專利名稱：：動(dòng)電極電絮凝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及水處理，特別涉及使用電絮凝(electroflocculation)和/或電凝固反應(yīng)處理污水，但不局限于此。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)已對(duì)電絮凝池(electroflocculationcell)進(jìn)行了描述(例如參見Klose的德國(guó)專利DE3,641,365、Norris的美國(guó)專利No.6,179,991、Adin的美國(guó)專利No.6,663,766、Batt的歐洲專利EP668244和Beaujean的PCT國(guó)4際申請(qǐng)PCT/WO.95/15295)。由Matteson，MichaelJ.，Dobson,ReginaL.等人發(fā)表的"Electrocoagulationandseparationofaqueoussuspensionsofultrafineparticles(超細(xì)粒子水性懸浮液的電)疑固禾口分離)，，，Co〃o/(isam/5^/^j!cas^,'尸/^w,coc/e^w'ca/五"g^eeW"gvlspecfe，104;1(November):101-109(1995)以及由Vik,EA，Carlson,DA,Eikun，AS禾卩Gjessing,ET發(fā)表的"Electrocoagulationofpotablewater(飲用水的電凝固)"，『Gtiewwr/7，18;11:1355-1360(1984)描述了電絮凝池或電絮凝系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)的不足是電絮凝池易于淤塞。存在于許多環(huán)境水中的溶質(zhì)，例如硫酸鈣或碳酸鈣或其它的溶質(zhì)，以飽和或接近飽和存在。這些溶質(zhì)具有形成污垢并淤塞設(shè)備的趨勢(shì)。通常存在的懸浮的碳?xì)浠衔?、混濁?turbidity)、膠體以及粒子也可以在電絮凝池的電極上形成強(qiáng)粘附體沉積物和油膜，因此引起局部點(diǎn)蝕(localpitting)，導(dǎo)致低的電流效率。Klose的德國(guó)專利DE3641365描述了一種設(shè)備，其中，通過(guò)使污染水的蛇形流(serpentionflow)穿過(guò)垂直放置的交替為鐵和鋁金屬板的電極床而發(fā)生電絮凝。實(shí)際檢驗(yàn)表明，這種構(gòu)造具有低的容量，并表現(xiàn)出強(qiáng)烈地在電極上形成非導(dǎo)電的沉積物的趨勢(shì)，導(dǎo)致低的電流效率。由Adin遞交的美國(guó)專利No.6,663,766描述了類似的設(shè)備，該設(shè)備為由穿孔的鐵和鋁金屬板制成的臥式電極(horizontalelectrodes)堆的形式。這種電絮凝池具有易于淤塞的局部停滯區(qū)域(localstagnantarea)，并且電極堆需要昂貴的加工。Beaujcan在PCT/WO.95/15295中提出了鋁和/或鐵電極的垂直與平行陣列加沿這些電極的壓縮空氣流。上述壓縮空氣流減少了該裝備的淤塞，然而，實(shí)際檢驗(yàn)顯示上述設(shè)計(jì)的電流效率差。Batt的歐洲專利EP668244公開了高容量柱型電絮凝池。然而，這種設(shè)5計(jì)需要電極中的一個(gè)為復(fù)合型(compositetype)的，這比使用簡(jiǎn)單電極要昂貴得多。此外，由于鋁和鐵的不同的溶解速度，復(fù)合電極趨向于不穩(wěn)定。Norris的美國(guó)專利No.6,179,991提出了一種用于處理污染水的機(jī)器，該機(jī)器包括具有至少兩個(gè)電極的腔，所述至少兩個(gè)電極具有不同極性的電壓并由多價(jià)金屬制得，以及一個(gè)或多個(gè)與所述電極實(shí)質(zhì)接觸的刮板，其中，所述刮板能沿所述電極的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，以去除聚集的碎屑。盡管已經(jīng)正確地認(rèn)識(shí)到了問(wèn)題，但由于減薄了電極，有可能不能實(shí)際實(shí)現(xiàn)。由于額外的清洗設(shè)備是必要的，因此該方案變得非常昂貴。因而，存在對(duì)新型的改進(jìn)的流通電絮凝設(shè)備、方法和系統(tǒng)的有效的并且未實(shí)現(xiàn)的需求。這種電絮凝池可以抗淤塞并具有高的電流效率。