商务水的制造方法

商务水的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种商务水机，该水机包括主机和饮水终端，所述主机包括净水器以及与所述净水器连通的蓄水容器，所述饮水终端设有水箱，所述水箱与蓄水容器相连通；所述蓄水容器内设有第一杀菌装置，所述水箱内设有第二杀菌装置，所述第一杀菌装置和第二杀菌装置均包括至少一对阴电极和阳电极以及用于对所述阴电极和阳电极供电的电解电源；成对的阴电极和阳电极之间设有透水性隔膜，所述透水性隔膜覆盖在阳电极上，所述透水性隔膜与阴电极的间距δ范围是0≤δ≤10毫米。该水机能够制取富含活性氢的、低氧化还原电位的适于饮用的水。
【专利说明】间务水机

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种商务水机，属于水电解设备【技术领域】。

【背景技术】
[0002] 水为生命之源。伴随着社会进步以及环境污染的加剧，人们对日常用水(包括居民 生活用水，医疗用水、美容用水和食品制作等工业用水，等等）尤其是生活用水的水质提出 越来越高和越来越多样化的需求。
[0003] 由市政提供的民众日常生活用水，即使自来水厂出厂水质安全指标基本达标，输 送到民众用水终端的"龙头水"，由于下述原因，也己经成为一种（特殊的）微污染水：
[0004] 1)水环境污染日益恶化，现有自来水厂处理工艺陈旧，出厂水质已经难以达标 (特别是在突发饮用水卫生事件的情况下）；
[0005] 2)输水管网系统带来的二次污染；
[0006] 3)水中余氯与残留有机物相互作用，可能生成源水中没有的新的有害物质（例如 强致癌物三氯甲烷，等等）。
[0007] 因此，为保障饮水的绝对安全，有必要对龙头水加以再净化处理。在办公场所， 人们越来越多的通过商务水机对龙头水进行处理。目前市场上的商务水机一般有两种：1) 采用超滤膜为主体的净水处理工艺，出水指标应该不低于国家《CJ_1994_1999》直饮净水标 准；2)采用反渗透膜水处理工艺，得到俗称为"纯净水"的高度净化饮水。商务水机净化后 的水首先送至储水桶，再经管线供水至各个饮水终端装置（所谓饮水终端，实际就是带加 热器的小水罐）。但是管线饮水系统会带来二次污染，会滋生大量细菌，往往会使细菌超标， 特别是停滞供水一段时间（例如节假日）后，水中甚至会出现异味；而且目前的商务水机也 不能去除自来水中余氯与残留有机物相互作用生产的毒副产物。
[0008] 为解决上述场合的细菌污染，目前已经发展了各种灭菌方法，其中比较有效的是 电解或电场杀菌、臭氧杀菌等。然而，现有电解或电场杀菌、臭氧等杀菌方式存在的共性问 题是，水中所产生的氧化因子往往是无选择的，强度难于控制，容易产生毒副作用（例如臭 氧消毒不当极易生成强致癌物--溴酸盐)。因此，为了保障商务水机的饮水安全，有必要 对商务水机的饮水口以及通过管线连接的饮水终端进行进一步的水净化处理。 实用新型内容
[0009] 本实用新型解决的技术问题是：提出一种能够在水中生成用于杀灭水中细菌的氧 化因子，并且可有效控制氧化因子的类型及数量的商务水机，该水机可以制取富含活性氢 的、低氧化还原电位的适于饮用的水。
[0010] 为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种商务水机，包括主机 和饮水终端，所述主机包括净水器以及与所述净水器连通的蓄水容器，所述饮水终端设有 水箱，所述水箱与蓄水容器相连通；所述蓄水容器内设有第一杀菌装置，所述水箱内设有第 二杀菌装置，所述第一杀菌装置和第二杀菌装置均包括至少一对阴电极和阳电极以及用于 对所述阴电极和阳电极供电的电解电源；成对的阴电极和阳电极之间设有透水性隔膜，所 述透水性隔膜覆盖在阳电极上，所述透水性隔膜与阴电极的间距s范围是〇< δ <10毫 米。
[0011] 本实用新型的透水性隔膜也叫透水膜，是指透水孔径从毫米级到纳米级，包括日 常水处理使用的各种过滤膜，如：超滤膜（UF)、纳滤膜（NF)和微滤膜（MF)，等。
[0012] 上述技术方案中所述透水性隔膜覆盖在阳电极上，是指透水性隔膜与阳电极之间 基本是零间距。
[0013] 上述本实用新型申请公开的技术方案工作机理陈述如下：
