连续流电絮凝水处理系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201610584343.6 | 申请日 | 2012-05-03 | 公开(公告)号 | CN106630034A | 公开(公告)日 | 2017-05-10 |
| 申请人 | ICF私人有限公司; | 发明人 | 薇薇安·罗宾森; | ||||
| 摘要 | 一种连续流电絮凝 水 处理 系统。公开了用于从水中去除污染物的设备和方法。所述设备包括:一组 电极 ,其包括第一电极、第二电极、第三电极和第四电极；一个或者多个隔片；至少一个 支撑 件；电源组件。所述方法包括：将上述一组电极基本上浸入水中；以及施加正 电压 和负电压。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于从水中去除污染物的设备，所述设备包括： |
||||||
| 说明书全文 | 连续流电絮凝水处理系统背景技术[0001] 人口增长以及世界经济产业化意味着对使用干净淡水的需求在增加，但是由于许多淡水水源不断被污染，因此供应量在减少。在尝试克服这个问题的过程中，已经认识到，许多污染相当严重的水源需要经过净化，然后才可以将水排放到环境或再使用。由于水量巨大并且其污染负担重，除了受污染程度最轻的水源之外，过滤器并不适合于所有水源。投药与大型沉淀池是用于较小水量的一种可能方法，其中大小合理的池是可接受的，用于将水储存几天。投药会使水的盐度增加，而许多地下水位的盐度已经是个大问题。使用溶解空气浮选(DAF)系统是另一种可能方法，但是它们的成本高并且需要化学药剂。电解水处理系统可以处理大量的水，又不会具有其他两种系统的缺点。 [0002] 作为电解水处理技术的一种，电絮凝涉及两个电极之间的电流传递，其中至少一个电极是金属，它在用作阳极时会释放出絮凝离子，Al+++或Fe+++。这些金属离子附到水中的污染物上，使其絮凝。阴极反应包括生成H2微气泡。如果系统恰当地布置，那么这些微气泡会捕获絮凝微粒并且使其浮到表面上，从表面上可以轻易地将所述絮凝微粒去除。 [0003] 这个方法已经成功地用于密闭容器中静置的少量的水。在这种技术中，将水抽到容器中，对水进行处理，使水可以静置，同时剩余污染物和气泡浮到表面上，之后将水抽出。这不适合于大量的水，因为要花很多时间来将水抽到容器中并将它再次抽出。随着水量增大，将水抽进和抽出大型容器所花的时间使得所述方法不是那么可行。 [0004] 在许多情形中，希望每天处理大量的水。已经开发出一些基于电解的水处理系统，所述系统可以向每天数百万升的水投放金属离子。这些系统中的大多数系统涉及使用过滤器来在污染物已经与金属离子发生反应之后将污染物去除。如果水受到重度污染或者含有可能会使过滤器堵塞的油之类的物质，那么这样会引起严重的问题。一些系统涉及到使用具有板的开放容器，使得水流过并且絮凝。然而，在此，目标是使污染物絮凝，而污染物的去除仍要使用过滤器或沉淀槽来进行。又其他系统使用密闭容器，使水中的絮凝微粒和气泡经过所述容器以达到分离相(过滤或沉淀)。只要涉及到操作效率，这些系统都具有许多缺点。 [0005] 在一种系统中可以克服这些问题，所述系统使得水能够连续地流动，同时污染物浮到表面上并且被去除。本申请中描述的设备的目标是说明一种机构，通过这种机构，电解过程生成的气泡可以直接用于捕获由Al和/或Fe金属离子絮凝的污染物微粒、使其浮到表面上，所述污染物微粒停留在表面上，从而在不需要任何额外的起泡或絮凝物捕获化学药剂的情况下将其去除，或者使用过滤器将其去除。应注意，这个过程的规模是可缩放的，并且相同的准则可适用于小型和大型的系统。发明内容 [0006] 根据本发明的第一方面，提供一种用于从水中去除污染物的设备，所述设备包括： [0007] 容器，所述容器具有供水流入所述容器中的进水口以及供水流出所述容器的出水口； [0008] 多个电极以及恒流电源，所述恒流电源经布置以向所述多个电极施加电位以生成用于从水中去除污染物的絮凝金属离子； [0009] 控制器，所述控制器经布置以监视并控制所述恒流电源，所述控制器经进一步布置以在施加所述电位时调整水经由所述进水口流入的速率以匹配通过水传递的电流，以便向正处理的水提供预定的电荷剂量。 [0010] 一个实施例包括接收来自所述容器的水的具有另一进水口的另一容器，所述另一容器具有至少其他多个电极以及另一恒流电源，所述恒流电源经布置以向所述其他多个电极施加另一电位，其中所述控制器经布置以确定所述恒流电源和所述另一恒流电源中的一者何时无法提供预设电流并且作为响应使所述恒流电源或所述另一恒流电源中的所述一者的电流的百分数减少与另一者匹配，并且调整水经由所述进水口流入的速率，以便向正处理的水提供预定的电荷剂量。 [0011] 在一个实施例中，所述控制器经布置以监视传递通过所述多个电极以及所述其他多个电极的电流以及水流经所述容器的速率并且调整传递通过所述多个电极以及其他多个电极的电流，使得所述多个电极以及所述其他多个电极中的每一者向一定体积的水递送的电荷剂量是相同的。 [0013] 在一个实施例中，来自所述另一容器的水被另外的容器接收，所述另外的容器具有经配置以具有可调高度的出口。 [0014] 一个实施例经布置以调整水经由所述进水口流入的速率，使得具有至少一些所述絮凝金属离子以及至少一些所述污染物的絮凝物中的大部分聚集在表面上以待随后去除。 [0015] 在一个实施例中，所述恒流电源是受控的恒流电源。 [0016] 在一个实施例中，所述控制器经布置以使由所述多个电极提供的电荷密度小于300安培/平方米。 [0017] 在一个实施例中，所述控制器经布置以使由所述多个电极提供的电荷密度小于1000安培/平方米。 [0018] 在一个实施例中，所述容器包括大体上敞顶的容器。 [0019] 根据本发明的第二方面，提供一种用于从水中去除污染物的方法，所述方法包括以下步骤： [0020] 使水流经容器； [0021] 通过恒流电源向所述容器中的多个电极施加电位来生成用于从水中去除污染物的絮凝金属离子； [0022] 监视并控制所述恒流电源； [0023] 在施加所述电位时调整水经由进水口流入的速率以匹配通过水传递的电流，以便向正处理的水提供预定的电荷剂量。 [0024] 一个实施例包括使水流经具有另一恒流电源的另一容器，所述另一恒流电源向所述另一容器中的至少其他多个电极施加另一电位，所述控制器确定何时无法向所述多个电极以及其他多个电极中的一者提供预定电流并且作为响应使所述恒流电源或所述另一恒流电源中的所述一者的电流的百分数减少与另一者匹配，并且调整水经由所述进水口流入的速率，以便向正处理的水提供预定的电荷剂量。 [0025] 一个实施例包括以下步骤：监视传递通过所述多个电极以及所述其他多个电极的电流以及水流经所述容器的速率并且调整传递通过所述多个电极以及其他多个电极的电流，使得所述多个电极以及所述其他多个电极中的每一者向一定体积的水递送的电荷剂量是相同的。 [0026] 一个实施例包括以下步骤：由另外的容器接收来自所述另一容器的水并且调整所述另外的容器的出口的高度。 [0027] 在一个实施例中，所述多个电极包括包含铁的阳极，并且所述其他多个电极包括包含铝的阳极。 [0028] 在一个实施例中，调整水经由所述进水口流入的速率使得具有至少一些所述絮凝金属离子以及至少一些所述污染物的絮凝物中的大部分聚集在表面上以待随后去除的步骤。 [0029] 在一个实施例中，所述恒流电源是受控的恒流电源。 [0030] 一个实施例包括所述多个电极提供小于300安培/平方米的电荷密度的步骤。 [0031] 一个实施例包括所述多个电极提供小于1000安培/平方米的电荷密度的步骤。 [0032] 在一个实施例中，所述容器包括大体上敞顶的容器。 [0034] 现在将参看附图仅通过举例来描述实施例，在附图中； [0035] 图1示出了设备的实施例。 [0036] 图2示出了图1中的设备的斜端视图。 [0037] 图3示出了图1中的设备的侧视图。 [0038] 图4示出了图1和图2中的设备内的电活性的板的示例性布置的侧视截面图。 [0039] 图5是可以通过连接到电源而被激活的示例性板组的平面图。 [0040] 图6是包括电极的连续地操作的双容器设备的实施例的截面图。 [0041] 图7是三容器系统的实施例的截面图，其中第二容器用于电极并且第三容器用作静置容器。 [0042] 图8是分成多个隔室的示例性单个容器的截面复合视图。 [0043] 图9是图7中的设备的斜截面复合视图。 [0044] 图10是示例性隔板/障壁在导引水流以减少絮凝物从一个腔室传递到下一个腔室的过程中的作用的细节。 [0045] 图11是受控水位机构的实例的图示。 [0046] 图12是产生用于将絮凝物从容器去除的波的示例性机构的图示。 [0047] 图13是用于提供受控的恒定电荷投放速率的示例性机构的图示。 [0048] 图14是用于基于连续流电絮凝的水处理系统的示例性控制机构的图示，所述系统可以向给定体积的水提供恒定剂量的电荷，所述投放速率由流动的水的体积以及所述水中需要去除的污染物的量决定。 具体实施方式[0049] 实施例的运作电絮凝水处理中的主要过程是浸没于水中的金属板之间的电流传递，在所述金属板上已经施加了电位。根据以下反应，此电流将会使得在所述板处放出离子。 [0050] 阳极 [0051] Fe-3e-→Fe+++ (1 [0052] Al-3e-→Al+++ (2 [0053] 2H2O-4e-→O2+4H+ (3 [0054] 阴极 [0055] 2H2O+2e-→H2+2OH- (4 [0056] 这些反应生成絮凝金属离子Al+++和Fe+++，以及气泡，H2和O2。因而，这个过程理论上能够产生絮凝过程捕获污染物微粒和气泡以使其浮到表面上的必要条件。还必需说明实际上可以进行这个过程的环境。 [0057] Al和Fe金属离子进入溶液中的速率与生成气体分子的速率几乎相同。如果电极是大致垂直地放置于水中的大型板并且间隔距离远小于板的高度和宽度，那么可以在同一个区域中生成所述金属离子。经验表明，使电絮凝反应发生的最有效方法是在大面积的板上施加低电压。电极之间的电流传递大致对应于欧姆定律，即 [0058] I≈(V-e)/R，V>e (5a [0059] I≈0，V [0060] 其中I是在电极之间传递的电流，其中电极上施加了电压V，e是生成离子所需的表面功函数或电位，并且R是有效电阻。对于具有给定导电率的水，R与电极的面积大致成正比，而与电极间隔距离成反比。因而，重要的是，使具有大表面积的电极彼此平行，以便使电流在板之间的传递受到最小阻力。如可从等式5a看出，一旦具有足够的可用电压，电流便通过水传递。在高于最小电压时，这样将会使反应1到4以几乎线性的响应来发生。 [0061] 一旦电流传递开始，在板面积和水导电率给定的情况下，施加电压决定反应发生的速率。为了使气泡能有效地捕获污染物并使它们浮到表面上，气泡必须不能过大。这些气泡是在电流从板传递到水时生成。如果电流密度较低，小于约300安培/平方米，那么气泡在有机会变得过大之前就从板离开，基本上保持在被称作微气泡的形态。微气泡有效地捕获已经由絮凝Al和Fe金属离子捕获的污染物，并使它们浮到表面。明确地说，这个过程用铝离子来进行是最有效的。因而，使用低电流密度在受污染的水中的板上施加电压特别可用于获得铝金属离子与微气泡的恰当组合，以使所捕获的污染物停留在表面上。铝比铁更有用，因为铝是比铁轻的金属且因此在由气泡承载时更有可能停留在表面上。 [0062] 随着电流密度增加，即对于给定板面积来说电压增加或者水的导电率增加，气泡以更快的速率生长且因此在它们与板分开之前会变大。