進(jìn)一步需要這樣的電絮凝池，所述電絮凝池易于制備，并且不需要任何增加成本或限制電絮凝池的有效性的不必要的部分。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明致力于滿足上述需求的電絮凝池。該池包括具有不同極性的電壓并由形成多價(jià)鹽的鐵和/或鋁制得的"頂部"和"底部"電極兩個(gè)電極。所述電極處于持續(xù)的或周期性的運(yùn)動(dòng)中，因此使有機(jī)或無(wú)機(jī)沉積物的聚集最小化。所述下部(或"底部")電極由疏松的鐵和/或鋁顆粒的非流化多孔床組成，通過(guò)脈沖氣體噴射保持周期性運(yùn)動(dòng)。該多孔床電極置于傾斜的導(dǎo)電載體上，所述導(dǎo)電載體連接到電流源上。上部(或"頂部")振動(dòng)電極由鐵和/或鋁柵極網(wǎng)(gridmesh)或肋條網(wǎng)(ribmesh)制成。所述頂部電極連接到相對(duì)于底部電極相反極性的電流源上，并且所述頂部電極通過(guò)機(jī)械振動(dòng)器保持持續(xù)的運(yùn)動(dòng)。a)含有在電解水時(shí)易于絮凝和沉淀的污染物的水向上泵送，首先通過(guò)多孔的底部電極并且隨后所述水與頂部電極接觸。(b)通過(guò)用直流電給與所述頂部和底部電極電壓，使電解的水在其中形成可沉積的絮凝物。在該池中能夠絮凝的懸浮固體包括細(xì)菌、寄生蟲、藻類、油漆和其它顏料、炭黑、石棉絨、工業(yè)粗砂、粘土等。通過(guò)已知的方法，例如機(jī)械過(guò)濾或離心過(guò)濾，將不溶解的污染物從充分凈化的水中分離。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供處理復(fù)雜并具有各種污染物組成的廢水流的系統(tǒng)和方法。這種新型的、先進(jìn)的技術(shù)簡(jiǎn)單。該技術(shù)既不需要昂貴的電極，也不使用復(fù)雜的設(shè)備。由于其具有更高的電流效率，因此能量需求也是最小的。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高容量、抗淤塞的電絮凝方法，該方法使用成本低得多的設(shè)備。通過(guò)上述新方法避免的全部問(wèn)題顯然存在于所有的現(xiàn)有公開的電絮凝方法中。通過(guò)將在此描述的簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法與傳統(tǒng)的不經(jīng)濟(jì)的方法進(jìn)行比較，更多的目的和優(yōu)勢(shì)將變得顯而易見。通過(guò)閱讀以下詳細(xì)的描述、展示如其中所描述地新穎的結(jié)構(gòu)、結(jié)合和元件，并通過(guò)權(quán)利要求書更具體地進(jìn)行限定，本發(fā)明的上述和其它的目的對(duì)于那些熟知用于污染水的高容量的電解、電絮凝或電凝固處理的各種類型的方法和系統(tǒng)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將變得顯而易見，可以理解的是，在此公開的發(fā)明的實(shí)施方式的改變包括在隨附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，除非目前通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)就可以將它們排除?？梢岳斫獾氖牵笆龅母攀龊徒酉聛?lái)的詳細(xì)的描述為示例性的，并用于對(duì)所要求的發(fā)明提供進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1闡述了用于處理并凈化污染水流的流程圖和構(gòu)成主題高容量電絮凝池的單個(gè)組件。具體實(shí)施例方式可以理解的是，本發(fā)明可以以各種形式實(shí)施。因此，在此公開的具體的細(xì)節(jié)不能解釋為限制，而是作為對(duì)權(quán)利要求的依據(jù)并作為典型的依據(jù)用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以幾乎各種合適的詳細(xì)的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)或方式來(lái)使用本發(fā)明。現(xiàn)在參見圖1，該圖示意性地闡述了根據(jù)本發(fā)明的電絮凝池。所述電絮凝池包括通常的矩形外殼1，所述外殼1優(yōu)選由合適的非導(dǎo)電材料構(gòu)成。