公開(公告)日2015.07.22
IPC分類號C02F1/463
摘要
本發(fā)明涉及一種用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其包括為電凝聚系統(tǒng)供電的DC電源，所述電凝聚系統(tǒng)在一系列陽極和陰極配對之間形成流入液的蛇形流，此流入液離開時緊接著被轉(zhuǎn)移到溶解水模塊中，所述溶解水模塊也利用DC電源在陽極和陰極配對之間產(chǎn)生氫氣泡和氧氣泡，陽極和陰極配對允許并引導流入液排出到包含過濾介質(zhì)的第二室中，本發(fā)明的實施方案可配置為能夠單獨操作或結(jié)合工作的一個或多個模塊，或被改裝到現(xiàn)有系統(tǒng)、槽、水道或其它容器中;且模塊系統(tǒng)可臨時制造并且在使用后移除，其中模塊系統(tǒng)的使用可實現(xiàn)低成本的升級，因為它們可整合在現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi);可使改裝的系統(tǒng)能夠以可行的方式廣泛用于處在遠程位置的更多不同最終用戶。
權(quán)利要求書
1.一種用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其包括首先為電凝聚系統(tǒng)供電的 DC電源，所述電凝聚系統(tǒng)在一系列陽極和陰極配對之間形成流入液的蛇形流，此流入液 離開時緊接著被轉(zhuǎn)移到溶解水模塊中，所述溶解水模塊也利用DC電源在陽極和陰極配 對之間產(chǎn)生氫氣泡和氧氣泡，陽極和陰極配對允許并引導流入液排出到與其連接的第二 室中，所述第二室內(nèi)具有過濾介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其特征在于：所 述電凝聚系統(tǒng)的陽極和陰極配對為夾在端蓋之間的一個或多個隔離開的陽極和陰極配 對，所述端蓋允許流體進入或離開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其特征在于： 將其設置成使流入液在離開進入下一系列的電極配對之前或在離開所述電凝聚系統(tǒng)之 前定向流過所述電極表面，即指配對的陰陽極的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其特征在于：所 述陽極和陰極配對，由一組或多組電極組成，所述電極為表面涂布有涂層的金屬或有機 材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其特征在于：所 述陽極和陰極配對包括至少一個不帶電的中性電極，所述中性電極與所述陽極和陰極電 極電隔離，所述中性電極位于所述陽極和陰極電極配對之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2～5任一所述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其特征在 于：陽極和陰極配對兩極之間間隔0.062至10英寸放置，并在每個陽極和陰極配對上 配置0.1至300V的外施電壓
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，容納陽極和陰極 配對的所述溶解水模塊的容器配置成可以從所述流入流體中產(chǎn)生由氫氣和氧氣組成的 微米氣泡。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其特征在于： 所述陽極和陰極電極配對由絲網(wǎng)或穿孔板構(gòu)成，以形成限制流入流體流動排出的電極柵 格。
9.如權(quán)利要求8所述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其特征在于：所 述的陽極和陰極配對引導流入液流入包含過濾介質(zhì)的位于所述溶解水模塊容器內(nèi)下部、 并連接的第二室中。
10.一種與權(quán)利要求9所述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)所述的溶解水 模塊容器鄰接并開口的污染物收集室，其接收并沉積通過耙動系統(tǒng)從所述流入液的表面 撇去的污染物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的污染物收集室，其設有用于垂直升高的管路的容器， 所述垂直升高的管路用于將流入液從一個溶解水模塊容器轉(zhuǎn)移到下一個溶解水模塊容 器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的污染物收集室，用于流入液轉(zhuǎn)移的入口位于過濾介質(zhì) 室之下并且連接至過濾介質(zhì)室，其中所述管路的出口連接至下一個模塊容器，其中所述 出口位于陽極和陰極配對之上;所述出口的升高的管路高度控制前一模塊容器內(nèi)的流體 液位和停留時間;其設有位于所述收集室容器下部區(qū)段內(nèi)的閥，以用于去除所收集的總 溶解固體污染物。
