CN105452174B - 电化学过滤设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工艺设备和相关联的方法，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。阳极和阴极相对于半渗透构件径向且同心布置。

Description

电化学过滤设备

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

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，以将碎屑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。

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。

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。

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：

(i)阴极，阳极；

(ii)阳极，阴极；

(iii)阳极，阴极，阳极；

(ⅳ)阴极，阳极，阴极；

(v)阳极，阴极，阳极，阴极；

(vi)阴极，阳极，阴极，阳极；

(vii)阴极，阳极，阴极，阳极，阴极；或者

(ⅷ)阳极，阴极，阳极，阴极，阳极。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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0.1mm至10mm之间。

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。

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。

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”。

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，贵金属选自例如铂、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)。

此外，所述阴极可以由导电基底和可选的外涂层形成。

一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。

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。

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。

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。

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。

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。

总之，本发明提供了一种工艺设备，所述工艺设备包括：至少一个过滤元件，所述过滤元件是细长中空半渗透构件，其中所述过滤元件的一端或两端是开口的并且布置成用于允许液体流过所述一端或两端；至少一个阳极；和至少一个阴极；其中至少一个阳极和至少一个阴极是半渗透的，使得液体能够穿过所述至少一个阳极和至少一个阴极；其中所述阳极和阴极相对于所述过滤元件径向且同心地布置；其中

所述过滤元件在所述至少一个阳极和至少一个阴极内侧，并且所述工艺设备被布置成使得液体能够穿过所述过滤元件的一端或两端流入所述工艺设备中并且穿过所述过滤元件的壁径向向外流动；或者

所述过滤元件在所述至少一个阳极和至少一个阴极外侧，并且所述工艺设备被布置成使得液体能够穿过所述过滤元件的壁径向向内流动并且沿着所述过滤元件的细长轴线流出所述工艺设备。

优选地，相邻的阳极和阴极在阴极和阳极之间交替以在它们之间限定电解区。

优选地，当从所述过滤元件径向向内或向外观察时，阳极和阴极的顺序从以下进行选择：

(i)阴极，阳极；

(ii)阳极，阴极；

(iii)阳极，阴极，阳极；

(ⅳ)阴极，阳极，阴极；

(v)阳极，阴极，阳极，阴极；

(vi)阴极，阳极，阴极，阳极；

(vii)阴极，阳极，阴极，阳极，阴极；或者

(ⅷ)阳极，阴极，阳极，阴极，阳极。

优选地，所述过滤元件形成为阴极或阳极。

优选地，所述过滤元件是中空且半渗透的阴极，并且阳极相对于所述阴极径向且同心地定位。

优选地，阴极相对于所述阳极径向且同心地定位。

优选地，所述过滤元件是中空且半渗透的阳极，并且阴极相对于所述阳极径向且同心地定位。

优选地，所述过滤元件是水过滤元件或海水过滤元件。

优选地，所述阳极和/或阴极大致绕相邻阳极或阴极的整个圆周延伸。

优选地，在圆周方向上所述阳极/阴极由电隔离间隔物划分成离散的区段；并且相邻的阳极和阴极在相邻的电隔离间隔物之间延伸。

优选地，设置电隔离间隔物，由此将所述工艺设备划分为2个或更多个离散的径向流路。

优选地，至少一个阳极和阴极是细长的，且每一个都绕所述过滤元件周向且径向地布置。

优选地，至少一个阳极和阴极是细长的，且每一个都周向且径向地布置在所述过滤元件内。

优选地，相邻的阳极和阴极的间隔在0.1mm和20mm之间。

优选地，至少一个阳极和相邻的阴极是由电源激活的，所述电源被布置成用于在阳极和相邻的阴极之间产生电势差和电流。

优选地，所述工艺设备包括限定电极对或电极组的成对的相邻的阳极和阴极；并且其中，电极对或电极组能够独立地且选择性地被电激活。

优选地，所述至少一个阳极和阴极的电源的极性能够颠倒，以在相应的阳极和阴极之间产生相反的电势差和电流。

优选地，所述至少一个阳极由导电基底和外涂层形成。

优选地，所述阳极是由涂覆有贵金属的基底形成的尺寸稳定的阳极，所述贵金属选自铂、金、银或混合的金属氧化物溶液。

优选地，所述阳极是由涂覆有掺硼金刚石的基底形成的掺硼金刚石阳极。

优选地，所述至少一个阴极由导电基底形成，或者所述至少一个阴极由导电基底和外涂层形成。

优选地，一个电极对或电极组的阳极和/或阴极的基底和/或涂层材料与另一个电极对或电极组的阳极和/或阴极的基底和/或涂层材料相同或不同。

优选地，所述工艺设备包括：

控制器，所述控制器被布置成控制所述至少一个阳极和阴极的电激活；和

至少一个检测器，所述至少一个检测器被布置成测量流过所述工艺设备的液体的属性，其中所述控制器适于响应于从所述检测器接收到的信号独立控制阳极和阴极。

优选地，所述检测器适于检测液体的电导率。

优选地，所述检测器适于检测从液体中的氧化剂选择的化学品的残留浓度，所述氧化剂包括氟、羟自由基、各种形式的氧、臭氧、过氧化氢、次氯酸盐、氯和总残余氧化剂。

优选地，所述液体是水。

优选地，所述工艺设备包括多个过滤元件和与其相关联的多个阴极和阳极对。

优选地，所述工艺设备包括单个过滤元件和相关联的阳极和阴极，并且进一步包括外壳，所述外壳具有入口和出口并且适于使液体从所述入口穿过所述过滤元件、穿过或接近所述阳极和阴极然后与所述出口连通。

优选地，所述工艺设备包括多个过滤元件和相关联的阳极和阴极，并且进一步包括外壳，所述外壳具有入口和出口并且适于使液体从所述入口穿过所述多个过滤元件、穿过或接近阳极和阴极与所述出口连通。