较大的气泡会更快地通过水向上移动。这具有两个效应。第一，一些气泡在它们到达表面时不会停留在表面上。它们到达表面并爆破或“弹”开，从而返回到水中并且附着到其上的污染物也随之返回。较大的气泡还意味着形成的絮凝物不那么稳定。这种情况会发生是因为絮凝物中形成的气泡越小，絮凝物越稳定。气泡越大，絮凝物越不稳定。第二，较大的气泡较快地向上移动，随之拖动水，从而在水中产生明显的湍流。此湍流搅动絮凝污染物，激起水花并且使得絮凝污染物不能停留在表面，使许多污染物沉降到储槽的底部。在此，去除远远难过它们停留在表面上时。因此，重要的是，选择电流密度，使得形成的气泡的大小适合于反应生成停留在表面上的稳定絮凝物，从表面上可以轻易地将絮凝物去除。 [0063] 当电流密度较低，大约100安培/平方米时，这容易进行。当希望在大型容器中处理少量的水时，这相对容易实现。然而，当希望以快速且有效的方式处理大量的水时，所述过程具有限制。假如电流密度过低，反应还是会发生，但是对于设备的大小和成本，处理的水量不够多，这样会使得它过于资本密集从而不会被许多应用所考虑。大于约1000安培/平方米的电流密度对于适当的微气泡形成来说过快。在这样的水平之下，电流密度过高，并且气泡将过大而无法在表面上形成稳定的絮凝物层。在受污染的水的电解处理中，在恰当的环境之下以恰当的电流密度处理水的能力提供了一个很大的优点，此处所述的装置就是为了这个优点的实现而设计的。 [0064] 为了实现所希望的结果，即，以使得污染物浮到表面上以便从表面上将污染物去除的方式快速地处理水，必要的是，水连续地流经水处理系统，其方式为使得它在流经所述系统时不会随之带走絮凝物。这通过针对流速使用足够大的水量来进行确定，即，使流速与水量和电流密度匹配。 [0065] 为了在连续流过程中使所述系统令污染物浮到表面上，第一项必要条件是顶部敞开的容器。如果在连续流系统中，所述容器不具有敞开的顶部，那么难以去除漂浮絮凝物。本领域的技术人员应了解，敞开的顶部是这样一个顶部，它暴露于大气压之下并且可以包括将风雨阻挡在外的封闭顶部，所述封闭顶部具有可供所去除的絮凝物离开的出口。 [0066] 观察表明，电流通过水传递会生成气泡，使气泡上升并且随之带动周围的水。反过来，这样导致电极上方的水上升经过容器，所述上升的速率与所生成的气体的量大致成比例。在任一情况中，水都会以几厘米/秒的速率上升，具体取决于活性。所述系统将经过开发，使得水在电极下方流入系统中。这样，水向上流经所述系统将会促进气泡产生的向上水流，从而使所述过程更有效。 [0067] 通过以恰当的电流密度和流速来处理水，絮凝微粒将上升到表面并且停留在此处。为了获得最大效率，水之后必须离开容器，其方式为使得防止絮凝物随水一起流出。通过确保所有的水在离开容器之前都上升到顶部，使絮凝物尽可能地到达顶部，从而最好地实现上述情形。之后，必须采取一些步骤来确保水在离开容器时不会随之带走絮凝物。这可以通过使絮凝物从容器末端附近的隔板或壁上面流过来实现，其中有一约束障壁稍微高出所述壁，用来防止絮凝物接触所述壁之外的水。为了获得最好的结果，水应该一直具有层流，使得没有湍流随之拉动絮凝物。这要求壁的高度在水要先到达表面才能流过壁的十分高与水以层流方式流过壁的十分低之间做出折衷。 [0068] 对于本领域的技术人员显而易见的是，絮凝物将简单地聚集在容器的表面上并且需要被去除。有许多种方法可以去除絮凝物，并且在对设备的描述中呈现了这些方法中的一些。 [0069] 用于电絮凝的最好的两种金属是铁和铝。明显的是，虽然这两种金属都能去除污染物，但是它们对于不同的污染物具有不同的效率。明确地说，铁擅长分解乳化油，以及捕获许多不能溶解铁的化学品，例如砷酸盐和氰化物，改变一些污染物的平衡并且去除大量较小有机分子。遗憾的是，铁在水中投入过多的话还会使水呈现铁红色。铝则擅长去除悬浮固体，以及生成稳定絮凝物，这对于用此一步法来去除污染物是必需的。因而，通常有利的是，使水经过至少两个阶段的处理，以便去除悬浮的或溶解的污染物。 [0070] 实施例的详细说明 [0071] 这个过程的一个重要方面是对待处理的水给予每单位体积的待处理的水恰当的处理剂量。也就是说，如果每升待处理的水需要一剂100库仑的电，那么重要的是，对于经过所述系统的每一升水，要使100库仑的电通过所述系统。此情形可以在若干条件下实现。 [0072] 1)使电荷以恒定速率传递通过水并且以恒定速率将水泵抽通过所述系统，使得电荷的传递速率等于水的传递速率乘以恰当地处理所述类型的水所需要的每单位体积的水的库仑数。 [0073] 2)使用一个机构使电荷传递通过水，使得电流的传递速率控制水被泵抽通过所述系统的速率，其方式为传递通过水的库仑数等于每单位体积的待处理的水所希望的库仑数。 [0074] 3)使用一个机构使水传递通过所述系统，使得水的传递速率控制电荷传递通过所述系统的速率，使得传递通过水的库仑数等于每单位体积的待处理的水所希望的库仑数。 [0075] 这些条件可以独立地使用或与其他两个条件中的任一者结合使用，其方式为使得每体积的水所传递的库仑数维持在相对恒定的水平，在不会大幅影响所述过程的完整性的情况下，所述水平可以上下浮动几个百分点。这涉及使用已知的水流速和已知的电荷投放速率。理想的情况是，这最好是以恒定的流速和恒流电源来实现。 [0076] 有若干不同的方法可以获得水的恒定流速。所述设备要求使用具有一定控制或限制的原水水源，使得水可以按照已知的或受控的速率进入所述系统。 [0077] 图1绘示了借以可以了解和维持水的恒定流动的一个机构。在此图示中，原水水源1经由管道3连接到系统流入部8，所述管道包括任选的检修阀9，这是为了方便检修而安装的。输入泵10是普通的恒流量泵。一旦它启动，水便流经流量计2，所述流量计经由连接7向控制器6发送信号。控制器6经编程以将恒定流量的水递送到8。