CN101381130B - 水处理设备及其自动换极电路 - Google Patents
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Abstract
一种水处理设备及其自动换极电路。该水处理设备利用扫频电磁场进行水处理，该设备具有扫频电磁场发生器，可以同时产生直流电场和扫频脉冲电磁场，对水进行处理，其所产生的扫频脉冲电磁场频谱能够连续变化，能够适用于各种特性的待处理水。并且该设备还具有自动换极电路，在水处理设备工作特定时间(例如100小时)后，自动换极电路启动，水处理设备的正、负极互换，即原正极变成负极，原负极变成正极。此时，由于受电场力的作用，沉积在原负极上的由钙、镁离子形成的水垢，就自动脱落，随水流从排污口排出。
Description
技术领域：
本发明涉及一种水处理设备及其自动换极电路，尤其是涉及一种用于采用扫频脉冲电磁场进行水处理的水处理设备及其自动换极电路。
背景技术：
利用电磁场对工业和生活用水进行处理，是物理法水处理的一种，其原理是使水通过电磁场，从而打断大缔合体状态水的结合键，将水离解成活性很强的单分子或小缔合状态的水，从而改变水的物理结构与特性，增大水分子的偶极矩，改变水中沉积物质的沉积状态、各种离子的物理性能，从而有效地达到防垢、除垢、杀菌、灭藻、阻锈、防腐的目的，使水质活化变清。如中国专利CN2310065Y即公开了这样的水处理装置。
但是现有技术中采用电场或电磁场对水进行处理的设备往往存在这样的缺点，即在水处理过程中，当水流经处理设备正、负极之间时，水中的含有的结垢物质，即钙离子和镁离子，由于受到直流电场的作用而被吸附在负极上(与电镀原理相同)。因而在水处理设备运行一段时间后，电极板上会结有厚厚的一层水垢，会导致水处理设备的处理效果显著降低。为了除去电极板上的水垢，就必须停机检修，不仅费时费力，而且在除垢时，往往采用化学药品进行除垢，这又会造成水体的二次污染。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题就是针对上述现有技术的不足而提供一种水处理设备及其自动换极电路。该水处理设备利用扫频电磁场进行水处理，该设备具有扫频电磁场发生器，可以同时产生直流电场和扫频脉冲电磁场，对水进行处理。其所产生的扫频脉冲电磁场频谱能够连续变化，能够适用于各种特性的待处理水。其中扫频脉冲电磁场可以使水中的藻类或细菌细胞分子发生振动，造成细胞壁破裂，细胞内含物质积聚在一起而使藻类或细菌死亡，而达到杀菌灭藻的作用。而直流电场的电解作用可在水中产生大量的活性物质，如OH-、ClO-、H2O2、HClO等，可以增强杀菌灭藻的效果。此外，直流电场和扫频脉冲电磁场可以在水中产生电化学反应和电凝聚作用，达到去除水中有机物、重金属离子、降低浊度、去除悬浮物、降低COD(化学需氧量)和BOD(生物需氧量)等。其作用机理可以表示如下(以铁板作正极为例)：
式中：Heavy Metal表示重金属离子
Pollutant表示污染物或悬浮物。
并且，本发明提供的水处理设备具有自动换极电路，在水处理设备工作特定时间(例如100小时)后，自动换极电路启动，水处理设备的正、负极互换，即原正极变成负极，原负极变成正极。此时，由于受电场力的作用，沉积在原负极上的由钙、镁离子形成的水垢，就自动脱落，随水流从排污口排出。
因此，根据本发明的一个方面，提供一种水处理设备，该水处理设备具有扫频电磁场发生器和自动换极电路，所述扫频电磁场发生器能够同时产生脉冲电磁场和直流电场，利用这些脉冲电磁场和直流电场进行水处理，而所述自动换极电路能够改变水处理设备的正、负电极。
优选地，所述脉冲电磁场和直流电场由同一组电极产生。
或者作为替代，所述脉冲电磁场和直流电场由不同组的电极产生。
更加优选地，所述脉冲电磁场是扫频脉冲电磁场。
最优地，所述扫频脉冲电磁场由扫频脉冲信号串产生，且所述扫频脉冲信号串为具有不同脉宽和频率的脉冲，这些脉冲具有不同的基频和二次谐波。
