CN103249680A - 用于产生一种阳极电解液部分的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备阳极电解液制品的方法，所述阳极电解液制品适合作为用于室内(例如在一个牲口棚、牛棚、猪圈、和/或家禽舍内)喂养的家养动物的饮用水，该方法包括以下步骤：a)提供进入的碱性水(202)；b)向所述进入的水加入氯化钠；c)将步骤b)的所述含氯化钠的水通过电化学反应器(216)的阴极室(212)进行输送，并且随后将已经通过该阴极室(212)的所述水的至少一部分通过阳极室(224)进行输送而同时在将该电化学反应器(216)的阴极室(212)和阳极室(224)分离的一层膜(213)上施加一个电压并且由此在所述腔室之间导致一个电流，从而造成在该阳极室中形成一个阳极电解液部分；并且d)测定所获得的阳极电解液部分的pH和ORP，其特征在于，有关通过所述膜(213)的电流的数据被用于控制氯化钠的添加，并且有关所获得的阳极电解液部分的pH的数据被用于控制所述已经通过该阴极腔室(212)水中应被输送通过该阳极腔室的量值，其方式为使得所产生水的游离有效氯(FAC)含量是在0.10-0.60ppm的范围之内。本发明还提供一种用于进行该方法的系统。

Description

用于产生一种阳极电解液部分的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于将进入的碱性水流消毒的一种方法，其中消毒后的水可以被用作活的动物的饮用水或用于清洗/消毒。该方法涉及水性盐溶液的电化学活化。更确切地说，本发明涉及用于产生从农场的井中得到的普通水的添加剂的一种方法，其中该添加剂是一种已经在膜反应器中通过电解水性氯化钠产生的阳极电解液。

背景技术

用于产生氯、氢和碱金属氢氧化物的水性碱金属氯化物溶液的电解方法在本领域中被熟知。这样一种方法在US4,108,742中被披露，其中电解在一个池内进行，该池被一个阳离子交换膜分成阴极室和阳极室。由于US4,108,742的技术的一个目的是产生氯气，该电解反应是在低pH下运行。

在水中的稀释盐溶液的电化学活化或电活化已经成为若干现有专利和公开物的主题。现有技术通常披露用于产生一种阳极电解质溶液和一种阴极电解质溶液的电化学活化的用途。从事于本领域的普通技术人员应理解的是，一种阳极电解质溶液具有一个正的氧化还原电位(oxidation-reduction potential)(ORP)或氧还电位(redox potential)，该阳极电解质溶液是氧化性的并且具有杀微生物特性。另一方面，该阴极电解质溶液具有一个负的ORP，具有分散和表面活性特性，并且可以被用作一种还原剂。

在现有技术中使用的盐类几乎排他地指代氯化钠(NaCl)，并且在大多数现有技术申请中，氯化物基盐类以稀释的形式使用。然而有不同的申请，其中阳极电解液或阴极电解液以未稀释的形式使用，但是在这些申请中的许多中，氯化物基或氯化物衍生的活化溶液的一个主要缺点是它们腐蚀与其接触的那些材料。这在医疗应用中是特别不能容忍的，在这些医疗应用中，这些溶液通常可以用于医疗器械的低温杀菌。

这样一种杀菌技术在GB，A，1,428,920中被披露。根据本文件，一个负载细菌的表面通过施加一种次氯酸溶液被消毒，该次氯酸溶液通过在pH为6-7的范围内将NaCl的一种水性溶液电解来生成。另一种类似的消毒方法在WO99/20129中被描述。一种动物产品被暴露至一种电化学活化的、含阴离子的水性溶液中。其结果是，潜在地有害的和/或有破坏性的微生物被杀死，并且该动物产品的保质期被延长。

应该谨记的是GB1,428,920以及WO99/20129中披露的技术的目的是杀菌并且因此来杀死周围所有的微生物。当进行这类方法时，氯气的存在不被认为是一个严重的缺点并且的确释放了实质量值的氯。通常考虑的是，实现高度的杀菌比保护周围环境免受高剂量的氯重要得多。

