專利名稱：：水的電解活化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于水處理的稱作失衡電解或單極活化的電解過程。
背景技術(shù)：
：隨世界人口的增加和氣候變化引起的問題的增加，供水系統(tǒng)在世界許多地區(qū)己成為主要的問題。在本發(fā)明之前，氯化一直是對(duì)人用或農(nóng)業(yè)用水的主要消毒方法。許多研究顯示，烴氯化物，如氯胺(氯化過程的產(chǎn)物)，是致癌物質(zhì)。如果使用氯對(duì)循環(huán)用于農(nóng)業(yè)用途的污水進(jìn)行消毒，則農(nóng)作物最終變黃。其它消毒方法，如紫外線和臭氧生產(chǎn)和應(yīng)用于供水系統(tǒng)存在許多限制。單極活化用于水處理是一種通過DC電源從流經(jīng)陽極池的液體中去除電子，并將電子加入到流經(jīng)陰極池的單獨(dú)的液體中的過程，該過程產(chǎn)生合成化合物。在陽極處，產(chǎn)生如過氧化氫的強(qiáng)生物殺滅劑，而在陰極處，產(chǎn)生弱化合物。本發(fā)明利用了本發(fā)明人的美國(guó)專利5，882,502(1999年3月16日)和澳大利亞專利707701(1999年10月28日)中描述的無隔膜電解池。這種結(jié)構(gòu)與單極活化方面的早期發(fā)明的常規(guī)隔膜電解池相比，容量大，效率高。在本發(fā)明人的英國(guó)專利GB2392441(2004年7月21日)，標(biāo)題為"ElectrolyticActivationofFluids(流體的電解活化)"中對(duì)液體的單極活化進(jìn)行了總體描述。液體通過進(jìn)行單極活化或失衡電解來活化的方法已成為化學(xué)的一個(gè)主要分支。該主題在俄羅斯得到深入研究，并且Dr.VitoldBakhir在幾篇論文中公開了該研究。Dr.Bakhir等獲得了對(duì)用于電化學(xué)處理水的設(shè)備的美國(guó)專利5，427，667(1995年6月27日)，其目的是對(duì)水滅菌或使用該產(chǎn)品作為消毒劑。Dr.Bakhir的設(shè)備為管形，示于圖l。外管可以是陽極，內(nèi)管可以是陰極。圓錐形陶瓷隔膜隔開兩個(gè)電極。液體輸入外管并作為陽極液排出，另一個(gè)獨(dú)立液體輸入內(nèi)管并作為陰極液排出。兩個(gè)液體沒有發(fā)生混合，該設(shè)備的作用是從陽極液去除電子并將電子供給陰極液。在以后的論文中，Dr.Bakhir指出，當(dāng)陽極和陰極之間沒有隔膜時(shí)失衡電解的效率較低。雖然Dr.Bakhir的設(shè)備的主要應(yīng)用是水處理，但是如Dr.Bakhir在論文中指出的，失衡電化學(xué)活化的應(yīng)用是極廣泛的。在能源、健康、農(nóng)業(yè)、環(huán)境和普通工業(yè)的幾乎所有商業(yè)應(yīng)用中都調(diào)査了單極活化的益處。大多數(shù)情況下唯一的限制是使用陽極和陰極間的隔膜，因隔膜阻抗，限制了反應(yīng)速率，以及因形成固體和鹽對(duì)隔膜的阻塞造成的問題。本發(fā)明人在獲得的澳大利亞專利654774(1993年3月29日)、707701(1999年10月28日)和美國(guó)專利5，569，370(1996年10月29日)、5，882，502(1999年3月16日)中考慮到在陽極和陰極間不使用隔膜或膜的獨(dú)特的電解池。這種電解池與常規(guī)隔膜電池相比，具有很高的Faraday效率、更高的能效率和更快的反應(yīng)速率，可以使這種電解池應(yīng)用于商業(yè)化應(yīng)用，特別是在使用隔膜成為缺陷的應(yīng)用中，因?yàn)楦裟け还腆w微粒、鹽的沉淀物或油狀電解液阻塞。單極活化或失衡電解的應(yīng)用示于圖2。從輸入陽極池的液體中除去電子，產(chǎn)生有強(qiáng)生物殺滅劑的酸性陽極液。在陰極池處，電子被加到獨(dú)立的液體進(jìn)料中，產(chǎn)生弱堿性洗滌液的陰極液。在大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的測(cè)試中，確定從陽極池產(chǎn)生酸性水，從陰極池產(chǎn)生堿性水。電子從陽極運(yùn)動(dòng)至DC電源至陰極，通過陰極液至陰極溶液電極至陽極溶液電極，通過陽極液至陽極，形成單極電解池的完整的電子電路。本發(fā)明申請(qǐng)人已獲得英國(guó)專利GB2392441(2004年7月21日)，標(biāo)題為"ElectrolyticActivationofFluids(流體的電解活化)"，其中，應(yīng)用了圖2示出的設(shè)備對(duì)水進(jìn)行單極活化。
