CN107162123A - 一种电极内过滤消毒方法及装置和应用 - Google Patents

一种电极内过滤消毒方法及装置和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电极内过滤消毒装置，其包括通孔电极组、电极固定槽、导线、绝缘隔板和电源；所述通孔电极组包括第一通孔电极和第二通孔电极，所述导线包括第一导线和第二导线；所述第一通孔电极和第二通孔电极固定于电极固定槽中，所述两个通孔电极中间设置绝缘隔板；所述第一通孔电极通过第一导线连接所述电源的正极，所述第二通孔电极通过第二导线连接所述电源的负极。使用该消毒装置，将流体从通孔电极内过滤，使其中微生物高效接触到电极表面，在极低电压(1‑20V)下操作，即可实现低能耗，高效安全消毒，减少处理时间，节约占地面积，可广泛用于水处理与消毒技术领域。

Description

一种电极内过滤消毒方法及装置和应用
技术领域
本发明属于流体处理与消毒技术领域，具体涉及一种电极内过滤消毒方法及装置和应用。
背景技术
在日常生活与工业生产过程中，涉及到的消毒技术是保障用户安全，控制生物风险的关键手段。其中氯消毒是广泛应用的消毒技术，但消毒过程中投加的次氯酸会与水中的有机物发生氧化反应，生成致癌消毒副产物，影响后续使用安全。新型的紫外线消毒技术可在一定程度上解决氯消毒中有害副产物生成的问题。但因受限于微生物经紫外线消毒后复活这一难题，难以进一步推广应用。另一方面，空气消毒常用紫外线消毒，同样存在微生物复活、消毒效率不高等问题。
针对现有消毒技术缺陷，有研究发现向放置于流体中的电极通电，利用电极与微生物间的相互作用，可实现消毒处理。但由于有效消毒区域仅位于电极表面，微生物难以全部快速靠近，工程上需要减少电极间距和增加反应时间才可实现完全消毒。同时，为保障效率，需提升外接电压不仅导致流体电解，产生有害副产物，也给消毒处理带来操作上的安全隐患。
为解决电消毒过程中微生物难以快速接近电极表面这一难题，本发明提供了一种利用流体穿过通孔电极内部的内过滤消毒新原理与方法，利用该方法可使微生物有效靠近电极表面，实现较低电压下快速消毒。该方法解决了现有电消毒技术被动增加电极数量和(或)提升外接电压所带来的效率与安全难题。在保障安全消毒同时，大幅降低外接电压。研究电极内过滤消毒原理、方法及其装置应用对于解决已有消毒技术存在的难题，保障使用安全，减少处理时间、占地面积，提升能源利用效率具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种电极内过滤消毒原理、方式及其装置应用。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种电极内过滤消毒原理，所述电极内过滤消毒原理指将含有微生物的待处理流体穿透通孔电极表面，可极大提升微生物靠近电极表面概率。而一旦微生物接触电极，即可在较低外接电压(直流或交流)下，被电破坏或电灼烧致死。因此该原理可实现高效、节能、安全消毒。
一种电极内过滤消毒装置，其特征在于，所述装置包括通孔电极组、电极固定槽3、导线、绝缘隔板4和电源7；所述通孔电极组包括第一通孔电极1和第二通孔电极2，所述导线包括第一导线5和第二导线6；所述第一通孔电极1和第二通孔电极2固定于电极固定槽3中，所述两个通孔电极中间设置绝缘隔板4；所述第一通孔电极1通过第一导线5连接所述电源7的正极，所述第二通孔电极2通过第二导线6连接所述电源7的负极。
进一步，所述装置包括多组通孔电极组，所述通孔电极内孔径为10μm-10mm，水流可均匀穿透通过电极。
进一步，所述通孔电极为网状刚性(或柔性)电极、碳毡电极、多孔泡沫电极、绵(纱)线填充并修饰有导电物质的过滤电极。所述网状刚性(或柔性)电极为不锈钢网、钛网、铜网。
进一步，所述碳毡电极的碳毡为导电碳毡、活性碳毡、植物纤维碳毡。