13.一種包括如權(quán)利要求1～9任一所述的系統(tǒng)以及如權(quán)利要求9～12任一所述的收 集室的廢水處理系統(tǒng)，以流入液連接的一系列可重復增加的電凝聚單元和溶解水模塊容 器可用于從廢水或產(chǎn)出流體中減少或去除總?cè)芙夤腆w或總懸浮固體。
14.一種DC電力供電的最終溶解水模塊容器，其包括陽極和陰極配對、包含過濾 介質(zhì)的第二室以及容納一系列多孔電極配對的第三室，所述一系列多孔電極配對配置成 允許形成用于接收流出流體流的一系列蛇形內(nèi)部通路。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)DC電力供電的最終溶解水模塊容器，其特征在于： 其可吸附位于流出流體內(nèi)的總?cè)芙夤腆w離子，其中所述離子可被收集并儲存在所述一系 列多孔電極內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)DC電力供電的最終溶解水模塊容器，其特征在于： 可通過降低或反向外施DC電壓來從所述多孔電極中去除所述離子。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)DC電力供電的最終溶解水模塊容器，其特征在于： 所述離子可從所述多孔電極中收集作為流體鹽水，所述流體鹽水被處置在附接至所述溶 解水模塊容器的所連接的污染物收集室內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的DC電力供電的最終溶解水模塊容器，所述離子收集系 統(tǒng)不應局限于一個模塊，其中具有第二和第三室的一系列可重復增加的溶解水模塊可用 于從流出流體中清潔并收集離子。
說明書
用于減少工業(yè)廢水中的總?cè)芙夤腆w的方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種廢水處理的系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于從將用于再循環(huán)或釋放 回到環(huán)境中的廢水流中提取有機和無機總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)。
背景技術(shù)
價格實惠的清潔水日益變成全世界所面臨的一個緊迫技術(shù)問題，到2025年為止， 據(jù)估計每三個人中有兩人將生活在缺水地區(qū)。隨著世界人口的增長，對于需要用水來生 產(chǎn)的制品的需求也在增長，其中預計用于工業(yè)應用的水不久就將會超過人類需求。目前 在一些地區(qū)，正經(jīng)歷著干旱所造成的巨大短缺，其中對于這一寶貴資源的浪費現(xiàn)在處于 管制之下，并且還對工業(yè)部門施加了壓力來處理和再循環(huán)他們的廢水。
隨著美國安全在2001年飲用水法案的通過，總有機化合物(TOC)分析已經(jīng)成為一 個評估水中污染物的快速而準確的方案，以替代經(jīng)典的但漫長的生物需氧量(BOD)和 化學需氧量(COD)測試。
工業(yè)產(chǎn)出水通常含有高濃度的總?cè)芙夤腆w(TDS)，其成分由烴、鐵、硫化物、硫酸 鹽、鈣、鎂、鈉、氯化物以及碳酸氫鹽污染物組成。高TDS可能是再循環(huán)處理過程中最 大且最麻煩的難題，主要是由于溶解在給定體積水中的帶電荷的移動離子，其中TDS可 與凈化后所收到水的水純度或水質(zhì)直接相關(guān)。簡單地說，可將TDS視作除純H2O分子之外 存在于水中的任何物質(zhì)。
由于工業(yè)廢水可接觸到多種化學混合物或經(jīng)過多種處理，這在水的再循環(huán)適用性方 面造成了難題。影響處理的一個因素是化學不平衡的消除和校正。
舉例而言，來自地下井地層的油井采出水當在提取階段期間返回至地表時，通常含 有烴、地層特有的化學品(鹽、礦物質(zhì))以及為了增強提取過程所可能添加的其它成分。 采出水的物理特性和化學特性可能根據(jù)地理位置、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及所提取烴產(chǎn)物的類型而 顯著變化。高TDS水平不僅對再循環(huán)方法帶來挑戰(zhàn)，而且高TDS可能會使所提取的終產(chǎn) 物變酸。
由于關(guān)于廢水處理正在建立新的法規(guī)與制度，現(xiàn)在對最終用戶施加了更多的管制， 從而在可能時實施提供優(yōu)選再循環(huán)方法的新技術(shù)。
雖然目前有多種技術(shù)被用于工業(yè)廢水處理，但多數(shù)這些系統(tǒng)存在各種成本高和不可 移動的問題。例如，用新的改進技術(shù)替換老的不足的水處理系統(tǒng)可能是極度昂貴的，并 且另外，因為許多水處理應用位于遙遠的位置，所以并非總是經(jīng)濟的或可行的。通過本 發(fā)明，這些和其它難題將至少部分得到解決。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于減少工業(yè)廢水中的總?cè)?解固體的系統(tǒng)。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：