优选地，所述自动换极电路能够定时改变水处理设备的正、负电极。
最优地，可以设定所述自动换极电路改变水处理设备的正、负电极的周期。
另外，所述水处理设备还包括排污控制电路，所述排污控制电路定时关闭所述水处理设备的电源，并开启所述水处理设备的排污阀排污。
优选地，所述水处理设备排污一定时间后，所述排污控制电路恢复所述水处理设备的供电，并关闭所述排污阀。
附图说明：
图1为本发明水处理设备的电路原理方框图；
图2为扫频脉冲示意图；
图3为本发明水处理设备的系统示意图；
图4为平板齿状电极示意图；
图5为圆柱齿状电极示意图；
图6为由平板齿状电极组成的本发明水处理设备第一实施例的结构示意图；
图7为由圆柱齿状电极组成的本发明水处理设备第二实施例的结构示意图；
图8为本发明水处理设备自动换极电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的优选实施方式。
图1为本发明水处理设备的电路原理方框图。如图1所示：本发明涉及的水处理设备电路由电源100、控制信号发生器200和主回路300组成。
其中电源100由DC恒流源11、DC15V电源12等组成。
控制信号发生器200由扫频信号发生器1、扫频脉冲发生器2、控制信号工作指示3和脉冲放大器4等组成。
主回路300包括开关电路5、主处理器6、去离子辅处理器7、排污控制电路8和自动换极电路9、10等组成。
该水处理设备的工作过程如下：
系统接入220V民用电，通电后，扫频信号发生器1产生幅度为15V，频率为100HZ的重复锯齿波，该锯齿波施加至扫频脉冲发生器2上，从而产生如图2所示的脉冲宽度L和周期T都变化的扫频脉冲串。上述扫频脉冲串经脉冲放大器4放大后，施加至开关电路5的控制端，开关电路5将输出功率扫频脉冲串输出到主处理器6上，并传入至被处理的水中，在水中产生扫频脉冲电磁场。
此外，根据据傅立叶级数：
A(t)＝A0+A1Sinωt+A2Sin2ωt+......+AnSinnωt+.....
上述扫频脉冲串中的单个脉冲由直流A0和无数次正弦振荡组成。这些正弦振荡中，基频和二次谐波的振幅值较高。
如前所述，传入水中的电信号为扫频脉冲串，不同脉宽和频率的脉冲有不同的基频和二次谐波。由此可以得出结论：同时作用在待处理的工业和生活用水中的电信号有直流和多种正弦振荡信号。
对于含有藻类和细菌的待处理水，高频信号(扫频脉冲串的扫频范围为4-25KHz)可以使藻类或细菌的细胞分子发生振动，造成细胞壁破裂，细胞内含物质聚集在一起，而使藻类和细菌死亡，从而达到杀菌灭藻的目的。
待处理的水由于地域和水质不同，必然有不同品种的细菌和藻类。这些不同品种的细菌和藻类对高频信号的频率有不同的敏感性。本发明由于采用了扫频脉冲，即信号发生器产生的脉冲信号频率是连续变化的，使得传入待处理的中的信号频谱分布很宽，有各种不同频率的高频信号分量，因此能杀死待处理的水中的各类细菌和藻类。
本发明中，主处理器6的正极用金属铝制作，扫频脉冲串中的直流成分，将对铝正极产生电解作用，向水中释放铝离子。铝离子是优质的絮凝剂，对待处理的工业和生活用水中的胶体、微小颗粒有强烈的絮凝作用，可使待处理的工业和生活用水中的胶体和微小颗粒絮凝后变成较大颗粒下沉或上浮，这些较大的颗粒经过过滤器过滤后，被过滤器捕获并从排污口排出。因此，本发明除具有杀菌灭藻的功能外，还具有水质净化的功能。
本发明还设置了“自动换极电路”，当本系统工作一段时间(例如100小时)后，自动换极电路9、10启动，主处理器6、去离子辅处理器7的正、负电极互换，即原正极变成负极，原负极变成正极。此时，由于受电场力的作用，沉积在原负极上的由钙、镁离子形成的水垢就会自动脱落，随水流从排污口排出。
并且，可以根据实际需要，设定所述自动换极电路改变水处理设备的正、负电极的周期。
本发明的水处理设设备及其自动换极电路的运行程序如下：
