DE69608244T2

DE69608244T2 - Wasserbehandlung durch Elektroflotation und Elektrokoagulation

Info

Publication number: DE69608244T2
Application number: DE69608244T
Authority: DE
Inventors: Ming Shing Lee
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2016-03-06
Also published as: DK0794157T3; GR3033932T3; CA2171061C; CA2171061A1; NZ286122A; EP0794157B1; US5746904A; PT794157E; ATE192725T1; AU677545B1; ES2148680T3; DE69608244D1; EP0794157A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers, und insbesondere betrifft sie ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers, wobei die Polarisation eines elektrischen Feldes eingesetzt wird, um die Verunreinigungen in dem Wasserkörper zu koagulieren, so dass die Verunreinigungen auf einfache Weise aus dem Wasserkörper entfernt werden können.

Hintergrund der Erfindung

Das derzeit üblicherweise verwendete Verfahren zur Behandlung von Abwasser oder Industrieabwasser umfasst: 1. physikalische Verfahren; 2. chemische Verfahren; 3. biologische Verfahren und 4. elektrochemische Verfahren usw. Von diesen Verfahren ist das elektrochemische Verfahren (Elektrolyse) von der Fachwelt gut entwickelt worden, da es wenig Raum einnimmt, gute ökonomische Eigenschaften aufweist, geruchsfrei und ohne sekundäre Umweltverschmutzungen ist. Die Patente, die dieses Gebiet betreffen, umfassen die ROC Patent-Veröffentlichung Nr. 144 872, die US-Patentnummern 3,926,754, 4,036,726 und 4,123,339, DE-A-42 36 723 und das EP-Patent Nr. 0 295 696. Der Stand der Technik verwendet die in einem geschlossenen Elektrolysetank während des Elektrolysebetriebs stattfindende chemische Reaktion, um die Eigenschaften des Abwassers oder Abflusswassers zu verändern. Der kontinuierliche Ablauf aus dem Elektrolysetank wird dann behandelt, um die darin enthaltenen Verunreinigungen zu entfernen, so dass das ausströmende Wasser in großem Umfang gereinigt wird.
Wenn ein elektrochemisches Verfahren durchgeführt wird, finden zwischen den beiden Elektroden und in der Elektrolyselösung sechs Grundfunktionen statt:
1. Oxidation: Es werden Elektronen für die Anode bereit gestellt, um die Verunreinigungen in der Lösung zu oxidieren;
2. Reduktion: Es werden Elektronen durch die Kathode bereit gestellt, um die Verunreinigungen in der Lösung zu reduzieren;
3. Elektrophorese: Ionen mit positiver Ladung (positiven Ladungen) bewegen sich von der Anode zur Kathode, während Ionen mit negativer Ladung (negativen Ladungen) sich von der Kathode zur Anode bewegen;
4. elektrolytisches Ätzen: Wenn die Anode aus einem unedlen Metall hergestellt ist, unterliegt die Anode einer Ionisation durch Oxidation, wobei Kationen freigesetzt werden, indem zwischen den beiden Elektroden eine geeignete Spannung angelegt wird, um der Lösung die richtige Leitfähigkeit zu verleihen.
5. Elektrolyse: Wasser wird zu Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt.
6. Polarisation: Verunreinigungen und Wassermoleküle werden in Reaktion auf die Anwendung des elektrischen Feldes polarisiert, das zwischen den beiden Elektroden gebildet wird, wenn eine geeignete Spannung angelegt ist, so dass die Ionen mit negativer Ladung (Ladungen) sich nahe der Anode sammeln und die Ionen mit positiver Ladung (Ladungen) sich nahe der Kathode sammeln, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Im Stand der Technik werden üblicherweise die ersten fünf der o. g. sechs Funktionen zur elektrochemischen Behandlung von Abwasser eingesetzt und er konzentriert sich auf eine spezifische Funktion, verhindert jedoch, dass die anderen zur effizientesten Leistung und der vorteilhaftesten Wirkung führen. Beispielsweise wird bei einem herkömmlichen Verfahren zum Aufschwemmen bzw. Aufschwimmen und Entfernen elektrolysierter Kolloide (electrolyzed colloid floating-and-removing- Verfahren) ein aus Eisen und Aluminium zusammengesetztes Material als eine Opferanode verwendet (Proc. 18th Conf. on Wasfewater Treatment Technology, S. 765- 776). Die aus der Anode freigesetzten Metallionen bilden ein Kolloid mit hohem Molekulargewicht, indem sie mit Mikrogel in dem Wasserkörper koagulieren, worauf sich ein Gas-Festphasenkomplex durch Vereinigung mit den Wasserstoffbläschen, die von der Kathode freigesetzt werden, bildet, und dann wird der Komplex zum Schwimmen gebracht und entfernt. Obwohl dieses Verfahren zur Entfernung von Suspensionen fester und Mikropartikel funktioniert, liegen dennoch mehrere Nachteile vor:

1. Großer Elektrizitätsverbrauch und lange Behandlungszeit;

Ein Recherchenbericht, der von Lee in Proc. 7th Conf. on Wastewafer Treatment Technology, S. 647 660 vorgeschlagen wurde, ergab, dass wenn das aus dem sogenannten 'hog-breeding' abgelassene Abwasser mit einer elektrolytischen Koagulationsmethode behandelt wird, die Elektrolysedauer, um eine zufriedenstellende Wasserqualität zu erreichen, etwa 30 Minuten beträgt und der spezifische Energieverbrauch für eine kontinuierliche Behandlung beträgt bis zu 18 kwh/kg-COD. Von Yan (Proc. 18th Conf. on Wastewater Treatment Technology, S. 765-776) wird ebenfalls berichtet, dass der spezifische Energieverbrauch 1,17 kwh/kg/COD beträgt, wenn angesäuertes, fettiges Abwasser in einem Tank für das Aufschwemmen bzw. Aufschwimmen und Entfernen elektrolysierter Kolloide in einem kontinuierlichen Modus behandelt wird.

2. Komplizierte Struktur und unbequeme Instandhaltung der Anlagen;

Die Plätze für Kathode und Anode müssen aufgrund der Ätzung der Elektrodenplatten, die während des Elektrolyseprozesses stattfindet, häufig geändert werden. Darüber hinaus sind die Elektrodenplatten überlappend und wiederkehrend angeordnet und jede der Elektrodenplatten ist mit einer Stromquelle verbunden, so dass es unbequem ist, die Änderung der Elektrodenplatten durchzuführen. Darüber hinaus lagern sich auf den Kathodenplatten Verunreinigungen ab, so dass ein Kratzer benötigt wird, um die abgelagerten Verunreinigungen abzukratzen. Die Installation des Kratzers macht die Konstruktion des Elektrolyse-Tanks komplizierter und die Veränderung der Elektrodenplatten schwieriger.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die Nachteile des Standes der Technik zu lösen. Es wird gefunden, dass die Verwendung der Polarisationsfunktion, d. h. der zuvor genannten sechsten Funktion, die Moleküle der Verunreinigungen in einer sehr kurzen Zeit zum Koagulieren bringen kann, wobei die bezweckte Wasserreinigung erreicht wird. Die vorliegende Erfindung ist frei von den Nachteilen großen Zeitaufwands, großen Energieverbrauchs und unbequemer Aufrechterhaltung, wie sie im Stand der Technik vorkommen.

