CN1076320C - 用于提高水质的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高水质的方法和装置。该方法有若干步骤：在所处理的水中设置一个接地电极和一对外加电极；一个直流电压源，两个高频开关，一个高频开关指令电路，和一个高频振荡器。该装置包括一个槽、置于所述槽中的一个接地电极和一对外加电极，还包括两个高频开关，一个高频开关指令电路以及一个高频振荡器。采用该方法和装置处理井水和自来水之类的饮用水，可降低水的氧化还原电位值，改进水的味道。

Description

用于提高水质的方法和装置

本发明涉及采用电解法处理水，具体讲，涉及一种采用电解法处理水以提高水质的方法和装置，它给水施以电能，而不使用活性碳、过滤器、化学药品或类似物质。该方法和装置适用于象井水和自来水之类的饮用水的味道改进。

如今，由于冲水厕所和洗浴普及引起的住宅废水的增加，包括洗涤剂在内的各种化学制品的排放、工业用水的增加、各种废水的排放和各种化肥和农药的使用，已使水源污染严重，造成井水和自来水质量明显下降。因此，迫切需要供应安全而味道好的饮用水。

至今已知碱离子化水是一种水质得以的提高水。这种水能够用把水送入电解池的方法获得，该电解池用一隔板隔离成阳极室和阴极室，以便把直流电压加于阳极室与阴极室之间，从而产生某种电解。可以把NaCl或其他类似物质之类的电解质加入水中，以增加导电性。

已利用在阴极室生成的碱性水作饮用水(日本专利61—101296(A)和4—277076(A))；并利用在阳极室生成的酸性水作消毒之用(日本专利1—317592(A))。

在这样一种常规的水处理方法和装置中，一个电极用作正极，而另一个电极用作负极，因此通过水处理，电极逐渐被沉积其上的物质所覆盖，从而妨碍电极间电传递。为防止这种沉积，有一种周期性地改变施加于电极的直流电压极性的方法。

然而，在仅仅周期性地改变直流电压极性的情况下，不能满足随水用途而定的各种不同要求，也不能用单一的装置得到足够好的效果。此外，周期性改变极性需要额外的恒压电路、低电流电路、极性换向电路以及其他电路，从而增加成本。

常规方法采用某种电解过程，不适合大量处理水；且造成矿物质溶解度下降，因水的PH值变成9—10。由于有这些缺点，使碱性离子化饮用水对患有特应性病、药粉病和其他病之类的过敏性疾病的人产生不良的影响。

鉴于上述现有技术状况，本发明人为作出本发明而精神饱满地投入学习和研究，以便能够改进关于污染的各种因素，例如混浊度、气味、氧溶解量、化学需氧量(COD)、磷酸盐浓度和其他因素；能使水中悬浮和/或溶解的有机物发生凝聚和沉降；并且能提高矿物质溶解度；其方法是通过一种基本不改变PH值的电处理来降低水的氧化还原电位(ORP)。

本发明的目的在于提供一种提高水质的方法和装置，简单地、以合理成本、高效地提供饮用水和其他用途水。

用一种提高水质的方法能够实现这些目的，该方法由若干步骤组成：在要处理的水中设置一个接地电极和一对外加电极，设置一个直流电压源、通过一个可变电阻器分别连接于直流电压源的一个第一高频开关和一个第二高频开关、一个通过一个电阻器连接于高频开关的由触发电路组成的高频开关指令电路、和一个连接于该高频开关指令电路的高频振荡器；借此，高频开关指令电路根据来自高频振荡器的高频信号，向第一和第二高频开关交替地发出高频开关指令；因此，第一和第二高频开关高周期性地转换“通”和“断”，且所得高频电压交替地施加于该对外加电极，以降低水的氧化还原电位(ORP)值。

按安全观点来说，从高频振荡器给高频开关指令电路的信号电平，最好选为20—50KHZ和10—50V范围，且在此范围内选择特定的频率和电压，以适应所处理水的质量。按照所处理水的质量考虑来选择外加电极的材料。这类材料很多，可以列举锌、氧化锂、镁合金(与锌)、铜、铁、不锈钢、钛或类似材料，但就获取饮用水来说，以锌和镁的各种合金为最好，因为由这样一些材料制作的电极会逐渐溶解，使水富含其矿物质。

处理水所需的时间长短是不同的，其取决于水的电阻。一般说来，自来水具有较高的电阻，即它需要约2—3小时才能使其氧化还原电位(ORP)值从约500mv降至约100mv；而来自河、湖和沼泽的水则显示一种趋向，即以更短的时间降低其氧化还原电位(ORP)值。

