WO2000037365A1 - Procede de traitement electrochimique de l'eau par numerisation - Google Patents

Description

数字化电化学水处理方法 技术领域

本发明涉及一种电化学水处理方法， 尤其涉及一种针对供用水系统如宾馆、 民用住宅楼水箱管网系统、 冷热水循环系统及工农业用水系统中， 为解决由于结 垢、 锈蚀、 细菌和藻类等带来的二次污染问题而采用的由 PC机控制的数字化电 化学水处理方法。 背景技术

随着人们生活水平的不断提高， 对饮用水的要求亦越来越高。 现有的改善水 质的方法很多， 主要有化学方法和物理方法处理两大类。 化学方法处理简单易 行， 但易将化学物质残留水中， 从而产生二次污染， 而且随着采用化学试剂进行 水处理所造成的污染和供水系统自身电化学反应等产生的结垢、 锈蚀、 细菌和藻 类的滋生形成的二次污染问题日趋严重、 居民住宅、 宾馆水箱管网系统、 冷却水 循环系统、 热交换循环水系统等所产生的结垢、 锈蚀严重堵塞管网， 使热交换系 数降低， 能耗增加、 污染环境。 每年调换疏通管网而浪费大量的人力、 物力和财 力。 因此， 人们现在基本上都倾向于采用物理的方法处理水质， 并不断有人提出 各类水处理的方法和设备， 如高压高频法， 静电场离子棒法、 微电解池法、 高磁 能 (稀土磁铁)法、 低频电磁场法、 宇宙电磁场法等， 尤其采用电子处理的方法， 例如中国专利号 ZL95221928.X公开的 "自来水激活器" 文件， 采用电子电路来 控制自来水管周围变频电磁场， 虽然能明显改善水质、 消除水垢、 但功率小， 仅 对去除碳酸盐有效； 中国专利号 ZL95205229公开的电子防垢除垢磁化仪" ， 可 防垢除垢、 抑制藻类、 细菌的产生， 但要将其振荡线圈浸在水中， 且不能去除铁 锈垢，再例如美国专利 " 5074998 "公开的电子除垢水处理器，采用 700Hz ~ 3KHz 的音频感应电磁场处理水质， 虽然比较简单， 但除锈、 杀菌、 灭藻能力差。

本发明的目的就是为了克服现有处理水质的方法中所存在的缺点， 而提出的 一种无需添加化学试剂， 不与水接触， 不改变不破坏原有的管网设备， 而是综合 了电化学和电磁场原理， 采用微机控制的具有防除垢锈、 杀菌灭藻、 消除二次污 染、 清洁水源的综合功能， 且处理方法简单、 易推广的数字式电化学水处理方法. 发明内容

实现本发明的技术方案是： 一种数字化电化学水处理方法， 其特点是： 在进 人饮、 用水供水系统的进水管段外绕制一段电感线圈， 由 PC机控制输出一定的 波源频率和功率来提供该电感线圈产生特定的电磁场， 从而对流经该段有电磁场 的水管内的水进行处理。

一种实现以上所述的水处理方法的水处理装置， 其特点是： 由波源发生器、

PC 机及电感线圈构成， 所述波源发生器为一将 60Hz - 60KHz 的频率调制在 400KHZ - 1MHz频率上的交变复合脉冲感应电势， 其由可变电压发生器、 电压 / 频率转换器、 高频振荡器、 载波调制器和双路驱动电路构成， 可变电压发生器的 输出端与电压 /频率转换器的输入端连接， 从电压 /频率转换器输出的频率以及高 频振荡器输出的频率送到载波调制器进行混频调制， 经载波调制器调制的信号送 到双路驱动电路进行功率放大， 其输出信号连接到 PC机的输入端， 经 PC机数据 比较处理后的输出信号连接到所控制的电感线圈两端， 以控制电感线圈产生的磁 场； 所述电感线圈套设在供水设备的一段进水管外.

