DE60036529T2

DE60036529T2 - Methode zur wasserbehandlung

Info

Publication number: DE60036529T2
Application number: DE60036529T
Authority: DE
Inventors: Takaaki Tsukuba-shi Maekawa; Kazuo Tsukuba-shi Fujita
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: US6712947B1; EP1112966A4; DE60036529D1; EP1112966B1; WO2000063123A1; CN1302278A; WO2000063123A8; CN1151082C; EP1112966A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung für Fließwasser. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Reinigungsvorrichtung durch Oxidation und Zersetzung von Wasserverschmutzungssubstanzen in einem Fluss, die zur Verwendung wie z.B. Beseitigung von Stickstoff und Phosphor wirkungsvoll ist, die Verursachungssubstanzen einer Eutrophierung des Flussfließwassers sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik:
Obwohl ein Kontaktoxidationsverfahren durch eine biologische Membran entwickelt und angewandt worden ist, das eine Membran aufweist, in der im Fluss lebende Mikroben natürlicherweise wachsen, ist dieses Verfahren hinsichtlich einer Reinigungsentfernung der Wasserverschmutzungssubstanzen im Fluss bisher hauptsächlich dazu geeignet, um in einem Schmutzwasser enthaltene Kohlenstoffquellen durch Reinigung zu entfernen, aber es ist nicht geeignet, um Stickstoff und Phosphor zu beseitigen, die Verursachungssubstanzen einer Eutrophierung sind.
Deshalb ist es im Stand der Technik, um die Eutrophierung zu verhindern, notwendig, von den Kohlenstoffquellen verschiedenen Stickstoff und Phosphor zu zersetzen und zu beseitigen, so dass das biologische Membranbehandlungsverfahren nicht unbedingt ausreichend ist. Weiter gibt es Untersuchungen über Gegenmaßnahmen, wie z.B. eine Nitrifizierung/Denitrifizierung durch ein ein Nährsalz umfassendes Fixierverfahren, bei dem die biologische Membran weiter verstärkt worden ist, und über eine Anwendung eines Ammoniumphosphat-Kristallisationsverfahrens, das Mg-Salz verwendet, aber sie weisen solche ernsten Nachteile auf, dass eine Beseitigungsrate von Stickstoff in einem Fall 60% nicht überschreiten kann, wo das Ammoniak im Fluss beseitigt ist, dass eine ausreichende Beseitigungsrate nicht gewährleistet werden kann, abhängig von einem C/N-Verhältnis, und dass selbst, wenn ein gelöster Sauerstoff im Flussstrom aus reichend gewährleistet ist, die Nitrifizierung nicht voranschreitet, weil eine Reaktionsgeschwindigkeit von nitrifizierenden Bakterien zur Nitrifizierung von Ammoniak von Stickstoff niedrig ist. Demgemäß ist eine Einrichtung zur Erhöhung der Beseitigungsrate von Stickstoff und Phosphor auf 90% oder höher notwendig geworden, koste es was es wolle.
Deshalb ist es ein Ziel der Erfindung, ein neues Reinigungsverfahren bereitzustellen, das die Wasserverschmutzungssubstanzen, wie z.B. Stickstoff und Phosphor, im Fließwasser im Fluss und dergleichen wirkungsvoll beseitigen kann, wodurch die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik gelöst werden.
