用于处理水或废水等的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于处理水或废水等的方法和装置。更具体地，本发明涉及一种处理废水的电物理沉淀方式(电物理析出方式，electro-physical precipitation manner)。更具体地，本发明涉及一种用于水或废水等处理和软化，包括水或废水等的预处理的方法和装置。
背景技术
工业和商界有义务在一切可能的情况下或根据联邦水法(Federal Water Act)的§7a第1部分第4句避免污染废水(如果废水包含有害物质的话)以根据技术状态净化废水。在回收管理与废弃物法(Recycling Management and Waste Act)中，避免废弃物具有最高的优先级。
对工业和市区关于废水处理厂递增的需求不仅产生了较大体积的待处理的废水和待除去的污水污泥，而且还经常引起对于污泥特性的问题并且使废弃物的适当处理更加困难。例如，在许多城市废水处理厂中由于已经开始磷酸盐除去所以已显著减少污泥的分离。
用于废水和污泥处理以及提高机械处理厂效率的创新的工艺在环境和工艺工程的许多领域中通过增加废液(废物流，streams ofwaste)而由此获得越来越多的重要性。在开发/处理废弃物中产生的困难需要一直改善调整和处理工艺以便减少废弃物的量以及甚至回收材料。
因此，出于经济和生态原因预处理工艺是必需的，其能够通过过滤和沉淀而分离胶体成分。污染物经常悬浮在废水中，并且被非常细微地模拟(emulate)和分布。在这样的系统中，负电荷颗粒定向(排列)在相同方向上具有不利的效应，这使在机械装置中的有效分离更加困难并且需要使用化学添加剂如聚合的和/或有机的絮凝剂。
这些废液的预处理可以可替换地使用电物理沉淀来实施。在这种情况下，带电颗粒在电场中移动至电极，在那里中和，并且由此实现颗粒的凝聚。取决于废水组成，附加的氧化工艺(氧化过程)可以引起某些含水量物质在施加电化学工艺过程中被去除。各种反应的机理知识因此对于最优化工艺以及对于调整至在待处理物质体系的情况下的特殊要求具有特殊的重要性。因此，考虑这所基于的电化学理论对工艺的发展具有特殊的重要性。
出于论述的目的在这里简要地描述了可涉及本发明背景的现有技术文献的一些实例。
美国专利第6,55,977号在一个方面简要地教导了一种通过氧化包含在废水中的水溶性有机和其他可氧化的材料而用于处理废水的电解净化方法和装置以减少化学需氧量。该发明的电解净化系统利用一个或多个电化学电池。该电池采用不锈钢电极并包含铁片(铁芯片，iron chip)，其是可移动的并且当液体流过电池时可自由流通。铁片与阳极电接触并通过不导电的但液体可渗透的阻挡层(barrier)防止与阴极接触。铁片因此提供有效的并可抵抗住性能降低的动态的和流动的电极表面。
此发明在另一方面涉及一种电解氧化装置，包括两个或多个电化学电池，串联布置用于使废水连续流过那里以影响期望水平的COD(化学需氧量)去除。在一种特定的实施方式中，该发明涉及一种通过氧化包含在其中的水溶性有机和可氧化的无机物质而用于净化废水流的电解氧化工艺。
美国专利第6,325,916号简要地教导了一种用于从包含污染物的水源分离污染物的方法。在一种实施方式中，该方法涉及溶解在含水体系内的高粉状氧化剂的应用。气体溶解在蓄水池内的水溶液中，并且蓄水池内的压力是可控制的。这提供了氧化溶解气体与污染物材料(污染物质)的最大接触。一旦被氧化，蓄水池的出口适于允许水力空化。空化的净效应是引起泡沫形成，该泡沫将絮凝物从水溶液运输到分离相中。以这种方式，该工艺是有效的溶解氧化气体传质工艺。在另一种实施方式中，该工艺可以通过电凝聚而被增大。这涉及被设置在包含氧化剂材料的蓄水池内的电池的应用。通过提供电极和将电极暴露于电流源，水溶液内的污染物或者被氧化或者以其他方式被降解并且这通过溶解的气体氧化剂补充了氧化。
