CN1126718C - 在连续动态水流下产生无菌并包含含碘物质的水的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在连续动态水流下产生无菌并包含含碘物质的水的方法，其包括：选择预选温度；将第一水流加热到所述预选温度；提供固态碘；将所述第一水流以第一流速通过所述固态碘以溶解所述固态碘进所述第一水流中，在所述预选温度下产生包含含碘物质的饱和水溶液；和将所述饱和溶液与第二水流混合以产生稀释的含碘物质无菌水溶液。本发明还涉及用于在连续的动态水流中产生无菌并包含含碘物质的饮用水的设备。根据本发明的方法和设备降低了分配网被再次污染的危险，可由于工业、商业冷却塔水，污水和废水处理。

Description

在连续动态水流下产生无菌并包含含碘物质的水的方法和设备

发明领域

本发明涉及以含碘物质进行水处理的方法，特别是对于用作饲养动物饮用水源、在农业、渔业、食品工业、水果和蔬菜、工业水处理系统和医药工业中的水进行消毒的方法。本发明还涉及利用碘化冰保存食品，特别是诸如鱼、肉、鱼和肉制品、以及易受细菌破坏的水果及蔬菜之类的食品。

发明背景

以往已大规模地采用碘进行水消毒。碘还因其对细菌、病毒和孢囊的抗菌(sensu stricto)效果而被普遍采用，因为这三种病原体在维持生物安全水源方面是最常见的健康上的危害。传统上是在静止条件下添加少量的大大增强碘的溶解度的KI，由此将结晶碘溶解在水中。

在饮用水意义上特别重要的是那些在人类中造成大范围发生和重复发生肠道感染的细菌，亦即细菌的大肠杆菌族，如E Co1i。在当含有粪便物质的废水泄漏进水源或当水源中发生过量的植物厌氧腐烂时，这些细菌通常会污染饮用水源。总的说，人们很少了解碘对细菌、病毒和孢囊的致病性的实际灭活机制。

到目前，一般由碘递体提供碘，或者使用KI有助于碘的溶解并由此以水溶液的形式通过碘。大部分处理采用低于或高于9的pH。

溶解碘在水溶液中水解，与溶液的pH成比例地形成次碘酸HOI，在pH8.5以上时碘几乎只能以HOI存在。溶解I₂和HOI两者均具有抗病原体特性。在pH5～7时，I₂形式的碘展现出抗菌作用，而在更高的pH时例如7～10，HOI为有效的抗病毒剂。Chang(1)报导，在高于pH8时HOI缓慢分解形成碘化物和碘酸根离子，特别是存在溶解碘化物时。不管是碘化物还是碘酸盐均未发现是杀菌性的。而且，I^-与I₂起反应形成高度着色的I^- ₃离子，它作为杀菌剂也是无效的。

在有机液体如乙醇、丙酮、乙醚、甲苯、对二甲苯、苯和二硫化碳中溶解固体，由此可生成各种碘酊。另外，由适当的有机物与碘反应可生成许多碘的有机制剂，如碘仿、二碘甲烷。最普通的市售碘-有机配合物中有PVP-碘、碘仿和povidone-碘制剂，它们被用作洗洁剂和防腐剂。这些化合物的大多数在于水中稀释后均展现出杀菌作用，在此碘被水合化并经常作为分子碘释放进水中。许多杀生性的有机碘化合物通常被称为碘递体。

传统上，载碘的树脂是通过将I₂、三-、五-和七-碘化物离子附着到季铵、苯乙烯-二乙烯苯、交联阴离子交换树脂上而制成的。在以水洗脱后，通过阴离子交换机制由树脂释放多碘化物和碘。这些树脂被认为是根据要求来运行的，其中碘将只有在经由树脂的水中存在杀菌负载量时才被释放，并通过如下的机制：(1)由涉及通过多碘化物中间体的I₂传递的内部交换机制藉助碘释放；(2)树脂上碘的水解产生HOI；(3)由树脂-多碘化物组合和/或有机树脂基体简单释放I₂。

对饲养动物、特别是在被约束条件下饲养的鸡和猪的饮用水的消毒是主要问题，这是因为整个分配系统因动物脸上存在的普通细菌例如E Coli、其他的粪便大肠杆菌和粪便链球菌而造成的水污染。猪和鸡均会将仓房地板上的粪便中存在的细菌散布到饮水槽中，这接着引起整个水分布设施网络的再次污染，并使得发生逐个仓房的扩散传染。而且，已发现水源细菌水平的季节性变化会对家畜造成感染。

为消毒饲养动物饮用水采用氯基或碘递体产品并不非常成功，而且具有重大缺点。

下表表明与为消毒水而采用氯或碘递体产品有关的许多问题中的一些。

氯：

-各个批次产品的组成极不稳定；

-如果剂量超过10-12ppm将导致死亡；

-较高温度下逸出的气体会产生有毒悬浮微粒；

-与自然发生的酸起反应形成有毒的副产品，例如三卤甲烷；

一对pH和温度中的变化非常敏感，而且仅在窄小的pH和温度范围内有效；

-取决于其浓度与化学特性的中度到高度腐蚀性，这会损坏分配设备并需要专门处理；

一在分配到家蓄之前需要作仔细的预混合；

-对分配系统的非常高的维护费；和

-在与大部分金属接触时会释放游离氯气。

碘递体：

-大多数市售产品中高浓度磷酸造成禽类消化道的烧伤，并由此导致重量损失和/或死亡，而且还损坏分配网络内的金属和橡胶密封；

-由于制备和运输成本而使其比含氯产品成本高得多；

-对曝光敏感而且还是光可降解的；

-只有在与水混合时才具有生物活性，如果要保持长时间存放，未稀释的碘递体可能因Pseadomonas spp.(假单胞菌属)细菌而引起感染，而且这种感染可被传到每个动物上并导致整个群体的传染；

