CN107935130B - 一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法，所述系统包括阳极（1）、阳极室（2）、阴极（3）、阴极室（4）、隔膜（5）、外加电源一（6）、外加电源二（7）、自动控制器（8）、阴极室反冲阀（9）、阳极室冲洗阀（10）、阳极室排气阀（11）、水渗透膜（12）、气体渗透膜（13）、液位计（14）、参比电极（15）、阳极室密封盖（16）、水流开关（17）、安全阀（18）。本发明的系统和方法能高效、快速去除消毒副产物、重金属，同时金属材料利用率高，电解效率高。

Description

一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法

技术领域

本发明涉及水净化领域，特别涉及饮用水净化领域，具体涉及一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法。

背景技术

就居民日常的饮用水而言，一般是自来水厂对原水经过沉降、过滤、消毒等处理后经管网输送到用户，其中氯气消毒是抑制大肠菌群等有害微生物的主要手段。近年来，随着工业化和城市化的发展，大量有机污染物和重金属等无机污染物进入江河、湖泊以及地下水系统，许多城市、城镇饮用水源遭受严重污染。由于现有自来水处理工艺对原水中的有机污染物去除效率有限，而常规的氯气消毒方法会产生大量的对人体有害的消毒副产物，如卤乙酸(HAAs)、卤甲烷(THMs)、亚硝胺、致诱变化合物(MX)等产物大幅增加。残留的余氯不仅造成人体感官严重不适，还造成输水管道内大量铅、锌、镉等重金属离子的溶出。这些污染物都具有浓度低、环境持久、生物累积、慢性毒性效应和高生物毒性的特点。近年来，饮用水铅污染事件频频发生，家庭饮用水重金属污染已经成为家庭健康的重大隐患。

目前，电化学技术已广泛应用于废水、饮用水处理与净化领域，主要用于预氧化、杀菌、以及产生富氢负离子水等过程，通常利用钛或钌、铱等金属氧化物修饰的钛作为阳极材料和阴极材料。在电解饮用水产生富氢负离子水过程中，分别在阳极和阴极产生富含氧气的酸性水和富含氢气的碱性水。在目前所应用的采用电化学原理的电解水机中，尽管阳极起到氧化作用，阴极起到还原作用，然而目前的阴极和阳极所采用的材料相同，且两级还可以互换，因此电解质环境不佳，电解效率也低；此外，由于饮用水中含有大量的氯离子，电解水过程中会产生氯气污染，同时水中的重金属离子因阴极材料以及阴极电势的限制，还容易出现重金属离子在阴极富集从而造成二次污染。

目前，关于活性金属材料在电化学领域的应用中，活性金属材料作为牺牲阳极不仅作为新型金属空气燃料电池的电子供体，而且已广泛应用于防腐蚀领域，如电热水器金属内胆、工业大型储罐、地下金属管道的阴极保护。在家庭饮用水净水工艺中，活性金属材料主要用于去除饮用水中的余氯和部分重金属离子。现有技术公开了部分利用活性金属材料应用于饮用水净化的，如铜锌合金(KDF)通常用来脱除饮用水的余氯和重金属离子(CN201410757232.1一种饮用水终端处理装置，CN200610053984.5家庭分质供水系统)。但由于部分重金属离子还原电势更负，其净化效果受到限制，此外，铜锌合金使用过程中，大量的锌溶入水中，造成饮用水锌的二次污染。关于金属镁的应用，现有技术(CN200710151714.2，使水成为负电位、偏碱性小分子团水的过滤介质及其制备方法，CN201210219610.1一种多功效的净水填料和净水装置)公开了金属镁在净水过程中不仅可脱除余氯，也可通过氧化释放氢气，产生富氢碱性水，但由于氧化后的产物极易包裹金属镁表面，造成镁活性快速下降，同时其生成的氢氧化物沉淀还极易堵塞滤芯，严重影响饮用水的净化。

