CN1500738A - 污水处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种污水处理方法及装置，采用一个控制系统在装设有电极的电离反应室内产生一个电能场，电离反应室内产生的电能场与电离残余效应结合起来对污水进行处理。不使用化学药品即可获得相同效果的污水处理效果，同时，也大大降低了水的硬度，并能防止矿物质水垢的堆积。

Description

污水处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种污水处理方法及装置，特别涉及一种利用电解原理的污水处理方法及装置。

背景技术

众所周知，采用化学药剂进行水处理，其所产生的化学反应会引起水位的改变。典型的化学药品是聚合高分子电解质，导致阴离子与阳离子状态。通常这些主要用于絮凝、胶凝以及灭菌。人们最熟悉的化学药品是氯，其典型的用途就是灭菌。

添加化学药品，存在着副作用问题，就化学药品本身而言，或因受外界环境及条件的影响，会造成不同程度的污染，对环境及人类造成危害。

90年代早期的普遍理念是提倡不使用化学药品进行水处理。为了解决这一问题，人们早期试图用电子通入水中来对污水进行灭菌，从而达到用电子直接在水中进行污水处理。

早期的设备包括一截PVC管道和铜片，铜片固定于管子两端内侧。将12伏的可控制直流电源接到铜片上，水流由一个小型电泵驱动流过PVC管道，从而进行污水处理。香港维多利亚港的水曾经采用这一工艺进行水处理，直接从船舱出水口采集样水，通过对经过处理的和没经过处理的水中的细菌含量的比较，可以明显观察到其中的差异。

必须说明的是：在这一阶段，这种方法的灭菌功能是很明显的，但与化学药品氯的作用相比，灭菌效果还不是特别好。

上述技术仅仅是一种开端，开始阶段是开发一种带合适的变压器的产品，这种产品可以插入主电源系统从而增加功率输出。随着不断的发展，这种系统开始使用第二电路和电极负荷件。为了防止一个电极被单独消耗掉，设备内装有电极转换装置(安装阳-阴双稳态多谐振荡CR电路较有效)。根据这一基本形式，我们可以产生和控制电子释放速率，这种发生模式被认为是真正的电离规律。

虽然现有的污水电离处理方法及装置被证明为有效的，但水处理应用要求水只能一次通过，这样就发现了系统的局限。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用电离反应室内产生的电能场与电离残余效应结合起来对污水进行处理的方法及装置。

为了达到上述的目的，本发明的技术方案如下：

一种污水处理方法，采用一个控制系统在装设有电极的电离反应室内产生一个电能场，电离反应室内产生的电能场与电离残余效应结合起来对污水进行处理。

所述的输出到电极的电流是一种脉冲矩形波。

所述的方法中通过控制脉冲的形状和持续时间来对电极间电能场的作用及综合灭菌效果进行控制。

所述的方法中将待处理的污水同时或分时进行磁化处理。

一种污水处理装置，至少包括一个其内设有两个电极的电离反应室以及产生输出到两个电极的脉冲电流的控制系统。

在本发明的优选方案中，所述的装置还包括一个对污水进行磁化处理的磁化处理器。

所述的磁化处理器为一节外部绕有线圈的管道，线圈中通有由控制系统产生的脉冲电流。

所述的控制系统采用反馈回路来调节输出电流的脉冲宽度及方向。

所述的控制系统包括电源供应单元、H整流电源桥、电源桥驱动逻辑单元、振荡器、脉冲宽度调制器、过流检测单元、电流不足检测单元、回路放大器和电流感应单元；电源供应单元输出的电流通过H整流电源桥整流成脉冲电流再经过电流感应单元后输出，电流感应单元连接至回路放大器进而控制脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器控制电源桥驱动逻辑单元进而控制H整流电源桥从而调整输出的脉冲电流，振荡器驱动电源桥驱动逻辑单元和脉冲宽度调制器并由电源供应单元提供电源，电流感应单元还连接至过流检测单元来控制电源桥驱动逻辑单元，电流不足检测单元连接并控制电源桥驱动逻辑单元，电源桥驱动逻辑单元连接报警单元。

