CN103332770B - 一种基于内源的饮用水终端消毒器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于内源的饮用水终端消毒器，涉及饮用水处理技术领域。本发明包括位于同轴的外阳极管以及内阴极管；所述内阴极管为不锈钢管，所述外阳极管为钛微孔管或者FeTiO2/钛微孔管，内阴极管、外阳极管内外相套，在外阳极管的两端各设置一绝缘垫，上述外阳极管、内阴极管以及绝缘垫共同构成套管式微电解器；所述微电解器通过设置于外阳极管、内阴极管上的连接线分别与直流电源正、负极连通。本发明无需任何化学药剂，不产生任何二次污染和意外伤害；使用灵活方便、持久；且利用电化学氧化还原机制进行水处理，既能杀灭细菌，改善水质，又能除去部分重金属离子及有机污染物。

Description

一种基于内源的饮用水终端消毒器
技术领域
本发明公开一种基于内源的饮用水终端消毒器，涉及饮用水处理技术领域，具体说是涉及一种静态水微电解消毒器。
背景技术
随着社会工业化的不断发展，近年来我国水环境也在不断的恶化，地表水和地下水源均已不同程度的受到污染，并且日趋严重。城市输水管网老化及二次供水系统易引发水质的二次污染，尤其是高层水箱、增压储水池、水窖等非封闭装置中的水长期存于静止状态、并暴露于的空气中导致细菌、藻类的滋生繁衍，水质恶化。微生物是分散式供水和二次供水中的主要污染物，研究表明水中微生物是许多病原体传播和转移滋生的主要载体。加强饮用水消毒工作是改善饮用水卫生状况，保障人们的身体健康，减少各种损失，促进社会和经济的可持续发展的有效措施。
迄今为止我国的饮用水消毒至一直以氯化法消毒(液氯、次氯酸钠、漂白粉等)为主。其中漂白粉和次氯酸钠（或84消毒液）是适于饮用水终端消毒的化学氧化剂。但是该类消毒剂其固体和浓缩液存放过程会自动分解影响使用效果，且使用时需稀释和冲洗，浪费水资源和包装器具，使用不当还可能产生意外伤害事故。静电水处理和电子水处理技术应用于工业动态的循环冷却水、热交换等系统中取得了较好的效果，具有既能防垢又可除垢，具有显著的杀菌灭藻功能，不产生二次污染等优点，但是此种技术至今尚未进入居民家中；而基于电渗析原理的电解水机因为成本、进水质指标、供水压力及维护等方面的苛刻要求成为其终端用户的选择障碍。
发明内容
本发明的目的是要在于提供一种基于内源的饮用水终端微电解消毒器，实质是指设计了一种静态水持续杀菌消毒器的结构及驱动方式，意在减轻保洁家务劳动强度和保洁用品消耗及排放，降低微生物传播及转移滋生导致的卫生烦恼和健康影响，避免使用化学氧化剂引起的意外伤害。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种基于内源的饮用水终端消毒器，其特征在于：包括位于同轴的外阳极管以及内阴极管；所述内阴极管为不锈钢管，所述外阳极管为钛微孔管或者FeTiO2/钛微孔管，内阴极管、外阳极管内外相套，在外阳极管的两端各设置一绝缘垫，上述外阳极管、内阴极管以及绝缘垫共同构成套管式微电解器；所述微电解器通过设置于外阳极管、内阴极管上的连接线分别与直流电源正、负极连通。
所述外阳极管、内阴极管之间的极间距为2-8mm。
所述FeTiO2/钛微孔管为经过氧化活化处理的钛微孔管。
所述氧化活化处理为将所述钛微孔管浸入含高铁酸盐的电解液中，在电场强度2-5V/mm、温度35-65℃条件下电解3-6小时进行氧化，使钛微孔管界面生成TiO2薄膜并掺杂Fe。
所述的含高铁酸盐的电解液为按NaOH与电解液比为5-10mol：1L、K2FeO4与电解液比为0.05-0.5mol：1L制备而成的电解液。
使用时将本发明垂直浸没于静态水中央,连通驱动电源即可利用水中原有组分如氯离子、水分子进行阳极氧化生成O2、Cl2及衍生物NaClO等具有持续杀菌活性的组分，消除微生物滋生污染及粘性分泌物、改善水质的洁净能力。
本发明中微电解消毒过程机制如下：
阳极的主要反应：
2Cl－=Cl2+2e
Cl2+H2O=HClO+HCl；
2NaHCO3+HClO+HCl=NaClO+NaCl+CO2↑+2H2O
阴极放电反应：
2H2O＋2e－→H2+2OH－
本发明与现有技术相比的积极效果在于：
1、与现有适用于终端的饮用水消毒技术相比，本发明无需任何化学药剂，不产生任何二次污染和意外伤害；
2、本发明使用灵活方便、持久，所产生的低浓度杀菌消毒水有助于减轻保洁家务劳动强度，降低微生物传播及转移滋生导致的卫生烦恼和健康影响；
3、本发明是利用电化学氧化还原机制进行水处理，既能杀灭细菌，改善水质的浊度、嗅、味，又能除去部分重金属离子及有机污染物；
4、本发明产生氧气释放使周围空气清新；
5、小型消毒器便于随身携带、适于特殊环境下使用如灾后地区、野外等。
附图说明
图1是本发明的外部结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图；
图4是电压5V时处理水的pH-时间曲线；