发明内容

本发明针对目前家庭饮用水消毒副产物、重金属污染严重，以及如背景技术描述的活性金属材料在饮用水的净化过程中利用效率低、寿命短，容易产生二次污染，以及电化学活性快速下降等难题，本发明提供一种能高效、快速去除消毒副产物、重金属，同时金属材料利用率高，电解效率高的一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于净化饮用水的电化学系统，其特征在于，所述系统包括阳极(1)、阳极室(2)、阴极(3)、阴极室(4)、隔膜(5)、外加电源一(6)、外加电源二(7)、自动控制器(8)、阴极室反冲阀(9)、阳极室冲洗阀(10)、阳极室排气阀(11)、水渗透膜(12)、气体渗透膜(13)、液位计(14)、参比电极(15)、阳极室密封盖(16)、水流开关(17)、安全阀(18)；

其中阳极位于阳极室中，阴极位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜，隔膜采用质子交换膜，在间壁上部设置水渗透膜和气体渗透膜，水渗透膜和气体渗透膜均分别固定在塑料卡槽内，卡槽通过螺栓固定在间壁上；外加电源一和外加电源二通过自动控制器分别与阳极和阴极相连；阴极室底部设置有进水口，上部设置净水出口以及反冲出口，进水口设置水流开关，出水口设置安全阀，反冲出口连接阴极室反冲阀，阳极室底部设置阳极冲洗阀，阳极室顶部或靠近顶部的上部设置阳极室排气阀；阳极室外部设置液位计，阴极室内部设置参比电极；阳极室上部设置密封盖；

阳极采用活泼金属，其选自镁、锌、铝、镁合金、锌合金或铝合金中的一种；

阴极采用金属材料或者碳素材料，金属材料选自不锈钢或铁；碳素材料选自碳毡、碳纸、活性炭或无定形碳钎维。

其中气体渗透膜主要将阳极室产生的氢气渗透到阴极室，水渗透膜为单向渗透(或单向阀)，在阳极室内压降低后，从阴极室向阳极室渗透净化水，以补充阳极液。

此外，除阳极室与阴极室如上述并联构建外，还可以直接把阳极室作为独立单元嵌入到阴极室内；当以这样的方式时，隔膜固定在阳极室的壳体上；阳极室排气阀设定在暴露在外环境的阴极室壳体表面，并通过气体管道与阳极室联通。

优选地，阳极室、阴极室、阳极室密封盖采用聚丙烯、聚乙烯、玻璃钢、聚四氟乙烯或有机玻璃材料构建。

优选地，阳极和阴极为片状、棒状或颗粒构建的三维电极。

优选地，阴极室内，三维阴极充填率达到80％以上。

优选地，当阳极采用金属镁时，隔膜采用阳离子交换膜。

优选地，隔膜面向阴极一侧采用不锈钢网、塑料网来保护。

外加电源一和外加电源二可以采用线性直流稳压电源或非线性直流稳压电源。

自动控制器可以采用附带PLC控制与参比电极偶联的电源控制芯片、电压反转芯片、集成电路、或电压反转控制器组成；此外，自动控制器可以采用控制按钮面板、多参数数据显示面板。

阴极室反冲阀、阳极室冲洗阀、阳极室排气阀可以采用手动或自动控制的球阀、截止阀或电磁阀。

优选地，阳极室排气阀采用聚四氟乙烯透气膜与上述阀门组合。

阴极室反冲阀、阳极室排气阀可以通过与自动控制器的联用控制启闭；阳极室排气阀通过自动控制器启闭时，通过与电子液位计的偶联进行控制；

优选地，水渗透膜采用激光打孔的橡胶膜片，并以凹面向阴极室的结构进行构建；水渗透膜采用利用橡胶球、橡胶弹簧垫作为压力控制的单向阀来构建。

优选地，气体渗透膜采用聚四氟乙烯的防水透气膜片。

液位计采用玻璃液位计、浮球液位计、电容液位计或压力液位计；进一步的，液位计可采用电子元件发送信号到自动控制器，与阳极室排气阀进行联动控制启闭。

进一步地，阳极室液位也可通过电化学系统透明壳体的设计、制造，直接通过透明壳体观察液位的变化。

参比电极采用银/氯化银参比电极或ORP电极。

水流开关采用活塞式、涡轮式或挡板式水流传感器。

进一步地，本发明还提供利用上述电化学系统净化饮用水的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一、利用所述电化学系统，在净化饮用水过程中，通过自动控制器(8)控制的外加电源一(6)，向阳极(1)和阴极(3)间施加0.5V-24.0V的正向电压，使阴极电势维持在-1.0V—-1.5V(VS Ag/AgCl)的负电势范围；当阴极电势达到-1.5V的下限时，通过自动控制器关闭外加电源一(6)，而当阴极电势上升到-1.0V的上限后，自动控制器启动外加电源一(6)；在该控制电势范围内，流经阴极室饮用水中的余氯被还原为氯离子、消毒副产物被还原脱氯、重金属离子被还原为单质并沉积在阴极表面；

