CN114728820A - 通过靶向电子俘获来污水电净化的系统和方法及对应设备 - Google Patents

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Abstract

本发明专利申请涉及一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，属于通过应用靶向电子俘获和对应的设备进行污水电净化、电中和、电灭菌的方法领域。这被应用于污水处理管道(2)或水箱(20)中，它们在其内部(10)配备有绝缘涂层(19)，然后是与火花隙(6)互连的金属化网格层(4)和外部涂覆有绝缘材料(14)的内电极(11)，该内电极(11)附接到绝缘母线(12)。

Description

通过靶向电子俘获来污水电净化的系统和方法及对应设备
技术领域
本发明专利申请涉及一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法及对应设备，属于通过应用靶向电子俘获和对应的设备进行污水电净化、电中和、电灭菌的方法领域。
背景技术
常用的污水处理方法多种多样，因为目前有许多物理和化学方法可用作废物处理厂的系统和方法。
在典型的处理厂中，使用过滤器，通过传统的物理屏障、筛子、砾石、活性炭、聚合物、纳米颗粒、空穴、纳米空穴、离心机、典型的电解系统、滗析器、臭氧发生器、电磁波等，并且各种化学产品和絮凝剂被用作能够对产生的污水进行灭菌、中和、絮凝、凝集、极化和净化的化学手段。
众所周知，氰化物是一种广泛用于贵金属浸出和某些金属表面处理的试剂，其高毒性使得在处理来自这些过程的污水时使用高效技术是必不可少的。
有几种技术可用于处理含氰化物的工业污水，然而，最常用的方法是基于将氰化物化学氧化成毒性较低的物质氰酸盐，当污水中存在含重金属氢氧化物的污泥时，氰酸盐水解产生铵离子和碳酸氢根离子。
在用于处理含氰化物污水的最新技术中，电化学氧化具有一些优点，例如除了不需要额外的化学试剂之外，还可以回收与氰化物络合的金属，因此完全能够满足环境机构的要求。
在现有技术中，各种各样的解决方案提供了污水灭菌、中和、表面活性剂处理、絮凝、电解、电镀和净化，但这些发明中没有一个使用电子阱的特性和作用作为净化剂、灭菌器和污水处理器。
该系统出现在1954年的专利文件GB795803A中，该文件描述了与使用电子阱进行离子阱布置的电子放电设备相关的改进，因为离子阱磁场系统是由一个磁铁产生的，该磁铁通过角度和轴向位置的弹簧夹永久附接到管颈上。
本发明的同一作者于2016年提交的另一专利文件BR102016026848-6A2描述了一种用于中和食品中所含杀虫剂或类似试剂的系统和方法以及用于实施该系统和方法的结构布置，其涉及一种用于中和受污染食品内部或外部的杀虫剂或类似试剂的系统和方法以及设备；旨在通过电子阱解决农业中频繁和滥用化学品(通常称为杀虫剂)引起的问题，以及食品中含有的重金属引起的问题。
BR102016026848-6中描述的发明与本文提出的发明的不同之处在于，污水是在特殊条件下大量产生的，并且还因为它采用特殊的接地系统并使用可靠的方法制造，也不同于Leyda瓶。
1999年的专利文件BRPI9915992-9A2(也作为WO2000034184A1公开)描述了用于电净化和电合成化学产品的电解池和过程，用于电净化受污染的水介质，例如地下水和来自工业制造设施(如造纸厂、食品加工厂和纺织厂)的废水，它们通过改进的、更经济的开放配置电解池设计易于净化、脱色和灭菌，该电解池设计具有包含多个彼此电接触的导电多孔元件的电极，当与非常窄的毛细管间隙电极耦合时，电解池被分开或不分开并以单极或双极配置连接，这确保更经济的操作，特别是在处理电导率相对较低的溶液时。
上述专利文件BRPI9915992-9A2已经公开了一种使用直接应用的电解系统进行电净化的形式，但它与本专利申请中要求保护的电子阱主张有很大不同，因为通过两个电极的简单电流不能表征电子阱，在电子阱中，电流绝缘体将是在该环境中产生阱和一个包含高压发电机的系统所必需的，并且此外，这种方法的操作不需要高的电能消耗，因为电饱和将随着电隔离环境中的电俘获而发生，甚至在模块化条件下产生期望的电饱和，因此所提出的电子阱与当前完全基于电解的系统有很大不同。