發(fā)明內(nèi)容因此，在一種形式中，本發(fā)明包括對(duì)水進(jìn)行活化的單極電解設(shè)備，該設(shè)備包括陽極池組合件和陰極池組合件以及電源，所述陽極池組合件包括陽極和溶液電極，所述陰極池組合件包括陰極和溶液電極，所述電源向陽極池組合件和陰極池組合件提供DC脈沖電流，以及提供陰極溶液電極和陰極的連接，陰極溶液電極和陰極互換，導(dǎo)致陰極池的行為象在陽極模式下的陽極池，因而在陽極模式下的陽極池和陰極池的水中發(fā)生氧化反應(yīng)，在陽極池和陰極池中都產(chǎn)生強(qiáng)生物殺滅劑，或者互換陽極溶液電極和陽極之間的連接，導(dǎo)致陽極池的行為象在陰極模式下的陰極池，因而在陰極模式下的陰極池和陽極池的水中發(fā)生還原反應(yīng)。施加的DC電流的脈沖頻率優(yōu)選為20-200千赫，DC脈沖電流的占空系數(shù)(dutycycle)的范圍為20-80%。陽極池組合件和陰極池組合件可以在溫度為10-20(TC和從大氣壓至最高300psig(22大氣壓)的壓力條件下工作。優(yōu)選地，陽極和陰極各自包括多孔金屬網(wǎng)，并包括或涂布有提供較低過電壓和耐腐蝕性的材料。此外，固定在板型溶液電極之間的陽極和陰極可包括非導(dǎo)電材料的擋板，迫使水迂回行進(jìn)在多孔金屬網(wǎng)電極的里面和外面。陽極池和陰極池溶液電極可以是固體結(jié)構(gòu)的，以引導(dǎo)水迂回行進(jìn)在金屬網(wǎng)電極的里面和外面。在另一個(gè)形式中，本發(fā)明包括使用上面所述的單極電解設(shè)備進(jìn)行水處理的方法，其中，當(dāng)陰極池按陽極模式連接時(shí)，從陽極池和陰極池產(chǎn)生酸性水。在另一個(gè)形式中，本發(fā)明包括使用上面所述的單極電解設(shè)備進(jìn)行水處理的方法，其中，當(dāng)陽極池按陰極模式連接時(shí)，從陽極池和陰極池產(chǎn)生堿性水。在一個(gè)實(shí)施方式中，進(jìn)料水是海水或者含堿金屬的水，單極活化過程導(dǎo)致產(chǎn)生氫和過量的氫氧離子，導(dǎo)致形成堿金屬氫氧化物?；罨蟮乃梢耘c二氧化碳?xì)怏w接觸，螯合二氧化碳為堿金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽。優(yōu)選地在水進(jìn)行活化之前或者之后，在水中加入改性劑，以改進(jìn)對(duì)二氧化碳的吸收和螯合。二氧化碳吸收可以在反向電流系統(tǒng)中在升高的溫度和壓力下進(jìn)行。在另一個(gè)形式中，本發(fā)明包括對(duì)水中二氧化碳進(jìn)行螯合的方法，該方法包括以下步驟使水流過如上面定義的單極電解設(shè)備，按照陰極模式運(yùn)作，產(chǎn)生活化的水，使該活化的水與水中的二氧化碳接觸，產(chǎn)生堿金屬碳酸鹽作為沉淀。所述水可以是海水。在另一個(gè)形式中，本發(fā)明包括對(duì)水進(jìn)行消毒的方法，該方法包括以下步驟使水流過如上面定義的單極電解設(shè)備，按照陽極模式運(yùn)作，產(chǎn)生消毒的水，這種水在濾除沉淀的固體后適合于人使用或者沖洗。所述水可以是污水、未凈化的水源、或者來自工業(yè)生產(chǎn)的污染的水。附圖簡(jiǎn)要說明上面概要描述了本發(fā)明，但有助于理解本發(fā)明。下面參見附圖，附圖中示出現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式以及對(duì)各種水消毒和二氧化碳螯合的應(yīng)用例子。在附圖中圖1示出現(xiàn)有
技術(shù)領(lǐng)域：
的單極活化池；圖2示出現(xiàn)有
技術(shù)領(lǐng)域：
的單極無隔膜活化系統(tǒng)；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的處于陽極模式的單極活化設(shè)備的第一實(shí)施例；圖3A示出圖3所示的實(shí)施方式在運(yùn)行時(shí)的pH與時(shí)間的曲線圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的處于陰極模式的單極活化設(shè)備的第二實(shí)施例；圖4A示出圖4所示的實(shí)施方式在運(yùn)行時(shí)的pH與時(shí)間的曲線圖；圖5示出圖3所示的實(shí)施方式中脈沖頻率與過氧化氫產(chǎn)生的曲線圖；圖6示出總病原體存活率的曲線圖，作為用根據(jù)本發(fā)明的單極活化裝置處理污水的結(jié)果。