步骤二、阴极产生的氢气、富含氢氧根的碱性水从净化水出口排出；

此外，自动控制器通过阴极电势的上下限控制外加电源的启闭；同时经长期运行后，当阴极还原沉积较多的重金属杂质时，通过自动控制器(8)控制外加电源二(7)向两极间施加0.5V-6.0V的反向电压，以氧化沉积在阴极表面的重金属，同时关闭净化水出口阀门，开启反冲洗阀门排出含重金属的废水。

进一步的，饮用水净化的电化学方法还提供另一种外加电源一(6)的控制方式，即利用水流开关(17)作为启闭控制信号；当饮用水进入净化器时，水流开关检测到水流，并发出脉冲信号通过自动控制器启动外加电源一(6)，当水流开关(17)未检测水流时，发出脉冲信号通过自动控制器即刻或延时关闭外加电源一(6)；延时关闭外加电源一(6)的时间为1-30分钟。

进一步的，外加电源二(7)开启施加反向电压的时间为10分钟-120分钟。

进一步的，在系统长期净水过程中，阳极室(2)产生的少量氢气通过气体渗透膜(13)排入到阴极室中，并随阴极室的净化水排出。

进一步的，长期净水过程中，阳极室的阳极液液位会缓慢下降，当液位下降到设定的下限时，开启阳极室排气阀(11)，阳极室(2)内的氢气排出到外环境中，随着阳极室(2)压力的降低，阴极室(4)内的净化水通过水渗透膜(12)排入到阳极室(2)内以补充阳极液，当阳极液液位达到设定上限时，阳极室排气阀(11)不再排出气体，同时关闭阀门。

进一步的，经过额定的使用期限后，阳极氧化不足以维持阴极的负电势范围时，需要更换阳极(1)和阳极液。先关闭系统电源，再关闭饮用水进水阀门，开启阳极室排气阀(11)，再开启阳极室冲洗阀(10)排出沉积在阳极室内的金属氢氧化物沉淀以及残留的阳极液，随后依次关闭阳极室冲洗阀(10)和阳极室排气阀(11)。

进一步的，更换阳极和阳极液时，先开启阳极室(2)的密封盖，卸下残留的阳极，更换新的阳极、并添加阳极液至设定液位。更换完毕后，重新启动系统。

进一步的，当电化学系统水压超过4.5kg时，安全阀会自动泄压。

进一步的，阳极液为含盐电解质，含盐量(以NaCl计)为1-10％。

该发明主要应用于家庭、学校、宾馆、办公场所的饮用水净化领域。

本发明的技术原理如下：

在一个活性金属材料作为牺牲阳极的电化学系统内：

阳极反应：

M→M²⁺+2e^-

M²⁺+2H₂O→M(OH)₂+2H⁺

阴极反应：

H⁺+e^-+H₂0→H₂↑+OH^-

Pb²⁺+2e^-→Pb↓

Zn²⁺+2e^-→Zn↓

Cd²⁺+2e^-→Cd↓

2ClO^-+2e^-+4H⁺→Cl^-+2H₂0

卤乙酸(HAAs)+e^-→乙酸+Cl^-

阳极反应的产物生成氢氧化物沉淀沉积在阳极室内，产生的质子通过质子交换膜迁移到阴极接受电子并生成氢气，饮用水中的余氯、重金属以及消毒副产物接受阴极的电子或氢气氧化产生的电子被还原，形成富含氢气和氢氧根的碱性负离子水。

有益效果

相比现有技术而言，本发明具有如下技术效果：

1、本发明的阳极和阴极通过隔膜完全分开，并且采用不同的材料，其优化了电解质的环境，电解效率大大提高；阳极室内充填的阳极液中氯离子可破坏阳极表面包裹的氧化物钝化层，促进阳极的氧化，有效解决了活性金属材料在传统饮用水净化过程中的极易失活的难题。