美国专利第6,740,245号简要地教导了一项发明以提供极其有效的、低维护、低能源成本模块化水净化和污染控制技术用于各种类型的水或废水流的非化学消毒和污染物分离。特别感兴趣的水处理和净化领域包括但不限于饮用水、船上压舱水(船舶压舱水，shipballast water)、海运排放废水(船用排放废水，marine dischargewastewater)、商业和工业冷却水、工业和商业有害和/或有毒废水(流出物)、制造过程水、工业机床冷却液(冷却剂)、污水、以及农业和食品加工流。
具体地，该发明的非化学水净化和消毒技术与依赖化学品、传统过滤、反渗透、臭氧发生器等的更多传统水处理方法相比显示出更高的处理效率，并且还涉及降低的能源成本。通过排除处理化学品、增加亚微米颗粒大小的固体分离和去除，以及通过在处理的水中经过电力驱动消毒非常有效地破坏细菌和生物制剂，可以消除许多操作上、维护以及严重的健康和水处理问题，引起污染水的经济回收，并最终引起缩小的饮用水供应的保存、净化、以及保护。因此，此发明的目的是建立非化学水处理消毒和净化技术，其代表对全球水可用性问题和关注的实际的、“用户友好的”、以及节省成本的答复。
美国专利第4,149,953号简要地教导了提供一个可操作性地作为电解池的处理室，其中电极具有相对于电解质的体积较大的表面区域(表面积)。阳极由大量的铝颗粒组成，而阴极由设置在紧密接近于铝的大量的铁颗粒组成。将包含杂质的废水引入到处理室中并被用作电解质。将电流施加至电极以溶解铝和铁，并且在处理室中产生絮凝物。水中的杂质被絮凝物吸附并保留。废水可以连续地从处理室再循环到保存室(holding chamber)，或者可以在连续流动系统中以预定的流量移动穿过铝和铁电极。包含吸附杂质的絮凝物通过传统的方法与水分离。作为备选方案，可以将包含正常溶解固体的清洁水引入到处理室中并被用作电解质。将电流施加至铝和铁电极以产生絮凝物。将装载絮凝物的清洁水输送到包含废水的室中，并且与废水混合。包含从废水中吸附的杂质的絮凝物然后通过传统的方法与水分离。
美国专利第6,793,801号简要地教导了一种用于污染物分离的方法和装置利用相反(相对)带电电极板的交叉阵列(交错阵列，interleaved array)用于流体处理。在平行电极板之间的间隔逐渐变化(graduate)使得在相反电极之间的空腔的体积提供对来自各种液柱的较宽范围的污染物变化水平的处理。基本上正交于在相反电极板之间建立的电场方向而延伸的流体流动路径提供了暴露于电极板之间不同水平的电荷的供入流。该方法和装置通过具有小足迹并需要少量的电能的装置提供了一种污染物分离的有效方法。
美国专利第6,923,901号简要地教导了一项发明以当面对海运工业时提供极其有效的、低维护、低能源成本模块化水净化和污染控制技术用于各种类型的水或废水流的非化学消毒和污染物分离。特别感兴趣的水处理和净化领域包括但不限于船上压舱水和海运排放废水。具体地，该发明的非化学水净化和消毒技术与依赖化学品、传统过滤、反渗透、臭氧发生器等的更多传统水处理方法相比显示出更高的处理效率，并且还涉及降低的能源成本。通过排除处理化学品、增加亚微米颗粒大小的固体分离和去除，以及通过在处理的水中经过电力驱动消毒非常有效地破坏细菌和生物制剂，可以消除许多操作上、维护以及严重的健康和水处理问题，引起压舱水等的经济消毒，并由此避免非固有物质的传播。因此，此发明的目的是建立非化学水处理消毒和净化技术，其代表对全球水问题和关注，特别是在海运和海上有关工业中的实际的、“用户友好的”、以及节省成本的答复。