作者自己的专利文件WO2018006141A1(2016年)描述了一种用于包装内容物和对应设备进行电磁激励的系统和方法，其基于静电存储能力，从而为当前的食品提供物理/化学变化，其后来允许从该材料开发几种不同的方法，并针对每种情况进行特定应用，包括对靶向电子俘获系统可提供的效果的目标研究，例如，以纯物理方式改变pH(即电子注入或俘获)、降低或增加液体中的表面张力性质、具有对应记忆的静电能量存储能力、化学或有机试剂的电中和以及取决于具有巨大微分电势的电子阱的大小，并确保作为核电容器的核效应，从而预测周期表中各种元素的同位素的形成。
还值得一提的是，氰化物的电化学氧化由Clevenger和Hall于1913年首次提出，作为处理含氰化物污水的可行替代方案，因为它不产生有毒中间体，允许氰化物的回收和分解(SMITH,A.,MUDDER,T.The chemistry and treatment of cyanidationwastes.Chapters 1,2,5,and 6.London,England:Mining Journal Books Limited,1991.)。
注意，电中和能力已经存在于简单的电解过程中，其中，其报告很容易在整个文献中找到，然而，使用电子阱以实际方式电中和化学品或提供物理化学效应的报道肯定很难找到，因为这种方法被遗忘了很长时间。
还提出了作者自己的申请PCT/BR2019/050239，其中在石油或碳氢化合物勘探中使用适用于特定目的的电子阱，目的是降低液体的表面张力，该液体是用于去除石油及其衍生物的系统的部分。因此，本发明与前述PCT申请的目的和对应效果有很大不同。在最多样化的应用中使用电子阱有几个优点，例如：与简单的电解相比，减少了能量消耗，易于适应无论是动态或批处理的各种实际系统，简单和经济的商业应用，惊人的处理速度等等。
因此，应当指出，城市和工业活动的快速增长和发展需要改进，以提供当代污水(sewage)和污水(effluent)处理的加速和有效性。
发明内容
这导致开发了本文要求保护的通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应设备，目的在于提高污水处理过程的效率和灵活性。本文提出了一种污水电净化方法和系统，其使用产生活性羟基的电子阱的原理，该活性羟基物理/化学电中和存在于污水介质中的极性，从而加速电极复合过程，并且还充当表面活性剂，因为它们还降低包含在所述介质中的水的表面张力。
该过程可动态应用于管道本身，因此，当前的原理可用于连续流，以及在水箱或倾析场所中分批使用。
基于电子阱的本发明的另一个有利方面是低电力消耗，这使其在商业上可行，因为普通电解中的电力费用是主要的商业损失。
通过使用电子阱作为污水电净化器所呈现的系统和方法具有许多优点，因为除了动态地提供物理和化学作用之外，它们也是多功能的、经济的、快速的和实用的。
污水电净化系统和方法基于通过靶向电子俘获来俘获电子的能力，从而在特定介质中提供电子饱和，这将在当前的介质中产生充当真正的化学表面活性剂的活性羟基。
因此，用于电中和、表面活性剂处理、降低表面张力、分解、絮凝催化剂以及当前的污水的其他重要净化功能的期望的物理/化学反应肯定会在待处理的污水中产生电子饱和时发生。
此外，根据施加于当前电流的频率，该系统和方法可为所提出的介质提供杀菌活性，从而减少其中病原微生物的负荷。
本发明可静态或动态应用，即，对应的设备可安装在管道系统中，从而在污水流中提供连续过程，也可安装在倾析场所中，从而成为基于批处理的过程。
本发明的目标
本文的主要目的是开发一种用于通过电子俘获进行污水电净化和电处理的系统和方法，以及对应的设备，其可以以程序方式直接应用于包含当前的污水流的管道中，以及安装在其倾析场所。
本发明的另一个目的是提供与现有技术中使用的普通系统和方法相比具有经济优势和显着处理速度的基于批处理的方法。
附图说明
附图显示了通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法，以及对应的设备，它们与下面详述的附图标记一起更容易理解，尽管本发明可以以针对图中未示出的每个应用定制的许多不同的构造形式而变化，但将详细描述这些以及用于实施所述发明的实施例。
图1呈现了用于通过管道中的电子俘获来组装污水电净化系统的多个实施例之一的示例性视图。
