CN103265097A - 泳动净水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泳动净水系统，包括水池和弧形物装置，水池内水流中还安插设置有电极装置，该电极装置的正负电极成直线上下排列，正负电极之间由绝缘体连接，电极装置通电后，水中污染物在正负电极之间的空间流动，并形成电子流，水中污染物依其主导流动方向带动水流流动或者水池进水依其流动方向带动水流流动，并经由弧形物装置引导，在水池中逐渐形成循环流动的且水流流动的轴心方向为非重力方向的水流。本发明所述泳动净水系统，使水流增加了水中污染物与电极的接触，让污染物有更多的机会进行氧化或者还原反应，加速污染物处理速度，实现水的充分净化，并能减少不必要的电能损耗。

Description

泳动净水系统

技术领域

本发明涉及一种泳动净水系统，其以电解及凝聚方式，使水中污染物形成固态生成物，并通过非重力方向的循环流动，增加水中污染物的电解及凝聚。

背景技术

淡水做为日常饮用水，禽畜养殖、水产养殖、农业灌溉、工业及商业用途用水，已是现代人类社会不可缺乏的资源。但是，在无标准自来水供应区域，因环境污染的关系，来自河川湖泊及水井的水资源含多种污染物，这些污染物除细菌病毒及灰尘沙粒外，在靠近农业种植的地方，还可能是化肥及农药残余物。例如，在靠近禽畜养殖的地方，水中污染物可能是有氨氮、抗生素及荷尔蒙残余物；在靠近化工厂的地方，水中污染物可能是化工残余物；在靠近染整及造纸的地方，水中污染物可能是对人体有害的金属，金属可能以正电价离子方式溶解在水里，也可能是以氧化或有机结合的方式溶解在水里，例如，铬酸根及有机砷。

虽然许多地区并非水资源匮乏，但是能直接应用的洁净的水资源越来越有限，为此，寻找高效节能的净水处理方式，一直是科学界及产业界努力的目标。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种泳动净水系统，通过电解及凝聚方式增加水中污染物的氧化或者还原反应，加速污染物的处理速度，实现水的充分净化，并能减少不必要的电能损耗。

于是，本发明提供了一种泳动净水系统，该系统包括水池和固定在水池内部用于引导水流方向的弧形物装置，水池内水流中还安插设置有电极装置，该电极装置的正负电极成直线上下排列，电极装置通电后，水中污染物在正负电极之间的空间流动，并形成电子流，水中污染物依其主导流动方向带动水流流动，或者水池进水依其流动方向带动水流流动，该流动的水流经由弧形物装置引导，在水池中逐渐形成循环流动的且水流流动的轴心方向为非重力方向的水流。

其中，所述正负电极为金属管。

所述正负电极金属管外表面缠绕有裸金属线，以增加金属管的表面积，增加水中污染物与电极之间的接触面积。

所述弧形物装置的弧度为弧行线的一部分。

所述弧形线的短距和长距比为1比1至5比16之间。

所述弧形物装置上还设置有过滤装置。

其中，在水池内设置有至少上下两层弧形物装置，所述电极装置的正负电极依然成直线上下排列设置在每层弧形物装置形成的循环水流中。

水池有进水时，在所述弧形物装置上设置有至少一个出水用的水管，该水管开孔于弧形物装置上。

至少有一对所述弧形物装置设置在水池水下方。

所述水池可以是圆柱形，矩形，弧形，葫芦形或者是其它形的组合。

所述电极个数在2个到15个之间。

本发明所述泳动净水系统，通过在水池内水流中安插设置电极装置，使得水中污染物在正负电极之间的空间流动，形成电子流，并通过水中污染物依其主导流动方向带动水流流动，或者通过水池进水依其流动方向带动水流流动，经由弧形物装置引导，在水池中逐渐形成循环流动的且水流流动的轴心方向为非重力方向的水流方式，增加了水中污染物与电极的接触，使得污染物有更多的机会进行氧化或者还原反应，进而加速了污染物的处理速度，实现了水的充分净化，并能减少不必要的电能损耗。

