专利名称：填充床式电化学水处理装置及方法
技术领域：
本发明属于水处理装置及方法，特别是一种填充床式电化学水处理装置及方法。
水仍系人类所赖以生存的重要元素之一。水经人类食用、清洁、洗涤，如洗澡、洗碗等使用后，排至溪流、池塘，其内或多或少已含一定的有机或无机等杂质，即使用过的水已被污染。而地球上的水资源有限，为节省水资源，因此极需将使用过或污染的水加以处理，使经过处理过的水再行使用。
本发明的目的是提供一种能去除水中杂质、使水处理后再行使用、节省水资源的填充床式电化学水处理装置及方法。
本发明方法为利用电流作用产生电化学反应，将电能转化为化学能，以使水体可在本发明装置内同时进行氧化作用、还原作用、电蚀作用、电中和作用及浮除作用，以去除水体中的杂质；装置包括依序衔接的原水槽、原水泵、电化学机及浮除槽；电源供应器与电化学机极板连接；在电化学机内容置颗粒状介质。
其中氧化作用包括阳极上的直接氧化及间接氧化两个基本氧化反应；直接氧化系利用阳极极板上所产生的初生态氧分子，直接进行有机物的氧化反应；间接氧化系利用水体中的氯化钠(Nacl)电解产生次氯酸根(Ocl-)或次氯酸(Hocl-)，以破坏水体中的污染物。
还原作用系利用阴极极板上所产生的初生态氢气(H2)与氢氧离子(OH-)对氧化态的杂质进行还原作用，而达到净化的效果。
电蚀作用系于电场强度与电流密度的条件下，阳极产生金属解离作用，解离出的作为混凝剂的金属离子。
电中和作用系将水体中杂质的电荷予以中和，破坏其稳定度，而使杂质易于凝聚。
浮除作用系以氧化、还原作用所产生的氢气(H2)与氧气(O2)的气泡直径非常细小用均匀，可非常有效地将凝聚杂质予以绊住浮上水面，再固液分离设备刮除。
装置包括原水槽、原水泵、电化学机、颗粒状介质、电源供应器、浮除槽、刮除渣收集斗、浮渣贮槽、电机、浮渣刮除器、浮渣挡板；颗粒状介质由导电性材料制成；电化学机系为呈任何型式的柱状中空主体，其内部构成放置颗粒状介质的填充区，内部填充区的上、下方处系分别设有多孔板，下方多孔板则呈倾斜状，电化学机的进、出口端分别设置由惰性金属制成的多孔电极板；多孔电极板分别接续至直流供应器的阴、阳极上；电化学机外侧上、下端系分别设有原水进流口及处理水出口；在多孔板外侧的电化学机上分别设有颗粒状介质补充口及排出口；于电化学机下端设有沉积物排出口；原水泵进、出口分别与原水槽及电化学机原水进流口连接；颗粒状介质置于电化学机填充区内；电源供应器与电化学机进、出口端多孔电极板连接；电机与浮渣刮除器连接，并与浮渣挡板、刮除渣收集斗置于浮除槽内，浮除槽连接于电化学机处理水出口，其内刮除渣收集斗接浮渣贮槽。
装置还包括与电化学机颗粒状介质排出口连接的介质清洗器、高压水供应器、介质贮槽、介质输送器及介质补充槽；介质清洗器上部呈预定倾斜角度设置筛网；高压水供应器前端设有高压水清洗喷嘴，并置于介质清洗器上端；介质清洗器呈倾斜的筛网与介质贮槽衔接；介质补充槽分别与电化学机介质补充口及经介质输送器与介质贮槽衔接。
电化学机以串联方式组合。
电化学机以并联方式组合。
电化学机以串、并联合并方式组合。
装置还包括置于原水泵与电化学机原水进流口之间的流量计、流量控制阀及快速混合器；在电化学机处理水出口与浮除槽之间设有快速混合器。
原水进流口、沉积物排出口、颗粒状介质补充口及排出口处分别设有控制阀门。
原水进流口、沉积物排出口、颗粒状介质补充口及排出口处控制阀门为手动控制阀门。
原水进流口、沉积物排出口、颗粒状介质补充口及排出口处控制阀门为半自动控制阀门。
原水进流口、沉积物排出口、颗粒状介质补充口及排出口处控制阀门为自动控制阀门。