圖7示出使用根據(jù)本發(fā)明的單極活化設(shè)備進(jìn)行污水消毒的過程；圖8示出使用根據(jù)本發(fā)明的單極活化設(shè)備進(jìn)行商業(yè)用水的消毒過程；圖9示出使用根據(jù)本發(fā)明的單極活化設(shè)備對(duì)海水進(jìn)行脫鹽的設(shè)備；圖10示出使用根據(jù)本發(fā)明的單極活化設(shè)備進(jìn)行海水活化的過程；圖ll示出使用根據(jù)本發(fā)明的單極活化設(shè)備對(duì)家庭腐敗物系統(tǒng)的消毒過程；圖12示出使用根據(jù)本發(fā)明的單極活化設(shè)備進(jìn)行的灰水(greywater)消毒過程，用于高層建筑(highrisebuildings);圖13示出根據(jù)本發(fā)明用于冷卻塔的單極活化過程，以控制軍團(tuán)桿菌屬；圖14示出根據(jù)本發(fā)明的單極活化以對(duì)壓艙水進(jìn)行消毒；圖15示出根據(jù)本發(fā)明對(duì)用于家禽和家畜的水進(jìn)行單極活化的方法；圖16示出根據(jù)本發(fā)明對(duì)污染的河流進(jìn)行消毒的方法；和圖17示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的電極的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施例方式圖1示出Dr.Bakhir等取得專利的單極管形隔膜電池。把未凈化的水進(jìn)料1分到由陶瓷隔膜3隔開的陰極池2和陽極池4。未凈化的水的礦物含量為0.3-1.5g/1，氧化還原電勢(shì)為+200至+400，含有化學(xué)物Na、K、Ca、Mg、S0',和HC0。產(chǎn)生的陽極液5為酸性，并含有強(qiáng)生物殺滅劑，如過氧化氫和臭氧。陽極液的pH為0.25-7，氧化還原電勢(shì)為+700至+1200mV?？珊须娊夂铣傻幕衔顲120、HCIO、Cl、C102、0H、0、H02、H202、03、CIO、SA和C206。產(chǎn)生的陰極液6為堿性，只含有洗漆溶液。陰極液的pH可為7.5-13，氧化還原電勢(shì)為-500至-800mV?？珊须娊夂铣傻幕衔颪aOH、KOH、H0、H202、H302、H2和Ca(0H)2。這種單極電解池的容量因?yàn)楦裟ぷ枞艿较拗?，并產(chǎn)生酸性和堿性水。圖2示出過去已取得專利的無隔膜單極系統(tǒng)。未凈化的水11輸送到陽極池13，陽極池13包含陽極15和溶液電極14。活化后的水18從陽極池13排出。未凈化的水12也輸送到陰極池19，陰極池19包含陰極20和溶液電極21?；罨蟮乃?2從陰極池19排出。完整的電子電路16包括陽極溶液電極14，通過陽極液18至陽極15至DC電源17至陰極20，通過陰極液22至陰極溶液電極21，通過外部導(dǎo)體16至陽極溶液電極14。圖3示出本發(fā)明的單極活化設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式，該實(shí)施方式中的設(shè)備是以陰極30作為陽極來產(chǎn)生最多生物殺滅劑的單極系統(tǒng)。主要通過互換與陰極30和陰極溶液電極31的連接來達(dá)到這種變化。電子流動(dòng)方向顛倒，以致通過陰極從陰極液29除去電子，其方式與通過陽極25從陽極液除去電子的方式相同。圖3A示出通過圖3的設(shè)置產(chǎn)生的活化陽極液和陰極液水的pH的曲線，顯示在120分鐘后，陽極液和陰極液的pH最初升高，然后下降至小于4.0。這與兩種水都產(chǎn)生強(qiáng)生物殺滅劑一致。圖4示出本發(fā)明以陽極45作為陰極的單極系統(tǒng)。在這種陰極模式中，陽極45和陰極50將電子加入到陽極液48和陰極液49中。在這種模式中，產(chǎn)生弱溶液，使該單極系統(tǒng)的凝聚和還原作用最大化。圖4A示出由圖4的設(shè)置產(chǎn)生的活化陽極液和陰極液水的pH曲線，顯示陽極液48和陰極液49的pH都隨時(shí)間提高。圖5示出圖3所示的實(shí)施方式中DC電壓的脈沖與產(chǎn)生的過氧化氫的曲線。該曲線是基于恒定電壓和在大氣壓條件下取得的，該曲線顯示過氧化氫產(chǎn)生隨最高到50kHz的頻率而增加。圖6示出采用根據(jù)本發(fā)明的單極活化裝置處理污水的結(jié)果之一。該裝置包括一個(gè)200升/分鐘的便攜式污水消毒裝置。第一拖車包括一個(gè)14kw汽油發(fā)電機(jī)，DC電源和電壓調(diào)制器，而泵、泵盒和電解池包括在第二拖車中。每個(gè)電解池包含5個(gè)鈦電極100X1000mm和6個(gè)316不銹鋼100X1000mra溶液電極。曲線中的數(shù)據(jù)包括陽極液和陰極液的數(shù)據(jù)。