专利名称：改进的水净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体净化系统。更具体地说，本发明公开了一种改进的用电解法净化污染液体如水的装置。
用电解法净化水通常是在浸没于池内污水中的两个或多个电极之间施加电压。在电极上发生的化学反应产生了氢气和氧气的气泡，以及氢氧化铝或絮状体。絮状体粘附那些悬浮在水中的微生物和其它杂质。然后，携带气泡上升到水面，并在水面作为浮渣或污泥被刮除。在水处理过程中，可由初始供给的污水生产出一批基本上纯净的水。澳大利亚专利629305描述了已有技术中采用这一方法的处理装置的一个实例。然而，该装置存在着表面浮渣很难去除的缺点，至少一些浮渣会再混入并且污染上层净化后的水。此外，在处理过程中，629305专利所公开的存储槽的垂直壁将附着或粘上絮状体，因此需要进行清洗。此外，该专利所描述的平板矩形电极在水池内需要有相对复杂的排列布局以及连接电路。
因此，本发明的目的是克服上述缺点，提供一种用电极法净化污染液体(如水)的装置，用生成的絮凝剂粘附上述污染液体中的杂质，该装置包括一个其侧壁向顶部逐渐收缩到面积减少的溢流出口的水池，顺着上述水池底部的池壁内侧，排布的至少部分电极，引入污染液体的入口，排放净化后液体的出口，以及使电极与电源相连接的部件。
优选地该池是圆形水池，上述电极呈平行的螺线形排布，但水池的中心没有电极。
另一种优选的方案是设置在水池一侧的电极面积比另一侧的电极面积大。
下面参照附图描述本发明的一个优选实施例。
图1是本发明水净化装置的纵剖面图。
图2是水池沿图1中A-A线的放大剖面图。
图3是展示最佳水循环方式的图1水池的纵剖面图。
图4是本发明装置另一实施例的纵剖面图。
图5、6和7分别是图4水池排放斜槽优选结构的平面图、纵剖面图和侧视图。
图8是图1或4所示装置的另一种池结构的局部剖面正视图。
图9是展示另一种出口和排放斜槽结构的示意图。
图10是展示在正方形或矩形水池中电极布局的平面剖视图。
首先参照图1，该装置包括一个用铝不锈钢或某些不导电材料如PVC、塑料或玻璃纤维制成的水池1。该水池是圆形水池，且其侧壁2大约有总高度三分之二的池壁向外倾斜，然后该侧壁以30-60度角(优选的是45度角)，像圆锥那样向里收缩到溢流口3。该溢流口的横截面积明显小于水池下部主区段的横截面积。排放斜槽4从溢流口引到水池的一侧。电极(阳极5和阴极6)设置在靠近水池的底部7，如图2所示，优选地将电极布置成螺线形。电极之间相互绝缘，并且还与水池绝缘，电极顺着水池的圆形池壁排列，并且安装在上十字梁8和下十字梁9上。然而上十字梁8还可以使用其它形状的梁部件。例如，梁部件8可以是四个短的分装臂，其长度足以够得上电极之间的平均间隔。优选地，这些电极主要占据水池的外侧区域，而留出水池的中心区域10，其原因将待下文描述。如图2所示，进一步优选地是该中心区域10的直径D大约是水池直径D’的一半。还应注意，在与排放斜槽相对的水池侧壁上有附加长度的电极5a和6a。通常优选的水池是装有3.7立方米水，且总电极区域为1.2平方米。对最有效地捕集污染物和最佳循环方式来说，为了产生恰当密度和尺寸的微型气泡，进一步优选地的是水池的高度与宽度比大约为2∶1。
