連續流電絮凝水處理系統的製作方法
2023-05-10 10:54:26 1
人口增長以及世界經濟產業化意味著對使用乾淨淡水的需求在增加，但是由於許多淡水水源不斷被汙染，因此供應量在減少。在嘗試克服這個問題的過程中，已經認識到，許多汙染相當嚴重的水源需要經過淨化，然後才可以將水排放到環境或再使用。由於水量巨大並且其汙染負擔重，除了受汙染程度最輕的水源之外，過濾器並不適合於所有水源。投藥與大型沉澱池是用於較小水量的一種可能方法，其中大小合理的池是可接受的，用於將水儲存幾天。投藥會使水的鹽度增加，而許多地下水位的鹽度已經是個大問題。使用溶解空氣浮選(DAF)系統是另一種可能方法，但是它們的成本高並且需要化學藥劑。電解水處理系統可以處理大量的水，又不會具有其他兩種系統的缺點。
作為電解水處理技術的一種，電絮凝涉及兩個電極之間的電流傳遞，其中至少一個電極是金屬，它在用作陽極時會釋放出絮凝離子，Al+++或Fe+++。這些金屬離子附到水中的汙染物上，使其絮凝。陰極反應包括生成H2微氣泡。如果系統恰當地布置，那麼這些微氣泡會捕獲絮凝微粒並且使其浮到表面上，從表面上可以輕易地將所述絮凝微粒去除。
這個方法已經成功地用於密閉容器中靜置的少量的水。在這種技術中，將水抽到容器中，對水進行處理，使水可以靜置，同時剩餘汙染物和氣泡浮到表面上，之後將水抽出。這不適合於大量的水，因為要花很多時間來將水抽到容器中並將它再次抽出。隨著水量增大，將水抽進和抽出大型容器所花的時間使得所述方法不是那麼可行。
在許多情形中，希望每天處理大量的水。已經開發出一些基於電解的水處理系統，所述系統可以向每天數百萬升的水投放金屬離子。這些系統中的大多數系統涉及使用過濾器來在汙染物已經與金屬離子發生反應之後將汙染物去除。如果水受到重度汙染或者含有可能會使過濾器堵塞的油之類的物質，那麼這樣會引起嚴重的問題。一些系統涉及到使用具有板的開放容器，使得水流過並且絮凝。然而，在此，目標是使汙染物絮凝，而汙染物的去除仍要使用過濾器或沉澱槽來進行。又其他系統使用密閉容器，使水中的絮凝微粒和氣泡經過所述容器以達到分離相(過濾或沉澱)。只要涉及到操作效率，這些系統都具有許多缺點。
在一種系統中可以克服這些問題，所述系統使得水能夠連續地流動，同時汙染物浮到表面上並且被去除。本申請中描述的設備的目標是說明一種機構，通過這種機構，電解過程生成的氣泡可以直接用於捕獲由Al和/或Fe金屬離子絮凝的汙染物微粒、使其浮到表面上，所述汙染物微粒停留在表面上，從而在不需要任何額外的起泡或絮凝物捕獲化學藥劑的情況下將其去除，或者使用過濾器將其去除。應注意，這個過程的規模是可縮放的，並且相同的準則可適用於小型和大型的系統。
技術實現要素：
根據本發明的第一方面，提供一種用於從水中去除汙染物的設備，所述設備包括：
容器，所述容器具有供水流入所述容器中的進水口以及供水流出所述容器的出水口；
多個電極以及恆流電源，所述恆流電源經布置以向所述多個電極施加電位以生成用於從水中去除汙染物的絮凝金屬離子；
控制器，所述控制器經布置以監視並控制所述恆流電源，所述控制器經進一步布置以在施加所述電位時調整水經由所述進水口流入的速率以匹配通過水傳遞的電流，以便向正處理的水提供預定的電荷劑量。
一個實施例包括接收來自所述容器的水的具有另一進水口的另一容器，所述另一容器具有至少其他多個電極以及另一恆流電源，所述恆流電源經布置以向所述其他多個電極施加另一電位，其中所述控制器經布置以確定所述恆流電源和所述另一恆流電源中的一者何時無法提供預設電流並且作為響應使所述恆流電源或所述另一恆流電源中的所述一者的電流的百分數減少與另一者匹配，並且調整水經由所述進水口流入的速率，以便向正處理的水提供預定的電荷劑量。
在一個實施例中，所述控制器經布置以監視傳遞通過所述多個電極以及所述其他多個電極的電流以及水流經所述容器的速率並且調整傳遞通過所述多個電極以及其他多個電極的電流，使得所述多個電極以及所述其他多個電極中的每一者向一定體積的水遞送的電荷劑量是相同的。
在一個實施例中，所述多個電極包括包含鐵的陽極，並且所述其他多個電極包括包含鋁的陽極。
在一個實施例中，來自所述另一容器的水被另外的容器接收，所述另外的容器具有經配置以具有可調高度的出口。
一個實施例經布置以調整水經由所述進水口流入的速率，使得具有至少一些所述絮凝金屬離子以及至少一些所述汙染物的絮凝物中的大部分聚集在表面上以待隨後去除。
在一個實施例中，所述恆流電源是受控的恆流電源。
在一個實施例中，所述控制器經布置以使由所述多個電極提供的電荷密度小於300安培/平方米。
在一個實施例中，所述控制器經布置以使由所述多個電極提供的電荷密度小於1000安培/平方米。
在一個實施例中，所述容器包括大體上敞頂的容器。
根據本發明的第二方面，提供一種用於從水中去除汙染物的方法，所述方法包括以下步驟：
使水流經容器；
通過恆流電源向所述容器中的多個電極施加電位來生成用於從水中去除汙染物的絮凝金屬離子；
監視並控制所述恆流電源；
在施加所述電位時調整水經由進水口流入的速率以匹配通過水傳遞的電流，以便向正處理的水提供預定的電荷劑量。
一個實施例包括使水流經具有另一恆流電源的另一容器，所述另一恆流電源向所述另一容器中的至少其他多個電極施加另一電位，所述控制器確定何時無法向所述多個電極以及其他多個電極中的一者提供預定電流並且作為響應使所述恆流電源或所述另一恆流電源中的所述一者的電流的百分數減少與另一者匹配，並且調整水經由所述進水口流入的速率，以便向正處理的水提供預定的電荷劑量。
