專利名稱：一種水電場(chǎng)誘導(dǎo)荷電層消毒方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以極低能耗對(duì)水(含污水)采用物理方法進(jìn)行消毒的方法，本發(fā)明 還涉及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
各種生活污水、景觀水、家庭魚類養(yǎng)殖、工業(yè)冷卻循環(huán)水等都要求對(duì)水進(jìn)行不同程 度的消毒處理，殺滅或抑制水中微生物的繁殖。目前常規(guī)的水消毒技術(shù)主要分化學(xué)消 毒和物理消毒兩種。
化學(xué)消毒主要有氯消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、微電解消毒等。 化學(xué)消毒雖然效率較高，但需要向水中添加化學(xué)物質(zhì)，改變水的化學(xué)組成，因水質(zhì)的 不同會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)。
物理消毒主要有紫外線消毒、磁化消毒、脈沖電場(chǎng)消毒和高壓靜電場(chǎng)消毒。其 中脈沖電場(chǎng)消毒技術(shù)是在兩個(gè)電極間產(chǎn)生瞬間高壓，流經(jīng)水中的電流將水中的微生物 殺死；高壓靜電場(chǎng)消毒技術(shù)中采用兩個(gè)電極與水絕緣，兩極間形成穩(wěn)定的高壓靜電場(chǎng)， 導(dǎo)致水中產(chǎn)生超氧陰離子自由基、過氧化氫等具有殺滅細(xì)菌能力的活性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)消毒。 脈沖電場(chǎng)消毒技術(shù)需要有電流穿過水體，能耗較大，有電化學(xué)產(chǎn)物生成。高壓靜電場(chǎng) 消毒至少需要上萬伏的電壓才能在水中形成電場(chǎng)強(qiáng)度較高的靜電場(chǎng)，以產(chǎn)生具有消毒 能力的活性物質(zhì)，消毒時(shí)間需要數(shù)小時(shí)乃至幾十個(gè)小時(shí)，設(shè)備要求高、漏電率高，而 消毒效率太低，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種水電場(chǎng)誘導(dǎo)荷電層消毒方法，為消毒效率要求 不高的場(chǎng)合提供能耗小、運(yùn)行費(fèi)用低、操作維護(hù)方便、不改變水的化學(xué)成分的清潔節(jié) 能水消毒抑菌方法。
本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
本發(fā)明提出的方法是采用一個(gè)水槽式消毒反應(yīng)器，在反應(yīng)器中設(shè)置正、負(fù)極板或直 接利用正、負(fù)電極板作為水槽消毒反應(yīng)器的兩相對(duì)側(cè)壁，并保證正、負(fù)電極之間的距 離不大于6mm且留有水流通過的間隙，讓被消毒的水進(jìn)入反應(yīng)器，流經(jīng)正、負(fù)極板之
3間后再流出，同時(shí)使用直流電源或脈沖電源對(duì)正、負(fù)極板充電，提供正、負(fù)電荷，使 在正、負(fù)極板上面保持足夠的電荷密度。反應(yīng)器中的水接地，保持水電位為零，水內(nèi) 部電場(chǎng)強(qiáng)度為零。當(dāng)水中的微生物在水流作用下或隨意游動(dòng)中進(jìn)入正、負(fù)極板上的荷 電層時(shí)，會(huì)被殺滅。
本發(fā)明中，消毒反應(yīng)器類似一個(gè)介質(zhì)為水、內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零的大"電容"，使用直流 電源或脈沖電源對(duì)正、負(fù)兩極充電，在上面保持足夠的電荷密度。水在與正、負(fù)極接 觸的界面上形成與正、負(fù)極電荷相反的荷電層，該荷電層內(nèi)的鉀、鈉、氯等保持細(xì)胞 膜滲透壓平衡的離子濃度與主體水不同，如正極板附近帶負(fù)電的荷電層中，幾乎不存 在鉀、鈉等對(duì)維持細(xì)胞膜內(nèi)外滲透壓和生命活動(dòng)所必需的極為重要的正離子，而氯等 陰離子濃度高，當(dāng)水中細(xì)菌等微生物進(jìn)入荷電層后，細(xì)胞生命活動(dòng)所需各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 在細(xì)胞膜外水中的化學(xué)位發(fā)生很大變化，導(dǎo)致細(xì)胞不能正常與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換， 正常的新陳代謝活動(dòng)受到干擾，導(dǎo)致死亡或生長(zhǎng)繁殖受到抑制，由此達(dá)到消毒效果。 這與高壓靜電消毒技術(shù)依靠在水中形成的高電場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生的活性物質(zhì)殺滅微生物機(jī)理 不同。