ZIELE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers bereitzustellen, in welchem die Verunreinigungen koagulieren und schwimmen, damit sie auf einfache Weise entfernt werden können, indem eine Polarisationsfunktion als Antwort auf eine Funktion des elektrischen Feldes und eines Energieaustausches verwendet wird.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers bereitzustellen, wobei die Struktur der Vorrichtung verglichen mit derjenigen des Standes der Technik vereinfacht ist und die sich verbrauchenden Komponenten der Vorrichtung auf einfache Weise geändert bzw. ausgetauscht werden können.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers mit hoher Effizienz, wirtschaftlicher Elektrizität und einfachem Aufrechterhaltungsmodus bereitzustellen.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen noch verständlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Polarisationsfunktion eines elektrischen Feldes zeigt.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das die horizontale Verschiebung der Verunreinigungen mit einem mikroskopischen Turbulenzphänomen zeigt.
Fig. 3 ist eine frontale Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung.
Fig. 4 ist eine Seitenquerschnittsansicht der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht des Schwimmstoffentferners.
Fig. 6 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung.
Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Systems.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung untersucht die elektrochemische Behandlung von Abwässern in großem Umfang. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass wenn mehrere leitende Platten zwischen der Kathode und der Anode angeordnet sind, und die Elektroden und die leitenden Platten so angeordnet sind, dass sie einen aufwärts geschlossenen S-förmigen Fließweg in einer Richtung bilden, die Verunreinigungen in dem Wasser unter Bildung eines Clusters in einer sehr kurzen Zeit, z. B. einer Minute, koagulieren, wenn ein elektrisches Feld mit einer ausreichenden Intensität zwischen den beiden Elektroden erzeugt wird, indem eine geeignete Spannung von der Katho de zur Anode angelegt wird. Das Phänomen der raschen Koagulation in einer sehr kurzen Zeit kann durch das herkömmliche elektrolytische Koagulationsprinzip nicht erklärt werden.
Die Erfinder haben das Phänomen wiederholt experimentell untersucht und analysiert. Der mögliche Grund für das Auftreten des Phänomens wird wie folgt abgeleitet.
Wenn eine geeignete Spannung an die Kathode und die Anode angelegt wird, so dass ein elektrisches Feld mit einer ausreichenden Intensität zwischen den Elektroden erzeugt wird, werden die Verunreinigungen und die Wassermoleküle in der Lösung unter dem elektrischen Feld polarisiert, d. h. das Ende, das der Anode benachbart ist, trägt negative Ladungen, während das andere, der Kathode benachbarte Ende, positive Ladungen trägt, wie in Fig. 1 angegeben ist.
Die Polarisationsfunktion polarisiert die Verunreinigungen, wie die Lösungsmoleküle und die festen Mikrobläschen in dem Wasserkörper, zu Partikeln, die abwechselnd positive und negative Ladungen tragen. Darüber hinaus werden sämtliche Partikel, die sich gegenseitig abstoßende Ladungen oder keine Ladungen tragen, zu solchen, die sich gegenseitig anziehende Ladungen tragen; und dadurch tritt das Koagulationsphänomen ein.
Die leitenden Platten, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet sind, erleichtern die Koagulation der Verunreinigungspartikel, der Mechanismus ist jedoch immer, noch unbekannt. Es wird angenommen, dass der Mechanismus in Beziehung stehen kann zum Energietransfer, der durch die Bildung eines elektrischen Mikrofeldes auf den leitenden Platten selbst gefördert wird. Nachdem die Verunreinigungen so induziert sind, dass sie bipolare Ladungen tragen um aufeinander eine Anziehungskraft und einen weiteren Koagulationseffekt auszuüben, sind noch andere Wirkungen erforderlich, um die kleinen Dispersionsverunreinigungen miteinander kollidieren zu lassen, um einen größeren Cluster zu bilden, der aus dem Wasserkörper einfacher als ein kleiner abgetrennt werden kann. Die Kollision der Verunreinigungen kann auf folgende Weise erreicht werden:

1. Makroskopische Bewegung:

Die Verunreinigungen können in dem Wasserkörper miteinander durch mechanische Bewegung kollidieren. Die leitenden Platten in dem Reaktionstank können zu einem S-förmigen Weg angeordnet sein, so dass der Wasserkörper unter einem elektrischen Feld umgekehrt fließen kann, um die Wirkung einer mechanischen Bewegung zu erreichen.