一個實施例包括以下步驟：監視傳遞通過所述多個電極以及所述其他多個電極的電流以及水流經所述容器的速率並且調整傳遞通過所述多個電極以及其他多個電極的電流，使得所述多個電極以及所述其他多個電極中的每一者向一定體積的水遞送的電荷劑量是相同的。
一個實施例包括以下步驟：由另外的容器接收來自所述另一容器的水並且調整所述另外的容器的出口的高度。
在一個實施例中，所述多個電極包括包含鐵的陽極，並且所述其他多個電極包括包含鋁的陽極。
在一個實施例中，調整水經由所述進水口流入的速率使得具有至少一些所述絮凝金屬離子以及至少一些所述汙染物的絮凝物中的大部分聚集在表面上以待隨後去除的步驟。
在一個實施例中，所述恆流電源是受控的恆流電源。
一個實施例包括所述多個電極提供小於300安培/平方米的電荷密度的步驟。
一個實施例包括所述多個電極提供小於1000安培/平方米的電荷密度的步驟。
在一個實施例中，所述容器包括大體上敞頂的容器。
在一個實施例中，生成絮凝金屬離子包括生成鐵離子或鋁離子中的至少一者的步驟。
附圖說明
現在將參看附圖僅通過舉例來描述實施例，在附圖中；
圖1示出了設備的實施例。
圖2示出了圖1中的設備的斜端視圖。
圖3示出了圖1中的設備的側視圖。
圖4示出了圖1和圖2中的設備內的電活性的板的示例性布置的側視截面圖。
圖5是可以通過連接到電源而被激活的示例性板組的平面圖。
圖6是包括電極的連續地操作的雙容器設備的實施例的截面圖。
圖7是三容器系統的實施例的截面圖，其中第二容器用於電極並且第三容器用作靜置容器。
圖8是分成多個隔室的示例性單個容器的截面複合視圖。
圖9是圖7中的設備的斜截面複合視圖。
圖10是示例性隔板/障壁在導引水流以減少絮凝物從一個腔室傳遞到下一個腔室的過程中的作用的細節。
圖11是受控水位機構的實例的圖示。
圖12是產生用於將絮凝物從容器去除的波的示例性機構的圖示。
圖13是用於提供受控的恆定電荷投放速率的示例性機構的圖示。
圖14是用於基於連續流電絮凝的水處理系統的示例性控制機構的圖示，所述系統可以向給定體積的水提供恆定劑量的電荷，所述投放速率由流動的水的體積以及所述水中需要去除的汙染物的量決定。
具體實施方式
實施例的運作電絮凝水處理中的主要過程是浸沒於水中的金屬板之間的電流傳遞，在所述金屬板上已經施加了電位。根據以下反應，此電流將會使得在所述板處放出離子。
陽極
Fe-3e-→Fe+++ (1
Al-3e-→Al+++ (2
2H2O-4e-→O2+4H+ (3
陰極
2H2O+2e-→H2+2OH- (4
這些反應生成絮凝金屬離子Al+++和Fe+++，以及氣泡，H2和O2。因而，這個過程理論上能夠產生絮凝過程捕獲汙染物微粒和氣泡以使其浮到表面上的必要條件。還必需說明實際上可以進行這個過程的環境。
Al和Fe金屬離子進入溶液中的速率與生成氣體分子的速率幾乎相同。如果電極是大致垂直地放置於水中的大型板並且間隔距離遠小於板的高度和寬度，那麼可以在同一個區域中生成所述金屬離子。經驗表明，使電絮凝反應發生的最有效方法是在大面積的板上施加低電壓。電極之間的電流傳遞大致對應於歐姆定律，即
I≈(V-e)/R，V>e (5a
I≈0，V<e (5b
其中I是在電極之間傳遞的電流，其中電極上施加了電壓V，e是生成離子所需的表面功函數或電位，並且R是有效電阻。對於具有給定導電率的水，R與電極的面積大致成正比，而與電極間隔距離成反比。因而，重要的是，使具有大表面積的電極彼此平行，以便使電流在板之間的傳遞受到最小阻力。如可從等式5a看出，一旦具有足夠的可用電壓，電流便通過水傳遞。在高於最小電壓時，這樣將會使反應1到4以幾乎線性的響應來發生。
一旦電流傳遞開始，在板面積和水導電率給定的情況下，施加電壓決定反應發生的速率。為了使氣泡能有效地捕獲汙染物並使它們浮到表面上，氣泡必須不能過大。這些氣泡是在電流從板傳遞到水時生成。如果電流密度較低，小於約300安培/平方米，那麼氣泡在有機會變得過大之前就從板離開，基本上保持在被稱作微氣泡的形態。微氣泡有效地捕獲已經由絮凝Al和Fe金屬離子捕獲的汙染物，並使它們浮到表面。明確地說，這個過程用鋁離子來進行是最有效的。因而，使用低電流密度在受汙染的水中的板上施加電壓特別可用於獲得鋁金屬離子與微氣泡的恰當組合，以使所捕獲的汙染物停留在表面上。鋁比鐵更有用，因為鋁是比鐵輕的金屬且因此在由氣泡承載時更有可能停留在表面上。
隨著電流密度增加，即對於給定板面積來說電壓增加或者水的導電率增加，氣泡以更快的速率生長且因此在它們與板分開之前會變大。較大的氣泡會更快地通過水向上移動。這具有兩個效應。第一，一些氣泡在它們到達表面時不會停留在表面上。它們到達表面並爆破或「彈」開，從而返回到水中並且附著到其上的汙染物也隨之返回。較大的氣泡還意味著形成的絮凝物不那麼穩定。這種情況會發生是因為絮凝物中形成的氣泡越小，絮凝物越穩定。氣泡越大，絮凝物越不穩定。第二，較大的氣泡較快地向上移動，隨之拖動水，從而在水中產生明顯的湍流。此湍流攪動絮凝汙染物，激起水花並且使得絮凝汙染物不能停留在表面，使許多汙染物沉降到儲槽的底部。在此，去除遠遠難過它們停留在表面上時。因此，重要的是，選擇電流密度，使得形成的氣泡的大小適合於反應生成停留在表面上的穩定絮凝物，從表面上可以輕易地將絮凝物去除。