2、不同于目前电解水机中的金属离子二次污染，以及氧化后的产物包裹金属，导致金属活性快速下降，且氢氧化物造成堵塞，本申请的净化系统，一旦当阴极还原沉积较多的重金属杂质时，通过自动控制器(8)控制外加电源二(7)向两极间施加反向电压，以氧化沉积在阴极表面的重金属，同时关闭净化水出口阀门，开启反冲洗阀门排出含重金属的废水，消除沉积，提高系统净化效率。

3、选择特定的活性金属材料，其在含氯的电解质中的腐蚀电位在-1.0V—-1.7V之间，有效解决了饮用水中大量重金属、余氯、消毒副产物还原急需的电子供体难题；

4、本发明的电化学系统，可灵活控制饮用水净化过程中阴极的负电势范围、电流强度、污染物的还原负荷、以及水力停留时间。

5、电化学系统的三维阴极充填在阴极室内，保证饮用水中的污染物与电极间的充分的电化学还原反应。

6、电化学系统阴阳极室采用质子交换膜作为隔膜，彻底杜绝了阳极室内氧化的产物向阴极室迁移造成的二次污染。

7、电化学系统施加的反向电压可定期将阴极还原沉积的重金属重新溶出到水相中，并通过反冲洗出口排出。

8、通过该电化学系统净化的饮用水，还可产生富氢的碱性负离子水，有益人体健康。

附图说明

附图1：本发明的净化饮用水的电化学系统结构图

其中：(1)阳极；(2)阳极室；(3)阴极；(4)阴极室；(5)隔膜；(6)外加电源一；(7)外加电源二；(8)自动控制器；(9)阴极室反冲阀；(10)阳极室冲洗阀；(11)阳极室排气阀；(12)水渗透膜；(13)气体渗透膜；(14)液位计；(15)参比电极；(16)阳极室密封盖；(17)水流开关.；(18)安全阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不限于下列实施例。

实施例1：饮用水净化的电化学系统的构建

以5mm厚的聚丙烯(PP)板作为电化学系统的壳体(长240mm，宽140mm，高250mm)，其中阳极室2长80mm宽130高250mm有效容积2.6L，阴极室4长140mm宽130mm高250mm，有效容积4.5L。阳极室2与阴极室4之间的间壁设置隔膜，隔膜采用质子交换膜(Nafion 117，140mm，宽80mm)，隔膜下端距壳体底部20mm。隔板上部分别设置水渗透膜12和气体渗透膜13，其中水渗透膜12采用激光微孔的凹面橡胶固定于塑料卡槽内，气体渗透膜采用聚四氟乙烯(PTFE)的透气膜，并固定塑料卡槽内。阳极室2外部设置一个联通的玻璃液位计14，阳极1采用棒状的镁合金阳极，通过钛丝和钛螺栓固定于阳极室的密封盖16上，阳极室底部设置一个冲洗阀10上部设置一个排气阀11，排气阀11采用球阀，球阀后端设置气体渗透膜。阴极室4设置进水口、净水出口和反冲出口，反冲出口连接阴极室反冲阀9，进水管道上设置活塞式水流开关17，阴极采用304不锈钢的网状颗粒填料，容积填充率80％。填料间埋设304不锈钢网并通过钛丝、螺栓固定于阴极室顶部。阴极室内设置一个Ag/AgCl参比电极15，电极线同样固定于阴极室4顶部。阳极1、阴极2以及参比电极15分别通过连接自动控制器8，与外加电源一6和外加电源二7连接。(参见说明书附图1)

实施例2：电化学系统的运行以及对饮用水的净化

采用实施例1构建的电化学系统，配制2.5L的的电解液(2％NaCl)，注入到阳极室内，封闭阳极室。利用三通管连接电化学系统到饮用水管道，开启电化学系统的净水出口阀门，水流开关检测到水流并通过自动控制器启动外加电源一，在运行过程中，测试了静止流速和连续流条件下，不同外加电压下阴极电势的变化。