估計(jì)污染水在單極電解池中的保留時(shí)間約為30秒。觀察到在活化的水中形成棕色沉淀物，沉降到該容器底部。在活化水表面還存在一些多泡物質(zhì)，但是最終在泡沫破裂時(shí)沉降到底部。圖7是在污水廠曝氣后對(duì)污水進(jìn)行消毒，以生產(chǎn)飲料水的示意圖。進(jìn)料水60a取自在澄清器60澄清的溢流，通過泵61泵送到單極電解池62，該電解池8以陽極模式運(yùn)行。污水單極活化使固體凝聚和沉淀，通過諸如過氧化氫和臭氧之類的強(qiáng)生物殺滅劑進(jìn)行消毒和分解藥物。通過離心分離63或通過超細(xì)過濾器64去除固體和凝聚的分子，使濾液通過R0過濾器65，使含死的病原體的逆流再循環(huán)到澄清器60。在67調(diào)節(jié)pH，使最終的飲料水68不含藥物。圖8示出對(duì)原料供水70的單極消毒示意圖，未凈化的供水70通過以陽極模式運(yùn)行的單極電解池72，流過集管(header)71，至產(chǎn)物集管73。消毒后的水74從砂-碳過濾器75通過，然后，至密封容器76。密封容器76對(duì)保持消毒后水以及處理循環(huán)物流的小型單極裝置77中臭氧和過氧化氫很重要。沒有使用氯的消毒后的水78供給消費(fèi)者。自動(dòng)的生物殺滅的加滿(topip)裝置79使用了根據(jù)本發(fā)明的單極活化，該裝置可用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，以確保對(duì)水進(jìn)行消毒。圖9示出將單極活化用于污水中化學(xué)品的聚集，以改進(jìn)反滲透(RO)脫鹽，以降低能源成本和RO介質(zhì)的成本。通過單極電解池81泵入海水80，通過高強(qiáng)離心機(jī)82或超細(xì)濾器83除去聚集的化合物。海水然后通過凝聚84的第二階段，產(chǎn)物從R0濾器85通過，以除去聚集或分解的、包括藥物的分子。最終的水產(chǎn)品86適合作為飲用水或作為處理水。海水發(fā)生聚集是因?yàn)樾纬蓧A金屬沉淀，導(dǎo)致在RO階段去除的鹽較少。在各階段估計(jì)的能耗如下:第一單極階段0.6kwh/mJ高強(qiáng)離心機(jī)階段0.8kwh/ra3第二單極階段0.6kwh/m3RO階段0.8kwh/m3計(jì)劃總能耗約為2.4-2.8kwh/m3，替代常規(guī)RO過濾所需的4-5kwh/m3。海水直接脫鹽導(dǎo)致以下缺陷4-5kwh/ra3的較高能源成本，較高的過濾器介質(zhì)成本和更頻繁地替換圖IO示出應(yīng)用于從海水產(chǎn)生氫的單極活化，在活化的海水中產(chǎn)生過量的氫氧離子。在該海水中，有H(+)和OH(-)離子，當(dāng)進(jìn)行陰極模式的單極電解時(shí)，氫離子還原為氫氣，留下過量的OH(-)離子。這些離子與海水中的元素，如鈉、鈣、鉀和鎂，反應(yīng)，形成氫氧化物。在圖10中，海水91輸入陽極92和陰極95電解池，陽極池92為陰極模式。從陽極92和陰極95電解池產(chǎn)生氫93和96。產(chǎn)生的活化的海水94和97含有鈉、鉀、鈣和鎂的氫氧化物。圖ll是示出對(duì)居住地的灰水或污水進(jìn)行單極消毒的應(yīng)用的圖。在常規(guī)的污水槽100中處理污水。將污水收集在小型地下槽101中，用DC電源104通過單極電解池103將污水泵入102。消毒后的水從過濾器105通過，清潔的水儲(chǔ)存在儲(chǔ)槽108中，將沖洗質(zhì)量的水109儲(chǔ)備待用。過濾器逆流106返回腐爛物槽(s印tictank)。圖12是示出對(duì)高層建筑中灰水進(jìn)行消毒用于再循環(huán)的單極活化的圖。灰水112收集在儲(chǔ)槽113中，然后流經(jīng)單極電解池114，之后儲(chǔ)存在A類水槽115中，消毒后的水117用于沖洗或洗衣室19和盥洗室120。該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于替代高層建筑的小型社區(qū)。圖13示出應(yīng)用于冷卻塔以控制軍團(tuán)桿菌屬的單極活化。來自冷卻塔121的有約3克/升鹽的水流經(jīng)陽極模式的單極電解池122，在冷卻塔頂部噴射陽極液123和陰極液124。產(chǎn)生的生物殺滅劑包括強(qiáng)的氯化物生物殺滅劑、過氧化氫和臭氧，它們足以殺滅與之接觸的活化水中的包括軍團(tuán)桿菌屬的病原體。單極電解池可以加壓，在所用的水中產(chǎn)生更多的過氧化氫和臭氧以及更少的鹽，以致如果這些氯化物生物殺滅劑對(duì)諸如用于藝術(shù)畫廊的冷卻塔系統(tǒng)的應(yīng)用為有害時(shí)，則產(chǎn)生更少的氯化物生物殺滅劑。