當電流密度較低，大約100安培/平方米時，這容易進行。當希望在大型容器中處理少量的水時，這相對容易實現。然而，當希望以快速且有效的方式處理大量的水時，所述過程具有限制。假如電流密度過低，反應還是會發生，但是對於設備的大小和成本，處理的水量不夠多，這樣會使得它過於資本密集從而不會被許多應用所考慮。大於約1000安培/平方米的電流密度對於適當的微氣泡形成來說過快。在這樣的水平之下，電流密度過高，並且氣泡將過大而無法在表面上形成穩定的絮凝物層。在受汙染的水的電解處理中，在恰當的環境之下以恰當的電流密度處理水的能力提供了一個很大的優點，此處所述的裝置就是為了這個優點的實現而設計的。
為了實現所希望的結果，即，以使得汙染物浮到表面上以便從表面上將汙染物去除的方式快速地處理水，必要的是，水連續地流經水處理系統，其方式為使得它在流經所述系統時不會隨之帶走絮凝物。這通過針對流速使用足夠大的水量來進行確定，即，使流速與水量和電流密度匹配。
為了在連續流過程中使所述系統令汙染物浮到表面上，第一項必要條件是頂部敞開的容器。如果在連續流系統中，所述容器不具有敞開的頂部，那麼難以去除漂浮絮凝物。本領域的技術人員應了解，敞開的頂部是這樣一個頂部，它暴露於大氣壓之下並且可以包括將風雨阻擋在外的封閉頂部，所述封閉頂部具有可供所去除的絮凝物離開的出口。
觀察表明，電流通過水傳遞會生成氣泡，使氣泡上升並且隨之帶動周圍的水。反過來，這樣導致電極上方的水上升經過容器，所述上升的速率與所生成的氣體的量大致成比例。在任一情況中，水都會以幾釐米/秒的速率上升，具體取決於活性。所述系統將經過開發，使得水在電極下方流入系統中。這樣，水向上流經所述系統將會促進氣泡產生的向上水流，從而使所述過程更有效。
通過以恰當的電流密度和流速來處理水，絮凝微粒將上升到表面並且停留在此處。為了獲得最大效率，水之後必須離開容器，其方式為使得防止絮凝物隨水一起流出。通過確保所有的水在離開容器之前都上升到頂部，使絮凝物儘可能地到達頂部，從而最好地實現上述情形。之後，必須採取一些步驟來確保水在離開容器時不會隨之帶走絮凝物。這可以通過使絮凝物從容器末端附近的隔板或壁上面流過來實現，其中有一約束障壁稍微高出所述壁，用來防止絮凝物接觸所述壁之外的水。為了獲得最好的結果，水應該一直具有層流，使得沒有湍流隨之拉動絮凝物。這要求壁的高度在水要先到達表面才能流過壁的十分高與水以層流方式流過壁的十分低之間做出折衷。
對於本領域的技術人員顯而易見的是，絮凝物將簡單地聚集在容器的表面上並且需要被去除。有許多種方法可以去除絮凝物，並且在對設備的描述中呈現了這些方法中的一些。
用於電絮凝的最好的兩種金屬是鐵和鋁。明顯的是，雖然這兩種金屬都能去除汙染物，但是它們對於不同的汙染物具有不同的效率。明確地說，鐵擅長分解乳化油，以及捕獲許多不能溶解鐵的化學品，例如砷酸鹽和氰化物，改變一些汙染物的平衡並且去除大量較小有機分子。遺憾的是，鐵在水中投入過多的話還會使水呈現鐵紅色。鋁則擅長去除懸浮固體，以及生成穩定絮凝物，這對於用此一步法來去除汙染物是必需的。因而，通常有利的是，使水經過至少兩個階段的處理，以便去除懸浮的或溶解的汙染物。
實施例的詳細說明
這個過程的一個重要方面是對待處理的水給予每單位體積的待處理的水恰當的處理劑量。也就是說，如果每升待處理的水需要一劑100庫侖的電，那麼重要的是，對於經過所述系統的每一升水，要使100庫侖的電通過所述系統。此情形可以在若干條件下實現。
1)使電荷以恆定速率傳遞通過水並且以恆定速率將水泵抽通過所述系統，使得電荷的傳遞速率等於水的傳遞速率乘以恰當地處理所述類型的水所需要的每單位體積的水的庫侖數。
2)使用一個機構使電荷傳遞通過水，使得電流的傳遞速率控制水被泵抽通過所述系統的速率，其方式為傳遞通過水的庫侖數等於每單位體積的待處理的水所希望的庫侖數。
3)使用一個機構使水傳遞通過所述系統，使得水的傳遞速率控制電荷傳遞通過所述系統的速率，使得傳遞通過水的庫侖數等於每單位體積的待處理的水所希望的庫侖數。
這些條件可以獨立地使用或與其他兩個條件中的任一者結合使用，其方式為使得每體積的水所傳遞的庫侖數維持在相對恆定的水平，在不會大幅影響所述過程的完整性的情況下，所述水平可以上下浮動幾個百分點。這涉及使用已知的水流速和已知的電荷投放速率。理想的情況是，這最好是以恆定的流速和恆流電源來實現。
有若干不同的方法可以獲得水的恆定流速。所述設備要求使用具有一定控制或限制的原水水源，使得水可以按照已知的或受控的速率進入所述系統。
圖1繪示了藉以可以了解和維持水的恆定流動的一個機構。在此圖示中，原水水源1經由管道3連接到系統流入部8，所述管道包括任選的檢修閥9，這是為了方便檢修而安裝的。輸入泵10是普通的恆流量泵。一旦它啟動，水便流經流量計2，所述流量計經由連接7向控制器6發送信號。控制器6經編程以將恆定流量的水遞送到8。如果控制器6感測到通過流量計2的流量過低，那麼它就經由連接5向節流閥11發送信號，使所述節流閥將其節流口放寬一點，以允許更多的水流過。同樣地，如果控制器6感測到通過流量計2的流量過高，那麼它就經由連接5向節流閥11發送信號，使所述節流閥將其節流口關窄一點，以使較少的水流過。出於安全起見，原水水源可以包括液位開關12，所述液位開關在沒有任何的水可供處理時將泵關掉。它還向控制器6發送信號，以阻止系統進一步處理水。
為了使這種連續流技術起作用，水必須流入具有一組金屬板的容器中，所述金屬板可以如上文所指示般激活。這樣將會使水流經所述系統，捕獲大部分的汙染物並且使它們浮到表面上，在所述表面上它們將形成穩定的層。實施例可以提供一種機構，所述機構將所捕獲的汙染物與經處理的水分離、允許經處理的水流出而所捕獲的汙染物保留且被單獨地去除。此情形的一個實施例示出於圖2、圖3和圖4中。