优选地，所述电隔离间隔物的周向尺寸能够手动或自动地增加/减小，以增加/减少在离散的径向流路中的液体速度和/或湍流。

本发明还提供了一种通过使液体穿过如上所述的工艺设备来处理液体的方法。

附图说明

将参照附图仅通过示例描述本发明的实施例，其中：

图1a至1g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；

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；

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

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。

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

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。

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和离开的共用的主要入口/出口。

所述过滤元件可以是平坦的，但有利地布置成中空的，以便利用空间和表面积，并促进更紧凑的设计。所述中空过滤元件可以是一端开口另一端封闭或是两端开口，以形成接收被污染水或液体的过滤元件入口。在这种情况下，被污染水或液体的流向是从中空过滤元件内部流向外部。或者可替代地，被污染水或液体可以在从所述中空过滤元件外部流到内部的方向上流动，并且所述中空过滤元件的端部可以形成过滤元件出口。

有利地，中空过滤元件的布置作用为在大致垂直或径向方向上将被污染水或液体流转向并穿过每个过滤元件的过滤元件表面。由于过滤元件表面的面积在面积上优选地大于到中空过滤元件的过滤元件入口或出口的总横截面面积，所以水或液体的速度在过滤元件表面附近显著降低。

所述中空过滤元件可以，但不限于，由金属编织线烧结筛方法构造，其中多个金属筛层与支撑结构烧结在一起以形成能够支撑自身的重量的结实的过滤元件。或者，所述中空过滤元件可以，但不限于，由高级三维编织技术构造，其中多个金属筛层被紧密地编织在一起以相互支撑而不需要额外的烧结或支持。

可替代地，也可包括其它类型的过滤元件设计。这种过滤元件可以，但不限于，由下列构造：天然或处理过的纤维、人造有机或合成材料、铁和非铁金属、玻璃、活性炭或天然碳、陶瓷、纸和塑料、片材或编织材料、非织材料、打褶熔纺材料、无机粘合多孔介质、矿棉、玻璃纤维、碳纤维、编织线和筛、烧结线网、穿孔板、楔形金属丝和膜式设计或它们的任何组合。

对于所述过滤元件，过滤尺寸规格是根据需要过滤的生物、有机或非有机属性来确定的。因此，该过滤尺寸(即穿过过滤元件的过滤元件表面的孔或流路的尺寸)可以为取决于所需过滤水平的任何合适的尺寸。例如，所述过滤元件的过滤尺寸可以选为但不限于<1，1，10，20，30，40，50，75，100，250，500微米或取决于所选择的应用可以更大，例如1mm，5mm，10mm和更大。

由于被污染水或液体流在大致垂直的方向上流向和穿过所述过滤元件的过滤元件表面，任何尺寸大于所述过滤尺寸规格的生物、有机或无机污染物不能通过过滤元件表面，并被截留在过滤元件的过滤表面上，并开始形成所谓的过滤物质的“饼”。由于开始形成过滤物质的饼，过滤元件上的压力损失增加，从而如果要维持过滤效率，就需要将过滤物质的饼频繁地从过滤元件的过滤表面清除。

所述过滤物质的饼可以通过反向冲洗或拆解新工艺设备并手动或机械清洁过滤元件来去除。可替代地，该清洗过程可有利地通过使用包括并整合到所述设备内的自动反洗机构来实现。因此，可以实现一种构造用于连续清洗的自动反洗过滤过程。可替代地，可以只在压力差或压力损失达到某一监测水平时触发该过程或以预设的间隔或手动地触发。

在本文所述的设备中可以包括各种自动反洗机构和过程，其允许通过反向高速水流穿过过滤元件表面来清洁过滤元件。这种反向高速水流将过滤物质的饼从过滤元件的过滤表面去除，并将它冲走以进行安全处置。然而，如果反洗流包含残留化合物，则反洗流可以在处置前适当地进行中和。这种自动反洗过程可以在过滤元件使用时同时进行，由此允许过滤元件在被清洁的同时连续过滤水。通过引用WO2006/008729和WO2011/058556将这种自动反洗过程和机构的公开并入本文。

在所公开的发明中，所述过滤元件可以是平坦的或具有任何横截面形状或轮廓，例如椭圆形、正方形、三角形、星形或其它形状，但优选的是，过滤元件设置有圆形横截面以优化并简化所述优选的自动反洗机构和第二集成子系统的设计。

在本发明中，第二集成子系统包括一个化学消毒步骤，从而使水或液体和残余的生物与有机和无机污染物暴露于高级氧化处理(AOP)的高活性产物，如，但不限于羟自由基(ΟΗ·)、臭氧(O₃)和过氧化氢(H₂O₂)。

生物与有机和无机污染物暴露于AOP的高活性产物可通过氧化有效且高效地中和污染物。此外，更持久但不作为活性氧化物质如氯或总残余氧化剂(TRO)也可产生并用于处理被污染水或液体。

在这个意义上，氧化被定义为电子从一个电子供体(还原剂)到电子受体(氧化剂)的转移，电子受体对电子具有更高的亲和力。这种电子转移使得氧化剂和还原剂都发生化学转变，在某些情况下产生具有奇数个价电子的化学品。这些化学品，被称为自由基，往往是高度不稳定的，并且因为它们的电子中的一个未配对而具有高活性。在产生自由基的氧化反应后往往会在自由基氧化剂和其它反应物(包括有机和无机的)之间发生额外的氧化反应，直到形成热力学稳定的氧化产物。

AOP产生的最强大的氧化剂之一是ΟΗ·自由基。ΟΗ·自由基是极其活跃的并且公知地作为消毒剂。ΟΗ·自由基是自然界中发现的最重要的一种氧化物质，能够中和大量的化合物并攻击生物、细菌和病毒的多孔细胞壁，并进一步破坏它们。然而，由于ΟΗ·自由基如此有活性，可以说，它们仅在产生的位置的很短距离内有效。总的来说，AOP的有效性与其产生大量ΟΗ·自由基的能力成正比，并且在现有技术中有几种方法用于产生ΟΗ·自由基，然而，在所公开的本发明中，优选的方法是采用电解方法。

