电絮凝方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种用于由不纯水生产饮用水的电絮凝方法，包括：通过电解金属电极（１６）在原位形成三价离子，该金属电极选自金属铝电极和金属铁电极，其中使待处理的水穿过作为所述电极的平行金属板（１６）的堆上的小孔（２２）顺序地上升，每块板与相邻的板带有相反的极性，相邻板上的小孔在垂直方向不重合，其中通过使所述处理水从所述最低板上的小孔流过其上板上的小孔直至流出所述最高板而产生湍流和混合。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于水处理，特别是用于生产饮用水的电-絮凝方法和设备。更具体地说，本专利技术涉及一种使用三价离子如铝和铁的三价离子的絮凝方法和设备，并伴有原位消毒，而无需现有技术中描述的浮选和沉降步骤。目前对用于提供饮用水的地表水进行除颗粒处理直至达到非常低的浊度。在某些国家将水处理掉之前要求进行第三或进一步的水处理，并且这是废水再利用中最为重要的要求之一。通常的第三或进一步的废水处理方案包括第二沉降器废水的化学凝结(絮凝)，随后是沉降，和/或过滤和消毒。适用于传统凝结的物理方法为快速混合(当化学凝结为在水中快速且均匀地分散并且使颗粒不稳定时)，而后缓慢混合或絮凝(当颗粒缓慢聚结并形成可沉淀的或可过滤的絮凝物时)。公知化学絮凝方法可以聚结尺寸为0.1μm～约10μm的废水组分。铝或铁盐可以在饮用水或废水处理的各个步骤加入以增强对固体的移除。该金属盐(凝结剂或絮凝剂)使仍残留于悬浮液中的胶态固体不稳定，因而可用于提高废水的质量。尽管化学凝结的使用在增加，但是凝结理论仍不能使该方法以最佳方式使用，特别是在瞬变条件下。这可能导致废水质量降低，由于日常配药过量而导致化学成本增加，或两者。一种改进的凝结方法将减少其在沉淀物脱水能力和处理方面的不利影响。凝结成为许多研究的主题，其中的一些研究已经提出在水处理的过程中凝结。然而，废水处理在数个方面与饮用水处理不同在废水中，颗粒物质实质上以较高的浓度存在；平均颗粒尺寸也较高。这些因素将影响凝结要求和絮凝行为这两者。要被除去的颗粒中的有机物质的比例比以饮用为目的的水处理中的高得多。这些颗粒的更为亲水的表面将与凝结剂发生不同的反应。Al3+盐的凝结机理将涉及某些化学因素，包括Al3+离子的水解和聚合倾向，此种氢氧化铝物质的吸附能力；该物质的溶解度；氢氧化铝沉淀的性质和范围，包括与其它胶体表面的相互作用以及其它溶质对该金属氢氧化物表面性能的影响。由于该显而易见的复杂性，可见提出许多种不同的模式来解释铝盐能够使胶体不稳定的方式也就不足为奇了。在使颗粒不稳定方面的最早解释中仅考虑了如上所述的Al3+离子的双层压缩。其它的解释提出铝的水解产物在使颗粒不稳定方面起到更为重要的作用。当前的解释是假定用明矾或铁絮凝剂的凝结存在两种不同的机理，它们是使多核的铝类与颗粒进行电中和与正电吸附；或者使颗粒物理陷入氢氧化铝沉淀中。在水处理中基本的电化学方法为电絮凝和消毒。消毒的电化学方法的主要优点是在处理设备中原位生产消毒用化学品。絮凝是一种重力分离法，其中气泡与独立的固体颗粒接触，从而降低它们的密度，以使它们飘浮在液体的表面上。在电絮凝方法中，气泡通过该液体的电解产生。使用5-20V直流电，其电极的电流密度为约100A/m2。与沉降相比，絮凝的特别之处在于，颗粒的上升速率通常比它们的沉淀速率高很多，因此对于给定的负荷，该设备的尺寸大约是沉降器的三分之一。在WO95/15295，EP668244，GB2045803和DE3641365以及WO97/35808中描述了涉及通过电解槽释放铝离子的电絮凝法。头四篇文献涉及废水的电絮凝-浮选法并教导了通过金属铝或铁电极的电解在原位形成三价离子，而后一篇文献，尽管涉及利用所述方法生产饮用水，但是并未教导能够使上述工艺得以实现的设备或方法。在了解了本领域的技术状况后，本专利技术的一个目的是将已知的水和废水处理用的通过电解直接将三价离子引入溶质中的电化学方法和使用特别设计的设备相结合，如在下文中限定和描述的。更具体地说，本专利技术提供一种用于水和废水处理的电絮凝方法，包括通过电解选自金属铝电极和金属铁电极的金属电极原位形成三价离子，其中使待处理的水通过小孔顺序地上升，该小孔是在作为电极的平行金属板的所述堆中形成的，每块板相对于相邻的板带有相反的极性，相邻板上的小孔在垂直方向不重合，因此通过所述处理水从所述最低板的小孔顺序地通过上一块板的小孔一直到从最高板上的小孔流出而产生湍流和混合。