-难以处理；

-原碘递体的稀释必须加以严格控制来保持合适的消毒水平，而且不致使家禽中毒；和

-有机溶剂会导致中等程度的碘排出。

虽然碘易于被加到能随后冻结的液体水中，但几乎没有发表任何有关碘化水-冰特性的系统性著作。不存在有任何可方便应用的数据，例如提供文件证明水的结冰点会随着以任一种化学形式增加溶解碘的浓度而降低。而且，没有发表任何有关碘化水-冰的杀生/抑生性质。

水和水-冰混合物已被用作致冷剂已经数千年，而且今天它们仍很普遍地用作工业致冷剂也，特别是需要肉类供应商和生产商将未受损坏的易腐烂食品输送到全世界的市场上。虽然将食品冷却到接近或低于结冰温度，即在或低于0℃，能很大程度地防止它们的损坏，但它无法始终保证食品有可能与之接触的任何潜在的空气传播的、冰传播的或水传播的病原体不对人类消费者带来伤害。也就是说，尽管冰可防止食品遭热破坏和化学分解，但它并不具有抗菌性质。冰正好能象它能在某种程度上保存和保护食品本身那样防止在冰自己的内部或食品表面上的细菌、病毒和孢囊。

冷冻或冷却的鱼的品质迅速恶化，多半是由于腐败性细菌的存在(Liston，1982)。因此，这些腐败性细菌的数量对这些鱼的储存期限具有深刻的作用。在着陆前，鱼被存放在拖捞船的船舱内有时达数天之久，任何一种有效的细菌抑制剂均将对到达加工厂时的鱼的品质具有重大影响。这在今天某些品种例如鳕鱼的库存量低但要求却很高时是头等重要的。

应当意识到，在采用冰作为食品的致冷剂和防腐剂时均存在有数个问题。主要问题是许多常见的病原体能在冷却到0℃和以下时很好地存活。冷却到这些温度仅能用于防止食品因热分解和腐败，和可能减慢、但不能消除病原体的活性。事实是某些病原体、特别是病毒在结冰温度时完全能流行发展。例如，受病原体感染并随后被存放在冰上的鱼经存贮后会显露出较之它被存贮前更严重地充满病原体。在这种情况下，不仅鱼受到感染，而且用于存放其欲保护的鱼的冰融化的水也被污染。这样“耗尽的”即被用过的冰或融化水就成为有生存力的生物危害，而且存贮容器本身也遭受污染并成为进一步感染食品的媒介。

除前面说的饲养动物饮用水中现有的消毒剂的上述缺点外，其他需要应用消毒剂的工业和领域也存在着类似的缺点。各种实业例如农业、渔业、制药业、医疗和牙科领域、船舶压舱物和冷却水塔、工业处理水和污水及废水的水处理，均有现存消毒剂如此前所述的氯和碘递体以及季铵化合物的不足之处。

因此，需要有一种通过分配网络来向饲养动物提供饮用水的水处理系统，用该系统可有效地控制细菌水平并减少细菌的再次污染。而且还需要用于此前所列举的作用的改进消毒剂。每当大量存贮和运送易损坏食品的其他系统不可行时，仍然存在着对包含冰的生物安全性致冷剂系统的需要。当食品内在地含有细菌例如鱼产品而且由这种细菌的滋生引起的腐烂必须避免时，上述需要是特别明显的。

发明简述

本发明的一个目的是提供以准确而安全的方式运送经消毒的饮用水的设备和方法。

另一个目的是使所述设备和方法能减少操作人员的处理以及不准确运送消毒剂产品的风险。

再一个目的是提供用于控制家畜饮用水中的细菌水平、特别是鸡和猪的饮用水中的E coli的有效方法。

本发明的又一目的是提供用于增强存储和/或运输的易受细菌侵害的易腐食品的安全性的方法。

本发明的另一目的是提供易受细菌损坏的易腐食品，其中所述食品被包含在与碘化冰混合物相接触。

还有一个目的是提供用于此前所述多个作用的消毒剂源。

因此，本发明在其最广泛的意义上是提供用于在连续的动态水流下产生用于饲氧动物的包含含碘物质的无菌饮用水的方法，其包括：

(a)溶解固体碘进第一水流中以在预先选择的温度下产生包含含碘物质的饱和水溶液；

(b)所将所述饱和溶液与第二水流混合以产生稀释的含碘物质的无菌水溶液；和

(c)将所述稀释溶液作为饮用水供给所述动物。

在此说明书中所用的术语“含碘物质”总的说是意味着pH范围5～8内存在的溶解的分子碘和次碘酸物质。这里ppm浓度是指以游离分子碘测定的这些物质的浓度。

此说明书和权利要求中的术语“碘化冰”是指含有碘化物的冰可选地与允许任何温度增加而不使冰全部熔化的可接受水量的混合物。

最好的是，此碘化冰是不含碘化钾的。这样，在本发明的实践中用的碘化冰最好是在没有碘化钾或其他增溶化合物存在时将USP级的片状晶体碘化溶解进水中而制成的。

优选的是，如以上所定义的方法包括：

(a)针对所述含碘物质的饱和水溶液选择所述预定温度；

(b)在所述预先选择的温度下使所述第一水流流过所述固体碘，以在第一水流速率下产生所述饱和溶液；和

(c)将所述第一水流速率下的所述饱和溶液混合到具有第二水流速率的所述第二水流中，以便产生具有预选含碘物质浓度的所述稀释的含碘物质无菌水溶液。

在一优选实施方案中，此第一水流流自并随后在通经碘化系统后返回到第二(主)水流，由此组成环形网络。

在一可替换的实施方案中，第一水流构成不是由主水流导出的供水线，其中对碘发生器的进给水由一不同的水源供给，而使得第一流速由一独立阈控制。在通过碘发生器组件后，它如此前所定义的与主水流混合。

