專利名稱：廢水處理方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及廢水處理方法和裝置，更具體來說，本發明涉及用傳質技術和電凝法從水溶液中分離出污染物的方法。
從水系統中分離出或除去污染物的難題已經成為困擾本領域多年的復雜問題。到目前為止，因為工業發展所帶來的水污染正日趨嚴重，本領域正同其它工業方法一起發展。起初，水處理僅是簡單地通過加入適于引起一些物質沉淀的材料、過濾、離子交換和其它方法來進行的。隨著對干凈水嚴格要求的不斷提高，人們采用了電化學方法。概括來說，人們發現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合進行。
其中一篇本發明選作參考的文獻是公開于1914年5月5日的Landreth的第1095893號美國專利。該專利涉及電化學處理，并且在該專利中，專利權人認為，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，即沉降槽可用于幫助物質沉降(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“經歷迂回過程，由此任何加到其中或其中含有的物質可充分混合，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，同時其它電解板的交替系列板凹進它們的末端。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間提供液體的適當通道和循環以及液體在裝置中的運動，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的剖面轉角。通過該方法，進行處理的液體以其流速轉移并與各自電解板的整個表面接觸，以確保所需的電處理。”雖然該公開文件可用于對水的電化學處理方法提供指導，但是它沒有提及加入氧化物質例如臭氧。此外，該專利的教導是限制在電化學；該公開文件對于溶解空氣浮選法、流體水動力學、空化、絮凝、或其它能增加該專利所述電化學槽實用價值的流體動力原則沒有提供任何詳細描述。
在公開于1915年7月20日、Landreth的第1146942號美國專利中，提供了在前述專利中已經討論過的問題的改變。該參考文獻清楚地指出，電極具有不同極性，并且可使用合適的電極改變開關(其實例如圖中26所示)來變換電流以使一組電解板在一定時間內作為陰極、而另一組電解板在該期間內作為陽極。該公開文件通過提供極性排列以改變裝置內各電解槽的極性而使現有技術得到了發展。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，據信該裝置在處理多種污染物(有機物、無機物、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號美國專利中，專利權人又論述了通過裝置來進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單的化學反應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的再循環以在裝置中進一步處理。
公開于1973年4月17日、Preis等人的第3728245號美國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。該專利權人認為，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殺菌作用。該公開文件通過采用氧化劑增強電凝而發展了由Landreth等人建立起來的現有技術。雖然該公開文件對現有技術提供了進一步指導，但是對于在處理的含水材料的出口流中，通過不連續壓力來空化或形成絮凝物方面沒有提供任何討論。
其它通常相關的文獻包括公開于1909年3月2日、Korten等人的第913827號美國專利；公開于1970年8月11日、Mehl等人的第3523891號美國專利；第5928493、5705050、5746904和5549812、3846300、5587057以及5611907號美國專利。
電解法通常有用的，然而，設計的電解槽使得電極經常出現碎屑，因此將改變電解槽電流的要求。此外，現有裝置中的許多電解板相當大，并且對于增大表面積以由此增加與水中被處理污染物的反應的數量，不能提供任何改善。當然，這導致較低程度的相互作用，并且從由于碎屑集結而導致的電流要求的角度來考慮，還導致運轉電解槽所需的較高成本。
已經有人提出采用溶解空氣浮選系統。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浮選和凝聚的裝置。該裝置對于其設計目的非常適用，然而，該裝置具有非常大的足跡，并且不能在同一單元內提供不同化學過程。
對于水處理，現有技術中更可取的裝置可能是采用溶解氣體，因為氧化效果已中度成功。在已知的現有技術中，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。現有技術中的裝置提供了彎曲的通道或其它應用力以使溶液盡可能長時間地冒氣泡。該裝置的優點是提供了氧化物質的反應位點(氣泡的表面)，因此可將污染物氧化。一旦氣體物質冒出表面，污染物就絮凝，然后絮凝物被分離出去。換氣是廣為所知的，并且在現有技術中已經設計了多種裝置以維持溶液冒氣泡，因此就增強了氣泡表面與想要氧化或凈化的物質作用的程度。
如果有在足以使氣體維持在溶液中的壓力下將氣態氧化劑引入貯水器或其它貯水室或限制區域的方法，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的最大可能表面積，以及能控制氣泡大小的系統，則該系統特別可取。
本發明的目的是提供用于從水溶液中分離污染物的傳質裝置和先進的氧化技術，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。
本發明一個實施方案的一個目的是提供從水溶液中分離污染物的改進方法。其中采用了逆流傳質裝置。
本發明一個實施方案的另一方面是，提供從水溶液中分離污染物的連續方法，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。
對于可用于本發明的氧化劑，臭氧是其中一種優選的氧化劑，然而，應當很容易理解，也可以使用其它適當氧化劑例如氯、溴、過氧化氫、特別是合適的硝基化合物。