圖14示出對(duì)壓艙水進(jìn)行消毒的單極活化。這是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的過程，因?yàn)樾敦浀拇ǔＲ『Ｋ糜谄浜叫兄料乱桓劭跁r(shí)的壓艙。有害微生物可從一個(gè)港口被帶至下一個(gè)港口。在船130的貨艙中設(shè)置單極電解池132，壓艙水133被活化，以及流經(jīng)液體渦流分離器131，從壓艙水134中除去油狀物?；罨蟮乃畾缌藟号撍兴械奈⑸?，以致能在停泊的港口安全排放壓艙水，而不會(huì)引入有害微生物。圖15示出用于家禽和家畜的水的活化。該方法的目的有三重(l)減少從這些動(dòng)物排放的甲垸氣體，(2)將甲烷轉(zhuǎn)化為重量增加(weightgain),和(3)增強(qiáng)動(dòng)物對(duì)傳染病的免疫系統(tǒng)。用于動(dòng)物飲用的未凈化的水147可輸入混合槽145，其中混入有助于動(dòng)物健康或生長(zhǎng)的添加劑146，然后，將混合物轉(zhuǎn)入到儲(chǔ)槽140，再輸入由帶或不帶備用電池144的幾種電源143中的任一種供給電能的單極電解池141和142。儲(chǔ)存活化的水，然后在需要時(shí)放入飼料槽148中作為家畜或家禽的飲用水。圖16是示出對(duì)污染河流或水路進(jìn)行凈化的單極活化的圖。河流污染是由人的廢物或工業(yè)廢物引起的。在污染的河流149的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)筑壩，并將漂浮的垃圾引導(dǎo)至裝備有螺旋槳的幾個(gè)旋轉(zhuǎn)篩151，152，以將固體垃圾153轉(zhuǎn)移岸上，進(jìn)行燃燒或用于土地填埋。污染的河水154輸入幾個(gè)液體渦流分離器155，在該分離器中，含少量細(xì)小固體的主要部分157從單極電解池158流過，進(jìn)行消毒和凝聚，并將液體159返回到河流160的清潔的一側(cè)。一些污染物沉降在河流底部，對(duì)這些沉降物進(jìn)行疏浚150，送入液體渦流分離器155的活塞筒(pumpbox)。來自液體渦流分離器155的高固體含量的物流156被送去進(jìn)行土地填埋。對(duì)河流的這種處理方式可以沿河流重復(fù)多次。圖17示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施方式中，該電極可應(yīng)用于陽極池組合件和陰極池組合件158，電極(陰極或陽極)160由多孔金屬網(wǎng)片形成，以給出較大的表面積、活化位點(diǎn)，并能促進(jìn)在電極表面上的湍流。電極可以由鐵、鋁不銹鋼(316不銹鋼)形成，可以具有涂層或沒有涂層，來提供防腐蝕和提供低的過電壓?；蛘撸姌O可以是涂敷有鉑族氧化物的鈦。在電極150周圍是擋板設(shè)置162。該擋板設(shè)置162是由非導(dǎo)電材料形成，放置擋板是要迫使水迂回行進(jìn)在多孔金屬網(wǎng)電極內(nèi)和外。在擋板設(shè)置周圍是片金屬溶液電極164。溶液電極可以由涂敷了鉑族氧化物的鈦或不銹鋼(316不銹鋼)構(gòu)建。通過電極組合件的水流由虛線166表示?？煽吹剿郧勐窂搅鲃?dòng)，因而能促進(jìn)與各電極的良好接觸。因此，可看到，本發(fā)明提供了具有以下一個(gè)或多個(gè)特性的水活化設(shè)備1.改變運(yùn)行的電解池模式隔膜電解池只可以以發(fā)生氧化反應(yīng)的陽極和發(fā)生還原反應(yīng)的陰極進(jìn)行操作。用使用大規(guī)模的單極設(shè)備的我們的無隔膜的單極系統(tǒng)進(jìn)行的試驗(yàn)顯示，通過將陽極溶液電極與陰極相連和將陰極溶液電極與DC電源的負(fù)極相連，陰極池可以象陽極池那樣進(jìn)行操作。來自陰極池的陰極液的pH成為酸性，來代替堿性，如下面圖3所示。參見電流，電子以類似的方式從陰極移動(dòng)到陽極。類似地，當(dāng)改變連接，如圖4所示，DC電源的正極與陽極溶液電極相連，陽極與陰極溶液電極相連，陽極液成為堿性。流至陽極的電流的方向與至陰極的電流相同。這是一個(gè)非常重要的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槿绻麑⑺膯螛O活化應(yīng)用于消毒，則施加于水的所有能量都應(yīng)用于消毒，與之相比，常規(guī)的隔膜電解池中只有一半活化水具有強(qiáng)生物殺滅劑。這一發(fā)現(xiàn)也可用于堿性液體中的化學(xué)反應(yīng)，如產(chǎn)生氫的海水活化，在海水中留下過量的氫氧離子。2.