这样，在其最广泛的意义上本发明提供一种用于向家畜提供具有恒定的、安全的、有效的细菌水平的、包含含碘物质的无菌饮用水的动态水流处理方法。

最优选的是，本发明的处理方法提供一种以所希望的流速将所选的饱和含碘物质溶液量加到主水流来维持饮用水中恒定的含碘物质水平的装置，其中，碘发生器中的饱和溶液水平由所选的饱和溶液的温度设定。这最好通过按来自中央控制系统的指令测量碘化溶液的温度和所希望的由加热装置预先选择的阀之后的温度来实现。

因此，如以上所定义的方法还包括一动态方法，进一步包括：

(a)以温度测量传感装置测量所述第一水流的温度，以测定所述第一水流的温度；和

(b)按所述温度测量结果以所述加热装置提高所述第一水流的温度来将所述第一水流加热到所述预定的温度。

这样，此方法即能提供具有1～15ppm、优选2～5ppm中任一所希望浓度的含碘物质的饮用水的连续动态流。以发生器组件中串行连接的二个碘箱(取决于所选的水温提供高达每分钟1升)能容易地得到高达每分钟50升的流量。

在更广的意义上，本发明提供用于在动态水流中产生用于饲养动物的无菌的含含碘物质的饮用水的设备，其包括：

(a)用于提供第一水流的装置；

(b)用于实现将固态碘溶解进所述第一水流以在预选温度下产生包含含碘物质的饱和水溶液的混合装置；

(c)用于提供第二水流的装置；和

(d)用于将所述饱和水溶液与所述第二水流混合来产生稀释的含含碘物质的无菌水溶液的装置；和

(e)用于将所述稀释溶液作为饮用水提供给所述动物的装置。

优选的是，此设备包括如以上所定义的装置，还包括：

(f)用于测量所述第一水流的温度的温度传感装置；

(g)用于加热所述第一水流的加热装置；和

(h)用于接收所述温度测量值并按所述温度测量值指示所述加热装置来将所述第一水流加热到所述预选的温度的控制装置。

更优选的是，此混合装置包括具有一含有晶体碘的外罩的碘发生器。另外更可取的是，碘发生器组件具有串行连接的多个(最好为二个)单个的发生器。每一单个的箱最好具有用于加热通经它的水的装置，其中最后的箱具有连接到中央控制器的温度传感器。

表1表明单质碘对E coli和其他通常与家畜有关的致肠病生物的效果。1～10ppm可有效地杀灭E coli。加拿大政府已批准采用高达14ppm的“碘”来为家畜饮用水消毒。鸡中碘的LD₅₀约为625ppm。已经证明，鸡可安全地消耗浓度约2ppm的残留碘。本发明系统能在非常有用的1至15ppm范围中供给预先选定的可变碘量，这使本发明的方法能按照季节和其他的农场水分配网中不能预见的细菌水平中的变化加以调整。

                                               表1

作者	病原体	T(℃)	接触时间	I2	％杀灭
						Black等，1968	E.coliFecal streptococci	18	1分钟	0.5ppm	99.99
Chang等，1953	E.coli	25	5分钟	7ppm	99.99
						Ellis等，1989	E.coli	20	30分钟	平均4ppm	99.99
Ellis等，1993	E.coliFecal streptococci	5-35	30分钟	1-10ppm	99.99
						Hsu等，1996	E.coli	37	＜1分钟	8ppm	99.99

本发明通过向水分配系统提供计量量的含碘物质来克服家畜饮用水中固有的细菌问题，以使得(a)碘的水平高到足以杀灭细菌但不致于高到能杀害家畜；和(b)以安全、受控和一致的方式计量杀生有效浓度的碘。

本发明还提供为用于以下职能并由此前所定义方法产生的经改进的通用消毒剂。

以上所定义的处理方法和设备可被用来连续地产生最好高达300ppm碘的含含碘物质水溶液，供随后稀释到较低浓度，通常低于20ppm，而最好为2～100ppm。

此稀释的溶液可用于如下的目的，或者作为液体或者作为冷冻或者部分冷冻的包含含碘物质的冰/水，可任选地包括盐水成份。

这样的稀释组合物可被用作为通用的消毒剂，作为计量量的碘例如用于如下职能；

-食品加工、医疗环境、牙科手术室中的表面消毒剂；

-食品加工、医疗环境、牙科手术室中的设备消毒剂；

-食品加工、医疗环境、牙科手术室中清洗手；

-加工工业中的足浴；

-传送机带；

-工业/商业冷却塔水在排放或回用前对冷却水作适当的消毒；

-为增加新鲜食品的储存期限在食品加工工业中用于肉类、家禽和鱼的躯体清洗设备，而不使碘吸收进肌肉中；

-水果和蔬菜清洗设备，世界上大部分国家均需要在运输到本国或出口市场之前对水果和蔬菜进行消毒；

-为运输鲜活海水动物和鱼的车辆和其他设备以及水产养植中的闭路水循环系统。为微量营养素和消毒双方向的需要以可控的特定计量提供本发明的含含碘物质溶液；

一水化学调节器和后过滤器，供给微生物上安全的无碘饮用水，运送经过消毒的安全饮用水，并同时提供碘作为防止当前全球性地影响数百万人类的碘缺乏性疾病。这可任选地大规模地与氯相结合应用来产生饮用消毒饮用水的双卤素效应；

