專利名稱：污水處理方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種污水處理方法及裝置，特別涉及一種利用電解原理的污水處理方法及裝置。
背景技術：
眾所周知，采用化學藥劑進行水處理，其所產生的化學反應會引起水位的改變。典型的化學藥品是聚合高分子電解質，導致陰離子與陽離子狀態。通常這些主要用于絮凝、膠凝以及滅菌。人們最熟悉的化學藥品是氯，其典型的用途就是滅菌。
添加化學藥品，存在著副作用問題，就化學藥品本身而言，或因受外界環境及條件的影響，會造成不同程度的污染，對環境及人類造成危害。
90年代早期的普遍理念是提倡不使用化學藥品進行水處理。為了解決這一問題，人們早期試圖用電子通入水中來對污水進行滅菌，從而達到用電子直接在水中進行污水處理。
早期的設備包括一截PVC管道和銅片，銅片固定于管子兩端內側。將12伏的可控制直流電源接到銅片上，水流由一個小型電泵驅動流過PVC管道，從而進行污水處理。香港維多利亞港的水曾經采用這一工藝進行水處理，直接從船艙出水口采集樣水，通過對經過處理的和沒經過處理的水中的細菌含量的比較，可以明顯觀察到其中的差異。
必須說明的是在這一階段，這種方法的滅菌功能是很明顯的，但與化學藥品氯的作用相比，滅菌效果還不是特別好。
上述技術僅僅是一種開端，開始階段是開發一種帶合適的變壓器的產品，這種產品可以插入主電源系統從而增加功率輸出。隨著不斷的發展，這種系統開始使用第二電路和電極負荷件。為了防止一個電極被單獨消耗掉，設備內裝有電極轉換裝置(安裝陽-陰雙穩態多諧振蕩CR電路較有效)。根據這一基本形式，我們可以產生和控制電子釋放速率，這種發生模式被認為是真正的電離規律。
雖然現有的污水電離處理方法及裝置被證明為有效的，但水處理應用要求水只能一次通過，這樣就發現了系統的局限。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用電離反應室內產生的電能場與電離殘余效應結合起來對污水進行處理的方法及裝置。
為了達到上述的目的，本發明的技術方案如下一種污水處理方法，采用一個控制系統在裝設有電極的電離反應室內產生一個電能場，電離反應室內產生的電能場與電離殘余效應結合起來對污水進行處理。
所述的輸出到電極的電流是一種脈沖矩形波。
所述的方法中通過控制脈沖的形狀和持續時間來對電極間電能場的作用及綜合滅菌效果進行控制。
所述的方法中將待處理的污水同時或分時進行磁化處理。
一種污水處理裝置，至少包括一個其內設有兩個電極的電離反應室以及產生輸出到兩個電極的脈沖電流的控制系統。
在本發明的優選方案中，所述的裝置還包括一個對污水進行磁化處理的磁化處理器。
所述的磁化處理器為一節外部繞有線圈的管道，線圈中通有由控制系統產生的脈沖電流。
所述的控制系統采用反饋回路來調節輸出電流的脈沖寬度及方向。
所述的控制系統包括電源供應單元、H整流電源橋、電源橋驅動邏輯單元、振蕩器、脈沖寬度調制器、過流檢測單元、電流不足檢測單元、回路放大器和電流感應單元；電源供應單元輸出的電流通過H整流電源橋整流成脈沖電流再經過電流感應單元后輸出，電流感應單元連接至回路放大器進而控制脈沖寬度調制器，脈沖寬度調制器控制電源橋驅動邏輯單元進而控制H整流電源橋從而調整輸出的脈沖電流，振蕩器驅動電源橋驅動邏輯單元和脈沖寬度調制器并由電源供應單元提供電源，電流感應單元還連接至過流檢測單元來控制電源橋驅動邏輯單元，電流不足檢測單元連接并控制電源橋驅動邏輯單元，電源橋驅動邏輯單元連接報警單元。
所述的電流不足檢測單元連接有顯示單元。
由于采用上述的技術方案，不使用化學藥品即可獲得相同效果的污水處理效果，同時，也大大降低了水的硬度，并能防止礦物質水垢的堆積。