已經發現，通過有效地提供反轉或逆轉換氣系統，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造。在本申請方法中，入口處于比出口高的位置。如此，進來的夾帶氣態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、容器等當中保持超大氣壓，可將氣態氧化劑保持在溶液中并以非常細小的氣泡存在。這產生了顯著效果，因為較小氣泡能顯著改善與污染物接觸并將其氧化的表面積。這是通過控制進入貯水器的壓力以及在貯水器出口的壓力來實現的。如此，壓力可有效地調節，并且可由使用者制定。這與下述現有技術形成了鮮明對比即有效地提供開放式容器，并因此使壓力與大氣壓相等，并簡單地提供使氣體通過的旋繞或彎曲的通道。該現有技術的觀點是，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至少部分接觸。該現有技術是有效的換氣技術，其中將氣體通過溶液是出于氧化目的。
本申請與現有技術的區別很顯著，并且使現有技術有很大進步。已經發現，通過在限制室內保持壓力，可在使用者選擇的期間內將氣態氧化劑保持在溶液內，這與現有技術提出的方法不同。本申請使得能在貯水器內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力空化方式選擇壓力間斷來誘導絮凝物形成。無論什么現有技術都沒有提出在該水平上的控制；現有技術有效地使用了與也導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，本發明將包括溶解空氣浮選、流體動力空化作用、流體動力學、傳質和電凝在內的一系列技術成為一體。將這些技術結合在一起提供了有效的污染物分離法，該方法能不加區別地分離污染物。這是現有技術不可能具有的特征；在大多數情況下，現有技術提供的是對欲處理系統中存在的物質敏感的方法。通過提供貯水器物料入口相對于出口的壓力控制，可將最大量的氣態氧化劑保留在溶液中，因此就能在溶液中以最長可能時間、最大可能密度提供最小可能氣泡。這些技術特征與電凝原理一起促成了本申請提供的技術方案的成功。
為了增強上述傳質方法的效果，已經發現，將傳質技術與電凝一起采用可獲得超好效果，并能顯著減少現有技術中的局限和問題。實際上，作為本發明一個實施方案的另一目的，可以將用氣態氧化劑系統提供的控制與電凝法的優點結合成一體。因此，本發明一個實施方案的另一方面是，提供從水溶液中分離污染物的連續方法，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；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，并通過暴露于電場來絮凝污染物；和有選擇地誘導貯水器外壓力間斷，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。
本發明一個實施方案的再一方面是，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節超大氣壓下，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．有選擇地誘導壓力間斷以將凝結和被氧化的污染物從水溶液中絮凝到分離相內。
特別價值是，所述水溶液可含有機、無機廢物或它們的混合物。
本發明又一方面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；置于貯水器內用于電凝水源中物質的電絮凝池；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流體動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的手段。
根據本發明的再一方面，提供了從水溶液中分離污染物的方法，所述方法包括以下步驟提供含有污染物的水溶液；提供具有貯水器的封閉電化學反應器、與被處理的水溶液接觸的電極以及可移動電流載體，所述貯水器具有入口和出口，該入口處于比出口高的位置；將氧化劑引入該水溶液中，并將該水溶液導入該貯水器；使該可移動電流載體在貯水器中流動，以使電流通過該水溶液；將電壓施加到該電極；以及在該水溶液中形成氧化污染物的可分離絮凝物。
已發現，通過使用可移動電流載體(珠子)，可以獲得一種顯著改進的絮凝方法。當電流載體為導電物質時，這種電流載體可用一種比放在池中的電極更容易放出電子的物質構成。這能夠延長電極的壽命，降低電子的過早降解。而且，通過使載體在池中流動，可以在引入加壓氧化劑的存在下，提供一種富離子環境，這種條件產生高效率的絮凝。
本發明的另一方面是提供用于從含有污染物的水溶液中分離污染物的裝置，所述裝置包括具有入口和出口的封閉耐壓貯水器，該入口設置成與水源相連并處于比出口低的位置；將氧化劑引入貯水器中的裝置；與該水源接觸的電極；用于該水源中的電極之間傳導電流的可移動電流載體；以及向電極提供電壓的裝置，由此，當該可移動電流載體在該水溶液中的整個貯水器中移動時，該電流載體傳導來自電極的電流，將污染物氧化并使其在水源中絮凝成可分離的絮凝相。
由于已經描述了本發明，下面將參照舉例說明優選實施方案的附圖來進行說明。
附

圖1是本發明第一個實施方案的示意圖。
附圖2是本發明第二個實施方案的示意圖。
附圖3是本發明第三個實施方案的示意圖。
附圖4是本發明第四個實施方案的示意圖。
附圖5是本發明第五個實施方案的示意圖。
附圖6A和6B是本發明所用逆流回路的示意圖。
附圖7A和7B是附圖6A和6B替代方案的示意圖。
附圖8A和8B是附圖6A和6B與附圖7A和7B替代方案的示意圖。
附圖9是本發明電絮凝池的一個實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是本發明所用回路的示意圖。
附圖14是本發明所用開關回路的示意圖。
附圖15是本發明所用微處理器回路的示意圖。
附圖16是本發明所用開關回路的另一示意圖。
附圖17是本發明另一實施方案的示意圖。
附圖18是附圖17的橫截面視圖。
附圖19是本發明所用等離子體電絮凝池的示意圖。
附圖20是本發明另一實施方案的示意圖。
附圖21是本發明另一實施方案的示意圖。
附圖22是本發明另一實施方案的示意圖。
附圖23是本發明另一實施方案的示意圖。
附圖24A是沿24A-B-24A-B線的截面圖。
附圖24B是圖24A的另一實施方案。
附圖25是設有文丘里管的貯水器的放大圖。
附圖26是本發明另一實施方案的示意圖。
在附圖中，同樣數字表示相同部件。