所述的电流不足检测单元连接有显示单元。

由于采用上述的技术方案，不使用化学药品即可获得相同效果的污水处理效果，同时，也大大降低了水的硬度，并能防止矿物质水垢的堆积。

附图说明

图1为本发明所述的污水处理方法中所使用电流的脉冲波形图；

图2为图1所述的最小设定值的脉冲波形图；

图3为图1所述的最大设定值的脉冲波形图；

图4为本发明所述的污水处理装置的采样检测装置的系统图；

图5为本发明所述的污水处理装置中的磁化处理器的结构图；

图6为图5的电流、水流和磁场方向图；

图7为本发明所述的污水处理装置的原理图；

图8为图7的电路方框图；

图9为图7的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

随着技术的不断发展以及对这一技术问题的深入研究，开发了电离反应室的设计：采用一个电子系统在装设有电极的电离反应室内产生一个电能场。

研究发现，电离反应室内产生的电能场与电离残余效应结合起来会引起更好的微生物发病率。考虑到水中发现的微生物如：细菌、病毒、孢子各不相同，在某些情况下，单个细胞更具有抵抗能力并很快恢复原状。根据这一情况，我们的系统也相应地采用了两种电能场，大多数的细胞被电离反应室内产生的力场破坏了，而更具有抵抗能力的、更强、更大的细胞在电能穿过时虽然已经遭到了破坏，但真正杀死细菌的却是残余的电子。

活的微生物细胞带有负电势，而电离产生的电子为正电荷，它们相互吸引，改变了活细胞的自然电势。因此，细胞就这样被破坏掉了并且防止了细胞分裂，因此细胞数目也没有倍增，余下的时间只有等待自然死亡了。

细胞就这样被杀死了，而在这些细胞相对于在水处理工艺中别的细胞而言带有更多负电荷。电子相互吸引的过程也就是开始絮凝的过程，这也就是我们正在研究及开发的课题。

输出到电极的直流电是一种脉冲矩形波。典型的脉冲次数能达到每秒20,000次。这种脉冲正在研究开发阶段。在目前，我们采用的是每秒1000次的脉冲。

脉冲的形状和持续时间对电极间电能场的作用及综合灭菌效果是至为关键的。脉冲的宽度控制了电极间的电场强度，并可以通过调节可调的控制变阻器来控制其变化。进入电级的输出电流在仪器的液晶显示屏上显示得一清二楚，脉冲宽度的平均数读取单位为安培。

如图1所示，脉冲波形包括伴有衰减共振的波峰和波谷。脉冲波形对电能场杀菌率是至关重要的，也是达到对微生物的自然谐振和平衡的破坏的原因。当直流电脉冲开、关时间相等时，这种效果最为显著，即：电流开、关时间相等时产生最大的击穿电势。

靠电子产生的脉冲波通过控制变阻器调节，其单位刻度在0-1000之间，用毫安作单位。如上所述，实际测量是波脉冲的平均数。如图2所示，最小设置(接近零)的脉冲是“关”多于“开”；如图3所示，最大水平的脉冲是“开”多于“关”，也就是说，在最大水平下，对于所有的意向和目的，输出是单纯的直流电。

在低电位上，电离反应室中产生最少电子。在高电位上，系统操作趋向于电离。但是，中间范围提供最理想的工作条件达到最大的电场强度，同时，具有提供残余电子的能力。

通过对处理过样品与未处理样品间的分析，并对结果进行直接的比较，可以得知微生物的破坏状况。按照此种方法，还能确定正面原因及影响。虽然无法观察到实际发生的物理过程，但是我们相信下述变化曾经发生过：

每次脉冲，电离反应室中的状态发生一次突然变化，在脉冲的上升缘和下降缘因超调和振动而产生细菌破裂现象；

振动影响微生物在静态下的状态和自然的频率平衡，产生谐振令细胞壁破裂而导致细胞死亡；

更多的回复原状的微生物因电离氧化作用而产生极化，从而导致死亡，在这种情形下，细胞吸收一个多余电子来结束其繁殖与细胞实际死亡时间之间还有一定的时间。

我们的系统不要求必须使用铜银合金电极，可以使用有释放电子能力或能产生催化反应的任何一种材料。换句话说，我们不依赖于任何特殊金属，但实际上必须考虑分解金属的毒性或化学催化剂的污染后果。