所述电解方法产生多种氧化剂，这取决于电解质(所处理的水或液体)、电极材料和施加到电极上的过电压或标准电位。例如，当水中含盐(NaCl)时可发生下面的反应。

在一个特别有效的电解方法中，所述设备可适于使得电解池利用至少一个不同的电极对，所述电极对包括阳极和阴极。当只使用一个阳极和阴极时，电极对可根据本发明布置成使处理后的水先到阳极再到阴极。现有技术已经发现，这促进并增强了在阳极产生的反应产物之间的附加反应，使得它们与在阴极产生的反应产物进行进一步的反应。

已经确定的是，它通过促进进一步副反应将有毒产物转化为无毒产物，有助于减少含氯水如海水中的氯化三卤甲烷(THM)和其它有毒的氯化产物的形成，并有助于进一步消灭水中微生物。

根据本发明的一个实施例，所述电极对的定义可以扩展到每个阳极包括两个阴极以形成电极组，阳极优选地位于两个阴极之间。在这种情况下，水首先遇到阴极，然后阳极，然后阴极。这种布置的一个好处是，在第一阴极产生的反应产物立即与阳极面向水流方向的表面产生的反应产物混合，而在阳极不面对水流方向的表面上产生的反应产物立即与在第二阴极产生的反应产物混合。以这种方式，可以以最经济的方式利用阳极的前后两侧的面积。

在阴极和阳极之间的空间将形成电解区。所述电极对或所述电极组的阳极和阴极之间的距离优选地是小的，并且在一毫米的十分之几至几毫米之间。这样设置的主要原因是为了确保AOP的高活性产物彼此紧邻。另一个原因是使电压和电流水平最小化，由此使AOP所需要的功率最小化。

上述布置不限于单层电极对，并且可以进一步扩展成包括多层电极对或组，其被有效布置成使得被污染水经串联的多个电极对或组处理。如果采用串联的一个以上的电极对或电极组，那么每个后续电极对或电极组之间的最小距离优选地比前面的电极对或电极组的阳极和阴极之间的距离更大以确保每个电极对或电极组独立运作。这样的间距可通过支撑电极并相对于彼此维持正确位置的适当的组装或安装来实现。可以利用阳极和阴极之间的非导电间隔物以维持电解区的正确尺寸。

电解池还包括用于在阳极和阴极上施加电压的装置，和向电极对或电极组供应直流电(DC)的装置。施加电压和电流的装置可以通过常规整流器或其它方法来提供。取决于被污染水流的电导率，可通过整流器操控所提供的电压和直流电流的参数以获得最佳条件。电极与电压和电流供应器之间的电连接可以是单极的(并联连接)，使得每个电极对的电流负载和电池电压可单独调节，或者它可以是双极性的(串联连接)，这取决于电流效率对电压效率之间的优选的权衡。

电解池可以有利地包括用于清洁电极的附加机构。特别地，用于清洁这种性质的电解池中常见的阴极上的多余阴极沉积。已经确定这可由极性颠倒(PR)或就地清洗(CIP)来实现。对于极性颠倒，对阳极和阴极都采用相同的材料，并且当阴极沉积已经开始影响电解池效率时，将电流极性颠倒。当电流极性颠倒时，阴极变为阳极，干净的阳极变成阴极，因此每个电极具有双重功能。PR的缺点是由于阳极和阴极都需要适当的表面保护涂层，所以增加了电解池的成本。对于CIP方法，采用仅具有单一功能的分开的阳极和阴极，通过引入例如酸使之与电极接触并放置一段时间以去除阴极沉积。一旦阴极沉积被酸溶解，就将电解池排空，再次开始正常电解。对于CIP方法，只有阳极需要通常昂贵的适当的表面涂层，从而降低了成本。

此外，如果利用如前所述的电极组，其由一个阴极接着一个阳极而后接着一个阴极组成，则阴极表面积增大，并且阴极电流密度(其可被描述为安培/m²)降低。这减少了阴极沉积的生长和因此对阴极沉积的清洁要求，生长率与电流密度具有已知的确定关系。

所采用的一些常见电极材料包括但不限于以下材料，例如钛、钽、钨、钼或铌、铱、钌、钯、不锈钢、镍、硅、玻璃碳、石墨、聚合物、碳化物、导电陶瓷和复合材料如Ebonex。对于阳极，尺寸稳定的阳极(DSA)可通过以下方式制造，即：采用上述材料的一种作为基底，并且用贵金属如铂、金、银或贵金属包括前面提到的金属和其它如铱、钯、锇、钌、铂、铑或钽的混合金属氧化物溶液对基底进行表面涂覆。然而，电极材料和电极结构的最新进展已允许通过AOP可以更有效地产生ΟΗ·自由基。特别是掺硼金刚石(BDD)阳极具有显著优点，其中采用前述材料中的一种用作基底，并且表面涂覆有掺硼金刚石薄膜。对于阴极，可以使用与阳极类似的涂层，或者阴极可以不涂层，这取决于前述清洁方法。

BDD电极极其稳定，具有优良的防腐属性，并具有独特的电化学属性，允许比其它电极更大的电化学势窗口。与铂涂层相比，电化学窗口几乎加倍。这种独特的属性允许ΟΗ·自由基直接在水中生成，而不需要添加任何其它化学品或在仅通过调节所需电力使得工艺可量的情况下在高电流效率下进行调节。

本发明中，电极基底的几何结构可以是可渗透的，具有允许被污染水流过电极对或电极组的部分开口的表面积，从而允许最大的接触表面积用于生成ΟΗ·自由基。所述的电极结构可以是展开的网状电极、针织或编织网状电极、烧结或发泡网状电极、多节电极、分散电极和网格电极的类型。

仔细选择电极的材料和几何结构提高了电解过程的效率，并减少/增加某些反应和多余副产品的发生，例如，减少氢气的产生。或者它可以增加某些反应的发生，例如增加氯或总残余氧化剂的产物，这取决于优选的最终结果。通过使用这种三维网，特别是那些具有相对小的开口如针织或编织网状电极，因为污染物被迫与阳极的快速反应产物，即ΟΗ·自由基，非常接近(并因此更可能与其进行反应)，所以电解过程并且因此AOP的效率可以大大提高。

