CN212864296U - 一种基于结构水处理的社区供水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于结构水处理的社区供水系统，包括结构水处理设备和供水设施；结构水处理设备包括进水管、气合装置、出水管和能量发生装置；气合装置包括水泵和混合腔，用于混合进水和进气；进气的气体包括普通空气或/和氧气；能量发生装置包括振荡器和控制电路，振荡器设置在混合腔的内部；混合腔分别连通进水管、出水管；进水管连通水源，出水管连通供水设施；供水设施为社区提供生态养殖用的结构水；所述的结构水具有高溶氧量，适用于作为社区生态活性提升的水产养殖、植物灌溉以及环境治理用水。

Description

一种基于结构水处理的社区供水系统

技术领域

本实用新型涉及供水设备、设施的领域，特别涉及一种基于混合进水和进气产生结构水的社区供水系统。

背景技术

人们非常熟悉社区供水系统，尤其是城市家庭的自来水，经过水处理厂处理的自来水通过水管连通到用水终端，自来水的水质制定有规范的用水标准。

目前各国的城市自来水以及不同水体的技术标准中，均没有提及溶氧量指标，这是因为城市自来水来源于大水体或河流，自然溶氧量中值一般为2-3mg/L，制定专项标准似乎没有必要；随着2019年诺贝尔生物学奖授予三位科学家(表彰他们对于测定细胞核与氧气浓度关系的贡献)，有关水的观念正在改变，长期以来，科学家都知道生态系统与氧气浓度密切相关，但最底层的细胞核到底是怎么感知氧气浓度的，理论界一直停留在逻辑猜想，直到2019年诺奖给出了确切科学依据。

本世纪以来由于电子显微成像特别是数据处理技术的巨大进步，使之可观察到0.1-1nm级的物质结构，研究认为：水的宏观特性与纳米尺度的分子团簇形态相关，所测得水体内的溶氧量越高，越具有环境学意义的生态活性。

本申请基于这一技术背景而提出，力图依据ISO的生态水技术索引，运用一种可把普通水改变为溶氧量高、并且游离氧可长期保存于水体内部的结构水处理设备，结合生态养殖的需求提供一种社区供水系统。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于根据局部社区对水产养殖、植物灌溉和饮用水的需求以及根据ISO的生态水技术索引，提出一种基于混合进水和进气产生结构水的社区供水系统，所提供的结构水具有溶氧量高、结构稳定的特点，用途广泛。

为实现上述技术目的，本实用新型提供了一种基于结构水处理的社区供水系统，该社区供水系统包括结构水处理设备和供水设施；所述的结构水处理设备包括进水管、气合装置、出水管和能量发生装置；所述的气合装置包括水泵和混合腔，用于混合进水和进气；所述进气的气体包括普通空气或/和氧气；所述的能量发生装置包括振荡器和控制电路，振荡器设置在所述混合腔的内部；所述的混合腔分别连通所述进水管、出水管；所述的进水管连通水源，出水管连通所述的供水设施；供水设施为社区提供生态养殖用的结构水。

本实用新型所述气体和水源的杂质含量，应符合国家对同类水体的技术标准要求；所述的水源包括但不限于城市自来水、河水、湖水和地下水。

上述社区供水系统的技术方案中，所述生态养殖用的结构水包括水产养殖、植物灌溉、环境治理用水以及饮用水；供水设施包括池水、循环水设施和灌溉、喷洒设施；喷洒设施包括所述出水口连通的任意雾化装置。

上述结构水处理设备的技术方案中，所述能量发生装置的振荡器在所述混合腔的内部设置至少一个；所述控制电路的线路穿过气合装置专设的孔连接所述振荡器。

上述技术方案中，所述的结构水处理设备包括供气装置，供气装置的输气管连通所述的混合腔；所述的供气装置包括输氧装置和半透膜装置；半透膜装置设置有半透膜。供气装置用于为所述的混合腔提供进气，其中，半透膜装置的进气由半透膜的渗透空气提供；供氧装置内置氧气储存/发生装置。

