用於使水再生的方法和設備的製作方法

2023-05-23 06:14:01 1

專利名稱：用於使水再生的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於使水再生的方法和設備，具體而言，本發明涉及用以純化汙水液 體的再生設備，該再生設備能夠除去汙水液體中直徑低達小於20 μ的微小顆粒以及溶解 的汙染物。
背景技術：
現代的水再生技術應當能夠提供質量上符合國家飲用水標準的飲用水。在飲用水 再生設備中，分別利用物理、生物和化學處理機理來對未經處理的水或汙水進行處理，從而 使得在水再生結束時，可獲得滿足規定標準的飲用水。接近自然的飲用水再生技術其處理方式也應當向著自然界中純化水的方向發展。已知對於來自生物純化設備的廢水(這種廢水含有小於20 μ的微小顆粒和溶解 的汙染物)，可根據PCT/EP/2006/005384將廢水引入具有可移動電極的電絮凝池，並根據 DE-U-20 2006 019 492在電絮凝池下遊將所得到的絮凝物直接引入過濾器和滅菌裝置，從 而將廢水純化。Dr. J. Strunkheide 禾口 A. Hocherl 在期幹Ij WWT (Wasserwirtschaft Wassertechnik (水管理和水技術)，ISSN 1438-5716)第4/2008期第10至14頁中標題為 「水再生工藝」的文章中描述了藉助於電絮凝池、以及在水力下遊串接的重力過濾裝置和紫 外流通池使水再生的方法。由於根據上述方法的水純化在能源和材料方面的支出很低，所以這種水純化的成 本支出僅為所謂的反滲透所必需的成本支出的一小部分。上述水再生設備具有以下不足在設備工作過程中，一旦汙染物的量與廢水流通 量的乘積(所謂的汙染物負載(Schmutzfrachtbelastimg))顯著偏離預先確定的值，便需 要重新調整一連串的裝置階段中各個階段的參數。這種重新調整需要附加地以手動或自動的方式改變電絮凝池的操作參數，例如改 變電流負載或改變電絮凝池的電壓。在省略這種重新調整的情況中，則會發生由水再生設 備的最後一個元件(紫外流通池)排出的水的純度會偏離所需純度的情況。在廢水的汙染物負載發生改變的情況下需要進行重新調整，這不利地增加了人員 支出以及用於控制和傳輸裝置的支出，因此根據WWT (水管理和水技術)第4/2008期第10 至14頁中所描述的水再生設備的優點被嚴重弱化。

發明內容
本發明的目的是提供用於使水再生的方法和設備，其包括WffT (水管理和水技術) 第4/2008期第10至14頁中所描述的方法的優點，而不需要在設備工作期間重新調整一連 串的裝置階段中各個階段的參數。本發明的另一個目的是提供這樣的水再生設備，與在WffT (水管理和水技術)第 4/2008期第10至14頁中描述的設備相比，本發明的設備在相同的生產率下，尤其更為緊
4湊。為實現上述目的，提供了根據本發明的使廢水再生的方法，在該方法中，將廢水供 入電絮凝池並使其在電絮凝池中進行電絮凝，將電絮凝池中處理後的電絮凝物供入並保留 於熟化罐中，然後將來自熟化罐的電絮凝物在過濾器中過濾。該方法的優點是其可以在構造緊湊的設備中進行。藉助於熟化罐中的熟化工藝， 電絮凝物被轉化為能夠有效地進行反衝洗且易於過濾的狀態，這也有助於所需設備的緊湊 性。此外，該方法被設計成使得在設備工作期間不需要重新調整一連串的裝置階段中各個 階段的參數。本發明的有利實施方案的特徵在於在將電絮凝物供入過濾器之前，利用空氣使 電絮凝物富集化(angereichert)，從而進一步改善電絮凝物的過濾。本發明的又一有利實施方案的特徵在於電絮凝物在熟化罐中的停留時間為約 0. 5小時至3小時，已有利地證實，這樣的停留時間足以使熟化罐中的熟化工藝獲得有利的 結果，因而可以結束該熟化工藝。本發明的又一有利實施方案的特徵在於使水在壓力下通過過濾器，從而提高了 設備的生產率。在本發明的又一有利實施方案中，過濾器包括具有粒狀過濾材料的濾床，該實施 方案的特徵在於在該過濾器中建立足以使電絮凝物(WF)通過濾床的超壓。本發明的又一有利實施方案的特徵在於來自於過濾器的水被配備有紫外光的紫 外光純化裝置照射，以將最終獲得的純化水滅菌。