CN103864184B - 水质净化系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水质净化系统，包括：储水容器：设有进水口和排水口；电解水装置：所述电解水装置包括电解槽，所述电解槽内设有两个电极，两个电极之间设有离子交换膜离，离子交换膜两侧分别形成水通道和盐水通道；盐水供给装置：盐水供给装置通过盐水供给管道连通至所述电解槽的盐水通道进口。本发明是涉及一种水质净化方法，可用于工业污水、工业用水、游泳池、饮用水等多种水质的净化。
Description
技术领域
本发明涉及一种水质净化系统和水质净化方法，尤其涉及一种流水式电解水装置在水质净化系统和水质净化方法中的应用。
背景技术
游泳作为全方位的健身方式，越来越受到大众的青睐，由于有用过程中游泳者身体与池水直接接触，池水的水质对游泳者的健康有着直接的影响，同时，人体在游泳过程中，由于浸泡，体表会有大量分泌物等污染物脱落并溶解与水中，进一步促进了细菌的滋生。因此，有效的水质净化，对保证泳池的水质安全至关重要。
目前，我国游泳池水处理领域，虽然消毒工艺不尽相同，但投入加进药物和消毒剂是必不可少的环节。目前游泳池普遍使用以下五步操作进行水处理：
1）灭藻、抑藻（青苔）与杀虫：投放硫酸铜（蓝色粉剂），每1000立方水投2-3kg为宜，（新水加倍）每月1-2次，投药后两小时才可以进行下面的加药操作；水溶化药品后均匀泼洒水面，开动机器循环（RECIRE—不经过滤循环）30分钟；
2）调节pH值（酸碱度）：pH值在7.6左右，每提高1度每立方水要投放氢氧化钠10g；水溶化药品后均匀泼洒水面，开动机器循环（RECIRE—不经过滤循环）30分钟；
3）杀菌与消毒：投三氯异氰尿酸（TCCA强氯精）灭菌灵消毒片，每立方水投2g，最好在开放前1-2小时投放，每提高0.5ppm每立方水要投2g药；投放时间：开放前1-2小时，均匀把药片投放池中，开动机器循环；开放条件：测试含氯量：＜1.5；
4）投放净水剂（沉淀）：聚合氯化铝（粉）每立方水投5-10g；投药时间：收场后；投药前（当天）要先用池刷把池壁、池底擦刷干净、把药品用水稀释溶化后泼洒水面、开动机器循环（RECIRE—不经过滤循环）30分钟，使水面出现矾花后静止（6-8小时后吸污）；
5）吸污：把沉淀到池底的污物吸收排出池外，上午进行，禁止人入池一边吸污一边补充水量。
众所周知，药物和消毒剂在水中的存在，或多或少会对游泳者的皮肤、眼睛及身体造成不同的负面影响。然而一直以来，却没有一种既能够彻底杀灭细菌、又不会对游泳者造成任何伤害的消毒方法。
而且，虽然每年游泳行业经营者都在消毒方面投入了很多的资金，可是仍然经常出现余氯超标、同时细菌检测也超标的奇怪现象。这是因为目前使用的消毒剂只能杀灭浮游状态的细菌，却无法清除水管内壁、池子四壁和池底的湿滑薄膜----生物膜，生物膜的存在意味着没有从根本上解决杀菌、除藻问题，生物膜是细菌滋生的温床，它不断地滋生细菌进入池水中，只有彻底清除生物膜，才能从根本上杀灭细菌。
目前多数游泳馆为了达标（如CJ244-2007，游泳池水质标准），只能大量使用消毒剂，结果不仅没有彻底杀灭细菌，反而给环境和游泳者造成危害，游泳馆有很大的消毒液气味，游泳者经常出现皮肤瘙痒、眼睛发红、头发干涩甚至泳衣被漂白的现象。更为严重的是，游泳池投加消毒剂会产生很多负面的效果，甚至造成严重的中毒事故。每年都有多起游泳馆因消毒不善，造成疾病传播、大量游泳者皮肤过敏以及群体性中毒等事件见诸报端，给整个行业造成了及其恶劣的影响，给游泳者的生命健康造成极大危害，也给游泳馆造成了巨大的经济损失甚至无法挽回的严重后果。
另外，消毒剂三氯异氰尿酸在水中会产生氰尿酸，氰尿酸具有良好的稳定性，可以在水中积累，一般只能通过定期换水来解决氰尿酸积累的问题。