在使用该装置时，首先将污水引入水池，直到到达由限制开关12确定的水位11。优选地溢流口3以下留有合适的距离，允许絮状体有集聚的空间。通常该距离大约等于溢流口3的直径，留出四倍的表面区域。然后在电极5和6之间施加大约8-20伏的直流或整流交流电压，产生大约25安培的电流。可调节电压和电流，使电极之间的距离是最佳距离。通常电源可以是1-50伏，对大型系统来说，电流可高达250安培。水池中产生了大量的瞬时氧气气泡和氢气气泡，以及Al(OH)3絮状体，Al(OH)3絮状体吸附那些悬浮在水中的微生物和其它污染物。由于絮状体中含有气体，所以絮凝体不断上升，并以浮渣形式集聚在溢流口3的液面上。在大约1-2小时的时间内，基本上水中所有杂质都会以这种方式，在溢流口3的水面上聚集成稠密的矾花层。由于电极5、6的位置靠近水池的侧壁，所以在电解过程中，上升的气泡有冲刷作用，由此可防止任何絮状体粘附在池壁内侧。
圆锥形顶部或锥形顶部以及螺线形电极排布的一个目的是确保水流B以图3所示的最佳流向流动。如图所示，电极5、6排布得尽可能紧靠池壁，并在池中心留出空腔10，以便产生如图所示的水流流向。具有这种流向的水将与气泡一起沿水池的侧壁上升，然后反转流向由电极限定的中心空腔10，再穿过电极向上流动。当水流过电极表面时，它会捕集其它气泡和絮状体。充满微小气泡的絮状体聚集在水面11上。而在水池中心低于水面的区域12，水的流动极其微小。在该区域，矾花很容易与循环水流分离，飘浮在水面11上。当矾花层以这种方式聚集成稠密的浮渣饼13时，所捕集的气泡浮力将会使它堆积在水面上。然后，用少量的水穿过排放斜槽4冲走。
借助于这种圆锥形构造的顶部以及絮状体层的性质，提供了一种新的去除水中微生物如蚊子幼虫、小鱼、蝌蚪、剑蚤类和藻类的方式。由于这些微生物往往习惯于远离絮状体层逆着水流游动，所以它们最终会筋疲力尽，被捕集在稠密的絮状体层中，如上所述最终被定期冲走。
在电解过程完成之后，通过靠近池底的入口15(见图1)注入少量来自水槽14的净化水，除去聚集在溢流口3的矾花层。可预先确定该水流的流量，并通过阀门16和中心微处理器17进行控制。可以预计，需要不超过水池容积大约1-5％的水量，才能使矾花层上升，并使它溢流到排放斜槽。为了帮助溢流过程，在与排放斜槽4相对的点18设置一组空气或水喷嘴。这些喷嘴或通过控制阀19与水槽14相连，或与鼓风机20相连。作为附加优选技术特征，在参照图2所述的侧2A上的额外电极区域，上升水流将出现不平衡，这将使矾花层沿斜槽4的方向浓缩，进一步便于矶花的溢流。在除去矾花层之后，经过靠近底部的出口15，从池中排出净化后的水。最好设置一个极限开关21，借助于微处理器17，通过触发出口管线上的阀门22，防止把水排干，以及底部沉积层的扰乱。将一部分从该池中排出的净化后的水输送到水槽14中并贮存起来。通过管线23可以实现平衡。为了定期冲刷水池，可设置第二出口，由此注入水或其它清洁液体，并随后从水池中排走。
图4示出了本发明的另一个实施例，水池25的容积是1000升，在分立的塔27上有一个冲洗水池26。如图5、6和7所示，该池斜槽28的形状便于去除稠密的矾花层，矾花层位于溢流口的液面上。更具体地说，优选地斜槽底部的前缘28A处在这样的高度，即在冲洗操作过程中，该前缘平行于矾花层的下侧。这样当矾花层随冲洗水飘浮到斜槽28时，可避免矾花层造成的堵塞。优选地，使与溢流口分开的排放斜槽部分露出，以便防止积累未知的和潜在的爆炸气体。然而，最好盖住溢流口正上方的那部分28B，以防止雨和风干扰矾花层的形成。如上所述，可将空气/水的喷嘴支管(未示出)安装在排放斜槽28的对面。开启与支管相连的喷嘴，通过推动矾花层从溢流口进入倾斜的排放斜槽，而进行冲刷操作。
尽管图中未示出，但是，除此之外或者代替如上所述的水冲刷方式，还可以使用真空装置，从溢流口抽出絮状体。