由于本发明方法为利用电流作用产生电化学反应，将电能转化为化学能，以使水体可在本发明装置内同时进行氧化作用、还原作用、电蚀作用、电中和作用及浮除作用，以去除水体中的杂质；装置包括依序衔接的原水槽、原水泵、电化学机及浮除槽；电源供应器与电化学机极板连接；在电化学机内容置颗粒状介质。本发明使用时，以原水槽收集、调节进流的原水，再经由原水泵将原水输送至电化学机内处理，原水在经过电化学机的各种反应机制作用后，原水中的有机及无机性杂质会凝聚成较大的胶羽后进入浮除槽中，使附著聚多微小气泡的胶羽藉由浮力快速浮上浮除槽的水表面后，再利用浮渣刮除器予以刮除分离，并再藉由由电机驱动的浮渣刮除器水平旋转将浮渣扫入浮渣收集斗内，处理后的水在经过浮渣挡板后，排放或再利用，另被刮除的浮渣则排入浮渣贮槽，并输送至后续脱水单元作最终处理，能去除水中杂质，使水处理后再行使用，节省水资源，从而达到本发明的目的。
图1、为本发明装置示意图。
图2、为本发明装置中电化学机分解结构示意立体图。
图3、为本发明装置中电化学机串联组合示意图。
图4、为本发明装置中电化学机并联组合示意图。
图5、为本发明装置中电化学机串、并联组合示意图。
图6、为本发明装置中电化学机使用状态示意图。
图7、为本发明装置电化学机内颗粒状介质工作原理示意图。
下面结合附图对本发明进一步详细阐述。
本发明系利用一种电化学原理处理水的装置及方法。其系利用电流作用产生电化学反应，将电能转化为化学能，以使水体可在组合成本发明装置的电化学机1单体内同时进行氧化作用、还原作用、电蚀作用、电中和作用及浮除作用等，而达到将水体中的有机物、无机物等杂质予以去除，各作用分别叙述如下氧化作用其包括阳极上的直接氧化及间接氧化两个基本氧化反应。直接氧化系利用阳极极板上所产生的初生态氧分子，直接进行有机物的氧化反应；间接氧化系利用水体中的氯化钠(Nacl)电解产生次氯酸根(Ocl-)或次氯酸(Hocl-)，以破坏水体中的污染物。
还原作用其系利用阴极极板上所产生的初生态氢气(H2)与氢氧离子(OH-)对氧化态的杂质进行还原作用，而达到净化的效果。
电蚀作用其系于适当电场强度与电流密度的条件下，阳极产生金属解离作用，此解离出的金属离子纯度远高于市售混凝剂内所含的金属离子，更加强混凝效果。
电中和作用其系将水体中杂质的电荷予以中和，破坏其稳定度，而使杂质易于凝聚。
浮除作用其系因氧化、还原作用所产生的氢气(H2)与氧气(O2)形成直径非常细小且均匀的气泡，可非常有效地将凝聚杂质予以绊住浮上水面，再固液分离设备刮除。
如图2、图6所示，本发明装置系结合相关电化学的作用力，并将其以单体构造方式制作。组合成本发明装置的电化学机单体1系可以任何型式的柱状体为主体，其呈中空状内部系为内部填充区17，以供放置大量颗粒状介质4。该颗粒状介质4系可为铁(Fe)、铝(Al)、镁(Mg)、铅(Pb)等各种具有导电性的材料，其形状则可为任意规则可不规则的颗粒，可依原水特性而选择合适的材质。内部填充区17的上、下方处系分别设有多孔板2、2’，下方多孔板2’则呈倾斜状，以方便颗粒状介质4及水中杂质由颗粒状介质排出口15排出电化学机1单体，而于该电化学机单体1的进、出口端分别设置多孔电极板3、3’。该多孔电极板3、3’的材质可为不锈钢、石墨等惰性金属。多孔电极板3、3’分别接续至直流供应器的阴、阳极上，提供电化学机1单体所需的电场与电流，以进行相关的电化学作用。
