公开(公告)日2015.07.22
IPC分类号C02F1/463
摘要
本发明涉及一种用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其包括为电凝聚系统供电的DC电源，所述电凝聚系统在一系列阳极和阴极配对之间形成流入液的蛇形流，此流入液离开时紧接着被转移到溶解水模块中，所述溶解水模块也利用DC电源在阳极和阴极配对之间产生氢气泡和氧气泡，阳极和阴极配对允许并引导流入液排出到包含过滤介质的第二室中，本发明的实施方案可配置为能够单独操作或结合工作的一个或多个模块，或被改装到现有系统、槽、水道或其它容器中;且模块系统可临时制造并且在使用后移除，其中模块系统的使用可实现低成本的升级，因为它们可整合在现有系统内;可使改装的系统能够以可行的方式广泛用于处在远程位置的更多不同最终用户。
权利要求书
1.一种用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其包括首先为电凝聚系统供电的 DC电源，所述电凝聚系统在一系列阳极和阴极配对之间形成流入液的蛇形流，此流入液 离开时紧接着被转移到溶解水模块中，所述溶解水模块也利用DC电源在阳极和阴极配 对之间产生氢气泡和氧气泡，阳极和阴极配对允许并引导流入液排出到与其连接的第二 室中，所述第二室内具有过滤介质。
2.根据权利要求1所述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其特征在于：所 述电凝聚系统的阳极和阴极配对为夹在端盖之间的一个或多个隔离开的阳极和阴极配 对，所述端盖允许流体进入或离开。
3.根据权利要求2所述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其特征在于： 将其设置成使流入液在离开进入下一系列的电极配对之前或在离开所述电凝聚系统之 前定向流过所述电极表面，即指配对的阴阳极的表面。
4.根据权利要求3所述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其特征在于：所 述阳极和阴极配对，由一组或多组电极组成，所述电极为表面涂布有涂层的金属或有机 材料。
5.根据权利要求4所述用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其特征在于：所 述阳极和阴极配对包括至少一个不带电的中性电极，所述中性电极与所述阳极和阴极电 极电隔离，所述中性电极位于所述阳极和阴极电极配对之间。
6.根据权利要求2～5任一所述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其特征在 于：阳极和阴极配对两极之间间隔0.062至10英寸放置，并在每个阳极和阴极配对上 配置0.1至300V的外施电压
7.根据权利要求1所述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，容纳阳极和阴极 配对的所述溶解水模块的容器配置成可以从所述流入流体中产生由氢气和氧气组成的 微米气泡。
8.根据权利要求4所述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其特征在于： 所述阳极和阴极电极配对由丝网或穿孔板构成，以形成限制流入流体流动排出的电极栅 格。
9.如权利要求8所述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其特征在于：所 述的阳极和阴极配对引导流入液流入包含过滤介质的位于所述溶解水模块容器内下部、 并连接的第二室中。
10.一种与权利要求9所述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统所述的溶解水 模块容器邻接并开口的污染物收集室，其接收并沉积通过耙动系统从所述流入液的表面 撇去的污染物。
11.根据权利要求10所述的污染物收集室，其设有用于垂直升高的管路的容器， 所述垂直升高的管路用于将流入液从一个溶解水模块容器转移到下一个溶解水模块容 器。