電流的脈沖頻率消毒是單極活化的一個(gè)主要應(yīng)用，在該應(yīng)用中，在陽極池產(chǎn)生強(qiáng)生物殺滅劑，過氧化氫和臭氧。在這些試驗(yàn)中，用PalintestModel8000色度計(jì)測(cè)量過氧化氫。脈沖速率從0.005kHz變化到50kHz。結(jié)果示于下面的圖5，其中，過氧化氫的產(chǎn)生隨脈沖頻率增加至最高為50kHz而明顯增加。使用根據(jù)本發(fā)明的便攜式200升/分鐘的單極活化裝置，在WesternportSewage廠對(duì)水進(jìn)行消毒，進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)。下面的圖7顯示電能輸入到污水對(duì)病原體存活率的作用。以陽極模式的陰極，對(duì)陰極水和陽極水的總板(plate)計(jì)數(shù)都從240，000計(jì)數(shù)/100ml降低到500計(jì)數(shù)/100ml。電解池電壓為20伏，電極隙為6mm。圖7中病原體存活率的變化在試驗(yàn)誤差之內(nèi)，結(jié)論是在陽極和陰極池產(chǎn)生的生物殺滅劑大約相同。這確定了在大規(guī)模實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)，即可以電連接陰極，使陰極象陽極池那樣進(jìn)行操作。3.電極隙的作用測(cè)量顯示，倘若在陽極和陰極上的溶液特性大約相同，并且安培/米2也相同，總電壓等于陽極和陽極溶液電極之間的電壓與陰極和陰極溶液電極的電壓之和。4.壓力對(duì)生物殺滅劑產(chǎn)生的影響在2007年2月14日對(duì)雨水進(jìn)行的試驗(yàn)得出以下壓力對(duì)過氧化氫和臭氧產(chǎn)生的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>試驗(yàn)14和15是在以250cc/min速率向電解池添加氧的條件下進(jìn)行的。該試驗(yàn)顯示，電解池中的壓力可以提高過氧化氫和臭氧的產(chǎn)生，但是添加氧并沒有提高過氧化氫和臭氧的產(chǎn)生。對(duì)Pt.Elliot污水的試驗(yàn)進(jìn)一步顯示，按照降低E.coli計(jì)數(shù)至0的目標(biāo)，壓力對(duì)生物殺滅劑產(chǎn)生的影響如下<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>在產(chǎn)生生物殺滅劑的活化期間的壓力作用，即使在低壓力水平也非常明顯。5.溫度的影響溫度對(duì)生物殺滅劑產(chǎn)生的影響沒有進(jìn)行調(diào)查，因?yàn)閷?duì)活化前的未凈化水或污水進(jìn)行加熱是不經(jīng)濟(jì)的。但是，在某些應(yīng)用中，水是溫?zé)峄驘岬?，在這些應(yīng)用中，預(yù)期反應(yīng)速率更快，達(dá)到反應(yīng)的電壓將低于水較冷時(shí)的電壓。6.電極結(jié)構(gòu)陽極和陰極可以構(gòu)造成高單位表面積，如多孔金屬網(wǎng)。多孔金屬網(wǎng)所具有的修剪的特性不僅產(chǎn)生大的表面積，而且修剪的表面含有大量的活性表面。電極上涂敷合適的材料，以降低過電壓并防腐蝕。優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)形鈦片，并涂敷這些試驗(yàn)中普遍使用的鉑族氧化物。溶液電極由涂敷鉑族氧化物的鈦平片構(gòu)成，或者因?yàn)槿芤弘姌O在電解池為陽極模式時(shí)作用為"陰極"，已成功地使用不銹鋼板電極。用于該電極的金屬類型也會(huì)影響水活化的結(jié)果。在上面討論的便攜裝置中，在陽極模式中使用網(wǎng)形鐵電極導(dǎo)致污水中磷酸鹽的去除達(dá)約92%，硝酸鹽的去除達(dá)約45%。試驗(yàn)中計(jì)劃使用鋁電極，以在添加鈣離子或沒有鈣離子的污水中除去氯化物。在電極組合件中，陽極或陰極設(shè)置在板溶液電極和非導(dǎo)體的擋板之間，使水迂回行進(jìn)在金屬網(wǎng)的電極內(nèi)和外。這樣產(chǎn)生水與陽極或陰極之間的良好接觸。7.當(dāng)陽極池為陰極模式時(shí)，從陽極和陰極都產(chǎn)生堿性的水。許多人都認(rèn)為堿性水有益于人和動(dòng)物的健康。8.在Hamilton，Victoria,Australia的污水廠(SewagePlant)進(jìn)行了更廣泛的半商業(yè)規(guī)模的試驗(yàn)，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>在Hamilton的商業(yè)試驗(yàn)的重要結(jié)果之一是污水中潛在有害的藥物，如雌二醇的分解最高可達(dá)到98.9%。