專利名稱：廢水處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢水處理方法和裝置，更具體來說，本發(fā)明涉及用傳質(zhì)技術(shù)和電凝法從水溶液中分離出污染物的方法。
從水系統(tǒng)中分離出或除去污染物的難題已經(jīng)成為困擾本領(lǐng)域多年的復(fù)雜問題。到目前為止，因?yàn)楣I(yè)發(fā)展所帶來的水污染正日趨嚴(yán)重，本領(lǐng)域正同其它工業(yè)方法一起發(fā)展。起初，水處理僅是簡(jiǎn)單地通過加入適于引起一些物質(zhì)沉淀的材料、過濾、離子交換和其它方法來進(jìn)行的。隨著對(duì)干凈水嚴(yán)格要求的不斷提高，人們采用了電化學(xué)方法。概括來說，人們發(fā)現(xiàn)置于電解槽并通以電流的電極可用于處理含有污染物的溶液。在某些情況下，為了除去惰性化合物，將其它單元操作與該處理過程聯(lián)合進(jìn)行。
其中一篇本發(fā)明選作參考的文獻(xiàn)是公開于1914年5月5日的Landreth的第1095893號(hào)美國(guó)專利。該專利涉及電化學(xué)處理，并且在該專利中，專利權(quán)人認(rèn)為，這種電解槽能用于處理水。正如該公開文件所指出的那樣，紫銅電極、鋁電極、黃銅電極、或其它合金電極被用作電解槽電解板物料。此外，該公開文件討論了下述事實(shí)，即沉降槽可用于幫助物質(zhì)沉降(絮凝)。該公開文件的第2欄表明，電極系列被排列在一起，以使水通過該裝置，并“經(jīng)歷迂回過程，由此任何加到其中或其中含有的物質(zhì)可充分混合，并且液體中的所有顆粒都能與電極接觸”。在該公開文件的第2欄中還指出，電極呈水平放置的電解板形式，并且該電解板還具有在中心排列的小孔，同時(shí)其它電解板的交替系列板凹進(jìn)它們的末端。該公開文件的第3欄指出“如附圖8和9中所清楚圖解說明的，為了在電解板14間提供液體的適當(dāng)通道和循環(huán)以及液體在裝置中的運(yùn)動(dòng)，提供了在14A指示的具有小孔的另一電解板，而如14B所示，中間電解板具有缺口或凹進(jìn)的剖面轉(zhuǎn)角。通過該方法，進(jìn)行處理的液體以其流速轉(zhuǎn)移并與各自電解板的整個(gè)表面接觸，以確保所需的電處理?！?br> 雖然該公開文件可用于對(duì)水的電化學(xué)處理方法提供指導(dǎo)，但是它沒有提及加入氧化物質(zhì)例如臭氧。此外，該專利的教導(dǎo)是限制在電化學(xué)；該公開文件對(duì)于溶解空氣浮選法、流體水動(dòng)力學(xué)、空化、絮凝、或其它能增加該專利所述電化學(xué)槽實(shí)用價(jià)值的流體動(dòng)力原則沒有提供任何詳細(xì)描述。
在公開于1915年7月20日、Landreth的第1146942號(hào)美國(guó)專利中，提供了在前述專利中已經(jīng)討論過的問題的改變。該參考文獻(xiàn)清楚地指出，電極具有不同極性，并且可使用合適的電極改變開關(guān)(其實(shí)例如圖中26所示)來變換電流以使一組電解板在一定時(shí)間內(nèi)作為陰極、而另一組電解板在該期間內(nèi)作為陽極。該公開文件通過提供極性排列以改變裝置內(nèi)各電解槽的極性而使現(xiàn)有技術(shù)得到了發(fā)展。象上一篇公開文件一樣，該公開文件在使用溶解氣體的逆流氧化方面也有不足。此外，據(jù)信該裝置在處理多種污染物(有機(jī)物、無機(jī)物、或它們的混合物等)方面效果不是特別好。
在公開于1915年3月9日、Landreth的第1131067號(hào)美國(guó)專利中，專利權(quán)人又論述了通過裝置來進(jìn)一步處理以提供再處理的液體，以及氧化處理，或通過金屬電極或簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)來生成絮凝物的處理，或者通過電流刺激來形成絮凝物的處理；或其它處理。在開始于第25列的第2欄，該公開文件討論了物質(zhì)的再循環(huán)以在裝置中進(jìn)一步處理。
公開于1973年4月17日、Preis等人的第3728245號(hào)美國(guó)專利公開了用于處理污水的裝置，該裝置包括用于電凝的一系列電解板。該專利權(quán)人認(rèn)為，需要在回路中保持壓力，這樣可使氯和臭氧保留在溶液中以增強(qiáng)殺菌作用。該公開文件通過采用氧化劑增強(qiáng)電凝而發(fā)展了由Landreth等人建立起來的現(xiàn)有技術(shù)。雖然該公開文件對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提供了進(jìn)一步指導(dǎo)，但是對(duì)于在處理的含水材料的出口流中，通過不連續(xù)壓力來空化或形成絮凝物方面沒有提供任何討論。
其它通常相關(guān)的文獻(xiàn)包括公開于1909年3月2日、Korten等人的第913827號(hào)美國(guó)專利；公開于1970年8月11日、Mehl等人的第3523891號(hào)美國(guó)專利；第5928493、5705050、5746904和5549812、3846300、5587057以及5611907號(hào)美國(guó)專利。
電解法通常有用的，然而，設(shè)計(jì)的電解槽使得電極經(jīng)常出現(xiàn)碎屑，因此將改變電解槽電流的要求。此外，現(xiàn)有裝置中的許多電解板相當(dāng)大，并且對(duì)于增大表面積以由此增加與水中被處理污染物的反應(yīng)的數(shù)量，不能提供任何改善。當(dāng)然，這導(dǎo)致較低程度的相互作用，并且從由于碎屑集結(jié)而導(dǎo)致的電流要求的角度來考慮，還導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)電解槽所需的較高成本。
已經(jīng)有人提出采用溶解空氣浮選系統(tǒng)。其中一種裝置是由Precision Environmental Systems Company制造的。該公司制造了用于在同一單元內(nèi)浮選和凝聚的裝置。該裝置對(duì)于其設(shè)計(jì)目的非常適用，然而，該裝置具有非常大的足跡，并且不能在同一單元內(nèi)提供不同化學(xué)過程。
對(duì)于水處理，現(xiàn)有技術(shù)中更可取的裝置可能是采用溶解氣體，因?yàn)檠趸Ч阎卸瘸晒?。在已知的現(xiàn)有技術(shù)中，通常氧化槽一般是通大氣，其中是使溶于溶液的氣體可從溶液中析出?，F(xiàn)有技術(shù)中的裝置提供了彎曲的通道或其它應(yīng)用力以使溶液盡可能長(zhǎng)時(shí)間地冒氣泡。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是提供了氧化物質(zhì)的反應(yīng)位點(diǎn)(氣泡的表面)，因此可將污染物氧化。一旦氣體物質(zhì)冒出表面，污染物就絮凝，然后絮凝物被分離出去。換氣是廣為所知的，并且在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)設(shè)計(jì)了多種裝置以維持溶液冒氣泡，因此就增強(qiáng)了氣泡表面與想要氧化或凈化的物質(zhì)作用的程度。
如果有在足以使氣體維持在溶液中的壓力下將氣態(tài)氧化劑引入貯水器或其它貯水室或限制區(qū)域的方法，則該方法是可取的。這使得能在溶液中提供最小氣泡以氧化溶液中存在的污染物。如果有可將溶解的氧化氣體保持在溶液中以提供最小可能氣泡，并由此提供用于與欲分離的污染物反應(yīng)的最大可能表面積，以及能控制氣泡大小的系統(tǒng)，則該系統(tǒng)特別可取。
本發(fā)明的目的是提供用于從水溶液中分離污染物的傳質(zhì)裝置和先進(jìn)的氧化技術(shù)，其中是將氧化劑保持在溶液中，直至需要將壓力降低并使氧化劑冒出溶液為止。
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)目的是提供從水溶液中分離污染物的改進(jìn)方法。其中采用了逆流傳質(zhì)裝置。