所述設備需要大體上水平安裝的至少一個敞頂容器22，所述容器具有大體上在槽的一端處的進水口24，以及大體上在另一端處的處於任何便利位置的出水口26，優選地大體上與進水口24相對。優選地，所述容器具有傾斜底部23以及所述底部處的至少一個出口28，所述出口連接到排水管29，假如和/或在進行檢修或進行其他任務的情況下需要時，水可以從所述排水管排走。排水管29具有閥27，當沉澱的材料累積過高且需要從底部排走時，可以打開所述閥，除此之外在操作期間所述閥保持關閉。底部23可以是平坦的或傾斜的。假如是傾斜的，那麼底部23可以具有三個維度，而非僅具有所示的兩個維度，並且可以具有任何合理的角度，只要不使設備過高便可，45°是優選的。約15°、30°和60°的角度可被視為是恰當的。所述容器可以包括接近於容器的出口端的隔板25，所述隔板從容器的底部延伸到容器的溢流邊緣21下方。設計應使得水在進水口24流入，通過容器的體積並且越過出口端處的隔板25，然後從出水口26流出。操作過程將使絮凝物累積在水面處，並且障壁32可以放置在溢流邊緣21之前以便防止大量的表面絮凝物隨水一起流出。
實際上，參見圖4，板組31放置在容器22中。當通過施加DC電壓或經整流AC電壓而激活時，它將在水中生成氣泡以及絮凝金屬離子。氣泡將使水在容器22內循環並且將絮凝汙染物帶到表面上。為了限制絮凝物和氣泡從隔板25上面流過，希望具有障壁32，所述障壁使得從水面液位下方的區域收集流過隔板25的水，在所述水面處氣泡和汙染物聚集成絮凝物。一些絮凝物和氣泡仍會在障壁32與隔板25之間向上流動，但是這些只是聚集在腔室的其餘部分內的絮凝物中的一小部分。應指出，絮凝物十分穩定，使得一旦到達表面，假如水位稍高出隔板25的頂部，它便不會流出容器22。在這種情況下，容器22的壁和出水口26的位置足以將絮凝物與水分離。
所述設備經操作，使得水位保持與溢流邊緣21齊平或稍低。維持此情形的裝置將在稍後進行說明，這些圖中則不進行說明。當水面上聚集了足夠的絮凝物時，可以將所述絮凝物去除。有許多機構可以去除漂浮的表面絮凝物，其中的一些將在稍後進行論述。希望的是，最低的壁是大體上水平的，使得從表面上均勻地去除絮凝物。
容器的相關尺寸並不是關鍵的。它的形狀可以是大致立方體，如圖2和圖3所示。它可以是長的、寬的或高的。它可以是圓柱形的、卵圓形的、圓形的或任何其他幾何形狀。優選地，進口與出口將彼此大體對置，並且使長度和/或高度長於和/或高於寬度是有利的，但這並非關鍵的。可以使用與隔板25和障壁32不同的其他隔板和/或障壁來實現類似或改善的結果。此處的重要特徵是使用某形式的隔板來約束絮凝物隨經處理的水流出。如
背景技術：
中提到的，只要便於操縱，這些系統可以按照任何大小來建構和操作。這樣就可以包括一些系統，在所述系統中，容器的尺寸通常是0.3m或更小、1.0m或更小、3.0m或更小、10.0m和更小、30m和更小、100m以及小於或大於100m。原理是相同的，所述系統能夠被縮放成適合於這些尺寸。
在圖4中繪示了插入於設備的容器中的板組31(尤其是金屬板組)的實例。需要將這些大體上平行的板支撐到稍高出容器的底部，以便允許水在板的底部下方的水平面處進入。應注意，在操作期間，由反應3)和4)生成的氣泡將使水上升通過所述板組。當恰當地操作時，這將會使水在通過設備期間循環幾次，因而，不需要使進水口24位於板組31的底部下方。反應自身確保了水通過所述板，即便進口在板的上方。然而，為了效率起見，還是希望進水口24處在板組31底部附近的某處。在操作期間，水61經由進水口24流入並且通過被激活的板組31循環。這樣會使絮凝物62在水面上聚集在最低水平面的邊緣處。在水經由出水口26離開容器時，障壁32和隔板25約束絮凝物隨水一起流出。這樣，在容器的表面上捕獲絮凝物形式的大量汙染物，從所述表面可以將絮凝物從溢流邊緣21去除。所述機構將在稍後進行論述。
為了使系統運作，板組31中的至少兩個板需要電連接到電源。此連接可以是直接來自電源或者經由到放置於相反極性的板之間的一個板或多個板的連接來進行，使得當向外部板施加電壓時，外部板之間的電流傳遞使中間板具有在外部板的電壓之間的中間電壓。此情形的一個實例示出於圖5中。
多個平行的金屬板組41、45、47、48、50和52(尤其是金屬板組)通過一系列絕緣隔片44固持在適當位置，其中總組件由支撐件支撐。板組41通過連接43彼此電連接，電導線53附接到連接43上。此組件構成了一個電極，即陽極。
另一板組45穿插在板組41之間和/或圍繞板組41，所述板組45經由電連接組件46相連接。這給板組41充當陰極。反過來，電連接組件46將板組45連接到板組47。另一板組48穿插在板組47之間和或圍繞板組47。反過來，板組48通過電連接組件49固持在一起，電連接組件49還將板組48電連接到板組50。另一板組52穿插在板組50之間和或圍繞板組50，所述板組52通過電連接組件51固持在一起，並且電導線54附接到電連接組件51上。這樣導致板組52給所述組件充當陰極。明顯的是，這些接合的板組的數目可以視情況增加或減少，並且如所示的三個互連組是一種可能性。其他可能性包括只有一個互連組、兩個互連組、四個或更多個互連組。
明顯的是，如果水是高度導電的，那麼電荷從陽極流到陰極的最小電阻路徑是經由水，而非通過中性的電極組。為了克服這個問題，希望在互連的板組之間具有絕緣障壁42。這些障壁需要具有足夠的面積以限制帶電微粒在障壁周圍流動的能力，因此使電流最簡單的流動路徑是在互連板組之間。