上述供气装置的技术方案中，所述的半透膜装置与所述的混合腔一体化设计。该技术方案的进气，由与混合腔一体化设计的半透膜直接渗透空气提供。

上述供气装置的技术方案中，所述的供气装置包括用于增强对所述混合腔进气效果的压气装置。压气装置包括普通风扇以及其他气流吸附、加压的控制装置。

上述技术方案中，所述的结构水处理设备包括流量计，流量计设置于所述进水管或/和出水管的流水通道。设置流量计是为了满足社区供水系统的商用需求。

上述技术方案中，所述的结构水处理设备还包括对所述结构水进行加压的增压装置；增压装置的进水端连通所述气合装置的混合腔，其出水端连通所述的出水管；增压装置可与所述的混合腔一体化设计。

以上所述社区供水系统在实际应用中所需要的机械架件，在有效实现机械固定、支撑的前提下，所选用的材料和结构可以任意。

所述的社区供水系统与已有技术相比没有相应概念，前有所述，目前城市自来水以及不同水体的技术标准没有提及溶氧量概念。所述社区供水系统的结构水处理设备与现有技术相比的特点是：将水源输入气合装置与气体充分混合，强迫水体在能量发生装置的作用下充分接受能量，自组织形成高能级的亚稳态分子团簇结构，从而使水的宏观特性如溶解度，溶氧量、渗透性、反应速率等发生较大改观，可以满足社区供水系统对生态养殖结构水的应用需要。

本实用新型的优点在于：运用物理手段使水源通过结构水处理设备而获得改性，水分子团簇结构匀布，溶氧量高，从而为生态养殖尤其是城市农庄发展提供了一种社区供水系统的设备设施建设新思路，基于新技术的结构简单，用途广泛。

附图说明

图1是本实用新型所述社区供水系统的总体结构局部示意图；

图2是所述结构水处理设备的一种剖面结构局部示意图；

图3是半透膜与气合装置的混合腔一体化设计的一种结构局部示意图；

图4为一种设置输氧装置的结构水处理设备的结构局部示意图；

图5为一种设置有增压装置的结构水处理设备的结构示意图；

图6是多层工业厂房改造用于水产养殖的社区供水系统示意图。

附图标识：

1、进水管 2、振荡器 3、气合装置 3b、混合腔

4、出水管 5、控制电路 6、增压装置 7、半透膜

8、供气装置 8a、压气装置 →、水流/气流方向

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本实用新型的技术方案进行详细说明。

图1是所述社区供水系统的一种总体结构局部示意图，包括结构水处理设备和供水设施；结构水处理设备内部(以下详述)设置有振荡器，其进水管连通水源，出水管连通供水设施，通过混合进水和进气为供水设施提供结构水。

本实用新型所述的结构水为高溶氧并长时间保持一定溶氧浓度的水体，所谓高溶氧是指水分子团簇以分子间作用力吸引气体分子参与纳米层面运动的相容结构，而不是水分子内部键合氧份；围绕纳米层面的水处理效果曾存在长期讨论，根据20多年来大量不同水体的溶氧量测定、微结构比较研究和微观理论解释，尤其是2019年的诺贝尔生物奖授予后，理论性讨论基本结束，正在步向实用阶段。

长期以来，人们在生活经验中知道用流动的活水淋花浇草效果要比不流动的死水要好，用流动山水或某些井水泡茶的味觉、口感要比城市自来水好；水产养殖户都清楚养殖密度不能太高，否则水产品容易发病。ISO生态水技术索引在几年前指出，与生命系统相关的生态水应高度重视溶氧量的技术指标，适合生态环境的水含有一定的溶氧量，当水的溶氧量低于正常值容易发臭(容易滋生厌氧菌)。