本說明書所用BOD是指生物需氧量；本說明書所用COD是指化學需氧量；本說明書所用TOD是指總需氧量。當用百分比(％)表示時，除非另外指出，否則數量應當理解為表示重量百分比(％)。符號w/v表示重量體積比。符號O3表示臭氧氣體。本說明書使用的所有其它化學符號都是指它們的常規含義。本說明書所用TSS是指懸浮固體物總量。本說明書所用TDS是指總溶解固體量。
現在參照附圖1來舉例說明用于實施本發明方法的裝置的整個圖解。在該實施中，被有機污染物、無機污染物或它們的混合物污染的水源由數字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。當呈氣態時，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氧化劑。當所選的氧化劑不呈氣態時，可通過本領域技術人員已知的適當方法將這種氧化劑從例如液態轉化成氣態。用文丘里管16把氧化劑從氧化劑源18引入到貯水器14中。
在該實例中表示的貯水器14包括由至少能經受住數個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。當夾帶的氧化劑和水溶液進入貯水器14時，貯水器就被增壓了。
采用本發明提供的技術的重要之處在于，在貯水器14內保持壓力。這有助于臭氧溶解到溶液中，并促進形成微小氣泡(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。當溶液有密集的小氣泡時，這種流動方式非常有效。本領域技術人員可以理解，相對于較大氣泡，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時間，因此提供了最大的氧化能力。貯水器14內的箭頭24和26充分地表示了這種逆流機制。
在貯水器內停留足夠時間后，將存在于出口22的氧化劑進行壓力間斷，以誘導流體動力空化。通過該機制，如果壓力被釋放，氣態氧化劑冒出溶液，并且絮凝物質被有效漂浮，于是絮凝相與液相分開。可通過數字28所概括表示的限流器(可變孔板或其它壓力釋放裝置)來實行壓力間斷。一旦產生了不同相并且污染物因此從水溶液中分離出，則可將各相進行其它單元操作。對于水相，可通過特殊蒸餾技術、尤其是離子交換技術將水進一步純化。對于絮凝物，可通過特殊技術將絮凝物回收以開發出絮凝物內存在的價值。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裝置的一個變化方案。在該實施方案中，提供了由數字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來實現的，其中該浮控閥漂浮在貯水器14內的液面上，并與傳感器34電連接。傳感器34與閥36電連接或機械連接。閥36與氧化劑供給源直接相連，因此當漂控閥32探測到貯水器14內的液面有實質下降時，傳感器34就發信號給閥36，來暫停通過文丘里管16將氧化劑引入該系統、尤其是入口20中。該裝置可用簡單的排氣管(未顯示)代替。
附圖3表示的是已經在附圖1和2中討論過的可替代實施方案。在該實施方案中，貯水器14代表地下構造，該地下構造位于污染源和水相10內。該實施方案確立這一事實，即本發明技術可立即在野外使用。這適用于其中土地構造中存在烴、或其它石油/有機化合物沉積物的情況。當土地構造由不能維持足夠長時間超大氣壓的材料構成時，可用材料將該土地構造預處理，以提供不能滲透的內表面、使地面變硬、或制備適用于持久壓力處理的相同構造。合適的技術、化合物或其它處理是本領域技術人員可以理解的。
在該方法中，可通過已經討論過的大致一樣方法引入氧化劑。可通過地下構造14中的入口20將氧化劑引入到該地下構造中。如上所述，地下構造14包含有機物、無機物等的水混合物，將氧化劑增壓引入到該構造中將使污染物以附圖1和2所描述的同一機制(逆流)被氧化。通過泵38可將被氧化物質從構造14中的出口22轉移到用于進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，并可進行上述后來的單元操作。
為了增強在附圖1-3中討論的系統的有效性，可對水溶液進行電凝單元操作。下面具體描述不同實施方案。
附圖4表示了另一裝置。在該實施方案中，通過泵12將廢水從儲罐40中經由位于泵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電子回路44產生的強電場。然后廢水從貯水器14經由限流器一其實例是孔板28流回到儲罐40內。
在泵12和文丘里管16之間的廢水流線中，提供了一個電絮凝池開關閥門46。在泵12和電絮凝池開關閥門46之間，有具有排放開關閥門50的連在儲罐上的排出管線48。在處理廢水期間把電絮凝池開關閥門46打開，當處理后操作者希望從儲罐40排放廢水時，把該閥門關上。相反，在廢水處理期間把排放開關閥門50關上，在排放廢水時打開。
通過氣閥52以調控臭氧向廢水中的流動。在下面更詳細描述的本發明裝置的一些實施方案中，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和儲罐40的管道中，并有至少一個鋒利的開孔(未顯示)。在下文詳細描述的示例裝置中，在孔板28中采用一個比通過文丘里管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在其設計的工作參數內正常工作。
應當理解，對于有些廢水組分，電絮凝池42內具有較高壓力可能是有利的，但是如果需要更高的壓力時，則必須選擇泵12來給文丘里管16提供較高壓力，以提供經過文丘里管16的壓降，來在廢水中夾帶一定量的臭氧，這對于進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，因為這樣不能通過文丘里管16在流體中夾帶足夠的臭氧，這是由于經過文丘里管16的壓降將減小。孔板28中開孔面積太大也是不可取的，甚至當在電絮凝池42中維持所需壓力時也是如此，因為這將導致經過文丘里管的壓降太大，使得在廢水中夾帶太多的臭氧，導致氣體在電絮凝池42中積聚和臭氧的浪費，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內的電極由數字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。下文將更詳細描述電絮凝池42。在該結構中，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系方式同軸排列的平行板系統。電絮凝池42’提供了伸長電極排列，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圖解說明了聯機的逆流電絮凝池。