如果控制器6感测到通过流量计2的流量过低，那么它就经由连接5向节流阀11发送信号，使所述节流阀将其节流口放宽一点，以允许更多的水流过。同样地，如果控制器6感测到通过流量计2的流量过高，那么它就经由连接5向节流阀11发送信号，使所述节流阀将其节流口关窄一点，以使较少的水流过。出于安全起见，原水水源可以包括液位开关12，所述液位开关在没有任何的水可供处理时将泵关掉。它还向控制器6发送信号，以阻止系统进一步处理水。 [0078] 为了使这种连续流技术起作用，水必须流入具有一组金属板的容器中，所述金属板可以如上文所指示般激活。这样将会使水流经所述系统，捕获大部分的污染物并且使它们浮到表面上，在所述表面上它们将形成稳定的层。实施例可以提供一种机构，所述机构将所捕获的污染物与经处理的水分离、允许经处理的水流出而所捕获的污染物保留且被单独地去除。此情形的一个实施例示出于图2、图3和图4中。 [0079] 所述设备需要大体上水平安装的至少一个敞顶容器22，所述容器具有大体上在槽的一端处的进水口24，以及大体上在另一端处的处于任何便利位置的出水口26，优选地大体上与进水口24相对。优选地，所述容器具有倾斜底部23以及所述底部处的至少一个出口28，所述出口连接到排水管29，假如和/或在进行检修或进行其他任务的情况下需要时，水可以从所述排水管排走。排水管29具有阀27，当沉淀的材料累积过高且需要从底部排走时，可以打开所述阀，除此之外在操作期间所述阀保持关闭。底部23可以是平坦的或倾斜的。假如是倾斜的，那么底部23可以具有三个维度，而非仅具有所示的两个维度，并且可以具有任何合理的角度，只要不使设备过高便可，45°是优选的。约15°、30°和60°的角度可被视为是恰当的。所述容器可以包括接近于容器的出口端的隔板25，所述隔板从容器的底部延伸到容器的溢流边缘21下方。设计应使得水在进水口24流入，通过容器的体积并且越过出口端处的隔板25，然后从出水口26流出。操作过程将使絮凝物累积在水面处，并且障壁32可以放置在溢流边缘21之前以便防止大量的表面絮凝物随水一起流出。 [0080] 实际上，参见图4，板组31放置在容器22中。当通过施加DC电压或经整流AC电压而激活时，它将在水中生成气泡以及絮凝金属离子。气泡将使水在容器22内循环并且将絮凝污染物带到表面上。为了限制絮凝物和气泡从隔板25上面流过，希望具有障壁32，所述障壁使得从水面液位下方的区域收集流过隔板25的水，在所述水面处气泡和污染物聚集成絮凝物。一些絮凝物和气泡仍会在障壁32与隔板25之间向上流动，但是这些只是聚集在腔室的其余部分内的絮凝物中的一小部分。应指出，絮凝物十分稳定，使得一旦到达表面，假如水位稍高出隔板25的顶部，它便不会流出容器22。在这种情况下，容器22的壁和出水口26的位置足以将絮凝物与水分离。 [0081] 所述设备经操作，使得水位保持与溢流边缘21齐平或稍低。维持此情形的装置将在稍后进行说明，这些图中则不进行说明。当水面上聚集了足够的絮凝物时，可以将所述絮凝物去除。有许多机构可以去除漂浮的表面絮凝物，其中的一些将在稍后进行论述。希望的是，最低的壁是大体上水平的，使得从表面上均匀地去除絮凝物。 [0082] 容器的相关尺寸并不是关键的。它的形状可以是大致立方体，如图2和图3所示。它可以是长的、宽的或高的。它可以是圆柱形的、卵圆形的、圆形的或任何其他几何形状。优选地，进口与出口将彼此大体对置，并且使长度和/或高度长于和/或高于宽度是有利的，但这并非关键的。可以使用与隔板25和障壁32不同的其他隔板和/或障壁来实现类似或改善的结果。此处的重要特征是使用某形式的隔板来约束絮凝物随经处理的水流出。如背景技术中提到的，只要便于操纵，这些系统可以按照任何大小来建构和操作。这样就可以包括一些系统，在所述系统中，容器的尺寸通常是0.3m或更小、1.0m或更小、3.0m或更小、10.0m和更小、30m和更小、100m以及小于或大于100m。原理是相同的，所述系统能够被缩放成适合于这些尺寸。 [0083] 在图4中绘示了插入于设备的容器中的板组31(尤其是金属板组)的实例。需要将这些大体上平行的板支撑到稍高出容器的底部，以便允许水在板的底部下方的水平面处进入。应注意，在操作期间，由反应3)和4)生成的气泡将使水上升通过所述板组。当恰当地操作时，这将会使水在通过设备期间循环几次，因而，不需要使进水口24位于板组31的底部下方。反应自身确保了水通过所述板，即便进口在板的上方。然而，为了效率起见，还是希望进水口24处在板组31底部附近的某处。在操作期间，水61经由进水口24流入并且通过被激活的板组31循环。这样会使絮凝物62在水面上聚集在最低水平面的边缘处。在水经由出水口26离开容器时，障壁32和隔板25约束絮凝物随水一起流出。这样，在容器的表面上捕获絮凝物形式的大量污染物，从所述表面可以将絮凝物从溢流边缘21去除。所述机构将在稍后进行论述。 [0084] 为了使系统运作，板组31中的至少两个板需要电连接到电源。此连接可以是直接来自电源或者经由到放置于相反极性的板之间的一个板或多个板的连接来进行，使得当向外部板施加电压时，外部板之间的电流传递使中间板具有在外部板的电压之间的中间电压。此情形的一个实例示出于图5中。 [0085] 多个平行的金属板组41、45、47、48、50和52(尤其是金属板组)通过一系列绝缘隔片44固持在适当位置，其中总组件由支撑件支撑。板组41通过连接43彼此电连接，电导线53附接到连接43上。此组件构成了一个电极，即阳极。 [0086] 另一板组45穿插在板组41之间和/或围绕板组41，所述板组45经由电连接组件46相连接。这给板组41充当阴极。反过来，电连接组件46将板组45连接到板组47。另一板组48穿插在板组47之间和或围绕板组47。反过来，板组48通过电连接组件49固持在一起，电连接组件49还将板组48电连接到板组50。