当交流电压按照上述方式交替地施加于该对外加电极时，水中的几乎全部有机物质都被分解和气化，且其中一部分被凝聚和沉淀。最好使饮用水的氧化还原电位值为约100mv或更小，这会使水具有很大的溶解矿物质的能力。所得的提高了质量的水也适用于各种植物，例如浇入花瓶，用于园艺作物等。在饮用水情况下，最好把水置于有碎石的槽中，碎石富含矿物质，随着水的氧化还原电位值的降低，矿物质会逐渐溶于水中。

对于在水中施加高频交流电压所引起的分子水平(moleculelevel)的现象，例如水分子等的结构变化，还没有可靠的检验方法；但通过测量水的混浊度、气味、氧溶解量、化学需氧量COD和磷酸盐浓度，把它们当作水质净化和提高的指标，是能够证实水质改善效果的。根据本发明的方法，上述每个因素都获得明显改善，如较后的下文所述。

用于本装置的电源可以是一个电池或电池组，本装置也可以通过一个转接器连接于插座，因此根据本发明的方法可以在任何地方实施。

当成对地设置接地电极，使它们以短周期交替地接池时，粘附于其上的外来物质就能有效地避免，使其长期连续运行成为可能。

图1是一个根据本发明的装置的电路图；

图2示出一种要供给外加电极的高频交流电压波形；

图3示出一种在接地电极呈现的直流电流的波形；

图4是一个表示施加电压、氧化还原电位和电压施加时间周期的关系图；

图5是本装置第二个实施例用的另一电路图。

现在参照附图，更详细地进一步解释根据本发明的提高水质用的方法和装置。

在主要表示本装置的电路图的图1中，有一个接地电极3C和一对外加电极3A和3B置于装有所处理水2的槽1中。在本实施例中，分别选择不锈钢极板和锌极板作接地电极和外加电极，但按照所处理水的质量、所处理水的用途和其他因素，也可使用其他材料，例如氧化锂、镁合金、铜、铁、钛等。

在外加电极3A、3B和直流电源5之间通过可变电阻器7连接第一和第二高频开关6A和6B，以便从直流电源5把直流电转换成交替地加给外加电极3A和3B的高频交流电。第一和第二高频开关6A和6B分别有晶体管8A、9A和8B、9B。通过电容器10连接外加电极3A和3B。用可变电阻器7在10—50V范围内调节电压，以适应处理水质的要求。

一个由触发电路组成的高频开关指令电路11，通过电阻器12A和12B连接于第一和第二高频开关6A和6B，以便把高频开关指令传给开关6A和6B；且有一个高频振荡器13连接于电路11，以便把20—200KHz的高频信号传给该电路。

在所提及的装置的操作中，先用象自来水之类的被处理水装满槽1，并把定时器(图中未示出)定到预定的时间周期，然后把一个开关(图中未示出)调到“接通”。当来自高频振荡器13的高频信号传给高频开关指令电路11时，该电路就发出高频指令，以便交替地把同样的信号传给第一和第二高频开关6A和6B；而6A和6B用其高周期的“通—断”开关把来自直流电源5的直流电压转换成高频交流电压，并把所产生的高频交流电压交替地加于槽1中的一对外加电极3A和3B。传送给各个外加电极3A和3B的交流电压的波形，示于图2。由预置于可变电阻器的电阻值确定电压波形的高度。在外加电极3A或3B与接地电极3C之间，曾观察到如图3所示的直流电流波形。可以按照在外加电极3A和3B内设置的电容器10的电容值决定波形。在电客值为203μF时得出图3中这些矩形波，这是本实施例中降低水的氧化还原电位值的最有效的电容值。

对自来水氧化还原电位值的变化和所用时间周期之间的关系，作过检验。其结果示于图4。从图可知，随着所加电压的升高和所用时间周期的加长，氧化还原电位值就减小。

对取自日本千叶境内Tega—numa沼泽的几乎污染的水，用图1所示的装置在30V的电压下作过处理。其结果示于下面的表1中，从表1显而易见，水的氧化还原电位值是怎样随时间而改变的，和水质是怎样提高的。

                                         表1

时间	氧化还原电位值(mV)	气味	可见现象
				未处理的	330	相当坏
5分钟	220	可察觉	肉眼可见有机物质
				10分钟	-346	几乎不可察觉	可见有机物和无机物沉淀
15分钟	-600	无坏气味	沉淀增加
				处理后18小时	-300	无坏气味	象自来水一样清澈(沉淀高度：7mm)