-通过给水系统提供特定计量量的碘，用作土壤消毒剂、除莠剂，肥沃缺碘土壤，并增强蔬菜的碘吸收以及土壤中的微生物控制；

-向喷雾系统中计量加入具体量的碘，用来在温暖气候中对家畜以及在运输和展示期间对水果和蔬菜喷雾；

-在药物生产提供计量量的纯单质碘；

-作为对大多数商业饲料的主要碘添加剂，以减轻如当前采用的对碘化物的载体分子的有关成本；

-在罐头水果和蔬菜的冷却槽以及藉助水槽的鱼的运动中，在整个加工工厂或新鲜水果或蔬菜清洗槽的最后漂洗中用作工业处理水中的含碘消毒剂；

-碘作为仅有的能控制微生物而不致损伤海水生物的消毒剂，这样，含含碘物质的水可在卸货前消毒压舱水以避免由于载有受污染水的船由一码头随后在另一码头卸货而引起的如引入Zera贝类这样的问题；

-作为在饮食中需要碘来持续其生长和良好的全面健康的人类、动物家畜、鱼类和植物的微量营养素。现今为供碘给人类的工具是加碘盐，而对于家畜动物和鱼类则为它们在世界上缺碘地区采用对植物喷射或灌溉以保持碘并使它通经食物链来在它们的饲料中以碘化物形式增加碘。在鱼类情况中，可将其置入饲料中或者加入水源。此系统可为人类消耗提供所需的计量量，在准备期间加到家畜饲料和用于海水生物的水中；

一作为蛋清洗剂，其中商业蛋类的运送常常需要对蛋消毒，而在鱼类情况下则在孵化期间消毒以降低死亡率；

-作为包装和工业用冰的消毒的碘源，其中当前还没有消毒等级的冰产品提供。氯通过冰的晶格泄漏，而碘递体则因碘递体基质中的化学副产物应用受到限制。本发明的系统可向供给所有型式制冰机的水源中提供具体计量量的特定碘量。在各种应用冰的场合需要不同剂量和不同类型的冰。在与碘化冰或所形成的融化水接触中鱼片不会吸受大量碘；和

-在污水和废水处理中。

上述大部分的应用被用来替代有缺点的氯或碘递体消毒剂的使用，或者在当前不采用任何消毒剂的场所。

因此，本发明的另一方面就是提供如上述定义的用于前面各应用情况中的按照本发明制备的包含含碘物质的水。

在一优选的方面中，本发明提供无细菌腐败并降低存贮和/或运送食品期间受细菌污染的危险的储存方法，其包括以抗病原有效量的碘化冰来处理所述食品和所述食品的所在地。

众所周知，大部分杀菌剂，包括碘，均在相对于较低温度更高的温度下工作，如室温。冰冷却温度将先验地预期会降低碘的杀菌和杀病毒作用，并减小预期的抗病原效果，因而在这样的低温下将不会期望到在杀菌和杀病毒率方面的有效结果。而且有可能的是，某些病原体在较冷的温度下实际上会繁植，而且甚至会在象达到或接近结冰的情况下更多地抗拒碘。病毒对冷的温度相对地不太明感。许多细菌已知道是耐高寒的，而且甚至可能进入能耐寒冷环境的冬眠阶段，而在一些情况中，例如假单胞菌属SPP.，甚至能有效地产生生化学/生物活性物质例如凝胶包衣或“抗结冰”化合物，这将使它们能防寒，或许还能抗碘。因此，在应用碘化冰时，根据纯动态因子优于采用“纯水”冰所得到的例如保存鱼肉的有效率将不会先验地预期到，特别是在当冻结的冰一含碘物质构成非均匀二相系统时。

采用标准的制冰机可以受控速率使碘化水冻结。

已发现由pH9.5的水溶液和2～20ppm的碘化物浓度制成的碘化冰混合物相当有效。

已看到，碘化冰的物理表观随碘浓度范围10ppm至约240ppm内碘的浓度而改变，如所期望的，应用逐渐结冰的过程，优先地使碘保持为液相尽可能地长，碘的浓度明显地在任一给定的最终的冰立方体中向着立方体的中央增加，亦即经由分级结晶的机制。另外，在结冰以下，在所有浓度时均发展二相系统，除非＜5ppm。

按照本发明采用碘化水一冰的总体目的是通过消除要被冻结的水中存在的病原体和/或杀灭已存在于食品上的病原体双方来增强对食品的保存。并不是企图本发明的处理能通过发明处理食品的整个主体来消毒食品，因为这将要求由预先收获的食品源吸受碘。主要目的是防止随后的污染和最低限度地减少病原破坏。已经存在于食品内的病原体在此称为是“内部的”，而在加工期间或之后污染食品的病原体则称为是“外部的”。在三种主要类型的病原体，亦即细菌、病毒和孢囊中，本发明特别有利于控制细菌，尤其是在食品加工过程中可能逐批(例如鱼到鱼地)传播的、或者由于加工后粗心的处理而传播的表面细菌。例如，通常生存于鱼的内脏中和在“正常”加工条件下决不会到达人类的细菌在内脏去除期间有可能散播到鱼片的曝露表面上。

附图简述

为了能更好地理解本发明，现在参照附图举例说明优选实施方案。所列附图为：

图1表示按照本发明的方法和设备的示意流程图；

图2、3和4表示按照本发明的可替代的方法和设备的示意流程图；其中同样的代号指类似部件，而点线指电气连接。

优选实施方案的详细描述

参看图1，这里所实现的设备分配网和方法总体表示为2，包括供水管8，其经由关断阀10进给入口水到预处理器12。输入的水惯常的未经处理的自流水，后面称之为“主流”，它通常以周围温度如4～18℃进入系统。但网络2被设计成也接收在0℃～40℃间的其他温度的水。预处理器12最好具有可选的特征，并随水源的质量和化学成分而定，可能包括前过滤器、水软化剂或pH调节介质。输入的主流水在离开预处理器12之后最好在6～8pH的范围内。