另一板组52穿插在板组50之间和或围绕板组50，所述板组52通过电连接组件51固持在一起，并且电导线54附接到电连接组件51上。这样导致板组52给所述组件充当阴极。明显的是，这些接合的板组的数目可以视情况增加或减少，并且如所示的三个互连组是一种可能性。其他可能性包括只有一个互连组、两个互连组、四个或更多个互连组。 [0087] 明显的是，如果水是高度导电的，那么电荷从阳极流到阴极的最小电阻路径是经由水，而非通过中性的电极组。为了克服这个问题，希望在互连的板组之间具有绝缘障壁42。这些障壁需要具有足够的面积以限制带电微粒在障壁周围流动的能力，因此使电流最简单的流动路径是在互连板组之间。 [0088] 在操作中，整个板组浸入水中，离子的存在使水能导电。向电导线53施加正电压并且向电导线54施加负电压致使离子从板组41传递到板组52。这是以一系列的步骤来发生的，其中离子先从板组41到板组45，带上电荷并且因此向板组45施加电压。反过来，板组45连接到板组47，给予板组47与板组45相同的电压。同样地，板组47中穿插有板组48和/或被板组48所围绕，使得离子在这两组板之间传递。类似地，板组50经由电连接组件49连接到板组48。板组50穿插在板组52之间和/或被板组52所围绕，在这个实例中，板组52是阴极。这使离子在板组50与52之间流动，将阳极的电荷带到阴极，形成完整的电路。 [0089] 这导致电流在板组41与板组52之间传递，使得板组41具有全正电压，板组45和47具有相同的第一中间电压，板组48和50具有相同的第二中间电压，而板组52具有全负电压。作为一个实例，如果向电导线53施加的电压是+V伏并且向电导线54施加的电压是0V，那么板组41上的电压将是+V，板组45和47上的电压将是约+2/3V的中间电压，而板组48和50上的电压将是约+1/3V，并且板组52上的电压将是0V。板组41将给板组45充当阳极，板组45将给板组41充当阴极。反过来，电连接到板组45的板组47将给板组48充当阳极，板组48将给板组45充当阴极。反过来，连接到板组45的板组50将给板组52充当阳极，板组52将为阴极。这样，电流将从阳极传递到阴极。这样做时，电流将在阳极与阴极之间传递三次。这意味着每一单位的电流释放三个单位的反应，使所述过程在使用电流方面更有效。 [0090] 应注意，水的导电率意味着离子可以通过水从较高电位的板传递到较低电位的板，而不是仅在板之间传递。明确地说，离子可以从板组41通过水直接移动到板组52，而不是使离子从板组41直接传递到板组45/47，之后传递到板组48/50，最后传递到板组52上。为了降低这种情况的可能性，可以将绝缘体插入板组之间，所述绝缘体完全延伸超出板组的物理极限。在图5所示的情形中，支撑件也是绝缘障壁42并且如图所示延伸超出板的极限。所述支撑件和绝缘体可以是分离的实体。这显著增加离子跳过所述电极需要流过的距离，从而将跳跃效应降至最低。 [0091] 金属板可以组装成许多形状和形式。形式并不重要，只要它使得电流能够在金属板之间传递以生成絮凝金属离子和气泡便可。 [0092] 图4示出了插入于容器22中的板组31的实例。水61经由容器22底部处的进水口24流入并且向上传递通过板组31，在所述板组上已经施加了电位。这使得等式1到4中的反应发生，从而产生絮凝Al和或Fe离子，具体取决于板组中所用的金属。这些絮凝离子捕获水中的污染物，大体上会使它们变大。同时，通过反应3和4放出的气泡将捕获这些絮凝的污染物微粒并且使它们浮向表面。假如在电极上施加的电压导致小于2000库仑/秒/平方米的电荷密度，那么气泡大体上将十分小，使得它们产生的运动不会大幅扰动水流，并且携载絮凝污染物的气泡将附到表面上，生成絮凝物62。 [0093] 有不同的方法可以用来从水中去除表面絮凝物。这些方法中的一些将在稍后进行论述。重要的特征是有某一机构可以允许在从水中去除污染物的过程期间去除絮凝物。在这种方法中，可以使用单个容器来将污染物与水分离，其中水在一端流入，污染物浮到表面上，并且经处理的水从容器底部附近抽出。这样，容器起到与过滤器相同的作用，除了污染物是浮到表面上而不是通过过滤机构捕获并且堵塞而去除之外。这样提供了优于其他电絮凝或电凝聚技术的显著优点，在所述其他电絮凝或电凝聚技术中，所述过程要不是使污染物絮凝并且通过过滤器将污染物去除，要不就是使用分批法将絮凝物分离。 [0094] 使水通过单容器设备或者仅使用一种类型的金属板组，通常无法去除所有污染物或者充分地处理水。经验表明，最好使它通过至少两个容器，每个容器中具有或不具有不同的金属板。这可以在一种设备中实现，在所述设备中，具有与第一容器类似的性质的第二容器的进口附接到第一容器的出口，如图6所示。在这个双容器系统中，水经由第一腔室的进水口24进入第一腔室，流经所述板并且经过隔板，在通向第二腔室64的入口处离开所述腔室，经由连接35进入容器64。容器46可以含有板组38。 [0095] 经验表明，Fe和Al金属离子能够去除不同的污染物。因而，通常希望具有两种金属可用于处理水。因为铝能够去除Fe离子，即，在连续流机构中，最好是将两种金属板组放在不同的容器中，其中铁板组放在铝板组之前。如果不能，那么可以将它们放在一个容器中，但至少要彼此隔开，使得大部分的水必须大体上先流经铁电极，再流经铝电极。特别有利的是，先铁电极，接着才是单独容器中的铝电极。实现此情形的一种方法是将两个容器连续地接合，如图6所示。 [0096] 水经由进水口24进入容器22并且通过激活的电极并从隔板25上面经过，通过凸缘或类似连接35进入容器64。在容器64中，重复所述过程，使水从出水口26流出，其中容器64未必需要具有与容器22相同的配置。有许多方式采用障壁系统来防止絮凝物随水一起流出。图6中的容器64示出了连接到出水口26的另一装置，由障壁142、螺纹圆筒143和螺纹管144所示。