用于增强紫外线高级氧化工艺的电解器系统配置的制作方法

用于增强紫外线高级氧化工艺的电解器系统配置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35u.s.c.
§
119(e)要求于2019年3月14日提交的标题为“electrolyzer system configurations for enhancement of ultra violet advanced oxidation processes”的美国临时申请序号62/818,137的优先权，该美国临时申请为了所有目的通过引用以其整体并入本文。
3.背景
1.发明领域
4.本文公开的方面和实施方案总体上涉及包括具有上游电化学装置的紫外线辐射反应器的高级氧化系统、操作该高级氧化系统的方法以及利用该高级氧化系统的系统。
5.2.相关技术的讨论
6.在过去的几年内，许多研究工作表明高级氧化工艺(aop)对于许多应用，特别是对于水处理的适用性(legrini,o.,oliveros,e.,braun,a.m.(1993).photochemical processes for water treatment.chm.rev.1093,93,671
‑
698；bolton等人(1996).figures of merit for the technical development and application of advanced oxidation processes.j.of advanced oxidation technologies,1,113
‑
17)。
7.用于水处理的高级氧化工艺(aop)利用高度反应性自由基物质，例如羟基自由基(oh
‑
)，用于氧化有毒或不可生物降解或不太可生物降解的有害的水污染物，例如工业污染物。
8.由于羟基自由基的高氧化电位和低选择性，因此与几乎每一种有机化合物反应，aop可以用于从(污染的)水中消除污染物，即，农药的残余物、工业溶剂、pfas、药物(pharmaceutical)、激素、药品(drug)、个人护理产品或x射线造影剂。
9.aop的多功能性还通过以下事实被增强：它们提供了用于产生羟基自由基的不同的可能方式，从而允许更好地符合特定的处理要求。
10.aop在废水处理中的合适的、传统的化学应用利用昂贵的反应物/氧化剂诸如h2o2和/或o3用于产生羟基自由基。
11.过臭氧(peroxone)，作为氧化剂臭氧o3和过氧化氢h2o2的组合，已知是一种新且高级的氧化工艺(过臭氧aop)，其可以用于处理污染的土壤、地下水和废水。
12.过臭氧工艺使用与氧化剂过氧化氢(h2o2)组合的氧化剂臭氧(o3)。在该工艺期间，形成了非常持久的羟基自由基，并且与溶液中的大多数有机污染物反应或氧化溶液中的大多数有机污染物。过氧化氢的添加加速臭氧的溶解，导致羟基自由基浓度增加。净游离羟基自由基产生速率为每mol臭氧约1mol。
13.malato等人(2002).photocatalysis with solar energy at a pilot
‑
plant scale:an overview.applied catalysis b:environmental 37 1
‑
15评述了使用阳光产生羟基自由基。
14.在紫外线驱动的aop(uv aop)中，uv辐射被用于通过光解产生羟基自由基。用于水
处理的传统的uv驱动的aop可以被称为uv/h2o2或uv/臭氧(uv/o3)或它们的组合，因为h2o2或o3正在被uv辐射光解以产生羟基自由基。
15.一种uv驱动的氯物质工艺，即通过用uv辐照氯化的溶液产生羟基自由基的aop(uv/氯物质aop)从以下知晓：jing jin等人(2011).assessment of the uv/chlorine process as an advanced oxidation process.water research 45,1890
‑
1896以及michael j.watts等人(2007).chlorine photolysis and subsequent oh radical production during uv treatment of chlorinated water.water research 41,2871
‑
2878。
16.从jing jin等人(2011).assessment of the uv/chlorine process as an advanced oxidation process.water research 45,1890
‑
1896进一步知晓，这样的uv/氯aop可以作为用于在游泳池中在氯消毒期间产生的消毒副产物(dbp)的处理选择，并且可以用于灭活水性病原微生物，并且破坏(destroy)饮用水和废水中有害的有机化合物。
17.其他uv aop已知为uv/tio2或uv/s2o8(legrini,o.,oliveros,e.,braun,a.m.(1993).photochemical processes for water treatment.chm.rev.1093,671
‑
698)。
18.现有的aop使用昂贵的反应物/氧化剂，例如h2o2和/或o3，特别是在使用h2o2和o3的过臭氧工艺aop，以及自由基产生所需的高能量需求，例如用于通过uv aop产生自由基的高uv辐照能量的情况下。大量的自由基不通过污染物的氧化被消耗，而是通过与水基质的有机背景(例如，胡敏素、腐殖酸或柠檬酸)的副反应被消耗。
19.在电极处产生化学反应的电化学装置被广泛地用于工业实施和市政实施。用于从氯化钠和水产生次氯酸钠的电化学反应(电氯化)包括以下：
20.在阳极处的反应：2cl
‑
→
c12 2e
‑
(e
0氧化
＝
‑
1.358v)
21.在阴极处的反应：2h2o 2e
‑
→
h2 2oh
‑
(e
0还原
＝
‑
0.8277v)
22.在溶液中：c12 2oh
‑
→
clo
‑
cl
‑
h2o
23.总反应：nacl h2o
→
naocl h2(e
0电池
＝
‑
2.19v)
24.假设100％法拉第效率和3v电池电压，naocl的质量产生速率是：
25.1kg naocl＝(2
×
96500/3600
×
1000/70.906)a*h＝756.09a*h
26.在这些反应中，列出的电位处于反应物和产物的1m浓度(活性)以及标准条件(25℃和1atm)下。
27.概述
28.根据本发明的方面，提供了水处理系统。该系统包括光化辐射反应器，在电解质源和光化辐射反应器之间流体连通的同心管电极电化学电池，该电化学电池被配置成产生包含次氯酸钠的氯化流出物，以及导管，该导管将电化学电池的出口流体地联接至光化辐射反应器的入口并且被配置成将氯化流出物递送至光化辐射反应器中。
29.在一些实施方案中，光化辐射反应器是紫外线高级氧化工艺反应器。
30.在一些实施方案中，电解质包括水。
31.在一些实施方案中，该系统还包括被配置成测量水中的一种或更多种污染物的浓度的传感器。传感器被定位在光化辐射反应器的上游或光化辐射反应器的下游中的一者处。该系统还可以包括控制器，该控制器与传感器连通并且被配置成响应于一种或更多种污染物的测量浓度来调整系统的一个或更多个操作参数。一个或更多个操作参数可以包括
以下中的一个：施加至电化学电池的功率、施加至光化辐射反应器的功率以及电解质或流出物通过电化学电池或光化辐射反应器中的一个的流量。
32.在一些实施方案中，该系统还包括氯化物盐源，该氯化物盐源被配置成将盐引入到电化学电池上游的电解质中。控制器还可以被配置成响应于一种或更多种污染物的测量浓度来调节盐引入到电解质中的速率。
33.在一些实施方案中，电解质源包括含氯化物的溶液源，并且该系统还包括：再循环导管，该再循环导管被配置成将氯化流出物从电化学电池的出口返回至电化学电池的入口以形成再循环盐水溶液；待处理的水源，该待处理的水源经由第一导管与光化辐射反应器的入口流体连通；以及第二导管，该第二导管提供从再循环导管到光化辐射反应器的入口上游的第一导管中的引入点的选择性流体连通。该系统还可以包括阀，该阀被配置成响应于再循环盐水溶液中的次氯酸钠的浓度达到预定水平，从关闭状态转换到至少部分地打开状态，并且通过引入点将再循环盐水溶液引导至待处理的水中。
34.在一些实施方案中，该系统还包括被可操作地连接至一个或更多个传感器的控制器，一个或更多个传感器被配置成测量以下中的一个或更多个：待处理的水的流量、待处理的水中污染物的浓度、待处理的水中次氯酸钠的浓度、离开光化辐射反应器的产物水的纯度、离开光化辐射反应器的产物水的流量或再循环盐水溶液中次氯酸钠的浓度。控制器可以被配置成基于从一个或更多个传感器接收的一个或更多个信号来调整系统的一个或更多个操作参数，一个或更多个操作参数包括以下中的一个或更多个：阀的状态、施加至电化学电池的功率、施加至光化辐射反应器的功率、电解质通过电化学电池的流量、待处理的水通过光化辐射反应器的流量、或在光化辐射反应器中施加至待处理的水的辐射剂量。