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的另一目的是，提供從水溶液中分離污染物的連續(xù)方法，所述方法包括下述步驟提供含有污染物的水溶液；提供具有入口和出口的封閉貯水器，其中入口所處的位置比出口高；將該水溶液置于貯水器中；把氧化劑夾帶入該水溶液中；在貯水器中保持超大氣壓，以使氧化劑氣泡最小，由此使得與水溶液中污染物反應(yīng)的氧化劑氣泡有效表面積最大；氧化污染物；和有選擇地誘導(dǎo)貯水器外壓力間斷，以將被氧化的污染物從水溶液中絮凝到分離相內(nèi)。
對(duì)于可用于本發(fā)明的氧化劑，臭氧是其中一種優(yōu)選的氧化劑，然而，應(yīng)當(dāng)很容易理解，也可以使用其它適當(dāng)氧化劑例如氯、溴、過氧化氫、特別是合適的硝基化合物。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過有效地提供反轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)換氣系統(tǒng)，可將污染物有效地氧化。貯水器可以是孤立室，具有封閉末端的管子，或者可包含用于在地下處理水溶液污染物的接地構(gòu)造。在本申請(qǐng)方法中，入口處于比出口高的位置。如此，進(jìn)來的夾帶氣態(tài)氧化劑向下通過溶液，并因此以逆流方式與被處理的水溶液作用。通過在室、貯水器、容器等當(dāng)中保持超大氣壓，可將氣態(tài)氧化劑保持在溶液中并以非常細(xì)小的氣泡存在。這產(chǎn)生了顯著效果，因?yàn)檩^小氣泡能顯著改善與污染物接觸并將其氧化的表面積。這是通過控制進(jìn)入貯水器的壓力以及在貯水器出口的壓力來實(shí)現(xiàn)的。如此，壓力可有效地調(diào)節(jié)，并且可由使用者制定。這與下述現(xiàn)有技術(shù)形成了鮮明對(duì)比即有效地提供開放式容器，并因此使壓力與大氣壓相等，并簡(jiǎn)單地提供使氣體通過的旋繞或彎曲的通道。該現(xiàn)有技術(shù)的觀點(diǎn)是，提供彎曲通道以試圖使氣泡保持在溶液中，并由此與欲處理物質(zhì)至少部分接觸。該現(xiàn)有技術(shù)是有效的換氣技術(shù)，其中將氣體通過溶液是出于氧化目的。
本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別很顯著，并且使現(xiàn)有技術(shù)有很大進(jìn)步。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在限制室內(nèi)保持壓力，可在使用者選擇的期間內(nèi)將氣態(tài)氧化劑保持在溶液內(nèi)，這與現(xiàn)有技術(shù)提出的方法不同。本申請(qǐng)使得能在貯水器內(nèi)控制氧化劑的氣泡大小，因此便于使氧化劑氣泡與水溶液逆流接觸，并且使得使用者能夠以例如流體動(dòng)力空化方式選擇壓力間斷來誘導(dǎo)絮凝物形成。無論什么現(xiàn)有技術(shù)都沒有提出在該水平上的控制；現(xiàn)有技術(shù)有效地使用了與也導(dǎo)致形成大量絮凝物和純凈水溶液的控制法完全不同的“嘗試”換氣法。
總的來說，本發(fā)明將包括溶解空氣浮選、流體動(dòng)力空化作用、流體動(dòng)力學(xué)、傳質(zhì)和電凝在內(nèi)的一系列技術(shù)成為一體。將這些技術(shù)結(jié)合在一起提供了有效的污染物分離法，該方法能不加區(qū)別地分離污染物。這是現(xiàn)有技術(shù)不可能具有的特征；在大多數(shù)情況下，現(xiàn)有技術(shù)提供的是對(duì)欲處理系統(tǒng)中存在的物質(zhì)敏感的方法。通過提供貯水器物料入口相對(duì)于出口的壓力控制，可將最大量的氣態(tài)氧化劑保留在溶液中，因此就能在溶液中以最長(zhǎng)可能時(shí)間、最大可能密度提供最小可能氣泡。這些技術(shù)特征與電凝原理一起促成了本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案的成功。
為了增強(qiáng)上述傳質(zhì)方法的效果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將傳質(zhì)技術(shù)與電凝一起采用可獲得超好效果，并能顯著減少現(xiàn)有技術(shù)中的局限和問題。實(shí)際上，作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的另一目的，可以將用氣態(tài)氧化劑系統(tǒng)提供的控制與電凝法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合成一體。因此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的另一目的是，提供從水溶液中分離污染物的連續(xù)方法，所述方法包括下述步驟提供含有污染物的水溶液；提供具有入口和出口的封閉貯水器，其中入口所處的位置比出口高；將電絮凝池安置在貯水器中以給水溶液提供電場(chǎng)；將該水溶液置于貯水器中；把氧化劑夾帶入該水溶液中；在貯水器中保持超大氣壓，以使氧化劑氣泡最小，由此使得與水溶液中污染物反應(yīng)的氧化劑氣泡有效表面積最大；氧化污染物和氧化劑，并通過暴露于電場(chǎng)來絮凝污染物；和有選擇地誘導(dǎo)貯水器外壓力間斷，以將剩余的所有被氧化的污染物從水溶液中絮凝到分離相內(nèi)。
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的另一目的是，通過從水溶液中分離污染物的方法，所述方法包括下述步驟a.提供含有污染物的水溶液；b.在將氧化劑保持在溶液中的可調(diào)節(jié)超大氣壓下，用氧化劑氧化水溶液；c.將水溶液暴露于電絮凝池以電凝污染物；和d.有選擇地誘導(dǎo)壓力間斷以將凝結(jié)和被氧化的污染物從水溶液中絮凝到分離相內(nèi)。
特別價(jià)值是，所述水溶液可含有機(jī)、無機(jī)廢物或它們的混合物。
本發(fā)明另一目的是提供用于從水溶液中分離污染物的裝置，所述裝置包括含有污染物的水源；具有入口和出口的封閉耐壓貯水器，其中入口處于比出口高的位置，入口與水源連在一起；在壓力下將氧化劑引入貯水器中的手段；置于貯水器內(nèi)用于電凝水源中物質(zhì)的電絮凝池；向電絮凝池中提供電流的手段；和用于有選擇地在被處理水溶液中誘導(dǎo)流體動(dòng)力空化作用以將被氧化的污染物從水溶液中絮凝到分離相內(nèi)的手段。
由于已經(jīng)描述了本發(fā)明，下面將參照舉例說明優(yōu)選實(shí)施方案的附圖來進(jìn)行說明。
附

圖1是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方案的概略插圖。
附圖2是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案的概略插圖。
附圖3是本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案的概略插圖。
附圖4是本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施方案的概略插圖。
附圖5是本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方案的概略插圖。
附圖6A和6B是本發(fā)明所用逆流回路的概略插圖。
附圖7A和7B是附圖6A和6B替代方案的概略插圖。
附圖8A和8B是附圖6A和6B與附圖7A和7B替代方案的概略插圖。
附圖9是本發(fā)明電絮凝池的一個(gè)實(shí)施方案的縱橫截面圖。
附圖10是附圖9替代方案的部分切面視圖。
附圖11是本發(fā)明所用電解板的頂部視圖。
附圖12是沿附圖11的12-12線的剖視圖。
附圖13是本發(fā)明所用回路的概略插圖。
附圖14是本發(fā)明所用開關(guān)回路的概略插圖。
附圖15是本發(fā)明所用微處理器回路的概略插圖。