在操作中，整個板組浸入水中，離子的存在使水能導電。向電導線53施加正電壓並且向電導線54施加負電壓致使離子從板組41傳遞到板組52。這是以一系列的步驟來發生的，其中離子先從板組41到板組45，帶上電荷並且因此向板組45施加電壓。反過來，板組45連接到板組47，給予板組47與板組45相同的電壓。同樣地，板組47中穿插有板組48和/或被板組48所圍繞，使得離子在這兩組板之間傳遞。類似地，板組50經由電連接組件49連接到板組48。板組50穿插在板組52之間和/或被板組52所圍繞，在這個實例中，板組52是陰極。這使離子在板組50與52之間流動，將陽極的電荷帶到陰極，形成完整的電路。
這導致電流在板組41與板組52之間傳遞，使得板組41具有全正電壓，板組45和47具有相同的第一中間電壓，板組48和50具有相同的第二中間電壓，而板組52具有全負電壓。作為一個實例，如果向電導線53施加的電壓是+V伏並且向電導線54施加的電壓是0V，那麼板組41上的電壓將是+V，板組45和47上的電壓將是約+2/3V的中間電壓，而板組48和50上的電壓將是約+1/3V，並且板組52上的電壓將是0V。板組41將給板組45充當陽極，板組45將給板組41充當陰極。反過來，電連接到板組45的板組47將給板組48充當陽極，板組48將給板組45充當陰極。反過來，連接到板組45的板組50將給板組52充當陽極，板組52將為陰極。這樣，電流將從陽極傳遞到陰極。這樣做時，電流將在陽極與陰極之間傳遞三次。這意味著每一單位的電流釋放三個單位的反應，使所述過程在使用電流方面更有效。
應注意，水的導電率意味著離子可以通過水從較高電位的板傳遞到較低電位的板，而不是僅在板之間傳遞。明確地說，離子可以從板組41通過水直接移動到板組52，而不是使離子從板組41直接傳遞到板組45/47，之後傳遞到板組48/50，最後傳遞到板組52上。為了降低這種情況的可能性，可以將絕緣體插入板組之間，所述絕緣體完全延伸超出板組的物理極限。在圖5所示的情形中，支撐件也是絕緣障壁42並且如圖所示延伸超出板的極限。所述支撐件和絕緣體可以是分離的實體。這顯著增加離子跳過所述電極需要流過的距離，從而將跳躍效應降至最低。
金屬板可以組裝成許多形狀和形式。形式並不重要，只要它使得電流能夠在金屬板之間傳遞以生成絮凝金屬離子和氣泡便可。
圖4示出了插入於容器22中的板組31的實例。水61經由容器22底部處的進水口24流入並且向上傳遞通過板組31，在所述板組上已經施加了電位。這使得等式1到4中的反應發生，從而產生絮凝Al和或Fe離子，具體取決於板組中所用的金屬。這些絮凝離子捕獲水中的汙染物，大體上會使它們變大。同時，通過反應3和4放出的氣泡將捕獲這些絮凝的汙染物微粒並且使它們浮向表面。假如在電極上施加的電壓導致小於2000庫侖/秒/平方米的電荷密度，那麼氣泡大體上將十分小，使得它們產生的運動不會大幅擾動水流，並且攜載絮凝汙染物的氣泡將附到表面上，生成絮凝物62。
有不同的方法可以用來從水中去除表面絮凝物。這些方法中的一些將在稍後進行論述。重要的特徵是有某一機構可以允許在從水中去除汙染物的過程期間去除絮凝物。在這種方法中，可以使用單個容器來將汙染物與水分離，其中水在一端流入，汙染物浮到表面上，並且經處理的水從容器底部附近抽出。這樣，容器起到與過濾器相同的作用，除了汙染物是浮到表面上而不是通過過濾機構捕獲並且堵塞而去除之外。這樣提供了優於其他電絮凝或電凝聚技術的顯著優點，在所述其他電絮凝或電凝聚技術中，所述過程要不是使汙染物絮凝並且通過過濾器將汙染物去除，要不就是使用分批法將絮凝物分離。
使水通過單容器設備或者僅使用一種類型的金屬板組，通常無法去除所有汙染物或者充分地處理水。經驗表明，最好使它通過至少兩個容器，每個容器中具有或不具有不同的金屬板。這可以在一種設備中實現，在所述設備中，具有與第一容器類似的性質的第二容器的進口附接到第一容器的出口，如圖6所示。在這個雙容器系統中，水經由第一腔室的進水口24進入第一腔室，流經所述板並且經過隔板，在通向第二腔室64的入口處離開所述腔室，經由連接35進入容器64。容器46可以含有板組38。
經驗表明，Fe和Al金屬離子能夠去除不同的汙染物。因而，通常希望具有兩種金屬可用於處理水。因為鋁能夠去除Fe離子，即，在連續流機構中，最好是將兩種金屬板組放在不同的容器中，其中鐵板組放在鋁板組之前。如果不能，那麼可以將它們放在一個容器中，但至少要彼此隔開，使得大部分的水必須大體上先流經鐵電極，再流經鋁電極。特別有利的是，先鐵電極，接著才是單獨容器中的鋁電極。實現此情形的一種方法是將兩個容器連續地接合，如圖6所示。
水經由進水口24進入容器22並且通過激活的電極並從隔板25上面經過，通過凸緣或類似連接35進入容器64。在容器64中，重複所述過程，使水從出水口26流出，其中容器64未必需要具有與容器22相同的配置。有許多方式採用障壁系統來防止絮凝物隨水一起流出。圖6中的容器64示出了連接到出水口26的另一裝置，由障壁142、螺紋圓筒143和螺紋管144所示。螺紋管144連接到出水口26。螺紋圓筒143裝配到螺紋管144之上或之中，所述螺紋圓筒具有與螺紋管144大體上相同的內徑。障壁142附接到所述螺紋圓筒上，所述障壁142在螺紋圓筒的頂部上方充分地延伸，從而防止表面絮凝物流過。障壁142還可以在螺紋圓筒143下方延伸。在操作中，將螺紋圓筒143和障壁142組件擰緊到螺紋管144中，直到它剛好在容器64的溢流邊緣65的頂部下方。這樣，經處理的水可以從螺紋圓筒143的頂部(即，螺紋管144)上面流過，經由出水口26離開所述設備。通過使組件旋轉，可以非常精確地設定水位，使之剛好在溢流邊緣65的水平面下方。這樣使得表面絮凝物的去除更容易。