35.在一些实施方案中，一个或更多个传感器被配置成测量再循环盐水溶液中次氯酸钠的浓度，并且控制器被配置成从传感器接收再循环盐水溶液中次氯酸钠的浓度的指示，并响应于次氯酸钠的浓度处于或高于预定水平，向阀发送信号以至少部分地打开。
36.在一些实施方案中，控制器还被配置成基于待处理的水中污染物的浓度或产物水的期望纯度中的一个或两个来设置预定水平。
37.在一些实施方案中，控制器还被配置成基于在光化辐射反应器中待施加至待处理的水的uv辐射的期望剂量来设置预定水平。
38.在一些实施方案中，控制器还被配置成基于预定水平、待处理的水中污染物的浓度、待处理的水的流量或产物水的期望纯度中的一个或更多个来设置在光化辐射反应器中待施加至待处理的水的uv辐射的剂量。
39.在一些实施方案中，控制器还被配置成基于待处理的水中污染物的浓度或产物水的期望纯度中的一个或两个来设置施加至电化学电池的功率。
40.在一些实施方案中，控制器还被配置成基于待处理的水中污染物的浓度和产物水的期望纯度来设置在光化辐射反应器中待施加至待处理的水的uv辐射的剂量。
41.在一些实施方案中，控制器还被配置成基于预定水平来设置待引入到电解质中的氯化物的量。
42.在一些实施方案中，控制器还被配置成基于达到再循环导管中氯化流出物中naocl的预定浓度水平的期望的时间量来设置施加至电化学电池的功率的量。
43.在一些实施方案中，控制器还被配置成基于施加至电化学电池的功率来设置在光
化辐射反应器中待施加至待处理的水的uv辐射的剂量。
44.根据另一个方面，提供了一种在水处理系统中处理水的方法。该方法包括：将待处理的水从水源引导至同心管电极电化学电池的入口中，跨越电化学电池的电极施加功率以在电化学电池中将待处理的水中的氯化钠(nacl)转化为次氯酸钠(naocl)并且形成包含naocl的氯化流出物，将氯化流出物从电化学电池的出口引导至光化辐射反应器的入口中，在光化辐射反应器中将氯化流出物暴露于足够的光化辐射，以在氯化流出物中产生自由基，该自由基与氯化流出物中的污染物反应以形成经处理的流出物，以及将经处理的流出物从光化辐射反应器的出口引导至使用点。
45.在一些实施方案中，在光化辐射反应器中将氯化流出物暴露于光化辐射包括在光化辐射反应器中将氯化流出物暴露于紫外光。
46.在一些实施方案中，将经处理的流出物引导至使用点包括将经处理的流出物引导至水源。
47.在一些实施方案中，该方法还包括向电化学电池的入口上游的待处理的水中添加氯化物盐。
48.在一些实施方案中，该方法还包括：将氯化流出物通过再循环导管从电化学电池的出口再循环至电化学电池的入口，用于在电化学电池中的另外的处理，该另外的处理增加氯化流出物中naocl的浓度，将待处理的水从第二待处理的水源通过第一导管引导至光化辐射反应器的入口中，以及提供从再循环导管到光化辐射反应器的入口上游的第一导管中的引入点的选择性流体连通。该方法还可以包括用传感器测量再循环导管中次氯酸钠的浓度。该方法还可以包括：在控制器处从传感器接收再循环导管中次氯酸钠的浓度的指示，以及响应于再循环导管中次氯酸钠的浓度的指示是浓度处于或高于预定水平的指示，向在再循环导管和第一导管之间提供选择性流体连通的阀发送信号以至少部分地打开。
49.在一些实施方案中，该方法还包括用被可操作地连接至系统的控制器的一个或更多个传感器测量以下中的一个或更多个：待处理的水的流量、待处理的水中污染物的浓度、待处理的水中次氯酸钠的浓度、离开光化辐射反应器的产物水的纯度、离开光化辐射反应器的产物水的流量或再循环盐水溶液中次氯酸钠的浓度。该方法还可以包括用控制器基于从一个或更多个传感器接收的一个或更多个信号来调整系统的一个或更多个操作参数，一个或更多个操作参数包括以下中的一个或更多个：阀的状态、施加至电化学电池的功率、施加至光化辐射反应器的功率、电解质通过电化学电池的流量、待处理的水通过光化辐射反应器的流量、或在光化辐射反应器中施加至待处理的水的辐射剂量。
50.在一些实施方案中，该方法还包括：用一个或更多个传感器测量再循环盐水溶液中次氯酸钠的浓度，通过控制器从一个或更多个传感器接收再循环盐水溶液中次氯酸钠的浓度的指示，以及响应于次氯酸钠的浓度处于或高于预定水平，向在再循环导管和第一导管之间提供选择性流体连通的阀发送信号以至少部分地打开。
51.在一些实施方案中，该方法还包括基于待处理的水中污染物的浓度或产物水的期望纯度中的一个或两个来设置预定水平。
52.在一些实施方案中，该方法还包括基于在光化辐射反应器中待施加至待处理的水的uv辐射的期望剂量来设置预定水平。
53.在一些实施方案中，该方法还包括基于预定水平、待处理的水中污染物的浓度、待
处理的水的流量或产物水的期望纯度中的一个或更多个来设置在光化辐射反应器中待施加至待处理的水的uv辐射的剂量。
54.在一些实施方案中，该方法还包括基于待处理的水中污染物的浓度或产物水的期望纯度中的一个或两个来设置施加至电化学电池的功率。
55.在一些实施方案中，该方法还包括基于待处理的水中污染物的浓度和产物水的期望纯度来设置在光化辐射反应器中待施加至待处理的水的uv辐射的剂量。
56.在一些实施方案中，该方法还包括基于预定水平来设置待引入到电解质中的氯化物的量。
57.在一些实施方案中，该方法还包括基于达到再循环导管中氯化流出物中naocl的预定浓度水平的期望的时间量来设置施加至电化学电池的功率的量。
58.在一些实施方案中，该方法还包括基于施加至电化学电池的功率来设置在光化辐射反应器中待施加至待处理的水的uv辐射的剂量。
59.根据另一个方面，提供了一种改造水处理系统的方法，该水处理系统包括与待处理的水源流体连通的高级氧化工艺反应器。该方法包括安装在待处理的水源和高级氧化工艺反应器之间流体连通的同心管电化学电池，以及提供操作电化学电池的指令，以将待处理的水中的氯化钠转化为次氯酸钠。
60.在一些实施方案中，该方法还包括提供传感器，该传感器被配置成测量光化辐射反应器上游或光化辐射反应器下游中的一者处的水中的一种或更多种污染物的浓度。
61.在一些实施方案中，该方法还包括提供控制器，该控制器与传感器连通并且被配置成响应于一种或更多种污染物的测量浓度来调整系统的一个或更多个操作参数。
62.在一些实施方案中，一个或更多个操作参数包括以下中的一个：施加至电化学电池的功率、施加至光化辐射反应器的功率以及电解质或流出物通过电化学电池或光化辐射反应器中的一个的流量。
63.在一些实施方案中，该方法还包括提供再循环导管，该再循环导管被配置成将氯化流出物从电化学电池的出口返回至电化学电池的入口以形成再循环盐水溶液。
64.在一些实施方案中，该方法还包括提供被可操作地连接至一个或更多个传感器的控制器，一个或更多个传感器被配置成测量以下中的一个或更多个：待处理的水的流量、待处理的水中污染物的浓度、待处理的水中次氯酸钠的浓度、离开高级氧化工艺反应器的产物水的纯度、离开高级氧化工艺反应器的产物水的流量或再循环盐水溶液中次氯酸钠的浓度。
65.在一些实施方案中，该方法还包括配置控制器以基于从一个或更多个传感器接收的一个或更多个信号来调整系统的一个或更多个操作参数，一个或更多个操作参数包括以下中的一个或更多个：施加至电化学电池的功率、施加至高级氧化工艺反应器的功率、电解质通过电化学电池的流量、待处理的水通过高级氧化工艺反应器的流量、或在高级氧化工艺反应器中施加至待处理的水的辐射剂量。
66.附图简述
67.附图不意图按比例绘制。在附图中，在各个图中图示出的每个相同的部件或几乎相同的部件由相同的数字表示。为了清楚的目的，并非每个部件都可以在每个附图中被标记。在附图中：
68.图1a是同心管电化学电池的实施方案的等距视图；
69.图1b是图1a的同心管电化学电池的横截面图；
70.图2a图示出了流过同心管电化学电池的实施方案的电流；
71.图2b图示出了流过同心管电化学电池的另一种实施方案的电流；
72.图2c图示出了流过同心管电化学电池的另一种实施方案的电流；
73.图3是单通道螺旋缠绕的电化学电池的实施方案的等距视图；
74.图4是单通道螺旋缠绕的电化学电池的另一种实施方案的等距视图；
75.图5是三管同心管电化学电池的实施方案的部分横截面图；
76.图6是四管同心管电化学电池的实施方案的部分横截面图；
77.图7是五管同心管电化学电池的实施方案的部分横截面图；
78.图8是图示出根据一种或更多种实施方案的光化辐射反应器容器的示意图；
79.图9a是图示出根据一种或更多种实施方案的图8的容器的内部的一部分的示意图；
80.图9b是图示出根据一种或更多种实施方案的图8的容器的内部的另一部分的示意图；
81.图10a是来自不同地点的海水中离子的浓度的表格；
82.图10b是不同天然水体的盐度的表格；
83.图11图示出了在不同条件下操作的光化辐射反应器容器中去除1,4
‑
二氧六环的测试的结果；
84.图12图示出了包括光化辐射反应器容器和光化辐射反应器容器上游的电解池的系统的实施方案；