附圖16是本發(fā)明所用開關(guān)回路的另一概略插圖。
附圖17是本發(fā)明另一實(shí)施方案的概略插圖。
附圖18是附圖17的橫截面視圖。
附圖19是本發(fā)明所用等離子體電絮凝池的概略插圖。
附圖20是本發(fā)明另一實(shí)施方案的概略插圖。
附圖21是本發(fā)明另一實(shí)施方案的概略插圖。
附圖22是本發(fā)明另一實(shí)施方案的概略插圖。
在附圖中，同樣數(shù)字表示相同部件。
本說明書所用BOD是指生物需氧量；本說明書所用COD是指化學(xué)需氧量；本說明書所用TOD是指總需氧量。當(dāng)用百分比(％)表示時(shí)，除非另外指出，否則數(shù)量應(yīng)當(dāng)理解為表示重量百分比(％)。符號(hào)w/v表示重量體積比。符號(hào)O3表示臭氧氣體。本說明書使用的所有其它化學(xué)符號(hào)都是指它們的常規(guī)含義。本說明書所用TSS是指懸浮固體物總量。本說明書所用TDS是指總?cè)芙夤腆w量。
現(xiàn)在參照附圖1來舉例說明用于實(shí)施本發(fā)明方法的裝置的整個(gè)圖解。在該實(shí)施中，被有機(jī)污染物、無機(jī)污染物或它們的混合物污染的水源由數(shù)字10表示。可提供泵12來把液體從水源10抽到貯水器14中。在水源10和貯水器14之間放置文丘里管16，其中文丘里管16與氧化劑源18流體相連。當(dāng)呈氣態(tài)時(shí)，氧化劑可包括臭氧、溴、氯、硝基化合物。如果所選氧化劑是液體，則可使用過氧化氫或其它相關(guān)氧化劑。當(dāng)所選的氧化劑不呈氣態(tài)時(shí)，可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適當(dāng)方法將這種氧化劑從例如液態(tài)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)。用文丘里管16把氧化劑從氧化劑源18引入到貯水器14中。
在該實(shí)例中表示的貯水器14包括由至少能經(jīng)受住數(shù)個(gè)大氣壓的材料制成的耐壓容器。該貯水器14包括與文丘里管16流體相連的入口20和出口22。入口20位于高于出口22的位置上。文丘里管16通過夾帶把氧化劑引入到水源內(nèi)。當(dāng)夾帶的氧化劑和水溶液進(jìn)入貯水器14時(shí)，貯水器就被增壓了。
采用本發(fā)明提供的技術(shù)的重要之處在于，在貯水器14內(nèi)保持壓力。這有助于臭氧溶解到溶液中，并促進(jìn)形成微小氣泡(未顯示)。流體從入口20向下走到出口22。如此，氧化劑氣泡就逆流上升到水溶液。當(dāng)溶液有密集的小氣泡時(shí)，這種流動(dòng)方式非常有效。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，相對(duì)于較大氣泡，小氣泡能提供巨大量的表面積。此外，如果保持壓力，較小氣泡就能在溶液中存在更長(zhǎng)時(shí)間，因此提供了最大的氧化能力。貯水器14內(nèi)的箭頭24和26充分地表示了這種逆流機(jī)制。
在貯水器內(nèi)停留足夠時(shí)間后，將存在于出口22的氧化劑進(jìn)行壓力間斷，以誘導(dǎo)流體動(dòng)力空化。通過該機(jī)制，如果壓力被釋放，氣態(tài)氧化劑冒出溶液，并且絮凝物質(zhì)被有效漂浮，于是絮凝相與液相分開?？赏ㄟ^數(shù)字28所概括表示的限流器(可變孔板或其它壓力釋放裝置)來實(shí)行壓力間斷。一旦產(chǎn)生了不同相并且污染物因此從水溶液中分離出，則可將各相進(jìn)行其它單元操作。對(duì)于水相，可通過特殊蒸餾技術(shù)、尤其是離子交換技術(shù)將水進(jìn)一步純化。對(duì)于絮凝物，可通過特殊技術(shù)將絮凝物回收以開發(fā)出絮凝物內(nèi)存在的價(jià)值。在該附圖中沒有顯示出上面引用的隨后單元操作。
附圖2表示的是附圖1裝置的一個(gè)變化方案。在該實(shí)施方案中，提供了由數(shù)字30所概括表示的傳感器，以確保水溶液在流出出口22之前過飽和，并控制通過文丘里管16引入的氧化劑的量。這是通過提供浮控閥32來實(shí)現(xiàn)的，其中該浮控閥漂浮在貯水器14內(nèi)的液面上，并與傳感器34電連接。傳感器34與閥36電連接或機(jī)械連接。閥36與氧化劑供給源直接相連，因此當(dāng)漂控閥32探測(cè)到貯水器14內(nèi)的液面有實(shí)質(zhì)下降時(shí)，傳感器34就發(fā)信號(hào)給閥36，來暫停通過文丘里管16將氧化劑引入該系統(tǒng)、尤其是入口20中。該裝置可用簡(jiǎn)單的排氣管(未顯示)代替。
附圖3表示的是已經(jīng)在附圖1和2中討論過的可替代實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，貯水器14代表地下構(gòu)造，該地下構(gòu)造位于污染源和水相10內(nèi)。該實(shí)施方案確立這一事實(shí)，即本發(fā)明技術(shù)可立即在野外使用。這適用于其中土地構(gòu)造中存在烴、或其它石油/有機(jī)化合物沉積物的情況。當(dāng)土地構(gòu)造由不能維持足夠長(zhǎng)時(shí)間超大氣壓的材料構(gòu)成時(shí)，可用材料將該土地構(gòu)造預(yù)處理，以提供不能滲透的內(nèi)表面、使地面變硬、或制備適用于持久壓力處理的相同構(gòu)造。合適的技術(shù)、化合物或其它處理是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的。
在該方法中，可通過已經(jīng)討論過的大致一樣方法引入氧化劑?？赏ㄟ^地下構(gòu)造14中的入口20將氧化劑引入到該地下構(gòu)造中。如上所述，地下構(gòu)造14包含有機(jī)物、無機(jī)物等的水混合物，將氧化劑增壓引入到該構(gòu)造中將使污染物以附圖1和2所描述的同一機(jī)制(逆流)被氧化。通過泵38可將被氧化物質(zhì)從構(gòu)造14中的出口22轉(zhuǎn)移到用于進(jìn)行壓力間斷的限流器28中，并因此使被氧化的化合物絮凝。一旦絮凝，污染物就被有效地分離出水相，并可進(jìn)行上述后來的單元操作。
為了增強(qiáng)在附圖1-3中討論的系統(tǒng)的有效性，可對(duì)水溶液進(jìn)行電凝單元操作。下面具體描述不同實(shí)施方案。
附圖4表示了另一裝置。在該實(shí)施方案中，通過泵12將廢水從儲(chǔ)罐40中經(jīng)由位于泵12下游的文丘里管16泵送。通過臭氧源18生成的臭氧通過文丘里管16被夾帶在廢水中。然后廢水流過置于貯水器14中的電絮凝池42。在下文中，貯水器14和電絮凝池42一起稱為電絮凝池42。使廢水以湍流方式流過由電絮凝池激發(fā)電子回路44產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)。然后廢水從貯水器14經(jīng)由限流器—其實(shí)例是孔板28流回到儲(chǔ)罐40內(nèi)。
在泵12和文丘里管16之間的廢水流線中，提供了一個(gè)電絮凝池開關(guān)閥門46。在泵12和電絮凝池開關(guān)閥門46之間，有具有排放開關(guān)閥門50的連在儲(chǔ)罐上的排出管線48。在處理廢水期間把電絮凝池開關(guān)閥門46打開，當(dāng)處理后操作者希望從儲(chǔ)罐40排放廢水時(shí)，把該閥門關(guān)上。相反，在廢水處理期間把排放開關(guān)閥門50關(guān)上，在排放廢水時(shí)打開。
通過氣閥52以調(diào)控臭氧向廢水中的流動(dòng)。在下面更詳細(xì)描述的本發(fā)明裝置的一些實(shí)施方案中，氣閥52可任選為電控氣閥。
孔板28可包括用不銹鋼或其它能抗廢水溶解的材料制成的圓板，它插在連接電絮凝池42和儲(chǔ)罐40的管道中，并有至少一個(gè)鋒利的開孔(未顯示)。在下文詳細(xì)描述的示例裝置中，在孔板28中采用一個(gè)比通過文丘里管16的通道大大約10％的單一開孔，這樣在該裝置工作期間，電絮凝池42中的廢水壓力比泵出口壓力低，于是就能確保文丘里管16在其設(shè)計(jì)的工作參數(shù)內(nèi)正常工作。