應對容器22和64進行設定，使得溢流邊緣21和65的水平面將處於同一水平面。這樣，螺紋圓筒143和障壁142組件的調整將會設定兩個容器的水位，使絮凝物去除更容易。如果這不能完成，那麼每個容器需要一個出口，像圖5和圖6中的障壁142、螺紋圓筒143和螺紋管144，其中後續的容器處於比第一容器低的水平面。這樣，可以控制每個容器中的水位，使之剛好在每個容器的最低邊緣的水平面下方。
以此方式將容器接合的這個過程可以視情況地重複多次。從實際的觀點來看，可能希望容器具有相同大小，同時在鐵過程期間與鋁過程期間，為水使用明顯不同的處理劑量。例如，在許多過程中，水可能只需要為鋁劑量的大約10％的鐵劑量。儘管這可以通過將鐵放在單個容器並且將鋁放在另一個較大的單獨容器中來實現，但是使容器的大小保持相同並且增加鋁槽數目具有優點。這些優點之一是，如果絮凝物保持在較小的容器中，那麼它只要流過較小的表面距離就能從系統中去除，這樣絮凝物去除更有效。出於相同的原因，表面積較小的細長容器優於要具有較大的表面積才能裝下相同體積的水的短粗容器。
明顯的是，容器的數目完全可以增加到超過圖6中所示的兩個。優選地，每個單獨的容器可以用於一組同種類型的板。還有可能的是，水在容器中停留的時間不足以允許所有的氣泡上升到表面，所述氣泡隨之攜載了絮凝汙染物。在這種情況中，可以通過使水通過另一容器來實現額外的靜置，所述容器同樣地可以類似於圖2和圖3中所示的組件或者圖7中的容器78。在水停留在此沉澱容器期間，大部分的殘餘絮凝物將會浮到表面上，從而使得從出水口26流出的水具有較少的殘餘汙染物。本領域的技術人員顯而易見的是，在圖6所示的一個腔室的末尾處可以放置另外的靜置腔室。經驗表明，生成足以處理水的金屬離子和氣泡的過程可以很快地完成。然而，至少需要一些時間來實現良好的去除以及絮凝物在表面上的聚集。所述時間在幾分鐘到幾小時之間變動，具體取決於所希望的最終結果。因而，可以採用多個額外的靜置腔室，其中一個、兩個、三個、四個或甚至五個或更多個是有利的。並且，明顯的是，在這個處理之後，可以將水送往另一容器，以便使水在外部靜置。在所述時段期間，水將會沉澱下來並且最後的汙染物將被去除。實現最好的沉澱通常需要12個小時以上的時間。
在所述裝置的另一實施例中，使用單個容器，如圖8、圖9和圖10中所示。側部和底部界定了單個敞頂容器122，所述容器具有大體上在一端處的進口124以及大體上在另一端處的出口126。使用如所示的隔板123、125和128將所述容器分成多個單獨腔室。這些隔板從底部延伸，大體上形成了差不多延伸到溢流邊緣121的水密封。這些隔板界定了個別腔室。可以將一個或多個金屬板組(僅在圖10中示出)放置到這些腔室中的一個或多個中。通常，可以使用兩個板組，前兩個腔室131和132中各一個。障壁135、136、137和138在表面處將單個容器分成5個腔室。障壁135、136、137和138防止絮凝物從一個隔室流到下一個隔室。每個隔室在基底處均具有閥101，為了有效地進行操作，所述閥可以視情況地周期性地打開，以便在累積物變得過高時排出水以及沉澱的汙染物淤漿。傾斜底部的優點是淤漿將會隨水一起移出。在操作期間，閥101通常都是關閉的。
圖10繪示了水流經此種系統的情況。水在進口124處流入並且激活的板組141對其施加作用。所生成的氣泡使水循環通過腔室131，其速率一般將會使水在停留在腔室期間循環一次以上。這樣確保了大部分的水會經過激活的板，並且所有的水都會經歷反應。水之後從隔板123上面流過並且在隔板123與障壁135之間向下流動，在激活的電極145的底部附近進入容器64。水在通過腔室期間將會在腔室中循環一次以上，然後才從隔板125上面流過並且在隔板125與障壁136之間向下流動。應注意，障壁135和136不需要一直向下延伸到電極的底部。當腔室具有激活的板組時，水會循環，只要有水進入，便會對水進行處理。顯而易見的是，這些障壁135和136需要十分低，使得水無法直接流過腔室的頂部，從而無法隨之一起帶走絮凝物。
在圖8、圖9和圖10中，剩餘的腔室130以及隔室139和140是不一定要具有任何活性的板的靜止體積。這些腔室和隔室的意圖是水以層流簡單地流入第三隔室中，從隔板128上面流過，進入第四腔室和隔室139。在此，水經過第四隔室，在障壁138之下，流入第五隔室140。在操作中，應對流速進行設定，使得在前四個隔室中收集到了大部分的絮凝物，而僅有少量的流入第五隔室。在這個過程期間，絮凝物和氣泡接近於表面，所述絮凝物和氣泡大部分停留在表面上。從一個隔室繼續到下一個隔室的那些絮凝物和氣泡大部分會被攔截在下一個隔室。這樣，絮凝物去除極大地優於如圖2、圖3和圖4所示的僅單腔室容器的情況。水經由螺紋圓筒143和障壁142組件以及螺紋管144流出第五隔室，應調整所述可調液位組件，使得所有隔室處的水位剛好在溢流邊緣121下方。