美国专利第6,613,201号简要地教导了一种通过电场用于处理水的装置。将阳极和阴极布置在处理室中。阴极具有多个平行销。种晶(晶种，seed crystal)沉积在这些销上。存在用于从销上分离这些种晶的方法。该装置具有简单的设计并且具有高的对于种晶形成的效率。阴极被保持没有石灰沉积物。为此，种晶通过穿孔圆盘(穿孔盘，perforated disc)从销上分离或剥离。销穿过此穿孔圆盘的孔延伸。在销上引导穿孔圆盘。穿孔圆盘可以通过水压力或通过电动机而移动。电动机将启动由监控装置控制的安全阀作为第二功能。
美国专利第6,849,178号简要地教导了一种通过电场用于水处理的装置在待处理的水通过的至少一个处理室中被提供有阳极和阴极。该装置的特征在于至少一个处理室形成具有细长横截面的棱柱形空间，阳极和阴极由隔开地延伸到所述的空间中的几对平行的、棒状电极形成，并且电压可施加在电极之间。至少一个处理室的一端被连接至水入口(进水口)，而至少一个处理室的另一端被连接至水出口(出水口)，从而可产生从一个电极到另一个电极的水流，其基本上横穿至电极的纵轴。
美国专利第6,122,599号简要地教导了一种用于分析悬浮在流体中的颗粒的装置。流体具有与颗粒不同的电性能。流体和颗粒通过管道或孔从包含第一流体的部分移动到包含第二流体的部分。第一对电极，该对的每个电极处在包含各自流体的部分中。在第一电极与第二电极之间限定了狭窄的电路径，并且该路径沿着孔延伸。至少一个其他对电极以非环绕布置方式进行定位，并且彼此排成直线并横穿至狭窄的电路径。此构造排除了易受其他装置影响的许多常见误差。
美国专利第6,338,789号简要地教导了一种通过电场用于处理水的装置。将阳极和阴极布置在处理室中。种晶沉积在阳极上并且从其中被剥离以与水一起被携带，这引起水中包含的碳酸盐结晶在其上。从而，当加热水时锅垢的形成减少。将来自处理室的水暴露于后处理室中的另一电场，停留时间比处理室中的停留时间更长。从而，增强种晶的生长。处理室与后处理室的效率比单独的处理室的效率更高。
美国专利第4,104,142号简要地教导了一种包含悬浮固体的液体首先经过没有电流流过其电极的静电处理器以引发颗粒的成核和凝聚。其后，它经过电解处理器，其中电流可以在电极之间流动，以进一步促进凝聚至这样的程度使得絮凝开始。静电处理器的剩余效应防止在电解处理器的电极上电解(电镀，plate out)，使得电解可以发生而无需牺牲电极，并且电极被如此布置使得液体连续地经过其反复的、强大的作用进一步促进絮凝的力的集中线(concentrated line)的组。液体与它的絮凝物质从电解处理器被递送到如此设计的沉淀池中使得絮凝物将沉淀出来并且被使用最小量的操作从池中除去，因为这样的物质当仍然在液体中被处理时倾向于立即分散和散开。
美国专利第3,944,478号简要地教导了提供一种电解排水处理装置(electrolytic drainage treating apparatus)以处理包含被污染化合物的悬浮物的排水(drainage)，从而悬浮物通过由电解洗提的铝离子或铁离子而被絮凝和去除。该电解排水处理装置被配备有高速电解槽，该高速电解槽包括其间具有薄间隙的阳极和阴极，其中排水被强制地经过薄间隙作为电解液。阳极材料如铝和铁通过由电流经过间隙而产生的电解被洗提为离子。在阳极和阴极之间的间隙的宽度受到控制。高速电解槽被有效地用于各种电解处理。
美国专利第6,689,271号简要地教导了一种用于从废流出物(waste effluent)中去除污染物的电凝聚系统，包括具有带电的和不带电的板的电凝聚反应器并且使水连续流过其中。将反应器连接至电压源以使一些板充有正电并使一些板充有负电，其中不带电的板在正极板与负极板之间。该系统使废水进入用于在其中凝聚的反应器，废水离开反应器以进入用于搅拌的消泡槽(defoam tank)，该消泡槽使捕集的气泡作为泡沫上升至槽的表面。从消泡槽中，废水通过污泥稠化器(污泥增稠器，sludge thickener)以使污泥沉淀在其底部，并且废水从污泥稠化器中排出以流至澄清器。泵除去在澄清器底部形成的污泥以使其收回至污泥稠化器。污泥被从污泥稠化器的底部抽出用于运送至其中大部分水被从中除去的压力机。水被从澄清器的顶部排出用于运送至传统的下水道系统或用于再使用。