應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于有些廢水組分，電絮凝池42內(nèi)具有較高壓力可能是有利的，但是如果需要更高的壓力時(shí)，則必須選擇泵12來給文丘里管16提供較高壓力，以提供經(jīng)過文丘里管16的壓降，來在廢水中夾帶一定量的臭氧，這對(duì)于進(jìn)行處理的廢水中的特定組分是有利的。只是減小孔板28中開孔的面積來增加電絮凝池42中的壓力是不可取的，因?yàn)檫@樣不能通過文丘里管16在流體中夾帶足夠的臭氧，這是由于經(jīng)過文丘里管16的壓降將減小?？装?8中開孔面積太大也是不可取的，甚至當(dāng)在電絮凝池42中維持所需壓力時(shí)也是如此，因?yàn)檫@將導(dǎo)致經(jīng)過文丘里管的壓降太大，使得在廢水中夾帶太多的臭氧，導(dǎo)致氣體在電絮凝池42中積聚和臭氧的浪費(fèi)，以及使電絮凝池42的工作效率下降。
附圖5表示了另一裝置。在該實(shí)施方案中，顯示了具有不同電極排列的一組電絮凝池42、42’和42”。電絮凝池42內(nèi)的電極由數(shù)字54代表，并且與桿56和58相連，而桿56和58又與包括其中的控制電路的恒電流源60連接。下文將更詳細(xì)描述電絮凝池42。在該結(jié)構(gòu)中，電絮凝池42的出口22變成電絮凝池42’的入口20，電絮凝池42’的出口變成電絮凝池42”的入口。氧化劑18可按照需要加入，可容易地將液/固分離裝置61合并在該回路中，以在進(jìn)入下一電絮凝池前分離絮凝物和水相。
在不同的電極幾何排列方面，電絮凝池42提供了以空間分離垂直聯(lián)系方式同軸排列的平行板系統(tǒng)。電絮凝池42’提供了伸長(zhǎng)電極排列，而電絮凝池42”包括多松散珠。
雖然附圖5圖解說明了3種不同電極幾何排列，但這僅是舉例說明。電絮凝池42可包括所有相同電極幾何排列方式或其它組合和定量。
附圖6A和6B圖解說明了聯(lián)機(jī)的逆流電絮凝池。在附圖6A中，使用了電絮凝池42，而夾帶的氧化劑和水溶液在入口20進(jìn)入、并且其流動(dòng)方向由箭頭62指示，在出口22流出并在逆流電絮凝池43的入口20進(jìn)入逆流電絮凝池43。在出口22和入口20之間安置了合適的閥門64。在電絮凝池43中的流動(dòng)方向由箭頭66指示。電絮凝池43中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到出口22并最終進(jìn)入限流器28。在出口22和限流器28之間安置了合適的閥門。
附圖6B圖解說明了附圖6A的相反方式，其中電絮凝池42作為逆流電絮凝池，而電絮凝池43作為服務(wù)電絮凝池。如圖所示，在電絮凝池中的流動(dòng)方向也相反。在操作時(shí)，從電絮凝池43中流出的被處理物質(zhì)被轉(zhuǎn)移到電絮凝池42的入口20?？墒褂瞄y門64來限制或消除流動(dòng)。被處理物質(zhì)從出口22和限流器28流出。在限流器28和出口22之間提供了閥門70。
電絮凝池42和43可交替工作以促進(jìn)逆流，并由此在附圖6A和6B的流動(dòng)之間輪流進(jìn)行。這樣，在本說明書中，電絮凝池的出口和入口的引用標(biāo)記必須互換；這不僅是由于結(jié)構(gòu)不同，而且由于操作不同。
在附圖6A和6B之間的循環(huán)操作將根據(jù)需求及時(shí)變換；短循環(huán)可以為30秒到大約10分鐘，長(zhǎng)循環(huán)可以為1小時(shí)到8小時(shí)或8小時(shí)以上。在任意時(shí)間，可有任意數(shù)量的電絮凝池處于服務(wù)方式或逆流方式。
附圖7A和7B表示了與附圖6A和6B類似的裝置，只是在水溶液中捕集碎屑。如圖所示，通常在鄰近各電絮凝池的每個(gè)入口和出口處提供數(shù)字72所示的碎屑捕集器。捕集器可包括能捕集并保留碎屑的所有適當(dāng)材料，例如細(xì)篩網(wǎng)過濾器、墊板、陶瓷球或其它多孔介質(zhì)，但是捕集器應(yīng)當(dāng)能使液體流過。該技術(shù)特征的優(yōu)點(diǎn)在于，能使各電絮凝池保持干凈，并因此提供最佳操作。
附圖8A和8B圖解說明了其中可用逆流回路來使數(shù)字72所示松散珠流動(dòng)的實(shí)施方案。珠子72由導(dǎo)電材料(在下文中進(jìn)一步描述)組成，并在電絮凝池42/43中部分消耗。伴隨傳質(zhì)的是分層；該數(shù)量裝置所固有的逆流循環(huán)使得層流動(dòng)，并進(jìn)一步提供了珠子的自清除益處。
附圖9和10圖解說明了電絮凝池42內(nèi)部構(gòu)造的兩個(gè)交替方案。附圖9圖解說明了其中用于激發(fā)電絮凝池42的電路74(在附圖9結(jié)構(gòu)中未顯示)未封裝在電絮凝池42中的一個(gè)實(shí)施方案；附圖10表示的是，其中提供了用于把電絮凝池激發(fā)電路74封裝在處理縮孔76內(nèi)的較低空腔76的電絮凝池42的結(jié)構(gòu)的底部。附圖9和10所示實(shí)施方案包括用于把過量氣體排放以調(diào)節(jié)電絮凝池42內(nèi)廢水水平的氣體排放管30’。可任選地通過附圖2所示浮控閥傳感器系統(tǒng)30來調(diào)節(jié)電絮凝池42內(nèi)廢水水平。
如附圖9所示，電絮凝池42一般包括通常是圓形徑向橫截面的圓柱形多部件長(zhǎng)套管80，其可由合適的非導(dǎo)電材料例如PVC管或塑料擠塑材料或玻璃纖維組成。
套管80具有空腔82，空腔82上安裝有一組分隔平行板84，舉例說明的是16個(gè)這種板84。除了廢水從文丘里管16流到其中的入口20、廢水從其中流到孔板28的出口22、和上述氣體排放閥30之外，空腔82被密封。
板84可由適合金屬例如鋁制成。附圖11和12圖解說明了其中一種代表性板84。板84有3個(gè)偏心流動(dòng)開孔86，所述開孔的中心分別位于不連續(xù)的3條等角輻射線88、90、92上。流動(dòng)開孔86具有鋒利邊緣94。板84還具有中心開孔96和3個(gè)桿開孔98，3個(gè)桿開孔的中心分別位于等分輻射線88、90、92的不連續(xù)輻射線上，桿開孔98的中心優(yōu)選以和流動(dòng)開孔86的中心相同的徑向距離與板84的中心分隔。板84具有環(huán)狀對(duì)稱；桿開孔98在圓周意義上與流動(dòng)開孔86交替。
如附圖9所示，板84上安裝有用化學(xué)惰性堅(jiān)固材料例如尼龍制成的桿100，其中在桿100的每一端都刻上螺紋以接受配套螺母102。一組與板84交替安裝在桿100上的15個(gè)相同環(huán)形墊片104在連續(xù)板84間保持適當(dāng)?shù)拈g距。通過將螺母102擰緊在板84的最外層，把板84、墊片104、和桿100裝配在一起。如上所述，使廢水以彎曲路徑流過電絮凝池42以改善絮凝是有利的。在廢水流過的開孔86和98附近產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)也是有利的。為了產(chǎn)生廢水流動(dòng)的彎曲路徑，板84在位相關(guān)系中沿著桿100交替，因此在該裝配中，任一所選板84的流動(dòng)開孔86的中心與相鄰板84的桿開孔98的中心在所選板84的任一側(cè)(在縱向意義上)排成一行，這就使廢水通常沿彎曲路徑流動(dòng)，以穿過較大的流動(dòng)開孔86。另外，開孔86的鋒利邊緣94促進(jìn)了在廢水中形成湍流并局部集中電場(chǎng)。
為了將板84連在電絮凝池激發(fā)電路74上，并將板以上述所需排列方式保持在一起，將2個(gè)金屬桿106、108從每一板84中的徑向相對(duì)的桿開孔及流動(dòng)開孔98、86插入，并在焊接位置110焊接到桿開孔邊緣上。桿106、108因此與桿100平行地插入穿過板84中心的平面。桿106、108都交替自由穿過一個(gè)板84中的流動(dòng)開孔86的中心，并被焊接在下一板84中的桿開孔98上。所得結(jié)構(gòu)將板交替分成2組，每一組都被焊接并因此與彼此分離的桿106、108中之一電連接。桿106、108又通過導(dǎo)線110、112與電絮凝池激發(fā)電路74相連，并被以下述方式提供電流。