主流水流出预处理器12，其大部分经过管道14流经网络2，该管道后面称之为“主线路”。这种水的小部分被馈送到总体表示为15的碘发生器组件，以生成饱和碘溶液，该溶液通过分支管道16、出水管14进入可任选的粉粒过滤器18。过滤器18去除通过管道16前进的水流中的碎屑，以便防止系统下流部分的堵塞和结污，特别是存在于网络下流部分中的结晶碘的结污。管道16的内经由于通过其所需水流速率相对地较地故约为主线路14的1/4到1/8。后面说明管道16和网络的下流。

此网络被设计成接收压力在40psi与100psi之间的进水，以便在最小的运行条件下超过每分钟2升的水。通经主线路14，而且经过线路14中的节流盘20的绝对压降将为2psi左右。节流盘20为一圆形的1.5mm厚的PVC塑料片，它经过加工来适匹进经修正的塑料接头。盘20本身在其中心有约6mm的开口，以使得在水通过它时在盘两侧产生约2psi的压降。节流盘20后面为一预置的水流开关22，它在主线路14中的水流超过每分钟2升时自行启动。通过主线路14的优选最大能达到的流速为约50升每分钟，而最小流速稍大于每分钟2升。水流开关22在经受到大于每分钟2升的流速时产生被传送到下述的碘发生器组件的后端的双作用电磁阀24的内部电脉冲。当电磁线圈24接收到流速超过每分钟2升的脉冲时，它打开使得如后述那样产生的饱和碘溶液能流进主线路水流管14。下面说明用于计量进入主线路14的饱和碘溶液的控制系统。如果流速不超过每分钟2升，水流开关22不产生为打开电磁阀24所需的电脉冲，电磁阀24将保持关闭。在这一状态下，流速小于每分钟2升，没有碘溶液流进主线路14。水流开关22可被设置成接受任一所希望的流速，而不必限制到每分钟2升。在系统的这一特定位置处设置电磁阀24的目的是防止在发生上述的水流条件标准不满足时任何碘漏进主流中，亦即在发生主线路中的水流不超过每分钟2升的情况时。电磁阀24还使得，如果电磁阀自身的电源断开，或者如果水流开关误动作，它将完全关闭，并因而阻止任何碘到达主流。这里采用电磁阀是为保证允许或禁止碘由碘发生回路流进主流的绝对控制的最好方法，并因而提供为在发生电源故障或其他有关的系统故障时防止意外地超过碘计量所需要的有效安全特点。无论是否存在于这一特定配置中，或者作为一非电气装置，总希望在本发明的实施方案内将一检测阀即电磁阀置于这一地点。但未经处理的水源仍然可流到管道14终端的家畜。水流开关22仅控制电磁阀24，而不影响通过管道14的水流通。

通过过滤器8之后，管道16中的水流通过一可调针形阀26，它可手动调节来在一给定时间期间中传送被选择的可变水量到碘发生器组件15。通常，调节阀26以使约100ml到300ml/每分钟被传送进组件15，生成等量的要在随后通过电磁阀24被传送进主流14的饱和碘溶液。这样，针形阀26控制碘发生器组件14内所产生的饱和碘溶液的总量，并按照各用户的特定需要加以调节，但在这里所述实施例中能传送高达约10ppm至12ppm。

更详细说，在通径针形阀26后，水继续流过管道16进入碳过滤器滤芯28来去除不需要的卤素、三卤甲基和有机残留物。碳过滤芯28具有PVC外罩29和用来最初加温到达碘池36、37前的输入水的加热元件30a。加热元件30a卷线包住碳过滤芯28，以使此元件的温度决不会高到足以损坏任一它所接触到的塑料部件的温度。加热元件30a的温度由中央温度控制器32借助电连接31加以调节。

管道16在首先通经一仅允许水在下流方向通过管道16流动的PVC隔膜单路校正阀34后在碳过滤芯28与第一碘发生器36间继续。管道16继续到一第二碘发生器37。这样，碘发生器36和38串行连接并各自分别包括容纳晶体碘的PVC罐入水口和出液孔(未图示)以及外罩41a和41b。碘发生器36和38各自的外罩中存在有加热元件30b和30c，用于在水通过碘发生器组件15期间进一步对之加温。加热元件30b和30c也由中央温度控制器32调节。在经过发生器36之后，所得的碘水溶液被称之为“碘浓缩物”，在首先流过一观察窗40后通过管道16前进到第二碘发生器38，此观察窗40包括一透明的耐压管和水密封配件，通过它可观察此浓缩物以便能确定第一碘发生器36所需的再装填。当观察窗40展现透明无色的水时，将新的再装填碘置于第一碘发生器36的外罩内。

第二碘发生器38中存在有为进一步提高碘浓缩物的温度到一预选水平的加热元件30c。碘浓缩物的温度直接由嵌入在外罩41b中的热电偶测量，而其读数被送到中央温度控制器32。利用反馈环路，中央温度控制器32使得或多或少的电流到达每一加热元件30a、b、c，以使饱和碘浓缩物的温度以一预先选定的所希望值离开发生器38，得到出口“饱和碘溶液”的恒定最后浓度。中央温度控制器32能被编程来接收将对于每一应用确定的很广范围的温度设定点。

