专利名称：通过提供质子来处理水的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理水的一种方法与设备，可用它来净化淡水(包括一般的生活废水、污水、农业废水、工业废水、工程废水、河水、池水、湖水与沼泽水、自来水、地下水、泉水、雨水与泥浆水等)，海水(包括海湾海水、港口海水与内海海水等)以及混合海水(包括盐湖水、河口水、海水湖水等)之类的各式各样的水;软化硬水;以及分离或回收痕量的油、蛋白质或其它物质。更确切地说，本发明所涉及的用于处理水之方法与设备具有如下特征给拟处理的水提供质子或质子与磁场，同时控制释放出的质子量或释放出的质子量与磁场强度，以之为控制指标，从而通过使含于此种水中的物质絮凝化、把它们吸附到絮凝物上、使之成为胶体或飘浮水面而后分离等手段进行处理，由此来净化拟处理的水、软化硬水、或者分离或回收痕量的油、蛋白质等。
磷和富营养物质对湖泊、沼泽与内海等封闭水域的污染，当前不仅在日本而且在全世界已成为一个重大问题。众所周知，这类污染的发展导源于农业污水与生活废水等之中所含的富营养物质，它们流进湖泊、沼泽、内海、以及因海岸的开发而降低了水位的水域中。
为此，已实施了一些方法来限制富营养物质流入封闭水域，例如，对城市生活型家庭废水，农业居民区废水、以及由农业污水与雨水产生的表土洗脱物质作浓缩处理;同时采用了各种方法来保持和提高自净能力，例如采用了除去沉积的污泥与藻类的方法以及在水中加入石灰一类化合物和吹入氧气或空气的方法。
至于软化硬水的方法，已知有把硬水贮放一段时期，使碱土金属(例如CaO)沉淀，用蒸馏或用离子交换树脂来将其除去的方法，以及通过煮沸来沉淀这类金属而使用上层清液的方法。
但是，上述这些先有技术涉及到下述一些问题在采用吸附剂、絮凝剂、中和剂、氧化剂与还原剂等的情形，以及在实行生物处理的情形，由于有次生污染物混入处理水中，同时产生出大量的污泥，就必须消除它们;而在采用其它方法的情形，即使投资了大量的设备与运行费用，迄今尚来能产生出满意的效果。
还有，要分离出作为乳状液而含在待处理之水中的油或以痕量溶解于水中的油，即令采用离心方法也是很困难的。
在先有技术中的将硬水贮存一段时间来软化它的方法中，要是溶解在此种水中的碱土金属浓度很高，则在绝大多数情形下水的pH变为弱碱性。这样，便可让水静止一段长时间后来产生和沉淀出氢氧化钙或类似物质，然而这种作用并非稳定的，而且随着浓度的减小，产生的沉积物量也变得较少。另一方面，在用离子交换树脂、蒸馏、或煮沸来软化水的情形，则会使成本提高，以致难以处理大量的水。
因此，本发明的首要目的是提供一种处理水的方法与设备，它们能够去掉，减少，消除，反增生或回收阳离子、部分阴离子、富营养物质、叶绿素、藻类、细菌、蛋白质以及痕量的油或类似物质。
本发明之另一目的则是提供一种处理水的方法，它能防止次生污染物混合到水中，而这种现象在先有技术中则是不可避免的，同时还只产生少量的污泥。
为了达到上述目的，在本发明的第一个方面中给出了一种处理水的方法，其特征在于为拟处理的水提供质子或质子与磁场，同时控制释放出的质子量或释放出的质子量与磁场的强度，通过使之絮凝、吸附到絮凝物上、胶体化或漂浮到水面予以分离去掉、减少、消除、反增生或回收此水中所含的阳离子、部分阴离子、富营养物质、叶绿素、藻类、细菌、痕量的油或类似物质。
本发明的第二个方面是给出一种处理水的方法，其中，上述质子的给予是通过提供含结晶水的释放质子之结晶矿物来完成的。
本发明的第三个方面是给出一种处理水的方法，它能通过用待处理之水稀释用上述水处理方法所得的处理过的水，使后者扩散入前者，从而去掉、减少、消除、反增生或回丈鲜鲈又省 本发明的第四个方面是给出一种处理水的方法，当为产生出有助于沉淀物的形成与生长之沉淀核而必须的阳离子量并不充分时，可以加入极少量的这类阳离子。
本发明的第五个方面是给出一种处理水的设备，此设备包括一水流槽或水管，其中盛有含结晶水的释放质子之结晶矿物;在此水流槽或水管外部装有励磁线圈，或在此流水槽或水管内设置有一种磁性材料或磁性存储件;在上述水流槽或水管内设有清洗用喷嘴，借助喷出的空气和/或水来洗净释放质子之物质与附着在上述磁性材料或磁性存储件上的絮凝物。
本发明的第六个方面是给出一种处理水的设备，其中，在上述设备内用来保持含结晶水的释放质子之结晶矿物的是一种挡住释放质子之物质的圆筒，它可以适当地转动且其本体呈网状结构。
附图的图面说明如下
图1至4示明本发明的一种设备的实施例，其中图1A为一处理槽的垂直剖面图，截取自平行于包括一水管之直径在内的平面;
图1B为图1A中所示之水管的纵向垂直剖面图;
图2A为采用了圆盘状磁铁的一种水流槽结构的平面图;
图2B为图2A中所示结构之垂直剖面图;
图2C为图2A中所示圆盘形磁铁的透视图;
图3为采用了片状磁铁的一种水流槽结构的透视图;
图4A是装有保持方石英之圆筒8的水流槽之侧向垂直剖面图;
图4B是图4A中所示之水流槽的纵向垂直剖面图;
图5示意性地表明采用一种稀释法来处理水的方法;
图6示意性地表明采用上述稀释法的一种实验性设备;