電流通過兩個(gè)桿106、108分配到板84上。板84可由鋁制成，但也可以用鐵和其它能容許金屬溶解到溶液中的材料制成。對(duì)于有些廢水組分，使用2個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)的電絮凝池42、每一電絮凝池42具有不同板材料以產(chǎn)生不同電化學(xué)作用是有利的?？蓱{經(jīng)驗(yàn)選擇最佳板材料以與靶污染物相適應(yīng)。例如，對(duì)于某些污染物，可使用銅、碳或鈦。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與簡(jiǎn)單的、現(xiàn)有技術(shù)提供的、浸泡在流動(dòng)室或在水流中通過電絮凝池構(gòu)造設(shè)計(jì)排列的同心管中的長(zhǎng)方形板相比(這兩種現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)都使廢水平行于板流動(dòng))，其中使廢水與板84(對(duì)水流構(gòu)成部分障礙)和可控制的溶解氧化劑(在附圖1-3中討論的)猛烈碰撞的板84結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)電凝效果。
電絮凝池激發(fā)電路74通常整流并控制從外電源(未顯示)接收的輸送管線上的，其中電流通過導(dǎo)線110、112被脈沖寬度調(diào)節(jié)并施加到板84上，由此就周期性地供給板84能量，這樣通過足以在板84附近建立相當(dāng)強(qiáng)電場(chǎng)的電壓，交替板在電位方面不同。通過改變施加到板84上的電流脈沖的脈沖寬度，可調(diào)節(jié)集成電流(和電絮凝池消耗的能量)。在大多數(shù)條件下，通常約1Hz-約1000Hz的脈沖頻率和約0.1Ain-2-10Ain-2的集成電流密度是合適的。因?yàn)殡娏髋c廢水的電導(dǎo)率有關(guān)，并且廢水電導(dǎo)率在裝置工作期間可能改變，所以電絮凝池激發(fā)電路74在板84之間進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)量，是在脈沖之間測(cè)量以確定下一脈沖的最佳脈沖寬度。電絮凝池激發(fā)電路74還周期性地反轉(zhuǎn)脈沖的極性，以防止在板上累積聚結(jié)物。
電絮凝池激發(fā)電路74可包括電絮凝池信號(hào)發(fā)生器、電源開關(guān)裝置、類似于模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、信號(hào)放大器、和使電絮凝池工作最佳化的其它電路元件?？稍诓贿B續(xù)器件例如二極管和晶體管中，但是如附圖13和14所示、優(yōu)選在能操作數(shù)學(xué)表達(dá)式電子等值的數(shù)字邏輯設(shè)備中運(yùn)行這些電子部件。如附圖15和16所示，電絮凝池激發(fā)電路74可使用微處理器114以能用外置計(jì)算裝置例如鏈接訪問程序-TOP計(jì)算機(jī)或其它串行數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)進(jìn)行編程控制。
附圖13、15、16、和14提供了電絮凝池激發(fā)電路74的適當(dāng)實(shí)施方案的詳細(xì)的概略電路圖(附圖13和14)或原理框圖(附圖15和16)。
電路74的優(yōu)選實(shí)施方案包括單極性電源，該單極性電源包含給電絮凝池42提供整流的DC輸出的橋式整流器(未顯示)。提供了極性換向電路以周期性地反轉(zhuǎn)流過電絮凝池42的電流的極性。如附圖14所示，或者當(dāng)使用微處理器控制系統(tǒng)例如附圖15中所示的微處理器系統(tǒng)時(shí)如附圖16所示，通過把電絮凝池42置于“H”模式的電流開關(guān)裝置內(nèi)(在附圖13中一般由數(shù)字116表示)，可實(shí)現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)。這種裝配可以是半導(dǎo)體開關(guān)裝置例如硅控整流器、絕緣柵雙極型晶體管或其它能開關(guān)大電流的裝置，其實(shí)例應(yīng)當(dāng)具有大范圍頻率。極性反轉(zhuǎn)的頻率最好憑經(jīng)驗(yàn)確定，并將取決于欲從廢水中除去的污染物的性質(zhì)和量。
除了周期性地反轉(zhuǎn)極性以外，還通過附圖13或15中所示的電路74的脈沖寬度調(diào)節(jié)部分來調(diào)節(jié)施加到電絮凝池42上的電流的脈沖寬度。脈沖寬度是由廢水的電導(dǎo)率決定的，而選擇的脈沖寬度則決定了流過電絮凝池42的時(shí)間平均電流。脈沖寬度可以為幾納秒—數(shù)秒，只要容許具有寬范圍電導(dǎo)率的廢水能通過單個(gè)電絮凝池結(jié)構(gòu)和固定電源被處理即可。在下述示例性實(shí)施方案中，可處理廢水的范圍是，一般是湖泊飲用水的電導(dǎo)率為50mmhos的近淡水到電導(dǎo)率超過100mmhos的濃海水。因?yàn)殡娐?4連續(xù)地測(cè)定電導(dǎo)率，該裝置可處理電導(dǎo)率變化很快的廢水，例如從淡水電導(dǎo)率變?yōu)辂}水電導(dǎo)率的魚類加工廠廢水流。電路74在原位測(cè)量流過電絮凝池的廢水的即時(shí)電導(dǎo)率。這種測(cè)定被用來限制足以使電凝現(xiàn)象最大化的供給電絮凝池的電流水平。可通過與電路74接口的外置電導(dǎo)率傳感器(未顯示)獲得該電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，或者使用時(shí)分多路傳輸，對(duì)于用激發(fā)電流進(jìn)行的電導(dǎo)率測(cè)定，電絮凝池42的內(nèi)電極(桿106、108)可分時(shí)，以提供類似數(shù)據(jù)。通過附圖15中數(shù)字118所示的電流變換器電流測(cè)定裝置來測(cè)定電絮凝池電流，以輸給微處理器114來調(diào)節(jié)該電絮凝池的能量消耗；同一電流值數(shù)據(jù)還可用來計(jì)算廢水的電導(dǎo)率。
附圖15和16圖解說明了使用微處理器114來進(jìn)行PWM控制。在附圖15中，參照數(shù)字120、122、124分別代表從溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器、和渾濁度傳感器傳輸?shù)轿⑻幚砥?14的數(shù)據(jù)線。附圖16表示附圖15中以虛線概括的部分的不連續(xù)部件的方案，附圖15中的區(qū)塊126表示通過附圖16所示的4個(gè)不連續(xù)部件128、130、132、134實(shí)施的功能。同樣，附圖15中數(shù)字136所示的數(shù)據(jù)線代表附圖16中所示的4條信號(hào)線138、140、142、144。參照數(shù)字146表示通過運(yùn)算放大器146將電流數(shù)據(jù)從電流變換器電流測(cè)定裝置118提供給微處理器114的數(shù)據(jù)線。參照數(shù)字148表示從外置計(jì)算裝置例如鏈接訪問程序-TOP計(jì)算機(jī)或其它給微處理器114編程序的串行數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)開始的通信數(shù)據(jù)流如上所述，選用文丘里管16和孔板28，于是電絮凝池42在提供電絮凝池42內(nèi)氣體溶解的壓力下工作。在電凝期間通過電解在電絮凝池42內(nèi)產(chǎn)生的氣體將保留在溶液內(nèi)直至以壓力減小為形式的壓力間斷開始為止。只要廢水維持在大氣壓以上的壓力，通過文丘里管16夾帶在廢水中的臭氧就將溶解在電絮凝池42內(nèi)的廢水中。臭氧是強(qiáng)氧化劑和凝結(jié)劑(也可使用過氧化氫、氯、溴、硝基化合物或其它適當(dāng)氧化劑)。