由于本发明采用了以上的方法， 采用由 PC机控制产生不同的感应电极电势， 对水体中含有的不同电解质按其强弱> 先后产生各自的电极反应， 从而形成不同 的氧化一还原产物， 改变了原先平衡状态水体的 PH值、 C0₂和活性氧、 OH 一 等的含量， 改变了微生物增殖 (如使蛋白质发生凝聚)， 改变易结晶物 (如钙、 镁的 碳酸盐)的晶体结构形态， 使之形成氧化保护膜。 从而达到防、 除锈、 垢、 菌、 藻， 快速清洁水源的目的。 再， 由于采用高频载波， 其交变磁场衰变远远小于低频波， 所以磁场的作用距离更长， 即： 用很小能源， 就可使大量水的水质得到改善。

为了进一步说明本发明的优点、 性能、 特征， 现结合以下实施例和附图对本 发明作详细的阐述. 附图概述

图 1是本实用新型的结构示意图；

图 2是本实用新型波源发生器的电方框图；

图 3是本实用新型波源发生器的电原理图； 图 4是本实用新型波源发生器的输出信号波形图；

图 5是本实用新型实施例之一示意图；

图 6是本实用新型实施例之二示意图；

图 7是本实用新型实施例之三示意图. 本发明的最佳实施方案

请见图 1， 本发明的装置由波源发生器 2、 PC机 2、 电感线圈 3构成。 在 饮、 用水供水系统的一段进水管外绕制一段电感线圈 3 , 采用由 PC机 2控制波 源发生器 1输出一定的波源频率和功率来提供电感线圈产生特定的电磁场， 从而 对流经该段有电磁场的水管内的水进行处理。 数字化磁场水处理提供交变感应电 流， 可以满足各种溶胶凝结所需的总电荷量， 这样就能破坏胶体体系， 使其快速 凝结， 使水体清晰， 水质改变. 另外， 水处理器复合了超声波的震荡频率， 亦对 胶体具有凝聚能力， 并且使细菌的细胞破裂从而杀灭细菌。

波源发生器 1为一将 60Hz - 60KHz的频率调制在 400KHz ~ 1MHz的载波 频率上而产生的交变复合的频率发生器， 其感应电势在 0V - 2V之间. 波源发生 器的方框图如图 2所示， 该发生器由可变电压发生器 1 1、 电压 /频率转换器 12、 高频振荡器 13、 载波调制器 14和双路驱动电路 15构成。 可变电压发生器的输 出端与电压 /频率转换器的输入端连接， 从电压 /频率转换器输出的频率以及高频 振荡器输出的频率送到载波调制器进行混频调制， 经载波调制器调制的信号送到 双路驱动电路进行功率放大， 其输出信号连接到 PC机的输入端， 经 PC机数据比 较处理后的输出信号连接到所控制的电感线圈两端， 以控制电感线圈产生的磁 场； 所述电感线圈套设在进入供水设备的进水管段外.

所述的波源发生器的电路图如图 3所示， 其可变电压发生器由集成电路 IC1 和运算集成电路 IC2构成， 可周期性地产生锯齿波、 正弦波或其他函数波， IC1 是 555时基电路， IC2的型号例如是 LM324。 电源 /频率转换器由集成电路 IC3 构成， 可产生随输入电压变化而变化的脉冲， 脉冲频率的变化范围为 400Hz ~60KHz， IC3的型号例如是 W4573 .高频振荡器和载波调制器由集成电路 IC4、 IC5构成， 其中： R15、 C3与 IC4组成高频振荡器， 产生高频振荡信号 (振荡频 率在内 400KHz~lMhz之间选一频率)， 振荡信号为载波信号， IC4的型号例如是 CD059； IC5是一个分频器， 其型号例如是 CD4013。 载波调制器是将载波信号 对电压 / 频率转换器送出的脉冲进行高频调制， 成为复合波， 并将信号分离成 正、 反两路。 双路驱动电路由两对功率推挽三极管 BG1 、 BG2 、 BG3 、 BG4 构成， 该电路对复合波进行功率放大。 可变电压发生器的输出端与电压 /频率转换 器的输人端连接，从电压 /频率转换器输出的频率以及高频振荡器输出的频率送到 载波调制器进行混频调制， 其原理是： 从 IC4的 4脚输出到的脉冲输人端 3脚， 产生分频； 分频信号从 IC5的 1 、 2脚输出， 输出的信号送到 IC4的输入端 8 、 13脚， 与 IC4芯片内的电路进行混频调制， 产生复合波， 该复合波输出到两对功 率推挽三极管 BG1 、 BG2 、 BG3 、 BG4进行功率放大再输出。

图 4是波源发生器的输出波形图， 图中： " T " 代表可变频率脉冲， 其频率 变化范围为 400Hz ~60KHz， 并作周期变化。 变化的形式可以是锯齿形、 正弦形 或其他函数形。 " t " 代表载波， 一般频率在 500KHZ左右。