上面讨论的两个子系统当然可作为分开的单独处理串联布置，但是发明人发现，当单独的子系统以一种非显而易见的方式集成时，它提供了新工艺设备的所有的非常有利的益处。特别是处理工艺的效率能够增加，这使得处理每立方米水的所需的电力减少。这有利地提供了一种更加环境友好的处理工艺，因为所需电力较少则相关CO₂产物也减少。

为了实现这些优点，所述阳极和所述阴极以非显而易见方式对准。第二集成子系统的电极对或电极组的阳极和阴极纵向并同心地对准形成同心电解池区，它们也相对于第一集成子系统的中空过滤元件的过滤表面纵向和同心对准。在平坦的过滤表面的情况下，将平坦的电极对或电极组与平坦的过滤表面对准。

当水从过滤元件外部流到内部时，电极对或电极组可定位在过滤元件内，或优选地，当水从过滤元件内部流到外部时，电极对或电极组可定位在过滤元件外。如果采用，这种流向可便于自动反洗装置的构造和紧凑性。电极对或电极组与过滤元件的表面之间的距离理想地是小的，以优化工艺设备的占用空间(footprint)，并且通常与前面所讨论的阴极和阳极之间的距离是同样的数量级。

通过将电极对或电极组相对于过滤元件的过滤表面纵向并同心对准，使得本发明具有前述的降低水流速的优点，由此增加了被污染水在过滤元件附近的停留时间。对于给定的流速，被污染水以固定速度进入过滤元件的一端或两端，然后扩散开，减慢并在主垂直方向上转向并通过每个过滤元件的过滤表面。由于过滤元件的过滤表面的面积优选比过滤入口(或过滤出口，如果被污染水流是相反的)的面积大，所以水的速度显著降低。这使得在阴极和阳极产生的反应产物在被输送远离电解区之前有更长的时间段在它们产生的位置附近进行反应。这提高了反应产物的处理效率。

如前所述，上述布置并不限于单层电极对或电极组，可以进一步有益地扩展为包括有效地串联布置的多层电极对或组，以在单个新工艺设备中有效地应用重复剂量的化学消毒步骤。对所公开的发明进一步可行的显著改进是，两个或更多个不同的电极对或电极组可被分别串联或部分重叠地并入。这样做的优点是任一个电极对或电极组可被通电同时其它的不通电，或者全部或部分电极对或电极组可以在相同的时间被通电。根据电极的材料和几何结构以及施加的电压和电流，可能产生各种水平的反应产物，其数量与进行的应用相匹配。

例如，电极对或组的组合可以由阴极、BDD阳极、阴极、DSA阳极和最后的阴极构成。在此部分重叠的构造中，中央阴极服务于它任一侧的阳极。BDD阳极在低电导率的水中作用特别好，而DSA在含0.2％以上氯化钠的电导率的水中作用特别好。这将允许例如能够用BDD电极产生ΟΗ·自由基处理极低电导率的水，或者用较便宜的DSA电极产生反应产物如氯或总残余氧化剂(TRO)处理更导电的水。或者，这两种类型的反应产物可同时生成。在撰写本发明时，发明人未知悉在单个单元内具有两个或更多个不同电极类型的电解池，并认为这本身是新的发明。

如果采用与阴极相同的材料构造过滤元件，可以得到本发明一个更有利的扩展，因为这可以使得过滤元件本身在单个阴极阳极对或两阴极一阳极电极组内作为阴极起作用。如果需要的话，这将提供确保污染物非常接近(并因此更容易与之反应)阴极产生的反应产物的益处，然而，如果过滤元件具有相对小的过滤尺寸，因为阴极的生长可能有效地阻塞过滤元件，所以可能需要增加的清洗间隔。在实践中如果采用自动反洗方式可减少该间隔，因为自动反洗过程连续作用来清洁过滤元件。在这种紧密集成的构造中，由于过滤元件成为电解池的一部分，以及所述电解池变成过滤元件的一部分，所以集成子系统完全依赖于彼此的操作。相应地，该新工艺设备的占用空间减小。

本发明的一个更有利的扩展是，如果过滤元件被允许用作阳极，可以对于低过滤尺寸采用适当的表面涂覆方法。这提供了一个极为有利的影响，因为有效地迫使污染物非常接近(并因此更可能与之反应)阳极的高活性反应产物，即ΟΗ·自由基。在这种情况下，阴极生长不是问题，因为过滤元件充当阳极。同样地，在紧密集成的构造中，由于过滤元件成为电解池的一部分并且电解池变成过滤元件的一部分，集成子系统完全依赖于彼此的操作。这也使得新工艺设备的占用空间减小。

在此构造中，必须小心确保阳极不被污染物堵塞，因此如果使用自动反洗过程，则可能需要更加频繁以保持所述过滤元件的过滤表面的清洁。进一步地，如果采用了更有效的AOP，那么过滤尺寸规格可增大，因为反应产物的应用是高度针对性和集中的，会剩余更大量的残留反应产物。剩余的残留反应产物可以清除或中和更大的污染物。这使得压力损失减少并节省泵送被污染水或液体系统的能量。或者，更有效的AOP系统将允许减小施加的电压或电流从而降低电力消耗。

本发明一个有益的变型是单层或多层电极对或电极组或甚至过滤元件本身可以分割成在两者之间具有非导电隔离间隔物的子区段，从而有效地提供若干并联的子电极对或电极组或子过滤元件。非导电隔离间隔物的尺寸可以手动或自动地调节，以根据应用微调电极对或电极组和过滤器元件附近的活性面积和水或液体的流速。额外的好处是，可以沿电极对或电极组的整个长度上包括多个分流器(或电母线)，以将电流更均匀地分布在整个电极上，从而避免了在电极中的热点(由于电阻的局部差异)，并促使反应产物产生的更加均匀。

因此，在本发明中，由于水或液体流速降低和高活性反应产物的停留时间增加二者的组合，获得了非常有利的效果，此外，本发明的某些紧密集成构造确保了污染物非常紧挨着反应产物生成的位置。这个特征有很大的好处，因为高活性ΟΗ·自由基存活时间非常短，因此反应产物的处理效率提高了，电力消耗也相应地降低了。