Als ein Verfahren zur Erlangung des obigen Ziels stellt die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von Wasser bereit, das in der Fließrichtung über ein Fließwasserbett fließt, indem Wasserverschmutzungssubstanzen, die im Fließwasser enthalten sind, durch die Erzeugung von hohen elektrischen Feldimpulsen oxidiert und zersetzt werden, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen einer negativen Elektrodenplatte auf dem Fließwasserbett; und Anordnen einer positiven Elektrodenplatte an einer oberen Oberfläche des Fließwassers, gegenüberliegend zur negativen Elektrodenplatte, um stromaufwärts und stromabwärts gelegene Endteile und gegenüberliegende Seitenteile in Bezug zur Strömungsrichtung des Wassers zu besitzen, wobei die positive Elektrodenplatte angepasst ist, um unter die obere Oberfläche des Fließwassers eingetaucht zu werden, wobei Schwimmer an mindestens einem von den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Endteilen der positiven Elektrodenplatte und den gegenüberliegenden Seitenteilen der positiven Elektrodenplatte angeordnet werden; wobei eine Struktur bereitgestellt wird, um die positive Elektrodenplatte an einer Position der oberen Oberfläche des Fließwassers gegenüberliegend zur negativen Elektrodenplatte zu positionieren; Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte und vertikales Bewegen der positiven Elektrodenplatte in der Schwerkraftrichtung, um eine Spannung zwischen den Flächen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte zwischen 200 V/cm und 10 KV/cm anzulegen, wobei die Spannung durch einen Differenzialübertrager gesteuert wird.
Die Erfindung soll die Probleme lösen, und zwar mittels einer Erzeugung von O-Radikalen (Sauerstoffradikale) und OH-Radikalen (Hydroxyradikale), die durch die hohen elektrischen Feldimpulse erzeugt werden und auf einer Metallfläche Nanosekunden bis Mikrosekunden lang ein hohes Oxidationsvermögen aufweisen, einer Oxidierung von hauptsächlich einer Kohlenstoffquelle und einer Stickstoffquelle in einem verschmutzten Wasser, die gegen diese Radikale stoßen, und einem Kohärierenlassen von Phosphor durch eine Kohäsionsreaktion von Teilchen in Begleitung mit einer Elektrisierung von H⁺-Ionen, die bei diesem Anlass erzeugt werden, zu schwimmenden suspendierten Substanzen, um den Phosphor zu sedimentieren und zu trennen, wodurch eine Beseitigung der Verschmutzungssubstanzen bei 90–95% durch einen Betrieb mit einem einzigen Durchlauf erzielt wird, was durch den Stand der Technik nicht erlangt werden konnte.
Und in einem konkreten Ausführungsmodus wird, da sich ein Wasserspiegel und ein Durchsatz des Fließwassers zusammen mit einer Struktur der Reinigungsvorrichtung ändern, um damit fertigzuwerden, die Tatsache in Erwägung gezogen, dass es notwendig ist, eine zugeführte Wattstunde durch den Durchsatz des Wassers und eine Konzentration von SS automatisch zu steuern, so dass sie eine geeignete optimale Wattstunde wird, um dadurch die Beseitigungsrate der Verschmutzungssubstanzen konstant zu halten. Da sich das Fließwasser im Wasserfluss abhängig von der Zeit während eines Tages sehr ändert und ein Verhältnis zwischen 1 : 10–20, wenn der Durchsatz minimal ist und wenn er maximal ist, erreicht, folgt z.B., dass eine Größe des Durchsatzes proportional zu einer Fließgeschwindigkeit ist, so dass es, um eine elektrische Leistung zuzuführen, die der Größe des Durchsatzes folgt, notwendig ist, beifügend eine Steuereinheit zum Einstellen der zugeführten Wattstunde bereitzustellen, die in Bezug zum Durchsatz, den schwimmenden suspendierten Substanzen und einer Wassertiefe optimal und minimal ist. Weiter muss in einer Notzeit, wie z.B. einer Flut, die vorliegende Vorrichtung dafür ausgestattet sein, überbrückt zu werden, um kein Hindernis im Fließwasser zu werden.
Deshalb werden zuerst in den Reinigungsverfahren der Erfindung die folgenden Moden als geeignete Moden in Betracht gezogen, obwohl sie nicht auf diese beschränkt sind.