85.图13图示出了包括光化辐射反应器容器和光化辐射反应器容器上游的电解池的系统的另一种实施方案；
86.图14图示出了包括光化辐射反应器容器和光化辐射反应器容器上游的电解池的系统的另一种实施方案；
87.图15图示出了可以被用于本文公开的水处理系统的实施方案的控制系统；
88.图16图示出了用于图15的控制系统的存储器系统(memory system)；
89.图17图示出了电解池和再循环回路的布置，该再循环回路用于对再循环通过电解池的电解质中氧化剂的积累进行测试；
90.图18a是图示出使用图17的设备的测试的结果的表格；
91.图18b是图示出合成海水的实例的吸光度的表格；
92.图19是将合成海水的实例中的多种离子的浓度与天然海水中的离子的浓度进行比较的表格；
93.图20图示出了在含有具有不同ph水平的污染的水蒸汽的光化辐射反应器容器中去除1,4
‑
二氧六环的测试的结果；
94.图21图示出了在含有具有不同naocl浓度的污染的水蒸汽的光化辐射反应器容器中去除1,4
‑
二氧六环的测试的结果；
95.图22a图示出了如本文公开的水处理系统的第一组配置；
96.图22b图示出了如本文公开的水处理系统的第二组配置；
97.图23是图示出与在如本文公开的水处理系统的不同配置中产生次氯酸钠相关的成本的表格；
98.图24是图示出与在如本文公开的水处理系统的不同配置中产生次氯酸钠相关的成本的图表；以及
99.图25图示出了可归因于在如本文公开的水处理系统中产生次氯酸钠的盐和能量的相对成本。
100.详细描述
101.本文公开的方面和实施方案不限于在下文的描述中阐述的或在附图中图示出的部件的构造和布置的细节。本文公开的方面和实施方案能够以多种方式实践或实施。此外，本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应当被视为是限制性的。本文中“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”及其变型的使用意指涵盖其后列出的项目及其等同物以及另外的项目。
102.根据至少一个方面，方面的一些实施方案可以涉及用于净化或降低水流中不合意的组分(污染物)的浓度的系统。该系统可以包括流体地连接至至少一个光化辐射反应器的一个或更多个水源。至少一个反应器可以被配置成辐照来自水源的水。系统还可以包括一个或更多个氧化剂源。可以布置一个或更多个氧化剂源，以将一种或更多种氧化剂引入到来自一个或更多个水源的水中。
103.光化辐射反应器可以是包括产生紫外光的一个或多个紫外(uv)灯的反应器，所述紫外光当被一种或更多种氧化剂吸收时，引起由一种或更多种氧化剂产生自由基，例如oh
‑
。自由基可以将在水中溶解的有机碳物质例如三氯甲烷或尿素氧化成不那么不合意的化学物质，例如二氧化碳和水。用于从流体例如水中去除不合意的物质例如有机碳物质的处理工艺的实施方案可以在本文中被称为高级氧化工艺(aop)或自由基清除工艺。这些术语在本文中同义地使用。
104.本文公开的方面和实施方案总体上涉及包括uv反应器和电化学装置的aop系统(电化学装置用于产生氧化剂诸如次氯酸钠，用于引入到uv反应器中以促进uv反应器中的污染物氧化)，并且涉及使用这样的系统的方法。
105.术语“电化学装置”、“电化学电池”、“电解器(electrolyzer)”及其语法变型应当被理解为涵盖“电氯化装置”和“电氯化电池”及其语法变型。本文公开的方面和实施方案被描述为包括一个或更多个电极。如本文使用的术语“金属电极”或其语法变型应当被理解为涵盖由以下形成、包含以下或由以下组成的电极：一种或更多种金属例如钛、铝或镍，尽管术语“金属电极”不排除包括其他金属或合金或者由其他金属或合金组成的电极。在一些实施方案中，“金属电极”可以包括多个不同金属的层。在本文公开的实施方案中的任一种或更多种中使用的金属电极可以包括高导电性金属例如铜或铝的芯，所述芯包覆有对电解质溶液的化学侵蚀具有高抗性的金属或金属氧化物，例如钛、铂、混合金属氧化物(mmo)、磁铁矿、铁素体、钴尖晶石、钽、钯、铱、银、金或其他涂层材料的层。“金属电极”可以包覆有抗氧化涂层，例如但不限于铂、混合金属氧化物(mmo)、磁铁矿、铁素体、钴尖晶石、钽、钯、铱、银、金或其他涂层材料。在本文公开的实施方案中使用的混合金属氧化物可以包括以下中的一种或更多种的一种或更多种氧化物(an oxide or oxides)：钌、铑、钽(任选地与锑和/或锰合金化)、钛、铱、锌、锡、锑、钛
‑
镍合金、钛
‑
铜合金、钛
‑
铁合金、钛
‑
钴合金或其他适当的金
属或合金。在本文公开的实施方案中使用的阳极可以包覆有铂、和/或铱、钌、锡、铑或钽(任选地与锑和/或锰合金化)中的一种或更多种的一种或更多种氧化物。在本文公开的实施方案中使用的阴极可以包覆有铂、和/或铱、钌和钛中的一种或更多种的一种或更多种氧化物。在本文公开的实施方案中使用的电极可以包括以下中的一种或更多种的基底：钛、钽、锆、铌、钨和/或硅。用于本文公开的任何电化学电池的电极可以被形成为或形成自：板、片材、箔、挤出物和/或烧结物。
106.如本文使用的术语“管”包括圆柱形导管，然而，不排除具有其他横截面几何形状的导管，例如具有正方形、矩形、椭圆形或长圆形几何形状或被成形为任何规则的或不规则的多边形的横截面几何形状的导管。
107.如本文使用的术语“同心管”或“同心螺旋”包括共用共同的中心轴的管或交错的螺旋，但不排除围绕共同轴线的管或交错的螺旋，该共同轴线对于在一组同心管或交错的螺旋中的同心管或交错的螺旋或者具有彼此偏离的轴线的管或交错的螺旋中的每一个不一定在中心。
108.本文公开的方面和实施方案不限于电极的数目、电极之间的空间、电极材料、电极之间的任何间隔物的材料、电氯化电池内的通道的数目(number of passes)或电极涂层材料。
109.本公开内容描述了可以与uv反应器组合使用以进行高级aop工艺的电氯化电池和电氯化装置的多种实施方案。
110.图1a和图1b示出了具有由electrocatalytic ltd.制造的同心管102、104的电氯化电池100的实例。外管102的内表面和内管104的外表面是活性电极区域(active electrode area)。电极之间的间隙是约3.5mm。对于利用海水作为进料的实施方式，在间隙中在轴向方向上的液体速度可以为约2.1m/s，这导致了减小用于在电极表面上变污和结垢的电位的高度湍流流动。与其他电化学电池配置(例如，具有平行板电极的电化学电池)相比，电解质通过如本文公开的具有同心管的电氯化电池的高流量和湍流流动导致在防止由于硬度而形成结垢方面的显著优势。
111.图2a
‑
图2c示出了在同心管电极(cte)电化学电池中的电极的一些可能的布置。图2a图示出了在一个通道(pass)中电流从阳极流动至阴极的布置。两个电极通常均由钛制成，其中阳极包覆有铂或混合金属氧化物(mmo)。电极被称为“单极性的(mono
‑
polar)”。
112.图2b图示出了在两个通道中电流流过具有两个外电极和一个内电极的装置的布置。外电极中的一个被包覆在内表面上以充当阳极；另一个未被包覆。内电极的外表面的一部分被包覆，也充当阳极，而剩余部分未被包覆。电流从包覆的外电极流过电解质至内电极的未包覆的部分，沿着内电极流动至包覆的部分，然后最终穿过电解质流动回到未包覆的外电极。内电极还被称为“双极性”电极。
113.图2c图示出了在多个通道中电流流过具有多个外电极和一个内电极的装置的布置。通过使包覆的外电极和未包覆的外电极交替并且以匹配间隔包覆内电极，电流可以在多个通道中反复地流过电解质。
114.多个通道的基本原理在于，可用于在表面处的电化学反应的总电极面积以及因此的氧化剂(例如，次氯酸钠)的总产生速率可以增加，而施加的电流不成比例增加。增加电流将需要从dc电源至电氯化电池的较长的电线或母线、在电池上的较大的电连接器(在图1a
的实例中的外电极的外表面上的凸耳(lug)101a和101b)以及用于电极的较厚的钛。
115.对于相同的电流，多通道装置(multiple pass device)将具有比单通道电池(single pass cell)更高的产生速率，但是总电压降将是更高的(约与通道的数目成正比)。对于相同的产生速率，多通道电池将需要较小的电流(约与通道的数目成反比)。对于相同的功率输出(kw)，电源成本可以对输出电流比输出电压是更敏感的，从而偏好多通道电池。
116.事实上，存在与多通道电池相关的低效率。例如，电流的一部分，被称为“旁路电流”，可以直接从阳极流动至阴极，而不穿过在外电极和内电极之间的间隙中的电解质(参见图2b和图2c)。旁路电流消耗功率，但导致氧化剂的产生效率低于非旁路电流。多通道电池对于制造和组装也是更复杂的。例如，在剩余部分被包覆之前，内电极的外表面的部分应被掩蔽。
117.本文公开的方面和实施方案可以包括具有螺旋缠绕的电极的电化学电池，其非限制性实例在图3和图4中图示出。在螺旋缠绕的配置中，两个螺旋缠绕的电极，形成阳极
‑