螺纹管144连接到出水口26。螺纹圆筒143装配到螺纹管144之上或之中，所述螺纹圆筒具有与螺纹管144大体上相同的内径。障壁142附接到所述螺纹圆筒上，所述障壁142在螺纹圆筒的顶部上方充分地延伸，从而防止表面絮凝物流过。障壁142还可以在螺纹圆筒 143下方延伸。在操作中，将螺纹圆筒143和障壁142组件拧紧到螺纹管144中，直到它刚好在容器64的溢流边缘65的顶部下方。这样，经处理的水可以从螺纹圆筒143的顶部(即，螺纹管 144)上面流过，经由出水口26离开所述设备。通过使组件旋转，可以非常精确地设定水位，使之刚好在溢流边缘65的水平面下方。这样使得表面絮凝物的去除更容易。 [0097] 应对容器22和64进行设定，使得溢流边缘21和65的水平面将处于同一水平面。这样，螺纹圆筒143和障壁142组件的调整将会设定两个容器的水位，使絮凝物去除更容易。如果这不能完成，那么每个容器需要一个出口，像图5和图6中的障壁142、螺纹圆筒143和螺纹管144，其中后续的容器处于比第一容器低的水平面。这样，可以控制每个容器中的水位，使之刚好在每个容器的最低边缘的水平面下方。 [0098] 以此方式将容器接合的这个过程可以视情况地重复多次。从实际的观点来看，可能希望容器具有相同大小，同时在铁过程期间与铝过程期间，为水使用明显不同的处理剂量。例如，在许多过程中，水可能只需要为铝剂量的大约10％的铁剂量。尽管这可以通过将铁放在单个容器并且将铝放在另一个较大的单独容器中来实现，但是使容器的大小保持相同并且增加铝槽数目具有优点。这些优点之一是，如果絮凝物保持在较小的容器中，那么它只要流过较小的表面距离就能从系统中去除，这样絮凝物去除更有效。出于相同的原因，表面积较小的细长容器优于要具有较大的表面积才能装下相同体积的水的短粗容器。 [0099] 明显的是，容器的数目完全可以增加到超过图6中所示的两个。优选地，每个单独的容器可以用于一组同种类型的板。还有可能的是，水在容器中停留的时间不足以允许所有的气泡上升到表面，所述气泡随之携载了絮凝污染物。在这种情况中，可以通过使水通过另一容器来实现额外的静置，所述容器同样地可以类似于图2和图3中所示的组件或者图7中的容器78。在水停留在此沉淀容器期间，大部分的残余絮凝物将会浮到表面上，从而使得从出水口26流出的水具有较少的残余污染物。本领域的技术人员显而易见的是，在图6所示的一个腔室的末尾处可以放置另外的静置腔室。经验表明，生成足以处理水的金属离子和气泡的过程可以很快地完成。然而，至少需要一些时间来实现良好的去除以及絮凝物在表面上的聚集。所述时间在几分钟到几小时之间变动，具体取决于所希望的最终结果。因而，可以采用多个额外的静置腔室，其中一个、两个、三个、四个或甚至五个或更多个是有利的。并且，明显的是，在这个处理之后，可以将水送往另一容器，以便使水在外部静置。在所述时段期间，水将会沉淀下来并且最后的污染物将被去除。实现最好的沉淀通常需要12个小时以上的时间。 [0100] 在所述装置的另一实施例中，使用单个容器，如图8、图9和图10中所示。侧部和底部界定了单个敞顶容器122，所述容器具有大体上在一端处的进口124以及大体上在另一端处的出口126。使用如所示的隔板123、125和128将所述容器分成多个单独腔室。这些隔板从底部延伸，大体上形成了差不多延伸到溢流边缘121的水密封。这些隔板界定了个别腔室。可以将一个或多个金属板组(仅在图10中示出)放置到这些腔室中的一个或多个中。通常，可以使用两个板组，前两个腔室131和132中各一个。障壁135、136、137和138在表面处将单个容器分成5个腔室。障壁135、136、137和138防止絮凝物从一个隔室流到下一个隔室。每个隔室在基底处均具有阀101，为了有效地进行操作，所述阀可以视情况地周期性地打开，以便在累积物变得过高时排出水以及沉淀的污染物淤浆。倾斜底部的优点是淤浆将会随水一起移出。在操作期间，阀101通常都是关闭的。 [0101] 图10绘示了水流经此种系统的情况。水在进口124处流入并且激活的板组141对其施加作用。所生成的气泡使水循环通过腔室131，其速率一般将会使水在停留在腔室期间循环一次以上。这样确保了大部分的水会经过激活的板，并且所有的水都会经历反应。水之后从隔板123上面流过并且在隔板123与障壁135之间向下流动，在激活的电极145的底部附近进入容器64。水在通过腔室期间将会在腔室中循环一次以上，然后才从隔板125上面流过并且在隔板125与障壁136之间向下流动。应注意，障壁135和136不需要一直向下延伸到电极的底部。当腔室具有激活的板组时，水会循环，只要有水进入，便会对水进行处理。显而易见的是，这些障壁135和136需要十分低，使得水无法直接流过腔室的顶部，从而无法随之一起带走絮凝物。 [0102] 在图8、图9和图10中，剩余的腔室130以及隔室139和140是不一定要具有任何活性的板的静止体积。这些腔室和隔室的意图是水以层流简单地流入第三隔室中，从隔板128上面流过，进入第四腔室和隔室139。在此，水经过第四隔室，在障壁138之下，流入第五隔室140。在操作中，应对流速进行设定，使得在前四个隔室中收集到了大部分的絮凝物，而仅有少量的流入第五隔室。在这个过程期间，絮凝物和气泡接近于表面，所述絮凝物和气泡大部分停留在表面上。从一个隔室继续到下一个隔室的那些絮凝物和气泡大部分会被拦截在下一个隔室。这样，絮凝物去除极大地优于如图2、图3和图4所示的仅单腔室容器的情况。水经由螺纹圆筒143和障壁142组件以及螺纹管144流出第五隔室，应调整所述可调液位组件，使得所有隔室处的水位刚好在溢流边缘121下方。 [0103] 优选地，所述容器应包括絮凝物捕获排水管161，所述排水管在所述容器外部并且在最低边缘下方。这样，当絮凝物被迫越过所述边缘时，它会向下掉落到捕获排水管中并且在重力之下流到絮凝物捕获容器。