本发明还涉及一种被生物与有机和非有机污染物污染的水或液体的处理方法，该方法涵盖流过应用所述方法的工艺设备的非常高至非常低的体积流量范围，所述水或液体也具有从几乎不导电到高导电性的非常高或非常低的电导率属性的宽范围，。

如已描述的，所述工艺设备通过采用集成的物理固液分离步骤和AOP化学消毒步骤提供被污染水或液体的处理。所述固液分离步骤物理去除多数超过一定过滤尺寸的较大的污染物，同时AOP产生ΟΗ·自由基和其它活性氧化物以利用化学消毒步骤处理被污染水。生物与有机和无机污染物暴露于AOP的高活性产物，通过氧化有效且高效地中和了污染物。此外，更持久但活性较弱的氧化物如氯或总残余氧化剂也可产生。

流过每平方米过滤元件的过滤表面的被污染水或液体流量的流量范围是大的且取决于所选的过滤尺寸和系统的耐受压力损失。

根据应用的不同，由于湍流促进混合并因此促进和改善传质，所以增加电极附近的湍流可能是有益的。

如本文所述，所述单层或多层电极对或电极组或过滤元件本身可被分割成在两者之间具有非导电隔离间隔物的子区段，并且非导电隔离间隔物的尺寸可以手动或自动地调节，以根据应用微调电极对或电极组或过滤器元件的活性面积(通过阻塞某些正常流路)。活性电极区域的调整允许对水或液体的速度进行调整，由此增加或减少给定流量的湍流。此外，电极的表面可以被刮刻、设有突起、被压纹或图案化以使之粗糙化，并增加在电极附近的局部湍流，然而，速度和湍流水平不应高到引起在工艺设备中的多余的压力损失或气穴。

所述工艺设备可以连接到控制系统，例如可编程控制器(PLC)，并且可以通过个人计算机进行本地监管或优选地如在中央控制室中进行远程监管。这使得操作程序、状态消息和报警被控制、监测和记录。可包括化学品测量设备，如氯或TRO测量设备，以连续监测工艺设备之后的任何残留化学品浓度或其它变量，并可根据局部被污染水或液体条件自动调节施加的电压和电流。

被污染水或液体在不同地点的压力、流量、温度、pH和电导率以及其它变量也可以测量，并且控制系统可自动在需要时在DSA或BDD阳极之间切换，如前所述，或根据需要调整电压和电流。或者，有时也可以在进入工艺设备之前或者被处理水或液体离开之前，用添加剂或中和剂调节被处理水或液体的电导率或pH值或其它属性。相对少量的残留的化学品可通过自动反洗机构的反洗流离开到环境中，如果包括反洗机构的话，这种情况下，可以监测反洗流的各种属性，并且还可包括中和或调节单元以确保所处置的水或液体在需要时被中和或调节并且可安全处置。

可以向所述处理工艺增加额外部件以调节、去除或增强处理工艺，例如增加氢去除系统(或除去其它物质)或向反洗过滤过程增加真空泵，其有效地增大了自动反洗过程中的压力差和因此它的清洁能力。如前所述，如果反洗流包含多余的残留化学品，可以包括适当的中和部件以中和处置前的反洗流。

在某些情况下，可能希望采用脉冲电流操作AOP以进一步改善被污染水或液体的处理。脉冲负载可以是离散的、三角形的、正弦的或阶梯式的，并且可以随或不随时间变化。

因此，大量和少量的水或液体都可以有效且高效地被处理。通过简单地调整并联布置的过滤元件的数量和在同一个具有共用入口/出口的共用外壳内的过滤元件的直径和/或长度，根据本发明的新工艺设备可以有利地从很低的流量至很高的流量是可量的。同时，电极对或电极组的数量和尺寸也可调整到适合。然而，在某些情况下，可能希望将已处理的被污染水或液体再循环通过该新工艺设备若干次，以减小该新工艺设备的占用空间或将完全分开的工艺设备单元作为电池串联或并联安装。

本文公开的发明也涉及该新工艺设备的使用，特别是但不排他地用于下列水的处理：饮用水生产用水包括来自天然的、民用的和工业过程的水的处理，石油/天然气勘探中在产生的水和上游使用的水，航天器中携带或使用的水或者商业、公共和私人交通工具携带或使用的水，或海上设施携带或使用的水，并且本发明在应用于如下应用时特别有用，即：所有可以在陆地上、在交通工具或者浮动或永久的单元诸如浮动的水产养殖设施(养鱼场)或石油钻井平台发现的海水应用、废水应用和水产养殖应用，并且可以应用到与石油和天然气生产相关的其它设施。

所述新处理设备也可有效地应用到工业领域，如食品和饮料加工、矿物和浆体加工、药物加工、化学品加工和发电应用如用于发电站的冷却水或用于发动机的冷却水或用于加热/通风的冷却水或用于制冷或热交换器的冷却水的处理，并且不单独限于水基液体，如果需要也可用于通过不同的化学消毒步骤和不同的电极材料和构造来处理酸和碱。

仅举几例，另外的应用领域可以是处理农药、除去表面活性剂(例如石油泄漏)、着色调节、药物前处理(例如，用于洁净室的最终使用)和除去内分泌干扰化学品、有毒有机化合物、原水消毒、膜清洗程序、消防用水、用于热交换器的水的处理、用于海水阀箱和进气沉箱中提供生长防治的水。本发明也可用于放射性污染的废水或海水的处理如去活或中和放射性元素和颗粒。

可以在电极之前或附近例如穿过多孔电极或经由非导电隔离间隔物引入额外量的化学品、添加剂或气体。所述额外量的化学品、添加剂或气体可以被选择用于产生优选的化学反应或有用的副产物。例如，以这种方式引入的过量氧气可以与所产生的氢气在阴极发生反应，以使自由氢气体最小化，或者，可引入碳和其它化学品与所产生的氢气在阴极发生反应，以产生有用的烃或其衍生物用作燃料。同样地，额外的化学品或添加剂或气体可以引入到电极附近以同样的方式与其它产生的化学品发生反应。