结果表明，在静止流速下，外加0.5V的电压，可保持电化学系统的阴极电势在-1.4V(VS Ag/AgCl)。在连续流下，施加2-12.0V的电压，阴极电势可保持在-1.0V--1.5V(VSAg/AgCl)之间。

未处理饮用水中余氯在0.05-0.50mg/L之间，经电化学系统净化后出水余氯在0.01mg/L以下。未处理饮用水Pb,Cd,Zn重金属浓度分别在2-20ug/L,0.2-1.0ug/L,1-10ug/L之间,经电化学系统处理后，Pb,Cd,Zn重金属分别小于0.5ug/L、0.04ug/L以及0.2ug/L。

饮用水经电化学系统处理前，pH为7.5-8.0、ORP在+200mv-+400mv，经本发明电化学系统净化后，pH大于9.0，ORP低于-500mv，净化水氢气含量达到3ppm以上。

实施例3：电化学系统的长期运行及其反冲洗操作

采用实施例1的电化学系统，接入饮用水管道长期运行，观察电化学系统在不同流速、不同外加电压下的阴极电势变化，以及长期运行下阳极液的消耗、阳极的损耗。结果表明，在不同流速下，通过调节不同的外加电压，阴极电势均能维持在-1.0V--1.5V(VS Ag/AgCl)的范围，特别是间歇运行下，自动控制器可通过阴极电势的控制区间完成外加电源的启闭。在运行过程中发现，镁阳极氧化不仅产生电子通过阴极还原重金属并产氢，在阳极室内，镁阳极的自身氧化以及析氢同样发生，氢气可通过隔板上的气体渗透膜进入阴极室。经历3个月连续运行，补充一次阳极液。经历6个月的运行后，更换镁棒和阳极液。在电化学系统运行过程中，每隔2个月进行阴极室的反冲洗。反冲洗操作流程为：关闭外加电源一，启动外加电源二，在两极间施加反向电压(镁棒转换为阴极，不锈钢网状颗粒转为阳极)，以氧化阴极室内沉积的重金属。结果表明，当反向电压为2.0-3.0V时，不锈钢网状颗粒的电势可维持0.0-0.5V(VS Ag/AgCl)之间，重金属氧化并溶入水相，随反冲洗出水口排出。

实施例4：除阳极采用铝外，其余同实施例1。

处理结果：经电化学系统净化后出水余氯低于0.015mg/L，Pb,Cd,Zn重金属检出分别小于0.6ug/L、0.03ug/L、和0.22ug/L；PH大于9，氢气含量大于2.9ppm。

实施例5：除阳极采用锌外，其余同实施例1。

处理结果：经电化学系统净化后出水余氯低于0.018mg/L，Pb,Cd,Zn重金属检出分别小于0.55ug/L、0.035ug/L、和0.20ug/L；PH大于8.8，氢气含量大于2.7ppm。

实施例5：除阳极采用镁外，其余同实施例1。

处理结果：经电化学系统净化后出水余氯低于0.006mg/L，Pb,Cd,Zn重金属检出分别小于0.45ug/L、0.03ug/L、和0.12ug/L；PH大于9.5，氢气含量大于3.2ppm。

由此可见，当阳极采用金属镁时，效果最佳。

对比实施例1：除阳极采用铁外，其余同实施例1。

处理结果：经电化学系统净化后出水余氯为0.045mg/L，Pb,Cd,Zn重金属检出分别为2.1ug/L、0.25ug/L、和1.2ug/L；PH为7.5，氢气含量为1.5ppm。

对比实施例2：除阳极和阴极均采用钌外，其余同实施例1。

处理结果：经电化学系统净化后出水余氯为0.5mg/L，Pb,Cd,Zn重金属检出分别为5ug/L、0.5ug/L、和3ug/L；PH为7，氢气含量为0.5ppm。

对比实施例3：除阳极和阴极均采用钛外，其余同实施例1。

处理结果：经电化学系统净化后出水余氯为0.5mg/L，Pb,Cd,Zn重金属检出分别为4ug/L、0.6ug/L、和4ug/L；PH为7.6，氢气含量为0.2ppm。