阴极对的阳极205和阴极210，被定位以在阳极205和阴极210之间形成间隙215。在图3中被标记为θ的螺旋的起始端和/或螺旋的终止端之间的角度差可以在从0
°
至180
°
的范围内。进料电解质溶液在大体上平行于螺旋的轴线的方向上流过间隙215。恒定的或可变的dc电压或在一些实施方案中的ac电流被施加成跨越电极或通过电解质溶液。阳极片(anode tab)220和阴极片(cathode tab)225被分别连接至阳极205和阴极210或与阳极205和阴极210一体形成，以提供至阳极205和阴极210的电连接。电流在单通道中从阳极205流动至阴极210。电化学反应和化学反应在电极的表面处并且在电化学电池中的本体电解质溶液(bulk electrolyte solution)中发生以产生产物溶液。
118.螺旋缠绕的电极205、210可以被容纳在外壳235内(参见图4)，外壳235被设计成将电极与外部环境电隔离并且承受穿过电化学电池的电解质的流体压力。外壳235可以是对于电解质溶液非导电的、在化学上非反应性的，并且可以具有足够的强度以承受系统压力。在一些实施方案中，可以提供防止流体沿中心向下流动并且绕过间隙的固体芯、中心芯元件或流体流动导向器。
119.本文公开的方面和实施方案可以应用于包括同心布置的管状电极的电化学电池，其非限制性实例在图5
‑
图7中图示出。同心管电极的至少一些可以是单极性的或双极性的。包括三个同心管的第一实施方案在图5中图示出，通常以300指示。中间管电极305是在内表面和外表面两者上均具有抗氧化涂层例如铂或mmo的阳极，以充分利用中间管电极305的表面积。内管电极310和外管电极315不具有涂层，分别充当内阴极和外阴极。电极是单极性的，使得电流穿过电解质，每个电极一次。电极305、310、315中的每个可以包括钛管。阳极电连接部(electrical connection)330与中间管电极305电连通。阴极电连接部335与内管电极310和外管电极315电连通。本文公开的电氯化电池300和包括同心管电极的其他电化学电池可以被包含在非导电外壳中，例如图4中图示的外壳235。
120.在本文公开的包括多个阳极管电极或阴极管电极的实施方案中，多个阳极管电极可以被统称为阳极或阳极管，并且多个阴极管电极可以被统称为阴极或阴极管。在包括多个阳极管电极和/或多个阴极管电极的实施方案中，多个阳极管电极和/或多个阴极管电极在本文中可以被统称为阳极
‑
阴极对。
121.电连接部可以在内管电极310和外管电极315之间通过一个或更多个导电桥340制成，导电桥340可以由与内管电极310和外管电极315相同的材料例如钛形成。电化学反应和化学反应在电极的表面处和在本体溶液中发生以产生产物溶液，例如用于消毒的次氯酸钠。
122.根据另一种实施方案，同心管电化学电池或电氯化电池包括四个同心管电极。四管电氯化电池的实例在图6中示出，通常以400指示。四管电氯化电池400包括充当阳极并且可以与阳极电连接器(electrical connector)425电连通的内管电极405和中间管电极410。内管电极405和中间管电极410还可以经由一个或更多个导电桥450彼此电连通。外管电极420和中间管电极415充当可以与阴极电连接器430电连通的阴极。外管电极420和中间管电极415还可以经由一个或更多个导电桥455彼此电连通。外管电极420和中间管电极415被布置在中间阳极管电极410的相对侧面上。四管电氯化电池400以类似于三管电氯化电池300的方式工作，除了进料电解质溶液流过在四管电氯化电池400中形成的三个环形间隙435、440、445。
123.根据另一种实施方案，同心管电氯化电池包括五个同心管电极。五管电氯化电池的实例在图7中示出，通常以500指示。五管电氯化电池500包括充当阳极并且可以与阳极电连接器535电连通的中间管电极520和525。中间管电极520、525还可以经由一个或更多个导电桥565彼此电连通。内管电极505、中心管电极510和外管电极515充当可以与阴极电连接器530电连通的阴极。内管电极505、中心管电极510和外管电极515还可以经由一个或更多个导电桥560彼此电连通。中间管电极520、525被布置在中心阳极管电极510的相对侧面上。五管电氯化电池以类似于四管电氯化电池400的方式工作，除了进料电解质溶液流过在五管电氯化电池中形成的四个环形间隙540、545、550、555。
124.在共同拥有的pct申请第pct/us2016/018213号中更详细地描述了包括螺旋缠绕的、同心的、径向布置的和交错的电极的电化学电池，该pct申请通过引用以其整体并入本文。
125.本文公开的系统可以包括光化辐射反应器，例如uv反应器，该光化辐射反应器接收如本文公开的在电氯化电池中产生的一种或更多种氧化剂，以促进在光化辐射反应器中经历处理的水中的一种或更多种污染物的破坏，例如氧化。光化辐射反应器可以包括容器和容器中的第一阵列的管。第一阵列的管可以包括第一组的平行管和第二组的平行管。每个管可以包括至少一个紫外灯，并且第一组的平行管中的每一个被定位成使其纵向轴线相对于第二组的管的纵向轴线正交。
126.在本文公开的系统中使用的光化辐射反应器的实例中，经历处理的水中的有机化合物可以被一种或更多种自由基物质氧化成二氧化碳，二氧化碳可以在一个或更多个下游单元操作中被去除。光化辐射反应器可以包括至少一个自由基活化装置，该自由基活化装置将一种或更多种前体化合物(例如，由电氯化装置提供的一种或更多种氧化剂)转化成一种或更多种自由基清除物质，例如羟基自由基oh
‑
。光化辐射反应器可以在一个或更多个反应室中包括一个或更多个灯，以辐照水或以其他方式向水提供光化辐射，并且将前体化合物分解成一种或更多种自由基物质。
127.反应器可以通过在室之间的一个或更多个挡板被分成两个室。挡板可以用于向反应器提供混合或湍流，或防止混合或促进穿过反应器的内部(诸如在室中)的层流、并流路
径。在某些实施方案中，反应器入口与第一室流体连通，并且反应器出口与第二室流体连通。
128.在一些实施方案中，在反应器120中串行地布置(serially arranged)至少三个反应器室，每个反应器室具有被布置的至少一个紫外(uv)灯以用约185nm、220nm和/或254nm或在从约185nm至约254nm的范围内的光以各种功率水平辐照在相应的室中的水。应当理解，在aop工艺中，185nm或220nm的较短的波长可能是优选的，因为在这些波长处的uv光具有足以从在用于氧化溶解的有机污染物的工艺中使用的自由基前体产生自由基的光子能量。相比之下，其中可以利用uv光来杀死微生物或使微生物失去能力(disable)的消毒工艺可以通过由低压灯产生的在254nm波长处的uv光有效地操作。消毒系统通常将不使用能够在较短的185nm或220nm波长处提供很大的uv强度的更昂贵的中压uv灯或高压uv灯。
129.一个或更多个灯可以通过被放置在反应器内的一个或更多个套筒或管中而被定位在一个或更多个光化辐射反应器内。管可以将灯容纳在适当位置，并且保护灯免于反应器内的水。管可以由不被光化辐射和在反应器内的水或水中的组分明显降解的任何材料制成，同时允许辐射穿过该材料。管可以具有圆形的横截面。在某些实施方案中，管可以是圆柱形的，并且其构造的材料可以是石英。每个管可以与一个或更多个其他管是相同或不同的形状或尺寸。管可以以各种配置被布置在反应器内，例如，套筒可以延伸跨越反应器的一部分或整个长度或宽度。管还可以延伸跨越反应器的内部体积。
130.可商购的紫外灯和/或石英套筒可以从以下获得：hanovia specialty lighting,fairfield,new jersey；engineered treatment systems,llc(ets),beaver dam,wisconsin以及heraeus noblelight gmbh of hanau,germany。所选择的石英材料可以至少部分地基于将在该工艺中使用的一个或更多个特定波长。可以选择石英材料以使紫外灯在一个或更多个波长处的能量需求最小化。可以选择石英的组成以提供紫外光对反应器中的水的期望的或合适的透射比(trasmittance)和/或以保持紫外光对水的期望的或足够的透射率(transmissivity)水平。在某些实施方案中，透射率可以是至少约50％持续预定的时间段。例如，透射率可以是约80％或更大持续预定的时间段。在某些实施方案中，透射率可以在约80％至90％的范围内持续约6个月至约一年。在某些实施方案中，透射率可以在约80％至90％的范围内持续多达约两年。
131.管可以在每个端部被密封，以便不允许反应器的内容物进入套筒或管。管可以被固定在反应器内，使得它们在反应器的整个使用期间保持在适当位置。在某些实施方案中，管被固定到反应器的壁。管可以通过使用合适的机械技术或用于将物体彼此固定的其他常规技术被固定到壁。用于固定管的材料优选地是惰性的，并且将不干扰反应器的操作或不利地影响水的纯度或将污染物释放到水中。