当饲养家养动物如牛、猪和家禽时，重要的是考虑潜在的有害微生物的污染。典型地，牛棚、牲口棚、猪圈、和家禽舍中的环境是非常富含微生物的。水是连续地提供的。动物饲料和饮用水容器都可能被污染。致病微生物的这种污染可以导致这些动物的健康问题。此外，来自当地水井的水经常被用作这类动物的饮用水并且经常不做任何进一步处理。已知的事实是，这种水的质量和组成不是常量而是随着时间变化。同样重要的是考虑这些家养动物在它们的饮食渠道中需要一种功能性的和有益的微生物群，以及基本上不含毒性物质如氯的一个安全的环境。尤其是反刍动物类如牛、羊和马很大程度上取决于它们的胃和肠内的有益的和稳定的微生物群，以便能够消化它们的天然饲料。向饲料和饮用水中添加常规抗生素类导致若干问题。首先，微生物对这类抗生素演生出耐受性的风险较高。其次，抗生素类可能导致过敏。结果，存在于肉、蛋和其他食物制品的抗生素类可能导致食用这些制品的人类和其他动物发生过敏(allergic)和过敏性(anaphylactic)反应。由于饮食渠道中有益微生物的损失以及有毒副作用，饮用水中高量值氯气的存在也可以危害这些家养动物。

此外，由于牛棚、牲口棚、猪圈和家禽舍中的环境富含微生物，同样需要不时清洗并且去除/杀死有害的微生物。出于那个目的使用传统的杀虫剂和/或抗生素类可能导致食物制品的污染以及过敏问题和演生耐受性。

因此，需要的是用于减少动物窝棚(如牛棚、牲口棚、猪圈和家禽舍)中的水和饲料中微生物的一种技术，该技术不危害家养动物(如牛、羊、猪和家禽)的正常微生物群并且不涉及使用潜在地引起不希望的毒性效应、抗微生物性和过敏问题的有毒或抗生素物质。此外，需要可以用于清洗动物窝棚(如牛棚、牲口棚、猪圈和家禽舍)而不产生任何以上提及的缺点的消毒剂。

发明内容

以上提及的这些问题通过这些权利要求的主题解决。

本发明的第一目的是提供一种用于制备阳极电解液制品的方法，所述阳极电解液制品适合作为室内(例如在一个牲口棚、牛棚、猪圈、和/或家禽舍内)喂养的家养动物的饮用水或一种清洗液，该方法包括以下步骤：

a)提供进入的水；

b)向所述进入的水加入氯化钠；

c)将步骤b)的所述含氯化钠的水通过电化学反应器的阴极室进行输送，并且随后将已经通过该阴极室的所述水的至少一部分通过阳极室进行输送，而同时在将该电化学反应器的阴极室和阳极室分离的一层膜上施加一个电压并且由此在所述室之间导致一个电流，从而造成在该阳极室中形成一种阳极电解液部分；以及

d)测定所获得的阳极电解液制品的pH和ORP关于通过所述膜的电流的数据被用于控制氯化钠的添加，并且关于所获得的阳极电解液部分的pH的数据被用于控制所述已经通过该阴极室的水中应通过该阳极室输送的量值，其方式为使得所产生的水的游离有效氯(FAC)含量是在0.10-0.60ppm的范围之内。