在此处，可以用任何被视为是合适的方式对絮凝物进行处理或者处置。在水处理产业中，有若干种方式可以将絮凝物从水面去除。在溶解空气浮选(DAF)中，这通常是通过将边缘上面的絮凝物刮出容器之外来完成。其他方法包括撇去表面上的水，使得流动的水将表面上的材料随之一起带走。优选的方法是在隔室的远离溢流边缘的侧处产生波。这个波动作将会产生携载边缘上面的絮凝物的水波。一个合适的机构示出于图11中。在图12中，所述波由桨168产生，所述桨是大致水平的并且通过电动机162上下移动。电动机旋转，使圆筒163转动，连接杆164在一端处柔性地附接到所述圆筒。在另一端处，连接杆164柔性地附接到棒165。反过来，所述棒连接到杆166，所述杆滑动通过引导件167，所述引导件的底端处附接有桨168。在电动机旋转时，桨上下移动，从而在容器或隔室的远离所述边缘的侧处产生波。这会将絮凝物170驱向溢流边缘121，导致一些絮凝物和一些水越过所述边缘溅落到絮凝物捕获排水管中。在此处，它顺着管道160流动，在此可以用任何合适的方法对其进行导引，以便进行收集和/或处置。在图8的图示中，管道160连接到废物处置管102，所述废物处置管收集经由阀101从隔室的底部排出的废物。 [0104] 应注意，相同的装置可以用于图2、图3和图4中所示的单腔室容器，并且图5和图6中的每个容器也可以具有它自己的波产生装置。图11的特征直接转到单容器装置的侧视图。将图7中的容器22、64和78推到一起，使得它们的壁一起产生如图8、图9和图10中指示的相同原理的系统，前提是所述系统仅含有三个隔室，其中出口126/障壁142/螺纹圆筒143/螺纹管144位于腔室130中并且隔板128延伸到容器的顶部。这个装置的这两个单独的实施例是相同的原理，仅有的些许不同在于应用。 [0105] 图8、图9和图10中所示的装置具有五个隔室和4个底部密封的腔室。本领域的技术人员显而易见的是，这个数目并没有什么特别的，并且在一个容器中可以建置任何数目的底部密封的腔室以及表面上的隔室。腔室和或隔室的数目越大，可以处理的水就越多或者污染物用来沉淀的静置时段就越长。一个容器可以用来摆放不同数目的腔室和/或隔室，具体取决于待处理的水的要求。对于相同大小的容器，较少的腔室和隔室意味着可以更快地处理更多的水，其中沉淀在容器外部进行。较多的腔室和隔室意味着可以在一个容器中对水进行处理和静置，从而在水排放之前给出较高质量的水。 [0106] 应注意，絮凝物防护障壁可以视情况为垂直的或有角度的。它们的功能是减少和/或最小化在隔间之间流动的絮凝物，因此减少所需的隔间的数目。 [0107] 在所有这些布置中，可以使用对敞顶腔室的使用，其中一些腔室可以含有电极，可以对所述电极施加电位，因此产生浮到表面上的絮凝物。所述腔室优选地具有大致相等的大小并且具有某形式的障壁，当水在腔室之间流动时，所述障壁减少从腔室流到腔室的絮凝物的量。所希望的是，水在每个腔室底部附近进入并且在顶部附近流出。优选的是，所有的腔室具有相等的静水位，使得流经这些腔室的水在每个隔室中将处于大体上相同的液位。这样使得能够通过重力和流速来维持液位，而不是需要使用泵或某其他方法来进行调整。 [0108] 从每个槽去除絮凝物的成果之一是确保每个槽的水位尽可能地接近容器的溢流边缘21、121的顶部，但又不会在正常的操作中让它溢出。实现此情形的一种方式是使用由连接到出水口26的障壁142/螺纹圆筒143/螺纹管144指示的可调高度出口，与连接到出口126的屏障142/螺纹圆筒143/螺纹管144相同。 [0109] 实现此情形的另一种方法示出于图11中。最后一个容器的出水口26位于所述容器顶部附近，所处的水平面刚好在溢流边缘21的顶部下方。在水进入第一容器时，它将继续流经容器和出水口26。只要有水流入，水就会一直从出口流出。液位传感器82可以放置在管道的上水平面上方，以检测流经系统的水对于出口来说是否过快。在过快时，水位将上升并且激活液位传感器82，所述液位传感器接着将通过连接83向控制器85发送信号。反过来，控制器85将经由84向图1的输入泵10发送信号，使它慢下来或者使它停止，直到水位已充分掉落而对液位传感器82撤销激活为止。还有可能的是，通过在出水口26中或其末端处放入液位调整特征来调整水将流出的液位。这可能就像调整稍具柔性的管道的高度或者在管道末端处旋转弯管位置那样简单。 [0110] 上文已经说明了允许絮凝物停留在表面上的设备的实施例。现在需要在操作期间将所述絮凝物去除。所述设备的所希望的方面是絮凝物以有序的方式进行收集并且不会随便地到处流动。絮凝物收集的机构的图示由图8、图9和图12的管道160和絮凝物捕获排水管161所给出。优选为倾斜的絮凝物捕获排水管161视情况地位于絮凝物溢流边缘21、121下方，大体上沿着所述壁的长度延伸。管道160可以连接在絮凝物捕获排水管161的底部，使得当絮凝物流入絮凝物捕获排水管161时，它会顺着管道160流动并且以任何所需的方式进行导引以便进行收集或处置。在图9中，它连接到设备的底部的同一个排水口，从而给出单股废物收集流。其他机构是可能的。 [0111] 在正常的操作中，水面将处于或稍低于容器的溢流边缘21或121。当操作进行了一段较长时间时，如果不进行去除，那么絮凝物170会累积在表面上，如图12所示。就经过适当设计的容器来说，去除絮凝物的良好机构绘示于图12中。在容器的与溢流边缘121相对的侧处通过桨168产生波。 [0112] 所述波迫使一些水从所述边缘上面流过，随之带走一些絮凝物，并且使波产生器附近的絮凝物移向溢流边缘121。絮凝物流入絮凝物捕获排水管161中并且顺着管道160流动，从而被导引走，以便进行任何合适的处置方法。在这种情况中，所述机构是通过电动机162驱动，所述电动机驱动杆164，在这种情况中是通过具有偏移枢轴点的圆筒163来驱动所述杆。