图7至14为曲线图，表明以例4中拟处理的各种水稀释的各种处理用水内的离子行为。
在图9至14中，以记号○标明未处理过之水(在稀释前)的特征值，其中的第一个指示初始值，而第二个指示处理后的值。同样以记号●标明稀释后之水的特征值，其中的第一个指示初始值，而第二个指示处理后的值。
图15为曲线图，表明在例5中各种情形下磷(P)与氮(N)的行为随稀释程度和老化时间的变化;
图16与17为曲线图，表明在例6中按分批稀释处理时，鱼池中水的磷(P)与氮(N)的行为以及透光率;
图18为曲线图，表明在例7中按连续流动稀释处理时水中的磷(P)与氮(N)的行为以及透光率。
本发明将参考以下例子加以更详细的说明，但应理解本发明并不受这些例子限制。
作为含于待处理之水中的物质而被去掉、减少、消除、反增生或回收的，可列举出阳离子、部分阳离子、富营养物质、叶绿素、藻类、细菌、蛋白质以及痕量的油或类似物质。
作为给予质子的方法，可资利用的有电解水法、离子交换法、电子碰撞法和提供含结晶水之释放质子的结晶矿物方法等。至于含结晶水之释放质子之结晶矿物，可资利用的例如有天然方石英、人造方石英、沸石和类似矿物，但任何具有易于释放出质子之特征的矿物都可以采用。
在以下的例子中，所用到的提供含结晶水之释放质子的结晶矿物的方法，乃是最容易、最廉价和最安全的供给质子的方法。
所释放出的质子量可以根据含结晶水之释放质子的结晶矿物之种类、拟处理的水量以及处理时间等自由调节。
释放出的质子量，即它是高还是中/低质子浓度，可以通过测量水系的pH值来确定，此种水系中已配备有方石英之类的释放质子的物质且已使其静置24小时。换言之，释放出之质子量要根据处理水的目的这样控制，即，pH值不超过5.5时为高质子浓度，而pH不小于5.6时为中等或低质子浓度。
磁场是用常规方法提供的，即把水流通路本身置于一线圈中并激励此线圈(通过改变此线圈的匝数可以自由地调节其磁通密度);或者将一磁性材料或磁性存储件依下述方式置于此水流通路中，使磁通的分布平均化，得以使运行中的水之阻力减至最小(参看图1、2、3与4)。至于此种磁性材料或磁性存储件，采用的是一般的磁性材料与铁氧体、钡铁氧体或类似材料，而以塑料为粘合剂。使用塑料是合宜的。
在下述的例子中，是通过铁氧体磁铁与磁铁片(铁氧体压制成的片状物，将N极与S极按网状态布置)来形成磁场的。
至于质子与磁场的提供，则当释出的质子量为中等或低浓度，而磁场强度低至处理槽中的最大磁通密度约为100-600高斯(以后记作G)之际，含于待处理之水中的物质，特别是阳离子，就絮凝得很快，一部分阴离子(磷酸盐离子)共同沉淀，而有机氮与藻类等则为絮凝物所吸附而沉淀，同时痕量的油则飘浮到水面上而被分离。
当加多释放出的质子量，并使磁场强度增至槽中的最大磁通密度为约1000～2000G的高磁场强度之际，此时水中所含的物质，特别是阳离子、磷酸盐离子、油脂与蛋白质等即成为胶体，从而不会成为细菌的营养源，同时防止了有机物质沉淀到封闭水域之底部或能减少此种沉淀量。应用能释出超量的质子的合成沸石，也可以和提供强磁场的情形相同，加速这种胶态的分散过程。应该根据处理水之目的来选择释放出的质子量或释放出的质子量与磁场强度。
依据本发明，能够直接地为拟处理的水提供质子或质子与磁场而处理含于此拟处理的水中之物质，也可以将在先前处理中所获得的处理过的水，即所谓处理用水，稀释和分散到拟处理的水中，以便处理含于拟处理之水中的物质。在上述处理方法中，为产生用于加速沉淀物的形成与生长的沉淀核而需之阳离子，在此处理用水或拟处理之水中的量不充分时，则最好在处理过程中添加少量的阳离子。当含于拟处理之水中的物质为叶绿素与藻类时，则可通过释放中等数量或少量的质子，以及采用约100至600G的中或低磁场强度作为装有方石英的处理槽中的最大磁通密度，使上述物质快速絮凝而完全除去。
当拟处理之水为硬水，即此拟处理之水中所含物质主要为钙离子与镁离子等一类碱土金属离子时，则可通过释放出中等数量或少量的质子，以及采用约100至600G的碱场强度作为处理槽中的最大磁通密度，来絮凝这类离子并将其完全除去，从而把硬水转变成软水。
当拟处理之水中所含物质为蛋白质和/或痕量的油时，要是通过直接提供含结晶水的释放质子的结晶矿物来给予质子时，则所供给的质子量要据如下指标来确定，即当以磁场强度约为100至600G的中或低场强来作为处理槽中的最大磁通密度时，拟处理之水的pH属于中性范围。
当通过溶解有质子的水(在稀释处理情形中)来提供质子时，这种处理用水(溶解有质子的水)所需添加的数量应据下述指标确定，即在添加有此种处理用水的被处理之水中的pH，要比原始的未处理之水中的pH低0.3以上，而此被处理的水经稀释后的pH处于6至8的中性范围。
在用含结晶水之释放质子的结晶矿物来直接或间接地给拟处理之水提供质子以分离出油的两种情形下，所给予的质子量要据下述指标确定，即乳状液要消失，油滴要完全漂浮在水面上，而所处理之水的pH是在前述装围内。
采用上述方法，当蛋白质被絮凝，聚沉与沉降时，痕量油则是漂浮于水面上被分离并除去。