附图说明

图1为本发明实施例所述泳动净水系统结构示意图；

图2为本发明实施例所述另一泳动净水系统结构示意图；

图3为本发明实施例所述一泳动净水系统衍生结构示意图；

图4为本发明实施例所述泳动净水系统应用于可移动式容器结构示意图；

图5为本发明实施例所述拖车式泳动净水系统及其附属配备结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示泳动净水系统10，该系统10包括：水池11和设置在水池11内部的弧形物装置12，该弧形物装置用于引导水流方向，该弧形物装置固定在水池内，此外，在水池11内水中还安插设置有电极装置13，该电极装置的负电极13a和正电极13b成直线上下排列，正负电极之间由绝缘体13c连接，电极装置通电后，水中污染物在正负电极之间的空间流动，形成电子流，其中起主导驱使的水中污染物行成的电子流依其流动方向带动水流流动，并经由弧形物装置引导，在水池中逐渐形成循环流动的水流，该循环流动的水流其循环流动的轴心方向为非重力方向，可以是多种偏重心方向。本实施例中，水池11为一圆柱形容器11，此容器11可以是个玻璃烧杯。在圆柱形容器11，有一弧形物装置12设置在该容器内的上部位置。在圆柱形容器11内，一电极装置13插入水中，水可以是一般池塘水。电极装置13是以直线方式摆设正电极及负电极。电极装置13的下部金属管13a，其外面缠绕裸金属线以增加表面积，设为负电极 (Cathode) 。电极装置13的上部金属管13b，其外面亦缠绕裸金属线以增加表面积，设为正电极 (Anode) 。金属管13a和金属管13b之间以绝缘体13c联接固定。在金属管外面缠绕裸金属线的目的是：增加金属管的表面积，进而增加水中污染物与电极之间的接触面积。

电源控制装置14，一边有两条电线从内部连接电极装置13的金属管13a和金属管13b；另一边的两条电线连接直流电源。

本实施例中，电极装置的负电极13a和正电极13b成直线上下排列，正负电极之间由绝缘体13c连接。当然，正负电极之间也可以不使用绝缘体连接，正负电极之间没有连接，只要正负电极间隔成直线上线排列即可实现本实施例中电极装置的作用。

电源控制装置14供电给电极装置13后，负电极的金属管13a释出电子经过水中的离子而流向正电极的金属管13b。水中污染物因受电极影响，在负电极和正电极之间的空间流动，产生电子流。多条电子流分布在金属管13a和金属管13b附近的三维空间。如图1所示，其中一条以虚线标示的电子流15a，位于电极装置13右侧，从负电极以逆时针方向流向正电极。其中另一条电子流15b，位于电极装置13左侧，从负电极以顺时针方向流向正电极。因在水内受电极影响的正负电价物质，并非是平均分布，因此带动水体流动的动量，每条电子流不尽相同。水流流动的轴心方向为非重力方向，在图1中，假设电子流15a是主导驱使的电子流，它在流动时带动水流使容器11内的水依逆时针方向流动的倾向。经由弧形物装置12的引导，容器11内的水逐渐形成逆时针方向的循环流动，如水流方向16所示。

此时电子流15a，以及其它和循环流动顺向的电子流，驱使带动流体循环，本实施例称之为泳动电子流。这种泳动电子流亦可解释为负离子从负电极 (Cathode) 到正电极 (Anode) 的流向路径。而电子流15b以及其它和循环流动逆向的电子流，其电子流量大小迅速萎缩，而成为正离子从正电极 (Anode) 到负电极 (Cathode) 的流向路径。容器11内水体经泳动电子流驱动后，再经由弧形物装置12的引导，形成逆时针方向的循环流动。这种循环流动能加速水体内污染物在电极作用下的电解反应。

电解反应里，金属管13a释出电子，金属管13b释出金属离子，正负电极和各种污染物的反应，同时外加水电解的副产品如氢离子及氢氧离子和污染物的反应。当大部分污染物在水里被消耗后，正负电极间的泳动电子流强度减少，循环流动也逐渐地减少或停止。此时将电源控制装置14处的电源关闭，让容器11内的水静置。原溶于水中的污染物和非溶于水中的固形物，在经过电极装置13的电解反应后，本实施例称之为电凝反应后，相互凝聚形成的固形生成物，一部分固形生成物沉淀在容器11底部，例如，在沉淀物17a的位置。另一部分漂浮在水面，例如，在漂浮物17b的位置。

图2是另一泳动净水系统示意图。在矩形容器20里，进水自左下角箭头21处流入，因此，依水池进水流动方向带动水流流动，水中污染物形成的电子流为逆时针方向流动的电子流。矩形容器20的四角，各有一弧形物装置22a，22b，22c，22d。而每一弧形物装置的弧形面可以有不同的弧度，即弧形面的长距和短距比可以不同。弧形物装置的弧度为弧行线的一部分。弧形线的短距和长距比为1比1至5比16之间。