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進入、并且其流動方向由箭頭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中的流動方向由箭頭66指示。電絮凝池43中的物質轉移到出口22并最終進入限流器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作為服務電絮凝池。如圖所示，在電絮凝池中的流動方向也相反。在操作時，從電絮凝池43中流出的被處理物質被轉移到電絮凝池42的入口20。可使用閥門64來限制或消除流動。被處理物質從出口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可交替工作以促進逆流，并由此在附圖6A和6B的流動之間輪流進行。這樣，在本說明書中，電絮凝池的出口和入口的引用標記必須互換；這不僅是由于結構不同，而且由于操作不同。
在附圖6A和6B之間的循環操作將根據需求及時變換；短循環可以為30秒到大約10分鐘，長循環可以為1小時到8小時或8小時以上。在任意時間，可有任意數量的電絮凝池處于服務方式或逆流方式。
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入口和出口處提供數字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材料，例如細篩網過濾器、墊板、陶瓷球或其它多孔介質，但是捕集器應當能使液體流過。該技術特征的優點在于，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字72所示松散珠流動的實施方案。珠子72由導電材料(在下文中進一步描述)組成，并在電絮凝池42/43中部分消耗。伴隨傳質的是分層；該數量裝置所固有的逆流循環使得層流動，并進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內部構造的兩個交替方案。附圖9圖解說明了其中用于激發電絮凝池42的電路74(在附圖9結構中未顯示)未封裝在電絮凝池42中的一個實施方案；附圖10表示的是，其中提供了用于把電絮凝池激發電路74封裝在處理縮孔76內的較低空腔76的電絮凝池42的結構的底部。附圖9和10所示實施方案包括用于把過量氣體排放以調節電絮凝池42內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30來調節電絮凝池42內廢水水平。
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套管80，其可由合適的非導電材料例如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個偏心流動開孔86，所述開孔的中心分別位于不連續的3條等角輻射線88、90、92上。流動開孔86具有鋒利邊緣94。板84還具有中心開孔96和3個桿開孔98,3個桿開孔的中心分別位于等分輻射線88、90、92的不連續輻射線上，桿開孔98的中心優選以和流動開孔86的中心相同的徑向距離與板84的中心分隔。板84具有環狀對稱；桿開孔98在圓周意義上與流動開孔86交替。
如附圖9所示，板84上安裝有用化學惰性堅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個相同環形墊片104在連續板84間保持適當的間距。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附近產生強電場也是有利的。為了產生廢水流動的彎曲路徑，板84在位相關系中沿著桿100交替，因此在該裝配中，任一所選板84的流動開孔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(在縱向意義上)排成一行，這就使廢水通常沿彎曲路徑流動，以穿過較大的流動開孔86。另外，開孔86的鋒利邊緣94促進了在廢水中形成湍流并局部集中電場。
為了將板84連在電絮凝池激發電路74上，并將板以上述所需排列方式保持在一起，將2個金屬桿106、108從每一板84中的徑向相對的桿開孔及流動開孔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板84中的流動開孔86的中心，并被焊接在下一板84中的桿開孔98上。所得結構將板交替分成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又通過導線110、112與電絮凝池激發電路74相連，并被以下述方式提供電流。
電流通過兩個桿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。對于有些廢水組分，使用2個或2個以上串聯的電絮凝池42、每一電絮凝池42具有不同板材料以產生不同電化學作用是有利的。可憑經驗選擇最佳板材料以與靶污染物相適應。例如，對于某些污染物，可使用銅、碳或鈦。
已經發現，與簡單的、現有技術提供的、浸泡在流動室或在水流中通過電絮凝池構造設計排列的同心管中的長方形板相比(這兩種現有技術的設計都使廢水平行于板流動)，其中使廢水與板84(對水流構成部分障礙)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結構能增強電凝效果。
電絮凝池激發電路74通常整流并控制從外電源(未顯示)接收的輸送管線上的，其中電流通過導線110、112被脈沖寬度調節并施加到板84上，由此就周期性地供給板84能量，這樣通過足以在板84附近建立相當強電場的電壓，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，可調節集成電流(和電絮凝池消耗的能量)。在大多數條件下，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。因為電流與廢水的電導率有關，并且廢水電導率在裝置工作期間可能改變，所以電絮凝池激發電路74在板84之間進行電導率測量，是在脈沖之間測量以確定下一脈沖的最佳脈沖寬度。電絮凝池激發電路74還周期性地反轉脈沖的極性，以防止在板上累積聚結物。