为了分离并回收水中的蛋白质，最好是把由添加溶解有质子之水稀释过的拟处理之水的pH调节至6.9～6.0。为了分离出痕量的油，采用添加溶解有质子的水，即采用稀释处理的方法最为有效。
各种元素的分析法则根据环境局的13号通告或JIS(日本工业标准)的分析法。
更具体地说，各种元素按下述方式分析。
1.磷将铁的标准液加到待分析的样品上，且进一步向其中添加硝酸与高氯酸。将此混合物加热、浓缩并完全氧化，使有机物分解。用钼蓝法对磷进行定量分析。
2.氮用基耶达-奈斯勒(Kjeldahl-Nessler)测氮法或戴氏(Devorda)还原性基耶达-奈斯勒法，对样品进行比色分析。
3.钙将盐酸加到待分析的样品上来溶解絮凝物，并用原子吸收光谱法作定量分析。
4.钠与钾将盐酸与水加到拟分析之样品上，并用原子吸收光谱法作定量分析。
在以下各例中，N(作为NH+4)、P(作为PO3-4)、R.N、R.F、COD与SS分别指作为NH+4存在的氮、作为PO3-4存在的磷、有机氮、初始值、化学需氧量与悬浮的固体物质。
T.N、T.P与T.Fe中之T代表“全部的”。T.N即代表全部的NH+4型的氮(N)、有机氮(N)与NOX型的氮(N)。T.P则代表全部的磷酸盐化合物与有机磷(P)，而T.Fe则代表全部的铁(Fe)、Fe++与Fe+++型的铁(Fe)。
例1T.N、T.P与COD等随时间的变化
在例1的实验中，考察了具有表1所列成分与化合物值的生活污水Omi-hachiman城市住宅开发公司污水处理厂的未处理的水、初级理过的水与二级处理过的水)。
将100克的方石英与场强为340G的磁铁片一起装入-500毫升的烧杯内，使它们与此烧杯的内壁紧密接触。将400毫升未处理的水、初级处理过的水与二级处理过的水，分别加入相应的烧杯中。处理的时间顺序确定在30分钟至300分钟之间，业已达到此预定处理时间的试样立即通过GF/F滤纸过滤，测定此已分离掉絮凝物的滤液来研究T.N、T.P与COD等随时间变化的行为。结果示明于表2。
(表中的tr表示痕量)从上述结果看出，在未处理过之水中的T.P、NH4、T.Fe与Ca显示出随时间延长而减少的有利倾向。但是，在共存有NO-3(在初次处理水与二次处理水的情形)时，除了对于磷(P)外，未观察到有显著的处理效果。上述未处理过的水则含有大量的有机SS(悬浮固体)，它们随着时间的延长而呈胶态，且看来是增加COD值的原因。
例2T.P、NH+4与COD等随最大磁通密度的变化。
在例2的实验中，研究了已生有绿藻的Kakogawa城附近的灌溉池水。将800毫升的这种待研究的水加入一内装有200克天然方石英的1升烧杯内。分别对这样一批烧杯中的水施加180、600与1000G的最大磁场强度，然后都经120分钟后过滤。对各种滤液测量了总的磷(P)与总的NH+4以及COD值与透光率。实验结果列于表3。
在以上实验结果中，在很广的磁通密度范围内观察到磷(P)量存在着减少的有利趋势。另一方面就NH+4看来，它在低磁通密度范围内，类似于前述蚜追从Χ始跎偾魇 而在高磁通密度范围，可以认为作为絮凝物分离出去的NH+4，将随着时间的延长再次变为胶态形式而保留下来。
例3软化的硬水例对受到了硬水有害影响的下述样品中进行了除去钙离子的实验。同时也以絮凝物的形式，按钙离子情形的相同方式除去了痕量的镁离子等。
(样品)(a)Koyama公园的池水(地下水)，(b)Higashi-Kakogawa区的农业灌溉池水(含生活污水与农业污水);
(c)瑞典，Bosta-Trask地区的水(湖水);
(d)瑞典，Bruns-Viken地区的水(生活用地下水)。
将100克的方石英(日本秋田港地区产)与场强为240G的磁铁片分别置于一批300毫升的烧杯内，各加250毫升的样品水。各烧杯均覆盖以表玻璃，静置24小时后通过GF/F滤纸过滤收集50毫升的滤液并加上10毫升的盐酸，按100毫升的恒定体积进行原子吸收光谱法测定。
收集适量未处理的水，依同样方式用原子吸收光谱法测定。未处理之水以及已处理之水中的钙(Ca)离子浓度列于表4中。
在以上实验中，任何饮用水都显示出除去钙离子的一种有利倾向，显然，本发明的方法可用于软化硬水并可防止钙沉积到水管或其它类似容器上。
例4由各种未处理的水所稀释之各种处理用水中的离子行为。
1.处理用水的配制(a)由污水与海水组成的处理用混合水可以认为，流入内海、海湾、池、湖与沼泽中的富营养物质都起源于一般的生活废水。在这些实验中，假定生活废水是流入海水，将混合的海水(生活废水与海水按1∶1比例混合)注入采用了方石英与磁场(220G)的处理槽中，使其静置24小时，由此配制出处理用水。用于稀释处理目的的按上述方法获得的处理用水，它的pH定在约5.0至3.0之间。
(b)处理用污水按照上例(a)中相同的方式，处理了生活污水处理厂(Himeji城，Ebuna住宅发展公司水处理厂，废水量600吨/日)排出的废水。此外，还将铝凝胶加到处理用水(a)与(b)中制成处理用水。