在矩形容器20内插入电极装置24，此电极装置24的电极排列和图1的电极装置13刚好颠倒。电极装置24的下部金属管24a和其外面裸金属线，在此设为正电极 (Anode)；其上部金属管24b和其外面裸金属线，在此设为负电极 (Cathode)。供应直流电给电极装置24后，电子流26a为顺时针方向，电子流26b为逆时针方向。而矩形容器20内的水，得自箭头21处流入的动量，使水体循环流动方向28为逆时针，所以电子流26b和水体循环流动顺向，成为顺向主导的泳动电子流。而电子流26a以及其它和循环流动逆向的电子流，其电子流量大小迅速萎缩。

电解反应作业完毕后，让矩形容器20内的水静置后，重力及浮力作用在固形生成物上。部分固形生成物沉淀在容器20底部，例如在沉淀物29a的位置。而另一部分固形生成物漂浮在水面，例如在漂浮物29b的位置。因此在图2内，经由水体循环流动，亦可以使顺向电子流被选择为主导的泳动电子流。而这泳动电子流亦能助长水体的循环流动。

图3是一泳动净水系统衍生示意图。圆柱形容器30内有4组弧形物装置31a，31b，31c，31d。水由箭头32处流入圆柱形容器30，并经由导管直接冲击在弧形物装置31d的弧形面，使弧形物装置31c及31d之间，形成顺时针方向循环流向。并经由其所在水域边界层的带动，使弧形物装置31a及31b之间，形成逆时针方向循环流向。

在圆柱形容器30内有电极装置33，下部的金属管33a及其附加的金属线设为负电极 (Cathode) ，中间的金属管33b及其附加的金属线设为正电极 (Anode) ，上部的金属管33c及其附加的金属线设为负电极 (Cathode)。金属管33a流向金属管33b的电子流，顺时针方向的为顺向电子流，也即是在此下部循环水域主导的泳动电子流。而金属管33c流向金属管33b的电子流，逆时针方向的为顺向电子流，即是在此上部循环水域主导的泳动电子流。电解作业时水内的污染物和电极，或和电极释放的金属离子反应。作业完毕后，将圆柱形容器30内的水静置，随后在容器30底部及水面即可观察到固形生成物。

泳动净水系统以直线的方式安排负电极及正电极，使电极之间的能耗趋向最小化，即电极之间有电子流动时才有电能消耗。这种安排方式也能节省金属管及其依附的金属线不必要的损耗。而在图3中多加一负电极，更能减少水中游离的金属离子。各电极缠绕的裸金属线能增加电极表面积，使电极无需采用传统的金属板，节省许多空间。

净水过程中，原溶于水的污染物和非溶于水的固形物，在正负电极的电解反应时，形成固形的生成物，这犹如在水中添加絮凝物质，且添加量能自行依电解反应的强弱而调整，而不需要另使用絮凝剂添加设备及水质监测仪器。生成物的形成，可以是污染物和电极材料的反应，或是污染物在电极的氧化或还原反应结果。固形生成物的后续固液分离处理，可以采静置，离心，过滤等方式进行。

图3中的电极，以负正负的方式排列，作为一般供水作业中，减少正电极释出的多余金属离子。若是用于工业污水处理，例如含有漂浮性的油脂化工污水，电极可采正负正的方式排列，多释出金属离子和油脂污染物反应以加快絮凝作用。

因此一个泳动净水系统的电极装置，理论上能有多个电极，排列的方式可以是负正负或是正负正系列。实务上优选的电极数是介于2个至15个。

电极的金属材料，可以有多种选择，铁或碳钢、铝、铜、钛等，是应用上常用的选择。其它贵重金属如银铂金，理论上亦可行，但因价格贵重，实用性较低。铁或碳钢是常选的电极金属材料，价格相对便宜，在电解和电凝反应作业中，能和多种污染物结合形成固形生成物。且经过后续的处理后，并不影响一般的供水应用。若以铝为电极金属材料，常用于高浓度的工业废水处理。若以铜为电极金属材料，常用于农业用水。

正负电极的电解反应过程中，水在电极表面产生微小气泡。这些微小气泡可以是水或污染物电解反应的结果，或是溶于水的气体气化成为微小气泡。水在负电极 (Cathode) 产生氢气及氢氧离子。水在正电极 (Anode) 产生氧气及氢离子。整体的观察是主导顺向的电子从负电极流向正电极，在流向路径上产生波动，因此称顺向主导的电子流为泳动电子流。