实际使用的电极(阳极和阴极)可以是纯金属，或者是以涂层、电镀、层叠的形式由金属、化合物、石墨和陶瓷等材料中的两种组成的合金。根据实际使用和特殊场合的需要，电极形状可以采用棒状、板状、格状或网状。

污水处理装置至少包括一个其内设有两个电极的电离反应室以及产生输出到两个电极的脉冲电流的控制系统。

如图7所示，所述的控制系统采用反馈回路来调节输出电流的脉冲宽度及方向。

控制系统是作用在有液体流过的电离反应室的电极上的产生特定脉冲电压的一种装置。液体的性质各不相同，取决于它的成分，如矿物质的含量、悬浮物及其它有机和无机颗粒。这种特性可以通过电极之间所具有的电阻反映出来，从而可以通过给定电压下的电流的相应变化来检测。通过监控允许公差内的电流的变化，控制系统对初始设定值进行补偿。这便是对处理器的“反馈”，是代表平均电流的控制输入。处理器感应总平均值，然后改变输出脉冲宽度，这样平均电流便同用户设定的电流值一致。需要强调的是控制系统对于产生特定的电极输出是很重要的。虽然未来的技术开发可能会带来电子的变化，但是必须同样开发此特定输出。这种特定输出要有多重疚，如(但不局限于)产生阳离子以及在反应室中电极之间产生场效应。产生的场可以干扰电极之间的液体。产生的阳离子被其它有不同电动势的颗粒所捕集，如细菌或本身带负电的单细胞生物体。电动势的改变形成了非自然状态，防止细胞的繁殖与发展。此外，场干扰有侵蚀性，对细胞结构形成伤害，有效地破坏了细胞壁。键盘在控制系统的电流方面向处理器提供了用户指令。电压振幅、脉冲频率和其它操作参数由处理器来决定。显示出用户设定电流。

如图9所示，处理器形成一系列的脉冲波，按正反向控制进入了切换电路，场效应管的切换可以放大并调节脉冲波。脉冲波正反控制输出的处理器极性定期转换来改变电极的极性，从而延长电极的工作寿命。

内装一个反馈电路的目的是当输出给电极的功率减少或增加(举例说由于导电率的改变)超过变阻器变化设置点约百分之五，脉冲的宽度是自动调整(采用电子方式)使输出功率回到所设定的水平波宽。在百分之三十偏差的情况下，“高”(或“低”)故障安全装置便立刻锁定，并启动报警装置。

如图8所示，所述的控制系统包括电源供应单元、H整流电源桥、电源桥驱动逻辑单元、振荡器、脉冲宽度调制器、过流检测单元、电流不足检测单元、回路放大器和电流感应单元；电源供应单元输出的电流通过H整流电源桥整流成脉冲电流再经过电流感应单元后输出，电流感应单元连接至回路放大器进而控制脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器控制电源桥驱动逻辑单元进而控制H整流电源桥从而调整输出的脉冲电流，振荡器驱动电源桥驱动逻辑单元和脉冲宽度调制器并由电源供应单元提供电源，电流感应单元还连接至过流检测单元来控制电源桥驱动逻辑单元，电流不足检测单元连接并控制电源桥驱动逻辑单元，电源桥驱动逻辑单元连接报警单元，电流不足检测单元连接有显示单元。

上述的应用是一种非化学方式灭菌过程，其优点是采用电子对水进行二次加能。在这个阶段，细菌被消灭，经过二次增能的水含有结构排列任意的一种偶然安排的极性的分子，也就是每个粒子的自然南北极是任意的。

本发明的处理方法对水进行磁化处理，就是使每个细胞极性化，使所有的粒子的极性排列、定向。将每个分子的南北极互相对齐。采用这种调节方法，水的硬度大大降低了，并能防止矿物质水垢的堆积。

