用于去除水中杂质的电吸附系统的制作方法

本发明涉及用于在不使用任何化学品的情况下将可能存在于家庭用水、自来水和池水中的有机和无机污染物以及微生物从水中去除的水处理系统。

背景技术：

为了去除水溶液中的重金属离子，在现有技术中广泛使用沉淀、离子交换、反渗透。并且为了去除有机化合物，半个多世纪以来都在使用曝气。然而，该方法仅允许挥发性有机化合物的去除。有机污染物通过使用臭氧、高锰酸盐和氯气执行的化学氧化作用以及使用uv/h2o2或uv/tio2执行的感光氧化作用被分解成实际上更易腐化的产物。然而，这些方法需要进一步处理，这导致成本增加；并且，还可能从分解中生成的有毒产品造成二次污染。

大部分有机污染物是有毒的并且耐受好氧消化。因此，在生物净化方法中有机污染物阻碍细菌滋长，从而降低该方法的效率。在获得饮用水中使用的最普通的装置是基于反渗透原理进行操作。尽管该方法是可靠的且有效的，但是它的容量低并且其中使用的膜成本高并且由于它的工作原理，它产生比清水更多的废水，由于这个结果，所获得的水的成本高。此外，使用石英砂或微过滤器生产的装置仅能够去除特定大小的固体颗粒，并且更重要地，不可以去除溶解的化合物，诸如，杀虫剂。

主要使用活性碳作为吸附剂的吸附是更有优势的并且是可用装置中最频繁使用的方法，因为与其他方法相比它不需要复杂和成本高的系统，并且具体地，在某种程度上可以通过吸附去除化学上和生物学上的稳定化合物。另一方面，吸附剂的再生受到限制，仅可以将污染物去除到某种程度并且容量低，这导致成本增加。此外，吸附一般长期采用并且由于微生物在吸附剂上滋长，所获得的水存在气味问题。

关于家庭用水和池水的问题列于如下：

1.有机化学品

2.微生物

3.无机离子

4.ph

解决这些问题的技术上的重要参数如下：

a)去除率

b)效率

c)容量

d)经济性

在当前应用中，反渗透解决前四个问题，但是它不利于参数d。此外，因为它去除水中的所有离子，因此造成导致矿物质缺乏的次级健康问题。离子交换法仅解决第三个问题。尽管吸附为第一、第二和第三问题提供了部分解决方案并且适用于参数d，但是它不利于参数a、b和c。

技术实现要素：

利用本发明，提供了用于去除从水源获得并且包含杂质的水中的杂质并且用于调节水的ph值的水处理系统。所述水处理系统包括：至少一个电吸附单元(electrosorptionunit)，具有至少一个本体；至少一个污水进口，用于将从所述水源接收的水供应到本体中；至少一个清水出口，用于在从污水进口接收的水已经将包含在其中的杂质净化之后，将其排出本体以外；至少两个穿孔板，放置在本体中，使得它们中的至少一个靠近污水进口并且至少另一个靠近清水出口；以及至少两个电极，位于本体中，在电极之间具有至少一个绝缘层，并且当施加电势(或者电流)时，通过电吸附方法将包含在从污水进口接收的水中的杂质聚集在其上，并且其包括活性炭，以及至少一个电源，将在0.5v至1.5v的范围内的电势供应至电吸附单元的至少一个电极并且将-0.5v至-1.5v的范围内的电势供应给至少另一个电极。

利用根据本发明的水处理系统的电吸附单元，在不使用任何化学品的情况下将包含在水中的无机离子以及有机微生物和微生物污染物从水中去除。此外，由于所述电吸附单元，可以将水的ph调节至期望值以便获得饮用水。

发明目的

本发明的目的是提供用于污水净化的水处理系统，该水处理系统基于家庭用水或池水中的电吸附原理进行操作。

本发明的另一个目的是提供不仅将水中的有机和无机离子去除，而且去除微生物污染物的水处理系统。

本发明的又一目的是提供用于获得所希望的ph值的饮用水的水处理系统。

附图说明

在所附附图中示出了根据本发明的水处理系统的示例性实施方式，其中：

图1是根据本发明的水处理系统的示意图。

图2是根据本发明的水处理系统的电吸附单元的侧截面图。

附图中示出的所有部件各自地指定了参考标号并且这些标号的对应术语列于如下。

水处理系统(s)