然而，如以下所討論的，所述池外殼l可以為任何能夠容納水溶液的材料或設(shè)計(jì)以及能夠使污染的水在帶電電極之間向上流動(dòng)的任何幾何形狀。盡管如果賦予了合適的絕緣，所述外殼可以由金屬組成，但是所述材料應(yīng)該為化學(xué)惰性的或耐腐蝕的，優(yōu)選為非導(dǎo)電的。所述外殼l的底部具有入口供給管la并在其頂部具有處理水出口lb,以便將處理后的介質(zhì)排出。如下所描述地，通過(guò)合適的用于處理的泵7，水性介質(zhì)如圖1所闡述地流經(jīng)外殼，并排出到合適的容器、水箱或其它相同類型的電絮凝池中。所述泵7可以在固定速率或可選擇的各種速率下操作。吸入線路7a可以連接到待處理的蓄水池或其它電絮凝池上。應(yīng)該可以理解的是，多個(gè)池可以并聯(lián)或串聯(lián)。參考圖l，所述電絮凝池包括一對(duì)電極3和4。通過(guò)供電電纜5a和5b，各個(gè)電極分別連接到電流源5上。至少一個(gè)電極被孤立于所述外殼1內(nèi)。所述電極3由在脈沖氣體噴射下保持周期性運(yùn)動(dòng)的疏松的鐵和/或鋁顆粒的多孔的非流化床組成。所述電極3由導(dǎo)電的、傾斜的載板2支撐，該載板2具有適當(dāng)數(shù)目的噴8嘴入口2a，用于使水介質(zhì)流經(jīng)所述池。優(yōu)選地，所述載板2具有大于約5度并小于約65度的傾斜角。所述噴嘴入口2a優(yōu)選具有小于床電極3的金屬顆粒的平均直徑的內(nèi)徑。所述傾斜的載板優(yōu)選由鐵或鋁制成，并通過(guò)供電電纜5b與電流源相連。當(dāng)水向上泵送從入口管la進(jìn)入外殼1的底部并經(jīng)過(guò)噴嘴入口2a時(shí)，所述水進(jìn)入金屬顆粒的多孔床3中。所述金屬優(yōu)選為鋁或鐵。優(yōu)選地，金屬顆粒的平均顆粒大小為至少約lmm到約6mm。電極床3的容量為可以確保通過(guò)電流的床的電化學(xué)活性的容量。需要對(duì)進(jìn)料泵7的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使電極床3在水流作用下不會(huì)膨脹或流化，因?yàn)檫@可能顯著降低池的電流效率。參見圖l，第二個(gè)電極，即頂部電極4平行地位于底部電極3上方的數(shù)厘米處。電極4由商購(gòu)的鐵或鋁的柵極網(wǎng)或肋條網(wǎng)制得，并通過(guò)金屬棒4a(僅示出一條)保持在該位置上。金屬棒4a連接到機(jī)械振動(dòng)器(圖中未示出)上，該機(jī)械振動(dòng)器導(dǎo)致了電極4的振動(dòng)4b。電極4的上述振動(dòng)4b的振幅為約0.1mm到約10mm，并且該振動(dòng)的頻率優(yōu)選為約0.1-100每秒。氣體噴射導(dǎo)管6位于接近所述外殼1的底部并嵌入顆粒床3內(nèi)，以多個(gè)小孔(未示出)為特征以便氣體脈沖可以噴入電極床3的下部。所述氣體脈沖具有約0.2秒到約2秒的脈沖持續(xù)時(shí)間，并引發(fā)整個(gè)電極床3內(nèi)的混合作用。這種混合作用非常緩慢，并通過(guò)載板2的傾斜所強(qiáng)化。完成一次總的混合需要2-3天。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)，氣體的噴射使得電極床3處于緩慢地運(yùn)動(dòng)中。通過(guò)這種緩慢的混合運(yùn)動(dòng)，將干凈的顆粒持續(xù)供給到朝向電極4的水界面處，使本發(fā)明的電絮凝池設(shè)計(jì)具有突出的電流效率。再次參見圖1，前述的氣體噴射導(dǎo)管6通過(guò)管6a連接到磁操作閥(magnet-operatedvalve)6b上并連接到壓縮氣體導(dǎo)管6c上。空氣或氮?dú)鉃閮?yōu)選的噴射進(jìn)入電極床3的氣體，優(yōu)選的氣體壓力為約4-40巴(bar)。9電子控制器6d發(fā)送約0.2秒到約2秒持續(xù)時(shí)間的脈沖到磁操作閥6b上。為了實(shí)現(xiàn)電極床3的這種緩慢的運(yùn)動(dòng)，所述電絮凝池的每一個(gè)操作小時(shí)內(nèi)必須進(jìn)行約5-50次氣體噴射。在使用中，含有例如細(xì)菌、重金屬、油、油脂、碳?xì)浠衔?、揮發(fā)性有機(jī)化合物、金屬和氰化物的絡(luò)合物的污染物的水進(jìn)入泵7的入口7a，通過(guò)入口la流入外殼1中并通過(guò)出口lb流出。流入的水源可以為儲(chǔ)存箱、池(sump)、坑、池塘和瀉湖等。