體現(xiàn)出作為提供了其中廢水以湍流方式通過的集中電場(chǎng)的優(yōu)選特征的電絮凝池42的機(jī)械構(gòu)造可用其它構(gòu)造代替。如附圖17的螺旋結(jié)構(gòu)150所示，廢水被離心加速，因?yàn)榱黧w被置于上板152和下板154(附圖18)(下板154在該螺旋結(jié)構(gòu)的垂直壁156之間限制了水流)之間的集中電場(chǎng)作用，因此就使固體被分離。因?yàn)閺U水在該螺旋結(jié)構(gòu)外端從入口158流向螺旋結(jié)構(gòu)150的中心，所以產(chǎn)生了兩個(gè)獨(dú)立的流出相；一個(gè)流出相是固體泥漿流，另一個(gè)是被處理的液體。這兩個(gè)流出物達(dá)到中心后被擋板160分隔，這使得被處理的水從出口162流出，固體泥漿從出口164流出。
可任選地通過在板84之間進(jìn)行高電壓脈沖等離子體放電來影響電絮凝池42內(nèi)的整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)，其中所述高電壓脈沖等離子體放電是通過附圖19中虛線所概括表示的電路施加到電絮凝池42上的。將能量脈沖釋放到水或水固泥漿中是電液現(xiàn)象，其特征是通過液下電極開口周期性地快速釋放累積的電能。在電絮凝池激發(fā)電路74的控制下，電絮凝池42的板84被分時(shí)。如此，在板84之間進(jìn)行等離子體放電期間，板84的正常激發(fā)在這段預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)停止。等離子體放電完成后，繼續(xù)執(zhí)行正常激發(fā)。產(chǎn)生的高離子化及高壓化等離子體通過離解、激發(fā)和離子化把能量傳遞給廢水流。等離子體放電產(chǎn)生了高壓沖擊波(＞14000ATM)。與有關(guān)化學(xué)變化一起發(fā)生了強(qiáng)烈空化，并把懸浮和溶解的固體從水中分離出來。等離子體放電還對(duì)板有清洗作用，并有助于保持干凈的電子表面。
附圖19圖解說明了在具有1對(duì)板168的試驗(yàn)電絮凝池166中、在板168的正常激發(fā)停止期間、等離子體放電是如何成功地產(chǎn)生的。該等離子體放電是通過從適當(dāng)輸入電源172(通過電感器174與電絮凝池166相連)充電的大電容器組170產(chǎn)生的。電容組170間的電壓不足以在電絮凝池166的板168間引起等離子體放電。放電是通過包含脈沖產(chǎn)生器176和升壓器178的電感器啟動(dòng)的。脈沖產(chǎn)生器176是在電絮凝池激發(fā)電路74的控制下、由信號(hào)線180控制的。脈沖產(chǎn)生器176把觸發(fā)脈沖施加到升壓器178，升壓器178誘導(dǎo)出高電壓脈沖來施加到板168間，以在板168間產(chǎn)生電火花。該電火花產(chǎn)生通過電絮凝池166的離子化路徑。該路徑一旦產(chǎn)生，貯存在電容器組170中的電荷就能沿著該離子化路徑流動(dòng)。電感器174阻止電火花流通過電容器組170到達(dá)地面。
在具有多個(gè)板的電絮凝池42中，希望在任一對(duì)相鄰板84之間的電火花產(chǎn)生足以清洗所有板84的等離子體放電，因此通過用于給板84提供正常激發(fā)的同一連接線110、112的分時(shí)，有能力給所有板84對(duì)施加高壓脈沖，盡管在任一特定放電中電火花有可能僅在一個(gè)相鄰板84對(duì)間跳動(dòng)。因此在附圖19中虛線所概括表示的電路可用于具有多個(gè)板84的電絮凝池42。然而，需要分時(shí)電路系統(tǒng)(未顯示)來把電火花放電的電擊作用與激發(fā)電壓隔離開。
或者，也可以在板84附近使用獨(dú)立的電火花隙(未顯示)。獨(dú)立電火花隙優(yōu)選置于接近入口20處，在這兒有能促進(jìn)電火花形成的氣體(主要是臭氧)。
如附圖20所示，可選擇性地通過纏繞在電絮凝池42上的磁場(chǎng)線圈182來影響電絮凝池42內(nèi)的整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)。將磁場(chǎng)線圈182重復(fù)脈沖以產(chǎn)生磁場(chǎng)。在下述實(shí)施例中討論的示例性裝置中，用180伏特脈沖獲得了磁場(chǎng)強(qiáng)度超過10000高斯的磁場(chǎng)。作為該改進(jìn)的結(jié)果，從廢水中除去雜質(zhì)所需的時(shí)間或通過電絮凝池的次數(shù)下降了高達(dá)20％。
在提供本發(fā)明裝置的有效性的實(shí)施例之前，先介紹圖解說明電絮凝池42的兩個(gè)替代方案的附圖21和22。
在附圖21中，為了清除起見，已經(jīng)去掉了一些部分，桿100(參見附圖9介紹)被可旋轉(zhuǎn)地安裝在電絮凝池42內(nèi)，并且可通過電動(dòng)機(jī)182進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)182可由電路74或其它合適電源(未顯示)驅(qū)動(dòng)。各個(gè)板84被安裝在桿100上，并且可在套管80內(nèi)原位旋轉(zhuǎn)。板84的旋轉(zhuǎn)有助于其自身清洗，并因此有助于維持整個(gè)電絮凝池的運(yùn)轉(zhuǎn)。為了進(jìn)一步增強(qiáng)氧化/絮凝過程，桿100可具有螺旋鉆184，以在電絮凝池42內(nèi)傳送液體，并促進(jìn)溶解的氣體與水溶液的逆流相互作用。這些內(nèi)容已經(jīng)在附圖1-3中討論過。
附圖22圖解說明了電絮凝池42的類似視圖，但是使用珠子72以代替板84。珠子72包含與板84類似的材料。珠子的大小可以為50目—1.5”，當(dāng)然這將取決于電絮凝池42的具體需要。從電源60(未顯示)提供的電流通到桿56和58中，桿56和58與導(dǎo)電性珠子72作用。提供的螺旋鉆桿184使珠子72在電絮凝池內(nèi)循環(huán)或逆流動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是，在該過程中珠子能有效地清除碎屑，因此就提供了有助于有規(guī)律進(jìn)行工作的新鮮的反應(yīng)表面。該流動(dòng)還促進(jìn)了珠子更統(tǒng)一的質(zhì)量損失，而不是使一部分珠子相對(duì)于其它珠子具有不成比例的質(zhì)量。作為伴隨優(yōu)點(diǎn)，這促進(jìn)了過程控制。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用該裝置的珠子或顆粒改型，珠子能提供相對(duì)于空間水體積的大表面積，使得對(duì)于低進(jìn)料量電導(dǎo)率能提供同等處理。實(shí)際上，當(dāng)使用珠子來獲得與使用大板型電極所取得的結(jié)果相同的結(jié)果時(shí)，需要非常低的安培數(shù)來操作電絮凝池。
下面用實(shí)施例來描述本發(fā)明。
依據(jù)本發(fā)明裝配的上述示例性試驗(yàn)裝置具有下述特征。
為了使用在附圖9-12中圖解說明的示例性電絮凝池42，選擇能在60psi標(biāo)稱壓力下以6加侖/分鐘的速度泵送灰水或污染水的泵12，文丘里管16是684型Mazzie Injector，氣閥52是針閥，選擇臭氧源以每小時(shí)提供大約4克臭氧。將電絮凝池42內(nèi)的廢水壓力選取為大約是泵壓的一半，這樣當(dāng)泵出口壓力為60psi時(shí)，電絮凝池42內(nèi)廢水壓力為30psi。在這樣設(shè)計(jì)的電絮凝池18中，通常經(jīng)過文丘里管16后壓力下降至約泵壓的一半是令人滿意的。為了提高該過程的效率，可使用更高壓力，但是采用更大的泵和驅(qū)動(dòng)該泵的能量使得成本更高。
在下述描述中，對(duì)于提供下述試驗(yàn)結(jié)果的特定電絮凝池42，提供了精確尺寸，但是應(yīng)當(dāng)理解，可將該電絮凝池42依比例標(biāo)成設(shè)計(jì)者認(rèn)為適當(dāng)?shù)娜我獬叽纭?br> 套管18的直徑不重要。在下述描述中，為了舉例說明，采用3英寸內(nèi)徑。