杆164连接到棒165，所述棒使杆166进一步移动通过引导件167。桨168附接到杆的末端。在电动机转动时，桨上下移动，并且在适当地定位并且以适当的速率移动一段适当的时间时，它会产生波，所述波使絮凝物远离容器的桨末端移向溢流端，使一些絮凝物从溢流边缘121的顶部上面流过并进入絮凝物捕获排水管161中。这样，一些絮凝物得以去除。所述过程可以按照便利的时间间隔周期性地重复，从而在连续操作中絮凝物累积起来时将絮凝物去除。 [0113] 可以用许多不同的方式来使用图12所示的波产生装置。一个电动机可以给不同隔室或容器中的若干桨供以动力，从而同时从其中去除絮凝物。替代地，个别的隔室或容器或者一小群的隔室或容器可以使用单独的电动机，使得来自所述过程的不同部分的絮凝物可以在不同时间进行去除。任何数目的容器可以接合在一起形成一个设备。这个数目可以是3、4、5、6、7、8、9、10或更多。这些容器还可以连续地接合在一起，其中水经过不同的阶段；或者可以并置地接合在一起，在这种情况中可以使用较小的容器同时处理较大量的水。同样地，显而易见的是，单个容器可以再分成任何数目的腔室和隔室，给出与关于将个别容器接合在一起所描述的益处相同的益处。 [0114] 为了维持每体积的经处理的水具有恰当的电荷剂量，重要的是，每单位体积的处理的水的电荷始终保持相同。上文已经描述了使水以恒定速率流入系统中、在浮到表面上并被去除的絮凝物中捕获污染物以及使水再次流出的方法。重要的是，在水中每单位体积的经处理的水接收了恒定剂量的电荷。为了使此情况发生，电荷递送的速率必须经设定以便匹配流过的水的体积以及每单位体积的水所需的剂量，并且电荷剂量保持与流速匹配。这可以通过使用恒流电源来在板组上施加电压来实现。恒流电源可以通过调整其电压而递送预设的电流，使得所递送的电流总是与预设电流相同。它会一直这样做，直到达到它的最大电压能力。 [0115] 因而，将恒流电源与上文描述的恒定流量方法一起使用使得能够一直向水递送所希望的电荷。然而，一直存在以下可能性：板组中的板可以更改它们的性质，使得可以不再递送维持所希望的恒定电流所需的电压。为了防止水没有经过处理并且没有去除所有的污染物，必要的是，通过控制器监视恒流电源，如图13所示。 [0116] 恒流电源91以给定的速率经由电导线53和54向板组31递送电荷。电荷递送的速率经由连接94由控制器93进行监视。如果电荷速率变化，那么控制器可以包括向电源发送信号以更改其电压以便将电流带到所希望的水平的选择。这样，在电源的能力之内，所希望的电荷递送速率可以维持恒定。如果电流因为超过电源的电压能力而掉落到预设值之下，那么控制器93经由连接96向控制器6(参见图1)发送信号以使泵抽速度慢下来，使得以电源向板组31递送电荷的速率将水抽入。它还具有另一连接98，所述出口向任何其他受控的恒流电源发送信号，使它们给出的电流减少以便匹配所述电源的降低的输出。在另一电源无法产生必需的电流的情况中，控制器还具有输入99，由此另一电源的控制器的连接98向此控制器发出信号，给出信号以使此控制器减少其电流输出以便匹配其所控制的电源的电流输出，从而匹配另一电源的百分数减少。 [0117] 图14绘示了用于三个电源91、100和111的整个控制机构的实例。通过连接5和7，控制器6控制流动机构133，其实例在图1中给出。通过连接94和95，控制器93控制电源91。通过连接104和105，控制器103控制电源100。通过连接114和115，控制器113控制电源111。通过连接96、106和116，控制器93、103和113分别将它们的电流状态发送给控制器6。通过连接98、108和118，控制器6分别向控制器93、103和113发送信息。 [0118] 如果控制器93、103或113中的一个感测到它没有递送足以恰当地处理水的电流，那么它将向控制器6发送信号，告知它不能获得足够的电流以及所述电流距离它的目标设置还差多少。控制器6向泵抽机构发送信号以使电流降下来，优选地降低由具有低电流的控制器指示的量。控制器6还向递送恰当电流的其他控制器发送信号以根据最低的电流输出信号来降低它们的电流。在每个控制器维持其控制功能以及向主控制器6发送信号的情况下，其中所述主控制器监控所有的操作，明显的是，所述控制确保所有的水都将接收适合于进行令人满意的处理的剂量。 [0119] 这样，受污染的水经由进水口24流入，通过激活的板组31、生成絮凝物，所述絮凝物捕获污染物并且使之浮到表面上。通过此处描述的系统将絮凝物62去除，并且水从出水口26流出，此时的水大体上没有在经由进水口24流入时其中所存在的污染物。假如任一参数发生变化，例如，对于给定的水流速，一个电源无法给出恰当的电荷剂量，那么所述系统将调整参数以确保对于所有经过系统的水都将给予恰当的电荷剂量，从而确保水经过恰当的处理以进行手上的任务。 [0120] 认识到，所述过程在pH值大约为7时运作最好。假如原水的pH值很有可能明显不同于7，那么水在进入水处理设备之前将需要进行pH值调整。这是标准的pH值调整设备，它可以视情况地使用。类似地，可能希望在对水进行处理之前向水投放适当的化学药剂。同样地，液体和/或气体化学药剂投放设备是水处理产业中的标准设备，它们中的任一者都没有什么特别的，并且在需要时，没有提到但可以投放的特定化学药剂不应被排除在此投放的使用之外。 [0122] 此处所述的现有技术(如果有的话)在任何管辖范围内都不被视为是承认现有技术形成公知常识的一部分。 [0123] 在以下权利要求书以及本发明的前文描述中，除了由于明确的语言或必然的暗示上下文另有要求之外，词语“包括”或者例如“包括了”或“包括着”之类的变体是以包括性意义使用，就是说，指明了所述特征的存在但不排除在本发明的各个实施例中存在或添加另外的特征。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