参照附图，将对实施例作更加详细地说明。

参见附图，图1a示出了电极对或组如何以一种新的非显而易见的方式与所述过滤元件对准。

在本文中，过滤元件被可交换地描述为半渗透中空构件。

在该图中，过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流是从过滤元件的内部流向过滤元件外部。然而，如本文所描述的，反向布置也是正确的。这种情况下电极对被布置成一旦穿过过滤元件1，被污染水或液体流先遇到正阳极2，然后是负阴极3。正阳极2和负阴极3之间的电解区4被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

图1b示出了电极组如何以一种新的非显而易见的方式与所述过滤元件以松散集成的方式对准。在该图中，过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流是从过滤元件的内部流向过滤元件外部。但是，反向布置也是正确的。在这种情况下，电极组被布置成一旦穿过过滤元件1，被污染水或液体流首先遇到负阴极3，然后是正阳极2，然后负阴极3。正阳极2和负阴极3之间的多个电解区4被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

图1c示出了如何将多个电极对(或电极组)以一种新的非显而易见的方式与过滤元件串联对准。在该图中，过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流是从过滤元件的内部流向过滤元件外部。但是，反向布置也是正确的。在这种情况下，多个电极对(或组)分开布置，使得被污染水或液体流一旦穿过过滤元件1，首先遇到第一电极对的正阳极2，然后负阴极3。然后使水或液体遇到第二电极对的正阳极2，然后第二电极对(或组)的负阴极3来通过第二电极对(或组)施加进一步处理。以类似的方式，可以布置多个电极对(或组)。电极对(或组)之间的多个电解区4被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

图1d示出如何将多个电极组(或对)以一种新的非显而易见的方式与过滤元件以松散集成的方式串联对准。在该图中，过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流是从过滤元件的内部流向过滤元件外部。但是，反向布置也是正确的。在这种情况下，多个电极组(或对)被布置成部分重叠，并且正阳极由两种或更多种不同的材料制成，例如BDD阳极2a和DSA阳极2b。负阴极3由普通材料制成，并共享中央的负阴极。多个电极组(或对)被布置成被污染水或液体流一旦穿过所述过滤元件1，首先遇到负阴极3，然后是正阳极2a，然后是被共享负阴极的负阴极3。然后在被污染水或液体遇到第二电极组的正阳极2b，然后第二电极组的负阴极3时，施加进一步的处理。以类似的方式，可以布置多个电极组(或对)。电极组(或对)之间的多个电解区4a和4b被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

如上所述，图1d(或1c)的布置的优点是，可以对任一电极组(或对)通电而其它的不通电，或可以对两个电极组(或对)同时通电。根据电极的材料和几何结构和施加的电压和电流，可以产生不同的反应产物水平，其数量与进行的应用相匹配。这将允许例如能够用BDD电极产生的ΟΗ·自由基处理极低电导率水或液体时，或者在更导电的水或液体中用较便宜的DSA电极产生的反应产物如氯或总残余氧化剂(TRO)处理。或者，这两种类型的反应产物可同时生成。

图1e示出了电极组如何以新的非显而易见的方式与过滤元件以紧密集成的方式对准。在该图中，过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流从过滤元件的内部流向过滤元件外部。但是，反向布置也是正确的。在这种情况下，电极组被布置成使所述过滤元件本身作为负阴极起作用，并且一旦穿过负过滤元件阴极1，被污染水或液体流接着遇到正阳极2，然后负阴极3。负过滤元件阴极1和正阳极2和负阴极3之间的多个电解区4被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

图1f示出了电极对如何以新的非显而易见方式与过滤元件以紧密集成的方式对准。在该图中，过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流从过滤元件的内部流向过滤元件外部。但是，反向布置也是正确的。在这种情况下，电极对被布置成过滤元件本身作为正阳极起作用，并且一旦穿过正过滤元件阳极1，被污染水或液体流接着遇到负阴极3。正过滤元件阳极1和负阴极3之间的电解区4被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

如上所述，如果需要的话，图1e所示的布置将提供这样的益处，确保污染物非常接近(并因此更容易与之反应)在阴极生成的反应产物。或图1f中所示的布置提供了非常有利的效果，因为有效地迫使污染物非常接近(并因此更可能与之反应)在阳极的高活性反应产物，即ΟΗ·自由基。

在这种紧密集成的构造中，所述集成子系统变得完全依赖于彼此操作，因为过滤元件变成了电解池的一部分，电解池变成了过滤元件的一部分。相应地，所述新工艺设备的占用空间减小。进一步地，如果施加更有效的AOP，过滤尺寸规格能够增大，因为反应产物的应用是高度针对性的和集中的，会剩余更大量的残留反应产物。剩余的残留反应产物可以清除或中和更大的污染物。这使得压力损失减少并节省泵送被污染水或液体系统的能量。或者，更有效的AOP系统将能够减小施加的电压或电流从而降低电力消耗。

图1g示出了电极对或电极组如何以新的非显而易见的方式与过滤元件对准以对本发明提供有益的变型。在该图中，过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流从过滤元件的内部流向过滤元件外部。但是，反向布置也是正确的。在这种情况下，电极组被布置成使得一旦穿过所述过滤元件1，被污染水或液体流首先遇到负阴极3，然后正阳极2，然后负阴极3。正阳极2和负阴极3之间的多个电解区4被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

然而，在图1g中，单层或多层电极对或电极组被分割成在两者之间具有非导电隔离间隔物5的子区段，从而有效地提供若干并联的子电极对或电极组。也有可能是过滤元件1本身也可以相同的方式分割成子区段，但这未在图中示出。非导电隔离间隔物5的尺寸可以手动或自动地调节，以根据应用微调电极对或电极组附近的活性电极(和过滤)面积和水或液体的流速。其额外的益处是，可以沿电极对或电极组整个长度方向上包括多个分流器(或电母线)6，以更均匀地将电流分布在电极的整个长度上，从而避免了在电极中的热点(由于电阻的局部差异)，并促使反应产物更均匀地产生。

