电化学过滤设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及关于处理被多余的生物如有机或无机污染物所污染的液体的工 艺。本发明特别但不排他地涉及对海水、污水或被污染水的处理。
【背景技术】
[0002] 在天然、工业和市政水包括海水中，种类繁多的多余的生物、有机和无机化合物被 发现。由于它们对生物降解的抗性和/或毒性作用或在进一步工艺中使用时或排放到新环 境时产生不期望的影响，使得这些污染物造成严重问题。因此，去除或中和这些污染物是期 望的且在处理之前进行往往是法律所要求的。
[0003] 目前采用许多一级、二级甚至三级过程处理这些被污染水以去除或中和这些污染 物。仅举几例，它们包括物理和化学方法如沉淀、过滤和用氯、臭氧、紫外线消毒处理。
[0004] 然而，这些机械和化学过程的应用不是没有挑战的。例如，高度的单独过滤需要高 的压力损失，由此损失能量。处理用化学品的低效混合、注射和应用导致处理用药过量，这 增加了处理成本，并且产生了处理副产品的进一步问题。电化学处理使用时通常低效率、体 积大，具有高资金成本且需要消耗大量能量。
[0005] 本发明提供了一种目前可用方案的可替代解决方案，并特别提供了一种具有若干 技术优点的改进的工艺设备。
【发明内容】
[0006] 在所附权利要求书中阐述了本发明的方面。
[0007] 从第一方面看，提供了一种工艺设备，包括至少一个细长中空半渗透构件、至少一 个阳极和至少一个阴极，其中阳极和阴极相对于半渗透构件径向且同心布置。
[0008] 因此，根据本发明，提供了一种非常规的布置，其中至少一个阳极和阴极对或组位 于围绕中空半渗透构件处。这种中空半渗透构件可有利地用作常规过滤器，以将碎肩从流 过的液体中分离出来。所述同心并径向布置的阳极和阴极提供了一种机构，在水或液体一 靠近半渗透构件就进行电解。
[0009] 这样的布置可以有利地提供一个结合传统过滤和集成紧凑的电解功能的紧凑的 工艺设备。
[0010] 实际上，相邻的阳极和阴极在阴极和阳极之间交替，以在其之间限定一个或多个 电解区。
[0011] 阳极和阴极的顺序可以根据特定应用来选择，特定应用例如基于水或液体流的所 需要的容量确定。此外，水或液体的预期组成可确定阳极和阴极的构造。有利地，当从细长 中空半渗透构件径向向内或者向外观察时，可以从下列选择阳极/阴极的布置或顺序：
[0012] ⑴阴极，阳极；
[0013] (ii)阳极，阴极；
[0014] (iii)阳极，阴极，阳极；
[0015] (iv)阴极，阳极，阴极；
[0016] (v)阳极，阴极，阳极，阴极；
[0017] (vi)阴极，阳极，阴极，阳极；
[0018] (vii)阴极，阳极，阴极，阳极，阴极;或者 [0019] (Vi i i)阳极，阴极，阳极，阴极，阳极。
[0020]此外，或可替代地，中空半渗透构件本身可形成为阴极或阳极。这样通过使阳极/ 阴极之一与过滤功能整合可有利地允许设备变得更小。可替代地，从另一个角度看，这样可 以提高给定尺寸例如外径或延伸长度的设备的处理能力。工艺设备的许多应用大致可以从 小体积或尺寸的设备中得益。
[0021 ]例如所述中空半渗透构件可以是空心的和半渗透的阴极，并且阳极可以位于相对 于其径向且同心的位置。此外，阴极可以相对于所述阳极径向和同心设置以限定阳极/阴极 对或组。
[0022] 在可替代的布置中，中空半渗透构件可以是中空的且半渗透的阳极，并且阴极可 以位于相对于其径向且同心的位置。
[0023] 为了使电解区最大化，阳极和/或阴极可有利地大致绕相邻的阳极或阴极的整个 圆周延伸。
[0024] 可以通过如将设备分成离散的部分来提供结构强度。例如沿圆周的阳极/阴极可 以通过电隔离间隔物分成离散的区段。然后相邻的阳极和阴极可在相邻的电隔离间隔物之 间延伸为弯曲的或平坦的部分。实际上，可以限定阳极和阴极的组。例如，可以设置2个或更 多个电隔离间隔物将所述设备分为2个或更多个离散的径向流路。
[0025] 水或液体引入该设备的方式可以根据特定应用进行选择。例如所述细长半渗透构 件的一端或两端可以是开口的，用于允许水或液体流通。因此，在一种布置中，水或液体可 从中空构件的相反的两端引入。这增加了可引入的水或液体的量，和/或允许两个不同且可 能独立来源的水或液体能单独或同时引入该设备。
[0026] 可替代地，半渗透构件可以是以盲孔的形式，从而将水或液体径向向外引入该构 件。
[0027] 在可替代的构造中，该设备可适于，通过合适的壳体和入口和出口，使得液体径向 向内穿过半渗透细长构件的壁进入设备，并沿半渗透细长构件的细长轴流出设备。实际上， 流动是反向的。
[0028] 阳极和阴极可以绕细长中空半渗透构件沿圆周和径向布置，也就是在所述构件的 外侧。可替代地，并且可选地与前述反向流动组合，阳极和/或阴极可在细长中空半渗透构 件内沿圆周和径向设置。这允许构造非常紧凑的设备。
[0029] 阳极和阴极可以形成对水或液体流进行电解的若干构造。例如所述阳极/阴极可 以是网或纱布形式，使得水或液体可以方便地穿过，同时优化阳极和阴极的接触面积。