12.根据权利要求11所述的污染物收集室，用于流入液转移的入口位于过滤介质 室之下并且连接至过滤介质室，其中所述管路的出口连接至下一个模块容器，其中所述 出口位于阳极和阴极配对之上;所述出口的升高的管路高度控制前一模块容器内的流体 液位和停留时间;其设有位于所述收集室容器下部区段内的阀，以用于去除所收集的总 溶解固体污染物。
13.一种包括如权利要求1～9任一所述的系统以及如权利要求9～12任一所述的收 集室的废水处理系统，以流入液连接的一系列可重复增加的电凝聚单元和溶解水模块容 器可用于从废水或产出流体中减少或去除总溶解固体或总悬浮固体。
14.一种DC电力供电的最终溶解水模块容器，其包括阳极和阴极配对、包含过滤 介质的第二室以及容纳一系列多孔电极配对的第三室，所述一系列多孔电极配对配置成 允许形成用于接收流出流体流的一系列蛇形内部通路。
15.如权利要求14所述的系统DC电力供电的最终溶解水模块容器，其特征在于： 其可吸附位于流出流体内的总溶解固体离子，其中所述离子可被收集并储存在所述一系 列多孔电极内。
16.如权利要求14所述的系统DC电力供电的最终溶解水模块容器，其特征在于： 可通过降低或反向外施DC电压来从所述多孔电极中去除所述离子。
17.如权利要求14所述的系统DC电力供电的最终溶解水模块容器，其特征在于： 所述离子可从所述多孔电极中收集作为流体盐水，所述流体盐水被处置在附接至所述溶 解水模块容器的所连接的污染物收集室内。
18.根据权利要求14所述的DC电力供电的最终溶解水模块容器，所述离子收集系 统不应局限于一个模块，其中具有第二和第三室的一系列可重复增加的溶解水模块可用 于从流出流体中清洁并收集离子。
说明书
用于减少工业废水中的总溶解固体的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种废水处理的系统，并且更具体地，涉及用于从将用于再循环或释放 回到环境中的废水流中提取有机和无机总溶解固体的系统。
背景技术
价格实惠的清洁水日益变成全世界所面临的一个紧迫技术问题，到2025年为止， 据估计每三个人中有两人将生活在缺水地区。随着世界人口的增长，对于需要用水来生 产的制品的需求也在增长，其中预计用于工业应用的水不久就将会超过人类需求。目前 在一些地区，正经历着干旱所造成的巨大短缺，其中对于这一宝贵资源的浪费现在处于 管制之下，并且还对工业部门施加了压力来处理和再循环他们的废水。
随着美国安全在2001年饮用水法案的通过，总有机化合物(TOC)分析已经成为一 个评估水中污染物的快速而准确的方案，以替代经典的但漫长的生物需氧量(BOD)和 化学需氧量(COD)测试。
工业产出水通常含有高浓度的总溶解固体(TDS)，其成分由烃、铁、硫化物、硫酸 盐、钙、镁、钠、氯化物以及碳酸氢盐污染物组成。高TDS可能是再循环处理过程中最 大且最麻烦的难题，主要是由于溶解在给定体积水中的带电荷的移动离子，其中TDS可 与净化后所收到水的水纯度或水质直接相关。简单地说，可将TDS视作除纯H2O分子之外 存在于水中的任何物质。
由于工业废水可接触到多种化学混合物或经过多种处理，这在水的再循环适用性方 面造成了难题。影响处理的一个因素是化学不平衡的消除和校正。
举例而言，来自地下井地层的油井采出水当在提取阶段期间返回至地表时，通常含 有烃、地层特有的化学品(盐、矿物质)以及为了增强提取过程所可能添加的其它成分。 采出水的物理特性和化学特性可能根据地理位置、地质结构以及所提取烃产物的类型而 显著变化。高TDS水平不仅对再循环方法带来挑战，而且高TDS可能会使所提取的终产 物变酸。
由于关于废水处理正在建立新的法规与制度，现在对最终用户施加了更多的管制， 从而在可能时实施提供优选再循环方法的新技术。
虽然目前有多种技术被用于工业废水处理，但多数这些系统存在各种成本高和不可 移动的问题。例如，用新的改进技术替换老的不足的水处理系统可能是极度昂贵的，并 且另外，因为许多水处理应用位于遥远的位置，所以并非总是经济的或可行的。通过本 发明，这些和其它难题将至少部分得到解决。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中的不足，提供一种用于减少工业废水中的总溶 解固体的系统。