2.研究经稀释之水中的离子行为为了研究经稀释之水中的离子行为，将未处理的水(即排出的废水、混合的海水与海水，在下表中分别称之为A、B与C)与处理用水(即其中混合有排出的废水及海水的处理用水)、处理用的污水、以及在其中添加有铝凝胶的前两种处理用水〔表中以后分别记为a，b，a+gel(gel代表凝胶体)与b+gel〕如表5所示组合，形成絮凝物，考察了磷(P)与氮(N)及其它阳离子的行为。
各种情形的处理时间均为60分钟。混合60分钟后，测量了各滤液中所保留的每一种离子的浓度，并用洗瓶将沉积物冲洗入原来的烧杯中，测量此沉积物中各种离子的浓度。
(测量结果)测量结果示于图7至14的曲线图中。在图9至14中，符号○指未处理之水(稀释前)的特征值。其中的第一个指初始值，而第二个指处理后的值。
同样，符号●指稀释后水的特征值，其中的第一个指初贾担诙鲋复砗蟮闹怠 尽管pH趋向酸性侧，但CaO、MgO、Al2O3、Fe3O4与ZnO以及类似物质的阳离子会沉淀，且特别是处于弱酸态时，形成氢氧化物的离子将急剧地发生反应，足以快速地使得Al2O3、Fe3O4、ZnO与类似的物质沉淀。在碱性侧产生氢氧化物的离子(例如MgO与CaO之类)则经过一段长时间逐渐成为沉积物。磷(P)与氮(N)的除去与上述这些阳离子的沉积紧密相关，这里P是作为PO-34而N是作为NH+4的，它们特别是在酸性侧急剧地与产生氢氧化物的痕量(1至5ppm)阳离子化合，由此而从水中除去。因此，为了从水中除去磷(P)与氮(N)，极其重要的是要让处理用水和/或待处理的水中含有适量的阳离子，同时需存在适量的质子与磁通密度。如果在此种处理用水和/或待处理之水中并不存在适量的阳离子，则可以通过添加1至5ppm的铝(Al)离子(铁(Fe)离子等)，来完全除去磷(P)。采用普通的碱处理法难以分离出不超过几个ppm的作为氢氧化物的阳离子。
要是在处理用水和/或待处理之水中含有适量的阳离子，即使经稀释后的pH达到6.5至6.8，也会足够快地生成絮凝物来达到这一应用了采取图6所示稀释法的实验设备，待处理的水与处理用水分别以1500毫升/小时与150毫升/小时的流量连续地流送。作为待处理的水，采用了鱼池水与排出的废水(Ebuna住宅开发公司的污水处理厂排出的废水);而作为处理用水则有a排出的废水+海水;b排出的废水，以及b+gel;添加有铝凝胶体且按例4同样方式处理过的排出的废水。待处理的水与处理用水是在一混合槽中自然地混合，以在上述沉降槽中产生絮凝物与沉淀出沉积物。使上面的清液流出而获得处理过的水，并测量了以下各数值。把在收集各种水时通过分析获得的数值用作为各个初始值。在除去磷、氮和藻类方面(代之以透光率)可获得的满意结果，有一些给出在图18的曲线图中。有关此种连续流动稀释处理的实验结果列出在表7中。
按照表6进行了老化实验。结果示明于图15中的曲线图中。
分析中，让生成的絮凝物通过GF-F滤纸过滤，并测量了留在滤液中的T.P与T.N，用以考察有效类别的处理用水，有效的稀释时间与老化效应。
如图15中的曲线图所表明1.在混合水+处理用混合海水的情形，即使经100倍稀释，也显示出有良好的除磷(P)与除氮(N)效果，同时，老化处理也产生出良好的除害效果。
2.在排出的废水+处理用排出的废水之情形中，仅仅是经10倍目的。
显然，通过稀释处理能使磁场的分布在很大程度上得到均化。
例5各种情况下的磷(P)和氮(N)与稀释程度和老化时间的关系。
作为拟处理的水，用到的是按1∶1混合的海水与排出的废水(Himeji市政Ebuna住宅开发公司污水处理厂排出的废水)之混合海水，以及该厂排出的废水。
处理用水是按照例4中的相同方式处理上述的混合海水、上述的排出的废水以及添加了2.65ppm当量铝(Al)凝胶体的上述废水。为了研究经稀释的处理过的水的离子行为，将表6中的拟处理之水((即排出的废水与混合海水，下表中分别称作A与B)与处理用水((即处理用海水、处理用排出的废水与通过添加2.65ppm当量之铝凝胶体处于处理用排出的废水中而获得的处理用水，下表中分别称作为a、b与c)混合，形成絮凝物，并考察了磷(P)、氮(N)与其它阳离子的行为。稀释再结合上老化处理才显示出除磷与除氮效果。
这一事实表明，蜓衾胱迂逊Χ贾氯鄙俪粱锝档土宋接氤粱芰Α 3.在排出的废水+添加有铝凝胶体的处理用排出废水的情形，即使是稀释100倍也显示出非常良好的除磷效果，由于质子量很小，即令在pH为6.7至6.8时，处理后仍含有适量的阳离子。除氮效果也是良好的，显示出类似于老化效应的趋向。
由以上结果已可证明，要是拟处理的水和/或处理用水含有或使其含有适量的阳离子，同时提供了适量的质子来絮凝这些阳离子，则还可进一步提高稀释的程度。
例6在分批稀释处理下，鱼池中水的磷、氮与透光率。
采用鱼池中的水作为待处理的水，至于处理用水，采用“a”排出的废水+按例4中同样方式处理过的海水，“b”按例4中同样方式处理过的鱼池水;“b+gel”(gel表凝胶体)鱼池中的水添加有铝凝胶体且依例4同样方式处理过。稀释10倍与20倍时磷(p)与氮(N)量以及透光率随时间变化的情形示明于图16与17中，其中还示明了磷(P)与氮(N)的行为以及透光率与稀释程度的关系。
例7在连续流动稀释处理下之水的磷(P)与氮(N)之行为与透光率。