如上所述，池的底部需要有一个排放任何重的不能随絮状体上升的沉积物的出口。为了防止沉积物污染净化后的水，优选地使沉积物的出口尽可能远离净化后水的出口。如图4和8所示，池的底部29和30分别呈倾斜状和圆锥形，这有助于沉积物堆积在水池的最低点(如中心点或一侧)，优选地将沉积物出口31和32设置在该最低点上。
此外，在图8所示的实施例中，优选地将原水进口33设置在池的顶部。这样可利用流入水流的动量，搅拌任何前次操作留在池壁34上的沉积物或矾花。为了改进入流水流的冲刷作用，可在入口33的内侧或下侧安装一个锥形挡板34A，以便给池壁提供合适的喷射方式。的确，在采用倾斜池底的情况下，可将喷射的进水水流直接作用在水池的高侧，由此将尽可能多的沉积物冲刷到较低的沉积物排放出口。
该实施例采用的圆锥角大约为45度，可根据水质和污染物类型，使用不同的在大约30-60度范围内的锥角。尽管运行效率会降低，但仍可以使用该范围以外的锥角。
本发明的其它变化还包括如图8所示的半球形的水池顶部35。在这种情况下，靠近溢流口的半球形部分36被稍稍抬高一些，为将气泡和矾花引导到出口37留出必需的上升坡度。
另外一种任选方式是如图9所示，水池的顶部是敞开的。将导流槽或环形外罩37A安装在出口38的正下方，并环绕在出口38的外侧。在冲刷过程中，絮状体从敞开的出口溢流，落入上述导流槽中，由此经过斜槽39排走。
尽管螺线形的排列方式是优选的，但是电极元件还可以采用各种排列形式。其它可能的排列方案如下—阳极和阴极交替排列，并用导体将电极连接成菊花链形的同心环形，—与同心环相似但易于设置的平行半圆环形，可在水池的两侧，提供相等数量的电极，以及—如图9所示，排布成与水池41形状相似的平行矩形。
只要电极基本靠近池壁的内侧，在中心限定了一个空腔，还可以使用各种其它的排布方案。例如，一个阳极，另一个是阴极的两个相平行的上述螺线形。电极还可以排列成，一个螺线形作中间电极，另一个螺线形分成顶部和底部两半部分，其中一半是阳极，另一半是阴极。
阳极在不断消耗，释放着铝离子，铝离子又与氢氧根离子形成Al(OH)3。为了延长电极的寿命，优选地交换阳极和阴极，由此使它们均匀耗损。
尽管对处理饮用水来说，优选地使用纯铝电极，但是还可以使用不纯的铝电极。然而，在后一种情况下，处理后的水中将会出现如Si、Fe、Pb、Cu和Zn等杂质。
当去除某些溶解的金属盐时，最好使用其它金属电极，通过离子交换增大去除率。例如，可使用铝—镁合金电极、纯镁电极、铝—锌合金电极和铝—镍合金电极等等。
当采用将净化后的水注入水池，提高溢流口出处絮状体的液位，从而排走絮状体时，还可以采用其它设备。例如，可将空气球或水球设置在水池内侧，然后使其膨胀，上升到冲洗操作必需的出口水位。
溶解CaCO3和MgCO3的存在，使水有一定的硬度。前者经常被用来测量水的硬度。处理过程会使某些CaCO3变得难溶，从而从溶液中沉淀出来，并被矾花带走。通过使用铝镁合金电极，在溶液中加入镁离子，可除去这些化合物，降低水的硬度。
对于某些应用场合或某些对饮用水生产装置有严格标准的地区，还需要增加其它装置，以便在系统出现故障时杀死细菌或病毒。一种这样的系统是简单的银消毒剂投配装置，当水流出该处理池时，将特定量(例如大约是0.02-0.05mg/l)的试剂加到净化后的水流中。另一种这样的系统是当水流出该处理池时，使所有净化后的水都经受紫外线的照射。
应当知道，本发明提供了一种新改进的水净化装置。然而，显然所公开的实施例只是本发明的最佳实施方式，对本专业普通技术人员来说，本发明还可以有多种变化。可以预计，所述装置能以低于每吨水0.5KWH的耗电率净化水，这取决于水池的容积、电极面积和施加的电压。设想水池的容积可以是从大约20升到任何易于操作和建造的体积。
权利要求
