CN1148031A - 水的净化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种在被处理水溶液中配置阴极和阳板，通过给予微生物以电能，使微生物失活、破裂的水净化方法及其装置。被处理水1通过阳极3，由狭缝13导入处理室2内，在非接触状态下，由阳极3和阴极9给予被处理水溶液中的微生物以电能。由于阴极3为装有多个翅片10的旋转体4，迫使阳极3附近的被处理水溶液由阳极流向远处，因此，失活、破裂了的微生物的原生质不会与阳极3接触停留，降低阳极效率。

Description

水的净化方法及其装置

本发明涉及使微生物失活、破裂，以杀菌、杀病毒、消毒和灭菌的水的净化方法及其装置。

在现有技术中，已有多种高效率地使绿脓杆菌、大肠杆菌等细菌、真菌或更微小的病毒等微生物破裂，即进行杀菌、消毒或灭菌处理的技术。但是，这些方法似乎未对微生物的特性进行深入探讨。例如，电化学杀菌技术已为人们了解，这种方法是以通过使微生物与电极表面或电介质接触，阻碍其生化反应来使微生物破裂为前提的。然而，由于细菌表面通常带负电，被阳极吸引，发生接触时菌体破裂确是事实，但若菌体量较多，菌体内部的原生质(蛋白质)积累，会使细菌处于被蛋白质保护的状态，则由于形成某种电屏蔽状态，而会降低杀菌功能，且易在电极的维护管理上产生问题，由此，其实用化曾被认为是困难的。

然而，本发明者在关注细菌的破裂状况和考虑了微生物的特性的基础上，对微生物以怎样的机制破裂进行种种研究后，结果发现了细菌在与阳极接触前边喷出细胞质边崩溃的现象。这可以认为是由于菌体作为微生物电容器，当在电场中，接受电荷，使其电量超过静电电容时，引起细胞膜破裂，导致死亡。

本发明是根据上述发现而提出的。本发明的水净化方法是一种将被处理水导入对立地放置有阴极和阳极的处理室内，给予被处理水溶液中的微生物以电能，使微生物失活、破裂的方法。在给予微生物以电能时，使阳极附近的被处理水溶液处于由阳极向远处流动的状态或振动阳极附近的被处理水溶液，或振动阳极等，进行上述任一种处理，以避免阳极与微生物、阳极与已失活、破裂的物质的接触。这样，使被处理水溶液中的微生物失活、破裂，并在上述处理室内外，将包括由此产生的碎屑的已失活、破裂的物质除去，然后将被处理水作为净化水取出。

本发明的目的还在于将上述净化水用高纯度滤器过滤，进一步除去溶液中的杂质。并且，在上述水净化方法中，给予微生物以强电能，将被处理水溶液中随之产生的气泡另外用超声波破坏。

另外，本发明的水净化装置是一种将被处理水导入对立地放置有阴极和阳极的处理室内，给予被处理水溶液中的微生物以电能，使微生物失活、破裂的装置，在上述处理室中，设有使阳极附近的被处理水溶液处于由阳极向远处流动状态的流动装置、振动阳极附近的被处理水溶液的溶液振动装置和振动阳极的阳极振动装置中的至少一种，另外，在该处理室内外，还设有碎屑除去装置。

还有，在上述水净化装置中，将阳极制成旋转体，作为被处理水溶液的流动装置。另外，在上述水净化装置中，碎屑除去装置系在处理室内外，单用或合用阳极筛网或阳极过滤器。溶液振动装置系使用配置在阳极附近的超声波振动器。阳极振动装置系使用与配有阳极、阴极的电极盒连接的振动机。另外，本发明的目的还在于提供一种组合了上述各种流动装置、溶液振动装置、阳极振动装置以及碎屑除去装置和采用高纯度过滤器的水净化装置。