本发明的第二个目的是提供一种用于通过对其中加入了氯化钠的进入的碱性水流进行电解来产生阳极电解液制品的系统，所述系统包括：

任选地一个流量传感器；

用于向碱性水流加入氯化钠的一个装置；

一个电化学反应器，该电化学反应器包括一个阴极室、一个阳极室、以及将所述阴极和阳极室分离的一层膜；

一个电流传感器；

一个第一比例阀和一个第二比例阀；

一个pH探针；

任选地一个ORP传感器；

一个存储装置；以及

一个控制和计算装置；

所述电流传感器被适配成用于测量通过该陶瓷膜的电流、并且被适配成用于将有关通过该陶瓷膜的电流的数据传输至所述控制和计算装置；

如果存在的话，所述任选的流量传感器被适配成用于测量该进入的碱性水流并且将有关这种流量的数据传输至所述控制和计算装置；

所述控制和计算装置被适配成基于从所述电流传感器并任选地从所述流量传感器得到的数据来控制从所述用于向所述碱性水流加入氯化钠的装置添加氯化钠；

所述pH探针和任选的所述ORP传感器被适配成用于测量pH数据和任选的ORP数据、并且将所述数据传输至所述控制和计算装置；

所述控制和计算装置被适配成用于调节所述第一比例阀和所述第二比例阀，其方式为使得所产生的分析部分具有的pH值在6.0-7.0的范围内并且游离有效氯(FAC)含量在0.10-0.60ppm的范围内。

具体实施方式

本发明基于一个发现，该发现为如果家养动物(如牛、羊、猪和家禽)暴露至不必要的高量值的氯气中，它们可能被危害。事实上，反刍动物(如牛和羊)是高敏感性的，因为它们的食物消化过程很高程度上取决于它们的胃腔室和肠中的有益的和稳定的微生物群。除了氯的毒性效应，微生物群的损失对反刍动物可能是致命的，但是它也可能危害其他家养动物如猪和家禽。

同样地，典型的动物窝棚(如牛棚，牲口棚、猪圈或家禽舍)的环境是极度富含微生物的。偶尔需要从这样一种环境中去除有害的微生物。然而，这样一种行为典型地涉及在该环境中传播除生物的化学药品。其结果是，这些动物可能被这类化学药品污染。

为了处理饮用水中不希望的微生物的生长，阳极电解液制品已经被用作消毒剂。在该水的pH在6.0-7.0的范围内的情况下，一种阳极电解液中的氯大部分作为次氯酸存在而不是氯气。此外，次氯酸在碱性和酸性pH下不稳定，并且因此在所希望的是在高量值的次氯酸的情况下，有益的是保持pH在6.0-7.0的范围内。

农场的家养动物经常被给予来自当地水井、湖、河流或溪流的水。典型地，这类水在给予这些动物之前不进行预先处理，并且因此它的组成和pH可能随时间变化。在一种阳极电解液将被加入这类水而不做任何进一步考虑的情况下，得到的氯含量对于这些动物而言可能太高了，并且它们可能被严重地(如果不是致命地)危害。

已经证明有益的是提供具有pH在6.0-7.0范围内的水，并且其中所述水包含通过电解一种氯化钠的水性溶液得到的一种阳极电解液部分，并且其中它具有的游离有效氯(FAC)含量是在0.10-0.60ppm的范围内，该水作为室内喂养的家养动物的饮用水用于维持和/或促进它们的生长。关于反刍动物(如牛和羊)，优选地是FAC含量是在0.14-0.40ppm内。关于其他动物(如猪和家禽)，优选地是FAC含量是在0.4-0.6ppm内。低于0.10ppm的FAC值不具有抵抗不希望的微生物生长的足够的效应，而高于0.60ppm的FAC值可能危害这些动物。

关于FAC值测定的信息以及FAC作为pH和ORP(氧化还原电位)的函数的表格可以在技术通报No.24中找到，由Aquarius技术有限公司(AU)发表。

(http://www.aquariustech.com.au/pdfs/tech-bulletines/Undrstnd Ox Bio OPR.pdf)