外罩由抗碘PVC制成，用作碘再装填或保存器。水最好由下向上地流经碘料以保证碘的最大溶解率。

只要通过管道14的上述流速标准得到满足，饱和碘溶液即流过管道16和电磁阀24。它在碘注入口40混合回到主线路管道14中。这样，“碘化的主流”现在流过管道14，经过关断阀46而进入一给定的家禽或猪栏内的总体表示为50的水分配网，在此由家禽在农场所用的任何形式的饮水器消耗。通经网络的任何剩余水可被排出到下水道。

下面的实施例说明按照本发明采用上述设备的典型过程。

自流水通过入口管道8供给经过关断阀10，在pH为6～8、温度4～6℃和60psi压力下以不小于每分钟2升但不大于约每分钟50升、最好平均约每分钟10升的流速通过预处理器12。主流水通经管道14，在此主流的某些通过管道16以约200ml/分钟的流速分流到碘发生器组件15。主流的剩余部分流经节流盘20，以在节流盘20中产生约2psi的绝对压降。节流器20控制最后到达碘发生器组件15的被分流的主流的流速。现在主流通过水流开关22前进，以在预设的超过每分钟2升的流速下，水流开关22生成被馈送到双动作电磁阀24的电脉冲。这种电脉冲连续地促使电磁阀打开并这样保持住，只要流速维持在约每分钟2升。主流的其余部分继续不间断地通过管道14直至碘溶液在含碘物质溶液入射口44混合回到主流中。

由管道14得到的分流部分由于节流盘20所引起的压降而流进管道16并通经过滤器18，以便在流过可调节的针形阀26之前去除任何大颗粒物质。在手动进行适当的水流调整后，为保证恰当的饱和碘溶液量由碘发生器组件15流进主线路14，管道16中的水流经碳过滤器28，在此任何残余有机物均被清除，而且水在中央温度控制器32的控制下由加热元件30a被加热到约12℃。控制器32被预置到一给定温度，以在碘溶液由最后的碘发生器38出现前它已达到被编程进中央温度控制器32的预置设定点的相同温度，例如28℃。

经过滤的水由防止任何碘浓缩物或下流生成的溶液回流的单路PVC隔膜校正阀34中通过，并进入第一碘发生器36，在此它在通过发生器36内所持有的有效结晶碘之前被第二加热元件30b加热到约20℃的温度。发生器36中的元素碘具有约1.0kg的质量，而且为USP级的固态(碘)。含碘物质浓缩物在这一阶段是有约200～240ppm的浓度。

在离开第一碘发生器36之后，碘浓缩物通经观察窗38进入第二碘发生器38，这里它在通过保持在碘发生器38中的另外1.0kg的晶体碘得到具有约280～320ppm浓度的碘溶液之前被加热到预设的温度约28℃。热电偶42检测碘浓缩物的温度所得信号被送至控制器32，随后确定碘浓缩物的温度是否在预置的设定点，而如果此温度太低就使加热元件30a、b、c放出更多的热，否则即断续地循环以维持原状，任何时候控制器32都不会使浓缩物超过预置的设定总值。

在退出第二碘发生器38之后，碘溶液浓缩物通过管道16在碘入射口44以如可调节针型阀26所确定的适当的速率混合回到主流以便为在此混合主流中产生游离碘的约2ppm至3ppm的预先选定的最后浓度而生成足够的含水含碘物质。混合主流前进经断开阀46通过管道14并可流进农场水分配网50的各种饮水槽供家畜特别是鸡和猪消耗，从而使游离碘残余物存在于饮水系统的水分配网的末端。这保证了沿整个分配网的消毒和家畜能吸收所希望水平的碘。

这样，在上述实施方案中流速大于2升/每分钟时，农场网络的饮用水中总将存在有足够的含碘物质来防止细菌再现污染。依靠控制碘发生器组件15中水的温度可以如所希望地选择并预置动物饮用水中较高的含碘物质浓度水平。

结晶碘在水中的溶解度与水的温度成正比。为达到所希望的含碘物质浓度的预先选定的水平，有时需要离开碘发生器组件的水的准确的温度控制和流速。

已发现，热电偶温度传感器最好被布置在最后的碘发生器中。还发现，所希望的温度容差非常微小，即如果将此传感器置于水流中任何其他位置，碘的浓度会低于理想值，这是因为由于周围温度对发生器的作用而使发生器内的水温度升高数度，而且发生器内的水以相当低的流速(如100～300ml/mm)流动。

仓房环境内的温度根据季节以及家畜自身所产生的热会有相当大的波动，以致仓内的环境温度在夏天可达27至30℃，而在冬天小于10℃。

而且我们发现采用市场供应的电磁阀控制在读取碘发生器组件中水温的热电偶的影响下入射进主线路的碘浓缩物的量对满意地控制加到主流的饱和碘溶液量不够灵敏。电磁阀本身不能恰当地对进入主流的碘浓缩物流进行准确和一致的调节。

本发明的一个优选实施方案采用手动控制针形阀来调节加到主流的碘浓缩物量，此针形阀具有关于离开发生器组件的碘浓缩物的所希望的预置且恒定温度的预置设定值。

这样，本发明一优选的方面是提供通过维持碘浓缩物的温度为恒定在一预选的值来有效地排除温度作为一难以控制的变量的方法。这最好通过采用直接插入发生器或组件中的加热元件来实现。以这种方式，由发生器组件出射的水为不变温度例如说约28℃。因此，碘的浓度被维持恒定并在饱和水平，而不管输入的主水流的温度或仓房/安装环境本身内的温度波动如何。这样，利用插入在发生器组件中的热电偶来监视碘浓缩物的温度和控制采用嵌入在中央温度控制器中的反馈回路的加热器即提供所希望的控制。中央温度控制器为Watlow Ltd.提供的市场出售装置，包括一塑料主体，该主体包容数个计算机部件和PID控制环路，而所述计算机部件被编程来接收一系列设定点值。此控制器设备有自动防止故障特点，包括封锁任何不希望的调节的能力，以使不可能作出疏忽的改变。

