CN1209292C - 水净化***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种水净化***及其方法，该***及其方法使用一个电离器和臭氧处理装置，来电离、氧化和/或分解水中的不可降解的污染物。先对流经电离器的水施加一个能诱发电子的高电压使得水中不可降解的物质电离和/或分解，再将水与臭氧混合，净化后得到可饮用的水。
Description
技术领域
本发明涉及一种水净化***及其方法，尤其涉及一种通过使用电离器和臭氧处理来分解和氧化水中不可分解的污染物质，来净化污水的***及其方法。
背景技术
很多水污染问题是由化学药品和/或化合物的处理不当而流入地下水储层、溪流、湖泊和江河而造成的。由于使用化合物净化水可能会导致另一种形式的污染物或者可能对生态造成危害，因此人们十分希望能够不需要加入化合物就可以对污水进行处理。
既然无论加入氯、聚电解质，还是絮凝剂来杀灭微生物或除去金属或化合物的污水处理***，都需要在它们使用之前生产出这些物料，因此从生态的角度讲，人们希望得到一种能够尽可能减少在水处理过程中这些材料的使用量的水处理***，从而能够进一步减少这些材料的生产量。
氯气常用来对家庭用水和废水的消毒处理，然而，已经表明氯气可以和存在于水中的腐殖质反应产生与动物体内的致癌物质是一样的三卤甲烷(THM)，即三氯甲烷。
有时电化学方法也被用于去除或分解水中的杂质，可以使用阳极氧化方法来破坏水中的氰化物和苯酚类、铵和有机染料。
虽然早在1903年臭氧就被用来处理饮用水，但很多人只考虑到其作为消毒剂的使用，并没有利用臭氧的高活性氧化质量。换句话说，习惯上臭氧是被用来杀菌，而不是辅助分解和/或除去污染物。
发明内容
本发明的目的是提供一个水净化***及其方法，该水净化***及其方法使用一个电离器和一个臭氧化处理装置，在不加入任何化学药品的条件下，来进行高效的电离、分解或氧化不可降解的污染物，如大部分重金属和其它无机物质，以及包括烃类、苯酚类、THM、氰化物、农药和其它物质在内的多种有机物质。
本发明的另一个目的是提供一个电离器，该电离器能够通过施加一高频高电压电源来诱发和加速出射电子，从而电离或分解水中不可降解的物质。
本发明的优选实施方式的一个突出的有益特征是该发明可以应用于各种不同类型的水处理，包括但不限于饮用水处理、废水处理、家庭用水处理以及工业或畜牧业的水处理应用。
为了实现本发明的这些目的和其它的目的，以及其相关特征，在此作广泛的描述，本发明包括：
至少一个电离器，该电离器包括：
一个圆柱状的筒体，该筒体具有一个水流进口和一个水流出口；
至少一个阳极棒，该阳极棒被一个同轴的圆柱状绝缘护套所包围；
至少一个阴极棒，该阴极棒被一个同轴的圆柱状绝缘护套所包围；
至少一个圆柱形网状栅，该网状栅与阴极同轴且被阴极所包围；
一个用来产生臭氧的臭氧发生器；和
一个臭氧混合器，该臭氧混合器用来使水与臭氧发生器提供的臭氧相混合。
依照本发明的另一方面披露了一种水净化方法，包括以下步骤：
(a)提供至少一个适于产生电场的电离器；
(b)通过施加一高电压来激励电离器，从而产生一电场；
(c)使水流经过电离器，对水中不可降解的物质进行分解和氧化；
(d)过滤上一步骤中产生的淤泥；和
(e)向水中导入臭氧与水相混合。
另一方面，本发明提供了一种用于水净化体统的电离器，包括：
一个圆柱状的筒体，该圆柱状的筒体具有能使水流进和流出的一个进口和一个出口，该筒体使得水可以流经从进口到出口的流动路程；
至少一个阳极棒，该阳极棒被一同轴圆柱状绝缘护套所包围；
至少一个阴极棒，该阴极棒被一同轴圆柱状的绝缘护套所包围；