WO02/24236A1、CN101525950B分别公开了臭氧消毒法，主要是基于臭氧产生的[O]的氧化性，虽然一定程度上解决了药物消毒的部分缺陷，但是臭氧消毒法设备投资大、没有持续杀菌能力，而且空气中混入微量臭氧就可能会带来中毒风险，从而具有安全隐患。
电解消毒法虽然能够解决上述问题，但是目前电解消毒一般是通过电解食盐水生成的次氯酸或次氯酸钠来实现，一方面导致泳池内会存有大量的NaCl，而且电解生成的次氯酸或次氯酸钠还会释放出有毒的氯气，反应式如下：
HClO→HCl+O2
发明内容
本发明针对以上水处理、特别是针对药物投放进行水处理所存在的问题，提出了一种新的水质净化系统和方法；使的游泳池水处理不再投放硫酸铜、氢氧化钠、三氯异氰尿酸等药物、少量或不投放净水剂（如聚合氯化铝），大大降低了游泳池内药物残留对人体的影响、简化了净化过程和药物投放量，同时本发明所述水质净化系统和方法也同样适用于饮用水、工业用水的消毒。
本发明第一方面是提供一种水质处理系统，包括：
储水容器：设有进水口和排水口；
电解水装置：所述电解水装置包括电解槽，所述电解槽内设有两个电极，两个电极之间设有离子交换膜离，离子交换膜两侧分别形成水通道和盐水通道；
盐水供给装置：盐水供给装置通过盐水供给管道连通至所述电解槽的盐水通道进口。
其中，所述离子交换膜优选为可选择性透过Na+。
其中，优选为：所述盐水通道位于阳极侧，所述水通道位于阴极侧。
其中，所述电解槽可以是一个或多个，所述多个电解槽可以是并联或串联，本发明优选为多个电解槽串联。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，所述储水容器还包括第二进水口，所述进水管还连通至所述储水容器的第二进水口。
其中，所述储水容器的排水口连通至电解水装置的水通道的出口，所述电解水装置水通道的出口连通至所述储水容器的进水口。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，还包括：
进水管：所述进水管连通至电解水装置的水通道进口。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，所述电解水装置仅含有一个电解槽。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，所述电解水装置还有至少两个电解槽，所述电解槽之间串联，并且相邻电解槽之间的水通道连通。
其中，所述进水管可以是连接至第一级电解槽的水通道，和/或连接至其它电解槽的水通道，并优选为连接至第一级电解槽的水通道。
其中，所述储水容器的出口可以是连接至第一级电解槽的水通道，和/或连接至其它电解槽的水通道，并优选为连接至除第一级电解槽之外的其它电解槽的水通道。
其中，相邻电解槽之间的盐水通道可以连通或者不连通。当相邻电解槽之间的盐水通道不连通时，各电解槽的盐水通道可分别连接盐水供给装置。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，所述电解槽至少其中一个电极为筒状电极，另一个电极置于所述筒状电极内部，所述离子交换膜为筒状，设置在两个电极之间。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，所述电解槽的两个电极均为筒状电极，其中一个筒状电极（外部电极）套置在另一个筒状电极（内部电极）的外部，所述离子交换膜为筒状，设置在两个电极之间。
在本发明所述水质处理系统的一种更优选实施例中，所述内部电极设有穿孔。
在本发明所述水质处理系统的一种更优选实施例中，所述离子交换膜设置至少一个非透水的整流部分，所述水通道进口朝向所述整流部分。
在本发明所述水质处理系统的一种更优选实施例中，所述水通道进口设置在筒状外部电极的侧壁上。