本发明的优选实施方案涉及一部分主水流通过液压耦合二线路流入起源于主线路的小的辅助线路，亦即依靠促使在辅助线路离开主线路的位置与此辅助线路再次连接主线路的位置之间的某点存在有由主线路本身的压降，而使得一些水以受控方式流进辅助线路，以使流速与跨过此耦合引起的压降成比例，而且与其在主线路内出来而造成此压降的任何扼流孔的尺寸成比例。此压降及结果得到的流速分别取决于主和辅助线路的相关直径。

采用具有内部密封环的“分路”球阀能控制主线路内所生成的用于控制能流经碘发生器的水量的反压量。在每分钟2至40升之间的所希望流速时，一般需要约2psi的压降来实现碘发生器到主线路的液压耦合，亦即在主线路上的压降低于2psi时不会生成明显的碘。被用来实现压降的“分路阀”中的阀孔经受由于周围大气和主线路中的水两者的温度变化引起的膨胀和收缩。孔中的这些物理变化可能造成跨过分路阀的压降中很小但重要的变化，并因此改变由碘发生器所产生的碘量。

优选的是，由塑料材料构成的保持具有由逐次试探法确定的特定孔光以产生所希望压降的加工分流盘的连接器明显地降低系统上的可变压降。

为防止不希望的碘浓缩液排放进入主线路，最好将一PVC隔膜校正阀插在主流与碘发生器组件之间。但最可取的是，由被结合进主线路流的水流开关激活的电气双作用电磁阀能有效地在无水流的条件下阻止碘移动进主线路，因为它在来自或者不管反压如何(尽管是最小流通校准)均完全打开或者被完全关闭的水流开关的信号的影响下动作。因此，因扩散而引起的泄漏将不会引起问题，如单独采用PVC隔膜校正阀那样。

已发现，为保证补给正确的碘量进主流，最好在发生器组件中采用多个碘芯盒，最可取的是二个罐。

由于压降和流速的限制，碘芯盒的长度和其中所含的碘量对在所选择的温度水平简便地生成饱和碘溶液一般很重要。为避免碘晶体结污，在晶体前安装质粒/化学去除过滤器，以使过滤器的限流特性对跨过碘发生器的压降具有最小的影响。最好采用二个碘发生器来取代一个，因为在仅采用一个发生器时，存在有不会在溶液中生成足够浓度碘的危险。第一发生器用来提供大量的碘浓缩物，而第二碘发生器则提供为达到溶液饱和所需的碘的任何细小增量，以及用作在第一发生器中的碘被消耗时对第一发生器的后备。优选的是，输入的水由芯盒的后部通过流到顶部，这与以相反状态运行的市售芯盒相反。这种改进增强晶体碘的溶解，并使得能一致地生产碘饱和浓缩物，而无需担心批量化学品的一致性，如采用碘递体或次氯酸盐溶液的情况中那样。

现在参看图2，其表明一可替代实施方案，其中水通过关断阀10a被由外部水流线路8a馈送到线路16。

图3和图4分别与图1和图2类似，但其中通过管道16馈给的水在进入碘发生器组件15前由水加热器9预先加热到预定的温度。

再参看图1，其表示一具有水流控制阀62的分支管道60，它馈送稀释的含含碘物质水到鱼塘或其他水生动物饲养保持系统64。

作为由管道60的分支的是导引到保持箱68的侧管道66，由其通过阀70馈给碘化水供运输用于作为象前面所说明的消毒剂或碘营养来源，例如保持冰/碘化水浆液74来保存鱼76的容器72。

实施例

本碘化水发明提供二个实际的实施方案，即(a)碘化冰作为短期消毒如拖捞船货舱用的碘的储存器，和在较长期限内例如用于在运输/等待销售期间作食品保存；和(b)在使用冰本身作为消毒剂时，使用碘对将要以冰的形式使用的水进行使用前的消毒。这二个实施方案虽然差别微妙但差别有：

1、每一应用所需的碘的浓度不同；

2、pH调节机制、要加以碘化并随后冻结的冰的pH调节的程度和定时的改变取决于：是否仅仅要被冻结的水必须在应用前加以消毒和不保留足够的碘以便作为生物杀灭性的，如上述(b)的情况；或者是否冰本身被企图以生物杀灭强度的浓度和pH释放碘，亦即冰本身必须被冻结得使它能以给定pH保有碘；

3、冻结的机制和速度最好在上述(a)的情况中加以仔细控制，而对于情况“b”则无须这样，因为由于在周围环境温度下由溶液的气化或再沉淀有可能损失碘；以及

4、冰的可用寿命和维持周围温度低于0℃对上述情况(a)很重要，但对情况(b)则无此必要，根据基本的热动力原理，只要向水中添加碘，水的结冰点实际将会降低。微生物学研究