<1> In der positiven Elektrodenplatte werden Einrichtungen bereitgestellt, um sie vertikal zu bewegen.
<2> Eine Gassammeleinrichtung (zum Sammeln eines durch Oxidation und Zersetzung erzeugten Gases) wird bereitgestellt.
<3> Die positive Elektrodenplatte weist mindestens eine positive Elektrodensubstanz unter Metallen (einschließlich Legierungen; nachstehend dito) und Metalloxiden auf.
<4> Die positive Elektrodenplatte ist z.B. aus einer Basisplatte, die Metall, Keramik oder Harz oder ein Verbundkörper von mehr als zwei der erstgenannten ist, und der positiven Elektrodensubstanz zusammengesetzt.
<5> Die positive Elektrodensubstanz ist mindestens eines von z.B. Titanoxid, Rutheniumoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Zinnoxid und Platin.
<6> In einem konkreteren Beispiel ist bei der positiven Elektrodenplatte mindestens eines von Titanoxid, Rutheniumoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Zinnoxid und Platin mit einer Platte von porösem Titan, poröser Keramik oder Edelstahl als Einheit ausgebildet.
<7> Die positive Elektrodenplatte ist so angepasst, dass ihre Eintauchtiefe von einer Wasseroberfläche 1/5–1/10 einer Wassertiefe ist.