如果污水需要再循環(huán)而用于人飲用時(shí)，這點(diǎn)很重要。在Hamilton污水廠的試驗(yàn)中，以生產(chǎn)0.0E.coli/100ml、小于2BOD和小于2懸浮固體的處理的污水為基準(zhǔn)，能耗約為l.Okwh/m3。討論l.本發(fā)明最重要的特征是能夠使陰極池象陽極池那樣操作，相反，能使陽極池象陰極池那樣操作。這是非常精通傳統(tǒng)隔膜電解池的人很難以相信的發(fā)明。以本發(fā)明的無隔膜電解池，能在科學(xué)上得到證明，并本發(fā)明巳經(jīng)在許多小型和大型試驗(yàn)中得到證實(shí)。本發(fā)明的實(shí)施方式可以應(yīng)用于許多對(duì)水消毒和環(huán)境產(chǎn)生主要影響的重要的化學(xué)過程。為了水凈化，通過連接陰極，在陽極產(chǎn)生強(qiáng)生物殺滅劑，使陰極象陽極池那樣操作，能量有效地用于產(chǎn)生強(qiáng)生物殺滅劑，如過氧化氫和臭氧。如果連接陽極，則使它象陰極那樣操作，在兩個(gè)電解池中都發(fā)生還原反應(yīng)，一個(gè)主要應(yīng)用是對(duì)海水活化，以從發(fā)電廠的廢氣流中或從空氣中提取和螯合二氧化碳。在為巖鹽的稀溶液的海水中，H(+)和0H(-)離子與Na(+)、K(+)、Ca(++)和Mg(++)—起存在于水中。當(dāng)海水流經(jīng)為陰極模式的單極電解池時(shí)，從海水中除去電子，發(fā)生以下反應(yīng)2H(+)-2e(-)》H2該反應(yīng)在海水中留下過量的0H(-)離子，導(dǎo)致形成Na、K、Ca和Mg的氫氧化物。當(dāng)這種活化的海水與二氧化碳?xì)怏w接觸時(shí)，C02被吸收，并與水發(fā)生以下反應(yīng)C02+H20->H2C03碳酸與基本Na、K、Ca和Mg的氫氧化物反應(yīng)，形成Na、K、Ca和Mg的碳酸鹽。操作過該系統(tǒng)的一個(gè)目的是試圖產(chǎn)生碳酸氫鹽，其量為被海水中所含Na、K、Ca和Mg在理論上螯合的量的兩倍。在進(jìn)行活化之前或之后可以在海水中加入改性劑，以提高活化的海水對(duì)二氧化碳的吸收率。選擇海水作為螯合二氧化碳的方式，因?yàn)槭澜缟系暮Ｑ缶哂形兆罡哌_(dá)2，000，000億噸二氧化碳的容量。高堿金屬含量的水也適合用于活化而吸收二氧化碳。二氧化碳的吸收可以在升高的壓力和溫度下進(jìn)行，以達(dá)到二氧化碳更有效的吸收和螯合。優(yōu)選在反電流(counter-current)吸收系統(tǒng)中進(jìn)行時(shí)，有過量二氧化碳會(huì)促進(jìn)生成堿金屬碳酸氫鹽，使對(duì)原始水中同樣量的堿金屬能螯合更多的二氧化碳。2.脈沖電流是本發(fā)明的一個(gè)主要特征，因?yàn)樵囼?yàn)顯示如果電流不是脈沖式的，則幾乎不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。試驗(yàn)表明最大反應(yīng)發(fā)生在50kHz，但是預(yù)期更高頻率會(huì)增加反應(yīng)，但是隨脈沖頻率提高會(huì)達(dá)到峰值。3.發(fā)現(xiàn)獲得最佳結(jié)果的脈沖電流的占空系數(shù)約為60%，但這并不是確定的結(jié)論，可以認(rèn)為，40-60%的占空系數(shù)對(duì)大多數(shù)應(yīng)用已足夠。4.在消毒期間，甚至在很小增量下的較高壓力會(huì)導(dǎo)致過氧化氫和臭氧的產(chǎn)量較高。在單極活化期間添加氧似乎并不難提高生物殺滅劑的產(chǎn)量，因此很難提出對(duì)以壓力的小增量來提高生物殺滅劑生產(chǎn)的說明。5.本發(fā)明的單極電解方法在陰極象陽極那樣操作時(shí)可以產(chǎn)生有強(qiáng)生物殺滅劑的酸性水，在陽極象陰極那樣操作時(shí)產(chǎn)生堿性水。許多人認(rèn)為堿性水對(duì)人和動(dòng)物的健康有益。權(quán)利要求1.一種對(duì)水進(jìn)行活化的單極電解設(shè)備，該設(shè)備包括陽極池組合件和陰極池組合件，向陽極池組合件和陰極池組合件提供DC脈沖電流的電源，可互換的陰極溶液電極和陰極的連接，使陰極池象陽極模式的陽極池那樣操作，或者陽極溶液電極和陽極間的連接，可互換使陽極池象陰極模式中的陰極那樣操作，所述陽極池組合件包括陽極和溶液電極，所述陰極池組合件包括陰極和溶液電極，從而在陽極模式時(shí)，陽極池和陰極池的水中都發(fā)生氧化反應(yīng)，在陽極池和陰極池都產(chǎn)生強(qiáng)生物殺滅劑，在陰極模式時(shí)，在陽極池和陰極池的水中都發(fā)生還原反應(yīng)。