2. Mikroskopische Turbulenz:

Die Dimensionen einiger der Verunreinigungen sind sehr klein, sogar so klein wie ein Molekül oder ein ionischer Zustand. Die mechanische Bewegung kann die Verunreinigungen lediglich makroskopisch verschieben und die Distanz zwischen den kleinen Verunreinigungen bleibt unverändert. Mit anderen Worten, die Moleküle der Verunreinigungen kollidieren nicht miteinander, um sich zu einem Cluster zu vereinigen. Um dieses Problem zu überwinden, induziert die vorliegende Erfindung die Verunreinigungen, so dass sie Ladungen tragen und beschleunigt dann die Ladungen unter Bildung eines Stromes einer Richtung, wobei darüber hinaus ein magnetisches Feld erzeugt wird, das senkrecht zu der Fließrichtung steht. Da jede der abgetrennten Verunreinigungen um sich herum ihr eigenes unabhängiges Magnetfeld bildet, zwingt die Wechselwirkung zwischen diesen magnetischen Feldern die Verunreinigungen zu einer geringfügigen seitlichen Verschiebung entlang der Richtung des Magnetfeldes und die kleine seitliche Verschiebung wird nach einer gewissen Strecke eine größere seitliche Verschiebung. Verschiedene Verunreinigungen tragen verschiedene Ladungen, so dass sich um sie herum verschiedene Magnetfeldintensitäten bilden. Die seitlichen Verschiebungen der Verunreinigungen werden daher ebenfalls verschieden sein, so dass eine Kollision zwischen den Verunreinigungen möglich ist. Der seitliche Verschiebungszustand der Verunreinigungen ist in Fig. 2 dargestellt. Wenn ein Wasserkörper in einem S-förmigen Fließweg in Bewegung gehalten wird, werden die Verunreinigungen beschleunigt, wobei eine spontane Verschiebung erreicht wird.
Auf der Grundlage der vorherigen Beobachtungen wird in der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers beschrieben. Das vorliegende Verfahren umfasst einen Schritt, bei dem ein im wesentlichen verschlossener Reaktionstank verwendet wird, an dessen oberen und unteren Bereichen ein Wasserauslass bzw. ein Wassereinlass angeordnet sind und in dessen Innenraum drei oder mehrere leitende Platten, im wesentlichen parallel zum Tankboden und im wesentlichen parallel zueinander, angeordnet sind, um nach oben einen im wesentlichen geschlossenen S-förmigen Fließweg in einer Richtung in dem Reaktionstank zu bilden, wobei die leitenden Platten aus einem leitenden Material hergestellt sind, das einen Widerstand im Bereich von 1,59 uΩm bis 1300 uΩm aufweist und mindestens zwei der leitenden Platten jeweils mit einer positiven bzw. einer negativen Stromquelle elektrisch verbunden sind, um als eine Anode und eine Kathode zu dienen, wobei das zu behandelnde Wasser in den Reaktionstank von dem Wassereinlass eingeleitet wird, nach oben durch den S-förmigen Fließweg in eine Richtung fließt und dann aus dem Reaktionstank durch den Wasserauslass ausgeleitet wird, und wobei eine Spannung an die Kathode und die Anode angelegt ist, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das eine Intensität im Bereich von 0,5 mV/cm bis 1000 V/cm während des Fließens des Wasserkörpers durch den Fließweg aufweist, wodurch Verunreinigungen in dem Wasserkörper polarisiert und koaguliert werden, um die koagulierten Verunreinigungen zu entfernen.
Ein Wasserkörper, der für die erfindungsgemäße Behandlung geeignet ist, kann jede Art von Industrieabwasser und verunreinigtem Wasserkörper sein, beispielsweise Abfallinfiltriertes Wasser, Flussabwasser, Abwässer, die in Färbereien, in der Galvanostegie, bei der Papierherstellung, in der Petrochemie, der Autopflege, der Fermentation, in Eiscremefabriken, in Restaurants, Krankenhäusern, Laboratorien und häusliches Abwasser usw.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die Verwendung zur Behandlung von Wasserkörpern, die einen speziellen pH-Wert, eine spezielle Leitungsfähigkeit, Temperatur, Verunreinigungsart und Verunreinigungskonzentration aufweisen. Der zu behandelnde Wasserkörper kann sauer, neutral oder basisch sein, d. h. jeder Wasserkörper mit einem pH-Wert im Bereich zwischen 0~14 kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden. Jeder Wasserkörper, der eine Leitfähigkeit im Bereich zwischen 0,98 us/cm bis 254 ms/cm aufweist (äquivalent derjenigen der Konzentration von superreinem Wasser bis zu gesättigtem Natriumchlorid) eignet sich zur Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung. Was die Konzentration der Verunreinigungen betrifft, können die Verunreinigungen direkt behandelt werden, wenn ihre Konzentration im Bereich von 0 bis 10&sup5; ppm liegt. Wenn die Konzentration höher als 10&sup5; ppm ist, wird vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besser noch ein anderer Schritt zur Wiedergewinnung von Wasserressourcen durchgeführt.
Erfindungsgemäß sind der Wasserauslass und der Wassereinlass am oberen bzw. unteren Teil des Reaktionstankes angeordnet. Die leitenden Platten in dem Reaktionstank sind im wesentlichen parallel zum Tankboden und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, um nach oben einen im wesentlichen geschlossenen S-förmigen Fließweg in einer Richtung zu bilden. Die Installation des S-förmigen Fließwegs verursacht den umgekehrten Fluss des Wasserkörpers, um die bezweckte mechanische Bewegung zu erreichen. Es ist anzumerken, dass die leitenden Platten nicht senkrecht zu dem Tankboden angeordnet sein sollten, so dass sie eine nach rechts gerichtete Form oder Wellenform bilden, da die Wasserstoff- und die Sauerstoffbläschen, die aufgrund der Elektrolyse des Wassers gebildet werden, sich wahrscheinlich an der Spitze der Wellenform akkumulieren und so den Fluss des Wasserkörpers behindern.
Mindestens zwei der leitenden Platten sind mit der positiven bzw. der negativen Stromquelle verbunden, um als Anode und Kathode zu dienen. Es kann auch eine Anordnung aus einer Mehrzahl von Kathoden- und Anodenpaaren gewählt werden, die alternierend angeordnet sind. Die Anzahl der leitenden Platten, die nicht mit der Stromquelle verbunden sind, hängt von den praktischen Erfordernissen ab. Die Anzahl der nicht mit der Stromquelle verbundenen leitenden Platten zwischen jedem Kathoden- und Anodenpaar kann identisch oder verschieden sein. Das Vorhandensein der nicht angeschlossenen leitenden Platten dient der Verbesserung der Koagulation der Verunreinigungspartikel. Der Aktionsmechanismus ist jedoch noch unbekannt. Es wird angenommen, dass eine Beziehung mit dem verbesserten Energietransfer besteht, der aus der Bildung des mikroelektrischen Feldes auf den leitenden Platten selbst herrührt.
Die leitenden Platten, einschließlich derjenigen, die mit der Stromquelle verbunden sind, um als Anode und Kathode zu dienen, können aus jedem herkömmlichen leitenden Material hergestellt sein und vorzugsweise aus einem leitenden Material hergestellt sein, das einen Widerstand im Bereich von 1,59 uΩm bis 1300 uΩm aufweist. Beispiele für das leitende Material umfassen Metalle wie Fe, Al, Ag, Cu, Au, Zn, Cd, Pt, Sn, Cr, Sb, Ti und Mn usw., Legierungen wie Azurit, Chalcopyrit, rostfreien Stahl, Alferon und Chromel, und Nichtmetalle wie Graphit.
Erfindungsgemäß wird eine Spannung an die Kathode und die Anode angelegt, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das eine Intensität im Bereich von 0,5 mV/cm bis 1000 V/cm zwischen den Elektroden aufweist und dadurch werden die Verunreinigungen in dem Wasserkörper polarisiert und dann koaguliert. Die bevorzugte Intensität des elektrischen Feldes liegt im Bereich von 0,1 V/cm bis 1000 V/cm. Das elektrische Feld bewirkt wahrscheinlich eine Elektrolyse der Wassermoleküle. Die Wasserstoff- und die Sauerstoffbläschen, die während der Elektrolyse der Wasser moleküle gebildet werden, vereinigen sich mit den Verunreinigungen und erleichtern so das Schwimmen der Verunreinigungen und erleichtern darüber hinaus das Entfernen der Verunreinigungen.
Erfindungsgemäß beträgt die Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers durch den S-förmigen Fließweg im allgemeinen 0,1 m/sec bis 3,87 m/sec Die vorliegende Erfindung erhöht die Gelegenheit der Kollision zwischen Verunreinigungen, die durch das elektrische Feld durch die spezielle Anordnung der leitenden Platten in dem Reaktionstank polarisiert sind, und die Verunreinigungen können daher unter Bildung eines Clusters in einer sehr kurzen Zeit koagulieren. Die Verweilzeit des in dem Reaktionstank zu behandelnden Wasserkörpers beträgt im allgemeinen weniger als eine Minute, das ist viel weniger als die Verweilzeit (etwa 30 Minuten) bei dem herkömmlichen Verfahren zum Aufschwemmen und Entfernen elektrolysierter Kolloide. Die vorliegende Erfindung verbraucht daher wenig elektrische Energie. Die bei dem vorliegenden Verfahren verbrauchte elektrische Energie beträgt 1% bis 0,1% derjenigen des herkömmlichen Verfahrens zum Aufschwemmen und Entfernen elektrolysierter Kolloide.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, dass der Wasserkörper eine spezielle Temperatur und einen speziellen Druck aufweist, solange der Wasserkörper in flüssigem Zustand ist.
Darüber hinaus hat der Erfinder gefunden, dass die koagulierenden Verunreinigungen, die durch die Polarisationsfunktion verursacht werden, die durch das elektrische Feld induziert wird, rasch an die Wasseroberfläche schwimmen, wenn der pH- Wert des Wasserkörpers unmittelbar nachdem der Wasserkörper den elektrochemischen Reaktionstank passiert, auf einen spezifischen Wert eingestellt wird. Im Gegensatz dazu tritt das Phänomen, dass die koagulierten Verunreinigungen aufschwimmen, nicht ein, wenn der pH-Wert des Wasserkörpers erst nach längerer Zeit eingestellt wird.
Der wirkliche Grund für das o. g. Phänomen wird nicht vollständig verstanden, es wird jedoch angenommen, dass es mit dem Energietransfer zusammenhängt. Mit anderen Worten, wenn der Wasserkörper ein elektrisches Feld passiert, absorbieren die Wassermoleküle die Energie des elektrischen Feldes und befinden sich in einem angeregten Zustand. Bei einem richtigen pH-Wert setzen die Moleküle sofort Energie frei, wobei ein Teil des Wassers verdampft, der zusammen mit den Verunreinigungen zu der Wasseroberfläche schwimmt. Wenn der in dem elektrischen Feld behandelte Wasserkörper für einen langen Zeitraum steht, wird die Energie progressiv in Form von Wärme freigesetzt. Die Einstellung des pH-Wertes zu diesem Zeitpunkt weist keine ausreichende Energie zum Verdampfen der Wassermoleküle auf, so dass die Verunreinigungen absinken anstatt aufzuschwimmen.
Das Aufschwimmen der koagulierenden Verunreinigungen erleichtert das Entfernen der Verunreinigungen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das vorliegende Verfahren daher darüber hinaus einen Schritt, in dem der pH-Wert des Wasserkörpers unmittelbar nachdem der Wasserkörper den elektrochemischen Aktionstank passiert, auf einen geeigneten Wert eingestellt wird, um das Aufschwimmen und das Entfernen der Verunreinigungen zu erleichtern. Der geeignete pH-Wert hängt grundsätzlich von der Art der Verunreinigungen in dem zu behandelnden Wasserkörper ab. Der Fachmann kann aus einigen Versuchsergebnissen den geeigneten pH-Wert ohne Schwierigkeiten bestimmen.