图2显示了使用通过将电子俘获应用于与水箱互连的管道的污水电净化系统的组装组合的示例性视图。
图3显示了管道的示例性视图，该视图表示附接到管道内部的电绝缘母线的内电极的组装位置。
具体实施方式
根据附图，本发明的特征在于，由绝缘材料制成的管道(2)形成的设备(1)，管道(2)在其整个内表面(3)上接收涂覆有导电材料的金属化网格层(4)，该导电材料通过布线(5)互连到火花隙(6)，火花隙通过导线(8)连接到电流控制器(7)(图1)。
金属化网格层(4)与管道(2)的外表面(9)绝缘。
涂覆导电材料的金属化网格层(4)将接触污水。
内电极(11)安装在管道(2)的内部(10)，管道(2)附接到电绝缘母线(12)，电绝缘母线(12)延伸到配合在绝缘密封环(13)之间的外部部分，绝缘密封环(13)防止绝缘母线(12)与金属化网格层(4)接触的任何可能性(图1)。
绝缘密封环(13)除了隔离绝缘母线(12)与金属化网格层(4)之间的接触外，还可防止在管道内部行进的污水泄漏到外部。
内电极(11)外部涂有绝缘材料(14)，并且内部包含通过金属导线(16)连接到电流控制器(7)的导电材料(15)(图1)。
另一个特征和基本重要的部分在于，如果金属化网格层(4)被负极化，则内电极(11)的导电材料(15)将被正极化，并且反之，如果金属化网格层(4)被正极化，则内电极(11)的导电材料(15)具有负极性。
另一个特征部分是，内电极(11)的绝缘材料(13)将与金属化网格层(4)相关的电流值降低30％至40％以产生电压。
产生该电压使得污水暴露于其中，以通过电子俘获进行电净化。
内电极(11)的导电材料(15)可为固体、液体或粉末形式，并根据其制造中的要求进行定义。
用于制造管道(2)的绝缘材料将根据其制造中的要求进行定义。
用作涂覆管道(2)的内表面(3)的金属化网格层(4)的材料将根据其制造中的要求进行定义。
用于通过电子俘获进行电净化的设备(1)的组装可通过连续污水流通过管道(2)(图1和图2)进行，其中污水通过入口(17)进入，并通过具有内电极(11)和金属化网格层(4)的系统，直至在出口(18)处被释放。
组装用于通过电子俘获进行电净化的设备的另一种构造形式可以通过批处理拌和其他已知方式在污水处理水箱(20)中进行，在这种情况下金属化网状层(4)可以安装在水箱(20)的内壁上(图2)。
另一种可能的构造形式可以是将金属化网格层(4)组装在水箱(20)的外部部分上。
在水箱(20)中，电极可垂直、水平或倾斜放置，电极的结构细节根据设计、材料和组装地点来定义。
另一个重要的细节是，用于通过电子俘获进行电净化的设备(1)可整合到新设备中，并适用于现有的污水处理水箱。
电子俘获设备(1)可串联安装，并沿管道(2)彼此适当地间隔开。
电子俘获设备(1)可直接安装在一系列水箱(20)上。
或通过将电子俘获设备(1)的组件散布在管道(2)和水箱(20)之间的互连的几种不同布置中的组合进行组装，每个布置都具有设备(1)，其中它们的组合和组装变化在其用途中定义用于电净化污水。
本专利详述的每个污水电净化器设备(1)必须具有一个或多个基于靶向电子俘获作用的电净化系统。
这种俘获应考虑电子俘获，电子俘获类似于基于电解介质的电容器的操作，电解介质由内电极(11)的绝缘材料(14)之间产生的电压形成，其相对于金属化网格层(4)将电流通过减少30％至40％，从而在介质中提供电子俘获并产生电子饱和，这将通过水溶液形成羟基，在水溶液中，污水的成分中总是含有大量的水。
电子俘获的功能取决于高压电源(21)，优选电压高于1kV且高达100GV或更高电压的DC发电机，如果可能的话，在AC或DC中产生。
正确的电子俘获操作的另一个重要细节在于，它总是提供火花隙(6)，火花隙将为逃逸俘获的电子创建屏障，并且仅在待电净化的介质的电子饱和的情况下才会被激活。
因此，存在对连续污水流进行电净化的可能性，但这种系统的尺寸尤其重要，其中流速、更大的体积量、温度、压力、物理/化学和导电条件必须始终与当前的系统的最小电压量和电流/功率相一致。
管道(2)的内表面(3)将具有通过电子俘获的电净化系统，系统应优选为具有导电性能的金属化网格层(4)的涂层。
然而，在可能的结构变体中，如果管道(2)由其他电绝缘材料制成，则必须执行外部和内部适配，因为电子阱对于这种功能将依赖于这种结构。