实现本发明目的的技术方案是：
一种用于减少工业废水中总溶解固体的系统，其包括首先为电凝聚系统供电的DC 电源，所述电凝聚系统在一系列阳极和阴极配对之间形成流入液的蛇形流，此流入液离 开时紧接着被转移到溶解水模块中，所述溶解水模块也利用DC电源在阳极和阴极配对 之间产生氢气泡和氧气泡，阳极和阴极配对允许并引导流入液排出到与其连接的第二室 中，所述第二室内具有过滤介质。
上述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，所述电凝聚系统的阳极和阴极配对 为夹在端盖之间的一个或多个隔离开的阳极和阴极配对，所述端盖允许流体进入或离 开。
上述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，将其设置成使流入液在离开进入下 一系列的电极配对之前或在离开所述电凝聚系统之前定向流过所述电极表面，即指配对 的阴阳极的表面。
上述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，所述阳极和阴极配对，由一组或多 组电极组成，所述电极为表面涂布有涂层的金属或有机材料。
上述用于减少工业废水中总溶解固体的系统，所述阳极和阴极配对包括至少一个不 带电的中性电极，所述中性电极与所述阳极和阴极电极电隔离，所述中性电极位于所述 阳极和阴极电极配对之间。
上述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统阳极和阴极配对两极之间间隔0.062 至10英寸放置，并在每个阳极和阴极配对上配置0.1至300V的外施电压
上述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，容纳阳极和阴极配对的所述溶解水 模块的容器配置成可以从所述流入流体中产生由氢气和氧气组成的微米气泡。
上述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，所述阳极和阴极电极配对由丝网或 穿孔板构成，以形成限制流入流体流动排出的电极栅格。
上述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统，所述的阳极和阴极配对引导流入液 流入包含过滤介质的位于所述溶解水模块容器内下部、并连接的第二室中。
一种与上述的用于减少工业废水中总溶解固体的系统所述的溶解水模块容器邻接 并开口的污染物收集室，其接收并沉积通过耙动系统从所述流入液的表面撇去的污染 物。
上述的污染物收集室，其设有用于垂直升高的管路的容器，所述垂直升高的管路用 于将流入液从一个溶解水模块容器转移到下一个溶解水模块容器。
上述的污染物收集室，用于流入液转移的入口位于过滤介质室之下并且连接至过滤 介质室，其中所述管路的出口连接至下一个模块容器，其中所述出口位于阳极和阴极配 对之上;所述出口的升高的管路高度控制前一模块容器内的流体液位和停留时间;其设 有位于所述收集室容器下部区段内的阀，以用于去除所收集的总溶解固体污染物。
一种包括如上述的系统以及如上述的收集室的废水处理系统，以流入液连接的一系 列可重复增加的电凝聚单元和溶解水模块容器可用于从废水或产出流体中减少或去除 总溶解固体或总悬浮固体。
一种DC电力供电的最终溶解水模块容器，其包括阳极和阴极配对、包含过滤介质 的第二室以及容纳一系列多孔电极配对的第三室，所述一系列多孔电极配对配置成允许 形成用于接收流出流体流的一系列蛇形内部通路。
上述的系统DC电力供电的最终溶解水模块容器，其可吸附位于流出流体内的总溶 解固体离子，其中所述离子可被收集并储存在所述一系列多孔电极内。
上述的系统DC电力供电的最终溶解水模块容器，可通过降低或反向外施DC电压来 从所述多孔电极中去除所述离子。
上述的系统DC电力供电的最终溶解水模块容器，所述离子可从所述多孔电极中收 集作为流体盐水，所述流体盐水被处置在附接至所述溶解水模块容器的所连接的污染物 收集室内。
