Aufschlämmungsrückstand, der längs der Strömungsbahn 230b strömt, strömt durch das Steuerventil 232 und den Strömungsdetektor 234. Aufschlämmungsrückstand, der längs der Strömungsbahn 230a strömt, kann ersetzt werden durch vollständig geladenen Katalysator durch den Betrieb des Ladungsanschlusses 250.
Der Behälter 236 enthält ein Oxidationsmittel wie Sauerstoff, Luft und Wasserstoffperoxid. Oxidationsmittel werden vom Behälter 236 zur Pumpe 240 durch die Steuerung des Ventils 238 geführt. Die Oxidationsmittelpumpe 240 ist betriebsbereit, um das Oxidationsmittel zu dem Behandlungssystem 116 zu führen, um die photokatalytische Reaktion, welche durch das Behandlungssystem 116 durchgeführt wird, zu erhöhen.
Eine elektrische Steuereinheit ist mit dem Bezugszeichen 242 gekennzeichnet. Durch die Verbindungsleitung 244 wird der elektrischen Steuereinheit Leistung zugeführt. Die Oxidationsmittelpumpe 240, die Zwischenpumpe 216 und die Rückführpumpe 218 werden durch Motorstarter gestartet und gesteuert, wobei Strömungsdetektoren 234 und 220 durch Strömungsdetektormonitore überwacht werden. Die Motorstarter und die Strömungsdetektormonitore sind Teil einer elektrischen Steuereinheit 242 und durch das Bezugszeichen 252 gekennzeichnet. Die elektrische Steuereinheit 242 weist außerdem eine Luftzuführung und Zeitgeber auf, gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 222. Luftzufuhr und Zeitgeber 222 sind betriebsbereit, um einen Hochdruckluftimpuls zu der Filtereinheit 126 durch die Steuerung des Ventils 134 zu liefern, um photoreaktive Katalysatoransammlungen von der Filtereinheit 126 zu entfernen. Ein solcher Rückimpuls wird durch die Leitung 150 geliefert.
Die elektrische Steuereinheit 242 weist außerdem Lampentreiber 212 auf. Die Lampentreiber 212 sind betriebsbereit, um das Behandlungssystem 116 mit ultraviolettem Licht ausreichender Intensität und für eine ausreichende Dauer zu versorgen.
Damit die Filtereinheit 126 effektiv arbeitet, muß eine erhebliche Geschwindigkeit durch die Filtereinheit 126 erzielt werden. Es muß daher ein erhebliches Volumen von dekontaminiertem Ausfluß und des Katalysators durch die Filtereinheit 126 geführt werden. Herkömmliche Systeme haben die Größe der Behandlungssysteme und Filtereinheiten erhöht, um eine Strömungsrate zu schaffen, welche eine solch erhebliche Geschwindigkeit und erhebliches Volumen schafft. Darüber hinaus sehen herkömmliche Systeme am Auslaßende einer Filtereinheit ein Ventil vor, um ausreichenden transmembranen Druck in der Filtereinheit zu schaffen. Dies ergibt einen erheblichen Energieverlust. Die vorliegende Erfindung erfordert eine solche Modifikation nicht - sie hält die notwendige Geschwindigkeit und das notwendige Volumen durch die Filtereinheit 126 aufrecht, bei einem notwendigen transmembranen Druck, ohne Überdimensionierung des Behandlungssystems 116 oder der Filtereinheit 126 oder ohne das Auftreten von Energieverlusten aufgrund eines Ventils, das am Auslaß der Filtereinheit angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung erzielt dies durch Rückführen des Aufschlämmungsrückstandes durch die Filtereinheit 126.
Die Zwischenpumpe 216 erhöht die Druckhöhe des dekontaminierten Ausflusses. Der dekontaminierte Ausfluß mit dem Aufschlämmungsrückstand, der längs der Strömungsbahn 230a strömt, wird durch die Zirkulationspumpe 218 zur Filtereinheit 126 geführt. Da vorzugsweise 80% bis 90% des Aufschlämmungsrückstandes durch die Rückführbahn 230a zurückgeführt wird, wird ein erhebliches Volumen kontinuierlich durch die Filtereinheit 126 geführt. Das Aufrechterhalten einer geeigneten Geschwindigkeit und eines geeigneten Volumens wird durch die elektrische Steuereinheit 242 gesteuert und überwacht. Demzufolge wird nur eine minimale Menge des Aufschlämmungsrückstandes vorzugsweise zu dem Behandlungssystem 116 zurückgeführt. Daher muß das Behandlungssystem 116 nicht überdimensioniert werden, um für die Rückführung des gesamten Aufschlämmungsrückstandes zu sorgen. Die Filtratströmungsrate durch das Behandlungssystem ist daher erheblich kleiner als die Membranenströmungsrate durch die Filtereinheit 126. Da es nicht erforderlich ist, daß die Filtratströmungsrate gleich der Membranströmungsrate ist, werden Kanalbildungseffekte in dem Behandlungssystem 116 vermieden, da nur geringe Mengen des Katalysators hindurchgeführt werden.
Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung die Ansammlung katalytischer Teilchen in der Filtereinheit 126 kompensieren durch Steuern der Menge des Aufschlämmungsrückstandes, der zu dem Behandlungssystem 116 zurückgeführt wird. Aufgrund der Anordnung des Ventils 232 längs der Strömungsbahn 230b wird nur eine minimale Menge des Aufschlämmungsrückstandes hindurchgeführt. Dies ergibt einen minimalen Energieverlust im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, welche ein Ventil am Auslaß einer Filtereinheit plazieren und demzufolge den gesamten Aufschlämmungsrückstand durch ein solches herkömmliches Ventil führen.
Die Förderpumpe 202 wird vorzugsweise durch einen Bypassregulator 228 gesteuert, um den Förderstrom an die Ausgabeleistungsfähigkeit der Filtereinheit 126 anzupassen. Der Bypassregulator 228 ist mit zugeordneten Leitungen in paralleler Ausrichtung mit der Pumpe 202 versehen. Solch eine Ausrichtung erlaubt es der Pumpe 202, das Fluid durch den Bypassregulator 228 und seine zugeordnete Leitung zu führen, um der Strömung der Filtereinheit 126 zu entsprechen. Der Bypassregulator 228 arbeitet derart, daß die Strömung durch die Förderpumpe 202 der Strömung der Filtereinheit 126 entspricht. Die Verwendung des Bypassregulators 228 eliminiert daher die Notwendigkeit für Speichertanks und/oder Akkumulatoren oder zusätzliche Prozeßsteuerung. Der Bypassregulator 228 ist stromaufwärts der Strömung des Aufschlämmungsrückstandes angeordnet und vermeidet daher ein Verschleißproblem.