電絮凝池激發電路74可包括電絮凝池信號發生器、電源開關裝置、類似于模擬一數字轉換器、定時器、信號放大器、和使電絮凝池工作最佳化的其它電路元件。可在不連續器件例如二極管和晶體管中，但是如附圖13和14所示、優選在能操作數學表達式電子等值的數字邏輯設備中運行這些電子部件。如附圖15和16所示，電絮凝池激發電路74可使用微處理器114以能用外置計算裝置例如鏈接訪問程序-TOP計算機或其它串行數據傳送系統進行編程控制。
附圖13、15、16、和14提供了電絮凝池激發電路74的適當實施方案的詳細的概略電路圖(附圖13和14)或原理框圖(附圖15和16)。
電路74的優選實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流過電絮凝池42的電流的極性。如附圖14所示，或者當使用微處理器控制系統例如附圖15中所示的微處理器系統時如附圖16所示，通過把電絮凝池42置于“H”模式的電流開關裝置內(在附圖13中一般由數字116表示)，可實現極性反轉。這種裝配可以是半導體開關裝置例如硅控整流器、絕緣柵雙極型晶體管或其它能開關大電流的裝置，其實例應當具有大范圍頻率。極性反轉的頻率最好憑經驗確定，并將取決于欲從廢水中除去的污染物的性質和量。
除了周期性地反轉極性以外，還通過附圖13或15中所示的電路74的脈沖寬度調節部分來調節施加到電絮凝池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的時間平均電流。脈沖寬度可以為幾納秒-數秒，只要容許具有寬范圍電導率的廢水能通過單個電絮凝池結構和固定電源被處理即可。在下述示例性實施方案中，可處理廢水的范圍是，一般是湖泊飲用水的電導率為50mmhos的近淡水到電導率超過100mmhos的濃海水。因為電路74連續地測定電導率，該裝置可處理電導率變化很快的廢水，例如從淡水電導率變為鹽水電導率的魚類加工廠廢水流。電路74在原位測量流過電絮凝池的廢水的即時電導率。這種測定被用來限制足以使電凝現象最大化的供給電絮凝池的電流水平。可通過與電路74接口的外置電導率傳感器(未顯示)獲得該電導率數據，或者使用時分多路傳輸，對于用激發電流進行的電導率測定，電絮凝池42的內電極(桿106、108)可分時，以提供類似數據。通過附圖15中數字118所示的電流變換器電流測定裝置來測定電絮凝池電流，以輸給微處理器114來調節該電絮凝池的能量消耗；同一電流值數據還可用來計算廢水的電導率。
附圖15和16圖解說明了使用微處理器114來進行PWM控制。在附圖15中，參照數字120、122、124分別代表從溫度傳感器、電導率傳感器、和渾濁度傳感器傳輸到微處理器114的數據線。附圖16表示附圖15中以虛線概括的部分的不連續部件的方案，附圖15中的區塊126表示通過附圖16所示的4個不連續部件128、130、132、134實施的功能。同樣，附圖15中數字136所示的數據線代表附圖16中所示的4條信號線138、140、142、144。參照數字146表示通過運算放大器146將電流數據從電流變換器電流測定裝置118提供給微處理器114的數據線。參照數字148表示從外置計算裝置例如鏈接訪問程序-TOP計算機或其它給微處理器114編程序的串行數據傳送系統開始的通信數據流。
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內產生的氣體將保留在溶液內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內的廢水中。臭氧是強氧化劑和凝結劑(也可使用過氧化氫、氯、溴、硝基化合物或其它適當氧化劑)。
體現出作為提供了其中廢水以湍流方式通過的集中電場的優選特征的電絮凝池42的機械構造可用其它構造代替。如附圖17的螺旋結構150所示，廢水被離心加速，因為流體被置于上板152和下板154(附圖18)(下板154在該螺旋結構的垂直壁156之間限制了水流)之間的集中電場作用，因此就使固體被分離。因為廢水在該螺旋結構外端從入口158流向螺旋結構150的中心，所以產生了兩個獨立的流出相；一個流出相是固體泥漿流，另一個是被處理的液體。這兩個流出物達到中心后被擋板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之間進行高電壓脈沖等離子體放電來影響電絮凝池42內的整個電化學反應，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。在電絮凝池激發電路74的控制下，電絮凝池42的板84被分時。如此，在板84之間進行等離子體放電期間，板84的正常激發在這段預定時間間隔內停止。等離子體放電完成后，繼續執行正常激發。產生的高離子化及高壓化等離子體通過離解、激發和離子化把能量傳遞給廢水流。等離子體放電產生了高壓沖擊波(＞14000ATM)。與有關化學變化一起發生了強烈空化，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對板168的試驗電絮凝池166中、在板168的正常激發停止期間、等離子體放電是如何成功地產生的。該等離子體放電是通過從適當輸入電源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生器176和升壓器178的電感器啟動的。脈沖產生器176是在電絮凝池激發電路74的控制下、由信號線180控制的。脈沖產生器176把觸發脈沖施加到升壓器178，升壓器178誘導出高電壓脈沖來施加到板168間，以在板168間產生電火花。該電火花產生通過電絮凝池166的離子化路徑。該路徑一旦產生，貯存在電容器組170中的電荷就能沿著該離子化路徑流動。電感器174阻止電火花流通過電容器組170到達地面。
在具有多個板的電絮凝池42中，希望在任一對相鄰板84之間的電火花產生足以清洗所有板84的等離子體放電，因此通過用于給板84提供正常激發的同一連接線110、112的分時，有能力給所有板84對施加高壓脈沖，盡管在任一特定放電中電火花有可能僅在一個相鄰板84對間跳動。因此在附圖19中虛線所概括表示的電路可用于具有多個板84的電絮凝池42。然而，需要分時電路系統(未顯示)來把電火花放電的電擊作用與激發電壓隔離開。
或者，也可以在板84附近使用獨立的電火花隙(未顯示)。獨立電火花隙優選置于接近入口20處，在這兒有能促進電火花形成的氣體(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上的磁場線圈182來影響電絮凝池42內的整個電化學反應。將磁場線圈182重復脈沖以產生磁場。在下述實施例中討論的示例性裝置中，用180伏特脈沖獲得了磁場強度超過10000高斯的磁場。作為該改進的結果，從廢水中除去雜質所需的時間或通過電絮凝池的次數下降了高達20％。