本发明的第一个目的是提供一种用于制备阳极电解液制品的方法，所述阳极电解液制品适合作为室内(例如在一个牲口棚、牛棚、猪圈和/或家禽舍)喂养的家养动物的饮用水，该方法包括以下步骤：

a)提供进入的水；

b)向所述进入的水加入氯化钠；

c)将步骤b)的所述含氯化钠的水通过电化学反应器的阴极室进行输送，并且随后将已经通过该阴极室的所述水的至少一部分通过阳极室进行输送，而同时在将该电化学反应器的阴极室和阳极室分离的一层膜上施加一个电压并且由此在所述室之间导致一个电流，从而造成在该阳极室中形成一种阳极电解液部分；并且

d)测定所获得的阳极电解液制品的pH和ORP，其特征在于，关于通过所述膜的电流的数据被用于控制氯化钠的添加，并且关于所获得的阳极电解液部分的pH的数据被用于控制所述已经通过该阴极室的水中应通过该阳极室输送的量值，其方式为使得所产生的水的游离有效氯(FAC)含量是在0.10-0.60ppm的范围之内。

如在此披露的，术语“阳极电解液”和“阴极电解液”分别涉及在一种电化学流反应器的室中得到的部分。该阳极电解液在阳极室中产生而该阴极电解液在阴极室中产生。这样一种电化学流反应器的这些室通常被一层膜(如一层陶瓷膜)分离。

术语“进入的水”或“进入的碱性水”涉及在一个典型的农场中可得的任意类型的水。

水性的氯化钠溶液的电化学反应导致形成一种包含高含量次氯酸的阳极电解液。高电压和高起始浓度的氯化钠导致较高浓度的次氯酸。如以上提出的，次氯酸在一段较长时间内不稳定，而是随着时间分解为一种氯化物盐。因此有利地是该阳极电解液在它生产之后相当快地使用。

优选地是，选自的Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺和Ca²⁺的组中的离子以及任选的腐殖质微粒通过合适的过滤器从该加工水中去除。

在一个优选的实施例中，已经通过该阴极室的水的至少40％被输送通过该阳极室。典型地，50％至80％的这种水经过该阳极室。

在一个优选的实施例中，所产生的水的游离有效氯(FAC)含量是在0.14-0.40ppm的范围内。在另一个优选的实施例中，该FAC含量是在0.40-0.60ppm的范围内。

同样优选地是阴极电解液在特定的时刻被注射入该碱性水流。该阴极电解液部分具有高含量的抗氧化剂，并且认为它刺激家养动物的免疫系统。典型地，当这些动物被喂食时，可以不时地加入该阴极电解液部分。然后，它们比其他情况喝得更多，并且因此，水消耗得很快以至于没有时间形成微生物污染。

在第二个实施例中，本发明提供用于通过将其中加入了氯化钠的进入的碱性水流电解来产生阳极电解液部分的一种系统，所述系统包括

任选地一个流量传感器；

一个用于向碱性水流加入氯化钠的装置；

一个电化学反应器，该电化学反应器包括一个阴极室、一个阳极室、以及将所述阴极和阳极室分离的一层膜；

一个电流传感器；

一个第一比例阀和一个第二比例阀；

一个pH探针；

任选地一个ORP传感器；

一个存储装置；以及

一个控制和计算装置；

所述电流传感器被适配成用于测量通过该膜的电流、并且被适配成用于将有关通过该膜的电流的数据传输至所述控制和计算装置；

如果存在的话，所述任选的流量传感器被适配成用于测量该进入的碱性水流并且将有关这种流量的数据传输至所述控制和计算装置；

所述控制和计算装置被适配成基于从所述电流传感器并任选地从所述流量传感器得到的数据来控制从所述用于向所述碱性水流加入氯化钠的装置添加氯化钠；

所述pH探针和任选地所述ORP传感器被适配成用于测量pH数据和任选地ORP数据、并且将所述数据传输至所述控制和计算装置；

所述控制和计算装置被适配成用于调节所述第一比例阀和所述第二比例阀，其方式为使得所产生的一个分析部分具有的pH值在6.0-7.0的范围内并且游离有效氯(FAC)含量在0.10-0.60ppm的范围内。