美国专利第6,315,887号简要地教导了一种用于净化污染水的装置，特别适于从中除去有机污染物。该装置利用一个反应器，其中污染水在通过电解原位产生的氧化反应催化剂存在的情况下经受包含臭氧的气体的组合作用。该发明的一个目的是提供一种有效的和经济的方法用于通过其有机污染物的“原位”氧化和/或其以物理去除形式的组合来净化污染水，特别是废水。此方法还允许杀死污染的活着的污染物如细菌和病毒。该发明的另一个目的是提供一种用于实施上述方法的装置。此装置可以用于净化被大量污染物如在许多有机加工厂的流出物中发现的污染物所污染的污染水。因此，使实现被有机化合物，特别是在许多污染工业如石油化学产品、肥料、杀虫剂、农药、或造纸厂和食品工业(其通常包含高COD(化学需氧量)和BOD(生物需氧量)水平)中的流出物中发现的有机化合物污染的水的处理变得可能。该发明的进一步的目的是提供一种反应器，在该反应器中产生高氧化条件以便完全或部分地分解(破坏)有机污染物并且将它们转化成易于可除去的氧化产物，特别是具有低密度的氧化产物或气体。因此，此发明提供了允许净化重污染水的一种方法和一种装置。根据该发明的方法和装置被设计成氧化包含在被处理的废水中的有机污染物并且在处理过程中以非常活化的状态产生至少一种催化剂的氧化反应。
美国专利第6,294,061号简要地教导了一种用于从废流出物中去除污染物的电凝聚系统，包括具有带电的和不带电的板的电凝聚反应器并且使水连续流过其中。将反应器连接至电压源以使一些板充电为正极板和负极板。该系统使废水进入用于在其中凝聚的反应器，废水离开反应器以进入用于搅拌的消泡槽，该消泡槽使捕集的气泡作为泡沫上升至槽的表面。从消泡槽中，废水通过污泥稠化器以使污泥沉淀在其底部，并且废水从污泥稠化器中排出以流至澄清器。泵除去在澄清器底部形成的污泥以使其收回至污泥稠化器。污泥被从污泥稠化器的底部抽出用于运送至其中大部分水被从中除去的压力机。水被从澄清器的顶部排出用于运送至传统的下水道系统或用于再使用。
美国专利第6,274,028号简要地教导了一种用于净化含水流出物流(废水流，aqueous effluent stream)以降低其化学需氧量的方法和装置，其中该方法包括水溶性有机物质在插入不锈钢电极的电化学电池中的直接氧化，不锈钢电极的稳定性和寿命通过包括流动(旋转)的金属片而被提高。
美国专利第6,126,838号简要地教导了一种通过电解和氧化而用于处理高度浓缩的废水的方法，所述方法的特征在于，在合适的微粒载体的流化床中实施电解和氧化。通过流化的微粒载体而改善高铁离子的电解还原效率，因此在系统中可以保持高比例的铁(III)至铁(II)。该发明允许具有改善效率的废水的广泛净化。
美国专利第5,928,493号简要地教导了一种使用电凝聚用于处理工业废水的工艺以实现可包括重金属、染料、油、脂肪、溶剂、以及盐的污染物的分离。该工艺包括使包含易受到电凝聚的污染物的废水经过反应器单元(reactor cell)内的几对电极之间，用直流电激励电极，从而分解和化学改变电解水中的污染物以在其中形成可沉淀的絮凝物，以及从清洁水中分离絮凝物。该发明还期望一种用于处理废水的装置，该装置包括：具有通过直流电激励的隔开电极的电凝聚反应器单元、用于使工业废水经过反应器和电极之间的泵、消泡槽、机械澄清池、以及凹板式压滤机。
美国专利第4,770,755号简要地教导了一种通过电解用于净化乳状液和污染水特别是含油的水的电极单元，该电极单元包括垂直放置的可溶物质的邻近电极板、用于调整电极板之间的距离的隔板以及用于调整电极板的浸入深度的设备。电极板的端部(tip)限定了与待净化的液体接触的板的最合适的面积，并且调整电极板的浸入深度以便使在电极端之间的电流密度保持在期望的范围内。此外，也可以调整板之间的空间以便使在电极端之间的电流密度保持在期望的范围内。