Behandlungssystem

Herkömmliche photokatalytische Behandlungssysteme und Reaktoren für Fluide einschließlich derjenigen, die für die Behandlung von Luft und Wasser benutzt werden, leiden an dem Problem der Kanalbildung. Kanalbildung kann definiert werden als ein Volumen oder eine Bahn in einem Behandlungssystem, in welchem die Verunreinigung nicht durch den photokatalytischen Prozeß behandelt werden kann. Dies geschieht typischerweise aufgrund der Unfähigkeit eines Lichtphotons, ein katalytisches Teilchen zu erreichen. Kanalbildung tritt auch auf, wenn keine ausreichende Menge an Katalysator vorliegt, so daß Licht durch das kontaminierte Fluid hindurchtritt oder durch das Fluid adsorbiert wird.
In Fig. 3A ist ein photokatalytischer Bereich gemäß herkömmlichen Verfahren illustriert. Der photokatalytische Bereich 300 enthält katalytische Teilchen 302 und Verunreinigungsmoleküle 304. Wenn die katalytischen Teilchen 302b und die Verunreinigungsmoleküle 304b von der ultravioletten Lichtquelle entfernt und hinter einer frontalen Schicht katalytischer Teilchen 302a angeordnet sind, ist das Verunreinigungsmolekül 304b nicht der Photokatalyse unterworfen, da das Licht nicht durch die frontale Schicht der katalytischen Teilchen 302a hindurchtreten kann. Im Gegensatz hierzu wird das Verunreinigungsmolekül 304a der Photokatalyse unterworfen aufgrund seiner Nähe zu dem ultravioletten Licht und dem katalytischen Teilchen 302a. Das Verunreinigungsmolekül 304b strömt daher frei durch den äußeren Teil des Bereichs 300, oder anders ausgedrückt, es "durchströmt" den Bereich 300, ohne der Photokatalyse unterworfen zu werden.
Darüber hinaus erfordert ein photokatalytischer Prozeß sowohl eine Dreh- als auch eine Translationsbewegung der katalytischen Teilchen für einen maximalen Wirkungsgrad. Er erfordert auch eine Translationsbewegung der Verunreinigungsmoleküle für einen optimalen Transfer zwischen dem katalytischen Teilchen und dem Verunreinigungsmolekül. Wenn sich der Bereich 300 vergrößert, verrin gern sich die Dreh- und Translationsbewegungen der katalytischen Teilchen 302a und der Verunreinigungsmoleküle.
Um den Prozeß zu optimieren, wird der photokatalytische Bereich vorzugsweise reduziert. Daher wird weniger Kanalbildung auftreten und der Wirkungsgrad wird drastisch erhöht. Vorzugsweise ist nur eine vollständige Schicht katalytischer Teilchen 302 dem ultravioletten Licht ausgesetzt. Daher wird das gesamte Licht leicht durch die dem Licht ausgesetzten katalytischen Teilchen 302 adsorbiert. Die katalytischen Teilchen 302 müssen nicht notwendigerweise die gleiche Ebene besetzen. Vielmehr können die katalytischen Teilchen 302 beliebig verteilt sein mit verschiedenen Abständen zum ultravioletten Licht, solange sie gemeinsam im wesentlichen das gesamte Licht auffangen.
In Fig. 3B ist ein photokatalytischer Bereich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Durch Reduzierung des photokatalytischen Bereichs 300 ist nur eine einzige Schicht der katalytischen Teilchen 302a dem ultravioletten Licht ausgesetzt. Durch Reduzierung des Bereichs 300 wird eine Scherkraft signifikanter. Solche Scherkräfte verursachen notwendige Turbulenz, um für die Drehbewegung des katalytischen Teilchens 302a und des Verunreinigungsmoleküls 304a zu sorgen, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist. Anders ausgedrückt, durch Reduzierung der Querabmessung der Bahn, durch welche die Aufschlämmung sich bewegt, wenn sie der Strahlung unterworfen wird, kann eine erhöhte Drehbewegung und eine erhöhte Reaktionsrate erzielt werden.
Das Behandlungssystem 116 weist vorzugsweise ein oder mehrere photokatalytische Zellen oder Wehre auf. Jede Zelle besitzt einen Ringraum, der durch den Raum zwischen parallelen oder konzentrischen Platten definiert ist, in welchem eine Aufschlämmung hindurchgeführt wird.
In Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer photokatalytischen Zelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die photo katalytische Zelle 400 weist ein Rohr 402 auf, welches konzentrisch innerhalb des Rohres 404 angeordnet ist. Die äußere Oberfläche des Rohres 402 ist mit dem Bezugszeichen 402o gekennzeichnet, während das Rohr 404 eine innere Oberfläche 404i aufweist. Der zwischen den konzentrischen Oberflächen 402o und 404i gebildete Raum wird als Ringraum bezeichnet. Dieser Ringraum ist durch das Bezugszeichen 406 gekennzeichnet.
In Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer photokatalytischen Zelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die photokatalytische Zelle 400 besteht vorzugsweise aus einem Rohr 404. Das Rohr 404 besteht vorzugsweise aus Kunststoff, rostfreiem Stahl oder einem anderen geeignetem Material. Das Rohr 404 hat einen Einlaß 502 sowie einen Auslaß 504.
Zentral innerhalb des Rohres 404 ist eine Lampe 408 angeordnet. Die Lampe 408 vorzugsweise eine ultraviolette Lampe wie G64T5L-Typ Niederdruck- Quecksilber-Ultraviolettlampe. Die Lampe 408 strahlt vorzugsweise ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm oder kürzer aus, wenn Anatas TiO&sub2; als photoreaktiver Katalysator verwendet wird. Eine ultraviolette Wellenlänge von 254 nm wird besonders bevorzugt, wenn Anatas TiO&sub2; als photoreaktiver Katalysator verwendet wird. Elektronische Lasten (nicht dargestellt) werden verwendet, um den Wirkungsgrad, den Leistungsfaktor und die Lebensdauer der Lampe 408 zu erhöhen. Die elektronischen Lasten dienen dazu, die an die Lampen angelegte Spannung zu regulieren. Die Wirksamkeit der Lampe 408 ist im Betrieb mit einer elektronischen Last erheblich größer im Vergleich zu der Verwendung mit einer Standard-Kern-Spulen-Last. Die elektronischen Lasten können durch programmierbare logische Schaltungen gesteuert werden.