至少一个圆柱形网状栅，该网状栅与阴极同轴且被阴极所包围；
其中圆柱状筒体的两端被一固定装置覆盖密封，形成与外界隔绝的不透水装配。
前面对该发明的概括描述和下面对发明的详细描述均为示范性的描述，其目是为了进一步解释本发明。
附图说明
附图有助于进一步的理解本发明，结合对本发明的详细描述来解释本发明的基本原理，附图中：
图1为说明本发明中的水净化***的实施例的框图；
图2为本发明中的电离器的断面视图；和
图3为说明本发明中的电离器的电极的构造的透视图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明作详细说明。
参考图1，对本发明优选的水净化***的实施方式进行解释。如图所示，水净化***包括许多个电离器11，许多个电源17以及一个第一过滤器12，其中每个电源均向每个电离器提供一个高频高压电源，该第一过滤器12用来过滤流过电离器11后水中的污染物和淤泥。该***进一步包括一个用来向水中引入臭氧的臭氧混合器13，一个用来向臭氧混合器13提供臭氧的臭氧发生器14，一个用来过滤流经臭氧混合器13后水中的污染物和淤泥的第二过滤装置15。该***也可以包括一个磁化器，用来对水施加一磁场从而使水适于饮用。
一个水源(未示出)通过水管向多个的电离器11供给需要净化的水，在电离器11中，通过高频高压电源产生的高能电场的作用下，水中包括不可降解的物质在内的污染物被电离和/或被分解。
参考图2-3，依照本发明优选的实施方式，对电离器进行详细解释。电离器11具有一个圆柱状筒体21，该筒体具有可供水流进和流出的一个进口和出口，筒体21的结构可以使水沿着从进口22到出口23的路径流过。
筒体21中装有多个电极，它们包括一个阴极棒和一个阳极棒。阴极棒26围绕阳极棒27放置，虽然图中只显示了一个阳极棒，但存在放置多个阳极以及多个阴极围绕阳极放置的可能性。每一个阴极棒26被一同轴圆柱状绝缘护套24所包围，该护套由诸如陶瓷或玻璃等材料制成，所以可以防止阴极26直接和水接触，每一个阴极26的周围有一个同轴圆柱形网状栅。
阳极27也被一同轴圆柱状绝缘护套28所包围，该护套由与绝缘护套24相同的材料制成，所以也可以防止阳极直接与水接触，圆柱状筒体21的两端均被一固定装置器30覆盖密封，以提供不透水装配，固定装置器30也可能支撑住电极、绝缘护套和网状栅。
电源17产生在阴极26上激发电子感应所必须的高电压，电源17包括一个能够将低交流电压放大到通常在10至25KV之间的高整流电压的变压器，该低交流电压可以是市售的如100V、220V、380V或者440V电压。电源17进一步包括一个频率转换电路，该电路由可以将频率转换为范围在40到60KHz的高频率的整流器和转换器组成，如一个绝缘门控制双极晶体管(IGBT)。
本发明的发明者通过大量的实验，已经注意到产生电子感应范围所需的电压在大约10至25KV之间，而电压一定时，在达到较高的极限频率之前，诱发出的电子数量大约与频率成正比。而可用来产生有效的电子感应的可行的频率范围通常在40至60KHz之间。
电源17对电极施加一高电压后，激发的电子从阴极中诱发出来，具体的讲，电子是通过绝缘护套24诱发出来，然后通过网状栅加速电子，该网状栅最好是接地的。加速后的电子与水分子以及污染物发生碰撞，而使其电离或分解，具体说来，诸如重金属、CFC、THM或其它物质的不可降解的污染物，会在加速后的电子的轰击下电离。
水分子与加速后的电子碰撞产生氢离子，氢离子可以按如下所示的方式来去除水中的氮：
溶解在水中的重金属如Ni和Cd也可以被加速电子电离，它们也可能与氢氧根离子(OH)结合，然后形成絮状沉淀物。溶解在水中的有机物质也可能被加速电子电离后与氢离子结合。