優選地，所述容器應包括絮凝物捕獲排水管161，所述排水管在所述容器外部並且在最低邊緣下方。這樣，當絮凝物被迫越過所述邊緣時，它會向下掉落到捕獲排水管中並且在重力之下流到絮凝物捕獲容器。在此處，可以用任何被視為是合適的方式對絮凝物進行處理或者處置。在水處理產業中，有若干種方式可以將絮凝物從水面去除。在溶解空氣浮選(DAF)中，這通常是通過將邊緣上面的絮凝物刮出容器之外來完成。其他方法包括撇去表面上的水，使得流動的水將表面上的材料隨之一起帶走。優選的方法是在隔室的遠離溢流邊緣的側處產生波。這個波動作將會產生攜載邊緣上面的絮凝物的水波。一個合適的機構示出於圖11中。在圖12中，所述波由槳168產生，所述槳是大致水平的並且通過電動機162上下移動。電動機旋轉，使圓筒163轉動，連接杆164在一端處柔性地附接到所述圓筒。在另一端處，連接杆164柔性地附接到棒165。反過來，所述棒連接到杆166，所述杆滑動通過引導件167，所述引導件的底端處附接有槳168。在電動機旋轉時，槳上下移動，從而在容器或隔室的遠離所述邊緣的側處產生波。這會將絮凝物170驅向溢流邊緣121，導致一些絮凝物和一些水越過所述邊緣濺落到絮凝物捕獲排水管中。在此處，它順著管道160流動，在此可以用任何合適的方法對其進行導引，以便進行收集和/或處置。在圖8的圖示中，管道160連接到廢物處置管102，所述廢物處置管收集經由閥101從隔室的底部排出的廢物。
應注意，相同的裝置可以用於圖2、圖3和圖4中所示的單腔室容器，並且圖5和圖6中的每個容器也可以具有它自己的波產生裝置。圖11的特徵直接轉到單容器裝置的側視圖。將圖7中的容器22、64和78推到一起，使得它們的壁一起產生如圖8、圖9和圖10中指示的相同原理的系統，前提是所述系統僅含有三個隔室，其中出口126/障壁142/螺紋圓筒143/螺紋管144位於腔室130中並且隔板128延伸到容器的頂部。這個裝置的這兩個單獨的實施例是相同的原理，僅有的些許不同在於應用。
圖8、圖9和圖10中所示的裝置具有五個隔室和4個底部密封的腔室。本領域的技術人員顯而易見的是，這個數目並沒有什麼特別的，並且在一個容器中可以建置任何數目的底部密封的腔室以及表面上的隔室。腔室和或隔室的數目越大，可以處理的水就越多或者汙染物用來沉澱的靜置時段就越長。一個容器可以用來擺放不同數目的腔室和/或隔室，具體取決於待處理的水的要求。對於相同大小的容器，較少的腔室和隔室意味著可以更快地處理更多的水，其中沉澱在容器外部進行。較多的腔室和隔室意味著可以在一個容器中對水進行處理和靜置，從而在水排放之前給出較高質量的水。
應注意，絮凝物防護障壁可以視情況為垂直的或有角度的。它們的功能是減少和/或最小化在隔間之間流動的絮凝物，因此減少所需的隔間的數目。
在所有這些布置中，可以使用對敞頂腔室的使用，其中一些腔室可以含有電極，可以對所述電極施加電位，因此產生浮到表面上的絮凝物。所述腔室優選地具有大致相等的大小並且具有某形式的障壁，當水在腔室之間流動時，所述障壁減少從腔室流到腔室的絮凝物的量。所希望的是，水在每個腔室底部附近進入並且在頂部附近流出。優選的是，所有的腔室具有相等的靜水位，使得流經這些腔室的水在每個隔室中將處於大體上相同的液位。這樣使得能夠通過重力和流速來維持液位，而不是需要使用泵或某其他方法來進行調整。
從每個槽去除絮凝物的成果之一是確保每個槽的水位儘可能地接近容器的溢流邊緣21、121的頂部，但又不會在正常的操作中讓它溢出。實現此情形的一種方式是使用由連接到出水口26的障壁142/螺紋圓筒143/螺紋管144指示的可調高度出口，與連接到出口126的屏障142/螺紋圓筒143/螺紋管144相同。
實現此情形的另一種方法示出於圖11中。最後一個容器的出水口26位於所述容器頂部附近，所處的水平面剛好在溢流邊緣21的頂部下方。在水進入第一容器時，它將繼續流經容器和出水口26。只要有水流入，水就會一直從出口流出。液位傳感器82可以放置在管道的上水平面上方，以檢測流經系統的水對於出口來說是否過快。在過快時，水位將上升並且激活液位傳感器82，所述液位傳感器接著將通過連接83向控制器85發送信號。反過來，控制器85將經由84向圖1的輸入泵10發送信號，使它慢下來或者使它停止，直到水位已充分掉落而對液位傳感器82撤銷激活為止。還有可能的是，通過在出水口26中或其末端處放入液位調整特徵來調整水將流出的液位。這可能就像調整稍具柔性的管道的高度或者在管道末端處旋轉彎管位置那樣簡單。
上文已經說明了允許絮凝物停留在表面上的設備的實施例。現在需要在操作期間將所述絮凝物去除。所述設備的所希望的方面是絮凝物以有序的方式進行收集並且不會隨便地到處流動。絮凝物收集的機構的圖示由圖8、圖9和圖12的管道160和絮凝物捕獲排水管161所給出。優選為傾斜的絮凝物捕獲排水管161視情況地位於絮凝物溢流邊緣21、121下方，大體上沿著所述壁的長度延伸。管道160可以連接在絮凝物捕獲排水管161的底部，使得當絮凝物流入絮凝物捕獲排水管161時，它會順著管道160流動並且以任何所需的方式進行導引以便進行收集或處置。在圖9中，它連接到設備的底部的同一個排水口，從而給出單股廢物收集流。其他機構是可能的。
在正常的操作中，水面將處於或稍低於容器的溢流邊緣21或121。當操作進行了一段較長時間時，如果不進行去除，那麼絮凝物170會累積在表面上，如圖12所示。就經過適當設計的容器來說，去除絮凝物的良好機構繪示於圖12中。在容器的與溢流邊緣121相對的側處通過槳168產生波。
所述波迫使一些水從所述邊緣上面流過，隨之帶走一些絮凝物，並且使波產生器附近的絮凝物移向溢流邊緣121。絮凝物流入絮凝物捕獲排水管161中並且順著管道160流動，從而被導引走，以便進行任何合適的處置方法。在這種情況中，所述機構是通過電動機162驅動，所述電動機驅動杆164，在這種情況中是通過具有偏移樞軸點的圓筒163來驅動所述杆。杆164連接到棒165，所述棒使杆166進一步移動通過引導件167。槳168附接到杆的末端。在電動機轉動時，槳上下移動，並且在適當地定位並且以適當的速率移動一段適當的時間時，它會產生波，所述波使絮凝物遠離容器的槳末端移向溢流端，使一些絮凝物從溢流邊緣121的頂部上面流過並進入絮凝物捕獲排水管161中。這樣，一些絮凝物得以去除。所述過程可以按照便利的時間間隔周期性地重複，從而在連續操作中絮凝物累積起來時將絮凝物去除。