在本发明所述水质处理系统的更优选实施例中，所述电解槽盐水通道进口与盐水箱之间、和/或所述电解槽盐水通道出口与盐水箱之间设有泵。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，所述储水容器还包括第二排水口，所述第二排水口可以是设置在储水容器壁上、和/或设置在储水容器排水口与电解装置之间的连接管道上。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，储水容器排水口与电解装置之间的连接管道、和/或储水容器进水口与电解装置之间的连接管道上还设有泵。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，储水容器排水口与电解装置之间、和/或储水容器进水口与电解装置之间还可以设有储罐。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，储水容器排水口与电解装置之间的连接管道上还设置有过滤器。
在本发明所述水质处理系统的一种优选实施例中，在所述储水容器中还可以设有传感器，用于检测储水容器内的水质。
在本发明所述水质处理系统的一种更优选实施例中，所述传感器将检测结果传输给控制器，所述控制器根据监测结果操纵进水管、电解装置、排水口、储罐、泵、过滤器中的任意一个或多个工作。
本发明第二个方面是提供一种水质处理方法，包括：
提供电解水装置，所述电解水装置包括一个或多个串联的电解槽，所述电解槽内设有两个电极，两个电极之间设有离子交换膜隔离，离子交换膜两侧分别形成水通道和盐水通道；
将水送入到电解槽的水通道，同时向盐水通道内提供盐水；在所述电解槽内进行电解，得到的电解盐水和电解水通过离子交换膜进行离子交换，得到碱性水；
电解后的碱性水与待处理水质进行混合后，送入储水容器中。
本发明上述内容中，所述储水容器可以是游泳池、储水池、饮用水容器等。
本发明所提供的水质净化系统和方法，通过电解能够有效去除水中的微生物、以及化学污染物。
本发明所提供的水质净化系统和方法，可用于工业污水、工业用水、游泳池、饮用水等多种水质的净化。
附图说明
图1为本发明一种实施例中水质净化系统示意图；
图2为本发明一种优选实施例中筒状电极俯视结构示意图；
图3为图2中外侧电极结构示意图；
图4为图2中离子交换膜结构示意图；
图5为图2中内侧电极结构示意图；
图6为本发明一种优选实施例中串联电解槽电解示意图；
图7为本发明水质净化系统抗菌原理示意图。
具体实施方式
参照图1-6，以游泳池水质净化为例，本发明所述的水质净化系统和方法介绍如下：
一般游泳池1中，原水通过进水管道10和第二进口102送入游泳池中，然后进行药物消毒。
但是本申请一种优选实施例中：
进水管道10还连接至电解装置2，将原水送入电解装置2中进行电解。
电解水装置2包括一个或多个电解槽，多个电解槽之间可以是并联或串联，本实施例中优选为并联电解槽，如图6所示，包括两个串联的电解槽，第一电解槽201和第二电解槽202。
如图2、图6所示，每一个电解槽由外至内依次包括筒状的外侧电极21、筒状离子交换膜22和筒状内侧电极23。在离子交换膜两侧分别形成水通道24和盐水通道25，其中，外侧电极21与离子交换膜22之间为水通道24，离子交换膜22内部为盐水通道25。
盐水通道25也可以包括内侧电极23围绕的区域，如图5所示，内侧电极23为中空筒状结构，壁上设有穿孔231，盐水从内侧电极23围绕的区域进入，通过穿孔231进入内侧电极23与离子交换膜22之间的区域。
其中，水通道入口211位于外侧电极21的其中一个侧壁上，水通道出口212位于相对的侧壁上。
水通道入口211所朝向的离子交换膜22部分设有不具有水和离子交换能力的区域221，其它部分均可以进行离子交换，如图4所示。