图6示意性地表明了采用本发明之处理用水来稀释水以对水进行处理的一种实验设备。参考数字(14)表示未处理之水的贮存槽，(1)表示采用了方石英与磁场的处理槽，(15)表示海水与处理用水的贮存槽，(16)表示处理用水的贮存槽，(17)表示定量泵，(9)表示混合槽而(10)为沉降槽。
将例7中通过连续流动稀释处理实验所获得的处理过的水，再次用鱼池水稀释(×11×5至×11×50)，并按相同方式生成絮凝物。测量了上层清液中留下的T.P与T.N以及透光率，由此肯定了，经11倍稀释的处理用水是继续有效的。从图17中下面所示的结果可以证明，这种稀释过的水仍然保持有适当的能力。
至于处理过之水的效果，在排出的废水+排出的处理用水+50ppm凝胶体的情形，可以有效地稀释550倍，而在排出的废水+海水的情形，可以有效到稀释330倍。
据以上所述例子，得到了以下结论1.当一种元素在较低的pH形成氢氧化物时，它就具有较高的去离子倾向，但即令是一种在碱性侧产生氢氧化物的元素，它也会显示出去离子的倾向，尽管本发明的处理是在弱酸侧进行的。
2.本发明之方法中所表明的这类倾向与效果，对于分批处理与连续处理都是相同的。
3.在本发明的处理工艺中，即使是痕量的阳离子也会成为沉积物，而这样一种倾向对于在低pH范围内产生氢氧化物的元素来说尤其显著。
4.在本发明的处理工艺中，阳离子首先被絮凝，而一部分阴离子则在阳离子絮凝时为此种阳离子所吸附与絮凝，由此而从处理的水中除掉此阳离子与部分阴离子。
5.在本发明的处理工艺中，极为重要的是，在拟处理的或已处理过的水中，应含有适量的阳离子(最好是1至5ppm的铁(Fe)、铝(Al)或类似元素的，但此数量可以变化且可采用其它离子)。因此，取决于处理时间、处理方法、拟处理之水中的离子浓度、处理过之水中的离子浓度等因素，在必要时，可在处理之前添加痕量的阳离子。
6.在本发明的处理工艺中，极为重要的是，在拟处理的水中或处理用水中，应根据阳离子量存在必需数量的质子(处理用水中的质子量，根据预定的pH，由处理时间控制)。
7.考察通过连续流动处理所获得之处理用水(经稀释11倍)中仍然保持的净化处理能力，结果发现，在处理用的排出废水中之质子，直至稀释50倍(对于未处理过的水，则为稀释550倍)仍然保持有作用;而在处理用的混合海水中所保留的离子与质子这两者，直至稀释30倍时仍起作用。当处理用的混合海水稀释50倍时，所除去之磷(P)的比例大大降低了。看来这是由于阳离子的数量因絮凝物的形成而变得不充分所致。
8.比较此连续流动处理实验前后的特征值，发现在除去BOD、T.P、藻类与叶绿素A方面是非常有效的。
例8处理含有粘土的工程废水、河水与泉水(即含膨润土的水)(样品水)1.Shimane县的河水。
2.Shimane县山岳间一建筑工地的废水。
3.Aichi县山岳间一建筑工地的废水。
4.Himeji城地下建筑工地的废水。
5.Himeji城效区山麓间一建筑工地的废水。
6.Kanuma城的泉水7.Hiuga城的泉水(处理用水的配制)将1公斤的方石英(粒度＜20毫米)浸入于1升的普通河水中，于230G的最大磁通密度下在处理槽中保持6小时，以便使质子充分溶于水中。这样得到的水之pH为4.5。然后将3ppm的铁(Fe)离子或铝(Al)离子加到此溶解有质子的水中来调节其功能，这样便配制成了此种处理用水。
(实验级别)1.样品水1，1升+处理用水2毫升2.样品水2，1升+处理用水5毫升3.样品水3，1升+处理用水5毫升4.样品水4，1升+处理用水3毫升5.样品水5，1升+处理用水3毫升6.样品水6，1升+处理用水2毫升7.样品水7，1升+处理用水2毫升(处理含粘土之水的实验)将依据本发明配制成的处理用水添加到含有溶解状态或胶态之膨润土的泥浆水中，即含有粘土的工程废水、河水与泉水中，添加后的pH使处于中性范围。添加之后立即轻轻混匀，两分钟后再混一次。然后静置此混合物，使水中所含的阳离子与胶态物质转变为絮状沉淀物同时沉降。这样形成的沉淀物之沉降速度为30厘米/30分。至于在沉淀槽中的仃留时间，60分钟是足够的。
(测量结果)处理前后各种成分的测定值列出在表8中。处理后的值为上层清水的分析值。
根据以上实验结果可以看出，为了从含有膨润土的水中沉淀和形成出碱土金属离子，老化处理是必须的，而其它的阳离子、悬浮的固体物质与胶态物质则很快转变为待分离与除去的絮状沉淀物。
例9通过连续下流混合来处理污水(样品水)Himeji城的污水处理厂的输入水(处理用水的配制)将10公斤的天然方石英(粒度＜20毫米)，浸入15升上述处理厂排出的废水中，在槽中于230G的最大磁通密度下保持6小时，以使质子充分溶于水中。在这种情形下水的pH为4.45。然后将2ppm的铁(Fe)离子或铝(Al)离子加入此溶解有质子的水中，调节它的功能。这样就得到了溶有质子的处理用水。
(通过连续下流混合来处理污水)将未经处理的污水与溶解有质子的水分别从-100升容量的未经处理之水的贮存槽与一处理用水的贮存槽，各自以10升/小时与0.02升/小时的速率连续下流。然后将此混合的水引入-20升容量的沉淀槽中进行沉淀的老化与沉积处理。由于此上层清水(污水经处理后)是连续地排出，就用泵唧方法从此沉淀槽的底部将沉淀物抽出，并引入一泵滤槽，由这里分离开过滤了的水与沉淀物。此过滤了的水被排出。
