CN1332890C - 通过产生活性氯来消毒水供给系统中的水的电解装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用活性氯来消毒水供给系统中的水的电解装置，该电解装置包括带有电极的电解池和由水驱动的发电机，把水的一部分被引导通过电解池，并且电解池的供给部分的至少一部分被引导通过盐计量装置，该盐计量装置包含能够把氯化物离子供给到水的化合物。

Description

通过产生活性氯来消毒水供给系统中 的水的电解装置和方法
技术领域
本发明涉及一种产生活性氯来消毒水供给系统中的水的电解装置，该装置包括：电解池，它装有其上施加电压差的电极；和发电机，它用来供给用于电解池的电压差，该发电机由在水供给系统中的水驱动。
本发明还涉及一种通过电解法来消毒在水供给系统中的水的方法。
背景技术
用来消毒水的电解法的使用是已知的。通常氯化钠(NaCl)被电化学转化成氯和苛性钠(作为副产品)。盐在形成Na+-和Cl--离子期间溶解在水中。当所述溶液被引导通过电解池时，在电压被施加在所述池的电极上的同时，在阳极处形成氧和氢离子，而在阴极处形成氢和氢氧基离子。
在阳极处形成的氯可能依赖于pH值也作为次氯酸(HClO)或作为次氯酸盐(ClO-)存在。溶解的氯、次氯酸和次氯酸盐称作“自由氯”或“自由活性氯”或“活性氯”。当使用pH值约为7至8并且包含低浓度NaCl的(普通)自来水时，将形成次氯酸钠。要形成的自由氯的量取决于想要的浓度和要处理的水量。
用来消毒水的普通设备包括电解池、用来把主电压转换成直流的整流器、及使要供给到电极的电流适应水流量的控制装置。
荷兰专利申请1012794描述了一种用于水供给系统的电解装置，该电解装置包括电解池，电解池装有其上施加电压的电极，其中用于电解池的电压差至少部分由水供给系统中的水驱动的发电机供给，这种发电机如涡轮机，例如直流涡轮机。根据NL 1012794的电解装置的电解池和发电机能容纳在一座房子内。
在根据NL 1012794的电解装置中，电解池直接放在流体流中。这种实施例的一种可能缺陷在于，通常太少的氯将存在于饮用水中而实际形成次氯酸盐。然而，根据说明书，在缺乏氯的情况下，也能形成保证消毒的活性化合物。所述化合物具体地是各种自由氧基。在实际中，已经出现，对于氧基的形成，不是所有电极材料都是适用的，而且需要非常特殊和昂贵类型的电极来抑制氧的形成。当氯化物不足时，另一种缺陷出现：装置的作用只能通过对包含细菌的水实际进行试验和检查杀伤因子来表示。
根据本发明，通过只引导一部分水流过电解池并且引导电解池供给部分的至少一部分通过盐计量装置克服上述缺陷，该盐计量装置包含能够供给氯化物离子的化合物。
发明内容
本发明提供一种借助于活性氯的产生来消毒水供给系统中的水的电解装置，该装置包括：电解池，它装有其上施加电压差的电极；发电机，它用来供给用于电解池的电压差，该发电机由在水供给系统中的水驱动，该装置的特征在于，该装置还包括：用于电解池的供给管，该供给管连接到水供给系统上，并且把在水供给系统中水流的一部分引导到电解池；用于电解池的排出管，该排出管在用于电解池的供给管连接到水供给系统上的位置的下游处连接到水供给系统上，并且把在电解池中处理的水排出到水供给系统；盐计量(dosing)装置，它包含能够供给氯化物离子的化合物，并且连接到用于电解池的供给管上，从而在用于电解池的供给管中的水的至少一部分被引导通过盐计量装置，以便把氯化物离子供给到在电解池中被处理的水。