始终理解电子俘获的原理是极其重要的，因为如果没有为内电极(11)的绝缘材料(14)之间产生的电压建立基本规则(相对于金属化网格层(4)将电流通过减少30％至40％，从而在介质中提供电子俘获并产生电子饱和)，则系统将致命地降级为简单的电解系统，从而无法在低电流下工作，系统很可能将被简化为简单的电解系统，因此不能在低电流下工作。
换句话说，本文要求保护的电子俘获物体的一个重大区别是使用低电流的电净化过程的可行性，因此成为一个极其节能的系统。
金属化网格层(4)必须始终涂有电绝缘材料，材料可以是管道(2)本身，也可以是位于金属化网格层(4)正下方的绝缘涂层(19)，并对待处理废水的条件具有抗性。
这种绝缘材料(14)的电绝缘涂层可根据电净化要求的需要来确定尺寸，并且可由诸如陶瓷、聚合物、塑料、瓷聚体、橡胶、玻璃，以及可能发现的其他材料特性和新特性等绝缘材料制成。
关于金属化网格层(4)，它们必须始终互连到火花隙(6)，以提供饱和与产生正或负电压的存储的正确的电子俘获，从而提供电净化、电中和、电表面活性剂、电絮凝剂、电碱化、电酸化效果，降低液体表面张力，对应的电化学反应和许多非常有趣的物理/化学反应，用于处理管道(2)或水箱(20)内部(10)的污水。
必要时可提供内电极(11)，因为特定接地本身可在某些情况下提供功能性电子阱。
内电极(11)可存在于管道(2)或水箱(20)的内部(10)，在管道(2)或水箱(20)中将发生电净化过程。
金属化网格层(4)内部必须由导电材料、金属、聚合物、复合体等构成。然而，在传统的接地之前，这种电极必须互连到火花隙系统(6)，因为如果这不发生，则电子俘获过程将由于所提出的电压逃逸而受到致命的损害。
电净化系统可由多种方法组成，即，在管道(2)中连续流动的环境中动态地进行或分批静态地进行，其可在管道(2)或水箱(20)中进行以及在用于倾析、絮凝的场所中进行，以及在污水处理厂的其他有利环境中进行。
这种储存环境或污水通道可由不同类型的材料制成，例如：水泥、纤维、金属、复合体、陶瓷、聚合物和可通过当代技术资源开发的许多其他材料，然而，所有这些材料均可适用于具有最佳电压、内电极(11)的绝缘材料(14)、金属化网格层(4)和绝缘涂层(19)的最佳尺寸的电子阱系统，来自电流产生源的电势与每个具体情况成比例，并且总是考虑所提出的电位差的俘获，因为如果没有最佳的尺寸，则所提出的产量肯定会受到阻碍。
必须对每种类型的污水进行适当的数学研究来确定这种尺寸，考虑变量、温度、污水量、污水通过速度、污水质量、压力、处理环境，为过程本身提供协调，并调节每种特定情况下的最大电净化产量。
由于使用产生高电压的电源，系统必须按照安全法规构建并由电子面板控制。
该设备包括高压电源发电机(21)及其内电极(11)和金属化网格层(4)，它们可串联使用，即可以在数量上和在它们的几何形状上确定尺寸，足以执行正确的污水电净化器操作。
还可确定更高的电压和功率，并将其应用于内电极(11)和对应金属化网格层(4)的每个系统，从而为每个特定情况提供完美的电净化。
设备(1)中的每个电子阱必须为每个特定情况提供最佳电压环境，以便可以将DC引导到高压下，因为总是需要允许电子在金属网格(4)或火花隙(6)的覆盖材料上通过的电压。
显然，整个安全系统必须以最佳方式开发，以避免发生电气事故的风险，如短路、电击等。
换句话说，在污水处理系统、有机废物处理系统、化学和有机工业废物处理系统、使用汞和/或氰化物的金矿开采、液体、固体或气体污水处理系统中，或者可以以一般方式适应任何可能的污水处理情况。

Claims (14)

1.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，由绝缘材料制成的管道(2)或水箱(20)形成的设备(1)，所述管道(2)或水箱(20)在它们的整个内表面(3)上接收绝缘涂层(19)，然后是涂覆导电材料并通过布线(5)互连到火花隙(6)的金属化网格层(4)，所述火花隙(6)通过导线(8)连接到电流控制器(7)；所述金属导线(16)连接到容纳在内电极(11)内部的导电材料(15)，所述内电极(11)外部涂覆有绝缘材料(14)且附接到穿过绝缘密封环(13)的中心的绝缘母线(12)。