Eine durchlässiges Rohr 402 umgibt die Lampe 408 und ist auch zentral innerhalb des Rohres 404 angeordnet. Das Rohr 402 besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer großen Lichtdurchlässigkeit bei den von der Lampe 408 ausgesandten Wellenlängen. Das Rohr 402 besteht zum Beispiel vorzugsweise aus Quarz, wenn die Lampe 408 Wellenlängen von 254 nm aussendet, wie dies bevorzugt der Fall ist, wenn Anatas TiO&sub2; als photoreaktiver Katalysator verwendet wird.
Der Bereich, welcher zwischen der äußeren Oberfläche des Rohres 402 und der inneren Oberfläche des Rohres 404 gebildet wird, wird als Ringraum bezeichnet und ist mit dem Bezugszeichen 406 versehen. Demzufolge betreten der dekontaminierte Ausfluß und der photoreaktive Katalysator die photokatalytische Zelle 400 durch den Einlaß 502, strömen durch den Ringraum 406, in welchem sie durch die Lampe 408 bestrahlt werden, und verlassen die photokatalytische Zelle 400 über den Auslaß 504.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 3A beschrieben, besitzen herkömmliche Reaktoren Ringräume, die sehr weit sind. Demzufolge werden nur diejenigen Katalysatorteilchen, die sich sehr nahe zur Lichtquelle bewegen, aktiviert und der photokatalytischen Reaktion unterworfen. Diejenigen Katalysatorteilchen, die sich nicht in sehr großer Nähe zur Lichtquelle bewegen, werden jedoch nicht aktiviert, da die der Lampe nächsten Teilchen die von der Lichtquelle ausgesandte Energie absorbieren. In der vorliegenden Erfindung wird der Ringraum 406 so begrenzt gehalten, wie es die Toleranz des Rohres 402 und des Rohres 404 ermöglicht. Daher werden im wesentlichen alle katalytischen Teilchen, welche durch die photokatalytische Zelle 500 hindurchströmen, durch Bestrahlung aktiviert.
Die Breite des Ringraumes 406 ist bestimmt durch den Abstand zwischen den Oberflächen 402o und 404i (wie in Fig. 4 dargestellt). Die Breite des Ringraumes 406 ist vorzugsweise gleich dem Durchmesser der katalytischen Teilchen, die verwendet werden, zusätzlich zu der Größe des größten zu behandelnden Verunreinigungsmoleküls.
Wenn TiO&sub2;-Teilchen verwendet werden mit einem großen Oberflächenbereich von 25 m²/g oder größer, hat der Ringraum 406 vorzugsweise eine Breite von weniger als 1 mm. D. h., das ultraviolette Licht wird nicht mehr als 1 mm von der Lampenquelle 408 durchlaufen, bevor es ein Verunreinigungsmolekül und ein katalytisches Teilchen erreicht. Ringraumbreiten von 1 mm oder weniger sind leicht erzielbar bei Verwendung herkömmlicher Qualitätsherstellungsmaterialien wie Stahl, Kunststoff und Glas. Die Breite des Ringraumes 406 sollte so klein wie kommerziell und industriell möglich gestaltet werden. Mit einer Ringraumbreite minimaler Größe wird die durch die photokatalytische Zelle 400 verursachte Turbulenz erhöht aufgrund der Scher- bzw. Querbeanspruchung der Fluidströmung zwischen dem Ringraum 406. Die durch die Scherbeanspruchungen verursachte Turbulenz hält die TiO&sub2;-Teilchen vollständig suspendiert. Hierdurch wird ein größerer Massentransfer erzielt. Die Turbulenz im Ringraum 406 kann weiter erhöht oder bei geringeren Strömungsraten erzeugt werden durch Oberflächen 402o und 404i (wie in Fig. 4 illustriert), welche den Ringraum 406 bilden, durch Gewindeschneiden oder Texturieren der Oberflächen 402o und 404i. Das Texturieren der Oberflächen 402o und 404i kann durch verschiedene herkömmliche Techniken wie Säurespülen, das Aufbringen von Prägestempeln und dergleichen erzielt werden.
Die Existenz von Scherbelastungen auf die nahe beabstandeten Oberflächen 4020 und 404i gewährleistet vollständig turbulente Strömung durch den Ringraum 406 und demzufolge totale Mischung einer Aufschlämmung. Daher kann der Massentransfer (d. h. erhöhte Adsorption der Verunreinigungen an den katalytischen Teilchen) und die Reaktionsrate erhöht werden. Um eine turbulente Strömung einer Aufschlämmung durch den Ringraum 406 zu erzielen, ist die bevorzugte turbulente Grenzschichtdicke die Hälfte der Breite des Ringraumes 406. Demzufolge kommen die turbulenten Grenzschichten der Oberflächen 402o und 404i miteinander in Berührung. Erfolgreiche Dekontaminierung erfordert, daß ein katalytisches Teilchen mit einem Photon in Berührung kommt, und daß das Verunreinigungsmolekül in der Nähe des angeregten katalytischen Teilchens ist. Das Hinzufügen katalytischer Teilchen über das, was zum Ausmaskieren einer einzelnen Oberfläche erforderlich ist, hinaus wird die Wahrscheinlichkeit erhöhen, daß ein katalytisches Teilchen einem Verunreinigungsteilchen sehr nahe kommt. Die Katalysatormenge, die nicht dem Licht ausgesetzt wird, wird sich jedoch proportional erhöhen. Demzufolge wird die Nettoreaktionsrate abnehmen und es wird Kanalbildung auftreten. Wenn im Gegensatz hierzu weniger katalytische Teilchen vorgesehen werden, die notwendig sind, um eine einzelne Oberfläche auszumaskieren, werden Photonen entweichen und die Reaktionsrate wird abnehmen. Daher müssen Teile der Aufschlämmung wieder behandelt werden.
Eine konstante Masse oder Menge katalytischer Teilchen wird daher vorzugsweise durch den Ringraum 406 zu einer gegebenen Zeit geführt. Anders ausgedrückt, es wird eine konstante Ladung oder photoreaktiver Katalysator aufrechterhalten. Eine solche katalytische Masse oder Menge ist vorzugsweise gleich dem Oberflächenbereich beleuchtet, multipliziert mit der Dicke der katalytischen Teilchen. Der beleuchtete Oberflächenbereich ist vorzugsweise äquivalent zu demjenigen der Oberfläche 404i.
Wenn das Behandlungssystem 116 Luft behandelt, können katalytische Teilchen in dem Ringraum suspendiert sein oder an der äußeren Oberfläche des Ringraumes anhaften. Obwohl Drehgeschwindigkeit des Katalysators verloren geht, da keine luftgetragene Verunreinigung hinter den anhaftenden Katalysator gelangen kann, werden Kanalbildungseffekte eliminiert.