一種用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，其包括首先為電凝聚系統(tǒng)供電的DC 電源，所述電凝聚系統(tǒng)在一系列陽極和陰極配對之間形成流入液的蛇形流，此流入液離 開時緊接著被轉(zhuǎn)移到溶解水模塊中，所述溶解水模塊也利用DC電源在陽極和陰極配對 之間產(chǎn)生氫氣泡和氧氣泡，陽極和陰極配對允許并引導流入液排出到與其連接的第二室 中，所述第二室內(nèi)具有過濾介質(zhì)。
上述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，所述電凝聚系統(tǒng)的陽極和陰極配對 為夾在端蓋之間的一個或多個隔離開的陽極和陰極配對，所述端蓋允許流體進入或離 開。
上述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，將其設置成使流入液在離開進入下 一系列的電極配對之前或在離開所述電凝聚系統(tǒng)之前定向流過所述電極表面，即指配對 的陰陽極的表面。
上述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，所述陽極和陰極配對，由一組或多 組電極組成，所述電極為表面涂布有涂層的金屬或有機材料。
上述用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，所述陽極和陰極配對包括至少一個不 帶電的中性電極，所述中性電極與所述陽極和陰極電極電隔離，所述中性電極位于所述 陽極和陰極電極配對之間。
上述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)陽極和陰極配對兩極之間間隔0.062 至10英寸放置，并在每個陽極和陰極配對上配置0.1至300V的外施電壓
上述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，容納陽極和陰極配對的所述溶解水 模塊的容器配置成可以從所述流入流體中產(chǎn)生由氫氣和氧氣組成的微米氣泡。
上述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，所述陽極和陰極電極配對由絲網(wǎng)或 穿孔板構(gòu)成，以形成限制流入流體流動排出的電極柵格。
上述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)，所述的陽極和陰極配對引導流入液 流入包含過濾介質(zhì)的位于所述溶解水模塊容器內(nèi)下部、并連接的第二室中。
一種與上述的用于減少工業(yè)廢水中總?cè)芙夤腆w的系統(tǒng)所述的溶解水模塊容器鄰接 并開口的污染物收集室，其接收并沉積通過耙動系統(tǒng)從所述流入液的表面撇去的污染 物。
上述的污染物收集室，其設有用于垂直升高的管路的容器，所述垂直升高的管路用 于將流入液從一個溶解水模塊容器轉(zhuǎn)移到下一個溶解水模塊容器。
上述的污染物收集室，用于流入液轉(zhuǎn)移的入口位于過濾介質(zhì)室之下并且連接至過濾 介質(zhì)室，其中所述管路的出口連接至下一個模塊容器，其中所述出口位于陽極和陰極配 對之上;所述出口的升高的管路高度控制前一模塊容器內(nèi)的流體液位和停留時間;其設 有位于所述收集室容器下部區(qū)段內(nèi)的閥，以用于去除所收集的總?cè)芙夤腆w污染物。
一種包括如上述的系統(tǒng)以及如上述的收集室的廢水處理系統(tǒng)，以流入液連接的一系 列可重復增加的電凝聚單元和溶解水模塊容器可用于從廢水或產(chǎn)出流體中減少或去除 總?cè)芙夤腆w或總懸浮固體。
一種DC電力供電的最終溶解水模塊容器，其包括陽極和陰極配對、包含過濾介質(zhì) 的第二室以及容納一系列多孔電極配對的第三室，所述一系列多孔電極配對配置成允許 形成用于接收流出流體流的一系列蛇形內(nèi)部通路。
上述的系統(tǒng)DC電力供電的最終溶解水模塊容器，其可吸附位于流出流體內(nèi)的總?cè)?解固體離子，其中所述離子可被收集并儲存在所述一系列多孔電極內(nèi)。
上述的系統(tǒng)DC電力供電的最終溶解水模塊容器，可通過降低或反向外施DC電壓來 從所述多孔電極中去除所述離子。
上述的系統(tǒng)DC電力供電的最終溶解水模塊容器，所述離子可從所述多孔電極中收 集作為流體鹽水，所述流體鹽水被處置在附接至所述溶解水模塊容器的所連接的污染物 收集室內(nèi)。
上述的DC電力供電的最終溶解水模塊容器，所述離子收集系統(tǒng)不應局限于一個模 塊，其中具有第二和第三室的一系列可重復增加的溶解水模塊可用于從流出流體中清潔 并收集離子。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中一些難題，將多個系統(tǒng)相組合來提供在處理工業(yè)廢水中常見有機或 無機物質(zhì)的過程中所利用的技術(shù)模塊，其中TDS污染物包括不同類型的雙極性分子化合 物。可通過向廢水流施加電流而使這些分子化合物的鍵解離，其中聯(lián)合工作的若干不同 的技術(shù)系統(tǒng)可提供一個主要核心過程。