Darüber hinaus können dem elektrochemisch behandelten Wasserkörper falls notwendig ein Koagulans und ein Stabilisator zugegeben werden, um die Koagulation der Verunreinigungen unter Bildung größerer Cluster, die noch einfacher entfernt werden können, zu erleichtern. Die koagulierten Verunreinigungen in dem elektrochemisch behandelten Wasserkörper werden im allgemeinen mittels eines Schwimmstoffentferners entfernt.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers bereit, die einen im wesentlichen verschlossenen Reaktionstank umfasst, an dessen oberen und unteren Bereichen ein Wasserauslass bzw. ein Wassereinlass angeordnet sind, und in dessen Innenraum drei oder mehr leitende Platten im wesentlichen parallel zu dem Tankboden und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, um nach oben einen im wesentlichen geschlossenen S-förmigen Fließweg in einer Richtung in dem Reaktionstank zu bilden, wobei die leitenden Platten aus einem leitenden Material hergestellt sind, das einen Widerstand im Bereich von 1,59 uΩm bis 1300 uΩm aufweist und mindestens zwei der leitenden Platten mit einer positiven bzw. einer negativen Stromquelle elektrisch verbunden sind, um als Anode und als Kathode zu dienen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein System zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers bereit, das eine Vorbehandlungsvorrichtung zum Einstellen des pH-Wertes, der Leitfähigkeit und des zugegebenen Katalysators des zu behan delnden Wasserkörpers umfasst, um die Wirkung der folgenden elektrochemischen Behandlung zu verbessern; eine mit der Vorbehandlungsvorrichtung verbundene elektrochemische Vorrichtung, um die Koagulation der Verunreinigungen in dem Wasserkörper zu erleichtern und Energie für die Verunreinigungen bereitzustellen, um die Verunreinigungen aus dem Wasserkörper auf einfache Weise abtrennen zu können; eine mit der elektrochemischen Vorrichtung verbundene Nachbehandlungsvorrichtung zum Einstellen des pH-Werts des elektrochemisch behandelten Wasserkörpers unter Zugeben eines Koagulanses und eines Stabilisators zu der elektrochemischen Vorrichtung, falls nötig; einen mit der Nachbehandlungsvorrichtung verbundenen Schwimmstoffentferner zum Abtrennen der Verunreinigungen aus dem Wasser; wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass die elektrochemische Vorrichtung einen im wesentlichen verschlossenen Reaktionstank umfasst, wobei an den oberen und unteren Teilen des Reaktionstankes ein Wasserauslass bzw. ein Wassereinlass angeordnet sind und in einem Innenraum des Reaktionstanks drei oder mehr leitende Platten im wesentlichen parallel mit dem Tankboden und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, um einen im wesentlichen geschlossenen S-förmigen Fließweg in einer Richtung in dem Verarbeitungstank nach oben zu bilden, wobei die leitenden Platten aus einem leitenden Material hergestellt sind, das einen Widerstand im Bereich von 1,59 uΩm bis 1300 uΩm aufweist und mindestens zwei der leitenden Platten mit einer positiven bzw. negativen Stromquelle elektrisch verbunden sind, um als eine Anode und als eine Kathode zu dienen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Vorrichtung und des vorliegenden Systems werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich veranschaulicht.
Fig. 3 und 4 sind Querschnittsvorder- und -seitenansichten einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst einen Reaktionstank 1. Der Tank ist verschlossen und eine Endfläche des Tanks ist eine bewegliche Tanktür (installiert an der Vorderansicht von Fig. 1, jedoch nicht gezeigt). An beiden Seiten des Tankes 1 sind eingelassene Schienen 10 angebracht. Der Tank 1 umfasst auch eine Druckpumpe 11, die mit einem Wassereinlass 12 verbunden ist, der mit dem Tankboden kommuniziert. Ein Wasserauslass 13 ist an dem oberen Teil des Tankes 1 angeordnet und an einem Fließkontrollventil 14 angebracht. Eine Anodenplatte 2 ist auf dem oberen Innenbereich des Tankes 1 installiert und mit einem Stromkabel extern verbunden. Eine Kathodenplatte 3 ist auf dem inne ren Bodenbereich des Tankes 1 angebracht und mit dem Stromkabel extern verbunden. Eine leitende Platte 4 ist in einem Raum zwischen der Anodenplatte 2 und der Kathodenplatte 3 angebracht, durch die die behandelte Lösung durchströmt. Die leitende Platte wird sicher befestigt, indem zwei Seiten der Platte in die Schienen 10 eingesetzt werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die leitende Platte 4 nimmt nicht die gesamten Ebenen ein, statt dessen verbleibt ein Leerraum 41, durch den die behandelte Lösung fließen kann. Wenn an die Kathode und Anode eine Spannung angelegt wird, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, verbessert die leitende Platte 4 die elektrochemische Funktion des elektrischen Feldes, um die Koagulation der Verunreinigungspartikel zu erleichtern.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Schwimmstoffentferners. Der in dem elektrochemischen Reaktionstank behandelte Wasserkörper kann mittels eines Schwimmstoffentferners isoliert werden.
Der Entferner umfasst einen oberen Zylinderabschnitt 5, in welchem auf dem Zylinderkörper ein Wassereinlass 51 angeordnet ist und mit dem Wasserauslass des Reaktionstankes verbunden ist, und ein Überlaufsammelbehälter 52 ist auf dem oberen Bereich des Zylinders in einer Weise angeordnet, dass eine Öffnung 53 auf dem oberen Zylinderabschnitt 5 mit dem Überlaufsammelbehälter 52 kommuniziert. Der Überlaufsammelbehälter 52 ist zusätzlich auf einem Ablaufrohr 54 angeordnet, auf dem eine Kratzvorrichtung 55 einschließlich eines Kratzers 551, der von einem Motor 553 angetrieben wird, und eine Abdeckung 552 angebracht ist, die den Überlaufsammelbehälter 52 abdeckt. Ein Verlängerungszylinder 56 kann unter dem oberen Zylinderbereich 5 verbunden sein und dieser Zylinderkörper kann lokal transparent sein. Ein Basiszylinder 57 ist unter dem Verlängerungszylinder 56 verbunden oder direkt unter dem oberen Zylinderbereich 5 verbunden, wenn kein Verlängerungszylinder 56 benötigt wird. Der Zylinderkörper des Basiszylinders 57 kann ebenfalls lokal transparent sein. Das Ablaufrohr 571 des Basiszylinders 57 ist auf diesem ebenfalls auf einem Fließkontrollventil 572 angebracht. Der obere Zylinderabschnitt 5, der Verlängerungszylinder 56 und der Basiszylinder 57 bilden zusammen einen Schwimmstoffentfernungstank.
Fig. 6 ist eine Querschnittsseitenansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von leitenden Platten 4 zwischen der Anodenplatte und der Kathodenplatte angeordnet sind, um eine bessere Leistung zu erhalten. Die leitenden Platten sind in dem Reaktionstank so angeordnet, dass sie einen im wesentlichen geschlossenen S-förmigen Fließweg in einer Richtung bilden. In einem Zustand, in dem der unbehandelte Wasserkörper in einem fließbären flüssigen Zustand gehalten wird, wird das unbehandelte Wasser vom Boden des Tanks her eingeleitet und fließt oben aus dem Reaktionstank durch den im wesentlichen S-förmigen Fließweg in einer Richtung heraus. Eine vorbestimmte Spannung wird an die Anode und die Kathode angelegt, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das eine vorbestimmte Intensität in einem Raum zwischen der Kathode und der Anode aufweist. Das elektrische Feld führt zur Polarisierung der Verunreinigungen in dem unbehandelten Wasser, bewirkt, dass die Verunreinigungen Energie absorbieren und induziert den katalytischen Effekt der leitenden Platten zur Verbesserung der Koagulation der Verunreinigungspartikel. Andererseits fließt das unbehandelte Wasser durch den geschlossenen S-förmigen Fließweg mit mechanischer und magnetischer Bewegung, um eine Koagulation der Verunreinigungen zu einem Cluster zu bewirken, der aus der Flüssigkeit isoliert wird. Gemäß der zuvor beschriebenen Vorrichtung kann die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wie folgt zusammengefasst werden:
1. Der unbehandelte Wasserkörper wird kontinuierlich in den Reaktionstank 1 mittels einer Druckpumpe 11 gepumpt und der Druck des Wasserkörpers in dem Reaktionstank 1 wird durch das Fließkontrollventil 14 gut kontrolliert.
2. Ein zweckmäßiger Stromkreis kann verwendet werden, falls notwendig, um die Polaritäten der Elektroden abwechselnd zu tauschen. Der abwechselnde Polaritätswechselzyklus sollte in einem zweckmäßigen Bereich geregelt werden, indem eine Zeituhr in den Stromkreis eingebaut wird.
3. Einschalten des Stroms und Behandeln des Wasserkörpers. Die benötigte Zeit zur effizienten Behandlung des Wasserkörpers ist gemäß den Versuchsergebnissen sehr kurz.
4. Einleiten des aus dem Reaktionstank abgelassenen Wasserkörpers in den Schwimmstoffentterner. Wenn die Suspension von dem Wasser ausreichend abgetrennt ist, wird das Fließkontrollventil 572 geöffnet, um den Wasserkörper abzulassen. Die Ablaufgeschwindigkeit des Wasserkörpers sollte kontrolliert werden, um die Suspension von dem oberen Überlaufsammelgefäß trocken zu legen.
5. Die Überlaufsuspension kann darüber hinaus mit einem Instrument wie einem Filter oder einer Schlammzentrifuge behandelt werden.
Daher kann durch Kontrollieren der Abflussgeschwindigkeit des Wassers mit einem Fließkontrollventil 14, das am Wasserauslass des Reaktionstanks angebracht ist und durch Kontrollieren der Abflussgeschwindigkeit des Wassers mit dem Ventil 572, das am Wasserauslass des Schwimmstoffentterners angebracht ist, um die Aufschwimm- und Entfernungsrate und die Abflussgeschwindigkeit im Gleichgewicht zu halten bzw. zu bringen, das bezweckte kontinuierliche Aufschwimmen und Entfernen erreicht werden.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Systems zeigt. Der zu behandelnde Wasserkörper 71 passiert nach und nach eine Vorbehandlungsvorrichtung A, eine elektrochemische Vorrichtung B, eine Nachbehandlungsvorrichung C und einen Schwimmstoffentferner D, und wird so ein gereinigtes Wasser, das abgegeben werden kann. Das Bezugszeichen 73 stellt Schlamm dar. Die Vorbehandlungsvorrichtung A umfasst einen Leitungsmitteltank A1, einen Katalysatortank A2, einen Säuretank A3 und einen Basentank A4, und der Wasserkörper wird auf einen zweckmäßigen pH-Wert und Leitungsfähigkeit eingestellt, damit die folgende elektrochemische Behandlung gut durchgeführt werden kann. Die elektrochemische Vorrichtung B ist mit einer Stromversorgung N verbunden, deren innere Struktur in Fig. 6 dargestellt ist. Die elektrochemische Vorrichtung B kann die Größe der Verunreinigungspartikel erhöhen und Energie für die Verunreinigungen bereitstellen, damit die Verunreinigung auf einfache Weise aus dem Wasser isoliert werden kann. Die Nachbehandlungsvorrichtung C enthält einen Koagulanstank C1, einen Stabilisatortank C2, einen Säuretank C3 und einen Basentank C4 zum Einstellen der Wassereigenschaften, bevor die Verunreinigungen schwimmend entfernt werden. Der Schwimmstoffentferner D nutzt die von den Verunreinigungen absorbierte Energie und die falls nötig zusätzlich eingesetzten Bläschen, um die Verunreinigungen ohne weiteres aus dem Wasser abzutrennen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele weiter beschrieben. Wenn nichts besonderes angegeben ist, bezieht sich in diesen Beispielen der Begriff 'leitende Platte(n)*' auf die leitende Platte(n), die nicht mit einer Stromquelle verbunden ist (sind), und die leitende(n) Platte(n), die mit einer Stromquelle verbunden ist (sind), werden als Elektrodenplatten* bezeichnet.

AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsform 1 Experiment mit Latex

1) zu untersuchender Wasserkörper: Naturlatex wird in einer Konzentration von 1000 mg/l zu reinem Wasser gegeben. Der pH-Wert wird mit Schwefelsäure auf etwa 2 eingestellt. Die Leitfähigkeit wird mit NaCl-Lösung auf 800 us/cm eingestellt. Der COD-Wert des Wasserkörpers beträgt etwa 1000 mg/l ~ 1500 mg/l, die Sicht < 5 cm und die Temperatur beträgt 20-30ºC.
2) Versuchsinstrumente:
Stromversorgung: Gleichstrom mit einer Spannungsabgabe von 500 V und einer Stromabgabe von 30 A
Reaktionstank: zwei Elektrodenplatten und acht leitende Platten in parallelem Abstand und in paralleler Anordnung zum Boden, von denen jede dieselben Dimensionen aufweist, nämlich 3,5 cm Breite · 13 cm Länge · 0,2 cm Dicke, wobei der Abstand zwischen den Elektrodenplatten 10,6 cm beträgt und die acht leitenden Platten zwischen den Elektrodenplatten in gleichem Abstand angeordnet sind, wobei die Elektrodenplatten und die leitenden Platten aus Eisen hergestellt sind und wobei die Anode der Stromversorgung mit der oberen Elektrodenplatte verbunden ist, während die Kathode der Stromversorgung mit der unteren Elektrodenplatte verbunden ist (oder die Kathode der Stromversorgung ist mit der oberen Elektrodenplatte verbunden, während die Anode der Stromversorgung mit der unteren Elektroderlplatte verbunden ist). Der Reaktionstank ist in einem geschlossenen Behälter eingeschlossen, damit der Wasserkörper unter Bildung eines S-förmigen Fließweges nach oben fließt.
Pumpe und Motor: Der Wasserkörper von 1 cm³~1000 cm³/min kann dadurch kontinuierlich und einstellbar gepumpt werden.
3) experimentelle Vorgehensweisen: Einleiten des Wasserkörpers nach oben durch einen Raum zwischen den Elektrodenplatten und den leitenden Platten in einem S- förmigen Weg. Einschalten der Stromquelle um einen Spannungswert einzusetzen um das elektrische Feld einzustellen. Das während der ersten fünf Minuten gesammelte behandelte Wasser wird nicht beachtet, da die Vorrichtung in einem Aufwärmstadium ist. Ziehen von Proben des behandelten Wassers, das in einem stationären Zustand erhalten wird.
4) Betriebsbedingungen: Intensität des elektrischen Feldes: 3 V/cm Druck: Normaldruck
Fließgeschwindigkeit: 455 cm³/min
Druck im inneren des Tanks: < 2 kg/cm²
Temperatur: 25ºC
5) Versuchsergebnisse: Der Wasserkörper ist in einem trüben Zustand und sein pH- Wert beträgt etwa 4-5. Der Wasserkörper wird in einen Behälter gegeben und für eine Weile stehen gelassen und es wird gefunden, dass der Wasserkörper sich nach oben und nach unten bewegt. Wenn zum Einstellen des pH-Wertes auf etwa 8,0 NaOH-Lösung verwendet wird, koagulieren die Verunreinigungen in dem Wasserkörper rasch in einer Minute zu einem Cluster und schwimmen auf die Wasseroberfläche und das Wasser darunter ist transparent und klar. Proben des klaren Wassers zur COD-Analyse werden entnommen und das Ergebnis zeigt, dass der COD-Wert weniger als 200 mg/l beträgt. Proben des klaren Wassers werden für eine Sichtanalyse entnommen und das Ergebnis zeigt, dass die Sicht größer als 30 cm beträgt. Wenn die Einstellung des pH-Wertes auf etwa 8,0 durchgeführt wird, wenn der Wasserkörper 30 Minuten lang stehen gelassen worden ist, sinken die Verunreinigungen.

Ausführungsform 2

Die vorliegende Erfindung zeigt die Wirkungen der elektrischen Intensität, der Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers, der Leitfähigkeit, des pH-Werts, der Temperatur und des Drucks, und des Materials und der Kombination der Elektroden- und leitenden Platten auf die Wasserbehandlung.

Formulierung des zu untersuchenden Wasserkörpers

1. Materialien:

1) superreines Wasser: superreines Wasser, das in der Halbleiterindustrie verwendet wird und eine Leitfähigkeit von weniger als 1 us/cm aufweist 2) Elektrolyt: NaCl, 99,9%
3) Ansäuerungsmittel: H&sub2;SO&sub4;, 99,9%
4) Basifizierendes Reagens: NaOH, 99,9%
5) Verunreinigungen A: Tinte bzw. Druckfarbe, Marke:
6) Verunreinigungen B: Nr. 36 Chrome Yellow Poster Colors, Marke: OSAMA
7) Verunreinigungen C: Siliziumpulver, das das Grundpulver von Halbleiterwafern ist und eine Partikelgröße von weniger als 1 um aufweist

2. Formulierungsverfahren:

1) Abmessen einer bestimmten Menge des reinen Wassers und Gießen des abgemessenen Wassers in einen sauberen Behälter;
2) Abmessen einer zweckmäßigen Menge an Verunreinigungen und Zugeben der Verunreinigungen zu dem Wasser;
3) Zugabe von H&sub2;SO&sub4; oder NaOH zu dem Wasser, um den pH-Wert einzustellen;
4) Zugabe von NaCl zu dem Wasser, um die Leitfähigkeit einzustellen;
5) Abfiltern des so erhaltenen Wassers mit Filterpapier Nr. 5; die Sicht des Filtrats beträgt weniger als 5 cm.

3. Der Indikator der Wassereigenschaften (Sicht):

Der Indikator, der die Menge an Verunreinigungen in dem Wasserkörper anzeigt, kann die Konzentration der Verunreinigungen, die Konzentration schwebender Feststoffe, die Trübheit, die Farbe, der chemische Sauerstoffbedarf (COD), der biochemische Sauerstoffbedarf (BOD), die Sicht usw. sein. Dieser Versuch benutzt die Sicht als Indikator für die Wassereigenschaften aufgrund der einfachen Vergleichsmöglichkeit und einfachen Beschreibung: Die Einheit beträgt cm. 4. Anzahl und Eigenschaften der zu behandelnden Wasserproben TABELLE 1 TABELLE 1 (Forts.)