本发明使用时无需与水源有任何接触，只要将电感线圈绕组用水设备的进水 管外， 接通电路即可。 当电感线圈绕在金属水管上时， 构成一个电感， 从 PC机 输出的交变电流流经该电感时,. 电感会产生交变磁场， 此时当水流经该段水管 时， 切割磁力线， 在水中会产生不同的电动势， 这些不同的电动势会使水中的物 质产生电化学反应， 这些电化学反应清除了水管中水垢、 锈蚀等物质， 并阻止了 可生成这些物质的反应链， 因而洁净了水质， 使用户的水质达到了一次水源的标 准. 尤其， 波源发生器的输出信号中还包含有超声波成分， 这些超声波可起到杀 菌、 加速凝聚的作用， 同时可对水管内壁氧化保护膜的形成和电极电位的变化也 起到缓蚀的作用。 若用非金属水管， 那么电感线圈就是空芯电感线圈， 其作用效 果与金属水管一样。

图 5是本发明的实施例之一示意图， 该实施例是居民住宅楼顶水箱水处理示 意图。 使用时可将本发明的电感线圈直接绕在底楼水表出口的管道外。 图中 1是 波源发生器， 2是 PC机， 3是电感线圈， 5是水箱， 51是进水管， 52是出水 管.

波源发生器 1为将 60Hz - 60KHz的频率调制在 400KHz - 1MHz的载波频 率上而产生的交变复合的频率发生器， 其感应电势在 0V ~ 2V之间.

PC机 2 中预先贮人各种不同种类和含不同电解质量的水质进行处理所需的 电感感应能量的采样数据， 使用时再与具体的水质情况进行比较和有关数据处 理， 从而控制对该水质处理所需的最合理的电磁感应能量。 电感线圈 3可绕制在 所有供水设备的进水管外。 由于通过 PC机调节波源的输出功率， 因此水处理作 用的距离可达 1000 米左右， 一般情况下， 只要水流经电感线圈的管道时均可产 生作用。

波源发生器 2可根据使用的水质情况分为可调的和不可调的两种。 若水质情 况比较单一， 例如只为改善自来水质， 可采用固定频率和功率的波源发生器， 此 时， 为节省成本， 波源发生器的输出可直接连接电感线圈， 无需通过 PC机控制， 如图 6所示， 图中的 6是居民住宅楼水箱， 61是进水管， 62是出水管。 如果水 质情况比较复杂， 则要改置频率可调的波源发生器， 并通过 PC机经过数据处理 后输出一定频率、 功率到电感线圈 3 , 从而产生一定的磁场对套在线圈内的管道 中流经的水进行处理。 经在居民住宅楼屋顶水箱使用， 经 24 小时处理后， 由业 主对各自单元的用水设备末端阀门进行排污处理 (即关闭小水表前阀门，开启用水 阀门， 反复数次后即可排除铁锈物等污垢， 使屋顶水箱、 家用热水器、 净水器、 便池水箱、 浴池、 面盆等用水设备不再结垢， 达到防、 除锈垢、 生物垢， 杀菌、 灭藻清洁水源的效果。

对宾馆大楼、 工矿企业等具有冷、 热供水， 循环水系统， 则对每一独立系统， 需分别安装本装置。 附图 7是本发明实施例之三的示意图， 该实施例是由 PC机 同时控制的将中央空调系统， 热水器系统、 工业循环用水系统的水进行处理的示 意图.图中： 7是中央空调系统， 71是风机盘管， 72膨胀缸， 73是冷水机组， 74是冷却塔、 冷水进水管 75和补给水进水管 76 ; 8是热水器系统， 81是热水 器、 给水进水管 82和回水管 83 ; 9是工业循环水系统， 91是热交换器， 92是 冷却塔、 热管 93和冷却水回管 94。 多个电感线圈 3绕制在冷水进水管 75和补给 水进水管 76的靠近进入冷水机组 73的一段上； 热水器系统的给水进水管 82和 回水管 83的段上以及工业循环水系统的进入热交换器 9的热管 93管段上和进入 冷却塔的冷却水回管 94的管段上也同样设有电感线圈 3。 本发明采用 PC机数字 控制电化学水处理技术， 依据含有不同种类和含量电解质的水， 进行处理所需的 电能量转换而得的机械波到超声波波源采样，直接通过 PC的 IN输入端存贮取样 结果数字文件， 再从 OUT端作为输出， 使欲处理的水体产生相对应的电极电势， 同时由 PC机控制水处理所需的自动排污和化学除藻装置。 排水系统的排污处理 方法依据居民楼的处理法。 热水系统 (含热水炉、 热交换器、 热水柜等)排污处理 方法需在十天至一个月期间进行。 必要时需停炉开启设备， 去除被软化的污垢. 冷却循环水系统 (开放式系统)需配置自动化学除藻装置。 闭路循环水系统一般在 十天内， 对最低处末端排污口和系统各排污口进行 3 ~ 5次排污处理， 直至排出 清水即可， 以后只要水清， 就不必进行排污处理。