此沉淀槽的容量设计成具有200%安全系数的120分钟的仃留时间。
(测量结果)由环境测量站测量了此未处理的污水与处理后排出的废水的各种成分值。
测量的结果示明在表9中从以上实验结果看出，对于BOD、T.P、SS、结肠杆菌菌落以及能见度具有特别高的处理效果。
在污水的常规处理方法中，在进行了初级与二级的生物处理之后，常需作三级处理(采用聚集沉淀法与磷酸钙结晶法等)，而脱磷的性能是颇为不够的。按照本发明，只需用一级处理就够了，而且操作简便，所处理过之水的级别相当于通过三级处理的水。
特别是在脱磷效果方面，本发明远比任何其它方法优越。经处理过之水是无色的，显示出良好的透明性而且几乎是无气味的。
例10分离铁(Fe)、铝(Al)离子和/或SS在本实施例中所用之含结晶水的释放质子之结晶矿物，乃是粒度小于20毫米、含87.2%SiO2与5.25%结晶水的天然方石英。
至于样品水，采用了(1)Ii河中的流水、(2)Izumo地区的泉水以及(3)制铁工艺产生的废液。
将1公斤的天然方石英浸入1升的水(pH7.0)中3至8小时，使质子得以充分释放并溶解于水中。在此情形下，溶解有质子之水的pH，当此种水历经3小时后为5.20，而在8小时后为4.05。然后抽出此种水，取10毫升与100毫升分别加入一升的上述(1)、(2)与(3)各种样品水中。让此种混合物静置60分钟。
在上述之水与溶液中的铁离子、铝离子或SS，在它们转变成絮状沉淀物的过程中徐缓地沉淀。所得到的上层清液表现出明显地除去了铁离子、铝离子或SS的倾向。
根据JIS(日本工业标准)中的相应方法分析了此种未处理之水及溶液以及处理过之水及溶液。分析结果列于表10。
例11分离痕量的油(样品水)采用Himeji市政污水处理厂接收一侧处的含有痕量油的水(供给质子的方法)将10公斤的天然方石英(粒度＜20毫米)浸于从上述处理厂槽子中排出的15升废水中6小时，最大磁通密度为230G，使质子充分溶在水中，此时水的pH为4.45。将2ppm的铁离子或铝离子加入到此溶解有质子的水中，调节其性能以获得溶解有质子的这种处理用水。通过这种溶解有质子的水来提供质子。
(分离痕量油的实验)将溶解有质子的水与含痕量油的未处理之污水，分别以0.02升/小时与10升/小时的速率连续地流下并混合，引入一沉降槽中。污水中的各种离子、悬浮固体物与细菌等均作为絮状沉淀物而沉积出。当这种絮状沉淀物静置120分钟后，痕量的油即上升到液面而被分离。
处理前后各种成分的测量值列出于表11。
(附注处理后的值即上层清水的测量值)
从表中的正己烷提取物与能见度的数值可以看出，以溶液态或乳状液形式存在于未处理水中的油，按很高的比例被分离与除去。
例12痕量油的分离(样品水)一般的污水，含有部分为乳状液而部分为可溶于水之油的痕量油。
(提供质子的方法)1.由例11中溶解有质子的水来提供质子。
2.由天然方石英来直接提供质子。
(分离痕量油的实验)1.将2毫升溶解有质子的水加入到1升样品水中混合。将此混合液调至pH7.1，静置60分钟，让生成的沉淀物沉积，使油作为油滴上升到液面。
2.将500克天然方石英(粒度＜20毫米)浸入1升的样品水中，让此两者在230G的最大磁通密度下于一槽中静置120分钟。处理后的pH调至6.4，而痕量的油即作为油滴上升到液面并被分离。
(测量结果)对上面1与2中未处理的水与处理的水测量了pH、正己烷提取物与浊度。测得的值列于表12。处理后的值为上层清水的测量值。
由于油系痕量，正己烷提取物在任一种样品水中均小于0.5ppm，在处理之前或之后的特征值未发现有差别，但从油滴上升到液面与浊度这两方面看来，处理前后的数值间存在很大差别，由此断定以溶液或作为乳状液形式而含于水中的痕量油已被分离。
在上述分离法1与2的任何一种中，在水中所含的痕量油作为油滴升至液面而被分离的同时，乳浊液即行消失，因而油从水中完全分离。由以上浊度的测量值可以看出，上述分离法1(稀释处理法)用于分离以溶液或乳状液形式含于水中的痕量油最为有效。
例13分离蛋白质和痕量的油(样品水)1.含蛋白的水。
2.加工鱼的水(包括海水)。
3.加工食品的水(含水溶蛋白的水)。
4.含植物蛋白的水。
(提供质子的方法)将10公斤的天然方石英(粒度＜20毫米)浸于15升由一污水处理厂的槽中排出的废水中，在最大磁通密度为230G的条件下静置6小时，使质子全面地溶解于水中，这样获得之水的pH为4.45。将2ppm的铁离子或铝离子加到此溶解有质子的水中，调节其性能以获得这种溶解有质子的处理用水。由此种溶解有质子的水来给出质子。
(分离蛋白质与痕量油的实验)将1至5毫升的上述溶解有质子的水添加到一升的以上这四种样品水中混合。将此类混合物调至pH为6.1至6.8的范围，静置60分钟使熟化沉淀。通过沉降分离出蛋白质，同时痕量的油作为油滴上升到液面而分离。作为已处理之水测量了上层清水。