重要的科学概念启示是：最新科学理论解开了生态环境与水以及水体中溶氧量的基础关系，使人们不仅理解到日常生活经验的很多科学道理，而且获悉深入到最底层的细胞核也是可以感知氧气浓度的，从而带来了全新认识。

所述的社区供水系统为生态养殖尤其是城市农庄发展提供了一种建设新思路，例如水产养殖密度不能太高的主要原因是水体的溶氧量不足；同理，植物光合作用的氧源除了空气还包括水的溶氧量；水体的溶氧量与纳米尺度的团簇结构形态相关，如果在纳米尺度呈现离散结构，则无论流水、池水的溶氧量总是一定；如果通过新技术在纳米尺度呈现规律性的团簇结构，则可提高水体的溶氧量。

溶氧量的稳定存在时间(半衰期)与水体中的团簇结构大小密切相关，水的微观团簇结构大，表征着水体内能结构的能级低，容易形成耗散结构，通俗地说注入水体中的空气/氧气存不住，一般几秒内逸出水面，例如污水处理行业现应用阶段的曝气机。当水处理效果的微观团簇结构足够小，表征着水体内能结构的能级高，不容易形成耗散结构，通俗地说，是注入水体的空气/氧气可以长时间存在水体中，ISO的生态水技术索引给出的理想半衰期技术标准为三个月。

本实用新型中，结构水处理设备进气的气体包括普通空气或/和氧气，普通空气和氧气是指空气和氧气按一定比例的混合气体；所述的包括意为不限于，也可以混合其它气体，其应用效果取决于结构水处理设备的技术设计等级。

图2是结构水处理设备的一种结构示意图，包括进水管1、气合装置3、出水管4和能量发生装置(包括振荡器2、控制电路5)；气合装置3包括水泵、壳体和混合腔3b，混合腔与壳体一体化设计；水泵用于把水抽进混合腔3b，使进水和进气在混合腔3b内充分混合；混合腔3b内部设置有一个振荡器2，控制电路5的线路穿过气合装置专设的孔3a连接振荡器2；混合腔3b分别连通进水管1以及出水管4；供气装置8为一种与半透膜7一体化设计的半透膜装置，其输气管连通混合腔3b内部，结构水处理设备的外部空气透过半透膜7为混合腔3b提供气源，通过振荡器2在混合腔3b提供的振荡环境充分混合进水和进气。

半透膜7是本领域技术人员公知的一种致密网材料，一般由高分子材料制成，对空气畅通无阻，可阻隔水以及空气中的微尘。图2示例的半透膜装置中，包括压气装置2a，其作用是增强对气合装置3的进气效果；压气装置可以使用普通风扇，也可以加入其他气流吸附、控制气流方向和压强的装置。

为气合装置提供气体的技术方案有多种，当混合的是普通空气且技术要求不高，可把半透膜7视为混合腔3b的一个组成部分与混合腔一体化设计，例如把半透膜设置在混合腔的气窗外部、内部、嵌合为一体，一种半透膜7与混合腔3b嵌合为一体的示例如图3所示，该技术方案对半透膜7的机械强度要求较高。

当结构水处理设备混合的是专用气体，例如混合纯净氧气，此时的供气装置8为输氧装置，一种供气装置8设置为输氧装置的结构如图4所示，该示例不设置外部半透膜7，供气装置8输气管内置的半透膜7是为了阻隔来自于混合腔3b的进水。具体设计中还可以根据设计要求，把供气装置8包括的输氧装置和半透膜装置并行加装，为结构水处理设备提供不同配比的混合氧气/空气。

前有所述，宏观浑然一体的普通水体，由电子云构象出纳米层面的水分子并非在空间均匀分布，而是呈现团簇化结构，且在一部分微空间特别致密，但在另一部分微空间特别“空”。这一现象可从两个侧面理解：从结构物理意义可理解为水体的内能不足，处于低能级稳态；从溶氧量可理解为水体的含氧(空气)量远没有达到饱和态。将进水和进气混合的技术意义在于把水体激发到高能级的亚稳态，或曰提升水的溶氧(空气)量，使水体尽可能接近溶氧(空气)饱和态。