In der Erfindung, die so angepasst ist, dass die im Fließwasser enthaltenen Wasserverschmutzungssubstanzen durch die Erzeugung von hohen elektrischen Feldimpulsen oxidiert und zersetzt werden, ist es praktisch ein sehr wichtiger Punkt, wie die positive Elektrodenplatte gebildet sein sollte, um die Erzeugung von hohen elektrischen Feldimpulsen und Wirkungen der vorgenannten Radikale durch die Erzeugung wirkungsvoll zu machen. Geeigneter wird in der Erfindung als die positive Elektrodensubstanz das Metalloxid oder ein Edelmetall verwendet.
Ein solches Metalloxid, das Titanoxid, Rutheniumoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid oder Zinnoxid genannt wird, oder Platin, wie oben erwähnt, ist wirkungsvoll.
Was die positive Elektrodensubstanz anbetrifft, kann sie, im Fall, wo sie das Metalloxid ist, eine sein, die gebildet wird, indem ihre Teilchen in einen Vorpressling gefertigt werden oder sie gebacken oder gesintert werden, oder eine, bei der die Substanz oder ihre Teilchen auf einer geeigneten Basisplatte getragen wird/werden. Als die Basisplatte zum Tragen bei diesem Anlass kann sie z.B. eine Platte aus porösem Titan, poröser Keramik oder Edelstahl usw. sein, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, und vorzugsweise bildet die positive Elektrodensubstanz einen positiven Elektrodenflächenteil in einer membranartigen Form. Die Basisplatte selbst kann leitend gemacht sein, oder die positive Elektrodensubstanz in der membranartigen Form kann dazu gebracht sein, eine leitende Eigenschaft aufzuweisen.
Das Metalloxid kann durch Ablagerung, Destillation und dergleichen oder Mittel, wie z.B. Aufbringung einer Gellösung, durch eine Adhäsion-Integration mit der Basisplatte als Einheit ausgebildet werden.
Im Fall von Platin kann eine Oberflächenplattierung übernommen werden, oder es kann ein Platinblech angeklebt werden.
Nebenbei gesagt können, was eine negative Elektrode anbelangt, verschiedene Substanzen übernommen werden, vorausgesetzt, dass sie Metalle mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit sind oder solche, deren Oberflächen mit den Metallen beschichtet sind. Z. B. werden eine Edelstahlplatte und eine Metallplatte, die mit dem Platinblech beschichtet sind, als Beispiele angegeben.
Es ist praktisch, dass die positive Elektrode angepasst ist, um von der Wasseroberfläche durch vertikal sich bewegende Einrichtungen eingetaucht zu werden, und weiter ist es wünschenswert, dass die positive Elektrodenplatte in ihrer Nachbarschaft mit einer Gassammeleinrichtung versehen ist.
Weiter weist vorzugsweise bei der Erfindung die positive Elektrodenplatte in Anbetracht einer Erzeugung der hohen elek trischen Feldimpulse und einer Sammlung eines Zersetzungsgases eine konkav gekrümmte Fläche entgegengesetzt zur negativen Elektrode auf.
Indem man durch Beispiele konkret erläutert und erklärt, ist z. B. in der Reinigungsvorrichtung durch Oxidation und Zersetzung der Erfindung die Edelstahlplatte oder die Metallplatte, die mit dem Platinblech beschichtet ist, zu der negativen Elektrode gemacht; Titanoxid, Rutheniumoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Zinnoxid oder das Platinblech ist an einer oberen Fläche der Druckgussplatte usw. aus leitfähigem porösem Titan oder Edelstahl flächenparallel zur Metallplatte angeklebt; eine, bei der die vorerwähnte obere Fläche in Bezug zur negativen Elektrode in einem konkaven Zustand geringfügig gekrümmt ist, ist zur positiven Elektrodenplatte gemacht; Schwimmer sind an der positiven Elektrodenplatte an ihrer Vorderseite und Rückseite angebracht; es wird eine Struktur bereitgestellt, bei der die positive Elektrodenplatte zu 1/5–1/10 einer Wassertiefe eingetaucht ist; und es wird eine Struktur bereitgestellt, bei der die Schwimmer an vier Ecken der positiven Elektrodenplatte vertikal bewegbar sind. Weiter ist eine Dichtung angebracht, um zu verhindern, dass ein durch die Zersetzung erzeugtes Gas entweicht, und es wird ein Gasreservoir bereitgestellt, wodurch es ermöglicht wird, das erzeugte Gas zu sammeln.
