CN101269894A - 除盐电解直饮水的制取设备及制取方法 - Google Patents

Abstract

一种除盐电解直饮水的制取设备及制取方法，包括前置过滤器；常压缓冲容器；超滤设备；臭氧杀菌设备；成品水容器；在前置过滤器与超滤设备之间通过管道连接有网状电极导流式工业电渗析器；在网状电极导流式工业电渗析器与成品水容器之间连接有紫外线杀菌器。普通自来水首先通过前置过滤器进行前置过滤；然后利用网状电极导流式工业电渗析器进行除盐后电解；再通过超滤设备对除盐电解后的水进行微生物滤除；随后通过臭氧杀菌设备进行臭氧杀菌；再利用紫外线杀菌器通过紫外线来分解水中的三氯甲烷和四氯化碳。本发明通过除盐、电解、杀菌和对三氯甲烷和四氯化碳的分解，将普通自来水变为口感纯正，有利于健康的除盐电解直接饮用水。

Description

除盐电解直饮水的制取设备及制取方法

技术领域

本发明涉及一种直接饮用水的生产方法，尤指除盐电解直饮水的制取设备及制取方法。

背景技术

目前，电解水已逐渐被人们接受，但不同水质的电解水，其口感和水质有很大差别，这种差别很难通过电解水这样的技术手段进行克服。希望有一种技术，克服或缩小这种差别，得到一种呈弱碱性、口感纯正、有利于健康、安全卫生的能够直接饮用的自来水。

人们把溶解在水中的各种无机物质和极性较强的有机物质形象地称之为“盐”，这些盐以离子状态存在自然界的水中。由于大自然为人们提供的饮用水，溶解有各种不同含量的无机物质和有机物质，导致口感有很大差异。如含铁、铜较多的饮用水味腥，含钠较多的饮用水较咸，含镁较多的饮用水带有苦味等。为了提高饮用水的口感，必须去除水中的各种离子，此过程称为“除盐”。理论上除盐彻底的水才是“无盐水”。而无盐水是很难得到的，通常得到的是相对一定纯度的除盐水。

1966年电解水机在日本卫生当局厚生省被核准为医疗器械，它是采用过滤后的自来水通入带有离子隔膜的电解池电解，集中于阴极流出来的是供人饮用的碱性电解水，集中于阳极流出来的是酸性电解水。但是用这种技术生产电解水并未能对电解水中的盐进行去除。

普通的电渗析器具有阴、阳电极，电渗析器的膜堆与电解水机中的离子隔膜相似，都是依靠离子迁移传导电流，是一种典型的电解池结构。它只能够除盐，但其电解功能却无法被利用。

有一种网状电极导流式工业电渗析器，研究发现，它不仅能够使淡水室中的各种离子逐渐减少且趋近于零，而且能使除盐水实现电解。这为用普通自来水生产除盐电解直接饮用水提供了一个技术支持。

但是，由于电场力不影响水中细菌和病毒微生物的存在，而呈偏碱性的除盐电解水十分利于微生物的生存和繁殖，如果不及时对此进行有效控制，水中的细菌和病毒含量会呈快速上升趋势，使直接饮用水的高锰酸钾消耗量和亚硝酸盐两项理化指标升高。

加氯消毒的自来水中含有对人体有害的三氯甲烷和四氯化碳，由于人们总是把自来水煮沸后食用，而三氯甲烷的沸点是61.3℃、四氯化碳的沸点是76.8℃，所以它们对人体健康没有影响。又因为三氯甲烷和四氯化碳的极性很小几乎不受电场力的影响，除盐电解工艺也无法将它们去除。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种除盐电解直饮水的制取设备及制取方法，通过这种制取设备和制取方法能够除盐、电解、清除水中细菌和病毒、分解三氯甲烷和四氯化碳，将普通自来水变为口感纯正，有利于健康的除盐电解直接饮用水。

一种除盐电解直饮水的制取设备，包括：

前置过滤器；

常压缓冲容器；

超滤设备；

臭氧杀菌设备，其进水端口通过管道与超滤设备的出水端口连接；

臭氧分解器，其进气端口通过管道与臭氧杀菌设备的废气排出口连接；

成品水容器。

在前置过滤器与超滤设备之间通过管道连接有网状电极导流式工业电渗析器；专利号：200520029715.6公开了一种网状电极导流式工业电渗析器；研究发现，它不仅能够使淡水室中的各种离子逐渐减少且趋近于零，而且能使除盐水实现电解。