為了實現上述目的，根據本發明，提供了廢水再生設備，該設備包括電絮凝池、連 接到電絮凝池的下遊的熟化罐、以及連接到熟化罐的下遊的過濾器。該設備的優點在於其 結構緊湊，並且在廢水負載劇烈波動的情況下仍可以工作，而無需重新調整工作參數。此外，當採用本發明方法時，由於省去了重力過濾裝置而節省了大量空間，因此人 們獲得了所需面積小的整套水再生設備。上述用於使水再生的緊湊設備提供了出乎意料的諸多重要的技術優勢。通過使用 本發明的水再生設備，在廢水的廢水負載波動大的情況下，不需要人工或技術測量手段來 重新調整工作參數。因此，本發明水再生設備的生產和構造得以大大簡化。這樣便可將本發明設備的 電絮凝池標準化為若干個單元尺寸，藉此便解決了已用廢的電絮凝池的替換和更換問題， 或者將該問題降至最小程度。針對異常工作狀態的另一安全措施在於本發明的水再生設備在很大程度上能夠 應對未淨化的水供給中斷的情況或應對工作期間停電的情況，從而使設備自動轉換為兩個 過濾循環之間的待機狀態。本發明設備的有利實施方案的特徵在於電絮凝池被構造為具有可移動電極，並 且包括廢水輸入裝置和電絮凝物排出裝置。通過使電極移動，可以有利地防止過濾器發生阻塞。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於電絮凝池包括可移動的上部電極和 下部電極，其中下部電極包括由金屬顆粒形成的床，並且使由金屬製成的上部電極進行機 械振蕩，採用這種設計的主要原因是下部電極由金屬顆粒製成的床形成，這樣當先前存在的電極材料用盡時，便可以容易地替換電極材料。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於金屬顆粒由鑄鐵屑、鎂顆粒、鋁顆 粒、或顆粒狀的鋁鎂合金製成，已證實這樣的金屬顆粒為低成本且高效的耗材。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於熟化罐包括用於供應空氣的通風元 件。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於熟化罐被構造為非承壓罐。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於利用分隔壁將熟化罐分為若干子 罐，這些子罐藉助於分隔壁中的開口而彼此水力連通。這樣便促進了重顆粒在熟化罐底部 的沉澱。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於熟化罐的子罐包括通氣管。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於過濾器包括由可移動的顆粒狀過濾 材料製成的濾床。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於過濾器包括壓力容器。由於壓力過 濾罐的結構簡單緊湊，因此其維修費非常低，並且僅消耗非常少的水力能量。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於過濾器能夠被反衝洗。由此確保過濾器具有更長的壽命，在需要時可藉助於反衝洗從而使過濾器恢復到 全功能狀態。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於過濾器的顆粒狀過濾材料由沸石、 特別是由斜發沸石構成，已有利地證實，這種過濾材料特別適用於根據本發明使用的過濾
ο本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於顆粒狀的過濾材料由斜發沸石純度 為至少94重量％的沸石材料斜發沸石構成。由於斜發沸石具有上述的純度等級，所以過濾器效率得以優化。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於為了對過濾後的水進行進一步純 化，將紫外光純化裝置連接到過濾器的下遊。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於紫外光純化裝置的形狀為盒狀通 道，其中，在液位的下方水平布置了一個或若干個紫外線照射器，並且該裝置中設置了無菌 純化水的溢流堰。