主处理器6、去离子辅处理器7的负极上收集钙、镁离子------负极上结垢---------自动换极电路使正、负极对调-------原负极上垢脱落-------排污，从而周而复始地不断收集结垢物质，即钙、镁离子，因此就可以不断地收集水中的钙、镁离子，并将它们从排污口排出。因此，本发明可以从根本上达到防垢的目的。
图3为本发明的水处理设备系统示意图。如图3中所示，本发明水处理设备构成如下：
待处理的水通过进水管路及进水阀13流入，通过泵20泵送至本发明的水处理设备进行处理。水处理设备由主机400、主处理器6和去离子辅处理器7构成。主机400向主处理器6输出脉冲输出，而向去离子辅处理器7输出直流输出。主处理器6和去离子辅处理器7可置于待处理的水流经的管路中，主处理器6和去离子辅助处理器7的正极和负极板与水接触，对水进行处理。经过处理的水经过过滤器22和出水阀14排出，而过滤出来的污垢通过集污器24和排污阀15排出。
本发明设置去离子辅处理器7和排污控制电路8的目的是为了防止金属离子污染水体，消除二次污染。
去离子辅处理器7的正极用电解不消耗的材料(例如碳)制成。工作时，正、负极间通有直流电压，带有正电荷的金属离子流经正负极之间时，将被负极捕获。
如图1和3，排污控制电路8的作用是：定期(例如每隔2小时)，定时(例如每次5分钟)地关闭去离子辅处理器7的电源，并关闭出水阀14，排污阀15开启，对装置进行排污。排污5分钟后，装置又恢复去离子辅处理器7通电，出水阀14开启，排污阀15关闭的工作状态。
本发明的主处理器6与去离子辅处理器7的正极均可以制成齿状。开齿的目的是：第一，增大正极的比表面面积；第二，根据尖端放电的原理，在水中产生集束电流，增大局部区域的电流密度，以增强杀菌灭藻和收集金属离子的作用。
图4为平板齿状电极示意图。
在图4中，箭头Flow表示待处理的水流动方向，即水从图中右侧流入水处理设备，从左侧流出。正极板和负极板均装在待处理的水流经的管路25中，管路25进水侧装有用于改变水流分布的阻流板18和均流板19，在阻流板18和均流板19的作用下，待处理的水均匀地流过正极板和负极板之间的区域，从而得到处理。如图4中所示，既可以将两块平板齿状正极置于管路25的中心位置，而将两块负极板置于贴近管路25管壁的位置；也可以将两块平板齿状正极置于贴近管路25管壁的位置，而将公用负极板置于管路25的中心位置。此外，还可以将管路25用作负极，如图5和图7中所示。
图5为圆柱齿状电极示意图。
在图5中，箭头Flow表示待处理的水流动方向，即水从图中右侧流入水处理设备，从左侧流出。正极板和负极板均装在待处理的水流经的管路25中，与图4中类似，管路25进水侧装有用于改变水流分布的阻流板和均流板(图中未示出)。如图5中所示，圆柱齿状正极置于管路25的中心位置，而将管路25用作负极，圆柱齿状正极两端通过若干个采用耐腐蚀绝缘材料制成的辐条状绝缘撑26固定至管路25的管壁上。与图4中的构造相比，这种布置省去了额外的负极板，结构更加紧凑。
图6为由平板齿状电极组成的本发明水处理设备第一实施例的结构示意图。图7为由圆柱齿状电极组成的本发明水处理设备第二实施例的结构示意图。如图6-7中所示，本发明的水处理设备可以做成模块化的处理单元，通过法兰27与水流经的管道相连，也可以采用多个处理单元串联相接，增大处理能力。这对于本领域技术人员来说是显而易见的，因此图中未示出。
上面说明了本发明的优选实施例，即采用的水处理设备中包括去离子辅处理器7。但是，需要说明的是，去离子辅处理器并不是本发明必不可少的部分。作为替代地，本发明的水处理设备可以省略去离子辅处理器7，而仅采用主处理器6。这对于本领域技术人员来说也是显而易见的，因此图中未示出。
此外，本发明所采用的主处理器6可以输出不含直流分量的扫频脉冲电磁场，这意味着待处理的水可以依次通过扫频脉冲电磁场和直流电场。这对于本领域技术人员来说也是显而易见的。其原理和说明此处不再重复。