电离室21可以包括一个铝层29，该铝层位于电离室的内表面墙上，可以除去水中的磷酸盐，铝层29优选分布在电离室内表面的周边区域，且具有一个预定的宽度，铝层的宽度范围可以在电离室的部分长度和电离室的全长之间。
铝层29被加速电子轰击后电离，从而可以提供铝离子Al3+，铝离子可以与来自磷酸盐的磷酸根离子结合：
因为油类物质和粘土的表面带负电荷，铝离子也能与悬浮在水中的油类物质或粘土结合。
虽然在最佳实施方式中公开的是每一个电离器配备一个能对其施加一个高电压的电源，但在特定的应用条件下，也可以只通过一个电源供电，激励并联的多个电离器。另外，可以根据各种应用情况的需要来调整电离器的数量。
在电离器中产生的不溶产物，通过过滤从水中分离除去，也就是说，在电离器11中产生的多种不同种类的淤泥、絮状物和沉淀物在流经第一过滤器单元12时可以被除去。
然后水被提供给位于过滤器单元下游的臭氧混合器13，臭氧产生于臭氧发生器14中，再提供给臭氧混合器13。
在最佳实施方式中，臭氧发生器14可以为电晕放电型发生器，电晕放电型臭氧发生器14通过向起始气体施加高能电场，其中起始气体可以是过滤过的空气，或者是PSA(压力涨落吸附)型氧气发生装置产生的氧气。其中一种典型的强电场是由一个变压器、整流器和一个如绝缘门控制双极晶体管(IGBT)的转换器组成的电源(未显示)供给的。该电源将低交流电压转换成足够裂化氧气分子的15KV，频率为1000Hz的高整流电压，该低交流电压可以是市售的电压，如频率为50Hz/60Hz，电压为100V、220V、380V或440V。高整流电压提供给一个为正，另一个为负的两个电极，该两个电极组成一种电容器，该电容器通常包括两个平行的板、同心圆筒或一些能使两电极间距离为—常数的其它几何形状。臭氧发生器14也可以作调整，以相似的结构来描述，在此将不对其作进一步的描述。
臭氧发生器14产生的臭氧被提供给臭氧混合器13，该臭氧混合器可以为一静态型输送管线混合器或其它类型的混合器。然后经过滤过的水与臭氧相混合，并滞留在臭氧混合器中一预定的时间，最好为几分钟。
在这一使水与臭氧结合的工序中，起到氧化水中有机成分、凝固细小颗粒来提高下游的过滤效果，以及从物理上杀灭存在于水中的大部分细菌、病毒和其它微生物的作用，也就是说，臭氧起到一种不产生有毒副产物的强氧化剂、絮凝剂和消毒剂的作用。
第二过滤器装置15具有多个多孔的陶瓷过滤器，该种过滤器能够除去粒径在1um到0.01um范围内的细小微粒，在优选的实施方式中，第二过滤器装置15可以有三个能够分别在1um、0.1um和0.01um粒径范围内过滤的过滤器。在臭氧混合器13中形成的各种各样的淤泥、絮凝物和沉淀物可以在流经第二过滤装置15后被除去。
虽然本发明的操作本身并不一定需要，但已观察到，如在净化水出口处安装一块磁铁可以提高本发明的应用效果。磁化器16具有至少一个磁铁，用来对过滤过的水产生一个磁场。由于当水流经电离器11中的高能电场时，一般说来水会变成无结构的。而当流经磁化器16产生的磁场时，水会呈现出结构上适于饮用的六边的，六角形的结构。研究表明人体健康细胞周围环绕的体液也呈现出六角形分子结构。六角形结构的水，因为与人体液相匹配，能够产生稳定性，从而有利于人体和健康。
表1表明使用本发明的水净化***净化后得到的结果，可以注意到，在使用本发明处理后的水中，污染物含量减少，水的纯度提高。
表1
| 污染物 | 参考标准含量(mg/l) | 使用本发明后含量(mg/l) |
| 磷酸离子 | 7 | - |
| CN- | 5.4 | - |
| 苯酚类 | 5.4 | - |