圖1為本發明所述的污水處理方法中所使用電流的脈沖波形圖；圖2為圖1所述的最小設定值的脈沖波形圖；圖3為圖1所述的最大設定值的脈沖波形圖；圖4為本發明所述的污水處理裝置的采樣檢測裝置的系統圖；圖5為本發明所述的污水處理裝置中的磁化處理器的結構圖；圖6為圖5的電流、水流和磁場方向圖；圖7為本發明所述的污水處理裝置的原理圖；圖8為圖7的電路方框圖；圖9為圖7的電路圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明隨著技術的不斷發展以及對這一技術問題的深入研究，開發了電離反應室的設計采用一個電子系統在裝設有電極的電離反應室內產生一個電能場。
研究發現，電離反應室內產生的電能場與電離殘余效應結合起來會引起更好的微生物發病率。考慮到水中發現的微生物如細菌、病毒、孢子各不相同，在某些情況下，單個細胞更具有抵抗能力并很快恢復原狀。根據這一情況，我們的系統也相應地采用了兩種電能場，大多數的細胞被電離反應室內產生的力場破壞了，而更具有抵抗能力的、更強、更大的細胞在電能穿過時雖然已經遭到了破壞，但真正殺死細菌的卻是殘余的電子。
活的微生物細胞帶有負電勢，而電離產生的電子為正電荷，它們相互吸引，改變了活細胞的自然電勢。因此，細胞就這樣被破壞掉了并且防止了細胞分裂，因此細胞數目也沒有倍增，余下的時間只有等待自然死亡了。
細胞就這樣被殺死了，而在這些細胞相對于在水處理工藝中別的細胞而言帶有更多負電荷。電子相互吸引的過程也就是開始絮凝的過程，這也就是我們正在研究及開發的課題。
輸出到電極的直流電是一種脈沖矩形波。典型的脈沖次數能達到每秒20,000次。這種脈沖正在研究開發階段。在目前，我們采用的是每秒1000次的脈沖。
脈沖的形狀和持續時間對電極間電能場的作用及綜合滅菌效果是至為關鍵的。脈沖的寬度控制了電極間的電場強度，并可以通過調節可調的控制變阻器來控制其變化。進入電級的輸出電流在儀器的液晶顯示屏上顯示得一清二楚，脈沖寬度的平均數讀取單位為安培。
如圖1所示，脈沖波形包括伴有衰減共振的波峰和波谷。脈沖波形對電能場殺菌率是至關重要的，也是達到對微生物的自然諧振和平衡的破壞的原因。當直流電脈沖開、關時間相等時，這種效果最為顯著，即電流開、關時間相等時產生最大的擊穿電勢。
靠電子產生的脈沖波通過控制變阻器調節，其單位刻度在0-1000之間，用毫安作單位。如上所述，實際測量是波脈沖的平均數。如圖2所示，最小設置(接近零)的脈沖是“關”多于“開”；如圖3所示，最大水平的脈沖是“開”多于“關”，也就是說，在最大水平下，對于所有的意向和目的，輸出是單純的直流電。
在低電位上，電離反應室中產生最少電子。在高電位上，系統操作趨向于電離。但是，中間范圍提供最理想的工作條件達到最大的電場強度，同時，具有提供殘余電子的能力。
通過對處理過樣品與未處理樣品間的分析，并對結果進行直接的比較，可以得知微生物的破壞狀況。按照此種方法，還能確定正面原因及影響。雖然無法觀察到實際發生的物理過程，但是我們相信下述變化曾經發生過每次脈沖，電離反應室中的狀態發生一次突然變化，在脈沖的上升緣和下降緣因超調和振動而產生細菌破裂現象；振動影響微生物在靜態下的狀態和自然的頻率平衡，產生諧振令細胞壁破裂而導致細胞死亡；更多的回復原狀的微生物因電離氧化作用而產生極化，從而導致死亡，在這種情形下，細胞吸收一個多余電子來結束其繁殖與細胞實際死亡時間之間還有一定的時間。
我們的系統不要求必須使用銅銀合金電極，可以使用有釋放電子能力或能產生催化反應的任何一種材料。換句話說，我們不依賴于任何特殊金屬，但實際上必須考慮分解金屬的毒性或化學催化劑的污染后果。
