CN101597099A - 一种水电场诱导荷电层消毒方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种水电场诱导荷电层消毒方法及装置，采用一个水槽式消毒反应器，在反应器中设置正、负极板或直接利用正、负电极板作为水槽消毒反应器的两相对侧壁，并保证正、负电极之间的距离不大于6mm且留有水流通过的间隙，让被消毒的水进入反应器，流经正、负极板之间后再流出，同时使用直流电源或脉冲电源对正、负极板充电，提供正、负电荷，使在正、负极板上面保持足够的电荷密度。反应器中的水接地，保持水电位为零，水内部电场强度为零。当水中的微生物在水流作用下或随意游动中进入正、负极板上的荷电层时，会被杀灭。本方法的显著优点是节能、无化学污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种以极低能耗对水(含污水)采用物理方法进行消毒的方法，本发明还涉及实现该方法的装置。
背景技术
各种生活污水、景观水、家庭鱼类养殖、工业冷却循环水等都要求对水进行不同程度的消毒处理，杀灭或抑制水中微生物的繁殖。目前常规的水消毒技术主要分化学消毒和物理消毒两种。
化学消毒主要有：氯消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、微电解消毒等。化学消毒虽然效率较高，但需要向水中添加化学物质，改变水的化学组成，因水质的不同会产生致癌物质。
物理消毒主要有：紫外线消毒、磁化消毒、脉冲电场消毒和高压静电场消毒。其中脉冲电场消毒技术是在两个电极间产生瞬间高压，流经水中的电流将水中的微生物杀死；高压静电场消毒技术中采用两个电极与水绝缘，两极间形成稳定的高压静电场，导致水中产生超氧阴离子自由基、过氧化氢等具有杀灭细菌能力的活性物质实现消毒。脉冲电场消毒技术需要有电流穿过水体，能耗较大，有电化学产物生成。高压静电场消毒至少需要上万伏的电压才能在水中形成电场强度较高的静电场，以产生具有消毒能力的活性物质，消毒时间需要数小时乃至几十个小时，设备要求高、漏电率高，而消毒效率太低，实际应用价值低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水电场诱导荷电层消毒方法，为消毒效率要求不高的场合提供能耗小、运行费用低、操作维护方便、不改变水的化学成分的清洁节能水消毒抑菌方法。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种实现该方法的装置。
本发明提出的方法是采用一个水槽式消毒反应器，在反应器中设置正、负极板或直接利用正、负电极板作为水槽消毒反应器的两相对侧壁，并保证正、负电极之间的距离不大于6mm且留有水流通过的间隙，让被消毒的水进入反应器，流经正、负极板之间后再流出，同时使用直流电源或脉冲电源对正、负极板充电，提供正、负电荷，使在正、负极板上面保持足够的电荷密度。反应器中的水接地，保持水电位为零，水内部电场强度为零。当水中的微生物在水流作用下或随意游动中进入正、负极板上的荷电层时，会被杀灭。
本发明中，消毒反应器类似一个介质为水、内部场强为零的大“电容”，使用直流电源或脉冲电源对正、负两极充电，在上面保持足够的电荷密度。水在与正、负极接触的界面上形成与正、负极电荷相反的荷电层，该荷电层内的钾、钠、氯等保持细胞膜渗透压平衡的离子浓度与主体水不同，如正极板附近带负电的荷电层中，几乎不存在钾、钠等对维持细胞膜内外渗透压和生命活动所必需的极为重要的正离子，而氯等阴离子浓度高，当水中细菌等微生物进入荷电层后，细胞生命活动所需各种营养物质在细胞膜外水中的化学位发生很大变化，导致细胞不能正常与外界环境进行物质交换，正常的新陈代谢活动受到干扰，导致死亡或生长繁殖受到抑制，由此达到消毒效果。这与高压静电消毒技术依靠在水中形成的高电场强度产生的活性物质杀灭微生物机理不同。
本发明提出的实现上述方法的消毒装置结构如下：
该消毒装置包括电源和消毒反应器两大部分。消毒反应器为水槽式，水槽消毒反应器两侧有进出水口，水槽消毒反应器内部设置正、负电极板或直接利用正、负电极板作为水槽消毒反应器的两相对侧壁，外接直流电源或脉冲电源为正、负两极充电。两个极板可以都外面包覆绝缘材料，也可以只有一个电极包覆绝缘材料，以阻止有电流通过被消毒水体。通常正极板外面包覆绝缘材料，使正极与水绝缘，负极板可以包覆绝缘材料也可以不包覆，如果负极板包覆绝缘材料，则需增加接地线将被消毒水接地。
本发明中，水中诱导荷电层的厚度越大、面积越大，灭菌的效率越高。被消毒水采用一批一批的方式进行消毒，也可以采用连续进水的方式。正、负极板间距一般要求小于6mm，只要不造成堵塞，间距越小，效率越高，较大的间距导致微生物进入荷电层的几率下降，消毒效率及其稳定性大幅下降。