132.灯可以被布置在反应器内使得它们彼此平行。灯还可以与彼此成不同的角度被布置在反应器内。例如，在某些实施方案中，灯可以被布置成照明形成约90度的角度的路径或覆盖区域，使得它们彼此大致正交或垂直。灯可以以这种方式布置，使得它们在竖直轴线或水平轴线上或其间的任何轴线上形成约90度的角度。
133.在某些实施方案中，反应器可以包括在反应器或容器中的管的阵列，该管的阵列包括第一组的平行管和第二组的平行管。每个管可以包括至少一个紫外灯，并且第一组的每个平行管可以被布置成相对于第二组的平行管处于期望的角度。在某些实施方案中，该
角度可以是约90度。第一阵列和第二阵列中的任何一个或两个的管可以延伸跨越反应器的内部体积。第一组和第二组的管可以在反应器内以大致相同的高度(elevation)布置。
134.另外的配置可以涉及管和/或灯，所述管和/或灯被布置为在反应器中的相应的占据区域或覆盖区域处提供均匀的强度水平。另外的配置可以涉及在其中具有一个或更多个灯的等空间布置的管(equispacially arranged tube)。
135.反应器可以包括布置在反应器或容器内的管的一个或更多个阵列。第二阵列的管可以包括第三组的平行管以及与第三组的平行管正交的第四组的平行管，每个管包括至少一个紫外灯。第四组的平行管还可以与第二组的平行管和第一组的平行管中的至少一组正交。
136.在某些实施方案中，反应器或容器内的每个阵列可以被定位在距反应器内的另一阵列预定的距离或高度处。在一组两个阵列之间的预定距离可以是相同的或不同的。
137.反应器可以基于以下所需的紫外灯的数目来设定尺寸：将杂质中的至少一种(通常为基于有机碳的杂质)清除、降解或以其他方式转化为惰性的、电离的或以其他方式可去除的化合物、一种或更多种可以从水中去除的化合物或至少转化为相对于至少一种杂质可以更容易地去除的化合物。所需的灯的数目可以至少部分地基于灯的性能特性，所述灯的性能特性包括灯强度和由灯发出的紫外光的光谱波长。所需的灯的数目可以至少部分地基于在入口水流中的预期的toc浓度或toc量以及添加至进料流或反应器的氧化剂的量中的至少一种。
138.串行布置的反应器的组可以平行布置。例如，串行的第一组的反应器可以与串行的第二组的反应器平行放置，其中每组具有三个反应器，总共六个反应器。每组中的任何一个或更多个反应器可以随时运行。在某些实施方案中，所有反应器可以运行，而在其他实施方案中，仅一组反应器运行。
139.作为自由基清除系统的部件的光化辐射系统的可商购的来源包括来自例如quantrol,naperville,illinois的作为uv系统的以及来自aquionics incorporated,erlanger,kentucky的光化辐射系统。
140.可以用于本文公开的方面和实施方案的光化辐射反应器容器的一个非限制性实例在图8中通常以600图示出。反应器容器600通常包括入口610、出口620和挡板615，挡板615将反应器容器600分成上部室625和下部室630。反应器容器600还可以包括歧管605，歧管605可以被配置成将通过入口610引入的水分布在整个容器中。在某些实施方案中，歧管605可以被配置成将水均匀地分布在整个容器中。例如，歧管605可以被配置成将水均匀地分布在整个容器中，使得反应器作为塞流式反应器操作。
141.在一些实施方案中，反应器容器可以包括多于一个挡板615，以将反应器容器分成多于两个室。挡板615可以用于向反应器提供混合或湍流。在某些实施方案中，如图8中所示，反应器入口610与下部室630流体连通，并且反应器出口620与上部室625流体连通。
142.在一些实施方案中，在反应器120中串行地布置至少三个反应器室，每个反应器室具有被布置的至少一个紫外(uv)灯以用约185nm至约254nm、约220nm和/或约254nm或在从约185nm至约254nm、220nm和/或254nm的范围内的光以期望的功率水平或以各种功率水平辐照在相应的室中的水。
143.反应器容器还可以包括被定位在例如管635a
‑
635c和640a
‑
640c的管内的多于一
个紫外灯。在一种实施方案中，如图8所示，反应器容器600包括第一组的平行管(管635a
‑
635c)和第二组的平行管(未示出)。第一组的平行管中的每组大致与第二组正交，以形成第一阵列645。管635a
‑
635c和第二组的平行管在反应器容器600中相对于彼此处于大致相同的高度。
144.此外，反应器容器可以包括第三组的平行管和第四组的平行管。第一组的平行管中的每组大致与第二组正交，以形成例如第二阵列650。如示例性地图示的，管640a
‑
640c和第二组的平行管在反应器容器600中相对于彼此处于大致相同的高度。如图8中所示，第一阵列645可以被定位在距第二阵列650预定的距离处。容器600可以另外包括第三阵列655和第四阵列660，每个阵列任选地具有与第一阵列640和第二阵列645类似的配置。
145.在另一种实施方案中，第一管635b可以被布置成与第二管640b正交以形成第一阵列。此外，一组管，管665a和管665b可以被布置成与另一组管，管670a和管670b正交以形成第二阵列。在图9a中示出了第二阵列的灯的位置，包括灯714、720、722和724。在图9b中示出在第一阵列和第二阵列中的灯的位置，包括第一阵列的灯726和728以及第二阵列的灯714、720、722和724。
146.灯可以产生图案，这取决于灯的多种性质，包括尺寸、强度和递送到灯的功率。由灯产生的光图案是灯发光至的空间的总体积(general volume of space)。在某些实施方案中，光图案或照明体积被定义为灯可以辐照或以其他方式提供光化辐射至其、并且允许前体化合物分解成或转化成一种或更多种自由基物质的空间的面积或体积。
147.如示出了反应器600的示例性横截面图的图9a和图9b中所示，反应器600中第一组的管710a
‑
710c彼此平行布置，并且第二组的管712a
‑
712c彼此平行布置。如示出的，第一组的管710a
‑
710c被布置成相对于第二组的管712a
‑
712c正交。诸如灯714的灯被分散在管710a
‑
710c和管712a
‑
712c内，并且当照明时可以产生光图案716。
148.一个或更多个紫外灯或一组灯可以被表征为投射平行于照明矢量(illumination vector)的光化辐射。照明矢量可以被定义为其中一个或更多个灯发射光化辐射的方向。在示例性实施方案中，如图9a中所示，布置包括灯720和722的第一组灯，以投射平行于照明矢量718的光化辐射。
149.可以使第一组的紫外灯通电，其中的每个紫外灯被布置成投射平行于第一照明矢量的光化辐射。也可以使第二组的紫外灯通电，其中的每个紫外灯被布置成投射平行于第二照明矢量的光化辐射。第一组的紫外灯和第二组的紫外灯中的至少一组的照明方向和强度中的至少一个可以被调整。每组紫外灯可以包括一个或更多个紫外灯。
150.使用的或通电的灯的数目以及在使用中的灯的配置可以基于系统的特定操作条件或要求来选择。例如，可以基于系统的特性或所测量或计算的参数来选择和控制用于特定工艺的灯的数目。例如，入口水或经处理的水的所测量的参数可以包括toc浓度、温度或流量中的任何一个或更多个。还可以基于添加至系统的氧化剂例如naocl的浓度或量来选择和控制通电的灯的数目。例如，如果待处理的水的流量处于或低于某一阈值，例如标称流量或设计流量诸如1300gpm，则可以使用特定配置的12个灯，而如果待处理的水的流量升到高于该阈值，则可以使用更多个灯。例如，如果流量从1300gpm增加到所选择的较高阈值，则可以对另外的灯通电。例如，如果待处理的水的流量达到1900gpm，则可以使用24个灯。因此，水的流量可以部分地确定在每个反应器中的哪些灯和/或通电的灯的数目。
151.在某些实施方案中，紫外灯可以以一个或更多个照明强度水平操作。例如，可以使用一个或更多个灯，该一个或更多个灯可以被调整以在多于一个照明模式下操作，诸如在暗淡模式、额定模式和增强模式中的任何模式下，例如低模式、中模式或高模式下操作。可以基于系统的特性或所测量或计算的参数来调整和控制一个或更多个灯的照明强度，所述参数诸如入口水或经处理的水的所测量的参数，包括toc浓度、温度和/或流量。还可以基于添加至系统的过硫酸根的浓度或量来调整和控制一个或更多个灯的照明强度。例如，一个或更多个灯可以以暗淡模式使用，直到系统的所测量的参数诸如第一toc浓度的预定阈值。如果所测量或计算的toc浓度达到或高于第二toc浓度，则可以将一个或更多个灯调整至额定模式，所述第二toc浓度可以高于阈值。如果所测量或计算的toc浓度达到或高于第二阈值，则可以将一个或更多个灯进一步调整至增强模式。
152.可以用于本文公开的系统中的光化辐射反应器在共同拥有的pct申请第pct/us2016/030708号中被更详细地描述，该pct申请通过引用以其整体并入本文。