實際使用的電極(陽極和陰極)可以是純金屬，或者是以涂層、電鍍、層疊的形式由金屬、化合物、石墨和陶瓷等材料中的兩種組成的合金。根據實際使用和特殊場合的需要，電極形狀可以采用棒狀、板狀、格狀或網狀。
污水處理裝置至少包括一個其內設有兩個電極的電離反應室以及產生輸出到兩個電極的脈沖電流的控制系統。
如圖7所示，所述的控制系統采用反饋回路來調節輸出電流的脈沖寬度及方向。
控制系統是作用在有液體流過的電離反應室的電極上的產生特定脈沖電壓的一種裝置。液體的性質各不相同，取決于它的成分，如礦物質的含量、懸浮物及其它有機和無機顆粒。這種特性可以通過電極之間所具有的電阻反映出來，從而可以通過給定電壓下的電流的相應變化來檢測。通過監控允許公差內的電流的變化，控制系統對初始設定值進行補償。這便是對處理器的“反饋”，是代表平均電流的控制輸入。處理器感應總平均值，然后改變輸出脈沖寬度，這樣平均電流便同用戶設定的電流值一致。需要強調的是控制系統對于產生特定的電極輸出是很重要的。雖然未來的技術開發可能會帶來電子的變化，但是必須同樣開發此特定輸出。這種特定輸出要有多重疚，如(但不局限于)產生陽離子以及在反應室中電極之間產生場效應。產生的場可以干擾電極之間的液體。產生的陽離子被其它有不同電動勢的顆粒所捕集，如細菌或本身帶負電的單細胞生物體。電動勢的改變形成了非自然狀態，防止細胞的繁殖與發展。此外，場干擾有侵蝕性，對細胞結構形成傷害，有效地破壞了細胞壁。鍵盤在控制系統的電流方面向處理器提供了用戶指令。電壓振幅、脈沖頻率和其它操作參數由處理器來決定。顯示出用戶設定電流。
如圖9所示，處理器形成一系列的脈沖波，按正反向控制進入了切換電路，場效應管的切換可以放大并調節脈沖波。脈沖波正反控制輸出的處理器極性定期轉換來改變電極的極性，從而延長電極的工作壽命。
內裝一個反饋電路的目的是當輸出給電極的功率減少或增加(舉例說由于導電率的改變)超過變阻器變化設置點約百分之五，脈沖的寬度是自動調整(采用電子方式)使輸出功率回到所設定的水平波寬。在百分之三十偏差的情況下，“高”(或“低”)故障安全裝置便立刻鎖定，并啟動報警裝置。
如圖8所示，所述的控制系統包括電源供應單元、H整流電源橋、電源橋驅動邏輯單元、振蕩器、脈沖寬度調制器、過流檢測單元、電流不足檢測單元、回路放大器和電流感應單元；電源供應單元輸出的電流通過H整流電源橋整流成脈沖電流再經過電流感應單元后輸出，電流感應單元連接至回路放大器進而控制脈沖寬度調制器，脈沖寬度調制器控制電源橋驅動邏輯單元進而控制H整流電源橋從而調整輸出的脈沖電流，振蕩器驅動電源橋驅動邏輯單元和脈沖寬度調制器并由電源供應單元提供電源，電流感應單元還連接至過流檢測單元來控制電源橋驅動邏輯單元，電流不足檢測單元連接并控制電源橋驅動邏輯單元，電源橋驅動邏輯單元連接報警單元，電流不足檢測單元連接有顯示單元。
上述的應用是一種非化學方式滅菌過程，其優點是采用電子對水進行二次加能。在這個階段，細菌被消滅，經過二次增能的水含有結構排列任意的一種偶然安排的極性的分子，也就是每個粒子的自然南北極是任意的。
本發明的處理方法對水進行磁化處理，就是使每個細胞極性化，使所有的粒子的極性排列、定向。將每個分子的南北極互相對齊。采用這種調節方法，水的硬度大大降低了，并能防止礦物質水垢的堆積。
該方法通過改變顆粒大小和晶體性質從而控制溶解性、結晶過程和晶體生長，防止礦物質水垢的生成。例如，水晶質方解石的形式是采用這種方法對以懸浮顆粒形式沉淀的霰石的作用來加以改變的，使其不會附著或轉移到表面。其他礦物質含量也受到極性化影響，極性化可以大大增加磷酸鹽的可溶解性。經過處理的水中如果含有鐵可抑制方解石的晶體化，有利于霰石。