Filtereinheit

Herkömmliche Rückspültechniken erfordern typischerweise eine Unterbrechung von zwischen 45 und 90 Sekunden. Im Gegensatz hierzu können keramische Membranen in weniger als einer Sekunde gereinigt werden. Die Verwendung einer keramischen Membrane bringt außerdem mehrere andere Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Polymermembranen mit sich. Keramische Membranen (i) sind nämlich keinem chemischen Angriff durch organische Lösungsmittel unterworfen, (ii) sind in der Lage, einen Hochdruck-Transmembran-Druck ohne Verringerung der Lebensdauer der Membrane zu halten, (iii) fallen nicht aus aufgrund von harmonischen Effekten oder Vibrationen, wie sie sich bei verschiedenen Pumpen ergeben, (iv) erfordern nicht die Verwendung von dekontaminiertem Ausfluß, um die Membrane zu säubern (vielmehr kann ein Gas verwendet werden), (v) können erhöhten Temperaturen und Drücken sowie allen pH-Bereichen widerstehen, (vii) neigen nicht zum Nachgeben oder Strecken, und (viii) können ohne Verwendung eines chemischen Prozesses sterilisiert werden.
Da Polymermembranen ausfallen aufgrund von Dehnung von zyklischer Ermüdung oder Druckspitzen, werden Polymermembranen rückgespült, um Katalysatoransammlungen zu entfernen. Rückspülen ist ein zeitaufwendiger Prozeß, welcher eine kontinuierliche Strömung verhindert, und erfordert die unerwünschte Verwendung von Zentrifugalpumpen, Akkumulatoren und Puffertanks sowie anderer Ausrüstung, welche die Komplexität eines Systems erhöht.
Rückspülung, auch als Gegenstrom-Entverstopfen bezeichnet, wird primär für das Entfernen des Katalysators verwendet, der sich in einer Membrane aufbaut. Rückspülung verursacht, daß die Strömung von dekontaminiertem Fluid, das die Polymermembrane durchdrungen hat und in einem Speichertank gesammelt ist, zurückgeführt wird durch die Membrane durch leichte Umkehr des Druckgradientens über der Membrane. Typischerweise müssen zwischen 10% und 20% des gesamten Durchflusses durch eine Polymermembrane geführt werden, damit eine angemessene Rückspülung erfolgt. Die Umkehr des Druckgradienten erfolgt zeitlich langsam. Der Druckgradient ist normalerweise 34,5 · 10&supmin;³ N/mm² (5 psi), aber ist normalerweise niemals größer als 0,1724 N/mm² (25 psi), da Polymermembranen höhere Drücke nicht halten können. Aufgrund der für Rückspülung einer Polymermembrane erforderlichen Zeit kann sie nur weniger häufig durchgeführt werden. Demzufolge sammeln sich erhebliche Ablagerungen katalytischer Teilchen in der Polymermembrane zwischen den Rückspülvorgängen. Demzufolge wird die Durchflußströmung durch die Membrane reduziert und eine konstante Katalysatorladung kann nicht erzielt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung besteht die Filtereinheit 126 vorzugsweise aus einem keramischen Material. Hochdruckluft kann augenblicklich zu einer keramischen Membrane geliefert werden, um eine "Schockwelle" auf der Oberfläche der keramischen Membrane zu erzeugen, da keramische Membranen Rück- Transmembran-Drücke von 10,34 N/mm² (1.500 psi) ohne Ausfall halten können.
In Fig. 6 ist eine keramische Membrane gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die zylindrische keramische Membrane 600 ist von einem keramischen Träger 602 umgeben. Dekontaminierter Ausfluß und Aufschlämmungsrückstand strömen durch den Membrankanal 604, nachdem sie die keramische Membrane 600 über den Membraneinlaß 606 betreten haben. Aufschlämmungsrückstand tritt aus der keramischen Membrane 600 über den Membranauslaß 608 aus. Im Gegensatz hierzu durchdringt der dekontaminierte Ausfluß die keramische Membrane 600 und strömt weiter durch den keramischen Träger 602, bis er einen äußeren Sammelpunkt erreicht.
Die Diffusion des dekontaminierten Ausflusses durch die keramische Membrane 600 ist ein Faktor des durch die keramische Membrane 600 angelegten Druckes, welcher üblicherweise als Transmembrandruck bezeichnet wird. Beim normalen Betrieb ist der Transmembrandruck vorzugsweise mindestens 6,895 · 10&supmin;² N/mm² (10 psi), wenn Anatas TiO&sub2; als photoreaktiver Katalysator verwendet wird. Die Porendurchmesser der keramischen Membrane 600 bestimmen auch die Durchdringung der keramischen Membrane 600. Die Porendurchmesser der keramischen Membrane 600 sind vorzugsweise 10 Mikron oder kleiner, wenn Anatas TiO&sub2; als photoreaktiver Katalysator verwendet wird.
Der keramische Träger 602 muß sehr durchlässig und sehr fest sein. Vorzugsweise besteht der keramische Träger 602 aus Alpha-Aluminiumoxid. Der keramische Träger 602 hat vorzugsweise einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 12 um und einen Kanaldurchmesser von zwischen 4 mm bis 7 mm. Die keramische Membrane 600 besteht vorzugsweise aus einer oder mehreren Schichten aus poröser Keramik mit genau definiertem Aufbau. Die keramische Membrane 600 kann aus vielfachen Schichten aus porösen keramischen Materialien bestehen. Vorzugsweise bildet die Schicht mit der feinsten Porosität die freie Oberfläche der keramischen Membrane 600 und bewirkt somit die Trennung des dekontaminierten Ausflusses. Die die Membrane bildenden Schichten sind in einer monolithischen Weise miteinander sowie mit dem keramischen Träger 602 durch Sintern verbunden. Die keramische Membrane 600 besteht vorzugsweise aus Alpha- Aluminiumoxidmaterial mit großer Korrosionsbeständigkeit. Die keramische Membrane 600 sollte vorzugsweise eine durchschnittliche Porengröße von 0,2 um aufweisen. Die keramische Membrane 600 sollte außerdem gekennzeichnet sein durch eine chemische Widerstandsfähigkeit gegenüber allen Chemikalien, ausgenommen höheren Konzentrationen von H&sub3;PO&sub4; und HF.