振荡器2的功能是使水体和气体在设定的谐振频率状态下交合，形成更高能级的水分子团簇亚稳态结构，更直观的理解是使水体溶解更多的气体。振荡器常规由石英元器件、控制电路及辅件实现，只要匹配标称电流，振荡器内部晶格就会发生高频振动，引致周围空间发生振动能量传递，实际设计时，应根据振荡器2在混合腔3b内部的位置而优选高频振动具备方向性或各向同性的产品。

振荡器的谐振频率与水体处理的气合效率、溶气量以及溶气的衰减速率相关，对于水在0.1-1nm的结构尺度，多年来已有不少基础实验室精细测量过吸收光谱和辐射光谱，本实用新型推荐的一种技术方案为：谐振频率与水的吸收谱线系的频率相对应，在10⁹Hz至10¹⁰Hz的区间优选。现有的不少水处理设备耗电数千瓦甚至数十千瓦以上，主要是没有参透水体接受能量的频率特性，当振荡器2的谐振频率设计为与水的吸收谱线对应，可获得能量利用的倍增效应，所形成的水分子团簇在纳米层面容易建立起高能级的亚稳态结构，水体中的溶气/溶氧不易逸出。

实验还证明，结构水溶氧(空气)的半衰期与混气形成过程的环境压强有关，水分子团簇的内能耗散是一个典型的熵增过程，运用增压装置6对结构水进一步加压有利于减缓内能衰减，使内部的溶氧(空气)量稳定存在更长时间。增压装置包括压力泵和增压腔，压力泵是一种市场成熟产品，用于把水抽进增压腔使结构水获得增压处理。增压是相对常压而言，增压是压强高于一个大气压，也可以增压和减压间隔一定时间交替处理，一种在图3示例基础上增加增压装置6的结构关系如图5所示。所述增压装置和气合装置一体化设计的优点是结构更紧凑。

本实用新型的变形设计众多，包括同一社区供水系统可设置多个气合装置、多个增压装置匹配，或分立多个进水管/出水管；气合装置的混合腔既可以独立设计，也可以与壳体一体化设计；当需要为气合装置提供多个谐振点时，可设置多套振荡器，等等，该类变形实施容易为本领域的技术人员理解。

所述的优选例仅为推荐，若干技术方案可部分使用，也可加入或组合并用其他成熟技术，例如多年来实验证明水经磁场干扰可使溶解性能获得增强(可溶解更多食盐)，理论认为外磁场干扰可增强水分子的团簇微磁矩，有利于分子团簇被激发到内能更高的亚稳态，多种技术并用可更好实现本实用新型的方案。

实施例1

设计一种本实用新型所述的社区供水系统，包括结构水处理设备和供水设施；结构水处理设备包括进水管1、气合装置3、出水管4和能量发生装置，能量发生装置包括振荡器2和控制电路5；进水管和出水管均由直径50mm的塑钢制成，进水管连通水源，出水管通过水管连通供水设施，整体结构如图1所示。

气合装置3的水泵外置，混合腔3b设计为一个直径280mm、长度450mm的圆桶，兼作气合装置3的外壳，混合腔3b设置两个圆孔分别连通进水管1以及出水管4；供气装置8为一个设置有半透膜7的半透膜装置，其输气管连通混合腔3b，内部设置有一个强力风扇8a，可有效透过半透膜7吸入空气为混合腔3b内部提供进气；混合腔3b内部的居中部位设置有一个振荡传播方向各向同性的振荡器2，振荡器2用于为混合腔3b提供振荡空间环境；控制电路5的线路穿过气合装置3专设的孔3a连接振荡器2；振荡器2的谐振频率选择在7×10⁹Hz的频段发生。