电化学机1单体外侧上、下端系分别设有原水进流口12及处理水出口13，在多孔板2、2’外侧的电化学机单体1适当位置上则分别设有颗粒状介质补充口14及排出口15，以当颗粒状介质4因电化学的电蚀作用而消耗掉时，或原水中杂质在流经该内部填充区17因过滤作用而阻塞该内部填充区17时，即可经由该颗粒状介质排出口15定时排出，同时再由该颗粒状介质补充口14补充经洗净或再生后的颗粒状介质4，以供维持电化学机单体1的效率。另于该电化学机单体1下端系设有沉积物排出口16，以供原水进入电化学机单体1时，其所包含的较大杂质、或是经过内部填充区17的作用而变小的杂质，即可经由该下方多孔板2’掉下，并由该沉积物排出口14予以排出。于原水进流口12、沉积物排出口16、颗粒状介质补充口14及排出口15的适当位置处分别设有电动或手动阀门11，以便可以全自动或手动方式，达到控制排入原水、排出杂质及补充、排出颗粒状介质4的作业。
电化学机1单体的断面积系可配合欲处理的原水量而改变。该电化学机1单体的断面积系随处理量增加而增大；而该电化学机1单体的长度亦配合原水杂质量而改变，亦即杂质量越高，其所需长度亦越长。当欲提高处理效率时，如图3所示，电化学机1单体系可采用串联方式组合应用；当欲提高处理量时，如图4所示，电化学机1单体系可采用并联方式组合应用；亦可如图5所示，采用标准模组化配合需要进行串联、并联合并方式组合。电化学机1单体在所采用的串联、并联及合并方式组合时，可采用直立式、水平式或任何角度的方式安装，皆不影响电化学机1单体的处理量及处理效果。
如图6所示，颗粒状介质4的装置系以随机方式投入，而颗粒状介质4堆积方式亦以随机方式成型。如图7所示，颗粒状介质4因受两端直流电电场作用面感应成‘+’、‘-’方式排列。而颗粒状介质4间的空隙亦是提供原水流过的空隙，每一空隙自成一微小电池的结构，以进行相关的电化学作用，而因该空隙微小，以使电化学反应可更加快速及完整。
如图1所示，本发明使用时，以原水槽5收集、调节进流的原水，再经由原水泵6将原水输送至由电化学机1单体组合的电化学系统；为保证稳定流量，可于管线上装置流量计7及流量控制阀8，以控制设定处理原水量进入由电化学机1单体组合的电化学系统；当原水在进入电化学机1前，于电化学机1前方设置快速混合器9，藉由该快速混合器9调整PH酸硷值，以避免PH酸硷值太低(PH酸硷值＜3)而严重腐蚀处理系统。该经过快速混合器9调整后的原水即会进入由电化学机1单体组合的电化学系统内处理，而该电化学机1系根据不同特性的原水水质、水量，将电化学机1单体以并联、串联或串、并联合并的方式组成。电化学机1所需电场及电流则系由一直流电源供应器10提供。
原水在经过电化学机1的各种反应机制作用后，原水中的有机及无机性杂质会凝聚成较大的胶羽，并利用电化学机1的反应机制作用所产生的氢气(H2)与氧气(O2)的微小气泡附著于胶羽上，此时该原水会再进入另一快速混合器9’内，而为加速固液分离机制的速率，于该快速混合器9’内系可选择加入混凝剂与助凝剂，而该颗粒状介质4因电蚀作用而解离出金属离子系为最佳混凝剂，因此当原水进入快速混合器9’内时，可与该混凝剂及助凝剂快速混合；经过混合后的原水进入浮除槽5’中，使附著聚多微小气泡的胶羽藉由浮力快速浮上浮除槽5’的水表面后，再利用由电机53’驱动的浮渣刮除器51’予以刮除分离，并再藉由该浮渣刮除器51’水平旋转将浮渣扫入浮渣收集斗52’内，处理后的水在经过浮渣挡板511’后，以供排放或再利用，另被刮除的浮渣则排入浮渣贮槽54’，并输送至后续脱水单元作最终处理。