进一步，所述绵(纱)线填充并修饰有导电物质的过滤电极中，所述导电材料为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯。
使用上述装置进行消毒的方法，将待处理流体穿过通孔电极，使流体中微生物有效接触电极内壁表面，接通电源，即可进行高效消毒，所述电源电压为1-20V。所述装置中电场方向与流体流动方向平行。
进一步，所述装置可在小型流体消毒处理和大型流体消毒处理中应用。
进一步，所述小型流体消毒处理为自来水、饮水机用桶装水、农村偏远地区居民用水、灾区居民生活用水、远洋船舶生活饮用水或空气微生物消毒处理；所述大型流体消毒处理为一般城市污水处理厂的二级出水、市政供水管网水、反渗透膜过滤进水、含高浓度微生物的工业、医疗废水处理。
进一步，所述装置用作水龙头的填料过滤器，进行自来水的消毒。
进一步，将所述装置放置于饮水机的出水口处，使桶装水通过通孔电极，进行桶装水的消毒。
进一步，将待处理饮用水放置于所述装置中，使水样受重力作用均匀通过通孔电极，进行农村偏远地区居民用水、灾区居民生活用水或远洋船舶生活饮用水消毒。
进一步，将待处理空气通过所述装置中，使空气通过通孔电极，实现口罩除菌、纱窗除菌、空调除菌等多种空气消毒处理。
进一步，将待处理污水通过所述通孔填料电极、流化床电极或卷式碳毡电极，可实现一般城市污水处理厂的二级出水、反渗透膜过滤进水、含高浓度微生物的工业、医疗废水消毒。
进一步，将所述装置放置于供水管网中，使管网水通过通孔电极，进行供水管网水的消毒。
采用本发明技术方案的电极内过滤消毒技术，具有以下突出优点：
1.所述消毒原理、方法提出了一种处理流体穿过通孔电极内部的新型消毒方式，实现高效、快速消毒。
2.消毒过程中的低电压操作，可保障无溶液的电解反应、无氯气生成，进而确保处理安全，实现安全、节能消毒。
3.消毒过程中无任何化学药品投加，可保障后续使用安全。
4.通孔电极可根据需要制备成不同形状、规模的消毒装置，实现高效内过滤消毒。
5.电极内过滤消毒原理为接触到电极表面微生物受电破坏与电灼烧死亡，因此，在随后的储存过程中微生物不会发生复活现象，进一步保障了使用安全。
6.可适用于各种水质条件，可对所有处理微生物进行广谱高效去除。
附图说明
图1为本发明电极内过滤消毒装置结构示意图。
图2为本发明过滤式电极内过滤消毒装置结构示意图。
图3为本发明多级板式电极内过滤消毒装置结构示意图。
图4为采用本发明电极内过滤消毒装置的生物消毒效果图。
图5为采用本发明电极内过滤消毒装置的水质消毒效果图。
其中，1-第一通孔电极，2-第二通孔电极，3-电极固定槽，4-绝缘隔板，5-第一导线，6-第二导线，7-电源。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
实施例1
采用图1所示装置，进行电极内过滤消毒。将直径为10mm厚度为5mm的圆柱体碳毡用H2SO4(50％)与H2O2(10％)以体积比1:1形式浸泡5h，并于250-350℃加热1-3h，制备成活化碳毡电极；将两个活化碳毡电极固定于电极固定槽中，中间放置绝缘隔板防止接触短路，两电极分别经导线接通电源正负极。
以大肠杆菌(ATCC 15597)，枯草芽孢杆菌(ATCC 6633)和粪肠球菌(ATCC 19433)做为模式菌，将处于对数期的模式菌富集培养12h，并用生理盐水(9g/L的氯化钠溶液)稀释至细菌浓度约为107个/mL的待处理菌液。在室温下，使待处理菌液垂直通过活性碳毡电极，两个活性碳毡电极通过导线分别连接电源正、负极。在外接电压为1-20V，水力停留时间为10-20s的操作条件下，出水中无活细菌检出，对细菌的去除效率高达99.99999％，检测结果如图4所示。
实施例2