在电极表面形成的微小气泡，因水流牵引的关系，较容易脱离电极表面，而顺着水流路径进行漂浮流动。微小气泡在漂浮过程中，若遇上固形物，它可以是在电解反应过程的生成物，或是水里原有的固形污染物，微小气泡容易附着在固形物表面。一些固形物，因比重较低，有微小气泡的浮力辅助，容易上浮，最终漂浮于水面，和其它漂浮物因静电吸附，凝聚在一起。另一些固形物，因比重较高，有微小气泡贴在其表面仍会下沉至底部。

容器内的水循环流动能增加水中污染物和电极接触，使污染物有更多的机会进行氧化或还原反应。水流的牵引，使电极表面形成的微小气泡能较容易脱离电极表面，使原电极表面的空间能空出来，继续和其它的水分子或污染物反应，增加处理效率。

泳动净水系统在容器内安置弧形物装置，使水依非重力方向为旋转方向，而产生循环流动。容器内的水可由进水的动量，经弧形物装置引导，使容器内的水产生循环流动，水循环流动方向使顺向电子流成为泳动电子流，例如，图2及图3的安排模式。容器内的水亦可由顺向主导的电子流，成为驱动循环流动的泳动电子流，例如，图1的安排模式。

泳动净水系统可应用于多种的饮用水或污水处理。以一般池塘水为例，经泳动净水系统处理后，去除灰尘沙粒等固形物以外，整体细菌 (Total Bacteria) 的去除率可达99%以上，其中分项包括：整体大肠菌群 (Total Coliform) 的去除率可达到99.9%，大肠杆菌 (E. Coli) 的去除率可达到99.9%，芽胞杆菌 (Bacillus) 的去除率可达到99.9%，以及微藻类 (Microalgae) 的去除率可达到99%。因此在净水过程中，亦达到灭菌消毒的作用。而病毒是寄生在细菌或细胞体内，泳动净水系统灭菌后，其寄生在细菌或细胞体内的病毒亦大部分被消灭。

泳动净水系统可清除多种污染物。若池塘水里含油脂类，在泳动净水系统的电极反应下，能使油脂快速氧化分解。若池塘水里含硝酸根离子 (Nitrate)，电极的氧化和还原反应，去除率可达到99.9%。若池塘水里含重金属离子，电极的吸附或重金属离子氧化成为固形生成物的一部分，达到高效的去除率。

泳动净水系统能应用于多种的饮用水和污水处理。图4是泳动净水系统应用于可移动式容器的示意图。如图4所示，水壶型容器40，在其壶盖的尾端41处用手指往下压，即可掀开壶盖来装水。容器40内有电极装置42有3个电极，从下而上为负电极 (Cathode) 、正电极 (Anode) 、及负电极 (Cathode) 。先将容器40注满水后，然后将直流电插头插在插针孔处43。按下定时开关44，时间可以是2至3分钟。容器40的底部和弧形物装置45下半部的弧形面之间，形成一循环流动区域，在此假设循环流动是顺时针方向，其泳动电子流亦是顺时针方向。而弧形物装置45上半部的弧形面和弧形物装置46之间，形成另一个逆时针方向的循环流动。当定时开关44关闭时，新的生成物分布在水体内。倾倒容器40使水经滤材47流出，并过滤掉固形生成物。若定时开关44关闭后采静置方式，时间可以是1至3分钟，固形生成物因分子间的静电吸附，有些会漂浮于水面或有些会沉淀于容器底部。

本实施例中容器和弧形物装置，可以是单独的配件，也可以一体成形，以降低生产成本。

若水壶型容器40原先装的水是井水或池水，其泳动净水系统可灭菌、分解油脂、去除氨氮及有害重金属等，使水净化成饮用水。若原先装的水是自来水，泳动净水系统分解可能有的三卤化物。例如，三氯甲烷，它是国际公认的致癌物，是自来水采氯气消毒作业中常产生的副产物。