本發(fā)明的實施方案可配置為能夠單獨操作或結(jié)合工作的一個或多個模塊，或被改裝 到現(xiàn)有系統(tǒng)、槽、水道或其它容器中。另外，這些模塊系統(tǒng)可臨時制造并且在使用后移 除，其中模塊系統(tǒng)的使用可實現(xiàn)低成本的升級，因為它們可整合在現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)。可使改 裝的系統(tǒng)能夠以可行的方式廣泛用于處在遠程位置的更多不同最終用戶。
本發(fā)明包含與一系列溶解水浮選(DWF)模塊聯(lián)合工作的一個或多個電凝聚(EC)系 統(tǒng)，所述溶解水浮選模塊結(jié)合了具有有機或無機物吸附能力的已知介質(zhì)床。這些介質(zhì)床 位于配對的陰陽極下方，其中迫使進入的流入液先通過所述配對再進入介質(zhì)床并且再轉(zhuǎn) 移到下一個DWF模塊中。一旦流入液經(jīng)過了包含吸附介質(zhì)的最后一個DWF模塊，它就接 著被引導而轉(zhuǎn)移到裝備有一系列活性碳電極配置的DWF模塊中以允許電容去離子化 (CDI)，這是一種在用于流體拋光的最終階段中使用的技術(shù)。
在一些方面，使用了一組或多組電極，例如陽極和陰極配對，但是以不同配置和間 隔來使用。當被供電時，所述陽極和/或陰極可使廢水流內(nèi)的TDS雙極性分子結(jié)構(gòu)發(fā)生 電共凝聚。同時，溶解水浮選過程的陽極和/或陰極用來產(chǎn)生由氫氣泡和氧氣泡組成的 微米氣泡。隨著這些微米氣泡在廢水流內(nèi)上升，它們還附著由有機物和解離的分子成分 組成的TDS絮凝物并將其提升到表面上以供收集。
位于每個DWF模塊之間的是污染物收集槽，在所述污染物收集槽中耙動系統(tǒng)撇過表 面并且沉積所收集的污染物以供儲存。然后可將所收集的污染物從收集槽中排出并且在 環(huán)境批準的管理器中進行處置。
在已經(jīng)使流入液暴露于溶解水浮選過程之后，接著迫使它穿過已知具有化學品和金 屬吸附能力的介質(zhì)床，這輔助TDS去除過程。這些介質(zhì)床可由活性碳、粘土、沙子、巖 石、pH平衡介質(zhì)或任何其它已知的在再循環(huán)處理過程中特定靶向某些類型的水污染物所 需的吸附劑組成。一系列單獨的溶解水浮選模塊可包含不同類型的介質(zhì)以允許特定靶向 廢水流內(nèi)所包含的已知污染物。這種介質(zhì)方法為處理過程提供了更大的靈活性和更高的 效率。
一旦流入液通過裝備有過濾介質(zhì)的最終DWF模塊，就接著將它轉(zhuǎn)移到最終電容去離 子化(CDI)模塊中，所述最終電容去離子化模塊處理任何剩余的具有電值的TDS溶質(zhì)， 其中通過在兩個多孔(經(jīng)常是碳)電極之間施加通常為約0.8至1.5伏的電場而從廢水 流中吸附所述TDS溶質(zhì)。處于電影響下的相反離子被收集并儲存在多孔電極內(nèi)并且一旦 已經(jīng)達到電極的離子吸附能力，就可將外施電壓減小到零或反向，其中只有小的濃鹽水 產(chǎn)物流被釋放�？晒烙嫶藵恹}水占總進入流的25%。
本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點可包括在本發(fā)明的某些實施方案中并且根據(jù)以下 說明和所附權(quán)利要求將變得更加顯明，或者可通過如下文所述在本發(fā)明的實踐中來獲 知。本發(fā)明不要求本文所述的所有有利特征和所有優(yōu)點都包括在本發(fā)明的每一個實施方 案中。
除非另外定義，否則在此所使用的所有技術(shù)術(shù)語均具有與本發(fā)明的實施方案所屬領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義
本發(fā)明具有積極的效果：(1)本發(fā)明的實施方案可配置為能夠單獨操作或結(jié)合工 作的一個或多個模塊，或被改裝到現(xiàn)有系統(tǒng)、槽、水道或其它容器中;(2)本發(fā)明模 塊系統(tǒng)可臨時制造并且在使用后移除，其中模塊系統(tǒng)的使用可實現(xiàn)低成本的升級，因為 它們可整合在現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi);(3)改裝以后具備可移動性，可使改裝的系統(tǒng)能夠以可行 的方式廣泛用于處在遠程位置的更多不同類型最終用戶。
(4)不使用化學試劑，不會造成二次污染。
(5)即時起效，不需要很長的處理時間，可以有效節(jié)約處理時間。
(6)可以靈活增加或者減少模塊數(shù)量，以適應不同標準的水處理需求。
(7)不需要儲水罐或者沉淀池等設施配套，可以有效節(jié)約占地空間。
(8)耗能較低，能效比較高。
(9)用途廣泛，不僅適用于工業(yè)廢水處理，也可以處理多種類型的廢水，并且能 與其他類型的水處理裝置串聯(lián)使用。