以外侧电极21为阴极，内侧电极23为阳极，进行电解，阴极侧的H+离子还原为H2，OH-离子富集：
H++e→H2
阳极侧Cl-电解生成Cl2：
Cl--e→Cl2
Cl2溶于水中生成HClO。Na+离子通过离子交换膜进入阴极侧。
因此，阴极侧形成碱性电解水。
如图6所示，碱性电解水进入第二电解槽202，与第一电解槽进行类似的电解操作，从而是阴极侧形成强碱性电解水，阳极侧获得的HClO溶液进行收集。
参照图1，游泳池1中的水，通过排水口103和排水管道12泵送至电解水装置2，与强碱性电解水混合后通过电解水管道11、和游泳池入口101泵送至游泳池1内。多余的水通过第二排水口120排出。
另外，在电解装置2与游泳池1之间还设置有第一储罐31和第二储罐32，可起到缓冲作用。
在此基础上，本发明所述水质净化还设置控制器5和传感器50，传感器50设置在游泳池壁、底或其它设施上，用于监测游泳池1内水的质量，并将水质情况发送给控制器，当游泳池1内水质不能满足预订标准时，控制器5控制水泵和储罐工作，将游泳池1内的水泵送至电解装置2中进行电解。
对采用本发明上述水质净化系统和方法处理后的水进行检测分析，结果如表1所示：
表1，强电解水检测结果
如图7所述，本发明水质净化系统处理后的水中，细菌被杀灭，其抗菌机理可能是：通过分子间的强大引力，导致细胞壁被破坏，如图7所示，细胞壁出现孔洞，细菌（细胞）随后死亡。申请人还发现，一般情况下，这种机理并不基于pH值或者OH-。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种水质净化方法，其特征在于，
提供电解水装置，所述电解水装置包括至少两个电解槽，所述电解槽之间串联，每个电解槽内设有两个电极，两个电极之间设有离子交换膜隔离，离子交换膜两侧分别形成水通道和盐水通道，相邻电解槽之间的水通道连通；
将水送入到电解槽的水通道，同时向盐水通道内提供盐水；在所述电解槽内进行电解，得到的电解盐水和电解水通过离子交换膜进行离子交换，得到碱性水；电解后的碱性水与待处理水质进行混合后，送入储水容器中；
其中，
储水容器设有进水口和排水口；
所述电解水装置还包括盐水供给装置，所述盐水供给装置通过盐水供给管道连通至所述电解槽的盐水通道进口；
所述储水容器还包括第二进水口，进水管还连通至所述储水容器的第二进水口；
所述储水容器的排水口连通至电解水装置的水通道的进口，所述电解水装置水通道的出口连通至所述储水容器的进水口；
所述电解槽的两个电极均为筒状电极，其中一个筒状电极为外部电极，另一个筒状电极为内部电极，外部电极套置在内部电极的外部，所述离子交换膜为筒状，设置在两个电极之间；
还包括控制器和传感器，所述传感器设置在储水容器内用于将水质情况发送给控制器，由控制器控制储水容器内的水输送至电解水装置进行电解；
所述电解水装置在使用时，先将原水送入电解水装置中进行电解，然后将储水容器中的水通过排水口泵送至电解水装置，与强碱性电解水混合后通过所述储水容器的进水口泵送至所述储水容器内。
2.根据权利要求1所述的水质净化方法，其特征在于，所述内部电极设有穿孔。
3.根据权利要求1所述的水质净化方法，其特征在于，所述离子交换膜设置至少一个非透水的整流部分，所述水通道进口朝向所述整流部分。
4.根据权利要求1所述的水质净化方法，其特征在于，储水容器排水口与电解装置之间、和/或储水容器进水口与电解装置之间还设有储罐。
5.根据权利要求4所述的水质净化方法，其特征在于，储水容器排水口与电解装置之间的连接管道上还设置有过滤器。
6.根据权利要求1所述的水质净化方法，其特征在于，所述盐水通道位于阳极侧，所述水通道位于阴极侧。
7.根据权利要求1或6所述的水质净化方法，其特征在于，所述离子交换膜可选择性透过Na+。
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