本发明还涉及一种在电解系统中借助于活性氯的产生来消毒水供给系统中的水的方法，该电解系统包括装有电极的电解池和发电机，所述方法包含：分流水供给系统中的一部分水以形成用于电解池的供给部分；引导用于电解池的供给部分的至少一部分通过包含能够供给氯化物离子的化合物的盐计量装置，以将氯化物离子提供到电解池中要处理的水；将引导通过盐计量装置的用于电解池的供给部分的至少一部分与用于电解池的其它部分相结合；通过对电解池的电极施加电压差，在电解池中电解包含氯化物离子的用于电解池的供给部分，所述电压差由发电机提供，该发电机由在水供给系统中的水驱动；以及将在电解池中处理过的水引导回水供给系统，其中在水供给系统中的流量、用于电解池的供给部分及用于盐计量装置的供给部分的比率由节流部分和/或调节阀并且通过叶轮上的压力降来调节，所述叶轮装在水供给系统中，在水供给系统中的一部分水被分流以形成用于电解池的供给部分的位置的下游、和在电解池中处理过的水被引导回水供给系统的位置的上游，并且与发电机连接用来驱动发电机。
通过只引导在水供给系统中的水的一部分通过电解池并且引导用于电解池的供给部分的至少一部分通过盐计量装置，氯化物浓度对于在池中的活性氯的形成足够高，并且根据本发明的装置供给用于消毒在水供给系统中的水的足够活性氯，同时在主流中的水的盐含量几乎不增大。
在本发明中，消毒基于活性氯。活性氯的浓度能以简单的方式并且使用标准设备确定。测量活性氯浓度是普通和接收的方法，以确认消毒是否发生到足够程度。在其它活性物的情况下，为了确认消毒程度，更复杂的方法是必需的，如测量军团杆菌或其它细菌的菌落数量。
在根据本发明的装置中，最好使用能够供给氯化物离子到水从而在氧化时形成活性氯的化合物。属于本领域的技术人员将明白，本发明也能用于把物质排放到水的化合物，这些物质通过电解法能够被氧化成除氯之外的其它活性氧化剂。
已知在水管中存在某些有害的生物，这些生物由所谓的生物膜保护。常常需要高剂量的氯以除去所述生物。推荐首先彻底消毒水管，之后通过使用本装置防止生物膜的生长。
根据本发明的一个优选实施例，该装置还包括：用于盐计量装置的供给管，该供给管连接到用于电解池的供给管上，并且把在用于电解池的供给管中的水的一部分供给到盐计量装置；和用于盐计量装置的排出管，该排出管在连接用于盐计量装置的供给管的位置的下游，被连接到用于电解池的供给管上，并且把包含氯化物离子的水从盐计量装置引导到用于电解池的供给管。
一般地，只引导电解池的供给部分的少部分通过盐计量装置就足够了。
通过在管中进行节流(小孔)能简单地调节直接到电解池并且能被引导通过盐计量装置的水量。例如也可以使用调节阀、例如螺旋针阀。
最好，发电机装在水供给系统中在用于电解池的供给管被连接到水供给系统上的位置的下游、并且在用于电解池的排出管被连接到水供给系统上的位置的上游。由于发电机的这种定位，在发电机上将出现约mwk的轻微压力降，作为其结果有可能产生将通过电解池的水流。不过有可能把发电机装在水供给系统中的其它地方。然而，然后必须采取措施，以保证通过电解池的足够流量，例如通过在主管中设置节流或调节阀。
盐计量装置必须设计成防止虹吸作用、冲击和部分扩散。这例如可以通过在供给和排出中放置简单的止回阀来实现。
可用盐计量装置的一个例子是棒式过滤器的壳体。这里水从上面供给到容器，并且通过内部管从底侧再经上侧排出。在容器底部处，有盐块，从而溶液是过饱和的。由于盐水的高比重，它将保持在容器的底部，靠近排出的进口。进入的水将保证通过置换排出盐。