Versuchsinstrumente

1. Grundinstrumente

1) Stromversorgung: Gleichstrom, 0~500 V für einstellbare Spannung, 30 Ampere für maximale Stromabgabe
2) Pumpe und Motor: 1 cm³~100 cm³ pro Minute für eine einstellbare Pumpmenge
3) Reaktionstankinstallation: Anordnen der Elektrodenplatten und der leitenden Platten auf parallele Weise, wobei die leitenden Platten zwischen den Elektrodenplatten in gleichem Abstand und parallel zum Boden angeordnet sind, die Anode der Stromversorgung mit der oberen Elektrodenplatte und die Kathode der Stromversorgung mit der unteren Elektrodenplatte verbunden ist (oder Verbinden der Anode mit der unteren Elektrodenplatte und der Kathode mit der unteren Elektrodenplatte), Einschließen des Tanks in einem isolierten geschlossenen Behälter, der so ausgestaltet ist, dass der Wasserkörper unter Ausbildung eines S-förmigen Fließweges nach oben fließt
4) Dimensionen der Elektrodenplatten und der leitenden Platten: 13 cm Länge, 3 cm Breite, 0,2 cm Dicke
5) Luftkompressor: Druck bis zu 110 kg/cm² 2. Reaktionstanktypen TABELLE 2
* Vergleichsbeispiel
Anmerkungen:
1) Azurit: 95% Cu, 5% Zn
2) Chalcopyrit: 70% Cu, 30% Zn
3) rostfrei: 74% Fe, 18% Cr, 8% Ni
4) Alferon: 82,25% Fe, 14,25% Cr, 3,5% A1
5) Chromel: 50% Fe, 30% Ni, 20% Cr
6) Abschnittsfläche des Fließweges des Reaktionstanks R0 : 1,5 cm²
7) Abschnittsfläche der Fließwege der anderen Reaktionstanks: 3 cm² Versuchsdaten und Ergebnisse 1. Versuche mit den Intensitäten des elektrischen Feldes TABELLE 3
Anmerkungen:
1) Wassertemperatur: 25ºC
2) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: F = 4,32 cm/sec
3) Wasserdruck < 2 kg/cm²
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungen der Proben unter einem elektrischen Feld, das Intensitäten im Bereich von 0,1 V/cm bis 1000 V/cm aufweist, zufriedenstellende Wirkungen erreicht. 2. Versuche mit den Fließgeschwindigkeiten des Wässerkörpers TABELLE 4
Anmerkungen:
1) Wassertemperatur: 25ºC
2) Intensität des elektrischen Feldes: 15 V/cm
3) Wasserdruck < 2 kg/cm²
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungen der Proben mit Fließgeschwindigkeiten im Bereich von 0 bis 3,8 m/sec zufriedenstellende Wirkung erreichen. 3. Versuche mit den Leitfähigkeiten des Wasserkörpers TABELLE 5
Anmerkungen:
1) Wassertemperatur: 25ºC
2) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: 4,32 cm/sec
3) Intensität des elektrischen Feldes: Versuche 19, 20 und 21 : 250 V/cm
Versuche 22, 23 und 24 : 15 V/cm
Versuche 25, 26 und 27 : 1 V/cm
4) Wasserdruck < 2 kg/cm²
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungen der Proben mit Leitfähigkeiten im Bereich von 0,98 us/cm bis 254 ms/cm zufriedenstellende Wirkungen erreichen.

4. Versuche mit den pH-Werten des Wasserkörpers

TABELLE 6

Anmerkungen:
1) Wassertemperatur: 25ºC
2) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: 4,32 cm/sec
3) Intensität des elektrischen Feldes: 15 V/cm
4) Wasserdruck < 2 kg/cm²
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungen der Proben mit pH-Werten im Bereich von 0 bis 14 zufriedenstellende Wirkungen erreichen.
5. Versuche mit den Temperaturen des Wasserkörpers TABELLE 7
Anmerkungen:
1) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: F = 4,32 cm/sec
2) Intensität des elektrischen Feldes: E = 15 V/cm
3) Wasserdruck < 2 kg/cm²
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungen der Proben mit Temperaturen im Bereich von 0ºC bis 100ºC zufriedenstellende Wirkungen erreichen. Mit anderen Worten, der Wasserkörper kann gut behandelt werden, solange er in einer flüssigen Phase ist.
6. Versuche mit Drücken auf den Wasserkörper TABELLE 8
Anmerkungen:
1) Wassertemperatur: 25ºC
2) Intensität des elektrischen Feldes: E = 15 V/cm
3) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: 6 cm/sec (Versuche 46, 47 und 48) die anderen (Versuche 49-54): 0 cm/sec
Aus den Versuchen 1-45, die unter normalem Wasserdruck stattfanden und der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungen der Proben mit Drücken im Bereich von Normalwert bis 50 kg/cm² zufriedenstellende Wirkung erreichen. Mit anderen Worten, der Wasserkörper kann gut behandelt werden, solange er in einer flüssigen Phase vorliegt.
7. Versuche bezüglich des Widerstands der Materialien, aus denen die Elektrodenplatten und die leitenden Platten gebildet sind A. Metallelemente: TABELLE 9
Anmerkungen:
1) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: F = 4,32 cm/sec
2) Intensität des elektrischen Feldes: E = 15 V/cm
3) Wasserdruck < 2 kg/cm²
4) Wassertemperatur: 25ºC
5) Versuchsschritt: A
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Verwendung von Elektrodenplatten und leitenden Platten, die aus Materialien hergestellt sind, die Widerstände im Bereich von 1, 59 uΩm bis 185 uΩm aufweisen, zufriedenstellende Wirkungen erreichen. B. Legierungen: TABELLE 10
Anmerkungen:
1) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: F = 4,32 cm/sec
2) Intensität des elektrischen Feldes: E = 15 V/cm
3) Wasserdruck < 2 kg/cm²
4) Wassertemperatur: 25ºC
5) Versuchsschritt: A
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungswirkungen auf den Wasserkörper immer noch zufriedenstellend sind, wenn die Elektrodenplatten und die leitenden Platten aus Legierungen hergestellt sind, die aus zwei oder mehr Metallen bestehen. C. Nichtmetallelemente: TABELLE 11
Anmerkungen:
1) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: F = 4,32 cm/sec
2) Intensität des elektrischen Feldes: E = 15 V/cm ·
3) Wasserdruck < 2 kg/cm²
4) Wassertemperatur: 25ºC
5) Versuchsschritt: A
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungswirkungen auf den Wasserkörper hervorragend sind, wenn die Elektrodenplatten und die leitenden Platten aus Nichtmetallelementen hergestellt sind. Besonders zu erwähnen ist die hervorragende Behandlungswirkung selbst wenn der Widerstand bis zu 1300 uΩm beträgt. D. Mischmaterial: TABELLE 12
Anmerkungen:
1) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: F = 4,32 cm/sec
2) Intensität des elektrischen Feldes: E = 15 V/cm
3) Wasserdruck < 2 kg/cm²
4) Wassertemperatur: 25ºC
5) Versuchsschritt: A
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Behandlungswirkungen auf den Wasserkörper noch zufriedenstellend sind, wenn die Elektrodenplatten und die leiten den Platten aus gemischten Materialien hergestellt sind, die aus zwei oder mehr Metallen bestehen.
8. Versuche mit mehreren Elektrodenplatten und mehreren leitenden Platten Die Erfinder errichteten einen Reaktionstank mit einer Mehrzahl an Elektrodenplatten, die abwechselnd positive und negative Ladungen trugen und bauten verschiedene Anzahlen von leitenden Platten zwischen Elektrodenplatten ein, um die Wirkung mehrerer Elektrodenplatten und mehrerer leitender Platten auf die Wasserbehandlung zu untersuchen. Die Versuchsergebnisse sind im folgenden zusammengefasst. TABELLE 13
Anmerkungen:
1) Wasserdruck F < 2 kg/cm²
2) Wassertemperatur: 25ºC
3) Fließgeschwindigkeit des Wasserkörpers: 4,32 cm/sec
Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass wenn verschiedene Wasserkörper behandelt werden, eine gute Wirkung der Wasserbehandlung erreicht werden kann, wenn die Intensität des elektrischen Feldes zweckmäßig gesteuert wird, indem zwei oder mehrere aufeinanderfolgende ausgerichtete Elektrodenplatten verwendet werden und 0 bis mehrere leitende Platten zwischen den beiden Elektroden installiert werden.