板84是用0.125”厚的6061-T6型鋁制成的，直徑為2.990”。開孔86的直徑為1.000”，并且其中心位于距離該板中心0.875”處、不連續(xù)輻射線88、90、92上。開孔96的直徑為0.380”，3個(gè)直徑為0.265”的桿開孔98的中心分別位于距離該板中心0.875”處、對(duì)切輻射線88、90、92的不連續(xù)輻射線上。
板84上安裝有直徑為3/8”的6.500”尼龍桿，該桿在每一端都有用于用尼龍螺母102固定的螺紋。板84通過1組15個(gè)直徑為0.500”的聚四氟乙烯墊片彼此縱向等距分隔，所述聚四氟乙烯都具有0.375”的開孔，并且厚度為0.250”。
選取直徑為1/4”、長(zhǎng)14.250”的金屬桿106、108，并且二者彼此間隔1.750”。
電絮凝池激發(fā)電路系統(tǒng)50從三相220VAC 60Hz電線獲取能量。根據(jù)廢水電導(dǎo)率來選擇串聯(lián)板84之間的電位。對(duì)于高電導(dǎo)率廢水，例如魚類加工廠廢水，一般采用低至約30伏特的電壓，在電絮凝池中通以20安培電流。這反映了在電絮凝池中約600瓦的功率損耗功耗，對(duì)于在直徑為3英寸并具有上述結(jié)構(gòu)的電絮凝池中的較低電導(dǎo)率水，這是合適的能量耗散值。通過脈沖寬度為6.5微秒—2秒的脈沖以600Hz的脈沖頻率給板提供能量，因此就產(chǎn)生了時(shí)間平均值為20-25安培的電流。在較電絮凝池中，采用較大電流是可能以及可取的(雖然這樣運(yùn)轉(zhuǎn)成本會(huì)更高)，但是為了防止在小電絮凝池中產(chǎn)生過熱，必須限制電流。發(fā)現(xiàn)對(duì)于欲在本試驗(yàn)中除去的污染物，在30秒—2分鐘的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行脈沖極性反轉(zhuǎn)是合適的。
對(duì)于平常的鹽水污物，如果采用等離子體放電，發(fā)現(xiàn)采用約4000V的放電電壓、在5秒時(shí)間間隔內(nèi)放電是令人滿意的。
下面提供使用上述示例性廢水處理裝置的試驗(yàn)結(jié)果。“BOD”表示在5天期間的BOD。
實(shí)施例1從位于Killybegs，Ireland的大型魚類加工廠中取污水樣本。在取樣期間，該工廠正進(jìn)行馬鮫魚和青魚加工。在篩選后、排入污水排放系統(tǒng)之前取樣。
用該測(cè)試單元處理大約6升污水樣本。將未處理污水和被處理的污水取樣并分析。分析結(jié)果如表1所示。
表1對(duì)魚類加工廢水的處理試驗(yàn)篩選后未處理廢水(樣本1)被處理廢水(樣本2)pH 6.7 7.3BOD5mg/l 1160 50*BODmg/l 2080 70懸浮固體mg/l580 23*從BOD、COD比例或被處理樣本4計(jì)算得到的。
污水在處理期間絮凝得很好，大多數(shù)絮凝物質(zhì)到達(dá)液體頂部。污水中BOD減少了約95％(顯著下降)，COD和懸浮固體水平也有類似程度的下降。樣本pH輕微增加到7.3，但是對(duì)于排放不會(huì)產(chǎn)生任何后果。在本項(xiàng)試驗(yàn)中，污水通過了3次電絮凝池42。
實(shí)施例2從位于Killybegs，Ireland的大型魚類加工廠中取污水樣本。該處理試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
表2對(duì)魚類加工廢水的處理試驗(yàn)篩選后未處理廢水(樣本3)被處理廢水(樣本4)pH 6.6 7.7BOD5mg/l2580 104BODmg/l 6400 152懸浮固體mg/l 1560 30BOD、COD、和懸浮固體都減少了95％以上。處理后樣本的pH增加到7.7。在本項(xiàng)試驗(yàn)中，污水通過了3次電絮凝池42。
實(shí)施例3從位于Killybegs，Ireland的大型魚類加工廠中取污水樣本。該工廠正進(jìn)行馬鮫魚加工，并且預(yù)計(jì)有大量油被排放到污水中(高達(dá)20％)。該工廠管理人員在其意見中聲稱，這次排放代表其中一種最壞的廢水強(qiáng)度。該樣本處理試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
表3馬鮫魚加工廢水的樣本篩選后未處理廢水(樣本3)被處理廢水(樣本4)pH 6.4 6.85BOD5mg/l 7400 24BODmg/l 28800 320懸浮固體mg/l5460 78結(jié)果表明，BOD、COD、和懸浮固體都減少了95％以上。在本項(xiàng)試驗(yàn)中，污水通過了6次電絮凝池18。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)公開的已知電絮凝池中的板相比，本發(fā)明裝置中的板84腐蝕得很慢。據(jù)信這是由于，逆流溶解的氣體和板84的表面積相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)減小了，以及板84中開孔86、98的鋒利邊緣，孔板82中開孔的鋒利邊緣。這種鋒利邊緣使電場(chǎng)被集中，并且使用等離子體放電能導(dǎo)致空化?？栈构腆w解體，但是一旦解體，形成的碎片就再結(jié)合并使水比空化前更清。然而，通過板84中開孔86、98的鋒利邊緣、和孔板28中的開孔、或通過采用等離子體放電形成的空化對(duì)于電絮凝池42的工作不是必要的。對(duì)電絮凝池42的反壓是必要的，因此可通過任意適當(dāng)大小的壓縮物替代孔板28。
總之，在具有反壓的封閉電絮凝池或貯水器中使用氧化劑增大了該系統(tǒng)中形成用于反應(yīng)的氧化劑小氣泡的可能性。對(duì)于在水系統(tǒng)中分離污染物，單獨(dú)的該方案就非常有效。當(dāng)在該方案中再加上上述電化學(xué)方案時(shí)，就能協(xié)同提供高效分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)可作為單元操作合并到其它操作中。
雖然上文已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施方案，但是本發(fā)明并不限于此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，只要不背離本發(fā)明所述和要求保護(hù)的實(shí)質(zhì)、性質(zhì)和范圍，可作很多形成本發(fā)明一部分的改變。
權(quán)利要求
1.從水溶液中分離污染物的連續(xù)方法，所述方法包括下述步驟提供含有污染物的水溶液；提供具有入口和出口的封閉貯水器，其中入口所處的位置比出口高；將該水溶液置于所述貯水器中；把氧化劑夾帶入該水溶液中；在所述貯水器中保持超大氣壓，以使氧化劑氣泡最小，由此使得與所述水溶液中污染物反應(yīng)的該氧化劑氣泡有效表面積最大；氧化所述污染物；和選擇性地誘導(dǎo)貯水器外壓力間斷，以將被氧化的污染物從該水溶液中絮凝到分離相內(nèi)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中還包括根據(jù)所述貯水器外壓力調(diào)節(jié)所述超大氣壓的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中夾帶的氧化劑和所述水溶液在貯水器內(nèi)逆向流動(dòng)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中還包括在所述貯水器中提供壓力釋放以釋放未溶解氣態(tài)氧化劑的步驟。
5.權(quán)利要求1的方法，其中還包括控制所述水溶液和氧化劑在所述貯水器中停留時(shí)間的步驟。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述壓力間斷是通過將被氧化的水溶液流過孔板來誘導(dǎo)的。