采用图2所示装置，进行过滤式电极内过滤消毒。将直径为50-100μm棉线浸入含10mg/L的碳纳米管的溶液中，浸泡3-5h，将浸泡后的线团于105℃烘干，固定吸附在棉线上的碳纳米管。将该电极固定于漏斗形电极固定槽的漏斗中并压实。将该电极通过导线连接电源正极，在漏斗下端安装材质为不锈钢网的另一电极，通过导线连接电源负极，接通电源开关，使处理水通过碳纳米管修饰的棉线过滤式电极，即可实现高效过滤式电极内过滤消毒。
采集市政污水厂生物处理后的二级出水(二级出水1-2)做为待处理水，将待处理水倒入漏斗中，使其穿透碳纳米管修饰的棉线过滤式电极。在外接电压为1-20V，水力停留时间为10-20s时，出水中无活细菌检出，对细菌完全去除，效率高达99.999％，检测结果如图5所示。
实施例3
采用图3所示装置，进行多级板式电极内过滤消毒。将孔径为50-1000μm的不锈钢网多层堆叠，并在每两层间放置塑料绝缘网，防止短路。将该组电极固定于电极固定槽。将电极依次交替通过导线连接电源正极、负极，接通电源开关，使处理流体通过多级板式电极，即可实现高效过滤式电极内过滤消毒。
采集市政污水厂生物处理后的二级出水(二级出水3-4)做为待处理水，将待处理水通过装置，使其穿透多级板式电极。在外接电压为1-20V，水力停留时间为10-20s时，出水中无活细菌检出，对细菌完全去除，效率高达99.9999％，检测结果如图5所示。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种电极内过滤消毒装置，其特征在于，所述装置包括通孔电极组、电极固定槽(3)、导线、绝缘隔板(4)和电源(7)；所述通孔电极组包括第一通孔电极(1)和第二通孔电极(2)，所述导线包括第一导线(5)和第二导线(6)；所述第一通孔电极(1)和第二通孔电极(2)固定于电极固定槽(3)中，所述两个通孔电极中间设置绝缘隔板(4)；所述第一通孔电极(1)通过第一导线(5)连接所述电源(7)的正极，所述第二通孔电极(2)通过第二导线(6)连接所述电源(7)的负极。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括多组通孔电极组，所述通孔电极内径为10μm-10mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通孔电极为不锈钢网电极，钛网电极，铜网电极，碳毡电极或绵纱线填充并修饰有导电材料的过滤电极。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述碳毡电极的碳毡为导电碳毡、活性碳毡或植物纤维碳毡。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述绵纱线填充并修饰有导电材料的过滤电极中，所述导电材料为聚乙炔聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯。
6.使用权利要求1-5任一项所述装置进行消毒的方法，其特征在于，将待处理流体穿过通孔电极，使流体中微生物有效接触电极内壁表面，接通电源，即可进行高效消毒。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电源的电压为1-20V，所述装置中电场方向与流体流动方向平行。
8.根据权利要求1-5任一项所述装置的应用，其特征在于，将所述装置用作水龙头的填料过滤器，进行自来水的消毒。
9.根据权利要求1-5任一项所述装置的应用，其特征在于，所述装置用于消毒处理饮用水，市政供水管网水，反渗透膜过滤进水、以及城市污水处理和含高浓度微生物的工业、医疗废水处理。
10.根据权利要求1-5任一项所述装置的应用，其特征在于，所述装置用于消毒处理空气，使空气通过通孔电极，实现除菌。
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