Und vorzugsweise ist die Reinigungsvorrichtung der Erfindung so angepasst, dass der Wasserstrom gegen eine Oxidationselektrodenfläche (positive Elektrodenplatte) bei einem turbulenten Strömungszustand durch hohe Elektrodenfeldimpulswellen stößt und eine Oxidationsreaktion von Verschmutzungssubstanzen mindestens 2–3 Sekunden lang andauert. Weiter ist es, wie oben erwähnt, wünschenswert, zu verhindern, dass das durch Oxidation und Zersetzung erzeugte Gas in die Luft abgelassen wird. Da die Oxidationsreaktion durch eine physikochemische Reaktion erfolgt, werden N2 und NOx hinsichtlich einer N-Quelle erzeugt, schädliche Gase von SOx und H2S werden hinsichtlich einer S-Quelle erzeugt, und CO2-Gas wird hauptsächlich erzeugt, und CO-Gas wird hinsichtlich einer C-Quelle geringfügig er zeugt. Es ist wünschenswert, dass diese Zwischenprodukte durch Wasserstoff und dergleichen reduktionsbehandelt werden. Behandlungseinrichtungen und eine Behandlungseinheit dafür werden in der Erfindung auch vorgeschlagen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine Seitenschnittansicht, die eine Zusammensetzung einer Reinigungsvorrichtung der Erfindung darstellt;
1b ist eine Vorderseitenschnittansicht, die dasselbe darstellt;
2a ist eine Seitenschnittansicht, die ein Beispiel darstellt, das einen Steuermechanismus eines elektrischen Feldes aufweist;
2b ist eine Vorderseitenschnittansicht, die dasselbe darstellt;
3 ist eine Seitenschnittansicht, die ein Beispiel mit einem Reinigermechanismus darstellt;
4 ist eine Zusammensetzungsansicht, die ein Beispiel mit einer Gaskatalysatoroxidationseinheit darstellt; und
5 ist eine Zusammensetzungsansicht, die ein Beispiel mit einer Sedimentsammeleinheit darstellt.
Nun wird als Nächstes weiter eine Erklärung in Bezug auf einen Ausführungsmodus der Erfindung zusammen mit den Zeichnungen gegeben. Als erstes ist 1a eine Seitenschnittansicht, die Hauptteile einer Zusammensetzung der Reinigungsvorrichtung zur Verwendung bei dem Verfahren der Erfindung darstellt, und 1b ist eine Vorderseitenschnittansicht, die dasselbe darstellt. Eine positive Elektrodenplatte ist als eine Platte gebildet, bei der ein leitendes poröses Metall (A), wie beispielsweise Titan, zu einer Basisplatte gemacht ist und an der eine Oxidelektrode oder eine Platinelektrode (B) als Einheit angebracht ist, die aus einem Oxid, wie z. B. Titanoxid, Rutheniumoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid oder Zinnoxid, oder Platin besteht. Mehrere Elektroden (B) sind orthogonal zu einer Strömungsrichtung (α) des Fließwassers angeordnet.
Die oben erwähnte positive Elektrode ist so angepasst, dass sie durch Luftschwimmer (F) schwimmt, wobei Auftriebe von Luftreservoiren genutzt werden, die vorne und hinten in der Strömungsrichtung (α) angeordnet sind, und sich durch bewegbare Kronen (h) auf und ab bewegt.
Die bewegbare Krone (h) ist so angepasst, dass ihre Position durch einen Differenzialübertrager (I) detektiert wird.
Und in dem Beispiel von 1 ist eine Struktur übernommen, bei der eine Dichtungsplatte (D) als eine Einrichtung zur Gasdichtung auf einer rückseitigen Fläche des porösen Metalls (A) als die Basisplatte, die die positive Elektrodenplatte bildet, als Einheit angeordnet ist, ein Gasreservoir (C) an einer stromabwärts gelegenen Seite der positiven Elektrode montiert ist und ein in einer Oberfläche der Elektrode (B) erzeugtes Gas direkt oder nach Eindringen in das poröse Metall (A) im Gasreservoir (C) gesammelt und durch eine Gassammelpumpe (P) ausgetragen wird. Wie in 1b dargestellt, weist die Elektrode (B) eine konkave Form im Schnitt auf, wodurch es ermöglicht wird, das erzeugte Gas leicht zu sammeln. Weiter ist eine eine Wirbelströmung erzeugende Platte (G) auf einer Oberfläche einer negativen Elektrodenplatte (E) platziert, um die turbulente Strömung aufrechtzuerhalten, und sie ist folglich so angepasst, dass ein Oxidations/Zersetzungs-Wirkungsgrad erhöht wird, indem es leicht gemacht wird, die turbulente Strömung zu erzeugen.
Und durch den Differenzialübertrager, der in den bewegbaren Kronen (h) als vertikal sich bewegende Einrichtung bereitgestellt wird, ist sie angepasst, so dass eine Spannung zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte zwischen 200 V/cm und 10 KV/cm geändert wird. Weiter ist ein Trübungsmesser (Tu) als ein Konzentrationsdetektor vor dem Strom vorgesehen, und ein elektrischer Strom wird zwischen 1 mA und 100 mA entsprechend der Konzentration geändert. Weiter wird ein Strömungsgeschwindigkeitsmessgerät (V) auf eine ähnliche Weise angeordnet, und von der Strömungsgeschwindigkeit wird eine Frequenz zwischen 10 kHz und 150 kHz geändert. Ein solcher automatischer Steuermechanismus hat zur Folge, dass die Oxidation und Zersetzung, die einer Belastungs menge der Wasserverschmutzung entsprechen, wirkungsvoll ausgeführt wird. Was den automatischen Steuermechanismus anbetrifft, ist es möglich, eine weitere Erläuterung durch Beispiele zu geben.