在提供本發明裝置的有效性的實施例之前，先介紹圖解說明電絮凝池42的兩個替代方案的附圖21和22。
在附圖21中，為了清除起見，已經去掉了一些部分，桿100(參見附圖9介紹)被可旋轉地安裝在電絮凝池42內，并且可通過電動機182進行旋轉。電動機182可由電路74或其它合適電源(未顯示)驅動。各個板84被安裝在桿100上，并且可在套管80內原位旋轉。板84的旋轉有助于其自身清洗，并因此有助于維持整個電絮凝池的運轉。為了進一步增強氧化/絮凝過程，桿100可具有螺旋鉆184，以在電絮凝池42內傳送液體，并促進溶解的氣體與水溶液的逆流相互作用。這些內容已經在附圖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在電絮凝池內循環或逆流動，優點是，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律進行工作的新鮮的反應表面。該流動還促進了珠子更統一的質量損失，而不是使一部分珠子相對于其它珠子具有不成比例的質量。作為伴隨優點，這促進了過程控制。
已經發現，使用該裝置的珠子或顆粒改型，珠子能提供相對于空間水體積的大表面積，使得對于低進料量電導率能提供同等處理。實際上，當使用珠子來獲得與使用大板型電極所取得的結果相同的結果時，需要非常低的安培數來操作電絮凝池。
下面用實施例來描述本發明。
依據本發明裝配的上述示例性試驗裝置具有下述特征。
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提供大約4克臭氧。將電絮凝池42內的廢水壓力選取為大約是泵壓的一半，這樣當泵出口壓力為60psi時，電絮凝池42內廢水壓力為30psi。在這樣設計的電絮凝池18中，通常經過文丘里管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動該泵的能量使得成本更高。
在下述描述中，對于提供下述試驗結果的特定電絮凝池42，提供了精確尺寸，但是應當理解，可將該電絮凝池42依比例標成設計者認為適當的任意尺寸。
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、不連續輻射線88、90、92上。開孔96的直徑為0.380”,3個直徑為0.265”的桿開孔98的中心分別位于距離該板中心0.875”處、對切輻射線88、90、92的不連續輻射線上。
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14.250”的金屬桿106、108，并且二者彼此間隔1.750”。
電絮凝池激發電路系統50從三相220VAC 60Hz電線獲取能量。根據廢水電導率來選擇串聯板84之間的電位。對于高電導率廢水，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，對于在直徑為3英寸并具有上述結構的電絮凝池中的較低電導率水，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，因此就產生了時間平均值為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(雖然這樣運轉成本會更高)，但是為了防止在小電絮凝池中產生過熱，必須限制電流。發現對于欲在本試驗中除去的污染物，在30秒-2分鐘的時間間隔內進行脈沖極性反轉是合適的。
對于平常的鹽水污物，如果采用等離子體放電，發現采用約4000V的放電電壓、在5秒時間間隔內放電是令人滿意的。
下面提供使用上述示例性廢水處理裝置的試驗結果。“BOD”表示在5天期間的BOD。
實施例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，該工廠正進行馬鮫魚和青魚加工。在篩選后、排入污水排放系統之前取樣。
用該測試單元處理大約6升污水樣本。將未處理污水和被處理的污水取樣并分析。分析結果如表1所示。
表1對魚類加工廢水的處理試驗篩選后未處理廢水(樣本1) 被處理廢水(樣本2)pH 6.7 7.3BOD5mg/l 116050*BODmg/l208070懸浮固體mg/l 580 23*從BOD、COD比例或被處理樣本4計算得到的。
污水在處理期間絮凝得很好，大多數絮凝物質到達液體頂部。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，但是對于排放不會產生任何后果。在本項試驗中，污水通過了3次電絮凝池42。
實施例2從位于Killybegs,Ireland的大型魚類加工廠中取污水樣本。該處理試驗結果如表2所示。
表2對魚類加工廢水的處理試驗篩選后未處理廢水(樣本3) 被處理廢水(樣本4)pH 6.6 7.7BOD5mg/l 2580104BODmg/l6400152懸浮固體mg/l 156030BOD、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。在本項試驗中，污水通過了3次電絮凝池42。
實施例3從位于Killybegs,Ireland的大型魚類加工廠中取污水樣本。該工廠正進行馬鮫魚加工，并且預計有大量油被排放到污水中(高達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度。該樣本處理試驗結果如表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 740024BODmg/l 28800 320懸浮固體mg/l546078結果表明，BOD、COD、和懸浮固體都減少了95％以上。在本項試驗中，污水通過了6次電絮凝池18。
已經發現，與現有技術公開的已知電絮凝池中的板相比，本發明裝置中的板84腐蝕得很慢。據信這是由于，逆流溶解的氣體和板84的表面積相對于現有技術減小了，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被集中，并且使用等離子體放電能導致空化。空化使固體解體，但是一旦解體，形成的碎片就再結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于電絮凝池42的工作不是必要的。對電絮凝池42的反壓是必要的，因此可通過任意適當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中形成用于反應的氧化劑小氣泡的可能性。對于在水系統中分離污染物，單獨的該方案就非常有效。當在該方案中再加上上述電化學方案時，就能協同提供高效分離系統，該系統可作為單元操作合并到其它操作中。