针对粪大肠菌群而言，水在消毒反应器内的停留时间应不小于20分钟，具体时间与微生物种类有关。
与现有消毒技术相比，该水消毒方法的最大优点是节能。由于没有电流通过水体，整个消毒装置的能耗只有电源自身的一点能耗和极微弱的漏电。此外，由于没有向水中添加任何化学药剂，不存在改变水的化学性质甚至二次污染的问题，因此还是一种绿色环保消毒技术。但该技术的弱点是灭活率一般情况下不如现行的化学和紫外线消毒技术，一般在40％～95％之间，适合于能耗要求低，但灭活率要求不高的场合。
应用领域：工业循环冷却水消毒、悬浮物少的天然水、废水、污水和中水消毒、饮用水消毒，景观水消毒，家庭观赏鱼水箱水消毒等。
附图说明
图1是本发明一种结构实现形式的基本结构简图；
图2是本发明的另一种结构实现形式的基本结构简图。
具体实施方式
参见图1和图2，该消毒装置由两大部分组成：电源5和消毒反应器6。电源可以采用普通直流电源、高压直流电源或脉冲电源，为消毒反应器的正、负极板提供正电荷。消毒反应器为一水槽，一侧设有进水管3，另一侧有出水管4。正电极板1和负电极板2可以构成水槽的侧壁，如图1所示，或者将正电极板1和负电极板2设置在水槽内部，如图2所示，两个极板可以都外面包覆绝缘材料，也可以只有一个电极包覆绝缘材料，以阻止有电流通过被消毒水体。通常正极板外面包覆绝缘材料，使正极与水绝缘；负极板可以包覆绝缘材料也可以不包覆，如果负极板包覆绝缘材料，则需增加接地线将被消毒水接地，以保证被消毒水的电位为零，确保人身安全。正、负电极的之间距离应不大于6mm，并保持可供水流通过的间隙，只要不造成堵塞(与消毒水质有关)，间距越小，效率越高，较大的间距导致微生物进入荷电层的几率下降，消毒效率及其稳定性大幅下降。当正、负极板间距较大时，虽然电压非常高，但依然起不到消毒效果。此外，还可以再装置内设置曝气管7，或采用鼓气搅拌、提高水的紊流状态等方式提高水中微生物进入荷电层的几率，从而提高微生物灭活率。
实现本发明目的的消毒装置还有各种形式：
电极形式：(1)正负极交替排列的平板式：正、负极板均为平板，正极板与负极板交替，，水在极板之间的缝隙流动。正、负电极板的距离不大于6mm，只要不造成堵塞(与消毒水质有关)，间距应尽可能小。(2)正负极交替排列的网格式：正、负极板的排列方式同平板式，但极板为网格结构，水即可以穿过极板也可以在极板之间流动。为提高灭活率，网眼和极板间距应尽可能小，但也要考虑堵塞及维修的方便。
电源：(1)直流电源：使正、负之间的电压差始终保持不变。(2)脉冲电源：当正、负极板充电完成后，断开电源，由于漏电的存在，正、负极板上的电荷缓慢减少，等到一定程度，重新对正、负极板充电，这种方式可进一步降低电源自身的能耗。当极板间距小时，电压从几十伏到上万伏，具体设置需综合考虑极板间距和流速等因素。
Claims (8)
1、一种水电场诱导荷电层消毒方法，所述方法是采用一个水槽式消毒反应器，在反应器中设置正、负极板或直接利用正、负电极板作为水槽消毒反应器的两相对侧壁，正、负电极的距离不大于6mm，让被消毒的水进入反应器，流经正、负极板之间后再流出，同时使用直流电源或脉冲电源对正、负极板充电，提供正、负电荷，使在正、负极板上面保持足够的电荷密度，所述反应器中的水接地，保持水电位为零，水内部电场强度为零，当水中的微生物在水流作用下或随意游动中进入正、负极板上的荷电层时，即被杀灭，实现消毒。
2、根据权利要求1所述的水电场诱导荷电层消毒方法，其特征在于，所述被消毒水采用一批一批的方式进入水槽式消毒反应器进行消毒，或采用连续进水的方式；水在消毒反应器内的停留时间不小于20分钟。
3、实现权利要求1所述方法的消毒装置，所述消毒装置包括电源和消毒反应器两大部分；所述消毒反应器为水槽式，水槽消毒反应器两侧有进、出水口，水槽消毒反应器内部设置正、负电极板或直接利用正、负电极板作为水槽消毒反应器的两相对侧壁，正、负电极板的距离不大于6mm，它们之间为水流通道，正、负电极板外接直流电源或脉冲电源，为正、负两极充电，正、负电极板外面都包覆绝缘材料，或只有一个电极板包覆绝缘材料。
4、根据权利要求3所述的消毒装置，其特征在于：所述正极板外面包覆绝缘材料，与水绝缘，所述负极板不包覆绝缘材料。
5、根据权利要求3所述的消毒装置，其特征在于：所述正极板和负极板外面均包并设置接地线将被消毒水接地。
6、根据权利要求3所述的消毒装置，其特征在于：所述正负极板为平板式，在水槽消毒反应器交替排列。
7、根据权利要求3所述的消毒装置，其特征在于：所述正、负极板为网格结构，正极板与负极板交替。
8、根据权利要求3所述的消毒装置，其特征在于：所述装置内设置曝气管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110427 Termination date: 20120703 |