本实施例结构水处理设备的总体安装局部结构如图2所示。

供水设施包括池塘和若干水管，所述池塘为水产养殖的水体或城市湖泊。该社区供水系统工作时，结构水处理设备的进水管1通过若干水管连通池塘水体的一角，内部水泵把水抽进混合腔3b内，与供气装置2提供的空气在7×10⁹Hz的谐振环境中充分混合后，通过出水管4、若干水管输出到池塘另一角，使溶合空气量较高的结构水在池塘内自然扩散并形成水循环，池塘的水体可保持较高溶氧量。

本实施例结构水在饱和溶合空气状态下的溶氧量可达9mg/L以上，可作为一种生态水使水产养殖的密度/产量获得提升、肉质更佳，或使湖泊水体变清。

实施例2

实施例1的供水设施包括池塘和若干水管，本实施例是把部分城市开发的烂尾多层工业厂房改造为多层储水池，作为城市农庄式的水产养殖基地。

据了解，多年前也有个别城市进行过类似尝试，但水产养殖的存活率极低，个案分析认为，这是由于水泥储水池中的水体溶氧量远低于正常值，即便增加曝气机、加大池水流动，水体溶氧量仍然不足，因为曝气机提供给水体的空气是一种宏观气泡，几秒内就逸出水面，不能起到有效提升水体溶氧量的技术目的。

把实施例1的结构水处理设备用于本实施例所述的多层储水池，如图6所示，可以保障多层储水池的水体溶氧量；具体安装时，结构水处理设备进水管连通一层储水池，出水管连通顶层(图示三层)储水池，形成上下层储水池的水体自然循环，从而实现利用多层工业厂房改造为现代城市水产养殖基地的基本构想。

本实施例以及前述实施例1的结构水同样可以用于植物灌溉、喷洒，试验表明，喷洒溶氧量较高的水可使到植物的生长状态更好，分析认为当灌溉、喷洒用水的溶氧量较高时，较之溶氧量较低的水可以更好地促进植物的光合作用。

此外，本实施例以及前述实施例1可以结合已有技术应用，例如在混合腔3b内壁加入若干永磁体，永磁体的磁通密度至少为10000高斯，由于经磁场处理的水体存在大量纳米层面的微磁矩，可更好地响应所述的谐振频率，降低耗能。

实施例3

将实施例2的水源改为城市自来水，对结构水处理设备作如下技术调整：

1)振荡器2的谐振频率改为7×10⁹Hz和1.2×10¹⁰Hz双频谐振；

2)供气装置8并行加装一套如图4所示的输氧装置，该输氧装置无半透膜7。

本实施例的总体安装局部结构可结合图2和图4所示。

城市农庄形式的水产养殖用水连通城市自来水更现实，实践证明，城市自来水用于水产养殖的养殖密度通常比自然水体要低，而且养殖过程会碰到一些不明原因的异常状态，专业人士发现，只要及时降低养殖密度(等价于增加水体中的溶氧量)，经过若干时间后水产品也会自然恢复生态正常。

分析认为，水产品也跟人体一样具有免疫系统能力，增加水体溶氧量对于水产品来说有如人体吸氧、氧疗的异曲同工之妙；本实施例的社区供水系统正常使用时，仅启动半透膜装置为混合腔3b输送普通空气，当碰到一些不明原因的养殖异常状态时，增加启动输氧装置，甚至关闭半透膜装置，只启动输氧装置。

当进水只是混合氧气，饱和浓度状态下的溶氧量可高达30mg/L以上，较之城市自来水的溶氧量高一个数量级；该结构水除了水产养殖、植物灌溉也可用于治理黑臭水体，作为配合其他环保工业方法的一种生态环境自然恢复手段；所谓流水不腐的科学真谛，在于水体内部的溶氧量能保持常值之上。