美国专利第4,623,436号简要地教导了一种用于从液体中除去杂质的方法和装置，在高于大气压力的压力下将包含杂质的液体提供给电解槽。通过将电压施加至由电解时易于溶解的金属组成的电极而实施电解。然后将液体暴露于大气压力，并且在浮选分离槽(flotation separation tank)中进行处理。在浮选分离槽中处理液体的过程中形成的细气泡附着于通过电解在液体中絮凝的杂质。絮凝杂质的浮选分离可非常有效地实施，并且可以回收高纯水。该装置包括由压力容器组成的电解槽，其中装有(提供，house)电解时易于溶解的金属电极，并且恒定的电流源用于将电压施加至所述电极以便在所述电解槽中容纳的液体中获得预定的电流密度，其中通过金属的氢氧化物引起液体中的杂质絮凝。
美国专利第4,181,591号简要地教导了将一种携带悬浮固体的流体如空气或水引导在一对带相反电荷的波纹表面(波纹面，corrugated surface)之间以便使流体经受频率增加的波动作用，利用该波动作用固体颗粒彼此撞击，从而增加固体的絮凝速率。在气载颗粒(airborne particle)的情况下，波纹表面以竖立状态进行布置使得被吸引到这样的表面中的一个或另一个上的絮凝颗粒从中下沉到将这样的颗粒递送至收集容器的输送机构中。在液载颗粒(liquid-borne particle)的情况下，流液(flow)在经过表面之间之后被迫使逆着重力向上移动，从而促进絮凝颗粒沉淀下来进入与上升液流通道相联系(连接)的贮槽中。在每一种情况下，可以利用两组带电表面，第一组的表面中的至少一个表面与流液隔离以仅用于静电作用，而第二组具有没有如此隔离的表面用于电解作用。
除了上述现有技术以外，还存在许多其他的基本上涉及本发明的背景的现有技术如DE 69021388 T2、DE 10046959 A1、DE4330518 A1、5474748 A以及EP 0701972 A1。
可以包括在此说明书中的文献、装置、法或知识的任何论述以解释本发明的范围。不应当视为确认的是，任何材料在本文中披露内容和权利要求的优先权日或之前在新加坡或其他地方形成相关技术中的现有技术基础或公知常识的一部分。关于日期的所有陈述或者关于这些文献内容的说明是基于申请人可得到的信息，而并不构成关于这些文献日期或内容的正确性的任何确认。
在电物理沉淀中，本发明的发明人已发现了一种清洁的、节省成本的、舒适的以及快速的分离工艺。直到现在，可以处理在单独阶段(individual phase)之前需要复杂预处理的稳定的乳状液和悬浮液。例如，乳状液如来自洗涤工艺的钻孔或切削油或废水经常通过加入化学品如金属盐或聚合物而被分解。该步骤的缺点在于这样的事实，即金属盐引起盐累积。另一种工艺是通过超过滤的乳状液分离。该工艺提供了一种可以供入生物处理的几乎无油的滤液。然而，它的获得以及操作是相对昂贵的。这同样适用于热并且因此是能源消耗量大的分离工艺。与传统的路径相比，电物理沉淀采用直接路径，其覆盖问题废水或预处理水或废水的环境友好的清洁用于随后的脱盐。
因此，本发明的一个目的是引入所谓的牺牲阳极，该牺牲阳极通过在到达阴极的途中放出金属离子而缓慢地溶解在液体介质中。
本发明的又一个目的是在电极的表面产生高度反应基团以及氢气和氧气。特别地，该基团需要与废水的含有物质(内含物，content material)的许多二次反应，如例如有机物质通过氧化的降解。这也降低了对氧的化学需求。
本发明的又一个目的是产生电物理沉淀的应用的多方面领域(many-facetted area)如裂纹钻孔和切削油乳状液以及白垩和灰泥悬浮液。它除去了来自电镀废水中的重金属。它还可以有利地用于脱盐工艺中水或废水的预处理。