在上述所有实施中，所述弧形物装置的弧度为弧行线的一部分。所述弧形线的短距和长距比为1比1至5比16之间。

泳动净水系统亦可做为河道池塘的水源洁净供饮用水，农业及禽畜用水，景观水和工业用水。图5是拖车式泳动净水系统及其附属配备的示意图。如图5所示，净水系统及其附属配备安装在一拖车上，水泵51自水源处经粗目滤网52及导管输送到滤水器53，以过滤来自水源处的固形物，累积的固形物可自滤水器53下方排除，水然后输送到容器54内。容器54可以是圆柱形，矩形，弧形，葫芦形或者是其它形的组合。因水流的动力，使水在弧形物装置55a和55b之间形成逆时针方向的循环流动，弧形物装置55c和55d之间形成顺时针方向的循环流动。容器54内的电极装置56，自下而上，是以负电极 (Cathode) 、正电极 (Anode) 、及负电极 (Cathode) 方式排列。供应电流给电极装置56后，部分溶于水的污染物电解后分解，然后氧化，成为二氧化碳及水；部分溶于水的污染物电解后，形成固形生成物。这些固形生成物在静置时聚集，有些漂浮于水面，而有些沉淀于容器54底部。

电解及静置之后开启流放阀57，将弧形物装置55d以上的水流放掉，来去除漂浮于水面的生成物。之后再开启阀58，水经由位在弧形物装置55a上的弧形过滤装置58a，流到过滤器59以过滤剩余的固形生成物，而后流经阀59a作为各种供水用途。

容器54在静置作业时，暂时关闭阀59b。或是引导水流到其它像容器54的容器，以便持续抽水及电解和凝聚作业。容器54内的水流放到过滤器59的作业完成后，开启容器54底部的流放阀59c，将含沉淀物的水排放掉。流放阀57及流放阀59c的主要作用是增加过滤器59的使用时间。图5的整个净水作业过程，供应的电力主要是给水泵51和电极装置56，能耗及运行成本低。因此这种净水作业方式，适合应用于乡村的独立供水站，或成为自来水厂的辅助供水设备。

泳动净水系统除能供应洁净的水供饮用，农业用和工业用外，亦可用于污水处理，用于生活污水处理厂，特别是中小型的处理厂，它占地面积小，处理时效快，节能操作程序。本发明的泳动净水系统有许多优势用途，它预计将吸引各种净水作业的应用，具有成本效益的优势，能减少运行成本，节省动力能源。因此根据此泳动净水系统预计将有许多工业和商业应用，广为流传和持久。

综上所述，本实施例所述泳动净水系统，通过在水池内水流中安插设置电极装置，使得水中污染物在正负电极之间的空间流动，形成电子流，并通过水中污染物依其主导流动方向带动水流流动，或者通过水池进水依其流动方向带动水流流动，经由弧形物装置引导，在水池中逐渐形成循环流动的且水流流动的轴心方向为非重力方向的水流方式，增加了水中污染物与电极的接触，使得污染物有更多的机会进行氧化或者还原反应，进而加速了污染物的处理速度，实现了水的充分净化，并能减少不必要的电能损耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种泳动净水系统，其特征在于，包括水池和固定在水池内部用于引导水流方向的弧形物装置，水池内水中还安插设置有电极装置，该电极装置的正负电极成直线上下排列，电极装置通电后，水中污染物在正负电极之间的空间流动，并形成电子流，水中污染物依其主导流动方向带动水流流动，或水池进水依其流动方向带动水流流动，该流动的水流经由弧形物装置引导，在水池中逐渐形成循环流动的且水流流动的轴心方向为非重力方向的水流。

2. 根据权利要求1所述的泳动净水系统，其特征在于，所述正负电极为金属管。

3. 根据权利要求2所述的泳动净水系统，其特征在于，所述正负电极金属管外表面缠绕有裸金属线。

4. 根据权利要求1所述的泳动净水系统，其特征在于，所述弧形物装置的弧度为弧行线的一部分。

5. 根据权利要求4所述的泳动净水系统，其特征在于，所述弧形线的短距和长距比为1比1至5比16之间。

6. 根据权利要求1所述的泳动净水系统，其特征在于，所述弧形物装置上还设置有过滤装置。

7. 根据权利要求1所述的泳动净水系统，其特征在于，在水池内设置有至少上下两层弧形物装置，所述电极装置的正负电极依然成直线上下排列设置在每层弧形物装置形成的循环水流中。

8. 根据权利要求1所述的泳动净水系统，其特征在于，所述水池有进水时，在所述弧形物装置上设置有至少一个出水用的水管，该水管开孔于弧形物装置上。

9. 根据权利要求1至8任意一项所述的泳动净水系统，其特征在于，至少有一对所述弧形物装置设置在水池水下方。

10. 根据权利要求1至8任意一项所述的泳动净水系统，其特征在于，所述电极个数在2个到15个之间。

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