該設備附加利用紫外光從而以尤其簡便的方式對純化水進行滅菌。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於提供了純化水罐。藉助於純化水罐， 便可在將純化水從設備中排出之前，先將純化水儲存起來。如果需要的話，可將至少部分純 化水用於該設備本身。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於純化水罐形成為非承壓罐。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於純化水罐容納有用於過濾器的反衝 洗用水。因此，有利地提供了反衝洗過濾器所需的純化水。本發明設備的又一有利實施方案的特徵在於純化水罐的體積為過濾器體積的4 倍至6倍，因此在進行反衝洗時，無需將純化水罐排空即可獲得足夠的水。實施本發明的最佳方式
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現在參考附

圖1來說明本發明的實施方案，附圖1以示意性的方式示出了用於使 水再生的本發明設備的流程圖。本發明涉及任何類型的液體，然而，由於水再生領域是重要的應用領域，因此下文 中參照水的再生來對本發明進行描述。一方面，需要對池塘或魚池中用過的廢水進行水再生，特別是在提供飲用水時需 要進行水的再生。然而，本發明設備的重要應用領域是使地表水再生以提供飲用水，因此參 照該應用領域進行了如下闡述。從圖1中可看出，廢水流WO流過管頭7d而進入分配管7，進而由排水管頭7a、7b 和7c穿過撓性絕緣材料管6而流入絕緣材料噴嘴2a、2b和2c。絕緣材料噴嘴2包含孔或狹縫，廢水從這些孔或狹縫中流出並進入陽極顆粒。絕 緣材料噴嘴2插於支承板1中，使得附近有足夠的由貴金屬構成的金屬接觸表面la，從而確 保與陽極顆粒1一定產生電接觸。從圖1中可看出，金屬陽極顆粒Ic位於電絮凝池的箱體3中，該箱體在由下至上 的方向上略有擴大。電絮凝池的箱體具有一個或若干個排水口 3b，水填充該電絮凝池的箱 體至液位4d。在陽極顆粒Ic之上以及液位4d之下，藉助於支承件如布置一個或若干個金 屬格柵4。支承件如同時還起到向金屬格柵4輸送電流的支架的作用。藉助於機械搖動器 或振動器4b使金屬格柵周期振蕩。電源電纜如與直流發電機5的負極相連。陽極顆粒位於貴金屬層Ia上，支承板1被貴金屬層Ia覆蓋。藉助於法蘭3a使支 承板1與電絮凝池的箱體3緊密地流體相連。此外，金屬支承板1通過電流電纜Ib而與直 流發電機5的正極相連。此外，管分配器包括至少兩個延伸至管分配器內的氣體注射器，以通過脈衝的方 式提供驅動氣體，該氣體注射器由7e表示。作為驅動氣體，優選使用壓縮空氣或壓縮氮氣。脈衝控制單元9暫時性地打開氣閥8，氣閥8與驅動氣體8a的高壓管道相連。因 此，一定量的驅動氣體到達充滿廢水的管分配器7，由於水力條件，使得驅動氣體主要集中 於水平支承的管分配器7的管上部區域。所以，脈衝注入的氣體主要通過成排的出口管頭 b而排出，相應地，一部分氣體通過出口管頭7b。通過間歇性地向電極顆粒Ic中提供加壓 氣體，可使其保持緩慢移動，從而使得電絮凝池E不會發生阻塞並且不會發生不均勻地排 放出微小顆粒的情況。因為電極顆粒Ic的比表面積大，所以當WF流過E時，極小的微生物和懸浮的微小 顆粒立即帶電並聚集。同時會生成由陽極顆粒Ic溶解至水中而形成的金屬氫氧化物，這便 從聚集的微顆粒產生了能夠被過濾出的絮凝物。電絮凝物WF穿過排水管頭北而流出E，並穿過注入口 Rll而進入熟化罐R。藉助 於分隔壁R13將熟化罐R分隔成兩個罐空間。罐的一半被電絮凝物填充至液位WL1。電絮 凝物WF通過分隔壁R13中的狹縫R14而流入罐的另一半內，罐的另一半中被電絮凝物填充 至液位WL2。從池E流出並進入熟化罐R的粗顆粒沉澱於該罐的底部，可以藉助於閥門V5 和V6從而不時地將這些粗顆粒由導管R16和R17排出熟化罐R。藉助於R中的熟化工藝， 電絮凝物WF被轉化為能夠有效地進行反衝洗且易於過濾的狀態。為了用空氣對電絮凝物加以處理，藉助於導管R18使空氣L流到熟化罐R的下部。熟化後的電絮凝物通過T形管頭R15從熟化罐R流出而進入進水管Li，從而進入過濾泵P1。