可以用許多不同的方式來使用圖12所示的波產生裝置。一個電動機可以給不同隔室或容器中的若干槳供以動力，從而同時從其中去除絮凝物。替代地，個別的隔室或容器或者一小群的隔室或容器可以使用單獨的電動機，使得來自所述過程的不同部分的絮凝物可以在不同時間進行去除。任何數目的容器可以接合在一起形成一個設備。這個數目可以是3、4、5、6、7、8、9、10或更多。這些容器還可以連續地接合在一起，其中水經過不同的階段；或者可以並置地接合在一起，在這種情況中可以使用較小的容器同時處理較大量的水。同樣地，顯而易見的是，單個容器可以再分成任何數目的腔室和隔室，給出與關於將個別容器接合在一起所描述的益處相同的益處。
為了維持每體積的經處理的水具有恰當的電荷劑量，重要的是，每單位體積的處理的水的電荷始終保持相同。上文已經描述了使水以恆定速率流入系統中、在浮到表面上並被去除的絮凝物中捕獲汙染物以及使水再次流出的方法。重要的是，在水中每單位體積的經處理的水接收了恆定劑量的電荷。為了使此情況發生，電荷遞送的速率必須經設定以便匹配流過的水的體積以及每單位體積的水所需的劑量，並且電荷劑量保持與流速匹配。這可以通過使用恆流電源來在板組上施加電壓來實現。恆流電源可以通過調整其電壓而遞送預設的電流，使得所遞送的電流總是與預設電流相同。它會一直這樣做，直到達到它的最大電壓能力。
因而，將恆流電源與上文描述的恆定流量方法一起使用使得能夠一直向水遞送所希望的電荷。然而，一直存在以下可能性：板組中的板可以更改它們的性質，使得可以不再遞送維持所希望的恆定電流所需的電壓。為了防止水沒有經過處理並且沒有去除所有的汙染物，必要的是，通過控制器監視恆流電源，如圖13所示。
恆流電源91以給定的速率經由電導線53和54向板組31遞送電荷。電荷遞送的速率經由連接94由控制器93進行監視。如果電荷速率變化，那麼控制器可以包括向電源發送信號以更改其電壓以便將電流帶到所希望的水平的選擇。這樣，在電源的能力之內，所希望的電荷遞送速率可以維持恆定。如果電流因為超過電源的電壓能力而掉落到預設值之下，那麼控制器93經由連接96向控制器6(參見圖1)發送信號以使泵抽速度慢下來，使得以電源向板組31遞送電荷的速率將水抽入。它還具有另一連接98，所述出口向任何其他受控的恆流電源發送信號，使它們給出的電流減少以便匹配所述電源的降低的輸出。在另一電源無法產生必需的電流的情況中，控制器還具有輸入99，由此另一電源的控制器的連接98向此控制器發出信號，給出信號以使此控制器減少其電流輸出以便匹配其所控制的電源的電流輸出，從而匹配另一電源的百分數減少。
圖14繪示了用於三個電源91、100和111的整個控制機構的實例。通過連接5和7，控制器6控制流動機構133，其實例在圖1中給出。通過連接94和95，控制器93控制電源91。通過連接104和105，控制器103控制電源100。通過連接114和115，控制器113控制電源111。通過連接96、106和116，控制器93、103和113分別將它們的電流狀態發送給控制器6。通過連接98、108和118，控制器6分別向控制器93、103和113發送信息。
如果控制器93、103或113中的一個感測到它沒有遞送足以恰當地處理水的電流，那麼它將向控制器6發送信號，告知它不能獲得足夠的電流以及所述電流距離它的目標設置還差多少。控制器6向泵抽機構發送信號以使電流降下來，優選地降低由具有低電流的控制器指示的量。控制器6還向遞送恰當電流的其他控制器發送信號以根據最低的電流輸出信號來降低它們的電流。在每個控制器維持其控制功能以及向主控制器6發送信號的情況下，其中所述主控制器監控所有的操作，明顯的是，所述控制確保所有的水都將接收適合於進行令人滿意的處理的劑量。
這樣，受汙染的水經由進水口24流入，通過激活的板組31、生成絮凝物，所述絮凝物捕獲汙染物並且使之浮到表面上。通過此處描述的系統將絮凝物62去除，並且水從出水口26流出，此時的水大體上沒有在經由進水口24流入時其中所存在的汙染物。假如任一參數發生變化，例如，對於給定的水流速，一個電源無法給出恰當的電荷劑量，那麼所述系統將調整參數以確保對於所有經過系統的水都將給予恰當的電荷劑量，從而確保水經過恰當的處理以進行手上的任務。
認識到，所述過程在pH值大約為7時運作最好。假如原水的pH值很有可能明顯不同於7，那麼水在進入水處理設備之前將需要進行pH值調整。這是標準的pH值調整設備，它可以視情況地使用。類似地，可能希望在對水進行處理之前向水投放適當的化學藥劑。同樣地，液體和/或氣體化學藥劑投放設備是水處理產業中的標準設備，它們中的任一者都沒有什麼特別的，並且在需要時，沒有提到但可以投放的特定化學藥劑不應被排除在此投放的使用之外。
在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，可以對所描述的實施例進行改變和/或修改。因此，本文所述的實施例在所有方面都被視為是說明性的而非限制性的。
此處所述的現有技術(如果有的話)在任何管轄範圍內都不被視為是承認現有技術形成公知常識的一部分。
在以下權利要求書以及本發明的前文描述中，除了由於明確的語言或必然的暗示上下文另有要求之外，詞語「包括」或者例如「包括了」或「包括著」之類的變體是以包括性意義使用，就是說，指明了所述特徵的存在但不排除在本發明的各個實施例中存在或添加另外的特徵。