本發(fā)明提出的實(shí)現(xiàn)上述方法的消毒裝置結(jié)構(gòu)如下
該消毒裝置包括電源和消毒反應(yīng)器兩大部分。消毒反應(yīng)器為水槽式，水槽消毒反應(yīng) 器兩側(cè)有進(jìn)出水口，水槽消毒反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置正、負(fù)電極板或直接利用正、負(fù)電極板 作為水槽消毒反應(yīng)器的兩相對(duì)側(cè)壁，外接直流電源或脈沖電源為正、負(fù)兩極充電。兩 個(gè)極板可以都外面包覆絕緣材料，也可以只有一個(gè)電極包覆絕緣材料，以阻止有電流 通過被消毒水體。通常正極板外面包覆絕緣材料，使正極與水絕緣，負(fù)極板可以包覆 絕緣材料也可以不包覆，如果負(fù)極板包覆絕緣材料，則需增加接地線將被消毒水接地。
本發(fā)明中，水中誘導(dǎo)荷電層的厚度越大、面積越大，滅菌的效率越高。被消毒水采 用一批一批的方式進(jìn)行消毒，也可以采用連續(xù)進(jìn)水的方式。正、負(fù)極板間距一般要求 小于6mm，只要不造成堵塞，間距越小，效率越高，較大的間距導(dǎo)致微生物進(jìn)入荷電 層的幾率下降，消毒效率及其穩(wěn)定性大幅下降。
針對(duì)糞大腸菌群而言，水在消毒反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間應(yīng)不小于20分鐘，具體時(shí)間 與微生物種類有關(guān)。
與現(xiàn)有消毒技術(shù)相比，該水消毒方法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。由于沒有電流通過水體， 整個(gè)消毒裝置的能耗只有電源自身的一點(diǎn)能耗和極微弱的漏電。此外，由于沒有向水中添加任何化學(xué)藥劑，不存在改變水的化學(xué)性質(zhì)甚至二次污染的問題，因此還是一種 綠色環(huán)保消毒技術(shù)。但該技術(shù)的弱點(diǎn)是滅活率一般情況下不如現(xiàn)行的化學(xué)和紫外線消 毒技術(shù)， 一般在40%~95%之間，適合于能耗要求低，但滅活率要求不高的場(chǎng)合。
應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)循環(huán)冷卻水消毒、懸浮物少的天然水、廢水、污水和中水消毒、飲 用水消毒，景觀水消毒，家庭觀賞魚水箱水消毒等。


圖1是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1和圖2，該消毒裝置由兩大部分組成電源5和消毒反應(yīng)器6。電源可以 采用普通直流電源、高壓直流電源或脈沖電源，為消毒反應(yīng)器的正、負(fù)極板提供正電 荷。消毒反應(yīng)器為一水槽， 一側(cè)設(shè)有進(jìn)水管3，另一側(cè)有出水管4。正電極板l和負(fù)電 極板2可以構(gòu)成水槽的側(cè)壁，如圖1所示，或者將正電極板1和負(fù)電極板2設(shè)置在水 槽內(nèi)部，如圖2所示，兩個(gè)極板可以都外面包覆絕緣材料，也可以只有一個(gè)電極包覆 絕緣材料，以阻止有電流通過被消毒水體。通常正極板外面包覆絕緣材料，使正極與 水絕緣；負(fù)極板可以包覆絕緣材料也可以不包覆，如果負(fù)極板包覆絕緣材料，則需增 加接地線將被消毒水接地，以保證被消毒水的電位為零，確保人身安全。正、負(fù)電極 的之間距離應(yīng)不大于6mm，并保持可供水流通過的間隙，只要不造成堵塞(與消毒水 質(zhì)有關(guān))，間距越小，效率越高，較大的間距導(dǎo)致微生物進(jìn)入荷電層的幾率下降，消毒 效率及其穩(wěn)定性大幅下降。當(dāng)正、負(fù)極板間距較大時(shí)，雖然電壓非常高，但依然起不 到消毒效果。此外，還可以再裝置內(nèi)設(shè)置曝氣管7，或采用鼓氣攪拌、提高水的紊流狀 態(tài)等方式提高水中微生物進(jìn)入荷電層的幾率，從而提高微生物滅活率。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的消毒裝置還有各種形式
電極形式(1)正負(fù)極交替排列的平板式正、負(fù)極板均為平板，正極板與負(fù)極板
交替，，水在極板之間的縫隙流動(dòng)。正、負(fù)電極板的距離不大于6mm，只要不造成堵 塞(與消毒水質(zhì)有關(guān))，間距應(yīng)盡可能小。(2)正負(fù)極交替排列的網(wǎng)格式正、負(fù)極板
的排列方式同平板式，但極板為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，水即可以穿過極板也可以在極板之間流動(dòng)。 為提高滅活率，網(wǎng)眼和極板間距應(yīng)盡可能小，但也要考慮堵塞及維修的方便。
電源(1)直流電源使正、負(fù)之間的電壓差始終保持不變。(2)脈沖電源當(dāng)正、負(fù)極板充電完成后，斷開電源，由于漏電的存在，正、負(fù)極板上的電荷緩慢減少，等 到一定程度，重新對(duì)正、負(fù)極板充電，這種方式可進(jìn)一步降低電源自身的能耗。當(dāng)極 板間距小時(shí)，電壓從幾十伏到上萬伏，具體設(shè)置需綜合考慮極板間距和流速等因素。