在本专利技术优选的实施方案中，所述板之间的距离在0.5～1.5cm之间。传统的凝结剂Al3+通常是由溶解的含13～18分子结晶水的明矾盐的离解获得的。明矾的分子量为666.7，其中作为絮凝过程活性组分的铝(m.m.54)仅占8％。去除效率是凝结剂用量，和pH，以及混合(分散)条件的函数。根据本专利技术并且与凝结和絮凝的传统方法不同，直接原位引入三价离子。凝结剂化学品或者以干态购买或者以液态购买。干化学品需要相当精细的溶解和供料设备。为了化学品的高效使用，与处理水流的混合必须快速和完全。需要高速混合器或相当的静态混合器(equivalentstatic mixer)。对于加入的每mg/l明矾，水的硫酸盐含量增加0.5mg/l。如果原料水中的硫酸盐含量高，或者如果该工厂采用离子交换去除硝酸盐时，这将是有害的。本专利技术提供了在电化学过程中，仅向原料水流中直接引入Al+++或Fe+++离子。根据本专利技术的混合条件比传统方法中的容易。另外，由于原料水OH-含量将增加，在相同的单独处理步骤中可发生有效的氧化-消毒步骤。除了节省絮凝成本外，流出水中的铝浓度也减到最小，因此降低了由于水中的高铝浓度导致的潜在的危险结果。本专利技术的方法简单地说包括装配、操作和维护这些方面。因此，它还适用于不能聘用熟练的专家来运行昂贵且复杂的程序的小型社区。现在，将在下述实施例中，结合特定的优选实施方案，描述本专利技术，由此可更为全面地理解和鉴别其各个方面，但是本专利技术并不限制在这些特定的实施方案中。相反地，将在所附的权利要求书中覆盖所有本专利技术范围内的替代、改进和等同方案。因此，包含优选实施方案的下述实施例将用于说明本专利技术的实施，应能理解所述细节仅用于举例和说明本专利技术讨论的优选实施方案，并且可对组成步骤以及本专利技术的原理和概念作出最有用和便于理解的说明。比较例1进行一系列的实验室规模的实验。得到下列结果(如下文中的表1所示)。将初始浊度为400NTU且TSS为660mg/l的原料废水试样用用量为40mg/l的明矾进行常规处理。结果得到降低至65NTU且TSS为135mg/l。根据本专利技术通过对相同的原料废水第二试样进行电絮凝，采用金属电极以产生三价离子，得到2.5NTU且TSS为8.8mg/l。实施例2根据本专利技术进行另一系列的电絮凝实验，结果列于下面的表1中。表1 由此可见，当使用本专利技术的设备时，随着电压和电流的增加，浊度和总颗粒数，以及总悬浮固体降低。下面将参照附图，结合特定的优选实施方案描述本专利技术，从而能够更全面地理解本专利技术。现在参照附图详细说明，所示的细节仅用于举例和说明本专利技术讨论的优选实施方案，并且是对本专利技术的原理和概念的最有用和便于理解的描述。在这方面，无意展示理解本专利技术的功能所需以外的本专利技术的结构细部，结合附图的描述将使本领域的熟练人员更加清楚地了解本专利技术中所采用的数种方案的具体实施。附图说明图1是根据本专利技术的设备的优选实施方案的透视图；图1b是在相同的实施方案中使用的电极板中的一块的透视图；图2a是电极板的第二个实施方案的透视图；图2b是同一块板的截面详图；图3是具有变压电源的设备的一个实施方案的图解；图4是具有设置在电极板的外周边缘和壁的内表面之间的橡胶密封元件的设备的一个实施方案的截面详图；以及图5是布置为控制添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由不纯水生产可饮用水的电絮凝方法，包括：通过电解选自金属铝电极和金属铁电极的金属电极原位形成三价离子，其中使待处理水穿过作为所述电极的平行金属板的所述堆中的小孔顺序地上升，每块板带有与相邻板相反的极性，相邻板上的小孔在垂直方向不重合，其中通过使所述处理水由所述最低板上的小孔顺序地流过其上的板上的小孔直至流出所述最高板而产生湍流和混合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A埃丁，N维斯坎，
申请(专利权)人：耶路撒冷希伯来语大学依苏姆研究开发公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]