在上述本发明中，目的是通过具有电场的液体，给予微生物以电能，促进微生物细胞内外的渗透，爆裂性地破坏微生物细胞的境界膜。使用具有电场的液体是为了插入电极后使含微生物的溶液本身通电。这里，给予与电极处于非接触状态的微生物以电能，是为了使上述微生物的境界膜破裂。通电的方式可以是电介性通电，也可以是非电介性通电。

在上述和下述说明中，“被处理水”一词是指含细菌或更微小的病毒等微生物的溶液，如自来水及其他饮用水、用于对手脚进行杀菌的洗涤水、洗澡水、游泳池水等、以及用于洗涤工业制品的洗涤水等，作为需要使微生物失活、破裂的溶液的通称，广义地使用。“电能”可适当地在低～高、弱～强间变化，根据净化对象即被处理水的量、净化装置的规模及其他条件而定。“净化”一词系作为进行微生物的杀菌、杀病毒、消毒、灭菌等以及除去有机杂质的概念用语而使用。“境界膜”一词系作为将细胞的原生质与外界隔开的境界膜、外膜、界面膜、原生质膜、细胞壁等的通称而广义地使用。“爆裂性破裂“一语作为直接含义，表示当细胞膜的弹性大时，出现强烈的膜收缩，内容物(原生质)喷出、呈放射状向四方散射的状态、当细胞膜弹性小且细胞的内压大时，出现局部破裂并喷出，但散射较少的状态、或当同样地细胞膜的弹性小且相对地外压低时，内容物喷出并出现散射的状态等，但“破裂”一语并不限于这些，作为间接含义，还广义地包括膜变性、膨胀破裂、作为菌体破裂的一般现象的溶解、脱水、凝固、融解、穿孔等破裂状态。

还有，“电荷水”系作为带电水、蓄电水、功能水、电解处理水、高氧化电位水、强酸性电解生成水溶液等的通称使用。“通电”不仅限于向加入电介质(NaCl等)的溶液电介性通电，还包括向纯水、精制水等一般认为无导电性的溶液非电介性通电。当为后者时，本发明者发现，若使活菌浮游在纯水或精制水中进行通电，则可产生比电介性通电小的电流。现已查明，这是菌体间的一种跳跃传导作用(非电介性通电的一种)，菌体向阳极方向形成一定的流动。“渗透”(osmosis)是指在被水能透过而溶质不能透过的膜隔开的区间，溶液中的水向浓度高的一侧移动的现象，若渗透压增大，会导致境界膜破裂。还有，“不可逆性变化”广义地表示阻碍境界膜的物质交换、境界膜自身的变性、变质、原生质的变性、变质。

下面说明本发明的实施方式，以说明水净化装置的实施方式为中心，根据需要，还对水的净化方法进行说明。实施方式1

结合图1至图3，说明实施方式1。在实施方式1中，为使被处理水处于积极的流动状态，在连续处理用的处理室2内，配置有制成旋转体4的阳极3。处理室2如图2所示，将在、右圆筒5、6在中央狭窄部7连接，在圆筒5、6的中央，分别配置有可旋转自如的旋转体4、8，在围绕其的周围位置配置有多个阴极9，且为了使被处理水溶液液流对撞，在处理室2内，主要是在围绕阳极3的周围设置有挡板21。

旋转体4、8在其圆筒状轴上装有多个形成弯曲状的翅片10，旋转体4还设有导入被处理水1的导入口11，旋转体8设有排出经净化过的溶液的排出口12。并且，在旋转体4的轴上形成有用以喷出溶液的多个狭缝13，在旋转体8的轴上形成有用于为取出经净化的溶液的溶液排出用的多个狭缝14。此外，由于旋转体4系用作“阳极3”，在其轴内，作为不溶性阳极，装有铂制成的第一阳极板15，另外，翅片10系用钛制成，作为第二阳极板。

上述旋转体4可作为使阳极3附近的被处理水溶液处于由阳极3向远处流动的状态的“被处理水溶液的流动装置”。

此处理室2的底部，设有超声波振动器16和阳极筛网17。超声波振动器16设置在旋转体4即阳极3的附近，作为“溶液振动装置”，发挥振动阳极3附近的被处理水溶液的功能，并且，当在阳极9和阳极3间通入低或高电流、低或高电压，给予微生物以电能时，还具有破坏被处理水溶液中产生的气泡的功能。