根据本发明的装置相对于已知装置的优点在于，在通过电解池的水流中总是有足够的传导性，作为其结果小得多的电极表面面积就足够了。由于高传导性，有可能把隔膜放置在电极之间而不需要太多的附加能量。当使用隔膜时，有效得多的阳极过程将发生，因为由于阴极反应的屏蔽pH值保持得较低。通过阴极的流动能立即与阳极流动重新混合。要不然，阴极流动可以全部或部分地在主管中的更下面被添加，这意味着以后添加阳极流动。已知使用活性氯消毒在低于6的pH值范围中工作得最好。
在本说明书中，水供给系统是指每根管子，通过该管子水被引导或者在管子中水存在。所述管子例如可以是住宅中的热水管，但也可以是用于游泳池中的新水或循环水的供给管。
在发电机供给与流过它的水量成正比的电流的情况下，发电机在流动速度增大并且更多的水必须消毒时，将供给较大功率，从而形成更多的活性氯。
适当类型的发电机是直流发电机。
通过用在引导到电极的电源中的可变电阻一次调节想要的电压功率，对于水的传导性能调节该装置。由于在水供给系统中的水成分的变化通常不大，所以一般长时间不必修改调节。
本发明的装置因此按其自身需要提供功率，并且自我调节。
当水包含钙和/或镁时，所述元素可以以其盐的形式沉积在电极上。防止电极的这样一种结垢的已知方法是定期颠倒电极的极性。在阳极和阴极流动独立处理的情况下，当使用隔膜电解池时，颠倒极性是不可能的。在这种情况下，能使用借助于离子交换树脂软化。使用离子交换树脂能软化电解池的供给部分。因为只有一小部分水流被引导通过电解池，所以只有少量软化剂树脂是必需的。
当电解池和发电机、或至少其驱动部分装在一座房子内时，得到一种能以低成本建造的非常简单的设备。
具体实施方式
在附图1中，示意表示根据本发明一个优选实施例的电解装置。在图1中，1是指发电机1，发电机1包括直流电机3和放置在主管4中的叶轮2。用于电解池的供给管5在发电机1的上游从主管分支，并且引导水的一部分到电解池6。用于电解池的排出管7把在电解池中处理的水引导回主管4。用于盐计量装置的供给管8通过用于电解池的供给管5分流流动的一部分，并且把它引导到盐计量装置9，在盐计量装置9中，饱和氯化钠溶液和固体氯化钠存在，并且盐溶解在水中。用于盐计量装置的排出管10把含盐水引导回用于电解池的供给管5。在图1中，11和12分别指止回阀和节流部分。
图2表明电解池的一个实施例，其中作为所谓的隔膜电解池实现电解池。这里阳离子选择性隔膜13，最好是氟卤素型隔膜，如阻隔活性氯的NAVION，放置在电解池6的阴极14a与阳极14b之间，以保护阳极反应不受阴极反应的影响。
当使用隔膜电解池时，阴极流动甚至能独立地排出并且与主流混合。在这种情况下，必须使用离子交换树脂进行软化。
当发电机作用不足时，或当没有或不足的盐供给到水中时，到电极的电流将强烈下降。这种情况能经二极管电路探测到，二极管电路例如能够启动系统上的报警灯。
在1000升/小时饮用水的流量下，发电机产生约0.2-0.4安培的电流，该电流最终在水中得到0.2至0.4毫克/升的活性氯含量。该装置这样设计，从而10升/小时的水被引导通过电解池，并且约100毫升/小时的水被引导通过盐计量装置。盐计量装置包含用盐完全饱和的水，并因而包含约300克/升的盐。通过盐容器的100毫升/小时的水将溶解高达300克/升的盐量。这种含盐水与被引导通过电解池的10升/小时的其余部分混合，从而用于电解池的供给部分最终将包含约3克/升的盐。这导致约6mS/cm的传导性，这对于良好运行的电解过程就足够了。对于这种传导性，在约5伏特的电压下能达到约2A/dm2的电流密度。必需的电极表面那么对于0.4A的电流是约0.2dm2。主流的盐含量结果最终只增大约30克/升。要求由发电机产生的能量必须是约2W。从33％的发电机效率出发，从水抽取6W的能量。这对应于2.2mwk的压力降。在一般家庭中，约使用100升/天的热水。当盐含量增大30毫克/升时，盐的使用量因此是3克/天，或者是每年约1公斤。每年更换1.5升容器中的盐那么就绰绰有余。