153.本文公开的方面和实施方案提供了一种水处理方法，该方法包括以下步骤：(a)向待处理的水中添加氯物质以便溶解(游离氯物质)在待处理的水中，(b)当溶解在待处理的水中的氯物质与待处理的水中的有机水成分部分地反应时，测量溶解在待处理的水中的氯物质的需求量(氯物质需求量(chlorine species demand))，以及(c)向待处理的水施加aop，同时通过使用测量的溶解在待处理的水中的氯物质的需求量来控制aop。
154.在另外的实施方案中，氯物质是氯或二氧化氯，氯物质将作为游离氯物质溶解在待处理的水中。
155.在另外的实施方案中，例如通过调整氯物质的添加和/或通过调整可选择的氧化剂的添加来调节控制羟基自由基的aop形成。
156.在另外的实施方案中，aop是传统的化学aop、紫外线驱动的aop、氯物质aop或紫外线驱动的氯物质aop(uv/氯物质aop)。
157.在另外的实施方案中，aop是uv/氯物质aop。通过调节辐照待处理的水的uv能量和/或通过调节氯物质的添加来调节控制羟基自由基的uv/氯物质aop形成。
158.在另外的实施方案中，aop是uv/aop。通过调节辐照待处理的水的uv能量的强度和/或通过调节待处理的水的主流中可选择的氧化剂的添加，同时添加氯物质和/或测量待处理的水的旁路流中氯物质的需求量，来调节控制羟基自由基的uv aop形成。
159.对于uv aop应用，现场反应产物生成在成本和整体工艺复杂性方面都比本体化学给料(bulk chemical dosing)具有主要优势。uv aop通常使用的两种主要促进剂包括过氧化氢和本体次氯酸盐。
160.对于由基于盐水的溶液现场生成次氯酸盐，应考虑不同的因素，诸如二价离子的存在。多种天然含氯水源的离子浓度和盐度在图10a和图10b中被制成表格。
161.二价硬度和随后的结垢是产生次氯酸盐的电解器中的主要故障模式，这可以通过以下改进中的至少一种来解决：
162.·
提高电解器进料流中的单价离子浓度；
163.·
调节工艺流组成以便改进电解器性能；
164.·
自清洁同心管状电化学电池的优化的流动特征；或者
165.·
用于产生较高产物强度溶液的cte系统配置。
166.因此，为了有效地实施uv aop工艺的现场次氯酸盐生成，应解决这一考虑因素。
167.uv aop工艺通常利用促进剂，在一些当前技术水平的系统中，促进剂是本体次氯酸盐。相对于当前技术水平，使用现场生成具有显著的优势，然而，二价硬度在次氯酸盐的现场生成中具有显著的问题。因此，本文公开了用于水的uv aop处理的新颖的现场生成系统配置。
168.图11图示出了被进行以评价利用uv aop工艺的1,4
‑
二氧六环的破坏的测试的结果。这些测试使用平行板电解器以便产生促进剂，使用反渗透(ro)渗透物进料。根据估计的进料组成，存在的氯离子不足以完全产生次氯酸盐。然而，基于溶液中氯化物的量，产生足够的次氯酸盐以实现有效的1,4
‑
二氧六环去除。
169.如上文讨论的，本文公开的方面和实施方案可以利用cte电化学电池来产生氧化剂，该氧化剂在uv aop工艺中起到促进剂的作用。在uv aop工艺的环境中，通过实施不同配置的cte电池，有可能促进次氯酸盐的有效现场生成，同时减少对结垢形成的担忧。
170.图12中图示出了用于uv aop工艺的经由cte电池产生次氯酸钠的在线(inline)系统的实施方案。如图示的，电解质例如，待处理的水805从进料源810获得，并且在cte电化学电池815中被处理，该cte电化学电池815将电解质中存在的nacl转化为naocl并且输出氯化流出物820。氯化流出物820通过导管从cte电化学电池815的出口被引导至uv aop反应器825的入口中。氯化流出物820中的污染物通过在uv aop反应器825中暴露于uv辐射而被氧化和破坏。uv aop反应器825输出净化的流出物或产物水830，其被引导至使用点835。流出物830可以达到或超过期望的纯度。如本文使用的术语，离开光化辐射反应器的流出物或产物水的纯度指的是流出物或产物水中一种或更多种污染物的浓度。在一些实施方案中，使用点835可以是进料源810，例如，当系统被用于处理来自游泳池、锅炉或其他水源的水并将经处理的水返回至相同的源时。使用点835可以包括船上系统、钻井平台系统、水上系统(例如，游泳池或喷泉)、饮用水系统或石油钻井系统的井底。使用点835可以包括船舶或海基平台的冷却水系统或船舶的压载舱。
171.图13描绘了类似于图12的系统的系统，包括用于盐添加的另外的阶段。盐(例如，固体nacl、液体盐水或海水)源905可以在引入到cte电化学电池815中之前将nacl递送至电解质/待处理的水805。盐源905可选择地可以是氯离子源，并且可以向电解质/待处理的水805供应氯化钠、氯化钾、氯化钙或其组合中的任何一种。盐或氯化物源905可选择地可以将盐或氯化物直接递送至进料源810中。通过增加溶液中盐的浓度，有可能降低cte电池815所需的能量，并且增加用于递送至下游uv aop反应器825的次氯酸盐的输出。
172.一个或更多个传感器910可以测量一个或更多个参数，例如电解质/待处理的水805、氯化流出物820和/或净化的流出物830中的任一种的氯浓度、温度、流量、污染物浓度、ph、氧化还原电位(orp)、总有机碳(toc)、溶解氧和/或氢浓度、纯度等。下文进一步描述的系统的控制器可以接收来自一个或更多个传感器910的读数，并且调整系统的一个或更多个操作参数，以获得由一个或更多个传感器910读取的一个或更多个参数的期望水平。系统的操作参数可以包括，例如，施加至cte电化学电池815的功率(电流或电压或两者)、在uv aop反应器中产生的uv光的强度、在uv aop反应器中施加至待处理的水的uv辐射的剂量、使用阀915的电解质/待处理的水805的流量、使用另一个阀920向电解质/待处理的水805添加盐的速率或量、或系统的任何其他操作参数。这样的传感器和控制器也可以存在于图12的
系统中和下文描述的图14的系统中。
173.图14描绘了用于产生次氯酸盐的进料和排放系统。该系统中的电化学电池可以是cte型或平行板电极(ppe)型。盐水溶液1005或包含nacl或氯化物的其他溶液从盐源905被进料至电化学电池815。在一些实施方案中，向盐水溶液1005中添加另外的盐，例如氯化物盐，诸如nacl，以将盐源905中的盐浓度增加至期望水平。在阀1025打开且阀1030关闭的情况下，通过泵1020将经处理的盐水溶液1010从电化学电池815的出口通过再循环回路1015再循环回到电化学电池815的入口。通过再循环经处理的盐水溶液1010，次氯酸盐的总浓度可以相对于溶液中盐的浓度增加，并且可以在经处理的盐水溶液1010中获得更高浓度的naocl，经处理的盐水溶液1010可以由盐水1005单程通过电化学电池815产生。当经处理的再循环盐水溶液1010中的naocl的浓度(例如，如由传感器910中的一个测量的)达到期望水平时，阀1025可以关闭，并且阀1030打开以释放高浓度naocl溶液1035，用于与电解质/待处理的水805混合并且形成氯化流出物820。
174.在可选择的实施方案中，盐源905可以是海水源，并且可能不需要向盐源添加另外的盐来实现盐源中期望的盐浓度。
175.多个另外的泵或阀可以被包括在上文描述的任何系统中，以控制所涉及的多种水溶液的流动，但是为了清楚的目的未被图示。
176.在任何实施方案可以与一个或更多个方面相关的一种或更多种实施方案中，本文公开的系统和技术可以利用一个或更多个子系统，所述一个或更多个子系统调整或调节或至少有利于调整或调节系统的至少一个单元操作或部件的至少一个操作参数、状态或条件，或工艺流的一种或更多种特性或物理性质。为了有利于这样的调整和调节特征，一种或更多种实施方案可以利用控制器以及提供一个或更多个部件或工艺的状况(status)、状态(state)或条件的指示设备。例如，至少一个传感器可以用于提供例如来自进料源810的水或进入或离开电化学电池或uv aop反应器容器或一个或更多个其他下游工艺的水的强度性质或广度性质的表示。因此，根据特别有利的实施方案，系统和技术可以涉及一个或更多个传感器或其他指示设备，诸如组成分析器或电导池(conductivity cell)，所述其他指示设备提供例如进入或离开系统的任何单元操作的水的状态、条件、特性或品质的表示。
177.本文公开的电氯化系统的多种操作参数可以由相关联的控制系统或控制器基于由位于系统的不同部分的多种传感器测量的多种参数来控制或调整。控制器可以被编程或配置成至少基于待处理的水的流量、待处理的水中氯化物的浓度或待处理的水中一种或更多种污染物的水平中的一个或更多个来调节含氯化物的化合物(例如，nacl或盐水)向待处理的水中的引入，该待处理的水待引入到aop反应器上游的电化学电池。控制器可以被编程或配置成至少基于电化学电池中产生的含氯化物水溶液中的基于氯的化合物的浓度来调节含氯化物的化合物向待处理的水中的引入。控制器还可以被配置成至少基于待处理的水中一种或更多种污染物的浓度来调节电化学电池中产生的基于氯的化合物的浓度。控制器可以被编程或配置成至少基于电化学电池中的温度或电化学电池中产生的含氯化物水溶液的ph中的一个或更多个来调节含氯化物的化合物向待处理的水中的引入。