阳极筛网17可用作“碎屑除去装置”，配置在圆筒5、6间的狭窄部7的底部。该阳极筛网17系由于使微生物失活、破裂后，被处理水溶液中混入大量的碎屑18，为此，在图1和图2中，在由左流向右边的途中，吸引大量的碎屑，由碎屑排出口19排出、除去。20为高纯度过滤器，可将除去碎屑后的被处理水溶液(经净化的溶液)就此取出，也可以再用该高纯度过滤器20进一步纯化后取出。

在实施方式1中，若由旋转体4的导入口11导入被处理水1，则被处理水由狭缝13喷出，使旋转体4与翅片10一起转动，其结果，阳极3附近的被处理水溶液变成由阳极3向远处流动的状态。并且，由于在充满处理室2的被处理水1中阳极9与阳极3之间有电流通过，含于被处理水1中的微生物被给予电能。被给予电能后，微生物境界膜内外的渗透得到促进，境界膜爆裂性地破裂，在喷出细胞质(原生质)的同时发生崩溃，使大量的微生物基本失活和破裂。由该失活、破裂产生的物质中含有大量的碎屑18，碎屑18等混入溶液中，由于溶液被旋转体4刮起，不靠近阳极3(具体地说，是第一阳极板15和作为第二阳极板的翅片10)，而由阳极3流向远处，碎屑18等一起被流走，途中，大量的碎屑18被配置在狭窄部7的底部的阳极筛网17捕获，且由碎屑排出口19被积极地排出和除去。

微生物的失活、破裂现象发生在微生物接触阳极3以前，微生物的失活、破裂作用在与阳极3非接触的状态下进行。由于旋转体4产生的被处理水溶液的流动状态和/或超声波振动器16产生的被处理水溶液的超声波振动状态阻碍了阳极3与微生物以及阳极3与碎屑18的接触，碎屑18被旋转体4推开，因此，可避免微生物和碎屑18与阳极3接触所产生的不利情况。即，可避免阳极效率的下降，相应地，电极的维护管理变得容易，可大量地洗涤、处理被处理水1。

在给予微生物以电能时，由于作为微生物电容器的菌体在电场中接受电荷，当超过静电电容时，菌体细胞膜破裂，菌体死亡。因此，不需要使用很强的电能即可进行使微生物失活、破裂的水净化处理。另外，对具有坚韧的境界膜的微生物，也完全可以在阳极9与阳极3之间通入大电流、高电压，给予微生物以高的电能。并且，由于此时被处理水溶液中产生的气泡可用超声波振动器16高效率地破坏，因此，可促进附着在气泡上的微生物的失活和破裂。

而且，在实施方式1中，由于经净化的溶液由旋转体8的狭缝14吸入，由排出口12排出，因此，可连续地导入和排出被处理水1，并可连续地进行水净化处理。还可以将取出的净化水用高纯度过滤器20进一步提高纯度，制成准纯水。准纯水作为工业制品的洗涤水可能较为适宜。也完全可以将处理室2作为一个单元，制备多个，将它门连接。这样可以进一步提高水的净化效率。实施方式2

结合图4说明实施方式2。实施方式2系说明用于进行间歇处理(即分批处理)的水净化方法及其装置。为使被处理水30处于积极的流动状态，在处理室31配置有用电动机32驱动旋转的阳极33。该阳极33用作“旋转体”，圆筒轴34和翅片35是用不溶性阳极金属整体形成的。在圆筒轴34上，配置有多个喷出口36。并且，在处理室31的壁面，在围绕阳极33的周围设置有多个阴极37。形成为上述“旋转体”的阳极33可作为使阳极33附近的被处理水溶液处于由阳极33向远处流动状态的”被处理水溶液的流动装置”使用。