Z. B. ist er wie in 2a und 2b so angepasst, dass Positionen von plus und minus durch den Differenzialübertrager (I) detektiert werden, der Durchsatz durch das Strömungsgeschwindigkeitsmessgerät (V) detektiert wird, eine SS-Menge durch den Trübungsmesser (Tu) detektiert wird, eine Steuereinheit (CPU) und eine Erzeugungseinheit für ein elektrisches Feld (PA) verwendet werden, und diesen ermöglicht wird, um Steuerungen einer Spannung, einer Frequenz, einer Impulszeitgebung und eines Austastverhältnisses durch digitale Steuerungen immer als eine optimale Behandlung eines elektrischen Feldes auszuführen.
Z. B. ist in solchen Beispielen der Erfindung, wie oben erwähnt, wie auch in 1b und 2b dargestellt, die Reinigungsvorrichtung in einer Breite zwischen Seitenwänden (ß), wie z. B. Beton, angeordnet. Es ist praktisch wünschenswert, sie auf diese Weise anzuordnen.
Und es ist in der Oxidations/Zersetzungs-Reinigungsvorrichtung der Erfindung, wie in den 1a, 1b und 2a, 2b, als eine geeignete Vorrichtung eine mit einer Struktur dargestellt, bei der mehrere eine Wirbelströmung erzeugende Platten (G) auf der negativen Elektrodenplatte (E) platziert sind, von denen jede einen aus Metall hergestellten Vorsprung aufweist, so dass der Wasserstrom die turbulente Strömung bildet, wobei seine Höhe auf 10–15% eines Abstands zwischen den Elektrodenplatten begrenzt wird.
Es wird in Erwägung gezogen, einen Rückwinkel des Vorsprungs etwa 20–40 Grad zu machen und etwa 2–10 Vorsprünge in der Strömungsrichtung des Wassersstroms anzuordnen.
Da es in Erwägung gezogen wird, dass suspendierte Substanzen, Sand und Geröll in die Vorrichtung eindringen, und um zu verhindern, dass sich eine Elektrodenfläche durch die Tatsache verschlechtert, dass die SS-Konzentration hoch ist, wird weiter vorzugsweise im Fluss, wie in 3, periodisch eine Reinigung der Elektrodenfläche durch eine Bürste und einen Wasserstrahl mittels einer automatischen Steuerung ausgeführt. Weiter ist es bei einer Flutzeit, da eine Ausflussmenge größer als eine geplante Wassermenge wird, wirkungsvoll, eine vorsorgliche Maßnahme zu treffen, um die Plus-Elektrode aus einem Innern des Wassers hochzuziehen, wodurch unmittelbar Impulswellenbelastungen gestoppt werden.
Weiter ist es, um ein schädliches Gas, wie z.B. NOx, SOx und H2S zu zersetzen, wie in 4, möglich, das Gas mittels eines Katalysators (d) zu verringern, indem das Gas in einer Gasmischeinheit (C) mit Wasserstoff gemischt wird, der durch eine Elektrolyse des Wassers erzeugt wird, oder Wasserstoff, der von einer H2-Bombe (B) zugeführt wird, wodurch beabsichtigt wird, das schädliche Gas daran zu hindern, erzeugt zu werden.
Als eine Gegenmaßnahme für die Flutzeit ist es wünschenswert, dass, wenn die Elektrode über einen eingestellten Wasserspiegel aufgeschwommen ist, wie in den 1a und 1b dargestellt, die Elektrode durch einen Elektromotor über die Wasseroberfläche hochgehoben wird, um dadurch eine Sicherheit der Vorrichtung anzustreben.
Und weiter wird die SS durch beispielsweise eine starke elektromagnetische Behandlung sedimentiert, und der Phosphor und die SS im verschmutzten Wasser können zu 80–90% beseitigt werden, indem sie durch Schwerkraftsedimentation sedimentiert werden, indem durch ein Umleitungssystem durch eine Pumpe oder ein Direktsystem in einer stromabwärts gelegenen Seite ein Sedimentationstank bereitgestellt wird und eine obenauf schwimmende Flüssigkeit zum ursprünglichen Fluss (5) rückgeführt wird.
Nun wird nachstehend die Erfindung in größerer Einzelheit in Bezug auf Ausführungsformen erklärt.
<Ausführungsform 1>
In einer U-förmigen Rinne von 0,5 × 0,5 × 0,5 m wurden Seitenrillen von 1–20 L/min bei einem Durchsatz eines Hausschmutzwassers von etwa 200 Haushalten durch die Reinigungsvorrichtung der Erfindung, die beispielhaft in den 2a, 2b und 4 veranschaulicht ist, behandelt. Beschaffenheiten des ursprünglichen Wassers und des behandelten Wassers sind wie in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1