7.權(quán)利要求6的方法，其中在流過所述孔板的水溶液中形成羥基/基團(tuán)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中還包括從所述水溶液中分離絮凝相的步驟。
9.權(quán)利要求1的方法，其中還包括把電絮凝池置于所述貯水器中以在所述水溶液中電凝所述污染物的步驟。
10.權(quán)利要求9的方法，其中還包括在所述貯水器中提供多個(gè)空間分隔的電極以與所述水溶液接觸的步驟。
11.權(quán)利要求9的方法，其中還包括在所述貯水器中提供顆粒狀導(dǎo)電材料并對(duì)所述材料施加電流以使所述電絮凝池發(fā)生電凝的步驟。
12.權(quán)利要求9的方法，其中還包括誘導(dǎo)湍流以流過所述電絮凝池的步驟。
13.權(quán)利要求1的方法，其中還包括將所述水溶液在所述貯水器中處理之前進(jìn)行預(yù)處理的步驟。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述預(yù)處理步驟包括將懸浮固體從所述溶液中除去。
15.從水溶液中分離污染物的連續(xù)方法，所述方法包括下述步驟提供含有污染物的水溶液；提供具有入口和出口的封閉貯水器，其中入口所處的位置比出口高；將電絮凝池安置在貯水器中以給所述水溶液提供電場(chǎng)；將該水溶液導(dǎo)入所述貯水器中；把氧化劑夾帶入該水溶液中；在所述貯水器中保持超大氣壓，以使氧化劑氣泡最小，由此使得與水溶液中污染物反應(yīng)的該氧化劑氣泡有效表面積最大；氧化所述污染物和氧化劑，并通過暴露于所述電場(chǎng)來絮凝污染物；和選擇性地誘導(dǎo)該貯水器外壓力間斷，以將剩余的所有被氧化的污染物從所述水溶液中絮凝到分離相內(nèi)。
16.權(quán)利要求15的方法，其中還包括把所述水溶液預(yù)處理以將不溶物從該水溶液中除去的步驟。
17.權(quán)利要求15的方法，其中還包括在夾帶的氧化劑和所述水溶液之間誘導(dǎo)逆向流動(dòng)的步驟。
18.權(quán)利要求15的方法，其中還包括在所述貯水器以誘導(dǎo)湍流以增強(qiáng)所述電絮凝池、氧化劑以及水溶液間的接觸的步驟。
19.權(quán)利要求15的方法，其中還包括在所述貯水器內(nèi)將所述電絮凝池旋轉(zhuǎn)的步驟。
20.權(quán)利要求15的方法，其中所述電絮凝池包括多個(gè)空間分隔的電極，每一電極彼此都絕緣。
21.權(quán)利要求15的方法，其中所述電絮凝池包括多個(gè)可移動(dòng)電極以增強(qiáng)電極與所述氧化劑和水溶液的接觸。
22.從水溶液中分離污染物的方法，所述方法包括下述步驟a.提供含有污染物的水溶液；b.在將氧化劑保持在溶液中的可調(diào)節(jié)超大氣壓下，用氧化劑氧化該水溶液；c.將水溶液暴露于電絮凝池以電凝污染物；和d.選擇性地誘導(dǎo)壓力間斷以將凝結(jié)和被氧化的污染物從水溶液中絮凝到分離相內(nèi)。
23.權(quán)利要求22的方法，其中步驟c包括提供多個(gè)電絮凝池，被處理水從其中一個(gè)所述電絮凝池作為進(jìn)料流被被引入到相鄰電絮凝池。
24.權(quán)利要求22的方法，其中電絮凝池包括多個(gè)空間分隔的板電極、不連續(xù)顆粒狀電極或它們的組合中至少之一。
25.權(quán)利要求1的方法，其中還包括提供以下述方式排列的多個(gè)貯水器的步驟一個(gè)所述貯水器的出口與相鄰貯水器的入口通過閥門連接，可調(diào)節(jié)所述閥門以逆流到所連貯水器中。
26.權(quán)利要求15的方法，其中還包括提供以下述方式排列的多個(gè)貯水器的步驟一個(gè)所述貯水器的出口與相鄰貯水器的入口通過閥門連接，可調(diào)節(jié)所述閥門以逆流到所連貯水器中。
27.權(quán)利要求22的方法，其中還包括提供以下述方式排列的多個(gè)貯水器的步驟一個(gè)所述貯水器的出口與相鄰貯水器的入口通過閥門連接，可調(diào)節(jié)所述閥門以逆流到所連貯水器中。
28.用于從水溶液中分離污染物的裝置，所述裝置包括含有污染物的水源；具有入口和出口的封閉耐壓貯水器，其中入口處于比出口高的位置，入口與水源連在一起；在壓力下將氧化劑引入所述貯水器中的手段；置于該貯水器內(nèi)用于電凝水源中物質(zhì)的電絮凝池；向電絮凝池中提供電流的手段；和用于選擇性地在被處理水溶液中誘導(dǎo)流體動(dòng)力空化作用以把被氧化的污染物從水溶液中絮凝到分離相內(nèi)的手段。
29.權(quán)利要求28的裝置，其中所述貯水器包括至少一個(gè)耐壓容器。
30.權(quán)利要求28的裝置，其中所述貯水器包括地下接地構(gòu)造。
31.權(quán)利要求28的裝置，其中所述電絮凝池包括多個(gè)空間分隔的電極。
32.權(quán)利要求31的裝置，其中所述多個(gè)空間分隔的電極是共軸排列。
33.權(quán)利要求31的裝置，其中所述電極包括由導(dǎo)電材料制成的各個(gè)板。
34.權(quán)利要求33的裝置，其中所述板是固體。
35.權(quán)利要求33的裝置，其中所述各個(gè)板包括可滲透殼，在該殼中放置有顆粒狀或密封的導(dǎo)電材料。
36.權(quán)利要求31的裝置，其中所述電絮凝池在貯水器中和空間分隔的電極間包含分離的導(dǎo)電材料的珠子或顆粒。
37.權(quán)利要求33的裝置，其中所述板包含由于在所述貯水器內(nèi)誘導(dǎo)水溶液湍流的手段。
38.權(quán)利要求36的裝置，其中所述貯水器包含用于使所述珠子或顆粒在所述電絮凝池中運(yùn)動(dòng)的器具。
39.權(quán)利要求28的裝置，其中所述裝置包含多個(gè)貯水器，每一貯水器包含具有所述電極的電絮凝池，其中所述每一貯水器包含多個(gè)固體板電極、在所述貯水器中的電極間含有導(dǎo)電材料珠子或顆粒的可滲透電極、或它們的組合中的至少一種。
40.權(quán)利要求28的裝置，其中所述貯水器包含用于釋放該貯水器內(nèi)的過量壓力的過壓力釋放手段。
41.權(quán)利要求28的裝置，其中所述裝置包括可由貯水器中和用于把所述氧化劑引入貯水器以將氧化劑釋放到所述貯水器內(nèi)的器具中的水溶液水平操作的液體傳感器手段。
42.權(quán)利要求28的裝置，其中用于有選擇地誘導(dǎo)流體動(dòng)力空化的手段包含用于在所述貯水器出口調(diào)節(jié)出口壓力的可變孔閥。
43.權(quán)利要求34的裝置，其中所述板包含有分隔關(guān)系的開孔。
44.權(quán)利要求43的裝置，其中所述開孔誘導(dǎo)所述水溶液的湍流。
45.權(quán)利要求44的裝置，其中所述開孔將在該開孔內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)局部集中。
46.權(quán)利要求28的裝置，其中所述裝置包括多個(gè)以交替反向關(guān)系排列的耐壓容器，其中一個(gè)容器的出口與相鄰容器的入口相連。
47.權(quán)利要求46的裝置，其中所述相連的容器包含置于它們之間用于選擇性操作以使貯水器內(nèi)容物逆流的閥門。
全文摘要
用于從含有污染物的水源中分離污染物的方法和裝置。該方法包括使用溶于水系統(tǒng)中的高能氧化劑。氣體在貯水器內(nèi)溶于水溶液中,并且貯水器內(nèi)的壓力是可控制的。這使得溶解的氧化氣體與污染物最大接觸。一旦被氧化,貯水器的出口就被調(diào)節(jié)以形成液壓空化,誘導(dǎo)形成泡沫,而泡沫把絮凝物從水溶液轉(zhuǎn)移到分離相中。也可在該操作中加上電凝法。這包括使用置于含有氧化劑的貯水器內(nèi)的電絮凝池。通過提供電極并使電極暴露于水流,水溶液中的污染物既可以被氧化,也可以被降解,并通過溶解的氣態(tài)氧化劑補(bǔ)充了氧化作用。
文檔編號(hào)C02F1/463GK1275538SQ00107920
公開日2000年12月6日 申請(qǐng)日期2000年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月21日
發(fā)明者勞倫斯·蘭伯特, 史蒂夫·克雷斯亞克 申請(qǐng)人:應(yīng)用氧化技術(shù)(2000)公司