本发明的一些优势是需要的空间较小并且设备费用较低。没有以化学品形式的有害物质必须被贮存，并且操作成本有限。电极之间的距离已相对于每反应器体积的大表面而最优化。电压比较低，这在能量消耗上具有有益的效果。用作牺牲阳极的铁-铝或合金涂覆的电极的磨损也被保持在合适的限度内。
发明内容
本发明涉及一种用于处理水或废水用于饮用和/或工业用途的方法和装置。该方法和装置由放置在处理室中的多个竖直安置(定位)的电极组成。所述电极彼此相互连接但是在其之间是绝缘的。直流电源的极性可以每隔一定时间(以规则间隔)进行变化以便防止电极的钝化以便达到均匀的磨损。电流可以优选是脉动的(pulsatory)，从而末端效应(tip effect)变得更加有效并且为了能够将在电极之间的电流密度保持在期望的值，通过最小的总电流获得最有效可能的电解。在电极之间的间隔是可调整的适合于不同类型的水或废水的导电性。
可以进一步包括静电棒(electrostatic rod)和一些紫外线消毒灯(ultraviolet disinfector lamp)用于更好的凝聚。在其中提供了一个喷射器系统，该喷射器系统将空气、气体或液体凝结剂化学品吸入反应室中。安置在处理室中的电极通过壁隔开。对此进一步地，将电极单元集成在微量浮选系统中，并且将在出口处絮凝的污泥(沉淀物，sludge)收集在滤鼓(filter drum)中，并且其中在出口处的清洁水在pH测试之后被回收以及其后被引导到排水管中。为了增强微量浮选过程，可以可选地在入口的前面安装用于气体的空气喷射器。
根据本发明，废水流入塑料如有机玻璃、玻璃或金属反应管中，其中在电化学电池(电化学单元)中电极开始絮凝胶体颗粒的反应和水溶性有机物质的氧化。凝结的和氧化的物质其后将进入沉降反应器(settlement reactor)中，其中矿物以及絮凝的胶体下降到沉降反应器的底部并且它本身在水中建立一种滤床(过滤层)。处理的清洁水必须经过此矿物滤床，在出口处可以时常地除去该矿物滤床。
正极由几个单独的电极组成，并且横截面被设计和选自方形、六角形、圆形或具有任何其他几何形状，并且其中每个正极优选地尺寸为至少1至20平方厘米以及长度在0.30米至3.00米之间，并且其中正极的表面由钛或钼或两种金属的合金的涂覆层或涂覆金刚石(涂覆有金刚石，diamante-coated)的铌电极组成。
其他方面和优选的方面被披露在说明书中和/或限定在所附权利要求书中，形成本发明说明书的一部分。
根据在下文中给出的详细描述，本发明的另外的适用性范围将变得显而易见。然而，应当理解，虽然指出本发明的优选的实施方式，但详细的说明和具体的实施例仅通过示例的方式给出，因为对本领域技术人员来说，根据此详细说明，在本发明的精神和范围内的各种变化和更改将变得显而易见。
附图说明
通过参照下面优选实施方式连同仅通过示例方式给出的附图的描述，相关领域的技术人员可以更好地理解本申请的另外的披露内容、目的、优点以及方面，因此并不限制本发明，并且，在附图中：
图1示出了根据本发明的电极单元的示意性平面图；
图2示出了与用于更好的凝聚的静电场棒和/或用于消毒的紫外线灯结合的电极单元的示意图；
图3示出了空气/气体/液体凝结剂喷射器与静电高压棒单元的结合的示意图，该静电高压棒单元具有与用于最好的消毒的紫外线灯结合的电解单元；
图4示出了用于降低化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、胶体颗粒和消毒的微量浮选系统内部的电极单元/棒的示意图；以及