Ursprüngliches Wasser Behandeltes Wasser

COD_CT 45–50 1–2

T-N 20–30 2–3

NH₃-N 18–25 1–2

NO₃-N 3–5 0,1–0,2

T-P 3–5 0,1–0,2

SS 40–45 5–10

Einheit: mg/l

Betriebsbedingungen sind wie in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2

Spannung 4 kV–10 kV

Elektrischer Strom 2–10 mA

Frequenz 50–75 kHz

Wassertiefe* 10 cm

Elektrode (plus) Titanoxid (poröse Titanbasisplatte)

Elektrode (minus) SUS (Edelstahlplatte)

*: Mit Damm

Weiter sind Konzentrationen der erzeugten Gase wie in Tabelle 3 dargestellt, und das Gas wurde, nachdem es mittels Nickel und Kupfer durch eine Wasserstoffzugabe katalysatorbehandelt worden war, in seinen schädlichen Gasen verringert, und ihre Gehalte waren in der Größenordnung von Spuren. Tabelle 3

Erzeugtes Gas Nach H₂-Behandlung

CO₂ 50–60% 50–60%

O₂ 1–2% 100–300 ppm

CO 0,1–0,2 10–20 ppm

N₂ 50–60% 50–60%

NOx 300 ppm 10 ppm

SOx 0,01–0,02% 3–5%
<Ausführungsform 2>
Ein frei strömendes Schmutzwasser (Abwasser) in Tsukuba-City wurde behandelt. Als die positive Elektrodenplatte wurde eine verwendet, bei der ein TiO2-Teilchen-Sol teilweise auf eine Oberfläche von poröser Keramik mit einer Porosität von 30% aufgebracht wurde, so dass sie 2–3 mm dick wurde, die Keramik bei 500–600°C gesintert wird, nachdem sie getrocknet war, und der aufgetragene Teil zu einer Elektrodenfläche gemacht wurde.
Das durch die Zersetzung erzeugte Gas wurde zum Durchtritt durch die Luft veranlasst und wurde danach gesammelt.

Ergebnisse der Behandlung während zwei Monaten von November bis Dezember sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4

Durchsatz (m³/hr)		TOC (mg/L)	TN (mg/L)	Tp (mg/L)	SS (Mg/L)
0,60	Ursprüngliches Wasser	13,2 ± 5,0	10,3 ± 3,8	1,0 ± 0,5	30 ± 8
0,60	Behandeltes Wasser	3,0 ± 1,0	1,5 ± 0,5	0,04 ± 0,01	2 ± 1
1,23	Ursprüngliches Wasser	12,5 ± 5,0	10,1 ± 3,5	1,2 ± 0,6	32 ± 8
1,23	Behandeltes Wasser	2,5 ± 1,0	1,8 ± 0,8	0,08 ± 0,02	3 ± 1,5

Abschnitt: 50 cm × 75 cm Wassertiefe: 30 cm Normaldruck: 5kV, 10kHz,
Austastverhältnis: 5% Positive Elektrode: TiO₂ Negative Elektrode: Ti (Dicke 3 mm)

Auch im Fall, wo Rutheniumoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid und Zinnoxid anstelle von TiO2 verwendet wurden, wurden ungefähr ähnliche Ergebnisse erhalten.
Wie in Einzelheit oben erörtert, wird durch die Erfindung die wirkungsvolle Beseitigung der Wasserverschmutzungssubstanzen, wie z. B. Stickstoff und Phosphor, die bisher schwierig zu beseitigen gewesen sind, möglich, so dass es ermöglicht wird, die Reinigung des Stroms, wie z. B. eines Flusses, mit einem hohen Wirkungsgrad auszuführen.