圖23至26所示是本發明另一實施方案的電絮凝池的各種示意圖。
圖23是另一實施方案的截面圖，其中電絮凝池42包括圓筒型池本體，該本體具有園錐形底部。在該池的底部，裝有多個呈放射狀間隔開的入口20，用于導入需要處理的水溶液。
在該實施方案中，電極的設置不同于前面的實施方案。而且，還提供了可移動電流載體(下面詳詳細討論)。在該實施方案中，貯水器14的本身包括第1電極和第2電極，它們實際上設置在貯水器14的內部，第2電極用數字204表示。如圖23所示，電極204的一小部分伸出到貯水器14的外面。為了延長電極的使用壽命，電極優選使用涂有氧化銥的鈦構成。這種組合物特別有用，因為它不容易促進金屬離子釋放到溶液中。需要指出的是，如在本說明書中前面針對其它實施方案所述的一樣，任何適合的導電材料例如不銹鋼或其它適合的化合物均可采用。但是已經發現，對于長時間使用壽命而言，經氧化銥處理的鈦特別有用，它對任何實際的電化學降解均不敏感。
如圖23所示，電極204與貯水器42的長軸具有同軸關系，能有效地獨立于貯水器42。
與電極204有關的特征之一是它能夠作為一個導向部件而有效地發揮作用。電極204實質上是一個具有兩個相對終端202和206的中空管狀部件。能夠理解的是，終端202是可移動導電體的入口，而電極204則起導向部件作用。導向部件204實際上沿著貯水器14的整個長度延伸，其終端206結束于出口200的附近。一般，在貯水器42內部鄰近入口202的電極204上設有開口208。開口208方便可移動電流載體72的再進入。以下對可移動電流載體進行說明。
在圖23中，可移動電流載體72由具有高速傳遞離子特性的適宜的導電材料的珠子或顆粒構成。適宜的材料包括鋁或生鐵或其它能夠方便離子傳遞的導電材料。電流載體72通過與電極204以及貯水器14的本體電極接觸而被活化或帶電。為了防止損傷或短路，貯水器14的內部設有間隔件210，用來隔離可移動電流載體72，使其不與貯水器42中的電極的內表面直接接觸。在所示的實施例中，數字210表示用來實現這一目的的篩網。
如上所述，電流載體通過與電極接觸而被活化或充電，并且在過程中，電流載體72被消耗，因此失去質量。電流載體按這種方式在過程中消耗。如上所述，導向電極204使得電流載體72通過該導向電極204上的開口208再進入。在再進入時，珠子72被輸送導向電極204的頂部，一般是鄰近貯水器的頂部，并且更特別的是，這些珠子在導向電極204的出口206放出。電流載體隨后階式(cascading)落下通過需要處理的溶液。導向板207用來將電流載體導向溶液。
在所示的實施例中，只描述了一少部分的珠子。但是，應該理解的是，貯水器42的內部容積中實際上充滿了珠子。已經發現，通過使用導電性電流載體并且使得電極對離子輸送的傳導性低于電流載體，電極的消耗會有明顯的減少。在這種方式中，電流載體是動態電流載體，通過從入口20導入的被處理材料的作用而被流動。已經發現，本實施方案通過在流動過程中進行內部攪拌，使得電流載體可以連續凈化，由此減少了表面污垢。相對于凈化電極自身以及用作間隔件的篩網材料210，這也可以認為是其一個優點。
如圖中所示，在鄰近出口200的位置設有出口212和214。就出口212而言，它包括用于再循環處理溶液的再循環出口，將再循環液經過管線216從入口20再導入到貯水器42。在再循環過程中，溶液可以用供給泵218沿著管線216抽吸，其中可以加入來自臭氧源(用符號220表示)的臭氧，如果有需要，也可以有電解質源(用符號222表示)。
出口214用于經管線224將珠子72再導入電極204的入口202，使其進一步在貯水器42中循環。泵226可用來驅動珠子72進入貯水器。
作為這種設置的一種改變，珠子72可以用循環回路再導入到貯水器42。特別是，珠子循環泵回路用符號226所示循環回路替換。該循環回路226是從泵218延伸而來，其間設有一個伐門228。如同對再循環回路224所述，再循環的珠子在入口202導入。
考慮到貯水器42的內部容積實際上充滿珠子的事實，電流載體72一般形成一個＂床＂。已經發現，因為通常電流載體在貯水器42內部向下移動，氧化劑的泡沫230的泡沫成長尺寸得到一定程度的控制，并且作為由珠子或電流載體所提供的過濾床作用的結果，泡沫變成更小的泡沫。考慮到需要將氧化劑、水溶液以及電流載體之間的相互作用最大化，這種效果具有顯著利益，因為電流載體在床中移動，實際上是在溶液中相對于泡沫230和被處理的流體整個地移向下方。
當電流載體的尺寸變小時，通過在入口230簡單地將另外的珠子或電流載體導入到貯水器中，就可以對它們進行補充。補充操作可以按預定時間進行，該預定時間可根據施加的電壓、特別是氧化劑的含量來確定。
特別便利的是，本說明書前面就其它實施方案討論過的開關回路(未圖示)使得貯水器與電極204能夠交替工作，也就是說，從陰極轉換成陽極，反之也成。按照這種方式，施加于整個的貯水器14的電壓與潛在的觸電危險沒有關系。
如上所述，電極206一般是管狀形狀。
當被處理的流體的導電性特別低的狀態時，圖23和圖24所示本實施方案特別適用于處理這種狀態。如為增加導電性所述的那樣，可以將一種適合的電解質加入到溶液例如海水中，其結果，對于同樣的供應電流而言，可以降低貫穿電極的整個供應電壓。這可以顯著節約處理每加侖溶液所需電力。
在貯水器中經過處理的廢水經出口200排出，經處理的水用箭頭232表示。經過處理的水也可以再循環，并通過入口20再導入到貯水器。是否這樣做將取決于由用戶。或者，經過處理的水可以安排供進一步的利用。
圖24A和24B是沿圖23的24A-B線的截面圖，詳細表示貯水器42的內部。
在圖24A中，電極206可以包括放射狀間隔設置的翅片234，用于增加表面積，從而增加與電流載體72的相互作用(因在圖24A和圖24B已清楚表明，故未圖示)。此外，貯水器42的內部區域可以設置朝內的凸起物或翅片236，它們可以相對于呈放射狀安置的電極206的翅片234，間隔設置。間隔部件或篩網210在圖24A和圖24B中用點線表示。
在圖24B中，貯水器42內部設置包括電極翅片234，但是，在本實施方案中，其空間被分割成交叉狀，即數學的＂加字＂符號。
圖25簡單地表示設有文丘里管的電極206的詳細放大圖。珠子72顯示在狹窄的文氏里管的通道內。
圖26所示的是另一種設置狀態的實施方案，其中，電極206與珠子的引導完全隔開。在所示的實施方案中，電極206包括中空筒，它與電極204同軸且被互相間隔開。在本實施方案中，可移動電流載體72的引導由導向部件234承擔，它不參與任何電極作用，僅簡單地提供一個通道，在該通道中珠子能夠輸送到需處理溶液的頂部。在本實施方案中，從出口200排出的經處理流體可以沿再循環回路216重新進入入口202再循環，作進一步的處理。本領域的技術人員應該理解的是，經處理的流體可以進一步處理，以便從經處理溶液中分離出可分離的絨屑，這種處理已經在前面就其它實施方案進行過說明。