在比较表1所示结果和图4所示曲线时，可明显地看出，减小氧化还原电位值所需的时间是随所处理水的不同而明显不同的。这种不同主要是由水电阻不同引起的。也就是说，表1所示的污染沼泽水含有各种外来物质，从而显示较低的电阻；而图4所示自来水中外来物质含量较低，从而显示较高的电阻。

总之，业已证实，可以把氧化还原电位值的减小作为关于水质改良或提高的一个标志。

用上述污染沼泽水对各项因素进行过测量，然后用图1所示装置对该水处理15分钟。在槽中把处理过的水搁置18小时，然后对同样的因素进行测量。其结果示于下面的表2中。

                                  表2

因素	前	后	注
				混浊度	25		用混浊度计PC—06测量，Kyoto DenshiKogyo
气味	腐烂海藻般的气味	无味
				电导率	340mho/cm	231mho/cm	Yokogawa，SC82
氧含量	9.1ppm	11.75ppm
				pH值	8.786	7.6
氧化还原电位	300mV	-300mV	Toukou KagakuKenkyusho，TRX—型
				化学需氧量	50ppm	10ppm	中央KagakuHC-407
磷酸盐	0.9ppm	0.05ppm	Kyoritsu KagakuKenkyushoF—型

从上表显而易见，根据本发明的水处理方法可使全部因素都得以改进。

图5示出另一个实施本发明方法的实施例。该实施例与图1所示第一个实施例基本相同，但设有两个接地电极，和一个使各电极以低周期交替地接地的低频开关电路。因此，图5使用同样的参考数字和标记，不再重复解释。

在该实施例中，有低频开关14A和14B连接一对相对设置的接地电极3C和3D，使各电极以低周期交替接地。低频开并14A和14B通过电阻器16A和16B而连接低频开关指令电路15。低频开关指令电路15是一个分频器，它把来自高频振荡器13的20—200KHz信号分成1/2¹⁴，使分频后的信号传给低频开关14A和14B。

连于低频开关14A和14B的电阻器17A和17B，将直流电源正侧连至低频开关的集电极，以便在开关断开期间使接地电极3C和3D保持正电位。

如上所解释，通过根据本发明的方法，能用简单的装置和合理的成本提高水质。除了饮用水、作物耕种用水和其他用途用之外，本发明还能用于提供工业用水。此外，根据本发明的装置可用电池或电池组工作，因此能够移动，容易在各地使用同样的装置。

Claims (6)

1.一种采用电解法，通过在要处理的水中提供至少一个电极和一个电源来提高水质的方法，其特征在于包括以下步骤：

在要处理的水中提供一个接地电极和一对外加电极；

通过一个可变电阻器将第一和第二高频开关分别连接于一直流电源；

通过一个电阻器将是触发电路的高频开关指令电路连接于这些高频开关；

将一高频振荡器连接于高频开关指令电路；以及

响应于来自高频振荡器的高频信号，从高频开关指令电路向第一和第二高频开关交替地发出高频开关指令，第一和第二高频开关周期性地通和断，将高频电压交替地加于该对外加电极，降低水的ORP值，即氧化-还原电位值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述电极是从锌、氧化锂、镁合金、铜、铁、不锈钢和钛组成的材料组中选出的材料制作的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述接地电极是彼此相对地成对设置、且以低周期交替地接地的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述直流电源提供10—50V的电压，且所述高频振荡器向所述高频高频开关指令电路发出20—50KHz的高频信号。

5.一种用来提高水质的装置，包括一个槽、置于所述槽中的电极、和一个直流电源，其特征在于，

所述电极是一个接地电极和一对外加电极；它还包括：

一个第一高频开关和一第二高频开关，每个高频开关通过一个可变电阻器与所述直流电源连接，将来自所述直流电源的直流电转变为交流电，用于交替地将该高频电压加给所述外加电极之一；

一个高频开关指令电路，它是一个触发电路，通过一个电阻器与所述高频开关连接，用于输出高频开关指令；以及

一个高频振荡器，用于向所述高频开关指令电路输出高频信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于相对的两个电极被设置成所述接地电极，各电极连接于第一和第二低频高频开关，这些高频开关通过一个低频高频开关指令电路连接至所述高频高频振荡器，从而所述接地电极以低周期交替接地。

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