在過濾泵Pl中，對熟化後的電絮凝物WF施加過濾壓力，使其從泵Pl的出口管 頭處流出並穿過導管L2和打開的止回閥VI，從而進入壓力過濾器F的過濾管頭L3。關閉 止回閥V2，以強制使電絮凝物WF流過過濾管道F12並從液體分配器Fll中流出，從而進入 位於濾床F13上方的F的過濾空間。濾床F13由鬆散倒入的顆粒狀過濾材料組成。在電絮凝物WF自上而下地通過濾 床F13之後，便從電絮凝物WF中除去了所有的懸浮顆粒和在電絮凝池E中生成的懸浮金屬 氫氧化物、以及以化學方式或藉助於範德華力而附著於所生成的金屬氫氧化物上的某些汙 染物。使如此純化後的濾液穿過過濾柱F15的狹縫並進入收集器14，而後穿過過濾水管 道L5而離開壓力過濾器F。在過濾操作期間，與導管L5相連的閥門V3打開而止回閥V4關 閉。因此，過濾水流出壓力過濾器F並通過閥門V3而進入導管L6，導管L6導向紫外光純化 裝置U的輸入管頭U13。紫外光純化設備U的形狀為盒狀通道，其中，在液位WL4的下方水平布置有一個或 多個紫外線照射器Ul 1。進入輸入管頭U13的濾液沿著一個或若干個紫外線照射器Ul 1流 動，並越過溢流堰U12從紫外光純化裝置U中排出，成為無菌的純淨水，其通過開口 T12進 入純化水罐T中。在過濾操作期間，純化水填充純化水罐T直至液位WL3。純化水流WD通過排水管 頭Tll從純化水罐T中排出。在經過預定的時間間隔之後，濾床F13的過濾性能被耗盡，因此將過濾器F反衝洗 若干分鐘。為此，中斷廢水WO的輸入，關閉閥門Vl和閥門V3，並關閉泵P1。打開閥門V2 和閥門V4，並打開泵P2。純淨水通過純化水罐T的排水管頭T13而穿過導管L7並進入到泵P2中，接著通 過打開的閥門V4和導管L5而被泵入分配器頭部F14中。純淨水流從過濾分配器F15中流 出，並從下到上穿過濾床F13，濾床F13由此膨脹。膨脹後的濾床F13中的自由空間使得沉 積在過濾顆粒上的所有粒子以及絮凝材料可以與洗滌水流一起向上流動。洗滌水流WS穿 過F11、F12、L3和打開的閥門V2，然後穿過導管L4從本發明的水再生設備中排出。在完成反衝洗工序後，繼續輸入廢水W0，打開閥門Vl和V3，並打開泵P1。關閉閥 門V2和V4，並關閉泵P2。根據本發明，用於使水再生的設備優選使用沸石作為顆粒狀過濾材料F13，特別 是將斜發沸石純度為至少94重量％的沸石材料斜發沸石用於本發明設備的顆粒狀過濾材 料。
實施例用於從河流、湖泊或池塘中獲得為1000個居民提供飲用水(相當於每天飲用和使 用的水量為200立方米)的本發明設備的空間需求為根據圖1所述方法工序的本發明的水再生設備非常緊湊，圖1中所描述的包括附 連的可反衝洗的壓力過濾器(該壓力過濾器採用了由顆粒狀沸石製成的過濾材料)在內的 全部設備可裝入標準的20英尺的貨櫃內。此外，本發明的設備還能在廢水負載劇烈波動的情況下運行而不會失效，不需要
8連續監測、並且其所需電能僅為類似的水再生設備所需電能的約20%。
權利要求
1.一種用於使廢水再生的方法，其中-所述廢水被供入電絮凝池(E)，並在該電絮凝池(E)中進行電絮凝，-將所述電絮凝池中處理後的電絮凝物(WF)供入並保留於熟化罐(R)中，以及-將來自所述熟化罐的所述電絮凝物(WF)在過濾器(F)中過濾。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在將所述電絮凝物(WF)供入所述過濾器 (F)之前，利用空氣使所述電絮凝物(WF)富集化。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述電絮凝物(WF)在所述熟化罐(R)中 的停留時間為0. 5小時至3小時。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在壓力下將水輸送通過所述過濾器(F)。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述過濾器(F)包括具有顆粒狀過濾材料的濾床 (F13)，其特徵在於在所述過濾器(F)中建立足以迫使所述電絮凝物(WF)通過所述濾床的 超壓。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於來自所述過濾器(F)的水在紫外光純化 裝置(U)中被紫外光照射。