可以清楚地理解的是，圖23至圖26所示絮凝池42的實施方案可以迅速容易地補充到在前面已經討論過的附圖中所示的任何其它系統。
總之，已發現圖23至26所示絮凝池42可以獲得以下效果，即1．減少內部絮凝池反應器電極的消耗；2．減少內部絮凝池反應器部件的總污垢；3．有利于減少所示反應器的多重設置；4．改善臭氧在溶液中的溶解；以及5．顯著降低處理每加侖溶液的總耗電量。
已經得到確認的最新效果是，在所示的設置上，可以節約75％的電力，并且可以改善溶液中臭氧泡沫的大小(即保留了小泡沫)。
雖然上文已經描述了本發明的實施方案，但是本發明并不限于此，對于本領域技術人員顯而易見的是，只要不背離本發明所述和要求保護的實質、性質和范圍，可作很多形成本發明一部分的改變。
權利要求
1．從水溶液中分離污染物的方法，所述方法包括下述步驟提供含有污染物的水溶液；提供具有貯水器的封閉電化學反應器、與該被處理的水溶液接觸的電極以及可移動的電流載體，該貯水器具有入口和出口，該入口處于比出口低的位置；將氧化劑引入該水溶液中，并將該水溶液導入該貯水器；使該可移動電流載體在該貯水器中流動，以使電流通過該水溶液；將電壓施加到該電極；以及在該水溶液中形成氧化污染物的可分離絮凝物。
2．權利要求1的方法，其中所述可移動電流載體通過所述水溶液攜帶電荷，所述電荷來自施加到所述電極上的電勢。
3．權利要求1的方法，其中還包括在貯水器中將所述可移動電流載體從所述入口引導向鄰近所述出口的步驟。
4．權利要求1的方法，其中還包括在所述貯水器中保持超計大氣壓的步驟。
5．權利要求3的方法，其中還包括在所述貯水器中從鄰近所述出口處放出所述可移動電流載體以階式通過所述水溶液的步驟。
6．權利要求5的方法，其中還包括在靠近所述入口處收集經過循環的可移動電流載體，將其引導向鄰近出口的位置的步驟。
7．權利要求5的方法，其中還包括再循環被收集的可移動電流載體的步驟。
8．權利要求6的方法，其中所述可移動電流載體通過反復循環而被基本上消耗掉。
9．權利要求8的方法，其中可以補充被實際消耗的可移動電流載體。
10．權利要求1的方法，其中還包括在所述貯水器中通過提供充分的可移動電流載體，控制氧化劑泡沫生長的步驟。
11．權利要求1的方法，其中在所述貯水器中的引導和流體流動過程中，所述可移動電流載體經過表面凈化。
12．權利要求1的方法，其中還包括將氧化處理源再循環至所述貯水器的步驟。
13．權利要求1的方法，其中還包括增加所述水源的導電性的步驟。
14．權利要求12的方法，其中通過在所述水源中導入電解質增加所述導電性。
15．權利要求1的方法，其中還包括提供多個反應器的步驟。
16．用于從含有污染物的水溶液中分離污染物的裝置，所述裝置包括具有入口和出口的封閉耐壓貯水器，該入口與水源連在一起并處于比出口低的位置；將氧化劑引入所述貯水器中的裝置；用于接觸所述水源的電極；在處于所述水源中的電極之間傳導電流的可移動電流載體；以及向電極提供電壓的裝置，由此，當所述可移動電流載體在所述水溶液中移動通過整個貯水器時，該電流載體傳導來自電極的電流，將污染物氧化并使其在水源中絮凝成可分離的絮凝相。
17．權利要求16的裝置，其中所述貯水器包括一個室，該室包括所述電極的第一電極。
18．權利要求16的裝置，其中所述貯水器的內部包括間隔裝置，用于隔離所述貯水器與所述可移動電流載體的直接接觸。
19．權利要求18的裝置，其中所述間隔裝置包括篩網間隔件。
20．權利要求17的裝置，其中所述貯水器包括一個與所述第一電極不同的電極，該電極位于所述室中。
21．權利要求16的裝置，其中所述入口包括一個導向裝置，用于引導所述可移動電流載體進入所述貯水器。
22．權利要求21的裝置，其中所述導向裝置與所述貯水器的縱軸同軸。
23．權利要求22的裝置，其中所述導向裝置是不同于所述第1電極的電極。
24．權利要求23的裝置，其中所述導向裝置包括一個中空端部開口的導向部件，在第1終端同軸設置在所述入口內并與其連接。
25．權利要求23的裝置，其中所述導向裝置包括一個文丘里管，用于將所述可移動電流載體引入所述導向裝置。
26．權利要求24的裝置，其中所述導向裝置終結于所述入口并與之隔有間距。
27．權利要求24的裝置，其中所述導向部件的第一終端包括一個接近所述入口的開口，用于方便所述可移動電流載體再進入該導向裝置。
28．權利要求16的裝置，其中所述貯水器包括在所述入口處實際上是圓錐形的外殼。
29．權利要求27的裝置，其中所述入口位于所述圓錐形外殼的頂點。
30．權利要求27的裝置，其中所述圓錐形外殼包括多個放射狀間隔入口，用于導入所述水源。
31．權利要求16的裝置，其中所述可移動電流傳到體包括導電材料。
32．權利要求30的裝置，其中所述導電材料包括金屬。
33．權利要求32的裝置，其中所述金屬包括鐵。
34．權利要求32的裝置，其中所述金屬包括鋁。
35．權利要求16的裝置，其中所述貯水器和所述電極包括導電材料。
36．權利要求35的裝置，其中所述導電材料包括不銹鋼。
37．權利要求35的裝置，其中所述貯水器和所述電極是經過處理的，使其供出的電子最少。
38．權利要求37的裝置，其中所述貯水器和所述電極包括用銥涂層的鈦。
39．權利要求26的裝置，其中所述裝置包括偏轉裝置，該導偏轉置與所述貯水器的所述出口間隔設置，用于偏轉從所述導向裝置中放出的可移動電流載體。
40．權利要求24的裝置，其中所述貯水器包括可移動電流載體再循環回路。
41．權利要求24的裝置，其中所述貯水器包括水溶液再循環回路。
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中的高能氧化劑。氣體在貯水器內溶于水溶液中,并且貯水器內的壓力是可控制的。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節以形成液壓空化,誘導形成泡沫,而泡沫把絮凝物從水溶液轉移到分離相中。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,并通過溶解的氣態氧化劑補充了氧化作用。
文檔編號C02F1/78GK1324769SQ01118168
公開日2001年12月5日 申請日期2001年5月18日 優先權日2000年5月18日
發明者L·蘭伯特, J·哈爾多森, S·克雷斯亞克 申請人:應用氧化技術(2000)公司