在这一处理中，pH用溶解有质子之水调节，而水中所含的蛋白质与其它物质被沉淀出。为了断定是否能用任何其它方法调节pH使沉淀生成，采用了0.1NHCl、L-抗坏血酸〔10%重量/体积〕与1NH2SO4调节了pH，但并没有沉淀物形成。由这一事实可以有定，含于水中之蛋白质沉淀现象乃是只能通过上述提供质子之方法来生成的一种反应。
(测量结果)处理前后之各种成分的测量值列出于表13。处理后的值乃是上层清水的分析值。
在以上任何一种已处理的水中，都形成了良好的蛋白质凝结沉淀物因而能够从水中分离出并回收蛋白质(回收百分率为92～95%)。
关于少于0.5ppm的痕量油的分离，它的精确数值无法测量，但它的分离可从油滴上升到液面与浊度显著降低这一事实得到证明。
从含植物蛋白之水的正己烷提取量在处理前后测量值的差别，可以明显地看出痕量的油得到分离。
例14
图1至4表明了本发明之设备的实施例。图1所示的一种净化水设备利用水管(1)本身(水通道管)作为处理槽。线圈(2)绕在此水管(1)上，受到激励为此管内提供磁场。磁通密度由该线圈的匝数予以确定。方石英(6)置于水管(1)内，在线圈(2)的外侧设有一绝缘套(5)。使未经处理的水流入水管(1)内，同时激励上述线圈来提供磁场以净化流入的水。从清洗喷嘴(4)周期性地喷入2至5公斤/平方厘米的空气流和/或水，来清洗此方石英与类似物质。在过滤槽、沉降槽或感应分离槽中分离出絮凝物。
图2表明的一种净化水的设备利用水流槽(1)作为处理槽。这是采用了圆盘形磁铁片(3)(塑料粘合剂+铁氧体磁铁)的一种设备例。在磁铁件(3)中，N极与S极交替布置，这些磁铁片间的最佳距离为2至3厘米。它们的排列方式要使得磁通密度的分布尽可能均匀。磁铁件(3)的构型、磁通密度与类似的性质可自由地选择，只要适合产生强磁场的目的即可。使未处理之水(7)流入水流槽(1)来接受处理。由清洗喷嘴(4)周期性地喷射入2至5公斤/平方厘米的空气流和/或水，以清洗附着于方石英(6)与磁铁件(3)表面上的絮凝物。生成的絮凝物与胶体按照图1所示的同样方式处理。
图3所示的一种净化水设备利用水流槽(1)作为处理槽，其中所设置的磁铁片(3)的N极与S极交替地布置。磁铁片(3)为一种磁化的塑料片，能够为之提供可自由选择的磁通密度。N极与S极按网状排列，这些磁铁片(3)之间的最佳距离为2至3厘米。它们适合于低磁场并加速絮凝物的生长。市售的多种这类产品具有180至160G的场强。由清洗喷嘴(4)周期性地喷入2至5公斤/平方厘米的空气流和/或水，以清洗附着于方石英(6)与磁铁片(3)之表面上的絮凝物。生成的絮凝物与胶体按图1所示的同样方式处理。
图4所示的一种净化水设备利用了水流槽(1)作为处理槽，同时采用了磁铁片(3)。方石英装在可旋转的方石英保持圆筒(8)(方石英筐)中，后者的主体部分呈网状。可以根据需要来旋转此用于保持方石英的圆筒，从而能方便地将附着于此方石英表面上的絮凝物除去。
例15图5与6示明了本发明的实施例。图5则示意性地表明了采用稀释法的处理水之方法。
在图5中，参考数字(1)指一利用了方石英与磁场的处理槽。在此处理槽(1)中释放出质子同时存储磁场，由此获得处理用水。参考数字(a)表示一混合槽，其中的质子与磁场的分布是均匀的，阳离子的絮凝逐渐发展，磷酸盐离子被沉淀，有机态的氮被吸附与沉淀，同时藻类也被吸附与沉淀。参考数字(10)指用于进行沉淀、老化与分离的沉降槽。参考数字(11)指一过滤槽，磷酸铝、磷酸镁、磷酸钙、氮磷酸盐、磷酸铁、有机态的氮、铵盐与藻类之类的沉积物在槽中得到分离。这些分离出的物质在一沉积脱水槽(12)中脱水，用作农肥。参考数字(13)表示一阳离子添加槽，需要时用来将阳离子加到处理槽(1)或混合槽(9)中。
图6示意性地表示了采用此种稀释法的一种实验设备。
在图6中，数字14、1、15、16、17、9与10分别指一未处理之水的贮存槽、具有方石英与磁场的处理槽、海水与处理过的水之贮存槽、处理过的水之贮存槽、定量泵、混合槽与一沉降槽。在此实验设备中，采用Ebuna住宅开发公司排出的废水作为未处理的水。此种未处理的水在具有方石英与磁场的处理槽1中进行处理，经处理后，其中的一部分引入到海水与处理水的贮存槽15中，作为Ebuna住宅开发公司排出的废水(50%)+海水(50%)组成的混合之已处理的水;而其余部分引入到已处理之水的贮存槽16中，作为Ebuna住宅开发公司本身的已处理过之排出的废水。这两种已处理过的水按150毫升/小时的速度，通过定量泵，分别引入两个混合槽(容量分别为1.8升与4.5升)(9)中。另一方面，采用排出的废水A2与鱼池B2中未处理之水作为未经处理的水。将Ebuna住宅开发公司未经处理的排出之废水，引入含有上述混合好的已处理之水的1.8升容量的混合槽9(A3)中;而将鱼池中未经处理之水引入含有该公司已处理之水的4.5升容量的混合槽9(B3)中，两者的引入速度均为1500毫升/小时。在此混合槽9中，完成了阳离子的絮凝、磷离子的共同沉淀、有机氮的吸附与沉淀以及藻类的吸附与沉淀。在沉降槽10(A4、B4)中完成沉淀、老化与分离，同时排出净化的水。