在处理室31的底部，设有超声波振动器38，该超声被振动器38安于“旋转体”即阳极33的附近，在发挥振动阳极33附近的被处理水溶液的“溶液振动装置”的功能的同时，还兼有当在阳极37与阳极33间通入大电流、高电压，给微生物强电能时破坏被处理水溶液中产生的气泡的功能。

在处理室31上，连接有排出导管39，在其中间，插入有作为“碎屑除去装置”的阳极筛网40。该阳极筛网40系用于捕捉微生物失活、破坏时溶液中大量产生的碎屑41，从溶液中将碎屑41积极地除去。因此，在横式圆筒形盒41内装有筒形阳极筛网40，使被处理水溶液流经其中，在这过程中，大量的碎屑41被阳极筛网40吸引，并由碎屑排出口42排出。可将除去碎屑41后的净化水就此取出，也可用高纯度过滤器43进一步除去杂质后作为准纯水取出。

在实施方式2中，将被处理水30导入圆筒轴34后，被处理水由喷出口36喷出，充满处理室31内，与此同时，由于被电动机32驱动旋转的作为“旋转体”的阳极33，阳极33附近的被处理水溶液处于由阳极33流向远处的状态。由于在充满处理室31内的被处理水30中阴极37与阳极33之间通入有电流，被处理水30中含有的微生物被给予电能。被给予电能后，微生物境界膜内外的渗透得到促进，境界膜爆裂性地破裂，大量的微生物边喷出细胞质(原生质)边崩溃，基本上失活、死亡。失活、死亡后产生的大量碎屑41被“旋转体”刮起，不靠近阳极33而通过排出导管39被阳极筛网40捕获，由碎屑排出管42除去。也可用高纯度过滤器43进一步除去杂质，制成准纯水取去。

微生物的失活、破裂现象发生在微生物接触阳极3以前，微生物的失活、破裂作用在与阳极33非接触的状态下进行。由于旋转体产生的被处理水溶液的流动状态和/或超声波振动器38产生的被处理水溶液的超声波振动状态阻碍了阳极33与微生物以及阳极33与碎屑41的接触，碎屑41被旋转体推开，因此，可避免微生物和碎屑与阳极33接触所产生的不利情况。即，可避免阳极效率的下降，相应地，电极的维护管理变得容易。

在给予微生物以电能时，由于作为微生物电容器的菌体在电场中接受电荷，当超过静电电容时，菌体细胞膜破裂，菌体死亡。因此，不需要使用很强的电能即可进行使微生物失活、破裂的水净化处理。另外，对具有坚韧的境界膜的微生物，也完全可以在阴极37与阳极33之间通入大电流、高电压，给予微生物以高的电能。并且，由于此时被处理水溶液中产生的气泡可用超声波振动器38高效率地破坏，因此，可促进附着在气泡上的微生物的失活和破裂。实施方式3

结合图5和图6说明实施方式3。实施方式3系说明用于进行连续处理的水净化方法及其装置。为使被处理水50处于积极的流动状态，在处理室57中，于直线上对应位置设有导入口52和排出口53，在处理室51内还装有交替配置有多个阳极54和阴极55的电极盒56。并且，在该电极盒56上，还连接有振动机57。在排出口53的附近，装有作为“碎屑除去装置”的阳极过滤器58，并设有碎屑排出口59。在盒60内，阳极过滤器58与配置成螺旋状的整流板61组合，迫使含大量碎屑62的溶液液流移向阳极过滤器58，使其与阳极过滤器58接触，高效率地除去碎屑。63表示高纯度过滤器。

在实施方式3中，由导入口52导入处理室51的被处理水50通过交替配置有多个阴极55和阳极54的电极盒56。在这过程中，被处理水50被给予电能，被处理水50中的微生物失活、破裂。溶液就此由阳极54流向远处，碎屑62与阳极54的接触被阻碍。另外，由于振动机57振动电极盒56，微生物和碎屑59也不会与阳极54接触。从而可避免由微生物和碎屑59与阳极54接触而产生的不利情况。即，不会引起阳极效率下降，从而相应地使电极的维护管理变得容易。