水箱(d)

电吸附单元(e)

本体(g)

污水进口(1)

清水出口(2)

电极(3)

板(4)

电极连接部(5)

绝缘层(6)

连接构件(7)

电源(8)

电极连接线(9)

污水输送管路(10)

清水输送管路(11)

泵(12)

传感器(13)

指示器(14)

出口管路(15)

具体实施方式

重要的是去除水溶液中的杂质以便使水可用。在现有技术中，各种方法和系统用于使水净化。然而，在传统方法中，水处理成本高或者效率不高。因此，利用本发明，提供了节省成本且效率高的水处理系统。

如图1所示，根据本发明的水处理系统(s)允许将从水源接收并且包含这种杂质的水(污水)中的杂质去除，并且调节水的ph值。所述水处理系统(s)包括用于去除杂质并且调节ph值的至少一个电吸附单元(e)。图2中详细示出的电吸附单元(e)，包括：至少一个本体(g)；至少一个污水进口(1)，用于将从所述水源接收的水供应到本体(g)中；至少一个清水出口(2)，用于在从污水进口(1)接收的水已经将包含在其中的杂质净化之后，将其排出本体(g)以外；至少两个穿孔板(4)，放置在本体(g)中，使得它们中的至少一个面向污水进口(1)并且至少另一个面向清水出口(2)；以及至少两个电极(3)，位于本体(g)中，在电极之间具有至少一个绝缘层(6)，并且当施加电势时，通过电吸附(electroadsorption)方法将包含在从污水进口(1)接收的水中的杂质聚集在其上，并且其包括活性炭。所述水处理系统(s)还包括至少一个电源(8)，将在0.5v至1.5v的范围内的电势供应至电吸附单元(e)的至少一个电极(3)并且将在-0.5v至-1.5v的范围内的电势供应给至少另一个电极(3)。

在本发明的示例性实施方式中，从水源(即，水龙头或者水箱(d))接收并且包含杂质的水被从污水进口(1)供应到本体(g)中。被引入本体(g)中的水通过所述板(4)中的至少一个板被运送到至少一个电极(3)上。板(4)的穿孔结构保证水在电极(3)上的分布以致电极(3)的电吸附率高。当设置在本体(g)中的电极(3)(至少一个用作阳极并且至少另一个用作阴极)通过电源(8)被施加电势，包含在本体(g)内的水中的杂质被聚集在包括活性炭的电极上。将包含在其中的杂质净化的水通过清水出口(2)被从本体排出并且使用。在这个实施方式中，因为供应至电极(3)的电势在0.5v至1.5v/-0.5v至-1.5v的范围中，因此也调节本体(g)内的水的ph值。

在本发明的优选实施方式中，本体(g)中的电极(3)的长度彼此不相同。当固体电极浸于含水电解质溶液中时，从水相至固相出现不连续性并且电解质的浓度发生剧烈改变。因为两相之间的化学电势的差异生成分界面并且在这个界面区域中出现电荷分离。这个电荷分离通过偶极分子、极化原子、自由电子或者离子生成。当固体电极通过外部电源充电时，已充电电极上的电荷由界面的溶液部分中的离子反电荷补偿，并且最终离子和/或分子积聚在界面上。以此方式，界面其整体是电中性。如果施加的电荷增加，由于静电相互作用或者离子偶极相互作用，从溶液至电极表面出现离子和/或极性分子移动以便在界面上提供电荷平衡。因此，电极(3)的表面面积越大，从溶液移动至电极表面的离子/分子的量越高。这称为电吸附过程。根据使用的电极的类型和特征，这个过程维持直到达到出现电化学电荷转移的电势值。直到达到这个电势，存储在电极(3)的表面上的总电荷的量被称为电容。在这个电势值之后，伴随着电吸附过程，法拉第反应也开始了。在根据本发明的水处理系统(s)中，存在至少两个电极(3)，它们中的至少一个是阳极并且至少另一个是阴极。在此，在以0.5v至1.5v的范围内的电势供应的电极(3)(阳极)的长度高于以-0.5v至-1.5v的范围内的电势供应的电极(3)(阴极)的长度的情况下，在电吸附过程中水的ph值增加。相反(在阴极(3)的长度高于阳极(3)的长度的情况下)，水的ph值减小。因此，通过调节电吸附过程的持续时间，水的ph达到期望值。