由于该电化学机1单体内的颗粒状介质4会因电蚀作用而逐渐消耗，同时因填充床式装置会使原水中部分较大颗粒杂质积存于内部填充区17内而造成阻塞，因此需利用颗粒状介质补充口14及排出口15适时进行排出及补充作业。为使其可维持不中断作业，以轻易地将颗粒状介质4及积存的杂质排出，可装入介质清洗器55’。于介质清洗器55’上部呈预定角度设筛网551’，而于该介质清洗器55’上端则设有高压水供应器56’，而该高压水供应器56’前端设有高压水清洗喷嘴561’，以使将排至筛网551’上的颗粒状介质4及杂质进行清洗作业。而该介质屑及杂质则会透过筛网551’掉入介质清洗器55’下部的贮存部位，而该可再利用的颗粒状介质4则会顺着筛网551’的倾斜角度滑入介质贮槽57’，以供回送至电化学机1单体内再度使用，而消耗掉的颗粒状介质4若需补充，则直接投入该介质贮槽57’内即可，而该介质贮槽57’中系设有介质输送器58’，藉由介质输送器58’将可再使用的颗粒状介质4输送至较高的介质补充槽59’内，并可藉由该阀门11控制，利用重力将颗粒状介质4适时补充至电化学机1单体内，另该介质清洗器55’内的清洗水则会溢流回至原水槽5内再次处理，以供继续利用，而沉积于底部的介质屑及杂质则可以人工方式予以定期清除。
本发明的优点1、具有处理各种废(污)水的功效。
2、因该电化学机单体可配合欲处理原水量而改变，故可适用于处理任何水量。
3、因该电化学机单体可采用串联、并联或串、并联合并的方式组合而成，故可提高其处理的实用效果。
4、因该电化学机可使水体同时进行氧化作用、还原作用、电蚀作用、电中和作用及浮除作用等，以达到将水体中有机物、无机物等杂质同时予以去除。
5、氢气(H2)与氧气(O2)因该电化学机可适时地进行排出及补充作业，则可不中断处理作业。
6、本发明符合节省水资源的环保意识，不仅实用性高，而且具有产业利用价值。
权利要求
1.一种填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的方法为利用电流作用产生电化学反应，将电能转化为化学能，以使水体可在本发明装置内同时进行氧化作用、还原作用、电蚀作用、电中和作用及浮除作用，以去除水体中的杂质。
2.根据权利要求1所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的氧化作用包括阳极上的直接氧化及间接氧化两个基本氧化反应；直接氧化系利用阳极极板上所产生的初生态氧分子，直接进行有机物的氧化反应；间接氧化系利用水体中的氯化钠(Nacl)电解产生次氯酸根(Ocl-)或次氯酸(Hocl-)，以破坏水体中的污染物。
3.根据权利要求1所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的还原作用系利用阴极极板上所产生的初生态氢气(H2)与氢氧离子(OH-)对氧化态的杂质进行还原作用，而达到净化的效果。
4.根据权利要求1所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的电蚀作用系于电场强度与电流密度的条件下，阳极产生金属解离作用，解离出的作为混凝剂的金属离子。
5.根据权利要求1所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的电中和作用系将水体中杂质的电荷予以中和，破坏其稳定度，而使杂质易于凝聚。
6.根据权利要求1所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的浮除作用系以氧化、还原作用所产生的氢气(H2)与氧气(O2)的气泡直径非常细小用均匀，可非常有效地将凝聚杂质予以绊住浮上水面，再固液分离设备刮除。