在网状电极导流式工业电渗析器与成品水容器之间连接有紫外线杀菌器。即在网状电极导流式工业电渗析器与超滤设备之间、或在超滤设备与臭氧杀菌设备之间、或在臭氧杀菌设备与成品水容器之间连接有紫外线杀菌器。网状电极导流式工业电渗析器的进水端口与前置过滤器的出水端口通过管道连接；网状电极导流式工业电渗析器的出水端口通过管道与超滤设备的进水端口连接；在网状电极导流式工业电渗析器与超滤设备之间通过管道连接有常压缓冲容器。

一种除盐电解直饮水的制取方法，普通自来水首先通过过滤设备进行前置过滤；然后利用网状电极导流式工业电渗析器进行除盐；随后通过网状电极导流式工业电渗析器对除盐后的水进行电解；再通过超滤设备对除盐电解后的水进行微生物滤除；随后通过臭氧杀菌设备进行臭氧杀菌；再利用紫外线杀菌机通过紫外线来分解水中的三氯甲烷和四氯化炭。其中：

①前置过滤。其目的是将自来水中的悬浮物去除，可保证网状电极导流式工业电渗析器免受悬浮物的影响，对其正常工作有重要作用，主要设备是5～20微米微孔过滤器。市场上已有的各种形式的商用过滤设备均可使用。

②除盐。是利用网状电极导流式工业电渗析器进行的，其中的离子交换膜对水中的离子具有选择透过性，阳离子交换膜只能通过阳离子，阴离子交换膜只能通过阴离子。在阴、阳电极之间，由阴离子交换膜、阳离子交换膜和隔板多组交替排列，构成浓水室和淡水室交替排列的膜堆。进入膜堆淡水室的自来水在外加电场作用下，水中阳离子向阴电极方向迁移，通过阳离子交换膜进入浓水室；水中阴离子向阳电极方向迁移，通过阴离子交换膜也进入了浓水室。淡水室中的各种离子逐渐减少趋近于零的过程称为除盐，淡水室流出的淡水就成为除盐水，通过安装在淡水导管上的在线电导仪可以监视除盐水的纯度，通过调整正、负电极之间的电压就可调整除盐水的纯度。

通过多次试验发现，各种离子在直流电场中的迁移速度各不相同，就阳离子而言氢离子的速度最慢，依次较快的是钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、……铅铬汞等重金属离子。对阴离子团而言，偏硅酸根不受电场力的影响，四氯化碳和三氯甲烷受电场力影响也极小，依次是碳酸氢根、氢氧根、氯离子、硫酸根、硝酸根……。迁移速度越快的离子去除率越高，迁移速度越慢的离子去除率越低，不受电场力影响的离子无法去除。根据这个发现，我们可以生产出保留偏硅酸(注；摘自2007.1.25的《中国食品报》，偏硅酸具有软化血管的功能，含偏硅酸的矿泉水口感好是最受欢迎的一种矿泉水。)并含有少量钠、钾离子等对人体有益的饮用水来，而不必像生产饮用纯净水一样，把所有溶解在水中的物质都去除而造成的资源浪费。

③电解。是利用网状电极导流式工业电渗析器进行的。其中电解池中电流的传输是依靠离子的迁移来完成，以电解池溶液中阳离子为例，阳离子在电场力作用下以阴电极为目的地连续迁移构成离子电流。在电渗析膜堆中离子迁移的形式稍有区别，也以阳离子为例，阳离子在电场力作用下以阴电极为方向由淡水室迁出进入浓水室、由下一个淡水室迁出进入下一个浓水室、由再下一个淡水室迁出进入再下一个浓水室、直至阴极，每个淡水室中阳离子的缺失由新进入淡水室的自来水给予补充，只有在向淡水室连续供水的情况下才可以构成离子电流，电渗析在正常工作时它的整个膜堆形成一个离子导体，离子导体就是构成电解池的必要条件。

除盐水的纯度越高则电阻越大，导电就越困难，若采用降低水层厚度，在电极与离子导体之间构成低电压放电突缘间隙，间隙中很薄的水层在电场作用下被分解成氢离子和氢氧根离子后就可形成离子电流，导电问题就能得到巧妙的解决。网状电极导流式工业电渗析器的阴电极极水室就具备了这种特殊的结构。