图5示出了通过电解处理水/废水而用于脱矿质/去离子(deionzation)的电极单元的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电极单元1的示意图。所述电极单元1由多个竖直安置的电极2a和2b组成。所述的竖直安置的电极2a和2b优选安置在处理室3中。电极2a和2b如图所示彼此相互连接，但正极和负极在其之间是绝缘的。如图所示，直流电源的极性可以每隔一定时间进行变化以便在达到均匀的磨损时防止电极的钝化。另外，电流可以优选是脉动的，从而末端效应变得比之前更加有效。根据本发明，为了能够将在电极之间的电流密度保持在期望的值，通过最小的总电流获得了最有效可能的电解。对此进一步地，出于相同的目的还可以将电极之间的间隔调整在4至40mm的距离(间隔)内。
再次参照图1，其中电极单元1可以在废水处理厂与电磷酸盐清除器(electro-phosphate remover)一起用于电解磷酸盐去除步骤中。可以将连接至电磷酸盐清除器的电极2a和2b安装在其中存在与氧气相比更多的硝酸盐的上升盆(upswing-basin)中。然而，如果材料被很好地混合，则钙将不会与氧气发生反应。电磷酸盐清除器引起离子交换反应。这将进一步引起像栅结构(fence structure)的晶体的形成。在这种场合，排除了随后的对将漂浮在污泥上的磷酸盐如钙-铵和/或镁-铵-磷酸盐的脱氮(反硝化，dinitrification)工艺。
现在参照图2，其中示出了根据本发明的另一种电极单元的示意图，该电极单元进一步由几个竖直放置的电极2a和2b组成。所述电极2a和2b优选安置在处理室3中。此电极单元的其他构造与较早提及的电极单元相同，因此在这里将不再重复。根据本发明，可以进一步包括如铌的静电棒4和一些紫外线消毒灯5用于更好的凝聚。
根据本发明，如图3所示，其中进一步提供了一种喷射器系统6，该喷射器系统6被设计和配置成将空气、气体或液体凝结剂化学品吸入反应室中。在此实施方式中，壁8将安置在处理室3中的电极2a和2b隔开。由于这种处理，降低了化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)的值、以及胶体颗粒的量。此实施方式特别地用于空调和冷却塔中。
根据本发明的图4示出了集成在微量浮选系统中的电极单元的示意图。将在出口10处絮凝的污泥收集在滤鼓中。对来自出口12的清洁水测定它的pH值并且其后被引导到排水管中。为了增强微量浮选过程，可以可选地在入口14的前面部分安装用于气体的空气喷射器。
图5示出了根据本发明的用于对水或废水去离子的电极单元的示意图。将来自水龙头或槽或来自任何其他地方的水引导到塑料如有机玻璃、玻璃或金属反应管13中。在电化学电池中电极2a和2b开始絮凝胶体颗粒的反应和水溶性有机物质的氧化。由于该电化学反应，凝结的和氧化的物质将朝着沉降反应器9移动，其中钙、镁和其他矿物以及絮凝的胶体18将下沉到沉降反应器9的底部并且其后它本身在水中建立一种滤床。处理的清洁水必须经过所述的滤床，经由出口11可以时常地除去该滤床。当去离子水必需用于加工例如食品工业、冷却塔、水加热器(热水器)等中时尤其使用图5所示的布置。根据本发明，通过电解方法可以有效地降低待处理的水的碳酸盐硬度。通过使用本发明降低了特别是来自食物脂肪和食物油的污水中重飘流的亲脂物质(heavy-fleeting lipophilenmaterial)的体积。
根据本发明，通过电解方法可以有效地降低待处理的水的碳酸盐硬度，该电解方法通过使用电解电池(electrolysis cell)使碳酸盐和硫酸盐盐类沉淀。所述的电解电池利用10伏的DC(直流)电压。电解电池还被设计成脉冲DC电压以便产生为至少10安培的电流强度。在本发明中，电极在横截面尺寸上被设计和配置为大约1至2平方厘米。因此，利用每平方米约1至20安培的电流强度处理待处理的水。