该方法通过改变颗粒大小和晶体性质从而控制溶解性、结晶过程和晶体生长，防止矿物质水垢的生成。例如，水晶质方解石的形式是采用这种方法对以悬浮颗粒形式沉淀的霰石的作用来加以改变的，使其不会附着或转移到表面。其他矿物质含量也受到极性化影响，极性化可以大大增加磷酸盐的可溶解性。经过处理的水中如果含有铁可抑制方解石的晶体化，有利于霰石。

伴随着上述处理方法可以发现极性化还可减少经处理水中饱和氧的水平，也相应减少了腐蚀性。这对延长给排水系统的使用寿命具有很大的意义，因为给排水系统中要使用金属热交换装置、管道、储存罐等。

污水处理装置还包括一个对污水进行磁化处理的磁化处理器。磁化处理器为一节外部绕有线圈的管道，线圈中通有由控制系统产生的调制脉冲电流。线圈环绕水流路线纵向排列，让纵列与水流路线成直角。所产生的电磁场提供磁力线，待处理水从磁力线通过。磁力线电场产生的脉冲将分子群分成较小的分子组。这样增加了水的活力。这种向心挤压和磁性转移再次增加了水的活力，减低了表面的张力并提高了吸收和转移污染物的能力。为了保证盐处于悬浮状态，水流速度保持在每秒三米以上是非常重要的。磁力线螺旋线圈可以用一个文丘里管对流量加速使水流达到并保持在最小速度。

按图4所示的测试系统可测试处理效果，上方的容器1中注入水，流经下方的容器1、管线泵3、流量控制阀4后，一路经平衡管道5流回下方的容器1，另一路流经流量传感器6、受控制系统9控制的电离反应室7、压力表8、回流管2流回上方的容器1。从上方的容器1中取污水样水，对流量控制阀4进行设定，达到谐振流量，从取样点10取净水样水，对两种样水进行分析，即可得到理想的比较结果。

Claims (10)

1、一种污水处理方法，采用一个控制系统在装设有电极的电离反应室内产生一个电能场，电离反应室内产生的电能场与电离残余效应结合起来对污水进行处理。

2、根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征是所述的输出到电极的电流是一种脉冲矩形波。

3、根据权利要求2所述的污水处理方法，其特征是所述的方法中通过控制脉冲的形状和持续时间来对电极间电能场的作用及综合灭菌效果进行控制。

4、根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征是所述的方法中将待处理的污水同时或分时进行磁化处理。

5、一种污水处理装置，其特征在于：至少包括一个其内设有两个电极的电离反应室以及产生输出到两个电极的脉冲电流的控制系统。

6、根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征是所述的装置还包括一个对污水进行磁化处理的磁化处理器。

7、根据权利要求6所述的污水处理装置，其特征是所述的磁化处理器为一节外部绕有线圈的管道，线圈中通有由控制系统产生的脉冲电流。

8、根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征是所述的控制系统采用反馈回路来调节输出电流的脉冲宽度及方向。

9、根据权利要求5或8所述的污水处理装置，其特征是所述的控制系统包括电源供应单元、H整流电源桥、电源桥驱动逻辑单元、振荡器、脉冲宽度调制器、过流检测单元、电流不足检测单元、回路放大器和电流感应单元；电源供应单元输出的电流通过H整流电源桥整流成脉冲电流再经过电流感应单元后输出，电流感应单元连接至回路放大器进而控制脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器控制电源桥驱动逻辑单元进而控制H整流电源桥从而调整输出的脉冲电流，振荡器驱动电源桥驱动逻辑单元和脉冲宽度调制器并由电源供应单元提供电源，电流感应单元还连接至过流检测单元来控制电源桥驱动逻辑单元，电流不足检测单元连接并控制电源桥驱动逻辑单元，电源桥驱动逻辑单元连接报警单元。

10、根据权利要求9所述的污水处理装置，其特征是所述的电流不足检测单元连接有显示单元。

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