将网状电极导流式工业电渗析器的淡水导管连接阴电极极水室后，在阴电极表面水中氢离子获得电子成为氢气使除盐水实现电解，此时从阴电极极水室流出的便是除盐电解水，电解过程至此结束。本过程也是由网状电极导流式工业电渗析器来完成。

网状电极导流式工业电渗析器的浓水导管是连接在阳电极极水室，而从阳电极极水室流出的电解水是不可以饮用的。

④滤除微生物。细菌和病毒微生物不受电场力的影响，普通自来水中原有的细菌和病毒依然保留在除盐电解水中，为防止细菌和病毒的生存繁殖，使除盐电解水及时进入滤除微生物的过程，本发明在工艺设计中采用成套商用超滤过滤设备，超滤膜膜孔直径为0.01～0.2微米，其微生物去除率≥99％。

由于网状电极导流式工业电渗析器在正常工作时，要周期性的不断倒换电极极性并进行自身冲洗的程序，使除盐电解水水流也随之产生周期性的变化，为防止周期性变化影响超滤过滤设备的正常工作，需要在超滤过滤设备前增加一个常压缓冲容器，其缓冲容量要求略大于周期性的变化。

⑤臭氧杀菌。经过超滤设备流出的除盐电解水虽然只滤除了99％的细菌微生物，但已经有效地防止了微生物的繁殖，避免了高锰酸钾消耗量和亚硝酸盐两项理化指标的升高。

这时水中的微生物是噬菌体和病毒，它们的体积太小能穿越超滤膜膜孔留在水中，进入下一道臭氧杀菌工序。

臭氧是一种极强的氧化剂，在食品饮料行业中应用于灭菌已很久，臭氧的杀菌作用是通过微生物的细胞壁表层使细胞内的蛋白质受到氧化损伤，使细胞壁或细胞膜氧化分解，导致酶和菌的失活。

本发明在工艺设计中采用商用臭氧吸收杀菌成套设备，这套设备的臭氧发生器气源为医用氧气，这套设备在生产过程中接触臭氧及臭氧水的容器、管道及管件材质均要有良好的抗臭氧氧化能力，既可有效的达到彻底杀灭细菌的目的，又不会因氧化腐蚀产生污染物。

⑥光分解。加氯消毒的普通自来水在生产过程中必然生成三氯甲烷和四氯化碳，因为三氯甲烷和四氯化碳的极性很小几乎不受电场力的影响，除盐电解工艺就无法将它们去除。常规去除方法是采用活性碳过滤吸附，经试验，发现除盐电解水经活性碳过滤后会产生严重的离子污染。为了保证除盐电解水的质量又不引入污染，采用光分解的办法是比较好的途径。

四氯化碳是甲烷和氯气产生链式反应的终端产物，三氯甲烷是甲烷和氯气产生链式反应的中间产物，它们在光照下与大量的水混合则产生以下反应：

四氯化碳分解公式    CCl₄+2H₂O→CO₂+4HCl

三氯甲烷分解公式    HCl₃+H₂O→CO↑+3HCl

中国环境科学出版社1993年版第190页《常见有毒化学品环境事故应急处置技术与监测方法》中指出“四氯化碳(CCl₄)对酸碱都比较稳定。与大量水混合，在常温下遇紫外线照射(波长253.7nm)能分解成二氧化碳和氯化氢。”进一步为三氯甲烷、四氯化碳能够在紫外线照射下分解提供理论依据。

从臭氧杀菌过程流出的无菌除盐电解水只含有上述两种毒素，本发明在工艺设计中采用成套商用紫外线杀菌器，用强紫外光照射无菌除盐电解水，使水中的三氯甲烷和四氯化碳受到光照产生光化学变化分解成氯离子溶解在水中，而生成的一氧化碳气体对水质没有影响，至此先除盐后电解的直接饮用水就成为产品水进入灌装车间罐装出厂。

本发明通过一系列制取设备，按照所设计的制取方法对普通自来水进行除盐、电解、水中细菌和病毒的清除、三氯甲烷和四氯化碳的分解，实现制备出口感纯正，有利于健康的除盐电解直接饮用水。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