阳极(也称为正极)由几个单独的阳极组成。优选每个阳极横截面被设计和选自方形、六角形、圆形或具有任何其他几何形状。还优选每个阳极尺寸为至少1至20平方厘米。每个阳极的长度被选择成在0.30米至3.00米之间。在本发明中，阳极的表面由涂覆有钛或钼或两种金属的合金或涂覆金刚石的铌的层组成。具有不同材料的阳极的组合可以根据待处理的水的性质和需要的水质量进行变化。
阴极(也称为负极)也由几个单独的电极组成。每个阴极的设计和构造与每个阳极的设计和构造相似。阴极的特性通过使用下面的组成进行制造：
(i)具有至少80％的铝的金属或金属合金
(ii)具有至少80％的镁的金属或金属合金
(iii)具有至少80％的铝和镁的总组合的金属或金属合金
(iv)以石墨或压实烟灰形式的导电碳
(v)被埋置在塑料中的导电碳
(vi)涂覆金刚石的铌电极
(vii)导电陶瓷或陶瓷与其他材料的混合物。
根据本发明，以铝为基础的材料的组较少适合于饮用水的处理。因此，出于处理饮用水的目的，优选具有至少80％的镁的金属或金属合金的组。
根据本发明，水的碳酸盐硬度在沉淀过程中被分解。除此之外，各种有机和无机物质如细菌、悬浮物质、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐或氨盐(ammonia salt)也通过也被称为氧化还原反应的氧化或还原被分解成无害的组分。
本发明的一个基本的方面是使用一种使阳极和阴极两者结合的材料。这将保证在电极上存在最小的电化学磨损。这回过来保证了电解电池的寿命被延长几年。
根据本发明，可以实施水处理方法，该水处理方法将使水可用于工业用途和用于饮用。除此之外，根据本发明处理的水可以分别通过传统的离子交换器或通过反渗透方法被进一步优化(提高，升级，enhance)为去离子水或饮用水。
根据本发明获得的试验结果的实施例示在这里的表1中。
表1
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应当注意，用于本发明说明书中的术语水或废水包括但不限于污水、海水、湖水、河水、工业废水、生活废水等。
本发明的实施方式可以根据应用进行变化。用于实施发明的示例性的应用包括但不限于在脱盐之前水或废水的预处理以除去微粒以及保护下游过程不受损坏或结垢。在反渗透、电渗析等中，水或废水通过将水或废水引导到本发明的装置中以除去将堵塞膜的颗粒进行预处理。这尤其可用于使用反渗透处理半咸水(微咸水)，因为反渗透很容易受到半咸水中存在的高含量的硅石的影响。作为更好的预处理的结果，反渗透膜可更加有效地操作。此外，由于使生物污着、结垢以及膜堵塞减到最小，所以将延长系统的寿命。
虽然已经结合其特定的实施方式描述了此发明，但应当理解能够进一步更改。此申请旨在覆盖本发明的任何变型、应用或改装，进而通常覆盖本发明的原理，并且此申请旨在包括那些虽然没有被描述但属于本申请所属技术领域公知常识或惯用技术手段且适用于前述必要技术特征的内容。
虽然本发明可以在不背离本发明的基本特征的精神的情况下以几种形式被具体化，但应当理解，除非另外指出，上述实施方式并不限制本发明，而是应当如在所附权利要求中限定的本发明的精神和范围内被广泛地解释。各种更改和等同配置用来被包括在本发明和所附权利要求的精神和范围内。因此，特定的实施方式将被理解为说明其中可以实施本发明的原则的许多方式。在下面的权利要求中，装置加功能(means-plus-function)字句用来覆盖实施限定功能的结构，并且不仅是结构等价物，而且是等价结构。例如，虽然钉子和螺钉可能不是结构等价物，因为在固定木制部件的环境中钉子使用圆柱形表面以将木制部件固定在一起，而螺钉使用螺旋形表面以将木制部件固定在一起，但钉子和螺钉是等价结构。
采用在此说明书中使用时的“包括”以规定所述的特征、整数、步骤或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、部件或它们的组的存在或添加。