在通常用水情况下， 24小时内可快速破坏被污染水体的胶体体系、 改变易 结晶物的晶体结构形态、 改变微生物增殖诸条件 (PH的提高、 OH―、 0₂、 C0₂ 铁离子的变化等)， 使用水设备与水接触面形成氧化保护膜， 借助氧化一还原反应 所产生的以氢氧化物为主的共凝沉淀物， 通过在用水末端排污处理方式， 消除由 于锈、 垢、 菌、 藻等不良因素造成的 "二次污染" ， 达到快速清洁水源的目的。 工业应用性

本发明的方法和装置可适用于各种材质 (如镀锌铁、 铸铁、 钢、 铜及各种塑 料管材)的用水管网系统， 其依据麦克斯韦统一的电磁场理论和电化学反应的机 理， 除可对各种自然水和市政供水工业有水等处理， 亦可处理部分物料液 (如奶粉 业、 制糖业、 酿酒业等)。 且性能可靠， 安装方便， 可长时间连续使用， 无需维护 保养。 与已有技术相比， 其具有以下特征和优点：

1 . 利用数字化的软、 硬件微机化技术产生的交变复合电势， 作用于水体中 的电解质， 依据水中原先存在的电解质的强弱， 先后产生各自的氧化一还原电极 反应。

2 . 交变感应电流方向的不断变化， 产生不固定的极性， 破坏伊文斯反应， 快速中止系统的腐蚀。

3 . 水在通电螺线管所产生的电场内流动， 可改变水中含有的钙镁碳酸盐晶 体的结晶晶格.

4 . 机械波、 次声波、 声波、 超声波的混频技术， 起到防止结垢、 破坏胶体、 快速杀菌的效果.

5 . 水的电离产生的 OH-和活性氧， 可加速凝聚和氧化保护膜的形成.

Claims

权 利 要 求

1 - 一种数字化电化学水处理方法， 其特征在于： 在进入饮、 用水供水系统 的进水管管段外绕制一段电感线圈， 由 PC机控制输出一定的波源频率和功率来 提供该电感线圈产生特定的电磁场， 从而对流经该段有电磁场的水管内的水进行 处理，

2 - 一种实现权利荽求 1所述的水处理方法的装置， 其特征在于： 由波源发 生器、 PC机及电感线圈构成， 所述波源发生器产生一将 60Hz - 60KHz的频率 调制在 400KHz - 1MHz频率上的交变复合脉冲感应电势， 该波源发生器由可变 电压发生器、 电压 /频率转换器、 高频振荡器、 载波调制器和双路驱动电路构成， 可变电压发生器的输出端与电压 /频率转换器的输人端连接， 从电压 /频率转换器 输出的频率以及高频振荡器输出的频率送到载波调制器进行混频调制， 经载波调 制器调制的信号送到双路驱动电路进行功率放大， 其输出信号连接到 PC机的输 人端， 经 PC机数据比较处理后的输出信号连接到所控制的电感线圈两端， 以控 制电感线圈产生的磁场； 所述电感线圈套设在进入供水设备的一段进水管段外。

3 - 根据权利要求 2所述的一种电磁场水处理装置， 其特征在于： 所述的波 源发生器的可变电压发生器由 555时基集成电路 IC1和运算集成电路 IC2构成； 电源 /频率转换器由集成电路 IC3构成;高频振荡器、载波调制器由集成电路 IC4、 IC5构成；双路驱动电路由两对功率推挽三极管 BG1 、 BG2、 BG3 、 BG4构成。

4 . 根据权利要求 2所述的一种数字化电磁场水处理装置， 其特征在于： 所 述的波源发生器的输出频率和功率是可调的， 也可为恒定的。

5 . 根据权利要求 1或 2所述的一种数字化电磁场水处理装置， 其特征在于： 所述的波源发生器的输出频率和功率为恒定时， 其输出可直接连接电感线圈。