2.如權(quán)利要求l所述的單極電解方法，其特征在于，施加的DC電流的脈沖頻率為20-200kHz。3.如權(quán)利要求l所述的單極電解方法，其特征在于，所述DC脈沖電流的占空系數(shù)的范圍從20%到80%。4.如權(quán)利要求l所述的單極電解方法，其特征在于，所述陽極池組合件和陰極池組合件在10-20(TC溫度下操作。5.如權(quán)利要求l所述的單極電解方法，其特征在于，陽極和陰極池組合件在大氣壓至最高300psig(22大氣壓)的壓力下操作。6.如權(quán)利要求l所述的單極電解方法，其特征在于，所述陽極和陰極各自包括網(wǎng)形金屬網(wǎng)，并包含或涂敷有能提供低過電壓和耐腐蝕性的材料。7.如權(quán)利要求6所述的單極電解方法，其特征在于，陽極和陰極包括非導(dǎo)電材料的擋板，迫使水迂回行進(jìn)在網(wǎng)形金屬電極中和外。8.如權(quán)利要求l所述的單極電解方法，其特征在于，陽極池和陰極池溶液電極是固體結(jié)構(gòu)，以引導(dǎo)水迂回行進(jìn)在網(wǎng)形金屬電極內(nèi)或外。9.一種使用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的單極電解設(shè)備對(duì)水進(jìn)行處理的方法，其中，當(dāng)陰極池按陽極模式連接時(shí)從陽極池和陰極池兩者產(chǎn)生酸性水。10.—種使用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的單極電解設(shè)備對(duì)水進(jìn)行處理的方法，其中，當(dāng)陽極池按陰極模式連接時(shí)從陽極池和陰極池兩者產(chǎn)生堿性水。11.如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，進(jìn)料水是海水或含堿金屬的水，并且該單極活化方法導(dǎo)致產(chǎn)生氫和過量氫氧化離子，導(dǎo)致形成堿金屬氫氧化物。12.如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，活化的水與二氧化碳?xì)怏w接觸，以螯合二氧化碳作為堿金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽。13.如權(quán)利要求12所述的單極電解方法，其特征在于，在活化之前或之后，在水中加入改性劑，以提高二氧化碳的吸收和螯合。14.如權(quán)利要求12所述的單極電解方法，其特征在于，在升高的溫度和壓力下在反向電流系統(tǒng)中進(jìn)行二氧化碳的吸收。15.—種對(duì)水中二氧化碳進(jìn)行螯合的方法，該方法包括以下步驟使水流過權(quán)利要求1定義的單極電解設(shè)備，該設(shè)備以陰極模式運(yùn)行而產(chǎn)生活化的水，使活化的水與水中的二氧化碳接觸，以產(chǎn)生堿金屬碳酸鹽的沉淀。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述水是海水。17.—種對(duì)水進(jìn)行消毒的方法，該方法包括以下步驟使水流過權(quán)利要求1定義的單極電解設(shè)備，該設(shè)備以陽極模式運(yùn)行而產(chǎn)生消毒的水，所述水在濾除沉淀的固體后適合人使用或用于沖洗。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述水是污水，未凈化的供水，或在工業(yè)操作中污染的水。全文摘要提供商業(yè)化的水單極活化，對(duì)來自河流或水井的未凈化供水、海水、下水道污水、動(dòng)物廢棄物、加工廠廢物、冷卻塔水、游泳池和溫泉水、船的壓艙水和類似的污染水進(jìn)行消毒。消毒由過氧化氫和臭氧，包括在對(duì)水進(jìn)行電解單極活化時(shí)產(chǎn)生的在水中的氯和硫化合物來完成。單極活化還可以用來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，如在海水活化中。本發(fā)明還產(chǎn)生對(duì)健康有益的堿性水。文檔編號(hào)C02F1/461GK101450824SQ20071019970公開日2009年6月10日申請(qǐng)日期2007年12月7日優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日發(fā)明者魯?shù)婪颉ぐ矕|尼奧·M·戈麥斯申請(qǐng)人:魯?shù)婪颉ぐ矕|尼奧·M·戈麥斯