| Fe2+ | 4 | - |
| Cu2+ | 3 | - |
| NH4+ | 8 | - |
| NO3 - | 8 | - |
| BOD(生物需氧量) | 9 | - |
| COD(化学需氧量) | 11.4 | - |
| 浊度 | 18 | 3 |
| DO(溶解氧) | 5.6 | 18 |
对于本发明所属领域的技术人员来说，未脱离本发明精神和范围的各种对本发明装置的改动或变化是显而易见的，所以本发明的保护范围覆盖落入本发明的从属权利要求及其等同权利要求之内的对本发明的变动或修改。
Claims (14)
1、一种水净化***，包括：
至少一个电离器，该电离器包括：
一个圆柱状的筒体，该室具有供水能从中流进和流出的一个进口和一个出口；
至少一个阳极棒，该阳极棒被一个同轴的圆柱状绝缘护皮所包围；
至少一个阴极棒，该阴极棒被一个同轴的圆柱状绝缘护皮所包围；
至少一个圆柱状网状栅，该网状栅与阴极同轴且被阴极所包围；和
一个用来产生臭氧的臭氧发生器；和
一个臭氧混合器，该臭氧混合器用来使水与臭氧发生器提供的臭氧相混合。
2、如权利要求1所述的水净化***，其特征在于，所述的臭氧发生器为电晕放电型。
3、如权利要求1所述的水净化***，其特征在于，所述的臭氧混合器为静态型流动混合器。
4、如权利要求1所述的水净化***，其特征在于，进一步包括：
过滤装置，该过滤装置位于电离器的下游和臭氧混合器的上游，用于去除悬浮在经电离器处理后的水中的淤渣、絮凝物和沉降物。
5、如权利要求1所述的水净化***，其特征在于，进一步包括：
过滤装置，所述过滤装置为0.1～1微米孔径的过滤器，位于臭氧混合器的下游，用于去除悬浮在流经臭氧混合器后的水中的淤渣、絮凝物和沉降物。
6、如权利要求1所述的水净化***，其特征在于进一步包括：
磁化装置，该磁化装置位于臭氧混合器的下游，用于对流经臭氧混合器后的水施加一磁场。
7、如权利要求1所述的水净化***，其特征在于，所述电离器被施加的高电压范围在10～25KV之间，频率在40～60KHz之间。
8、如权利要求1所述的水净化***，其特征在于，所述电离器包括：
一个圆柱状的筒体，该圆柱状的室具有能使水流进和流出的一个进口和一个出口，该室使得水可以流经从进口到出口的路径；
至少一个阳极棒，该阳极棒被一同轴圆柱状绝缘护皮所包围；
至少一个阴极棒，该阴极棒被一同轴圆柱状的绝缘护皮所包围；和
至少一个圆柱状网状栅，该网状栅与阴极同轴且被阴极所包围，
其中圆柱状筒体的两端均被一固定装置器覆盖密封，用来提供一防水配合。
9、如权利要求8所述的电离器，其特征在于，圆柱状室的内表面上有一铝层。
10、如权利要求9所述的电离器，其特征在于，铝层分布在沿所述室的内表面的内周边区域，且具有一个预定的宽度。
11、如权利要求8所述的电离器，其特征在于，电离器被施加的高电压范围在10～25KV之间，频率在40～60KHz之间。
12、如权利要求11所述的电离器，其特征在于，所述的网状栅接地。
13、如权利要求8所述的电离器，其特征在于，所述绝缘护皮的材质是陶瓷或者玻璃。
14、一种净化水的方法，包括：
(a)提供至少一个适于产生电场的电离器；
(b)通过施加一高电压激活电离器从而产生一电场，所述电离器被施加的高电压范围在10～25KV之间，频率在40～60KHz之间；
(c)使水流经电离器，进行对水中不可分解的物质的分解和氧化；
(d)过滤上一步骤中产生的淤渣；
(e)向水中导入臭氧与水相混合；
(f)过滤上述步骤中产生的淤渣；和
(g)对水施加一磁场。
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