Claims (9)

1.一种借助于活性氯的产生来消毒水供给系统中的水的电解装置，包括：
电解池，它装有其上施加电压差的电极；
发电机，它用来供给用于电解池的电压差，该发电机由在水供给系统中的水驱动，
其特征在于，该装置还包括：
用于电解池的供给管，该供给管连接到水供给系统上，并且把在水供给系统中水流的一部分引导到电解池；
用于电解池的排出管，该排出管在用于电解池的供给管连接到水供给系统上的位置的下游处连接到水供给系统上，并且把在电解池中处理的水排出到水供给系统；
盐计量装置，它包含能够供给氯化物离子的化合物；
用于盐计量装置的供给管，连接到用于电解池的供给管上，并且把用于电解池的供给管中的水的至少一部分供给到盐计量装置，以便把氯化物离子供给到在电解池中被处理的水；和
用于盐计量装置的排出管，该排出管在连接用于盐计量装置的供给管的位置的下游处连接到用于电解池的供给管上，并且把包含氯化物离子的水从盐计量装置引导到用于电解池的供给管；
用来调节在水供给系统中的水流、用于电解池的供给部分、和用于盐计量装置的供给部分的比率的装置包括：
节流部分和/或调节阀，装在用于电解池的供给管连接到水供给系统上的位置与用于电解池的排出管连接到水供给系统上的位置之间的水供给系统、用于电解池的供给管、用于电解池的排出管、用于盐计量装置的供给管、和/或用于盐计量装置的排出管中；和/或
与发电机连接用来驱动发电机的叶轮，装在水供给系统中，在用于电解池的供给管连接到水供给系统上的位置的下游、和在电解池的排出管连接到水供给系统上的位置的上游。
2.根据权利要求1所述的电解装置，装有用来定期颠倒电极的极性的装置。
3.根据权利要求1所述的电解装置，所述电解池是隔膜电解池。
4.根据权利要求2所述的电解装置，所述电解池是隔膜电解池。
5.根据权利要求3所述的电解装置，其中阳离子选择性隔膜放置在阴极与阳极之间。
6.根据权利要求4所述的电解装置，其中阳离子选择性隔膜放置在阴极与阳极之间。
7.根据以上权利要求任一项所述的电解装置，发电机是直流发电机。
8.根据权利要求7所述的电解装置，发电机包括直流电机。
9.一种在电解系统中借助于活性氯的产生来消毒水供给系统中的水的方法，该电解系统包括装有电极的电解池和发电机，所述方法包含：
分流水供给系统中的一部分水以形成用于电解池的供给部分；
引导用于电解池的供给部分的至少一部分通过包含能够供给氯化物离子的化合物的盐计量装置，以将氯化物离子提供到电解池中要处理的水；
将引导通过盐计量装置的用于电解池的供给部分的至少一部分与用于电解池的其它部分相结合；
通过对电解池的电极施加电压差，在电解池中电解包含氯化物离子的用于电解池的供给部分，所述电压差由发电机提供，该发电机由在水供给系统中的水驱动；以及
将在电解池中处理过的水引导回水供给系统，
其中在水供给系统中的流量、用于电解池的供给部分及用于盐计量装置的供给部分的比率由节流部分和/或调节阀并且通过叶轮上的压力降来调节，所述叶轮装在水供给系统中，在水供给系统中的一部分水被分流以形成用于电解池的供给部分的位置的下游、和在电解池中处理过的水被引导回水供给系统的位置的上游，并且与发电机连接用来驱动发电机。
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