2.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，所述金属化网格层(4)被负极化且所述内电极(11)的导电材料(15)被正极化，或相反地所述金属化网格层(4)被正极化且所述内电极(11)的导电材料(15)被负极化。
3.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，所述内电极(11)的绝缘材料(14)将从所述导电材料(15)流向所述金属化网格层(4)的电子电流通过值降低30％到40％，在所述内部(10)中产生电压以用于在介质中的饱和和电子俘获。
4.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，所述电净化通过将所述污水暴露于电子阱而在低电流下发生，所述电子阱由在所述内电极(11)和所述金属化网格层(4)之间的间隙的内部(10)中形成的电压产生。
5.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，电子俘获方法基于由所述内电极(11)的绝缘材料(14)之间产生的电压形成的电解介质而发生，所述绝缘材料(14)将流向所述金属化网格层(4)的电流通过值降低30％至40％，在所述介质中形成电子阱并产生电子饱和，通过来自污水成分中存在的水的水溶液来形成羟基。
6.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，外部涂有绝缘材料(14)的所述内电极(11)和所述金属化网格层(4)与管道(2)或水箱(20)的内部(10)中的所述污水接触。
7.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，用于电净化的设备(1)的组装通过电子阱通过管道(2)在内部(10)中的连续污水流而发生，其中所述污水从入口(17)移动并通过具有电极(11)和金属化网格层(4)的所述系统，直到在出口(18)处被释放。
8.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，通过电子阱进行电净化的设备(1)的组装发生在配备有具有电极(11)和金属化网格层的系统的水箱(20)中，所述系统可应用于旨在通过批处理、搅拌等来移动的倾析、絮凝等的场所。
9.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，所述水箱(20)具有允许在其外部部分接收所述金属化网格层(4)的结构变体。
10.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，电子俘获设备(1)可以通过具有管道(2)的网络组装，所述管道(2)沿其长度方向彼此分离地串联布置；通过散布在几种不同的组装布置中的其组合，在所述管道(2)和水箱(20)互连或仅与串联布置且彼此适当间隔的所述水箱(20)互连之间切换。
11.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，电子俘获操作使用高压电源(21)，所述高电压源优选来自电压高于1kV并高达100GV的DC发电机。
12.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，电子阱使用火花隙(6)来产生逃逸俘获的电子的屏障，所述屏障仅在电净化期间所述污水中出现电子饱和时才被激活。
13.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，在连续的污水流中，根据系统的最小电压量和电流/功率，所述系统的大小与所述污水的特性、流速、加上体积量、温度、压力、物理/化学和导电条件成比例。
14.一种通过靶向电子俘获进行污水电净化的系统和方法以及对应的设备，其特征在于，金属化网格层(4)与用于饱和和电子俘获的火花隙(6)互连，以便产生正或负的存储的电压，提供电净化、电中和、电表面活性剂、电絮凝、电碱化、电酸化效果，降低液体表面张力，对应的电化学反应和若干物理/化学反应，以处理管道(2)或水箱(20)的内部(10)中的污水。
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