本发明的一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法已经通过具体的实例进行了描述，本领域技术人员可借鉴本发明内容，适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种电化学系统净化饮用水的方法，其特征在于，所述系统包括阳极(1)、阳极室(2)、阴极(3)、阴极室(4)、隔膜(5)、外加电源一(6)、外加电源二(7)、自动控制器(8)、阴极室反冲阀(9)、阳极室冲洗阀(10)、阳极室排气阀(11)、水渗透膜(12)、气体渗透膜(13)、液位计(14)、参比电极(15)、阳极室密封盖(16)、水流开关(17)、安全阀(18)；

其中阳极位于阳极室中，阴极位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜，隔膜采用质子交换膜，在间壁上部设置水渗透膜和气体渗透膜，水渗透膜和气体渗透膜均分别固定在塑料卡槽内，卡槽通过螺栓固定在间壁上；外加电源一和外加电源二通过自动控制器分别与阳极和阴极相连；阴极室底部设置有进水口，上部设置净水出口以及反冲出口，进水口设置水流开关，出水口设置安全阀，反冲出口连接阴极室反冲阀，阳极室底部设置阳极室冲洗阀，阳极室顶部或靠近顶部的上部设置阳极室排气阀；阳极室外部设置液位计，阴极室内部设置参比电极；阳极室上部设置密封盖；

阳极采用活泼金属，其选自镁、锌、铝、镁合金、锌合金或铝合金中的一种；

阴极采用金属材料或者碳素材料，金属材料选自不锈钢或铁；碳素材料选自碳毡、碳纸、活性炭或无定形碳钎维；

所述方法包括如下步骤：

步骤一、利用所述电化学系统，在净化饮用水过程中，通过自动控制器(8)控制的外加电源一(6)，向阳极(1)和阴极(3)间施加0.5V-24.0V的正向电压，使阴极电势维持在-1.0V—-1.5V的负电势范围，相比于Ag/AgCl参比电极；当阴极电势达到-1.5V的下限时，通过自动控制器关闭外加电源一(6)，而当阴极电势上升到-1.0V的上限后，自动控制器启动外加电源一(6)；在该控制电势范围内，流经阴极室饮用水中的余氯被还原为氯离子、消毒副产物被还原脱氯、重金属离子被还原为单质并沉积在阴极表面；

步骤二、阴极产生的氢气、富含氢氧根的碱性水从净化水出口排出；

自动控制器通过阴极电势的上下限控制外加电源的启闭；同时经长期运行后，当阴极还原沉积较多的重金属杂质时，通过自动控制器(8)控制外加电源二(7)向两极间施加0.5V-6.0V的反向电压，以氧化沉积在阴极表面的重金属，同时关闭净化水出口阀门，开启反冲洗阀门排出含重金属的废水；

就外加电源一(6)的控制而言，利用水流开关(17)作为启闭控制信号；当饮用水进入净化器时，水流开关检测到水流，并发出脉冲信号通过自动控制器启动外加电源一(6)，当水流开关(17)未检测水流时，发出脉冲信号通过自动控制器即刻或延时关闭外加电源一(6)；延时关闭外加电源一(6)的时间为1-30分钟；

长期净水过程中，阳极室的阳极液液位会缓慢下降，当液位下降到设定的下限时，开启阳极室排气阀(11)，阳极室(2)内的氢气排出到外环境中，随着阳极室(2)压力的降低，阴极室(4)内的净化水通过水渗透膜(12)排入到阳极室(2)内以补充阳极液，当阳极液液位达到设定上限时，阳极室排气阀(11)不再排出气体，同时关闭阀门。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极室作为独立单元嵌入到阴极室内，隔膜固定在阳极室的壳体上；阳极室排气阀设定在暴露在外环境的阴极室壳体表面，并通过气体管道与阳极室联通。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，阳极室、阴极室、阳极室密封盖采用聚丙烯、聚乙烯、玻璃钢、聚四氟乙烯或有机玻璃材料构建。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，阳极采用金属镁，隔膜采用阳离子交换膜。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，阴极室反冲阀、阳极室排气阀通过与自动控制器的联用控制启闭；阳极室排气阀通过自动控制器启闭时，通过与电子液位计的偶联进行控制。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，水渗透膜采用激光打孔的橡胶膜片，并以凹面向阴极室的结构进行构建。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，气体渗透膜采用聚四氟乙烯的防水透气膜片。