虽然在图1g中示出的各个电极是弯曲的，电极(以及甚至是过滤元件自身如果它也被分成子区段)可以被制造为平坦件，以便于制造电极并降低电极的成本。从相同的角度看，看起来电极(并且甚至是过滤元件本身)形成为具有若干离散的平坦侧面的多边形类型的形状(或大致圆形)。

根据应用的不同，增加电极附近的湍流可能是有益的，因为湍流促进混合并由此促进和改善传质。非导电隔离间隔物5尺寸的手动或自动调整可以进而调整活性电极面积(并且甚至过滤元件自身如果它也被分成子区段)，从而允许调整所述水或液体速度，并由此增加或减少给定流量的湍流。此外，电极的表面可能会被刮刻或压花或图案化以使之粗糙化，并增加电极对或电极组附近的局部湍流。

图2a-2d示出了图1g所描述的典型布置的更多细节。在这种情况下，图1g的布置安装在具有主入口8和主出口9的外壳7中，被污染水或液体在主入口8和主出口9中进入和离开。所述过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流是从过滤元件的内部流向过滤元件外部。但是，反向布置也可以是正确的。在这种情况下，电极组被布置成使得一旦穿过所述过滤元件1，被污染的水或液体首先遇到负阴极3，然后正阳极2，然后负阴极3。正阳极2和负阴极3之间的多个电解区4被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

图2b和2d中用非填充箭头示出了被污染水或液体流的流向以帮助理解。图2d是穿过图2b中主出口9的横截面。虽然在某些应用中不是必要的，图2a至2d中使用由某种电、空气或液压马达12驱动的自动反洗机构11。在图2b至2c中用填充箭头示出反洗流量的方向。如图所示，反洗流穿过一个反洗出口10安全排出。

所述中空过滤元件1的布置用于将被污染水或液体流在大致垂直或径向方向上转向并穿过每个过滤元件的过滤元件表面。由于过滤元件表面的面积优选地大于到中空过滤元件的过滤元件入口或出口的总横截面面积，所述水或液体的速度在过滤元件表面的附近显著降低。这导致了包括上述益处的若干益处。

应当认识到，图2a-2d示出了本发明安装为具有单个过滤元件的新工艺设备。多个过滤元件可以简单安装在具有共用的主入口和主出口的共用外壳中。图2a至2d也示出了具有圆形横截面的过滤元件，以优化和简化自动反洗机构的设计，然而，从本发明的教导应认识到，可以使用其它过滤横截面，甚至可能是平坦的。

图2e示出了图1g所示特定布置的更多细节。在这种情况下，图1g的布置安装在具有两个主入口8和一个主出口9的外壳7中，被污染水或液体在两个主入口8和一个主出口9中进入和离开。所述过滤元件1被布置成使得被污染水或液体流从过滤元件的内部流向过滤元件外部。但是，反向布置也可以是正确的。在这种情况下，电极组被布置成使得一旦穿过所述过滤元件1，被污染的水或液体首先遇到负阴极3，然后正阳极2，然后负阴极3。正阳极2和负阴极3之间的多个电解区4被突出显示。电连接未在图中示出，并且为了清晰放大了附图的尺寸。

图2f用非填充箭头示出了被污染水或液体流的流向以帮助理解。在这个特定示例中，不使用自动反洗机构，可以使用拆卸和手动清洁或逆流冲洗中的任一种来清洁过滤元件。

过滤元件1的布置用于将被污染水或液体流在大致垂直或径向方向上转向并穿过每个过滤元件的过滤元件表面。由于过滤元件表面的面积优选地大于到中空过滤元件的过滤元件入口或出口的总横截面面积，水或液体的速度在过滤元件表面的附近显著降低。这导致了前述的若干益处。

应当认识到，图2e至2f示出了本发明安装为具有单个过滤元件的新工艺设备。多个过滤元件可以简单设在具有共用的主入口和主出口的共用外壳中。图2e至2f也示出了具有圆形横截面的过滤元件，以优化和简化新工艺设备的设计。可以使用其它过滤横截面，甚至可能是平坦的。

图3提供了在处理极高或极低流量下的被污染水或液体的处理工艺中如何构造新工艺设备13的示例。

在本实施例中，新工艺设备13被连接到控制系统，例如PLC或PC15。这允许控制操作程序、状态消息和报警。该处理方法包括在正阳极和负阴极上施加电压14的装置，和向电极对或电极组供给直流(DC)的装置。施加电压和电流的装置可以由常规整流器或其它方法来提供。

处理工艺优选地可包括用于清洁新工艺设备电极的机构。特别是，用于清洁阴极上在这种性质的电解池中通常遇到的多余阴极沉积。这可以通过如图3中的双路+ve和-ve连接所示的极性颠倒(PR)或专用的CIP单元16来实现。

化学品测量装置例如氯或TRO测量装置21可被并入，用于连续监测该新工艺设备后的任何残留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施加的电压和电流。

也可以测量被污染水或液体在不同位置20的压力、流量、温度、pH和导电性和其它变量，并且如上所述当需要时控制系统可接着自动在不同的电极对或组例如DSA或BDD阳极间切换，或根据需要调整电压和电流。或者，偶尔地，可能需要在被污染水或液体进入新工艺设备之前用添加剂或中和剂单元19调节其电导率或pH或其它属性。

可以在处理工艺中添加额外的部件22以调节、去除或增强处理工艺，如向反洗过滤过程添加氢去除系统(或去除其它物质)或添加真空泵17，其有效提升自动反洗过程中使用的压差，因而提高它的清洁能力。如前所述，如果反洗流包含多余的残留化学品，可以包括合适的中和部件18以根据需要在处置前中和反洗流。

应认识到，在当前应用的教导的益处下，本文所述的本发明的任何方面的特征可以以任何适当的组合方便地使用。

另外，该设备可以进行调节，使得上述电隔离间隔物的周向尺寸可手动或自动、均匀和非均匀地调节。通过增加/减少各个电隔离间隔物的尺寸，可以增加/减少水或液体速度并且因此增加/减少在离散径向流路上的湍流。湍流通过增加传质和化学反应令人吃惊地改善电解区内设备的性能。