Claims

Verfahren zum Reinigen von Wasser, das in der Fließrichtung über ein Fließwasserbett fließt, indem Wasserverschmutzungssubstanzen, die im Fließwasser enthalten sind, durch die Erzeugung von hohen elektrischen Feldimpulsen oxidiert und zersetzt werden, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen einer negativen Elektrodenplatte auf dem Fließwasserbett; und Anordnen einer positiven Elektrodenplatte an einer oberen Oberfläche des Fließwassers, gegenüberliegend zur negativen Elektrodenplatte, so dass stromaufwärts und stromabwärts gelegene Endteile und gegenüberliegende Seitenteile in Bezug zur Strömungsrichtung des Wassers vorhanden sind, wobei die positive Elektrodenplatte angepasst ist, um unter die obere Oberfläche des Fließwassers eingetaucht zu werden, wobei Schwimmer an mindestens einem von den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Endteilen der positiven Elektrodenplatte und den gegenüberliegenden Seitenteilen der positiven Elektrodenplatte angeordnet werden; wobei eine Struktur bereitgestellt wird, um die positive Elektrodenplatte an einer Position der oberen Oberfläche des Fließwassers gegenüberliegend zur negativen Elektrodenplatte zu positionieren; Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte und vertikales Bewegen der positiven Elektrodenplatte in der Schwerkraftrichtung, um eine Spannung zwischen den Flächen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte zwischen 200 V/cm und 10 KV/cm anzulegen, wobei die Spannung durch einen Differenzialübertrager gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Gassammeleinrichtung angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Gassammeleinrichtung in einem hinteren Teil der positiven Elektrodenplatte in der Strömungsrichtung des Fließwassers angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Gassammeleinrichtung in einem oberen Teil der rückseitigen Fläche der positiven Elektrodenplatte angeordnet wird, der zu einer gegenüberliegenden Fläche der negativen Elektrodenplatte entgegengesetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die positive Elektrodenplatte mindestens eines von Metall oder Metalloxid aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die positive Elektrodenplatte ein Metall, eine Keramik oder ein Harz oder ein Verbundkörper ist, der aus mehr als zwei der Vorgenannten besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die positive Elektrodenplatte eine poröse Platte ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem eine Substanz der positiven Elektrode mindestens eines von Titanoxid, Rutheniumoxid, Cobaltoxid, Nickeloxid, Zinnoxid und Platin ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem eine Platte aus porösem Titan, poröser Keramik oder eine rostfreie zu einer Basisplatte in der positiven Elektrodenplatte gemacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem mehrere positive Elektrodenflächenteile, die jeweils eine Substanz der positiven Elektrode aufweisen, in der positiven Elektrodenplatte angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die positive Elektrodenplatte eine konkave gekrümmte Fläche gegenüberliegend zur negativen Elektrodenplatte aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine Gasdichteinrichtung in der positiven Elektrodenplatte angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Gasdichteinrichtung in einer rückseitigen Fläche der positiven Elektrodenplatte angeordnet wird, die zur gegenüberliegenden Fläche der negativen Elektrodenplatte entgegengesetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die positive Elektrodenplatte durch die vertikal sich bewegende Einrichtung angepasst wird, so dass ihre Tauchtiefe von der Wasseroberfläche 1/5–1/10 einer Wassertiefe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem eine rostfreie Platte oder eine Metallplatte, auf der ein Platinfolienüberzug aufgebracht worden ist, zur negativen Elektrodenplatte gemacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem ein Trübungsdetektor vor einem Fließwasserstrom in Bezug zur positiven Elektrodenplatte vorgesehen wird, wodurch ein automatischer Steuermechanismus gebildet wird, um einen elektrischen Stromwert zwischen 1 mA und 100 mA der Trübung gemäß zu ändern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem ein Strömungsgeschwindigkeitsmessgerät in dem Fließwasser montiert wird, wodurch ein automatischer Steuermechanismus gebildet wird, um eine Frequenz zwischen 10 kHz und 150 kHz von der Strömungsgeschwindigkeit zu ändern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem eine Mehrzahl aus Metall hergestellter Vorsprünge auf der Elektrodenplatte von mindestens einer von der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte vorgesehen ist, wobei die Höhe des Vorsprungs 10–15% eines Abstands zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem eine oder beide von der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte mit einer Hochdruckwasserstrahleinheit oder einer Walzenbürste ausgerüstet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 19, bei dem die Gassammeleinrichtung ein Gasreservoir aufweist und ein Mechanismus bereitgestellt wird, um ein Gas durch einen Wasserdruck, eine Saugpumpe oder ein Gebläse in das Gasreservoir zu saugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem zusammen mit einer Einheit zum Sammeln und Separieren von Sedimenten, die durch eine Suspension erzeugt werden, ein Sedimentationstank beifügend bereitgestellt wird oder ein System beifügend bereitgestellt wird, das einen Damm, um den Wasserstrom einzudämmen; eine Pumpe, um Wasser von dem eingedämmten Wasserstrom umzuleiten; und einen Schwerkraftsedimentationstank umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem eine Noträumeinheit bereitgestellt wird, um die vertikal sich bewegende Einrichtung durch einen Öldruck oder einen Elektromotor in einer Aufwärtsrichtung hochzuheben.