1.一种用电极法净化污染液体如水的装置，用生成的絮凝剂粘附所述污染液体中的杂质，并使絮状体上升以堆积在池的顶部，该装置包括一个其侧壁向顶部逐渐收缩到面积减少的溢流出口的水池，顺着所述水池底部的池壁内侧，排布的至少部分电极，引入污染液体的入口，排放净化后液体的出口，以及使电极与电源相连接的部件。
2.权利要求1所述的装置，其特征在于所述水池是圆形水池，所述电极主要占据靠近侧壁的池边缘区域。
3.权利要求2所述的装置，其特征在于所述电极进一步排列成在水池的中心限定出一个空腔。
4.权利要求3所述的装置，其特征在于所述电极排列成包括阳极和阴极的两个平行螺线形。
5.权利要求4所述的装置，其特征在于一个所述螺线形作中间电极，另一个所述螺线形分成顶部和底部两半部分，其中一半是阳极，另一半是阴极。
6.权利要求3所述的装置，其特征在于所述电极排列成用导体将阳极和阴极连接成菊花链形的同心环形。
7.权利要求3所述的装置，其特征在于所述电极排列成平行半圆环形。
8.权利要求3所述的装置，其特征在于所述电极排布成与方形或矩形水池形状相应的平行矩形。
9.权利要求3所述的装置，其特征在于提供一个在电解完成后，使水池中的液位上升的设备，由此使堆积在溢流出口处的絮状体溢流到与处置设备相连的排放斜槽中。
10.权利要求9所述的装置，其特征在于所述使液位提升的设备包括一个向所述水池注入净化后液体的入口，或一个适于膨胀排液的在所述水池中的球体。
11.权利要求10所述的装置，其特征在于所述电极区在与排放斜槽相对的一侧最大。
12.权利要求11所述的装置，其特征在于在溢流出口上设置一个或多个气体或液体喷嘴，当液位上升时，所述喷嘴通过推动所述絮状体流向排放斜槽，而促进絮状体的溢流。
13.权利要求12所述的装置，其特征在于斜槽底部的前缘处在这样的高度，在溢流过程中，该前缘平行于矾花层的下侧，以避免矾花层造成的堵塞。
14.权利要求13所述的装置，其特征在于与溢流口分开的排放斜槽部分露出，以便防止气体的积累。
15.权利要求14所述的装置，其特征在于水池的底部向下倾斜到一侧或呈圆锥形倾斜到池中心，将沉积物出口设置在水池最低点或靠近该最低点处。
16.权利要求15所述的装置，其特征在于将污染液体进口设置在池的顶部或靠近池的顶部，由此利用流入水流的动量，冲刷留在池壁或池底部上的沉积物或矾花。
17.权利要求16所述的装置，其特征在于所述污染液体入口适于形成一个喷射水流，直接作用在池壁上。
18.权利要求17所述的装置，其特征在于所述水池的顶部呈半球形，靠近溢流口的半球形部分被稍稍抬高一些，为使上升的矾花流到溢流出口留出上升坡度。
19.权利要求17所述的装置，其特征在于水池的顶部是敞开的，将导流槽或环形外罩安装在出口的下方，并环绕在出口外侧，由此在溢流过程中，絮状体流入所述导流槽或环形外罩，由此排出去处置。
20.权利要求19所述的装置，其特征在于所述液体是水。
全文摘要
本发明涉及一种用电极法净化污染液体如水的装置,用生成的絮凝剂粘附所述污染液体中的杂质,该装置包括一个其侧壁(2)向顶部逐渐收缩到面积减少的溢流出口(3)的水池(1)。电极(5,6)排列在靠近池(1)的底部(7)。顺着所述水池的池壁内侧,排布的至少部分电极(5,6)。电极排列成顺着圆形池表面的螺线形,并在水池的中心限定了一个空腔(10)。池的底部(7)向出口(24)倾斜,以便排放沉积物。
文档编号C02F1/461GK1242758SQ98800485
公开日2000年1月26日 申请日期1998年4月14日 优先权日1997年4月15日
发明者T·S·扬 申请人:澳大利亚水净化有限公司