178.控制器可以被编程或配置成基于待处理的水的流量和/或含氯化物的化合物向待处理的水中引入的速率来调节电化学电池的跨越阳极
‑
阴极对的电流或跨越阳极
‑
阴极对施加的电压中的一个或更多个。控制器可以被编程或配置成基于进入aop反应器的氯化流
出物的流量或污染物浓度、进入aop反应器的氯化流出物的温度或ph或者进入aop反应器的氯化流出物的氯化物浓度中的任何一个或更多个来调节aop反应器的一个或更多个操作参数。
179.用于监测和控制本文公开的系统的多种元件的操作的控制器可以包括计算机控制系统。控制器的多个方面可以作为在诸如在图15中示出的通用计算机系统1500中执行的专用软件来实施。计算机系统1500可以包括处理器1502，该处理器1502连接至一个或更多个存储器装置1504，诸如磁盘驱动器、固态存储器或用于储存数据的其他装置。存储器1504通常被用于在计算机系统1500的操作期间储存程序和数据。计算机系统1500的部件可以通过互连机构1506联接，该互连机构1506可以包括一个或更多个总线(例如，在被集成于相同机器内的部件之间)和/或网络(例如，在停留在独立的分立机器上的部件之间)。互连机构1506使得通信(例如，数据、指令)在系统1500的系统部件之间能够交换。计算机系统1500还包括一个或更多个输入装置1508例如键盘、鼠标、跟踪球、麦克风、触摸屏和一个或更多个输出装置1510例如打印装置、显示屏和/或扬声器。
180.输出装置1510还可以包括阀、泵或开关，它们可以被用于将含氯化物的化合物(例如，nacl、盐水、微咸水或海水)从源905引入到待处理的水中和/或被用于控制泵的速度或如本文公开的系统的阀的状态(打开或关闭)。一个或更多个传感器1514还可以向计算机系统1500提供输入。这些传感器可以包括例如传感器910，传感器910可以是例如压力传感器、化学浓度传感器、温度传感器或用于本文公开的系统的感兴趣的任何其他参数的传感器。这些传感器可以位于其中它们将是有用的系统的任何部分中，例如，使用点835、电氯化电池815、aop反应器825的上游，或者与进料源810流体连通。此外，计算机系统1500可以包括一个或更多个接口(未示出)，该一个或更多个接口另外将计算机系统1500连接至通信网络或作为备选方案连接至互连机构1506。
181.在图16中更详细地示出的储存器系统1512通常包括计算机可读且可写的非易失性记录介质1602，其中储存了定义将由处理器1502执行的程序或将由程序处理的信息的信号。该介质可以包括例如磁盘存储器或闪速存储器。通常，在操作中，处理器引起数据从非易失性记录介质1602被读取到另一个存储器1604中，该另一个存储器1604允许比介质1602更迅速地被处理器存取信息。此存储器1604通常是易失性随机存取存储器，诸如动态随机存取存储器(dram)或静态存储器(sram)。它可以位于储存器系统1512中，如示出的，或者位于存储器系统1504中。处理器1502通常操纵在集成电路存储器1604中的数据，并且然后在完成处理之后，将数据拷贝到介质1602。已知多种机构用于管理在介质1602和集成电路存储器元件1604之间的数据移动，并且本文公开的方面和实施方案不限于此。本文公开的方面和实施方案不限于特定的存储器系统1504或储存器系统1512。
182.计算机系统可以包括专门编程的、专用硬件，例如专用集成电路(asic)。本文公开的方面和实施方案可以在软件、硬件或固件或其任何组合中实施。另外，这样的方法、动作、系统、系统元件及其部件可以作为上文描述的计算机系统的一部分或作为独立的部件实施。
183.尽管计算机系统1500通过实例的方式作为本文公开的多个方面和实施方案可以在其上实践的一种类型的计算机系统被示出，但是应当理解，本文公开的方面和实施方案不限于在如图15中所示的计算机系统上被实施。本文公开的多个方面和实施方案可以在具
有与在图15中示出的不同的构造和部件的一个或更多个计算机上被实践。
184.计算机系统1500可以是使用高级计算机编程语言可编程的通用计算机系统。计算机系统1500还可以使用专门编程的专用硬件来实施。在计算机系统1500中，处理器1502通常是可商购的处理器，诸如从intel corporation可获得的熟知的pentium
tm
或core
tm
类处理器。许多其他处理器是可获得的，包括可编程的逻辑控制器。这样的处理器通常执行操作系统，所述操作系统可以是例如从microsoft corporation可获得的windows 7操作系统、windows 8操作系统或windows 10操作系统、从apple computer可获得的mac os系统x、从sun microsystems可获得的solaris操作系统或从多种来源可获得的unix。可以使用许多其他操作系统。
185.处理器和操作系统一起定义编写高级编程语言中的应用程序的计算机平台。应当理解，本发明不限于特定的计算机系统平台、处理器、操作系统或网络。此外，对于本领域技术人员应当明显的是，本文公开的方面和实施方案不限于特定的编程语言或计算机系统。另外，应当理解，还可以使用其他适当的编程语言和其他适当的计算机系统。
186.计算机系统的一个或更多个部分可以被分布跨越联接至通信网络的一个或更多个计算机系统(未示出)。这些计算机系统还可以是通用计算机系统。例如，本发明的多个方面可以被分配在一个或更多个计算机系统中，所述计算机系统被配置成向一个或更多个客户端计算机提供服务(例如，服务器)，或作为分布系统的一部分进行总任务。例如，本文公开的多个方面和实施方案可以在客户端
‑
服务器系统上进行，所述客户端
‑
服务器系统包括分布在根据本文公开的多个方面和实施方案进行多种功能的一个或更多个服务器系统中的部件。这些部件可以是使用通信协议(例如，tcp/ip)在通信网络(例如，因特网)上通信的可执行代码、中间代码(例如，il)或解释的代码(interpreted code)(例如，java)。在一些实施方案中，计算机系统1500的一个或更多个部件可以在无线网络，包括例如蜂窝电话网络上与一个或更多个其他部件通信。
187.应当理解，本文公开的方面和实施方案不限于在任何特定的系统或系统的组上执行。此外，应当理解，本文公开的方面和实施方案不限于任何特定的分布构造、网络或通信协议。本文公开的多个方面和实施方案可以使用面向对象的编程语言诸如smalltalk、java、c 、ada或c#(c
‑
sharp)来编程。还可以使用其他面向对象的编程语言。可选择地，可以使用功能性、脚本和/或逻辑编程语言，例如梯形逻辑。本文公开的多个方面和实施方案可以在非编程环境(例如，以当在浏览器程序的窗口中查看时，渲染图形
‑
用户界面(gui)的方面或进行其他功能的html、xml或其他格式创建的文件)中实施。本文公开的多个方面和实施方案可以作为编程的或非编程的元件或其任何组合被实施。
188.在一些实施方案中，可以修改或升级现有的uv aop系统，以包括本文公开的电氯化系统的元件或根据本文公开的系统操作。一种改造uv aop系统电池以增加uv aop系统中污染物的破坏速率的方法可以包括安装电氯化电池，该电氯化电池被配置成将氧化剂引入到uv aop的入口上游的电解质中。
189.实施例1：
190.图18a包含说明用于使在如图17图示的系统中的电氯化电池中处理的水再循环的工艺的次氯酸盐的生成增加的数据，该系统包括具有氢气出口1710的产物罐1705、泵1715和cte电化学电池1720。引入到产物罐中的初始溶液是溶解在水中的instant盐混
合物的3.5wt％溶液，该溶液已经用反渗透净化。在图18b中提供了未处理的instant 盐混合物的3.5wt％溶液在三个不同波长下的光吸收，以供比较。在图19中提供了instant 盐混合物溶液的各种组分的组成与典型海水相比的比较。然后，经由该回路产生的增加的产物可以被稀释成主要进料流，以便递送至下游uv aop反应器。图18a中图示的数据示出，再循环溶液中的naocl的浓度(例如，“浓度平均值”参数)随着再循环系统的操作时间的增加而显著增加。因此，在配置有通过电化学电池的电解质再循环的系统中，例如如图14图示的，可以设置再循环回路中电解质的再循环时间或停留时间，以使电化学电池的氯化流出物中的naocl的浓度达到期望水平。期望的naocl浓度水平可以是有效地破坏/氧化下游uv aop反应器中期望量的特定的一种或更多种污染物的naocl浓度水平，其中uv aop反应器中的停留时间和/或uv照明强度和/或uv aop反应器中的总uv剂量设置在期望水平。还可以设置施加至电化学电池的功率，以在期望的时间内实现在再循环回路中的电解质中期望的naocl浓度水平。
191.实施例2：
192.进行测试以确定污染的水的ph对在uv aop反应器中破坏水中1,4
‑