權(quán)利要求
1、一種水電場(chǎng)誘導(dǎo)荷電層消毒方法，所述方法是采用一個(gè)水槽式消毒反應(yīng)器，在反應(yīng)器中設(shè)置正、負(fù)極板或直接利用正、負(fù)電極板作為水槽消毒反應(yīng)器的兩相對(duì)側(cè)壁，正、負(fù)電極的距離不大于6mm，讓被消毒的水進(jìn)入反應(yīng)器，流經(jīng)正、負(fù)極板之間后再流出，同時(shí)使用直流電源或脈沖電源對(duì)正、負(fù)極板充電，提供正、負(fù)電荷，使在正、負(fù)極板上面保持足夠的電荷密度，所述反應(yīng)器中的水接地，保持水電位為零，水內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零，當(dāng)水中的微生物在水流作用下或隨意游動(dòng)中進(jìn)入正、負(fù)極板上的荷電層時(shí)，即被殺滅，實(shí)現(xiàn)消毒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電場(chǎng)誘導(dǎo)荷電層消毒方法，其特征在于，所述被消毒 水采用一批一批的方式進(jìn)入水槽式消毒反應(yīng)器進(jìn)行消毒，或采用連續(xù)進(jìn)水的方式；水 在消毒反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間不小于20分鐘。
3、 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的消毒裝置，所述消毒裝置包括電源和消毒反應(yīng)器兩 大部分；所述消毒反應(yīng)器為水槽式，水槽消毒反應(yīng)器兩側(cè)有進(jìn)、出水口，水槽消毒反 應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置正、負(fù)電極板或直接利用正、負(fù)電極板作為水槽消毒反應(yīng)器的兩相對(duì)側(cè) 壁，正、負(fù)電極板的距離不大于6mm，它們之間為水流通道，正、負(fù)電極板外接直流 電源或脈沖電源，為正、負(fù)兩極充電，正、負(fù)電極板外面都包覆絕緣材料，或只有一 個(gè)電極板包覆絕緣材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的消毒裝置，其特征在于所述正極板外面包覆絕緣材料， 與水絕緣，所述負(fù)極板不包覆絕緣材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的消毒裝置，其特征在于所述正極板和負(fù)極板外面均包 并設(shè)置接地線將被消毒水接地。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的消毒裝置，其特征在于所述正負(fù)極板為平板式，在水 槽消毒反應(yīng)器交替排列。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的消毒裝置，其特征在于所述正、負(fù)極板為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)， 正極板與負(fù)極板交替。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的消毒裝置，其特征在于所述裝置內(nèi)設(shè)置曝氣管。'
全文摘要
本發(fā)明提出一種水電場(chǎng)誘導(dǎo)荷電層消毒方法及裝置，采用一個(gè)水槽式消毒反應(yīng)器，在反應(yīng)器中設(shè)置正、負(fù)極板或直接利用正、負(fù)電極板作為水槽消毒反應(yīng)器的兩相對(duì)側(cè)壁，并保證正、負(fù)電極之間的距離不大于6mm且留有水流通過的間隙，讓被消毒的水進(jìn)入反應(yīng)器，流經(jīng)正、負(fù)極板之間后再流出，同時(shí)使用直流電源或脈沖電源對(duì)正、負(fù)極板充電，提供正、負(fù)電荷，使在正、負(fù)極板上面保持足夠的電荷密度。反應(yīng)器中的水接地，保持水電位為零，水內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零。當(dāng)水中的微生物在水流作用下或隨意游動(dòng)中進(jìn)入正、負(fù)極板上的荷電層時(shí)，會(huì)被殺滅。本方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、無化學(xué)污染。
文檔編號(hào)C02F1/48GK101597099SQ200910104249
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者東 李 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)