Ausführungsform 3

Die vorliegende Ausführungsform veranschaulicht die Behandlungen bei Färbereiabwasser (A) und (B) und Pulpe (C) und (D). Die Behandlungsbedingungen und die Eigenschaften des Wasserkörpers vor und nach der Behandlung sind in Tabelle 14 angegeben. TABELLE 14
Behandlungszeit des Wasserkörpers: 1 Minute
Behandlungsdruck: 200 cm H&sub2;O
Elektrode: rostfrei # 304
Fläche der leitenden Platten: 120 in²

Ausführungsform 4

Die vorliegende Ausführungsform demonstriert, dass das vorliegende Verfahren Strom sparen kann.
Die Funktion der elektrischen Energie, die in der vorliegenden Erfindung angewandt wird, umfasst:
1) Bereitstellen von Strom für die Druckpumpe zum Pumpen des Wasserkörpers und
2) Bereitstellen einer Vorspannung für Elektroden für die Induktion der Polarisation der Verunreinigungen.
Aufgrund der elektrischen Energie, die durch die Induktion der Polarisation der Verunreinigungen erforderlich ist, so dass eine beträchtliche Energiemenge während der Abwasserbehandlung gespart werden kann. Tabelle 15 zeigt den Status des Energieverbrauchs einer verwirklichten Vorrichtung, die in einem Restaurant installiert worden ist, das sich in der National Jiao-Tang University zur Behandlung von Küchenabwasser befindet.
In der Tabelle ist gezeigt, dass die elektrische Energie, die zur Behandlung von einer Tonne Abwasser verbraucht wird, weniger als 0,15 Grad beträgt, was ökonomischer ist als jedes bislang bekannte Verfahren. TABELLE 15
Anmerkungen:
Die Betriebsbedingungen sind wie folgt angegeben:
Spannung 170 V
Intensität des elektrischen Feldes: 8,5 V/cm
Elektrodenmaterial: mit Platin überzogene Titanplatte
Anzahl der leitenden Platten: 30
Fließweg: 18 m
Material für leitende Platten: Eisen.
pH-Wert Leitfähigkeit

Beispiel E 6,5 1,831 uS/cm

Beispiel F 6,8 1,419 uS/cm

Beispiel 6 6,4 1,350 uS/cm

Beispiel H 6,9 1,178 uS/cm

Sicht in unbehandeltem Wasser: < 6 cm (Beispiele E-H)
Sicht in behandeltem Wasser: > 30 cm (Beispiele E-H)

Ausführungsform 5

Die vorliegende Ausführungsform veranschaulicht das Ergebnis des Betriebs der vorliegenden Vorrichtung, die von Jin-Lun Automobile Industry Co., Ltd. verwendet wird.
Die Jin-Lun Automobile Industry Co., Ltd. ist eine mechanische Produkte verarbeitende Industrie. Das in der Fabrik erzeugte Abwasser ist ein Mischabwasser, das Dieselöl, Dressingöl, Antirostöl, Eisenionen und Küchenabwasser enthält. Die Eigenschaften von unbehandeltem Wasser oder von erfindungsgemäß behandeltem Wasser sind in der Tabelle 16 angegeben (Behandlungszeit: 1 Minute). TABELLE 16
Anmerkungen:
1. Die Betriebsbedingungen sind wie folgt angegeben:
Spannung: 170 V
Intensität des elektrischen Feldes: 8,5 V/cm
Elektrodenmaterial: mit Platin überzogene Titanplatte
Anzahl der leitenden Platten: 30
Fließweg: 18 m
Material für leitende Platten: Eisen
Behandlungskapazität: 2 m³/h.
pH-Wert Leitfähigkeit
Beispiel I 6,8 804 uS/cm
Beispiel J 6,6 766 uS/cm
2. Die Proben nehmende und untersuchende Organisation ist eine von der Umweltschutzbehörde der ROC anerkannte Untersuchungsgesellschaft.
Die Daten in Tabelle 16 zeigen, dass die vorliegende Vorrichtung in kurzer Zeit mehr als 99% der Verunreinigungen aus dem Abwasser entfernt. Darüber hinaus kann der Wasserkörper direkt behandelt werden, der einen COD-Wert von bis zu mehr als 80.000 aufweist und dessen suspendierter Feststoffgehalt bis zu 30.000 beträgt. Diese Ergebnisse können mittels des Standes der Technik nicht erreicht werden.
Nach einer Langzeituntersuchung beträgt der durchschnittliche Verbrauch an elektrischer Energie zur Behandlung von Abwasser in dieser Gesellschaft 01,2 kwh/Tonne Abwasser. Der spezifische Energieverbrauch (Es) kann nach der folgenden Gleichung berechnet werden:
Es = Einspeisung an elektrischer Energie/COD-Entternungsmenge = (0,2 kwh/Tonne)/((85300-29,71)mg/l) = (0,2 kwh · 10&supmin;³)/(85270,3 mg/l · 10&supmin;&sup6; kg/mg) = 0,023 kwh/kg-COD
Der spezifische Energieverbrauch gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 1% bis 0,1% derjenigen der kontinuierlichen Verfahren zum Aufschwimmen und Entfernen elektrolysierter Kolloide, die von den zuvor genannten Professoren Lee und Yan vorgeschlagen werden.
Darüber hinaus tritt in dem S-förmigen Fließweg nach langer Benutzungszeit eine geringe Ablagerung von Verschmutzungen ein, was dadurch nachgewiesen werden kann, dass die Abschnittsfläche des S-förmigen Fließweges vor der Verwendung 30 cm · 1 cm beträgt und nach einer Verwendung von mehr als einem Jahr immer noch 30 cm · 1 cm beträgt.
Darüber hinaus ist keine merkliche Beschädigung von Elektroden- oder dielektrischen Platten beobachtet worden. Die Dicke der Platten beträgt vor der Verwendung 10 m/m und bleibt nach mehr als einjähriger Verwendung unverändert.

Ausführungsform 6

Die Ergebnisse, die bei der Anwendung verschiedener elektrischer Felder auf Verunreinigungen durch Anlegen verschiedener Vorspannungen zwischen zwei Elektroden erhalten werden, sind in Tabelle 17 angegeben. Aus Tabelle 17 geht hervor, dass wenn die Intensität des elektrischen Feldes auf 0,5 mV/cm gesenkt wird, der Prozentsatz an COD-Entfernung auf weniger als 5% sinkt und nicht mehr praktikabel ist. TABELLE 17
Anmerkungen:
1. Intensität des elektrischen Feldes = Vorspannung/Abstand zwischen den Elektroden
2. Abstand zwischen den Elektroden: 20 cm
3. Anzahl der leitenden Platten: 30
4. Fließweg: 600 cm
5. Fließgeschwindigkeit: 10 cm/min
6. pH-Wert: 7,66
7. COD von unbehandeltem Wasser: 2560 mg/l
8. Leitfähigkeit: 175 · 10³ us/cm
9. Abwasserquelle:
10. Material, aus dem die Elektrodenplatten gebildet sind: mit Platin überzogene Titanplatten
11. Material, aus dem die leitenden Platten gebildet sind: Eisen

Ausführungsform 7

Die vorliegende Ausführungsform konzentriert sich auf die Untersuchung der Wirkung der Fließgeschwindigkeiten auf die Behandlungsergebnisse. Aus Tabelle 18 geht hervor, dass der Prozentsatz an Entfernung durch COD bis zu 37,69% beträgt, selbst wenn die Fließgeschwindigkeit 3,89 m/sec beträgt. Aus den Tabellen 4 und 5 wird daher geschlossen, dass zufriedenstellende Ergebnisse bei Bedingungen von 10 cm/min bis 3,89 m/sec Fließgeschwindigkeit erhalten werden können. TABELLE 18
Anmerkungen:
1. Fließgeschwindigkeit = behandelte Wassermenge (m³)/Bereichsfläche des S-förmigen Fließwegs
2. Abstand zwischen den Elektroden: 20 cm
3. Anzahl der leitenden Platten: 30
4. Fließweg: 1800 cm
5. Intensität des elektrischen Feldes: 8,5 V/cm
6. pH-Wert: 6,2
7. COD von unbehandeltem Wasser: 650 mg/l
8. Leitfähigkeit: 1935 us/cm
9. Abwasserquelle: Restaurant der Jiao-Tong University
10. Material, das die Elektrodenplatten bildet: mit Platin überzogene Titanplatten
11. Material, aus dem die leitenden Platten gebildet sind: Eisen

Ausführungsform 8

Die vorliegende Ausführungsform zeigt die Wirkung der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung zur Entfernung von coliform bacillus. TABELLE 19
Anmerkungen:
Die Betriebsbedingungen sind wie folgt angegeben:
Spannung: 170 V
Intensität des elektrischen Feldes: 8,5 V/cm
Elektrodenmaterial: mit Platin überzogene Titanplatte
Anzahl der leitenden Platten: 30 (Material: Eisen)
Fließweg: 18 m
pH-Wert: 6,7
Leitfähigkeit: 780 us/cm
Behandlungskapazität: 2 m³/h.