In Fig. 7 ist eine Anordnung von keramischen Membranen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Anordnung 700 benutzt mehr als eine keramische Membrane 600. Die keramischen Membranen 600 sind parallel zueinander innerhalb eines keramischen Trägers 602 zur Bildung einer Anordnung 700 angeordnet. Der dekontaminierte Ausfluß strömt in Kanälen 604 längs der keramischen Membranen 600 durch die keramischen Membranen 600 und schließlich durch den keramischen Träger 602, bevor ein äußerer Punkt erreicht wird. Aufgrund der sehr großen Durchlässigkeit des keramischen Trägers 602 ist der Druckverlust, welcher durch die Strömung des dekontaminierten Ausflusses durch den keramischen Träger 602 verursacht wird, vernachlässigbar. Einige Anordnungen 700, wie in Fig. 7 illustriert, können zur Ausbildung einer Filtereinheit 126 verwendet werden (wie in Fig. 1 und 2 illustriert).
Die katalytischen Teilchen können in der keramischen Membrane 600 abgelagert werden und können dort Schichten bilden. Augenblickliches Anlegen eines Hochdruckgases oder -fluids an die keramische Membrane 600 und in den Mem brankanal 604 reißt solche Katalysatorablagerungen von der inneren Wand der keramischen Membrane 600 weg. Dies ermöglicht es, zu einer normalen Filtration durch die keramische Membrane 600 zurückzukehren.
Vorzugsweise wird ein Druckgradient von 1,034 N/mm² (150 psi) an die Membranen 600 angelegt, um einen augenblicklichen Transmembrandruck von 0,827 N/mm² (120 psi) zu erzeugen. Hieraus ergibt sich das Aufbringen einer Schockwelle auf die Membranen 600. Der Impuls sollte weniger als eine Sekunde dauern, vorzugsweise weniger als 0,5 Sekunden. Nur der dekontaminierte Ausfluß, der innerhalb der keramischen Membrane ist, wird durch die Membrane zurückgeführt, d. h., kein Speicherreservoir wird aufrecht erhalten. Der gesamte durch jede Membrane 600 durchgeführte Durchfluß ist 0,5 Liter für jeden Quadratmeter der Membrane. Wenn zum Beispiel ein 5-Minuten-Intervall zwischen Schockwellen verwendet wird, wird weniger als 1/300 oder 0,3% des Durchflusses durch die Membrane 600 geschickt. Als Ergebnis einer Schockwelle wird die ausgesetzte Oberfläche der Membranen 400 einem Hämmereffekt ausgesetzt, so daß katalytische Teilchen von dieser Oberfläche befreit werden. Vorzugsweise sollte die Schockwelle in 5-Minuten-Intervallen während des kontinuierlichen Betriebs aufgebracht werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird das Drei-Wege-Ventil 134 verwendet, um der Filtereinheit 126 eine Schockwelle zuzuführen. Wenn das Ventil 134 in seiner normalen Position ist, wird dekontaminiertes Fluid von der Filtereinheit 126 am Auslaß 224a abgegeben und durch das Ventil 134 geführt, bevor es wiedergewonnen wird. Wenn das Ventil 134 schnell in seine andere Position geschaltet wird, wird die Strömung des dekontaminierten Ausflusses durch das Ventil 134 beendet und kein weiterer dekontaminierter Ausfluß wird wiedergewonnen. Vielmehr wird Hochdruckluft über die Leitung 150 durch das Ventil 134 und zu der Filtereinheit 126 geführt. Anschließend wird das Ventil 134 in seine normale Position zurückgeführt, so daß dekontaminierter Ausfluß wiedergewonnen werden kann. Demzufolge ist das Drei-Wege-Ventil 134 vorzugsweise betriebsbereit, um von seiner normalen Position in seine andere Position und zurück in seine normale Position in weniger als 0,5 Sekunden umgeschaltet zu werden.
Alternativ hierzu kann Luft verwendet werden, um der Filtereinheit 126 eine Schockwelle zuzuführen, wie dies in Fig. 8 illustriert ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 8 ist ein Zwei-Wege-Ventil 802 entgegengesetzt zum Auslaß 224a angeordnet. Normalerweise ist das Ventil 802 in einer geschlossenen Position. Wenn der Filtereinheit 126 ein Rückimpuls zugeführt wird, wird das Ventil 802 in seine offene Position geschaltet. Dann wird Hochdruckluft über die Leitung 150 durch das Ventil 802 der Filtereinheit 126 zugeführt. Daher ist das Zwei-Wege-Ventil 802 vorzugsweise betriebsbereit, um von seiner geschlossenen Position in seine offene Position und zurück zu seiner geschlossenen Position in weniger als 0,5 Sekunden geschaltet zu werden.
Die Filtereinheit 126 kann sterilisiert werden, indem die Membranen 600 hohen Temperaturen ausgesetzt werden, indem Dampf hindurchgeführt wird, oder durch andere chemiekalienfreie Sterilisationstechniken.