在本发明的另一个优选实施方式中，所述电吸附单元(e)包括将位于本体(g)中的板(4)、电极(3)和绝缘材料(6)保持在一起的至少一个连接构件(7)。优选地，所述连接构件(7)是螺杆的形式。在这个实施方式中，连接构件(7)防止板(4)、电极(3)和绝缘材料(6)错位以便防止例如由于电极(6)的短路导致破坏电吸附单元(e)。

在本发明的另一个优选实施方式中，电吸附单元(e)包括至少两个电极连接部(5)，这些电极连接部各自在一侧处与至少一个电极(3)连接并且在至少另一个侧处从本体(g)突出。在这个实施方式中，水处理系统(s)包括至少两个电极连接线(9)，这些电极连接线各自在一侧连接至所述电源(8)且在另一侧处连接至电极连接部(5)，并且将从电源(8)接收的电势通过电极连接部(5)供应至电极(3)。所述电极连接线(9)优选地是电缆的形式。

在本发明的另一个优选实施方式中，水处理系统(s)包括：至少一个水箱(d)，其中存储包含杂质的水；至少一个污水输送管路(10)，水箱(d)内的水通过该污水输送管路被输送至电吸附单元(e)中的污水进口(1)；以及至少一个泵(12)，用于通过所述清水出口(2)接收在电吸附单元(e)中将其中的杂质净化的水并且通过至少一个清水输送管路(11)将其输送回到水箱(d)。在这个实施方式中，所述水箱(d)用作水源。从水箱(d)接收的污水在电吸附单元(e)中被清洁并且输送回到水箱(d)。水在水箱(d)与电吸附单元(e)之间的循环允许水箱(d)中的水被清洁。在这个实施方式中，所述水箱(d)可以是水室或者类似水池的结构。

在本发明的示例性实施方式中，水处理系统(s)包括至少一个传感器(13)，该传感器位于所述水箱(d)中并且测量水箱(d)内的水的ph值和清洁值。所述传感器(13)能够通过测量它的传导率值确定水的清洁水平。在这个实施方式中，所述传感器(13)可以与至少一个指示器(14)连接，在指示器中，测量结果在视觉上呈现给用户。因此，水箱(d)内的水在水箱(d)与电吸附单元(e)之间循环直到它达到期望的ph值和清洁值。在可替换的实施方式中，所述传感器(13)与控制所述泵(12)的运行的至少一个控制单元(未示出)连接。在这个实施方式中，控制单元使泵(12)能够运行直到通过传感器(13)测量的ph值和清洁值达到期望水平。以此方式，在无需用户观察的情况下，水箱(d)内的水达到期望的ph值和清洁值。所述水箱(d)还包括至少一个出口管路(15)，该出口管路用于在其中的水达到期望的ph值和清洁值之后从水箱(d)中去除水。以此方式，水箱(d)内的净化水被供应至用户。

在本发明的示例性实施方式中，所述电极(3)包括彼此隔开的活性炭颗粒以及将所述颗粒保持在一起的聚乙烯。在优选实施方式中，活性炭颗粒的重量百分数是85％并且聚乙烯的重量百分数是15％。

在本发明的可替换的实施方式中，所述电吸附单元(e)包括彼此串联或者并联连接的多个电极(3)。在本发明的可替换的实施方式中，所述电极(3)具有圆柱形形状。在所述圆柱形形状中，电极(3)中的一个具有空心圆柱形形状，并且另一个电极(3)具有容纳在所述空心中的圆柱形形状。

利用根据本发明的水处理系统(s)的电吸附单元(e)，在不使用任何化学品的情况下将包含在水中的有机分子、有机和无机离子以及微生物从水中去除。此外，由于所述电吸附单元(e)，可以将水的ph调节至期望值以便获得饮用水。