在一个优选的实施例中，所产生的水的游离有效氯含量(FAC)是在0.14-0.40ppm的范围内。在另一个优选的实施例中，该FAC含量是在0.40-0.60ppm的范围内。

该系统的所有部件是普通技术人员应该熟知的标准部件。因此，该ORP传感器通常是一组电极，如一种参比电极和一种用于测量水性样品的氧化还原电位的测量电极。它参考上述的来自Aquarius技术有限公司的技术通告No.24。同样，可以使用能够测量一种水性样品的pH的任何电极。此外，该注射装置和水流传感器也是标准部件。该存储装置以及该控制和计算装置组成一个计算机系统的部分，该计算机系统被设置用于计算需要加入多少阳极电解液，以便得到一种具有所希望的特性的、所得到的水。

现在将参照这些附图来描述本发明，其中：

图1披露了根据本发明的第二个目的的一个优选的实施例所述的方法的简图。

如已经提及的，本发明涉及基于当地进入的水来制备用于家养动物的饮用水的一种方法。该进入的水通常来源于一口井，但是还可能来源于河流、湖或其他水源。参照图1并且根据本发明的一个优选地实施例200，在一个农场以及通常来源于井、河流、湖或其他水源的进入的碱性水流202被运输向一个过滤器单元204。典型地，过滤器单元204被装配为响应该进入的水的化学分析，并且可能被适配成吸收腐殖质/微粒以及离子，如Ca2+、Fe2+、Fe3+和Mn2+。流量传感器206监测进入的碱性水流并且连续地将数据传输至控制和计算装置228。氯化钠从水源210前进至一个用于向所述水流加入氯化钠的装置208。所产生的含氯化钠的水被引入该反应器216的该阴极室212(包含一个阴极)，并且形成一个阴极电解液部分。除了该阴极室212，反应器216还包括阳极室224(包含一个阳极)。该阳极室通过一层陶瓷膜213与该阴极室分离。一个电流通过该陶瓷膜213导通，并且这个电流被一个电流传感器211监测。来自阴极室的阴极电解液部分在分支点214处被分为两个流。这些流的其中一个经过比例阀218并且进入阴极电解液部分槽220。另外一个流经过比例阀222，并且前进至阳极室224，在该阳极室中该阴极电解液部分被转变为一个阳极电解液部分。通过该阳极室224的流平行于通过该阴极室212的流。随后，该阳极电解液部分流出该阳极室224，并且在到达阳极电解液部分出口232之前通过pH探针226和ORP探针230。

该控制和计算装置228接受来自电流传感器211的电流数据和来自流量传感器206的流量数据。该控制和计算装置基于来自所述电流传感器211的数据和存储在存储装置234中的信息，控制从水源210至添加装置208添加氯化钠。低电流值表示添加较多的氯化钠，而较高的电流表示添加减少的氯化钠。普通技术人员可以通过常规实验容易地调整这个调节作用。

pH探针226和ORP传感器230连续地将数据发送至该控制和计算装置228。所述装置228基于来自pH探针226的数据和存储在存储装置234中的信息来控制比例阀218和222。该pH应该维持在6.0-7.0的范围内。低于6.0的pH值表示通过比例阀218的该阴极电解液流应该增加，并且通过比例阀222并且进入该阳极电解液室224的流应该减少。类似地，高于7.0的pH值表示通过比例阀218的该流应该减少，并且通过比例阀222并且进入该阳极电解液室224的流应该增加。普通技术人员可以通过常规实验容易地调整这个调节作用。

来自流量传感器206、电流传感器211、pH探针226和ORP探针230的数据被存储在存储装置234中。

应理解本发明并不将它的申请局限于在这些附图中展示的部分的构造和安排的细节，因为本发明能够适合其他实施例并且能够以不同的方式被实践或进行。同样应理解本文中使用的短语或术语用于说明的目的而不是限制。