[0030] 有利地，所述阳极和阴极应以选定的距离分开，以优化对于给定应用的电解。在这 个特定的设备中，例如为了电解水，已经确定相邻的阳极和阴极的间隔可以在〇. 1mm至10mm 之间。
[0031] 所述阳极和阴极通过合适的电控制器有利地控制，使得它们可以被通电而发生电 解。因此，至少一个阳极和相邻的阴极可以通过电源激活，该电源被布置成使用时在阳极和 相邻的阴极之间产生电势差和电流。
[0032] 控制器可以适于允许独立控制阳极和/或阴极，它们被成对或成组布置或可替代 地被布置在围绕和/或沿着所述设备的区域中。因此，相邻的阳极和阴极对或组可限定电极 对或组，并且所述电极对或组可以被独立地和选择性地电激活。这有利地提供了一种响应 于指示诸如水或液体组分/污染物高度可控的设备。这也促进了工艺设备的有效操作。
[0033] 进一步地，所述控制器可适于允许一个或更多个阳极和/或阴极的电源的极性颠 倒，以使相应的阳极和阴极之间产生相反的电位差和电流。这使得阳极和阴极也可以通过 随后描述的极性颠倒进行"清洁"。
[0034] 阳极和阴极可以由一系列适用于工艺设备应用的材料形成。有利地，例如阳极可 以由导电基底和外涂层形成。特别地，所述阳极可以是尺寸稳定的阳极(DSA)，其由涂覆有 贵金属的基底形成，贵金属选自例如钼、金、银或贵金属的混合金属氧化物溶液，贵金属包 括前面提到的金属和其它如铱、钯、锇、钌、铂、铑或钽。可替代地，所述阳极可以是涂覆有掺 硼金刚石的基底形成的掺硼金刚石阳极(BDD)。
[0035] 此外，所述阴极可以由导电基底和可选的外涂层形成。
[0036] -个电极对或组的阳极和/或阴极基底和/或涂层材料与另一个电极对或组的阳 极和/或阴极基底和/或涂层材料可以是相同的或不同的。这提供了一种多用途的工艺设 备。
[0037] 有利地，控制器可适于接收若干输入，其可单独使用或组合使用以控制阳极和阴 极。该输入可以是来自布置在该设备内或可替代地，或额外地，在水或液体进入或离开该设 备的流路的上游或下游内的合适的检测器。从而提供了一个控制回路，以例如连续监测和 控制所述设备内的电解以获得期望的输出特性。
[0038] 响应于这些检测到的输入可以单独和同时控制阴极和阳极。例如，如上所述，所述 工艺设备可以包括具有不同电解属性的不同的阳极和阴极对或组，从而获得不同的化学反 应。然后，控制器可关于穿过该设备的水或液体流作出决定并根据预定的期望输出控制阳 极/阴极。同样地，可有利地检测出与期望输出的任何偏差，并通过相应地控制阳极/阴极由 控制器采取补救措施。
[0039] 所述检测器可以适于检测若干属性。有利地，在水的应用中，所述检测器可以适于 检测水的电导率，并且如前所述，所述控制系统可根据需要在不同的电极对或组之间自动 进行切换。或可替代地，或额外地，所述检测器可适于检测在工艺设备之前或之后的任何残 余化学品浓度或其它变量，并根据局部被污染水或液体条件自动调节所施加的电压和电 流。残余化学品浓度取决于被处理水或液体及其组成，并可以是那些未使用的氧化剂，例如 氟、羟基自由基、各种形式的氧、臭氧、过氧化氢、次氯酸盐、氯和总残余氧化剂。
[0040] 工艺设备本身可设置有单个半渗透细长构件，以便提供高度紧凑的工艺设备。可 替代地，可提供多个细长中空半渗透构件和与其相关联的多个阴极和阳极对或组以增加设 备的容量。这些可以布置在具有共用入口/出口的紧凑单元内，或独立作为单个单元的电 池，并且多个细长中空半渗透构件可以被布置成允许水或液体串联或并联或再循环地流 通。
[0041] 应当认识到，本发明的方面扩展到使用和操作上述工艺设备的方法，该方法包括 但不限于通过使水或液体穿过如本文所述设备来处理水或液体的方法。
【附图说明】
[0042]将参照附图仅通过示例描述本发明的实施例，其中：
[0043]图la至lg示出了电极对或电极组如何以一种新的非显而易见的方式与具有所揭 示的各种构造的中空半渗透构件对准；
[0044]图2a至2d示出了以一种新的非显而易见的方式与中空半渗透构件对准的电极对 如何能够安装在一个包括自动反洗机构的共用外壳中；
[0045]图2e和2f示出了工艺设备的横截面，和不包括自动反洗机构的水或液体的流路； 和
[0046]图3提供了在处理被污染水或液体的处理工艺中如何构造工艺设备的示例。
[0047] 虽然本发明容许各种变型和替代形式，但特定的实施例通过附图中的示例示出， 并在本文中详细描述。然而，应当理解的是，本文中的附图和详细描述并不意在将本发明限 于所公开的具体形式，而是为了使本发明覆盖所有落入所要求保护的发明的精神和范围内 的所有变型、等同和替代。
【具体实施方式】
[0048] 如本文中所讨论的，本发明提供了一种更有效的、紧凑的方法，带来减少的电力需 求和大量被污染水或液体的更经济的处理。特别是，被处理水或液体中污染物的去除或中 和。
[0049]在本发明中，第一集成子系统包括物理固液分离步骤，该步骤从被污染水或液体 中去除在所规定的过滤尺寸规格以上相对较大的生物、有机和无机污染物。物理固液分离 步骤包括布置在共用壳体中、用作过滤元件的至少一个但有利地是数个中空半渗透构件， 共用壳体具有被污染水或液体进入