同時(shí)，在電極3和4之間施加電壓?？梢允褂玫碾妷旱姆秶軐挘呀?jīng)發(fā)現(xiàn)約10伏到約30伏的電壓是實(shí)現(xiàn)所有的廢水污染物絮凝所必須的。在該范圍內(nèi)操作電壓產(chǎn)生2-9毫安/平方厘米的平均電極電流密度，并且局部的點(diǎn)電流密度高達(dá)8-80毫安/平方厘米，足夠用來(lái)通過(guò)打開雙鍵使廢水中的油、油脂、碳?xì)浠衔?、揮發(fā)性有機(jī)化合物和其它有機(jī)物質(zhì)部分氧化，并因此改變污染物的極性，使其與極性化學(xué)絮凝劑更相容。電極3和4上的電操作條件從數(shù)量上極大程度地影響揮發(fā)性有機(jī)化合物和其它有機(jī)物的氧化。在15-20伏范圍內(nèi)的操作電壓還促進(jìn)了電極的氧化，以形成金屬氫氧化物。鋁和/或鐵氫氧化物形成的增強(qiáng)是電極表面上的高壓操作影響的結(jié)果。由電解作用產(chǎn)生的氣泡使大部分凝結(jié)的固體上升至電絮凝池的空氣-水界面處，產(chǎn)生通過(guò)機(jī)械方法易于收集的浮泥8(floatingsludge)。兩個(gè)電極都緩慢的消耗自身，但由于其易于并且低成本的得到，也沒有任何拆除過(guò)程，具有這種電絮凝設(shè)計(jì)的本發(fā)明可以在需要任何維修前運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)百小時(shí)。實(shí)施例I根據(jù)圖1的電絮凝池包括作為電極3的直徑為2-3mm的鋁顆粒(丸狀)。該鋁顆粒床置于5mm的作為載體2的鋁金屬板上。所述金屬板2具有多個(gè)lmm直徑的開孔2a。所述載體2的傾斜角度為20度。外徑為25mm的氣體噴射管6設(shè)置在顆粒床3最厚的部分并附著在載板2上。該氣體噴射管配備有許多細(xì)小的開孔以使直接進(jìn)入顆粒床3的氣體通過(guò)。顆粒床的平均深度(mediumdepth)為40cm。在所述顆粒床電極3的正上方，鋁柵極網(wǎng)電極4作為4mm的堅(jiān)固的穿孔金屬板，通過(guò)金屬棒4a附著到機(jī)械振動(dòng)器上。所述穿孔占據(jù)了金屬板4的45%。測(cè)得的浸沒的柵極網(wǎng)電極4的平均振幅為lmm。振動(dòng)頻率為50Hz。電極3與4之間的距離為3厘米。來(lái)源于池塘的渾濁的水直接進(jìn)入電絮凝池中，所述的水在通過(guò)粗砂過(guò)濾器(coarsesandfilter)的試驗(yàn)過(guò)濾后仍含有800-1000毫克/升的懸浮粘土固體(TSS)的不可過(guò)濾殘留物。泵7的容量保持為能夠使顆粒床3流化的流速的30%。電極3和4接收每小時(shí)250安/立方米流體的恒定供給。與16巴的壓縮空氣線6c連接的磁閥6b每2分鐘打開1秒，并在壓縮空氣脈沖的促進(jìn)下緩慢地混合電極3的鋁顆粒。使用30小時(shí)后，獲得恒定的操作條件?，F(xiàn)在，來(lái)自于所述池的絮凝流出液在粗砂過(guò)濾器上過(guò)濾后顯示TSS僅為2-6毫克/升。實(shí)施例II根據(jù)圖1的電絮凝池包括作為電極3的直徑為l-3mm的鐵顆粒。該顆粒床置于6mm的作為載體2的鋼板上。所述鋼板2具有多個(gè)帶0.7mm的開孔2a的塑料噴嘴。所述載體2的傾斜角度為28度。外徑為20mm的氣體噴射管6設(shè)置在顆粒床最厚的部分并附著在載板2上。該氣體噴射管配備有多個(gè)細(xì)小的開孔以使直接進(jìn)入顆粒床3的氣體通過(guò)。顆粒床的平均深度(mediumdepth)為60厘米。ii在所述顆粒床電極3的正上方，由直徑為8mm的鋼絲制成的肋條網(wǎng)電極4通過(guò)金屬棒4a附著到機(jī)械振動(dòng)器上。所述穿孔占據(jù)了電極4面積的85%。測(cè)得的浸沒的肋條網(wǎng)電極4的平均振幅為2mm。振動(dòng)頻率為50Hz。電極3和4之間的距離為4厘米。來(lái)源于池塘的渾濁的水直接進(jìn)入電絮凝池中，所述的水在通過(guò)粗砂過(guò)濾器的試驗(yàn)過(guò)濾后仍含有800-1000毫克/升的懸浮粘土固體(TSS)的不可過(guò)濾殘留物。泵7的容量保持為能夠使顆粒床3流化的流速的20%。電極3和4接收每小時(shí)200安/立方米流體的恒定供給。與25巴的壓縮氮?dú)饩€6c連接的磁閥6b每3分鐘開放1秒，并在壓縮氣體脈沖的促進(jìn)下緩慢地混合電極3的鐵顆粒。使用38小時(shí)后，獲得恒定的操作條件。現(xiàn)在，來(lái)自于所述池的絮凝流出液在粗砂過(guò)濾器上過(guò)濾后顯示TSS僅為0.5-1毫克/升。