参照图1。一种除盐电解直饮水的制取设备，包括：前置过滤器3；

常压缓冲容器5；超滤设备6；臭氧杀菌设备7，其进水端口通过管道与超滤设备的出水端口连接；臭氧分解器11，其进气端通过管道与臭氧杀菌设备的废气排出口连接；成品水容器10；在前置过滤器与超滤设备之间通过管道连接有网状电极导流式工业电渗析器1；网状电极导流式工业电渗析器的进水端口与前置过滤器的出水端口通过管道连接；网状电极导流式工业电渗析器的出水管通过管道与超滤设备的进水端口连接；在网状电极导流式工业电渗析器与成品水容器之间连接有紫外线杀菌器9，所述的紫外线杀菌器为石英套管紫外线杀菌器。在网状电极导流式工业电渗析器与超滤设备之间连接有石英套管紫外线杀菌器、或在超滤设备与臭氧杀菌设备之间连接有石英套管紫外线杀菌器、或在臭氧杀菌设备与成品水容器之间连接有石英套管紫外线杀菌器。

在网状电极导流式工业电渗析器与超滤设备之间通过管道连接有常压缓冲容器。

一种除盐电解直饮水的制取方法，普通自来水首先通过前置过滤器3进行前置过滤；通过水泵14将过滤的水输送到网状电极导流式工业电渗析器中；然后利用网状电极导流式工业电渗析器1进行除盐；随后通过网状电极导流式工业电渗析器中的电解池15对除盐后的水进行电解；再通过超滤设备6对除盐电解后的水进行微生物滤除；随后通过臭氧杀菌设备7进行臭氧杀菌；再利用石英套管紫外线杀菌器9通过紫外线照射来分解水中的三氯甲烷和四氯化碳。

普通自来水经前置过滤器3滤除水中的悬浮物，经调整进水压力后分别注入网状电极导流式工业电渗析器1膜堆中的浓水室和淡水室，通过安装在淡水导管上的在线电导仪2监视除盐水的纯度，纯度合格的除盐水进入阴极极水室电解，然后由阀门组4分配进入常压缓冲容器5，阳极极水室流出的浓缩水由阀门组4分配排入废水管道8。常压缓冲容器5中的除盐电解水经水泵13增压进入超滤设备6，去除了大部分微生物的除盐电解水直接进入臭氧杀菌设备7完成臭氧杀菌过程，臭氧达到吸收饱和的无菌除盐电解水直接进入石英套管紫外线杀菌器9，水中含有的三氯甲烷与四氯化碳通过紫外线照射后被分解，流出石英套管紫外线杀菌器的水既是成品除盐电解直饮水，然后将成品除盐电解直饮水经水泵12注入成品水容器10。该成品水容器为封闭结构。成品水容器中的成品除盐电解直饮水或者罐装，或者通过压力水泵将成品除盐电解直饮水输送到专用的直饮水输水管道通向各个饮水用户。

Claims (5)

1、一种除盐电解直饮水的制取设备，包括：

前置过滤器(3)；

常压缓冲容器(5)；

超滤设备(6)；

臭氧杀菌设备(7)，其进水端口通过管道与超滤设备的出水端口连接；

臭氧分解器(11)，其进气端通过管道与臭氧杀菌设备的废气排出口连接；

成品水容器(10)；

其特征在于：在前置过滤器与超滤设备之间通过管道连接有网状电极导流式工业电渗析器(1)；在网状电极导流式工业电渗析器与成品水容器之间连接有紫外线杀菌器(9)。

2、如权利要求1所述的除盐电解直饮水的制取设备，其特征在于：网状电极导流式工业电渗析器的进水端口与前置过滤器的出水端口通过管道连接；网状电极导流式工业电渗析器的出水端口通过管道与超滤设备的进水端口连接。

3、如权利要求1所述的除盐电解直饮水的制取设备，其特征在于：在网状电极导流式工业电渗析器与超滤设备之间通过管道连接有常压缓冲容器。

4、如权利要求1所述的除盐电解直饮水的制取设备，其特征在于：在网状电极导流式工业电渗析器与超滤设备之间、或在超滤设备与臭氧杀菌设备之间、或在臭氧杀菌设备与成品水容器之间连接有紫外线杀菌器。

5、一种除盐电解直饮水的制取方法，其特征在于：普通自来水首先通过前置过滤器进行前置过滤；然后利用网状电极导流式工业电渗析器进行除盐；随后通过网状电极导流式工业电渗析器对除盐后的水进行电解；再通过超滤设备对除盐电解后的水进行微生物滤除；随后通过臭氧杀菌设备进行臭氧杀菌；再利用紫外线杀菌器通过紫外线来分解水中的三氯甲烷和四氯化碳。

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