二氧六环的影响。将污染的水用2mg/l naocl处理。uv aop反应器在89℉的温度以650mj/cm2的紫外光强度操作，其中污染的水的紫外光透射率(uvt)为95％。污染的水包含0.65mg/l的总有机化合物(toc)。在将污染的水的ph调整至约5.5、约7、约7.5、约8和约9.2的情况下，测量1,4
‑
二氧六环的破坏。该测试的结果在图20中图示出。如从该图可以观察到，1,4
‑
二氧六环的破坏(“log破坏”值)在5.5的最低ph处最大，并且在9.2的最高ph处最小。不希望受特定理论束缚，据信在较高的ph，污染物(诸如1,4
‑
二氧六环)和其他在较高ph水平形成的化合物(诸如次氯酸)之间对羟基自由基存在更大的竞争。
193.实施例3：
194.进行测试以确定污染的水中naocl浓度对在uv aop反应器中破坏水中1,4
‑
二氧六环的影响。uv aop反应器在89℉的温度以1300mj/cm2的紫外光强度操作，其中污染的水的uvt为95％。污染的水包含0.65mg/l的toc和7.5的ph。通过用2mg/l naocl、3.9mg/l naocl和5.82mg/l naocl处理的污染的水进行测试。该测试的结果在图21中图示出。如从该图可以观察到，当在污染的水中从2mg/l naocl移至3.9mg/l naocl时，观察到1,4
‑
二氧六环的破坏显著增加，并且当从3.9mg/l naocl移至5.82mg/l naocl时，观察到1,4
‑
二氧六环的破坏较小的增加。不希望受特定理论束缚，据信该数据表明，在高于约4mg/l naocl和约6mg/l naocl之间的水平，在uv aop反应器中1,4
‑
二氧六环的破坏可能已经由反应动力学限制而不是由反应物浓度限制。因此，在高于某一浓度的naocl，当向uv aop系统中待处理的污染的水中添加另外的naocl时，可能获得减少的回报(return)。
195.实施例4：
196.进行计算以确定与不使用电氯化电池但将来自本体naocl源的naocl添加至光化辐射反应器上游的待处理的水的系统(情况5)相比，使用包括电氯化电池并如图12
‑
图14图示配置的系统(分别为情况1
‑
3)在待处理的水中产生不同浓度的naocl的相对成本。还比较了类似于情况3(图14中图示的配置)的情况(情况4)，但其中盐源905是海水源，并且没有向海水源添加另外的盐。不同的配置情况在图22a和图22b中图示出。这些计算的结果在图23的表格以及图24和图25的图中图示出。在图24中，情况1的数据被标记“在线cte
–
存在
250ppm盐”，情况2的数据被标记“在线cte
–
添加250ppm盐”，情况3的数据被标记“侧流cte
–
25g/l盐水”，情况4的数据被标记“侧流cte
–
海水”，并且情况5的数据被标记“本体次氯酸盐给料”。
197.在进行这些计算时使用的假设包括：
198.情况1假设：
199.能量成本：$0.12/kwh
200.nacl成本：$0.00/kg
201.起始nacl浓度：250mg/l
202.产生的naocl的浓度：变化(2mg/l
‑
8mg/l)
203.盐效率：0.4％(kg naocl/kg nacl)
204.功率效率：33.5kwh/kg naocl
205.情况2假设：
206.能量成本：$0.12/kwh
207.nacl成本：$0.08/kg
208.起始nacl浓度：250mg/l
209.产生的naocl的浓度：变化(2mg/l
‑
8mg/l)
210.盐效率：0.4％(kg naocl/kg nacl)
211.功率效率：33.5kwh/kg naocl
212.情况3假设：
213.能量成本：$0.12/kwh
214.nacl成本：$0.08/kg
215.起始nacl浓度：25g/l
216.产生的naocl的浓度：0.74％
217.盐效率：29％(kg naocl/kg nacl)
218.功率效率：4.99kwh/kg naocl
219.情况4假设：
220.能量成本：$0.12/kwh
221.nacl成本：$0.00/kg
222.起始nacl浓度：35g/l
223.产生的naocl的浓度：0.21％
224.盐效率：9％(kg naocl/kg nacl)
225.功率效率：3.36kwh/kg naocl
226.情况5假设
227.15％naocl浓度
228.naocl成本：$0.90/加仑
229.如从图23
‑
图25可以看出的，本体次氯酸盐给料(情况5)能够比任一种在线cte配置(情况1和2)更经济地提供次氯酸钠。利用电解质/盐水溶液从电化学电池的出口再循环回到电化学电池的入口的配置中的每一种(情况3和4)都能够比本体次氯酸盐给料更经济地提供次氯酸钠，其中使用海水作为电化学电池的进料的配置(情况4)比使用盐水作为电
化学电池的进料并补充有另外的nacl的情况(情况3)更经济。
230.预言实施例：
231.如图14中图示的配置水处理系统。该系统以在进料源中有机污染物的基线水平操作，并且以基线纯度向使用点提供产物水。
232.发生了这样的事件，其中测量进料水中污染物的浓度的传感器或测量产物水中污染物的浓度的传感器开始提供污染物浓度上升的指示。系统的控制器接收传感器测量值，并且自动采取措施将产物水纯度保持在期望水平。控制器使另外的氯化物盐被添加至盐源，或者被添加至来自在电氯化电池中被引导的盐源的流。为了从较高盐浓度的溶液中产生另外的naocl，控制器增加了跨越电氯化电池的电极施加的功率。因此，再循环回路中的naocl的浓度增加。提供从再循环回路到待处理的水流的流体连通的阀被部分地打开或比在基线操作条件下更完全地打开，以允许来自再循环回路的含naocl的溶液(或更大量的含naocl的溶液)与待处理的水混合。为了从进入uv aop反应器的待处理的水中较高浓度的naocl中产生另外的自由基以破坏另外的污染物并且提供期望纯度的产物水，控制器使uv aop反应器中uv灯的辐射强度增加或者降低通过uv aop反应器的待处理的水的流量，以向待处理的水提供更大剂量的uv辐射。与基线操作条件相比，即使进料水中的污染物的浓度升高，产物水的纯度仍保持在期望水平。
233.在一段时间之后，进料水中的污染物的浓度返回至基线水平。这由系统中的一个传感器检测到，并且传达至控制器。控制器使添加至盐源或来自在电氯化电池中被引导的盐源的流中的盐的量返回至基线水平，并且还使施加至电化学电池和uv aop反应器的功率返回至基线水平。如果在检测到较高浓度的污染物之后向上调整了从循环回路到待处理的水中的含naocl的溶液的流动，则控制器还调整了该流动以返回至基线水平。
234.在之后的一段时间，进料水中的污染物浓度水平降低。这由系统的传感器检测到，并且传达至控制器。为了节省能量和材料成本，基于控制器如何编程，控制器可以进行一个或更多个动作，包括降低施加至电化学电池的功率、降低施加至uv aop反应器的功率、降低供应至电化学电池的盐的浓度、增加进入系统的进料水的流量、或者减少从再循环回路进料至待处理的水的含naocl的溶液的量。
235.本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应当被视为是限制性的。如本文使用的，术语“多于一个(plurality)”指的是两个或更多个项目或部件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“携带(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“涉及(involving)”无论在书面描述还是权利要求及类似物中，是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指涵盖在其后列出的项目及其等同物，以及另外的项目。关于权利要求，仅过渡措辞“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭的或半封闭的过渡措辞。在权利要求中修饰权利要求要素的序数术语诸如“第一”、“第二”、“第三”及类似术语的使用，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、在先或顺序或者其中方法的动作被进行的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但为了使用序数术语)的另一个要素以区分权利要求要素。
236.已经如此描述了至少一种实施方案的若干个方面，应理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。在任何实施方案中描述的任何特征可以被包括在任何其他
实施方案的任何特征中或者替代任何其他实施方案的任何特征。这样的改变、修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图在本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅通过实例的方式。