雖然本發(fā)明通過(guò)引用具體實(shí)施方式在上面進(jìn)行了描述，顯然，可以對(duì)材料、部件的布置和步驟做出多種改變、修改和變化而不背離在此公開的本發(fā)明概念。相應(yīng)地，隨附的權(quán)利要求書的精神和寬的保護(hù)范圍旨在包括本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本說(shuō)明書后做出的所有這些改變、修改和變化。被引用的全部專利申請(qǐng)、專利和其它的公開出版物整體結(jié)合于此，作為參考。1權(quán)利要求1、一種用于處理污染水的高容量、抗淤塞的電解法，該方法包括至少一個(gè)電絮凝池，該電絮凝池包括連接到電流源上并浸沒在水流中的底部和頂部電極，所述水流向上流動(dòng)，首先經(jīng)過(guò)a)底部電極，該底部電極為通過(guò)脈沖氣體噴射保持周期性的運(yùn)動(dòng)的、疏松的鐵或鋁顆粒的多孔的、非流化床的形式，并且所述水流隨后進(jìn)一步向上流動(dòng)，因此接觸b)上部或“頂部”機(jī)械振動(dòng)的電極，該機(jī)械振動(dòng)的電極由鐵或鋁柵極網(wǎng)或肋條網(wǎng)制成。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電極連接到交流電源上。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電極連接到直流電源上。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述疏松的金屬顆粒的多孔的、非流化床的形式的下部或"底部"電極置于傾斜的導(dǎo)電載板上。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的傾斜的載板，該載板具有合適數(shù)量的噴嘴入口，并由鐵和/或鋁制成。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的傾斜的載板，其中，所述傾斜的角度為10-60度。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述疏松的金屬顆粒的多孔的、非流化床形式的下部或"底部"電極中嵌入了穿孔的氣體噴射管，所述氣體噴射管在所述床具有最大深度的位置處與傾斜的載板連接。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述機(jī)械振動(dòng)的頂部電極具有朝向底部電極并與金屬顆粒床充分接近但與金屬顆粒床隔開的表面區(qū)域。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電絮凝池，其中，該電絮凝池還包括至少一個(gè)組合的外殼，所述外殼具有底、前、后和側(cè)壁，并具有用于使待純化的水進(jìn)入的入口和用于水和凝結(jié)的固體的出口。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括當(dāng)水流從所述池中流出后從水流中除去凝結(jié)的污染物。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于處理污染水的高容量、抗淤塞的電解法，該方法包括至少一個(gè)向上流動(dòng)的電絮凝池，該電絮凝池包括(i)疏松的鐵或鋁顆粒的多孔的、非流化床形式的下部(或“底部”)電極(3)，所述顆粒在脈沖氣體噴射下保持周期性運(yùn)動(dòng)和(ii)由鐵或鋁柵極網(wǎng)孔或肋條網(wǎng)制成的上部(或“頂部”)振動(dòng)電極(4)。在上部電極(4)和下部電極(3)之間的電勢(shì)使得離子從動(dòng)電極中釋放。上述離子氧化和/或碎裂處于上升的廢水流中的不可溶的污染物并產(chǎn)生易于過(guò)濾的不可溶污染物，得到充分凈化的水。上述動(dòng)電極電絮凝池在市政水作業(yè)中有用，并且商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中也具有大量的需要處理的未經(jīng)凈化的水。文檔編號(hào)C02F1/463GK101460407SQ200680054871公開日2009年6月17日申請(qǐng)日期2006年6月6日優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日發(fā)明者H·布盧姆申請(qǐng)人:H·布盧姆