上述的DC电力供电的最终溶解水模块容器，所述离子收集系统不应局限于一个模 块，其中具有第二和第三室的一系列可重复增加的溶解水模块可用于从流出流体中清洁 并收集离子。
鉴于现有技术中一些难题，将多个系统相组合来提供在处理工业废水中常见有机或 无机物质的过程中所利用的技术模块，其中TDS污染物包括不同类型的双极性分子化合 物。可通过向废水流施加电流而使这些分子化合物的键解离，其中联合工作的若干不同 的技术系统可提供一个主要核心过程。
本发明的实施方案可配置为能够单独操作或结合工作的一个或多个模块，或被改装 到现有系统、槽、水道或其它容器中。另外，这些模块系统可临时制造并且在使用后移 除，其中模块系统的使用可实现低成本的升级，因为它们可整合在现有系统内。可使改 装的系统能够以可行的方式广泛用于处在远程位置的更多不同最终用户。
本发明包含与一系列溶解水浮选(DWF)模块联合工作的一个或多个电凝聚(EC)系 统，所述溶解水浮选模块结合了具有有机或无机物吸附能力的已知介质床。这些介质床 位于配对的阴阳极下方，其中迫使进入的流入液先通过所述配对再进入介质床并且再转 移到下一个DWF模块中。一旦流入液经过了包含吸附介质的最后一个DWF模块，它就接 着被引导而转移到装备有一系列活性碳电极配置的DWF模块中以允许电容去离子化 (CDI)，这是一种在用于流体抛光的最终阶段中使用的技术。
在一些方面，使用了一组或多组电极，例如阳极和阴极配对，但是以不同配置和间 隔来使用。当被供电时，所述阳极和/或阴极可使废水流内的TDS双极性分子结构发生 电共凝聚。同时，溶解水浮选过程的阳极和/或阴极用来产生由氢气泡和氧气泡组成的 微米气泡。随着这些微米气泡在废水流内上升，它们还附着由有机物和解离的分子成分 组成的TDS絮凝物并将其提升到表面上以供收集。
位于每个DWF模块之间的是污染物收集槽，在所述污染物收集槽中耙动系统撇过表 面并且沉积所收集的污染物以供储存。然后可将所收集的污染物从收集槽中排出并且在 环境批准的管理器中进行处置。
在已经使流入液暴露于溶解水浮选过程之后，接着迫使它穿过已知具有化学品和金 属吸附能力的介质床，这辅助TDS去除过程。这些介质床可由活性碳、粘土、沙子、岩 石、pH平衡介质或任何其它已知的在再循环处理过程中特定靶向某些类型的水污染物所 需的吸附剂组成。一系列单独的溶解水浮选模块可包含不同类型的介质以允许特定靶向 废水流内所包含的已知污染物。这种介质方法为处理过程提供了更大的灵活性和更高的 效率。
一旦流入液通过装备有过滤介质的最终DWF模块，就接着将它转移到最终电容去离 子化(CDI)模块中，所述最终电容去离子化模块处理任何剩余的具有电值的TDS溶质， 其中通过在两个多孔(经常是碳)电极之间施加通常为约0.8至1.5伏的电场而从废水 流中吸附所述TDS溶质。处于电影响下的相反离子被收集并储存在多孔电极内并且一旦 已经达到电极的离子吸附能力，就可将外施电压减小到零或反向，其中只有小的浓盐水 产物流被释放。可估计此浓盐水占总进入流的25%。
本发明的这些和其它特征和优点可包括在本发明的某些实施方案中并且根据以下 说明和所附权利要求将变得更加显明，或者可通过如下文所述在本发明的实践中来获 知。本发明不要求本文所述的所有有利特征和所有优点都包括在本发明的每一个实施方 案中。
除非另外定义，否则在此所使用的所有技术术语均具有与本发明的实施方案所属领 域的普通技术人员通常所理解的相同的含义
本发明具有积极的效果：(1)本发明的实施方案可配置为能够单独操作或结合工 作的一个或多个模块，或被改装到现有系统、槽、水道或其它容器中;(2)本发明模 块系统可临时制造并且在使用后移除，其中模块系统的使用可实现低成本的升级，因为 它们可整合在现有系统内;(3)改装以后具备可移动性，可使改装的系统能够以可行 的方式广泛用于处在远程位置的更多不同类型最终用户。
(4)不使用化学试剂，不会造成二次污染。
(5)即时起效，不需要很长的处理时间，可以有效节约处理时间。
(6)可以灵活增加或者减少模块数量，以适应不同标准的水处理需求。
(7)不需要储水罐或者沉淀池等设施配套，可以有效节约占地空间。
(8)耗能较低，能效比较高。
(9)用途广泛，不仅适用于工业废水处理，也可以处理多种类型的废水，并且能 与其他类型的水处理装置串联使用。