伴隨著上述處理方法可以發現極性化還可減少經處理水中飽和氧的水平，也相應減少了腐蝕性。這對延長給排水系統的使用壽命具有很大的意義，因為給排水系統中要使用金屬熱交換裝置、管道、儲存罐等。
污水處理裝置還包括一個對污水進行磁化處理的磁化處理器。磁化處理器為一節外部繞有線圈的管道，線圈中通有由控制系統產生的調制脈沖電流。線圈環繞水流路線縱向排列，讓縱列與水流路線成直角。所產生的電磁場提供磁力線，待處理水從磁力線通過。磁力線電場產生的脈沖將分子群分成較小的分子組。這樣增加了水的活力。這種向心擠壓和磁性轉移再次增加了水的活力，減低了表面的張力并提高了吸收和轉移污染物的能力。為了保證鹽處于懸浮狀態，水流速度保持在每秒三米以上是非常重要的。磁力線螺旋線圈可以用一個文丘里管對流量加速使水流達到并保持在最小速度。
按圖4所示的測試系統可測試處理效果，上方的容器1中注入水，流經下方的容器1、管線泵3、流量控制閥4后，一路經平衡管道5流回下方的容器1，另一路流經流量傳感器6、受控制系統9控制的電離反應室7、壓力表8、回流管2流回上方的容器1。從上方的容器1中取污水樣水，對流量控制閥4進行設定，達到諧振流量，從取樣點10取凈水樣水，對兩種樣水進行分析，即可得到理想的比較結果。
權利要求
1.一種污水處理方法，采用一個控制系統在裝設有電極的電離反應室內產生一個電能場，電離反應室內產生的電能場與電離殘余效應結合起來對污水進行處理。
2.根據權利要求1所述的污水處理方法，其特征是所述的輸出到電極的電流是一種脈沖矩形波。
3.根據權利要求2所述的污水處理方法，其特征是所述的方法中通過控制脈沖的形狀和持續時間來對電極間電能場的作用及綜合滅菌效果進行控制。
4.根據權利要求1所述的污水處理方法，其特征是所述的方法中將待處理的污水同時或分時進行磁化處理。
5.一種污水處理裝置，其特征在于至少包括一個其內設有兩個電極的電離反應室以及產生輸出到兩個電極的脈沖電流的控制系統。
6.根據權利要求5所述的污水處理裝置，其特征是所述的裝置還包括一個對污水進行磁化處理的磁化處理器。
7.根據權利要求6所述的污水處理裝置，其特征是所述的磁化處理器為一節外部繞有線圈的管道，線圈中通有由控制系統產生的脈沖電流。
8.根據權利要求5所述的污水處理裝置，其特征是所述的控制系統采用反饋回路來調節輸出電流的脈沖寬度及方向。
9.根據權利要求5或8所述的污水處理裝置，其特征是所述的控制系統包括電源供應單元、H整流電源橋、電源橋驅動邏輯單元、振蕩器、脈沖寬度調制器、過流檢測單元、電流不足檢測單元、回路放大器和電流感應單元；電源供應單元輸出的電流通過H整流電源橋整流成脈沖電流再經過電流感應單元后輸出，電流感應單元連接至回路放大器進而控制脈沖寬度調制器，脈沖寬度調制器控制電源橋驅動邏輯單元進而控制H整流電源橋從而調整輸出的脈沖電流，振蕩器驅動電源橋驅動邏輯單元和脈沖寬度調制器并由電源供應單元提供電源，電流感應單元還連接至過流檢測單元來控制電源橋驅動邏輯單元，電流不足檢測單元連接并控制電源橋驅動邏輯單元，電源橋驅動邏輯單元連接報警單元。
10.根據權利要求9所述的污水處理裝置，其特征是所述的電流不足檢測單元連接有顯示單元。
全文摘要
一種污水處理方法及裝置，采用一個控制系統在裝設有電極的電離反應室內產生一個電能場，電離反應室內產生的電能場與電離殘余效應結合起來對污水進行處理。不使用化學藥品即可獲得相同效果的污水處理效果，同時，也大大降低了水的硬度，并能防止礦物質水垢的堆積。
文檔編號C02F1/48GK1500738SQ0215143
公開日2004年6月2日 申請日期2002年11月19日 優先權日2002年11月19日
發明者里卡多·達·西爾維, 保羅·M·斯托爾, M 斯托爾, 里卡多 達 西爾維 申請人:愛特代理有限公司