四百条大西洋鳕鱼被Otter拖网船捕获、放血和取出内脏，并如下按照四种不同的处理进行清洗和冰冻，每一中处理涉及100条鱼：

RR    普通清洗/普通冰

RI    普通清洗/碘经冰

IR    碘化清洗/普通冰

II    碘化清洗/碘化冰其中：

“普通清洗”是指清洗水冰为收获地点的地表水；

“普通冰”是指在本地渔场用制冰设备由饮用新鲜水制成的冰。

约为10ppm的碘化清洗水是通过将含碘晶体的容器接触到拖网船上的水源制成的。

碘化冰(5ppm)是用上述的制冰机由碘化水制成的。鱼被保持在冰中19天，并间隔地取样用于微生物、化学和感觉(生的和煮熟的)分析。

需氧皿计数(APC)表明采用碘化冰对细菌数有效果。当将存贮在碘化冰中的鱼的APC与存贮在普通冰中的鱼的APC相比较时观察到显著降低的皿数，如下所示：

(i)到达和包括试验的第10天RI明显低于RR；

(ii)到达和包括试验的第12天II明显低于RR；

(iii)到达和包括试验的第14天II明显低于IR；

(iv)到达和包括试验的第17天观察到处理RI对处理IR的显著降低计数的整个趋势，虽然在第3和12天区分不明显；

(v)在最初的12～14天，任一给定日的RR鱼的APC在直到4～5天之后才在II鱼上观察到。

由上述数据可看到，所用的清洗水的类型对APC中观察到的差异无太大的作用。除偶然的采样日外，一般既没有在处理RI与II之间也没有在处理IR与RR之间观察到APC中的显著差异。

对存在于鱼上的实际腐烂性细菌数量的粗略估算是通过选择与RR和II处理隔离、确定能在无菌鱼汁中无臭味的隔离部分然后将此相应部分与PAC乘到一齐来取得的。对于腐烂性细菌数，II鱼的大大低于RR鱼的，这一效果是在经过试验的最初12天观察到的。

虽然这里所揭示内容说明和描绘了本发明的某些优选实施方案，但应理解本发明并不局限于这些特定的实施例。而是本发明包含在功能上或结构上与已被说明和描述的特定实施方案和特征等效的所有实施方案。

Claims (17)

1、用于在连续动态水流下产生无菌并包含含碘物质的水的方法，其包括：

(a)选择预选温度；

(b)将第一水流加热到所述预选温度；

(c)提供固态碘；

(d)将所述第一水流以第一流速通过所述固态碘以溶解所述固态碘进所述第一水流中，在所述预选温度下产生包含含碘物质的饱和水溶液；和

(e)将所述饱和溶液与第二水流混合以产生稀释的含碘物质无菌水溶液。

2、如权利要求1所述的方法，其是用于产生用于人类、饲养动物或鱼类的饮用水，进一步包括以下步骤：提供所述稀释溶液作为无菌饮用水给人类、饲养动物或鱼类。

3、如权利要求1所述的连续方法，其中，所述第一水流和所述第二水流源自于一共同水流，使得所述第一水流由所述共同水流到所述第二水流的流通构成一环流，而且所述第一水流为所述共同水流的第一部分，所述第二水流为所述共同水流的第二部分。

4、如权利要求1所述的连续方法，其中，所述溶解所述固态碘进所述第一水流是在一包括保持所述固态碘的外罩的碘发生器中使所述第一水流通过该外罩进行的。

5、如权利要求4所述的连续方法，其中，所述发生器还包括用于将所述第一水流加热到所述预定温度的加热装置。

6、如权利要求5所述的连续方法，其还包括：

(a)用温度测量传感装置测量所述第一水流的温度以确定所述第一水流的温度；和

(b)按照所述温度测量结果以所述加热装置提高所述第一水流的温度，将所述第一水流加热到所述预定温度。

7、如权利要求4所述的连续方法，其中，所述溶解所述固态碘是在多个串连连接的所述碘发生器中进行的。

8、如权利要求1所述的连续方法，其还包括在步骤(b)前过滤所述第一水流。

9、如权利要求1所述的连续方法，其还包括使所述经稀释的包含含碘物质的无菌水溶液由一管道网络中通过。

10、如权利要求1所述的连续方法，其还包括使所述无菌饮用水通过一管道网络到多个动物饮水槽。

11、如权利要求1所述的连续方法，其还包括：

(a)按照所述预定温度控制所述第一水流速率来产生所述含碘物质的饱和水溶液；

(b)相对于所述第一水流速率调节所述第二水流速率，产生具有预选的含碘物质浓度的无菌稀释水溶液。

12、如权利要求11所述的方法，其中，所述稀释溶液的所述预选含碘物质浓度由1～15ppm中选择。

13、如权利要求12所述的方法，其中，所述稀释溶液的所述含碘物质浓度由1～5ppm中选择。

14、如权利要求1至13中任一个所述的方法，其中，所述第一水流速率由每分钟0.1～0.5升中选择，所述第二水流速率由每分钟2～50升中选择。

15、用于在连续的动态水流中产生无菌并包含含碘物质的饮用水的设备，其特征是包括：

(a)用于提供第一水流的装置；

(b)用于实现溶解固态碘进所述第一水流中以在预选温度下产生包含含碘物质的饱和水溶液的混合装置；

(c)用于提供第二水流的装置；

(d)用于将所述饱和水溶液与所述第二水流混合来产生包含含碘物质的稀释无菌水溶液的装置；

(e)用于提供所述稀释溶液作为饮用水给所述动物的装置；

(f)用于测量所述第一水流的温度的温度传感装置；

(g)用于加热所述第一水流的加热装置；

(h)用于接收所述温度测量值并按所述温度测量值指示所述加热装置将所述第一水流加热到所述预选温度的控制装置。

16、如权利要求15所述的设备，其中，用于实现溶解所述固态碘进第一水流的所述混合装置包括第一碘发生器，它包括一含有所述固态碘的第一外罩，而且所述第一水流由所述外罩通过以实现所述溶解。

17、如权利要求15所述的设备，其中，所述混合装置包括所述第一碘发生器和与其串行连接的第二含碘物质发生器，所述第一和第二含碘物质发生器具有所述用于加热所述第一水流的装置；而所述第一发生器构成决定性碘发生器并设有所述加热装置和所述温度传感装置。

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