工业上的适用性从上面的阐述中可知，根据本发明的水处理工艺，能够净化所有环境下的水、软化硬水或回收有用的物质，而且是通过选择释放的质子量或选择释放的质子量与磁场强度这样一种简单作业方式，便能自由地处置与控制。这样，本发明的工艺便具有以低的设备成本与运行费用来处理水的经济效益。
根据本发明，通过选择质子的数量或选择质子的数量与磁场强度，便能够去掉、减少、消除、抑止增生或回收磷(P)、氮(N)与其它的阳离子、部分阴离子、富营养物质、叶绿素、藻类、细菌、蛋白质与痕量的油等。
本发明的处理方法会带来很高的实用价值，因为几乎不会夹杂有由采用吸附剂、絮凝剂、中和剂、氧化剂、还原剂或类似处理剂或者施行生物处理时所带来的次生污染物质，而且所产生的污泥量也很少。
采用本发明的这种水处理方法，能够软化硬水和除去工厂排出之废水或类似污水中所含的痕量重金属或类似物质。同样，这种方法还能分离出和回收污水内所残余的蛋白质或痕量的油。本发明还能分离出以乳状液形式含于待处理之水中或溶解于其中之痕量的油，而这是过去即使用离心法也很难分离的。
由本发明之水处理方法所获得的高度活性的水，抑制了从钢管的内壁溶解出铁，也抑制了氢氧化铁的产生，从而防止了由于氢氧化铁沉淀物于管内沉积而导致管的内膛变窄或使管道堵塞。
在按照本发明处理过的水中，细菌的活性受到抑制，同时阻止了绿藻或类似物质的生成。
当污水中含有适量的铁离子和/或铝离子时，就可以表现出对绿藻的絮凝效应和对NH4型的氮、有机形式的氮、PO4与类似物质的高度吸附与沉积效应。
通过用待处理水对本发明得到的已处理的水(即处理用水)进行稀释，必要时辅以阳离子，就能从此待处理之水中除去阳离子、部分的阴离子、叶绿素、藻类与类似物质。
当通过稀释此种处理用水来净化与之结合的待处理之水时，就能借助于处理少量的待处理之水来净化大量的待处理之水，而且由于这种处理方法很完善，能够不用任何化学试剂或动力来从事净化，因而它在净化宽范围的水域时尤其能显示出很大的本领。
本发明之处理方法尽管具有上述多方面的优点，但操作简便、设备成本不高而运行费用又低，从而对水处理领域作出很大贡献。
权利要求
1.一种处理水的方法，其特征在于为待处理之水提供质子或者提供质子与磁场，通过控制所释出的质子量或释出的质子量与磁场的强度，使水中所含物质通过絮凝、吸附到絮凝物上、胶体化、漂浮到水面上分离等方式，得以去掉、消除、抑制增生或回收。
2.如权利要求1所述的一种处理水的方法，其中所述的提供质子是通过提供含结晶水的释出质子之结晶矿物来实现的。
3.如权利要求2所述的一种处理水的方法，其中所述的含结晶水的释出质子之结晶矿物为方石英。
4.一种处理水的方法，其特征在于为待处理之水提供质子或者提供质子与磁场，通过控制所释出的质子量或释出的质子量与磁场的强度，使水中所含物质通过絮凝吸附到絮凝物上、胶体化、漂浮到水面上而分离开来，由此得以去掉、减少、消除、抑制增生成或回收，当在待处理之水中，为加速沉淀物的形成与生长而用到的沉淀核在其形成过程中所需用的阳离子量不足时，则在此处理中添加少量的阳离子。
5.一种处理水的方法，其特征在于为待处理之水提供质子或者提供质子与磁场，通过控制所释出的质子量或释出的质子量与磁场的强度，使水中所含物质絮凝化、吸附到絮凝物上、胶体化或漂浮到水面上面分离开来，从而得以去掉、减少、消除、抑制增生或回收，由此而获得了已处理之水，将这种已处理之水稀释并扩散到拟处理之水中，便得以处理此拟处理之水中所含有的物质。
6.一种处理水的方法，其特征在于为待处理之水提供质子或者提供质子与磁场，通过控制所释出的质子量或释出的质子量与磁场的强度，使水中所含物质絮凝化、吸附到絮凝物上、胶体化或漂浮到水面上而分离开来，从而得以去掉、减少、消除、抑制增生或回收，由此获得已处理之水，即所谓处理用水，将它稀释并扩散到拟处理之水中，便得以处理此拟处理之水中所含物质，当在此拟处理之水中，为加速沉淀物的形成与生长而用到的沉淀核在其形成过程中所需用的阳离子量不足时，则在此处理中添加少量的阳离子。
7.用于处理水的一种设备，包括一水流槽或水管(1)，其内装有含结晶水的释放质子之结晶矿物(6);安装在上述水流槽或水管(1)外部的励磁线圈(2)，或设置于该水流槽或水管(1)内部的磁性材料或磁性存储件(3);以及一清洗喷嘴(4)，通过它注入空气或水，来清洗附着于上述释放质子之结晶矿物(6)以及磁性材料或磁性存储件(3)表面上的絮凝物。
8.如权利要求7所述的一种处理水的设备，其中所说的含结晶水的释放质子之结晶矿物是装在一用于保持此释放质子之结晶矿物的可转动的圆筒(8)内，后者的本体部分呈网状结构。
全文摘要
用于处理水的一种方法与设备，它为待处理之水提供质子或提供质子与磁场，通过控制释放出的质子量或释放的质子量与磁场的强度，就能使水中所含物质絮凝化、吸附到絮凝物上、胶体化、或漂浮到水面上而分离开来，由此得以去掉、减少、消除、抑制增生或回收它们。
文档编号C02F1/48GK1033980SQ8810006
公开日1989年7月19日 申请日期1988年1月9日 优先权日1986年7月11日
发明者西村勤 申请人:阿斯特古股份有限公司