实施例4

在实施例3的技术方案基础上，将结构水处理设备的进水管1通过一套带活性炭过滤装置、反渗透离子装置的纯净水机与城市自来水管网连通，该纯净水机出水的杂质含量及相关指标符合国家饮用水的技术标准。

本实施例在供水设施终端可获得三种不同溶氧量等级的结构水：

1)仅启动半透膜装置，结构水的饱和溶氧量一般可达到8.5-9.7mg/L；

2)仅启动输氧装置，结构水的饱和溶氧量一般≥30mg/L；

3)同时启动输氧装置和半透膜装置，根据两者输入气体的配比不同，结构水的饱和溶氧量一般取值15-25mg/L。

理论认为，当结构水处理设备的进水/出水符合饮用水标准时，高溶氧的结构水具有特殊用途，适用于一些体内血氧浓度偏低的患者；当高溶氧的饮用水通过胃、小肠渠道进入血液循环系统后，可补充体内血氧浓度，对于一些肺呼吸功能受损、不能通过肺部为体内血液循环提供充足氧气的患者，是配合呼吸机、氧疗室的一种防疗辅助手段，具体适用的溶氧量应遵循医学规范临床试验数据而定。

本实施例的进一步推广应用，还可以将出水管4改为对接一套符合行业要求的瓶装水生产线，生产一种可用于流通的高溶氧的瓶装水。

适合生态自然的饮用水理论和实验研究在国际上已有二三十年，2019年诺奖公布的科学理论把研究视点集中到氧气环境与细胞核之间的关联，高溶氧水被生态学发展理论高度重视，展现出饮用结构水在社会公卫系统的技术应用前景。

Claims (8)

1.一种基于结构水处理的社区供水系统，其特征在于，包括结构水处理设备和供水设施；所述的结构水处理设备包括进水管(1)、气合装置(3)、出水管(4)和能量发生装置；所述的气合装置(3)包括水泵和混合腔(3b)，用于混合进水和进气；所述进气的气体包括普通空气或/和氧气；所述的能量发生装置包括振荡器(2)和控制电路(5)，振荡器(2)设置在所述混合腔(3b)的内部；所述的混合腔(3b)分别连通所述进水管(1)、出水管(4)；所述的进水管(1)连通水源，出水管(4)连通所述的供水设施；供水设施为社区提供生态养殖用的结构水。

2.根据权利要求1所述的社区供水系统，其特征在于，所述生态养殖用的结构水包括水产养殖、植物灌溉、环境治理用水以及饮用水；供水设施包括池水、循环水设施和灌溉、喷洒设施；喷洒设施包括所述出水管(4)连通的任意雾化装置。

3.根据权利要求1所述的社区供水系统，其特征在于，所述能量发生装置的振荡器(2)在所述混合腔(3b)的内部设置至少一个；所述控制电路(5)的线路穿过气合装置(3)专设的孔(3a)连接所述振荡器(2)。

4.根据权利要求1所述的社区供水系统，其特征在于，所述的结构水处理设备包括供气装置(8)，供气装置(8)的输气管连通所述的混合腔(3b)；所述的供气装置(8)包括输氧装置和半透膜装置；半透膜装置设置有半透膜(7)。

5.根据权利要求4所述的社区供水系统，其特征在于，所述的半透膜装置与所述的混合腔(3b)一体化设计。

6.根据权利要求4所述的社区供水系统，其特征在于，所述的供气装置(8)包括用于增强对所述混合腔(3b)进气效果的压气装置(8a)。

7.根据权利要求1所述的社区供水系统，其特征在于，所述的结构水处理设备包括流量计，流量计设置于所述进水管(1)或/和出水管(4)的流水通道。

8.根据权利要求1所述的社区供水系统，其特征在于，所述的结构水处理设备还包括对所述结构水进行加压的增压装置(6)；增压装置(6)的进水端连通所述气合装置(3)的混合腔(3b)，其出水端连通所述的出水管(4)；增压装置(6)可与所述的混合腔(3b)一体化设计。

Images