Ausführungsform 9

Die vorliegende Ausführungsform betrifft die Wirkung der vorliegenden Erfindung auf die Reduktion des BOD in dem Wasserkörper. Es wird auf Tabelle 20 Bezug genommen.
Da das Fett, coliform bacillus und andere Organismen in Wasser ihren eigenen BOD aufweisen, wird der BOD in Wasser reduziert, nachdem das Fett, coliform bacillus und andere Organismen entfernt worden sind. TABELLE 20
Anmerkungen:
Die Betriebsbedingungen sind wie folgt angegeben:
Spannung: 170 V
Intensität des elektrischen Feldes: 8,5 V/cm
Anzahl der leitenden Platten: 30 (Material: Eisen)
Fließweg: 18 m
pH-Wert: 7,0
Leitfähigkeit: 560 us/cm
Behandlungskapazität: 2 m³/h.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers unter Verwendung eines im wesentlichen verschlossenen Reaktionstanks, wobei der Reaktionstank obere und untere Teile, an denen ein Wasserauslass und ein Wassereinlass entsprechend angeordnet sind, und einen Innenraum, der mit drei oder mehr leitenden Platten versehen ist, die im wesentlichen parallel zum Tankboden und im wesentlichen parallel zueinander sind, umfasst, um einen im wesentlichen geschlossenen S-förmigen Fließweg in dem Tank bereitzustellen, wobei die leitenden Platten aus einem leitenden Material hergestellt sind, das einen Widerstand im Bereich von 1,59 uΩcm bis 1300 uΩcm aufweist und wobei jedes Paar der leitenden Platten entsprechend mit einer positiven und einer negativen Stromquelle elektrisch verbunden ist, um als eine Anöde und eine Kathode zu dienen und in dem Reaktionstank in einer Weise angeordnet ist, dass Anode und Kathode abwechselnd angeordnet sind und mindestens eine leitende Platte, die nicht mit der Stromquelle verbunden ist, dazwischen angeordnet ist, wobei das zu behandelnde Wasser von dem Wassereinlass in den Reaktionstank eingeleitet wird, aufwärts durch den S-förmigen Fließweg fließt und dann aus dem Reaktionstank durch den Wasserauslass abgegeben wird, und wobei eine Spannung an die Kathode und die Anode angelegt ist, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das während des Fließens des Wasserkörpers in dem Fließweg eine Intensität im Bereich von 0,5 mV/cm bis 1000 V/cm aufweist, wodurch Verunreinigungen in dem Wasserkörper polarisiert und koaguliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die koagulierten Verunreinigungen aus dem Wasser abgetrennt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die koagulierten Verunreinigungen mittels eines Schwimmstoffentferners entfernt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert des Wasserkörpers unmittelbar eingestellt wird, nachdem der Wasserkörper aus dem Reaktionstank herausfließt, wodurch die koagulierenden Verunreinigungen nach oben getrieben werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitenden Platten aus demselben oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine identische oder eine verschiedene Anzahl leitender Platten, die mit der Stromquelle nicht verbunden sind, zwischen jedem Paar der Anoden- und Kathodenplatten angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fließrate des Wasserkörpers in dem S-förmigen Fließweg im Bereich von 0,1 m/sec bis 3,89 m/sec liegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Feldintensität im Bereich von 0,1 V/cm bis 1000 V/cm liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polaritäten der Elektroden pro 1-60 Minuten gewechselt werden, so dass zwei Oberflächen der leitenden Platten gleichmäßig arbeiten.

10. Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers, umfassend einen im wesentlichen geschlossenen Reaktionstank, an dessen oberen und unteren Teil respektive ein Wasserauslass und respektive ein Wassereinlass angeordnet sind, und in dessen Innenraum drei oder mehr leitende Platten im wesentlichen parallel zu dem Tankboden und im wesentlichen parallel zueinander stehen, um in dem Reaktionstank nach oben einen im wesentlichen geschlossenen S- förmigen Fließweg zu bilden, wobei die leitenden Platten aus einem leitenden Material hergestellt sind, das einen Widerstand im Bereich von 1,59 uΩcm bis 1300 uΩcm aufweist und wobei jedes Paar der leitenden Platten entsprechend elektrisch verbunden ist mit einer positiven und einer negativen Stromquelle, um als eine Anode und eine Kathode zu dienen und in dem Reaktionstank in einer Weise angeordnet ist, dass Anode und Kathode abwechselnd angeordnet sind und dass mindestens eine leitende Platte, die nicht mit der Stromquelle verbunden ist, dazwischen angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die leitenden Platten, die in dem Reaktionstank installiert sind, aus demselben oder unterschiedlichem Material hergestellt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine identische oder eine verschiedene Anzahl leitender Platten, die nicht mit der Stromversorgung verbunden sind, zwischen jedem Paar der Anoden- und Kathodenplatten angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei mindestens eine Schiene auf der inneren Oberfläche des Reaktionstankes angebracht ist, die mindestens eine der leitenden Platten gleitbar aufnimmt und sichert.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei eine Druckpumpe an dem Wassereinlass des Reaktionstanks installiert ist und ein Fließkontrollventil an dem Wasserauslass installiert ist.

15. System zur kontinuierlichen Behandlung eines Wasserkörpers, umfassend:

- eine Vorbehandlungsvorrichtung zum Einstellen des pH-Wertes und der Leitfähigkeit eines zu behandelnden Wasserkörpers und für die Zugabe eines Katalysators zu einem zu behandelnden Wasserkörper, um die Wirksamkeit der elektrochemischen Behandlung zu verbessern;

- eine elektrochemische Vorrichtung, die mit der Vorbehandlungsvorrichtung verbunden ist, um die Koagulation von Verunreinigungen in dem Wasserkörper zu erleichtern und den Verunreinigungen-Energie zuzuführen, um die Verunreinigungen auf einfache Weise von dem Wasserkörper abzuscheiden;

- eine Nachbehandlungsvorrichtung, die mit der elektrochemischen Vorrichtung zum Einstellen des pH- Wertes des elektrochemisch behandelten Wasserkörpers verbunden ist und zum Zugeben eines Koagulationsmittels und Stabilisators zu der elektrochemischen Vorrichtung, falls notwendig;

- einen Schwimmstoffentferner, der mit der Nachbehandlungsvorrichtung zum Abscheiden der Verunreinigungen aus Wasser verbunden ist;

wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass die elektrochemische Vorrichtung einen im wesentlichen geschlossenen Reaktionstank umfasst, wobei an einen oberen und einem unteren Teil des Reaktionstankes ein Wasserauslass respektive ein Wassereinlass angeordnet sind und in einem Innenraum des Reaktionstankes drei oder mehr leitende Platten im wesentlichen parallel zu dem Tankboden und im wesentlichen parallel zueinander stehen, um einen im wesentlichen geschlossenen S-förmigen aufwärts gerichteten Fließweg im Reaktionstank zu bilden und wobei die leitenden Platten aus einem leitenden Material hergestellt sind, das einen Widerstand im Bereich von 1,5942 uΩcm bis 130042 uΩcm aufweist und jedes Paar der leitenden Platten respektive mit einer positiven und einer negativen Stromquelle elektrisch verbunden ist, um als eine Anode und eine Kathode zu dienen und in dem Reaktionstank auf eine Weise angeordnet ist, dass Anode und Kathode abwechselnd angeordnet sind und mindestens eine leitende Platte, die nicht mit der Stromquelle verbunden ist, dazwischen angeordnet ist.