图5是电压5V时处理水的余氯-时间曲线；
图中：1、阳极，2、绝缘垫，3、阴极，4、连接线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明无需承压外壳，包括位于同轴的外阳极管以及内阴极管；所述内阴极管为不锈钢管，所述外阳极管为钛微孔管，内阴极管套插于外阳极管内径，在外阳极管的两端各设置一绝缘垫，上述外阳极管、内阴极管以及绝缘垫共同构成套管式微电解器；所述微电解器通过设置于外阳极管、内阴极管上的连接线分别与通用直流电源正、负极连通；外阳极管、内阴极管之间的极间距为2-8mm。
所述钛微孔管能够使用FeTiO2/钛微孔管替换，所述的FeTiO2/钛微孔管为经过氧化活化处理的钛微孔管，其氧化活化处理为将所述钛微孔管浸入含高铁酸盐的电解液中，在电场强度2-5V/mm、温度35-65℃条件下电解3-6小时进行阳极氧化，使钛微孔管界面生成TiO2薄膜并掺杂Fe。
所述的含高铁酸盐的电解液为按NaOH与电解液比为5-10mol：1L、K2FeO4与电解液比为0.05-0.5mol：1L制备而成的电解液。
本发明使用时施加电场强度2-3V/mm，保证阳极电流密度0.1-30mA/cm2，阳极面积负荷12-240mL/cm2即可。
其使用方法为：将本发明垂直浸没于静态水中央,连通驱动电源即可利用水中原有组分如氯离子、水分子进行阳极氧化生成O2、Cl2及衍生物NaClO等具有持续杀菌活性的组分，消除微生物滋生污染及粘性分泌物、改善水质的洁净能力。
本发明采用的内阴极管（不锈钢管）、外阳极管（钛微孔管）均为市售产品，原料取材便捷且使用效果优异，且阳极管的氧化过程可以在整个消毒器组装完成之后进行氧化处理。
本发明较佳实施例：所述钛微孔阳极管规格为30mm、高50mm、厚度2mm，孔隙率50%，阴极管为直径20mm、高85mm的304不锈钢管。按图1所示组装，正负电极间距离为3mm。
首先将所述消毒器浸没于500mL活化电解液（5.0mol/L NaOH、0.5mol/LK2FeO4）中央，并与直流电源接通，同时打开磁力搅拌和电源开关，调整电解液温度50℃，电压36V，持续电解至钛微孔管由灰亮色转变为均匀褐色，取出于空气中风干降温即完成消毒器（阳极管）活化过程。
微电解消毒：将活化后消毒器垂直浸没于1500mL静态水（电导率280μs/cm、氯离子39mg/L）中央，连接驱动电源。
其运行参数如下表1，处理水的pH和余氯变化如图4和图5。
表1消毒器运行参数表
本发明也可以作为洁厕器使用：有资料表明（吴星五等水箱中水的电化学法处理工业用水与废水，2001，Vol.32No.1：6-9）：细菌繁殖是产生黄色尿垢的主要原因。在微生物作用下，尿素分解导致pH值上升，引起碳酸盐和磷酸盐沉淀与粘性分泌物附着于池壁上，形成黄色尿垢，并逐渐增厚。尤其是内缘出水口处和厕板底面最易藏污纳垢：残留在那里的水渍和污物也很容易滋生细菌，也是潜在的传播疾病的媒介。消毒器经活化处理后垂直放于马桶水箱中，接通电源即可有效清除黄色尿垢。
本发明也可以作为茶具除垢的清洁器具使用：茶具内壁长出的茶垢，是由于茶叶中的茶多酚与茶锈中的金属离子产生的，含有镉、铅、铁、砷、汞等多种有害重金属物质。它们在饮茶时带入身体，与食物质中的蛋白质、脂肪和维生素等营养化合，生成难溶的沉淀，阻碍营养的吸收，危害健康。将本发明所述消毒器垂直放于茶具中，注入自来水并接通电源，过夜后，再用清水冲洗即完成茶垢去除。其原理是茶垢中的茶多酚被逐渐氧化而破坏垢垢附着力，积垢逐渐剥蚀、溶解，直至清除。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于内源的饮用水终端消毒器，包括位于同轴的外阳极管(1)以及内阴极管(3)；其特征在于：所述内阴极管(3)为不锈钢管，所述外阳极管(1)为FeTiO2/钛微孔管，内阴极管(3)、外阳极管(1)内外相套，在外阳极管(1)的两端各设置一绝缘垫(2)，上述外阳极管(1)、内阴极管(3)以及绝缘垫(2)共同构成套管式微电解器；所述微电解器通过设置于外阳极管(1)、内阴极管(3)上的连接线(4)分别与直流电源正、负极连通；其中所述FeTiO2/钛微孔管为经过氧化活化处理的钛微孔管，氧化活化处理为将钛微孔管浸入含高铁酸盐的电解液中，在电场强度2-5V/mm、温度35-65℃条件下电解3-6小时进行氧化，使钛微孔管界面生成TiO2薄膜并掺杂Fe。
2.根据权利要求1所述的基于内源的饮用水终端消毒器，其特征在于：所述外阳极管(1)、内阴极管(3)之间的极间距为2-8mm。
3.根据权利要求1所述的基于内源的饮用水终端消毒器，其特征在于：所述的含高铁酸盐的电解液为按NaOH与电解液比为5-10mol：1L、K2FeO4与电解液比为0.05-0.5mol：1L制备而成的活化电解液。
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