7.一種用於使廢水再生的設備，包括-電絮凝池(E)-連接到所述電絮凝池(E)的下遊的熟化罐(R)-連接到所述熟化罐的下遊的過濾器(F)。
8.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於所述電絮凝池(E)被構造為具有可移動 電極，並且包括廢水(WO)輸入裝置和所述電絮凝物(WF)的排出裝置。
9.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於所述電絮凝池(E)包括可移動的上部電 極和下部電極，其中所述下部電極包括由金屬顆粒形成的床，並且使由金屬製成的所述上 部電極適於進行機械振蕩。
10.根據權利要求9所述的設備，其特徵在於所述可移動的電極的材料由鑄鐵屑、鎂 顆粒、鋁顆粒或顆粒狀的鋁鎂合金構成。
11.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於所述熟化罐(R)包括用於供應空氣的通 風元件(R18)。
12.根據權利要求1或11所述的設備，其特徵在於所述熟化罐被構造為非承壓罐。
13.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於藉助於分隔壁將所述熟化罐進一步分隔 為子罐，所述子罐通過所述分隔壁中的開口而彼此水力連通。
14.根據權利要求13所述的設備，其特徵在於所述熟化罐(R)的子罐包括通氣管。
15.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於所述過濾器(F)包括具有可移動的顆粒 狀過濾材料的濾床(F13)。
16.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於所述過濾器(F)包括壓力容器。
17.根據權利要求7或16所述的設備，其特徵在於所述過濾器(F)能夠被反衝洗。
18.根據權利要求11所述的設備，其特徵在於所述過濾器(F)的所述顆粒狀過濾材 料由沸石構成。
19.根據權利要求18所述的設備，其特徵在於所述過濾器(F)的所述顆粒狀過濾材 料由斜發沸石構成。
20.根據權利要求18或19所述的設備，其特徵在於所述顆粒狀過濾材料由斜發沸石 純度為至少94重量％的沸石材料斜發沸石構成。
21.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於；紫外光純化設備(U)被連接到所述過濾 器(F)的下遊。
22.根據權利要求21所述的設備，其特徵在於所述紫外光純化設備(U)的形狀為盒 狀通道，其中，在液位(WL4)下面水平布置有一個或數個紫外線照射器(U11)，並且所述紫 外光純化設備(U)中設置有用於無菌純化水的溢流堰(U12)。
23.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於設置有純化水罐(T)。
24.根據權利要求23所述的設備，其特徵在於所述純化水罐(T)被構造為非承壓罐。
25.根據權利要求M所述的設備，其特徵在於所述純化水罐(T)容納有用於所述過 濾器(F)的反衝洗用水。
26.根據權利要求23所述的設備，其特徵在於所述純化水罐(T)的體積為所述過濾 器(F)體積的4倍至6倍。
全文摘要
本發明提供了一種使廢水再生的方法所述廢水被供入電絮凝池(E)並進行電絮凝。將所述電絮凝池中處理後的電絮凝物(WF)供入並保留於熟化罐(R)中。將來自於所述熟化罐的電絮凝物(WF)在過濾器(F)中過濾。用於使廢水再生的設備包括電絮凝池(E)、連接到所述電絮凝池(E)的下遊的熟化罐(R)和連接到所述熟化罐的下遊的過濾器(F)。電絮凝池(E)配備有可移動的電極。所述熟化罐(R)包括用於供入空氣的通風元件(R18)。
文檔編號C02F1/463GK102123954SQ200980131943
公開日2011年7月13日 申請日期2009年6月12日 優先權日2008年6月24日
發明者霍爾格·布盧姆 申請人:霍爾格·布盧姆