图8为本发明水处理设备自动换极电路的原理方框图。
如图8所示，以主处理器6的自动换极为例，说明“自动换极电路”的工作过程
1、系统接通电源，AC220V开始供电，由于时间继电器T2的常闭触电Tk2接通，故T1开始计时。此时，继电器J1线包无电，J1的两个常闭触点JK1-12、JK1-22接通，主处理器6处在正常工作状态。
2、T1设定的时间(例如100H)到，TK1接通，J1通电，常闭触点JK1-12、JK1-22断开，触点JK1-11、JK1-21接通，主处理器6换极，原负极上的水垢脱落排出。同时，T2通电，开始计时。
3、T2设定的时间到(例如10min)，TK2断开，T1断电，TK1断开，T2断电，TK2接通，换极电路复位。
去离子辅处理器7的自动换极电路原理和构成均与主处理器6的自动换极电路相似，因此不再重复。
Claims (3)
1.一种水处理设备，该水处理设备由供电电源、控制信号发生器和主回路电路组成，其特征在于：
待处理的水通过进水管路及进水阀(13)流入，通过泵(20)泵送至所述水处理设备进行处理；所述控制信号发生器由扫频信号发生器、扫频脉冲发生器、控制信号工作指示装置和脉冲放大器组成；
所述主回路由开关电路、主处理器、去离子辅处理器、排污控制电路和自动换极电路组成，其中所述去离子辅处理器和所述排污控制电路能够防止金属离子污染水体，消除二次污染；所述水处理设备接入220V民用电后，扫频信号发生器产生幅度为15V，频率为100Hz的重复锯齿波，该锯齿波施加至扫频脉冲发生器上，从而产生如图2所示的脉冲宽度和周期都变化的扫频脉冲串，所述扫频脉冲串中的单个脉冲由直流和无数次正弦振荡组成，所述扫频脉冲串经脉冲放大器放大后，施加至开关电路的控制端，开关电路输出功率扫频脉冲串输出到所述主处理器上，并传入至被处理的水中，在水中产生扫频脉冲电磁场；
所述主处理器和所述去离子辅处理器分别具有齿形正极，以及具有以输送待处理的水的管路来充当的公共负极；
所述排污控制电路每隔2小时定期，每次5分钟定时地关闭去离子辅处理器的电源，并关闭出水阀，排污阀开启，对所述水处理设备进行排污，排污5分钟后，又恢复去离子辅处理器通电，出水阀开启，排污阀关闭的工作状态；
所述自动换极电路中并联设置两个时间继电器(T1、T2)和两个继电器(J1、J2)；其中第一时间继电器(T1)设定的时间100小时到达时，所述水处理设备停止对水进行处理，所述主处理器和去离子辅处理器的正极和公共负极互换，第二时间继电器(T2)开始计时；所述第二时间继电器(T2)设定的时间10分钟到达时，所述主处理器和去离子辅处理器的正极和公共负极复位。
2.如权利要求1所述的水处理设备，其特征在于：所述供电电源由DC恒流源和DC15V电源组成，所述DC恒流源和DC15V电源并联连接。
3.如权利要求1所述的水处理设备，其特征在于：所述扫频脉冲电磁场由扫频脉冲信号串产生，且所述扫频脉冲信号串为具有不同脉宽和频率的脉冲，这些脉冲具有不同的基频和二次谐波。
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Effective date of registration: 20150403 Address after: 850000 economic and Technological Development Zone of Lhasa municipality, Tibet Autonomous Region Patentee after: Tibet plateau natural water Co., Ltd Address before: 315200 Huatai Building, 112 Nursery Road, Zhenhai District, Zhejiang, Ningbo, 4B Patentee before: Ningbo Zhenhai Huatai Electric Factory |