由导入口52流向排出口53的被处理水溶液的流动状态可通过图中未标示的阀容易地控制其流速，对微生物给予电能的状态也可以与被处理水溶液的流速一起加以控制。其它说明由于参照上述实施方式1和2容易理解，为避免重复，在此省略。

根据本发明的水净化方法及其装置，由于在不接触阳极的状态下给予微生物电能，引起微生物细胞境界膜的破裂，由此，可防止由碎屑、微生物与阳极接触产生的不利，即可防止阳极效率下降，还具有杀菌效率不下降、从而可用较小的电量通电的效果。并且，可大量地净化处理被处理水，还可得到准纯水。

图1为实施方式1的水净化装置的内部侧面简图。

图2为沿图1中的A-A线的剖面筒图。

图3为将图1的旋转体部分剖开后的立体图。

图4为实施方式2的水净化装置的内部侧面简图。

图5为实施方式3的水净化装置的内部侧面简图。

图6为沿图5的B-B线的碎屑除去装置的剖面简图。

            符号说明

1、30、50             被处理水

2、31、51             处理室

3、33、54             阳极

4                     旋转体

16、38                超声波振动器

17、40                阳极筛网

18、41、62            碎屑

20、43、63            高纯度过滤器

Claims (13)

1.一种水净化方法，其特征在于，将被处理水导入相对地放置有阴极和阳极的处理室内，给予被处理水溶液中的微生物以电能，使微生物失活、破裂，通过使阳极附近的被处理水溶液处于由阳极流向远处的状态、或振动阳极附近的被处理水溶液、或振动阳极等处理方法中的任一种，阻碍阳极与微生物和失活、破裂生成的物质接触，在上述处理室内外除去碎屑后，将被处理水溶液作为净化水取出。

2.如权利要求1所述的水净化方法，其特征在于，用高纯度过滤器处理除去碎屑后的被处理水溶液，除去被处理水溶液中的杂质。

3.如权利要求1或2所述的水净化方法，其特征在于，给予微生物以强电能，对被处理水溶液进行超声波处理和/或振动电极，破坏被处理水溶液中产生的气泡。

4.一种水净化装置，其特征在于，将被处理水导入相对地放置有阴极和阳极的处理室内，给予被处理水溶液中的微生物以电能，使微生物失活、破裂，在上述处理室内设置用于使阳极附近的被处理水溶液处于由阳极流向远处的状态的流动装置、振动阳极附近的被处理水溶液的溶液振动装置或振动阳极的阳极振动装置中的至少一种，还在该处理室内外设置碎屑除去装置。

5.如权利要求4所述的水净化装置，其特征在于，将阳极制成旋转体，作为被处理水溶液的流动装置。

6.如权利要求4或5所述的水净化装置，其特征在于，溶液振动装置为用于使被处理水溶液的液流对撞的设置在处理室内的挡板。

7.如权利要求4或5所述的水净化装置，其特征在于，溶液振动装置为配置在阳极附近的超声波振动器。

8.如权利要求4或5所述的水净化装置，其特征在于，阳极振动装置为与装有阳极、阴极的电极盒连接的振动机。

9.如权利要求4或5所述的水净化装置，其特征在于，碎屑除去装置为将阳极筛网或阳极过滤器单独使用或合用的、配置在处理室内外的装置。

10.如权利要求4或5所述的水净化装置。其特征在于，为除去已除去碎屑的、经净化的水溶液中的杂质，还设有高纯度过滤器。

11.如权利要求4或5所述的水净化装置，其特征在于，处理室可连续地导入和排出被处理水。

12.如权利要求4或5所述的水净化装置，其特征在于，处理室可间歇地导入和排出被处理水。

13.如权利要求4或5所述的水净化装置，其特征在于，将多个上述处理室连接而成。

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