虽然本发明已参照其示例性实施例进行了描述，但应该理解的是，本发明不限于示例性实施例或结构。相反地，本发明意在覆盖各种变型和等同布置。此外，虽然在示例性实施例中的各种元件以各种示例性组合和构造示出，但其它组合和构造包括更多、更少或仅单个元件，也在本发明的精神和范围内。

Claims (31)

1.一种工艺设备，所述工艺设备包括：至少一个过滤元件，所述过滤元件是细长中空半渗透构件，其中所述过滤元件的一端或两端是开口的并且布置成用于允许液体流过所述一端或两端；至少一个阳极；和至少一个阴极；其中至少一个阳极和至少一个阴极是半渗透的，使得液体能够穿过所述至少一个阳极和至少一个阴极；其中所述阳极和阴极相对于所述过滤元件径向且同心地布置；其中

所述过滤元件在所述至少一个阳极和至少一个阴极内侧，并且所述工艺设备被布置成使得液体能够穿过所述过滤元件的一端或两端流入所述工艺设备中并且穿过所述过滤元件的壁径向向外流动；或者

所述过滤元件在所述至少一个阳极和至少一个阴极外侧，并且所述工艺设备被布置成使得液体能够穿过所述过滤元件的壁径向向内流动并且沿着所述过滤元件的细长轴线流出所述工艺设备。

2.如权利要求1所述的工艺设备，其中，相邻的阳极和阴极在阴极和阳极之间交替以在它们之间限定电解区。

3.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，当从所述过滤元件径向向内或向外观察时，阳极和阴极的顺序从以下进行选择：

(i)阴极，阳极；

(ii)阳极，阴极；

(iii)阳极，阴极，阳极；

(ⅳ)阴极，阳极，阴极；

(v)阳极，阴极，阳极，阴极；

(vi)阴极，阳极，阴极，阳极；

(vii)阴极，阳极，阴极，阳极，阴极；或者

(ⅷ)阳极，阴极，阳极，阴极，阳极。

4.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，所述过滤元件形成为阴极或阳极。

5.如权利要求4所述的工艺设备，其中，所述过滤元件是中空且半渗透的阴极，并且阳极相对于所述阴极径向且同心地定位。

6.如权利要求5所述的工艺设备，其中，阴极相对于所述阳极径向且同心地定位。

7.如权利要求4所述的工艺设备，其中，所述过滤元件是中空且半渗透的阳极，并且阴极相对于所述阳极径向且同心地定位。

8.如权利要求1所述的工艺设备，其中，所述过滤元件是水过滤元件或海水过滤元件。

9.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，所述阳极和/或阴极大致绕相邻阳极或阴极的整个圆周延伸。

10.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，在圆周方向上所述阳极/阴极由电隔离间隔物划分成离散的区段；并且

相邻的阳极和阴极在相邻的电隔离间隔物之间延伸。

11.如权利要求10所述的工艺设备，其中，设置电隔离间隔物，由此将所述工艺设备划分为2个或更多个离散的径向流路。

12.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，至少一个阳极和阴极是细长的，且每一个都绕所述过滤元件周向且径向地布置。

13.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，至少一个阳极和阴极是细长的，且每一个都周向且径向地布置在所述过滤元件内。

14.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，相邻的阳极和阴极的间隔在0.1mm和20mm之间。

15.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，至少一个阳极和相邻的阴极是由电源激活的，所述电源被布置成用于在阳极和相邻的阴极之间产生电势差和电流。

16.如权利要求15所述的工艺设备，包括：限定电极对或电极组的成对的相邻的阳极和阴极；并且

其中，电极对或电极组能够独立地且选择性地被电激活。

17.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，所述至少一个阳极和阴极的电源的极性能够颠倒，以在相应的阳极和阴极之间产生相反的电势差和电流。

18.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，所述至少一个阳极由导电基底和外涂层形成。

19.如权利要求18所述的工艺设备，其中，所述阳极是由涂覆有贵金属的基底形成的尺寸稳定的阳极，所述贵金属选自铂、金、银或混合的金属氧化物溶液。

20.如权利要求18所述的工艺设备，其中，所述阳极是由涂覆有掺硼金刚石的基底形成的掺硼金刚石阳极。

21.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，所述至少一个阴极由导电基底形成，或者所述至少一个阴极由导电基底和外涂层形成。

22.如权利要求16所述的工艺设备，其中，一个电极对或电极组的阳极和/或阴极的基底和/或涂层材料与另一个电极对或电极组的阳极和/或阴极的基底和/或涂层材料相同或不同。

23.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，其中，所述工艺设备包括：

控制器，所述控制器被布置成控制所述至少一个阳极和阴极的电激活；和

至少一个检测器，所述至少一个检测器被布置成测量流过所述工艺设备的液体的属性，其中所述控制器适于响应于从所述检测器接收到的信号独立控制阳极和阴极。

24.如权利要求23所述的工艺设备，其中，所述检测器适于检测所述液体的电导率。

25.如权利要求23所述的工艺设备，其中，所述检测器适于检测从液体中的氧化剂选择的化学品的残留浓度，所述氧化剂包括氟、羟自由基、各种形式的氧、臭氧、过氧化氢、次氯酸盐、氯和总残余氧化剂。

26.如权利要求25所述的工艺设备，其中，所述液体是水。

27.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，包括多个过滤元件和与其相关联的多个阴极和阳极对。

28.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，包括单个过滤元件和相关联的阳极和阴极，并且进一步包括外壳，所述外壳具有入口和出口并且适于使液体从所述入口穿过所述过滤元件、穿过或接近所述阳极和阴极然后与所述出口连通。

29.如权利要求1或权利要求2所述的工艺设备，包括多个过滤元件和相关联的阳极和阴极，并且进一步包括外壳，所述外壳具有入口和出口并且适于使液体从所述入口穿过所述多个过滤元件、穿过或接近阳极和阴极与所述出口连通。

30.如权利要求10所述的工艺设备，其中，所述电隔离间隔物的周向尺寸能够手动或自动地增加/减小，以增加/减少在离散的径向流路中的液体速度和/或湍流。

31.一种通过使液体穿过如权利要求1-30中的任一项所述的工艺设备来处理液体的方法。