Claims (9)

1.一种用于制备一种阳极电解液制品的方法，所述阳极电解液制品适合作为用于室内，例如在一个牲口棚、牛棚、猪圈、和/或家禽舍内，喂养的家养动物的饮用水，该方法包括以下步骤：

a)提供进入的碱性水(202)；

b)向所述进入的水加入氯化钠；

c)将步骤b)的所述含氯化钠的水通过电化学反应器(216)的阴极室(212)进行输送，并且随后将已经通过该阴极室(212)的所述水的至少一部分通过阳极室(224)进行输送而同时在将该电化学反应器(216)的阴极室(212)和阳极室(224)分离的一层膜(213)上施加一个电压并且由此在所述腔室之间导致一个电流，从而造成在该阳极室中形成一个阳极电解液部分；以及

d)测定所获得的阳极电解液部分的pH和ORP，其特征在于，有关通过所述膜(213)的电流的数据被用于控制氯化钠的添加，并且有关所获得的阳极电解液部分的pH的数据被用于控制所述已经通过该阴极腔室(212)水中应被输送通过该阳极腔室的量值，其方式为使得所产生水的游离有效氯(FAC)含量是在0.10-0.60ppm的范围之内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，已经通过该阴极室的水的至少40％被输送通过该阳极室。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，已经通过该阴极室的水的至少50％、优选50％-90％被输送通过该阳极室。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所产生的水的游离有效氯(FAC)含量是在0.14-0.40ppm的范围之内。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所产生的水的游离有效氯(FAC)含量是在0.40-0.60ppm的范围之内。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，通过合适的过滤器将选自Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺以及Ca²⁺的组中的离子以及任选的腐殖质微粒从该进入的水中去除。

7.一种用于通过对其中加入了氯化钠的进入的碱性水流进行电解来产生阳极电解液制品的系统，所述系统包括：

任选地一个流量传感器(206)；

一个用于向一个碱性水流加入氯化钠的装置(208)；

一个电化学反应器(216)，该电化学反应器包括一个阴极室(212)、一个阳极室(224)、以及将所述阴极和阳极室分离的一层膜(213)；

一个电流传感器(211)；

一个第一比例阀(218)和一个第二比例阀(222)；

一个pH探针(226)；

任选地一个ORP传感器(230)；

一个存储装置(234)；以及

一个控制和计算装置(228)；

所述电流传感器(211)被适配成用于测量通过该膜(213)的电流、并且被适配成用于将有关通过该膜(213)的电流的数据传输至所述控制和计算装置(228)；

如果存在的话，所述任选的流量传感器(206)被适配成用于测量该进入的碱性水流并且将有关这种流的数据传输至所述控制和计算装置(228)；

所述控制和计算装置(228)被适配成基于从所述电流传感器(211)并任选地从所述流量传感器(206)得到的数据来控制从所述用于向所述碱性水流加入氯化钠的装置添加氯化钠；

所述pH探针(226)和任选地所述ORP传感器(230)被适配成用于测量pH数据和任选地ORP数据、并且将所述数据传输至所述控制和计算装置(228)；

所述控制和计算装置(228)被适配成用于调节所述第一比例阀(218)和所述第二比例阀(222)，其方式为使得所产生的一个分析部分具有的pH值在6.0-7.0的范围内并且游离有效氯(FAC)含量在0.10-0.60ppm的范围内。

8.根据权利要求7所述的一个系统，其特征在于，所述控制和计算装置被设置用于测定需要加入多少阳极电解液，以便得到所产生的水的游离有效氯(FAC)含量是在0.14-0.40ppm的范围内。

9.根据权利要求7所述的一个系统，其特征在于，所述控制和计算装置被设置用于测定需要加入多少阳极电解液，以便得到所产生的水的游离有效氯(FAC)含量是在0.40-0.60ppm的范围内。