Entfernen von Metall aus kontaminierten Fluiden

Kontaminierte Fluide können Metalle enthalten, welche sich auf den katalytischen Teilchen absetzen. Wenn dies geschieht, wird die Wirksamkeit des Katalysators mit der Zeit erheblich reduziert. Verschiedene in einem kontaminierten Fluid enthaltene Metalle, wie Chrom, sind nicht wünschenswert, selbst bei niedrigen Detektionsniveaus.
Metalle können periodisch von dem Katalysator entfernt werden durch Verändern des pH-Wertes der Aufschlämmung sowie durch andere bekannte chemische Prozesse zur Entfernung von Metall von einem Katalysator. Die Filtereinheit 126 (wie in Fig. 1 und 2 illustriert), wenn sie aus keramischen Materialien besteht, kann eine große Vielzahl von organischen Verunreinigungen aufnehmen, ebenso wie starke Säuren, Basen und andere Chemikalien, die dem System periodisch zugefügt werden, um Metalle von dem Katalysator zu entfernen. Herkömmliche Polymermembranen sind hierzu unfähig.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 können Chemikalien wie Säuren zu der Strömungsbahn 230a hinzugefügt werden, um Metalle von den katalytischen Teilchen zu entfernen. So kann zum Beispiel eine Pumpe längs der Strömungsbahn 230a angeordnet werden, um dem Aufschlämmungsrückstand, der längs der Strömungsbahn 230a strömt, Säure hinzuzufügen. Dies sorgt für eine ausreichende Zeit und ein ausreichendes Umrühren, um die Metalle von den katalytischen Teilchen ausreichend zu trennen. Die entfernten Metalle werden anschließend durch die keramische Filtereinheit 126 geführt. Die keramische Filtereinheit 126 ist betriebsbereit, um die Metalle gemeinsam mit dem dekontaminierten Fluid von dem Aufschlämmungsrückstand zu trennen. Metalle und der dekontaminierte Ausfluß werden durch den Auslaß 224 geführt. Wenn eine Kombination der Metallverunreinigung mit dem dekontaminierten Ausfluß nicht wünschenswert ist, dann muß die Durchflußströmung durch den Auslaß 224a intermittierend für weitere Behandlung gesammelt werden.
Metalle können auch von einem kontaminierten Fluid entfernt werden, wie dies in den Fig. 9-11 illustriert ist.
In Fig. 9 ist ein System zum Entfernen von Verunreinigungen und Metallen aus einem kontaminierten Fluid gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Eine Pumpe 902 führt kontaminiertes Fluid durch den Filter 904 und zu dem Behandlungssystem 116. Der Filter 904 ist betriebsbereit, um suspendierte Feststoffe aus dem kontaminierten Fluid zu entfernen. Das Behandlungssystem 116 ist betriebsbereit, um Metalle aus dem kontaminierten Fluid sowie alle Verunreinigungen aus dem kontaminierten Fluid zu entfernen. Die Metalle, die aus dem kontaminierten Fluid entfernt werden, werden auf dem Katalysator abgelagert. Anschließend wird die Aufschlämmung durch die Filtereinheit 126 geführt, welche betriebsbereit ist, um den dekontaminierten Ausfluß von der Aufschlämmung zu trennen und den Aufschlämmungsrückstand zu Behandlungssystem 116 zurückzuführen.
Wenn mehr Metalle auf einem Katalysatorteilchen abgelagert werden, wird der Wirkungsgrad der Katalysatorteilchen beim Entfernen der Verunreinigungen verringert. Wenn daher die Metallkonzentrationen des kontaminierten Fluids ansteigen, muß der Katalysator von den auf ihm abgelagerten Metallen häufiger gereinigt werden.
Wie in Fig. 9 illustriert, ist die Ventilanordnung 908 betriebsbereit, um einen Teil der Aufschlämmung (welcher die Katalysatorteilchen mit den abgelagerten Metallen enthält) zu dem Metallentfernungssystem 910 zu entfernen sowie "gespülte" Aufschlämmung hinzuzufügen zur Verwendung in Verbindung mit dem Behandlungssystem 116 (Aufschlämmung mit einem Katalysator, dessen Metallablagerungen bereits entfernt sind). Darüber hinaus kann ein Reduktionssystem 912 verwendet werden, um das Volumen eines metallbeladenen Ausflusses von der Aufschlämmung zu reduzieren.
In Fig. 10 ist ein System zum Entfernen von Metallen gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In dem in Fig. 10 illustrierten System werden Metalle zunächst von einem kontaminierten Fluid entfernt, und dann werden die Verunreinigungen von dem kontaminierten Fluid in einem nachfolgenden Prozeß entfernt. D. h., eine Aufschlämmung wird zunächst durch das Behandlungssystem 116a geführt, in welchem im wesentlichen alle Metalle aus dem kontaminierten Fluid entfernt und auf den katalytischen Teilchen des Behandlungssystems 116a abgelagert werden. Das Metallentfernungssystem 910 kann dann die abgelagerten Metalle von den katalytischen Teilchen entfernen. Anschließend wird das kontaminierte Fluid ohne Metalle zu dem Behandlungssystem 116b geführt. Das Behandlungssystem 116b ist betriebsbereit, um jede wei tere Verunreinigung aus dem kontaminierten Ausfluß zu entfernen. Ein dekontaminierter Ausfluß wird dann nach Durchlaufen der Filtereinheit 126b wiedergewonnen.
Durch Verwendung des in Fig. 10 illustrierten Systems wird die Gesamtwirksamkeit dieses Systems bezüglich des Entfernens von Verunreinigungen aus dem kontaminierten Fluid erheblich erhöht, da das Behandlungssystem 116b mit katalytischen Teilchen betrieben wird, auf welchen keine Metalle abgelagert sind.
Es wird angemerkt, daß das Metallentfernungssystem 910 auch zwischen der Filtereinheit 126 und 126a (jeweils der Fig. 9 und 10) und dem Behandlungssystem 116 und 116a (jeweils der Fig. 9 und 10) für die Behandlung des Aufschlämmungsrückstandes angeordnet sein kann.
In Fig. 11 ist ein Metallentfernungssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Fig. 11 illustriert das Metallentfernungssystem 910. Das Ventil 1100 ist betriebsbereit, um alternativ Aufschlämmung zu der Filtereinheit 1106 und der Filtereinheit 1108 zu führen. Zu anderen Zeiten führt das Ventil 1100 Aufschlämmung zu der Filtereinheit 126 oder 126a (jeweils der Fig. 9 und 10) über das Ventil 1112.
Wenn das Ventil 1100 so gesetzt ist, daß Aufschlämmung zur Filtereinheit 1106 geführt wird, ist das Ventil 1114 geschlossen. Die von dem Behandlungssystem 116 (der Fig. 9) oder vom Behandlungssystem 116b (der Fig. 10) gelieferte Aufschlämmung durchströmt das Ventil 1100, das Ventil 1102, das Ventil 1104 und gelangt schließlich zur Filtereinheit 1106. Dies geschieht, da die Ventile 1120 und 1122 jeweils geschlossen und offen sind. Die Filtereinheit 1106 ist betriebsbereit, um Fluid von den katalytischen Teilchen zu trennen. D. h., die katalytischen Teilchen mit Metallablagerungen werden in die Einheit 1106 mitgerissen. Der von der Filtereinheit 1106 austretende Ausfluß strömt dann im Gegenstrom durch die Filtereinheit 1108, um alle katalytischen Teilchen zu sammeln, die in dem Filter 1108 mitgerissen worden sind, deren Metallablagerungen bereits entfernt worden sind. Diese gespülte "Aufschlämmung" wird darin durch das Ventil 1110 und durch das Ventil 1112 und schließlich zu der Filtereinheit 126 geführt. Das Ventil 1100 wird dann in seine andere Position geschaltet, damit die von dem Behandlungssystem 116 (der Fig. 9) oder 116b (der Fig. 10) gelieferte Aufschlämmung durch das Ventil 1100, das Ventil 1112 und zu der Filtereinheit 126 geführt wird.
Anschließend sind die Ventile 1120 und 1122 jeweils offen und geschlossen. Der Behälter 1116 enthält eine chemische Lösung zum Entfernen von Metallablagerungen von den katalytischen Teilchen. Die in dem Behälter 1116 vorhandene chemische Lösung wird durch die Pumpe 1118 vorwärts bewegt, um durch das Ventil 1104, die Filtereinheit 1106 und das Ventil 1120 geführt zu werden, bevor sie zum Behälter 1116 zurückkehrt. Dies dient dazu, die Metalle von den katalytischen Teilchen zu entfernen, die in der Filtereinheit 1106 mitgerissen worden sind.
Wenn das Ventil 1100 so eingestellt ist, daß die Aufschlämmung zur Filtereinheit 1108 geführt wird, ist das Ventil 1114 offen. Die vom Behandlungssystem 116 oder 1002 gelieferte Aufschlämmung wird vom Ventil 1100 durch das Ventil 1114 und das Ventil 1110 zur Filtereinheit 1108 geführt. Dies geschieht, da die Ventile 1120 und 1122 jeweils geschlossen und offen sind. Der von der Filtereinheit 1108 gelieferte Ausfluß wird dann durch das Ventil 1122 zur Filtereinheit 1106 geführt. Der von der Filtereinheit 1108 gelieferte Ausfluß sammelt somit die in der Filtereinheit 1106 vorhandenen katalytischen Teilchen (die bereits von Metallen gereinigt worden sind), und durchströmt dann das Ventil 1104, das Ventil 1102 und das Ventil 1112, bevor er zur Filtereinheit 126 geführt wird.
Der Reinigungsprozeß wird dann in der Filtereinheit 1108 durchgeführt, welche die mitgerissenen katalytischen Teilchen mit darauf abgelagerten Metallen enthält. Zu dieser Zeit ist das Ventil 1120 offen und das Ventil 1122 geschlossen. Eine chemische Lösung wird vom Behälter 1116 durch das Ventil 1110, die Filterein heit 1108 und schließlich das Ventil 1120 geführt, bevor sie zum Behälter 1116 zurückkehrt.
Demzufolge werden die Filter 1106 und 1108 alternativ durch den Betrieb der Ventile verwendet. Solche Ventile können zeitabhängig betrieben werden oder in Abhängigkeit von der Erfassung einer vorbestimmten, auf dem Katalysator abgelagerten Konzentration von Metallen.
Das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung ist daher gut geeignet, die Absichten auszuführen und die oben erwähnten Ziele und Vorteile und auch andere hierin enthaltene zu erreichen. Während ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Offenbarung dargestellt worden ist, stehen dem Durchschnittsfachmann zahlreiche Änderungen in den Einzelheiten der Konstruktion, der Zwischenverbindung und der Anordnung der Teile ohne weiteres zur Verfügung. Während zum Beispiel der Ringraum 406 (wie in Fig. 4) derart illustriert ist, daß er einen Raum zwischen konzentrischen Oberflächen begrenzt, kann er auch als Raum zwischen parallelen Oberflächen definiert sein.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen eines kontaminierten Fluids, welches aufweist:

Mischen des verunreinigten Fluids mit einem Photokatalysator, um eine Aufschlämmung zu bilden;

Führen der Aufschlämmung durch einen Raum;

Aussetzen der Aufschlämmung in dem Raum einem ultravioletten Licht, um eine photokatalytische Reaktion der Aufschlämmung zu bewirken, wobei dekontaminierte Ausflüsse in der Aufschlämmung erzeugt werden;

Entfernen der dekontaminierten Ausflüsse durch Filtration mit einem keramischen Filter; und

Entfernen des Photokatalysators vom keramischen Filter.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Entfernen der dekontaminierten Ausflüsse durch Filtration mit einem keramischen Filter das Trennen der dekontaminierten Ausflüsse von der Aufschlämmung durch Filtration durch eine Vielzahl von keramischen Filterelementen umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Entfernen der dekontaminierten Ausflüsse durch Filtration mit einem keramischen Filter das Führen der Aufschlämmung durch einen oder mehrere keramische Membranfilter umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Entfernen des Photokatalysators von dem keramischen Filter das Entfernen von Ansammlungen des Photokataly sators von vielen keramischen Membranfiltern durch Anlegen einer Schockwelle durch die keramischen Membranfilter umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, bei dem das Entfernen der dekontaminierten Ausflüsse durch Filtration mit einem keramischen Filter das Wiedergewinnen des dekontaminierten Ausflusses umfaßt, wenn dieser von der Aufschlämmung getrennt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei dem das Entfernen der dekontaminierten Ausflüsse durch Filtration mit einem keramischen Filter das Zuführen der bestrahlten Aufschlämmung zu einem oder mehreren keramischen Membranfiltern umfaßt, um einen Rückstand zu schaffen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das weiter das Mischen des nicht durch die keramischen Membranfilter rückgeführten Rückstandes mit einem dekontaminierten Fluid umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin das Rückführen eines Teils des Rückstandes durch die keramischen Membranfilter umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 6, 7 oder 8, bei dem das Entfernen der dekontaminierten Ausflüsse durch Filtration mit einem keramischen Filter aufweist:

Zuführen der bestrahlten Aufschlämmung zu einem oder mehreren keramischen Membranfiltern, um einen Rückstand zu schaffen; und

intermittierendes Entfernen von Ansammlungen der Photokatalysatorteilchen von den keramischen Membranfiltern.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Entfernen des Photokatalysators von dem keramischen Filter das intermittierende Entfernen von An sammlungen des Photokatalysators in den mehreren keramischen Filterelementen durch Hindurchführen einer Schockwelle umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 4 oder 10, bei welchem die Schockwelle durch Anlegen eines Druckes von mindestens 0,1724 N/mm² (25 psi) erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 10, das weiterhin das Wiederholen der obigen Schritte mit einer im wesentlichen konstanten Photokatalysatorladung umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 10 oder 12, das weiterhin aufweist:

Erfassen einer Größe der Verunreinigungen in der Aufschlämmung; und

kontinuierliches Wiederholen des Verfahrens mit einer konstanten Photokatalysatorladung, bis ein ausgewähltes Niveau von Verunreinigungen erzielt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Mischen des verunreinigten Fluids mit einem Photokatalysator zur Bildung einer Aufschlämmung das Mischen eines kontaminierten Fluids mit Anatas-TiO&sub2;-Teilchen zur Bildung einer Aufschlämmung umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 10 oder 12, bei dem eine im wesentlichen konstante Photokatalysatorladung in Verbindung mit dem Verfahren benutzt.

16. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist:

gleichzeitiges Aussetzen verschiedener Teile der Aufschlämmung einem ultravioletten Licht; und

gleichzeitiges Entfernen der dekontaminierten Ausflüsse durch Filtration von verschiedenen Teilen der Aufschlämmung.

17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Führen der Aufschlämmung durch den Raum das Führen der Aufschlämmung durch einen Ringraum umfaßt.

18. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aussetzen der Aufschlämmung in dem Raum einem ultravioletten Licht zur Durchführung einer photokatalytischen Reaktion der Aufschlämmung, wobei dekontaminierte Ausflüsse in der Aufschlämmung erzeugt werden, das Aussetzen der Aufschlämmung einem ultravioletten Licht durch einen bestrahlten Ringraum umfaßt, um eine Oxidation der Verunreinigungsverbindungen zu bewirken, wobei die Oxidation einen dekontaminierten Ausfluß in der Aufschlämmung schafft.

19. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aussetzen der Aufschlämmung in dem Raum einem ultravioletten Licht zur Durchführung einer photokatalytischen Reaktion der Aufschlämmung, wobei dekontaminierte Ausflüsse in der Aufschlämmung erzeugt werden, aufweist:

Führen der Aufschlämmung durch einen Ringraum, der einer ultravioletten Lichtquelle ausgesetzt ist; und

Bestrahlen der Aufschlämmung mit der Lichtquelle, um eine photokatalytische Reaktion zu bewirken.

20. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aussetzen der Aufschlämmung einem ultravioletten Licht zur Durchführung einer photokatalytischen Reaktion der Aufschlämmung, wobei dekontaminierte Ausflüsse in der Aufschlämmung erzeugt werden, das Behandeln der Aufschlämmung durch Photokatalyse durch Bestrahlen der Aufschlämmung mit einem ultravioletten Licht, wenn sie durch einen bestrahlten Ringraum geführt wird, um einen dekontaminierten Ausfluß in der Aufschlämmung zu schaffen, umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 17, 18, 19 oder 20, bei dem der Ringraum durch eine Vielzahl von Oberflächen bestimmt ist, die einen radialen Abstand untereinander haben, wobei der radiale Abstand zwischen den Oberflächen, welche den Ringraum definieren, ungefähr 1 mm oder kleiner ist.

22. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Entfernen der dekontaminierten Ausflüsse durch Filtration mit einem keramischen Filter das intermittierende Entfernen von Metallen umfaßt, welche auf dem in der Aufschlämmung vorhandenen Photokatalysator abgelagert sind.

23. Verfahren nach Anspruch 17, 18, 19, 20 oder 21, bei dem der Abstand über den bestrahlten Raum ungefähr gleich der Summe eines Durchmessers eines Photokatalysatorteilchens und des Durchmessers eines Verunreinigungsmoleküls ist.

24. Verfahren nach Anspruch 1 oder 23, bei dem der Raum die turbulente Strömung der in ihm befindlichen Aufschlämmung induziert.

25. Verfahren nach Anspruch 1, 23 oder 24, bei dem die Oberflächen, welche den bestrahlten Raum bestimmen, texturiert sind.

26. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das intermittierende Entfernen von Metallen von TiO&sub2;-Teilchen, die in der Aufschlämmung vorhanden sind, weiter aufweist:

Isolieren eines Teils der Aufschlämmung;

Trennen des Photokatalysators von dem Aufschlämmungsteil; und

Entfernen von Metallablagerungen von dem abgetrennten Photokatalysator durch Aufbringen einer chemischen Lösung.

27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der isolierte Teil der Aufschlämmung durch einen im wesentlichen gleichen Teil der Aufschlämmung ersetzt wird, aus dem die Metallablagerungen bereits entfernt worden sind.

28. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 10, 12 oder 15, bei dem der Photokatalysator TiO&sub2; ist.

29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der Photokatalysator aus der Gruppe von TiO&sub3;, ZnO, CdS, CdSe, SnO&sub2;, SrTiO&sub3;, WO&sub3;, Fe&sub2;O&sub3; und Ta&sub2;O&sub5; ausgewählt ist.

30. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter das Hinzufügen eines Oxidationsmittels zu der Aufschlämmung umfaßt.

31. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter das Hinzufügen von Peroxid zu der Aufschlämmung umfaßt.

32. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter das Hinzufügen von Sauerstoff zu der Aufschlämmung umfaßt.

33. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter das Hinzufügen von Luft zu der Aufschlämmung umfaßt.