7.一种填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的装置包括原水槽、原水泵、电化学机、颗粒状介质、电源供应器、浮除槽、刮除渣收集斗、浮渣贮槽、电机、浮渣刮除器、浮渣挡板；颗粒状介质由导电性材料制成；电化学机系为呈任何型式的柱状中空主体，其内部构成放置颗粒状介质的填充区，内部填充区的上、下方处系分别设有多孔板，下方多孔板则呈倾斜状，电化学机的进、出口端分别设置由惰性金属制成的多孔电极板；多孔电极板分别接续至直流供应器的阴、阳极上；电化学机外侧上、下端系分别设有原水进流口及处理水出口；在多孔板外侧的电化学机上分别设有颗粒状介质补充口及排出口；于电化学机下端设有沉积物排出口；原水泵进、出口分别与原水槽及电化学机原水进流口连接；颗粒状介质置于电化学机填充区内；电源供应器与电化学机进、出口端多孔电极板连接；电机与浮渣刮除器连接，并与浮渣挡板、刮除渣收集斗置于浮除槽内，浮除槽连接于电化学机处理水出口，其内刮除渣收集斗接浮渣贮槽。
8.根据权利要求7所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的装置还包括与电化学机颗粒状介质排出口连接的介质清洗器、高压水供应器、介质贮槽、介质输送器及介质补充槽；介质清洗器上部呈预定倾斜角度设置筛网；高压水供应器前端设有高压水清洗喷嘴，并置于介质清洗器上端；介质清洗器呈倾斜的筛网与介质贮槽衔接；介质补充槽分别与电化学机介质补充口及经介质输送器与介质贮槽衔接。
9.根据权利要求7或8所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的电化学机以串联方式组合。
10.根据权利要求7或8所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的电化学机以并联方式组合。
11.根据权利要求7或8所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的电化学机以串、并联合并方式组合。
12.根据权利要求7或8所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的装置还包括置于原水泵与电化学机原水进流口之间的流量计、流量控制阀及快速混合器；在电化学机处理水出口与浮除槽之间设有快速混合器。
13.根据权利要求7或8所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的原水进流口、沉积物排出口、颗粒状介质补充口及排出口处分别设有控制阀门。
14.根据权利要求13所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的原水进流口、沉积物排出口、颗粒状介质补充口及排出口处控制阀门为手动控制阀门。
15.根据权利要求13所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的原水进流口、沉积物排出口、颗粒状介质补充口及排出口处控制阀门为半自动控制阀门。
16.根据权利要求13所述的填充床式电化学水处理装置及方法，其特征在于所述的原水进流口、沉积物排出口、颗粒状介质补充口及排出口处控制阀门为自动控制阀门。
全文摘要
一种填充床式电化学水处理装置及方法。为提供一种能去除水中杂质、使水处理后再行使用、节省水资源的水处理装置及方法,提出本发明,方法为利用电流作用产生电化学反应,将电能转化为化学能,以使水体可在本发明装置内同时进行氧化作用、还原作用、电蚀作用、电中和作用及浮除作用,以去除水体中的杂质;装置包括依序衔接的原水槽、原水泵、电化学机及浮除槽;电源供应器与电化学机极板连接;在电化学机内容置颗粒状介质。
文档编号C02F1/46GK1274683SQ9910742
公开日2000年11月29日 申请日期1999年5月20日 优先权日1999年5月20日
发明者吕芳钟 申请人:吕芳钟, 通惠行有限公司