[0014] 本实用新型中所述透水性隔膜并非常规采用的离子膜，而是在水电解领域中从未 用过的一种隔离膜，本发明人创新地将该透水性隔膜引入水电解装置中作为阴、阳电极间 的隔离膜。
[0015] 对水电解的正常反应是，阴极析氢(气)、阳极析氧(气)，Η+离子趋向阴极区域，而 0Γ离子则趋向阳极区域。本实用新型中，阴、阳电极之间设置有透水性隔膜，将电解池分割 为阴极室和阳极室两个反应空间。
[0016] 由于透水性隔膜覆盖在阳电极上，相当于阳极室容积=0,阳极析氧反应因隔膜对 阳极的覆盖受到干扰。在阳极脱附转化反应生成的4〇以及在阳极析出的氧气，由于无处 释放，只能在克服了透水性隔离膜的透水水阻后，穿过隔膜中无数微孔通道向阴极室迁移。
[0017] 本实用新型中，隔膜的无数微孔蓄水空间，等效于阴、阳电极电解电流通路中相互 并联的一个个微小水电阻。因阴电极与膜之间间距S很小，阴极室水电阻压降可以忽略不 计，外加电解电压主要作用在透水性隔膜上，每个微孔中单位电压强度极高。再加上透水性 隔离膜的透水孔径很小(微米级乃至纳米级)，从阴极释放的高能电子在微孔中密集，相当 于将一个大的放电电极（阴极）分解为无数个小曲率半径电极。因此，不仅在透水性隔膜微 孔中对水电解氧化还原反应可充分进行，从阳极迁移到膜孔内的〇 2受高能电子的轰击及强 电场作用生成氧气泡，并激发连锁反应，诱发水体自身气化，在微孔内形成连续稳定的等离 子放电，生成大量氧化因子，最终通过阴极区域扩散到容器水中。
[0018] 综合上述反应过程可知，本实用新型通过创新的在阴、阳电极之间设设置透水性 隔膜，并将该透水性隔膜覆盖阳极以及控制透水性隔膜与阴电极的间距，带来的直接效果 是：
[0019] 1)本实用新型不仅可制取得到氧化还原电位低富含氢的有益健康水，同时在水中 还生成相当多的强氧化因子，较之其它现有富氢水制取技术，杀菌净化能力大大提升；
[0020] 2)透水性隔离膜通常可以很薄(例如超滤膜的厚度可做到0· 1mm?0· 5mm)，在阴 阳极之间加入隔离膜后，可以将阴阳电极之间间距稳定保持在基本等于隔离膜的厚度范 围，同等工況下的电解电压可以很低，甚至仅仅以一块3. 7V锂电池供电，可以形成2安培以 上的工作电流，现有技术是无法做到的；加上膜中发生的等离子放电高效反应因素等，使得 本实用新型的实际功耗较之同类商务水机大大降低。当覆盖碳材质阳极时，还可有效防止 碳颗粒剥落造成短路。
[0021] 本实用新型中，透水性隔膜的透水孔径大小进一步影响本实用新型处理水的效 果。透水孔径小，则对阳极析氧气化反应的抑制效果好，而且透水孔径减小相当于放电电极 的曲率半径减小，也有利于等离子放电的进行；但是透水孔径过小，对阳极析氧气化反应抑 制过度，相当于大幅度提高了阳极析氧电位，在外加电解电压不变的情况下，阴阳极之间的 电解电流大大下降，反而导致本实用新型中所期望的各种反应不能进行。此外，膜的透水孔 径选择还关联到膜的机械强度等多种因素。经实践中反复试验，根据不同的用水需求综合 考虑，本实用新型选择透水膜的孔径范围从2毫米到1纳米之间，涵盖日常生活水处理常用 的超滤膜、纳滤膜和微滤膜。亦即，上述本实用新型技术方案的改进是：所述透水性隔膜的 透水孔径小于等于2毫米且大于等于1纳米。
[0022] 上述本实用新型技术方案完善一是：所述透水性隔膜是单层透水性隔膜或者是多 层透水性隔膜。其中，单层透水性隔膜优选超滤膜或采用碳质材料制成的透水性隔膜；多层 透水性隔膜是叠加复合而成的至少二层，其中靠近阳电极的一层透水性隔膜优选采用碳质 材料或导电陶瓷制成的透水性隔膜。
[0023] 通过上述对本实用新型技术方案的完善一，可以在保证正常析氢反应的同时，又 将水中有害物质吸附到活性炭膜中进行氧化降解，而且抑制水中的氧化物质不至于太多， 防止生物指标变差，尤其适合对以"饮"为目的的生活水进行处理。进一步地，倘若透水性 隔膜是叠加复合而成的至少二层，且其中靠近阳电极的一层透水性隔膜具有导电性和微米 级孔径(例如是由导电性陶瓷或活性炭纤维制成)，则将带来进一步的下述变化：
[0024] 1)因为具有良好导电性，其本身产生的电压降很小，因此保证了水中等离子放电 仍主要在靠向阴极一侧的非导电的、透水孔径更小的透水膜(一般选择为超滤膜）中进行。
[0025] 2)由于介质的多孔性，一方面可以强化对阳极析氧的抑制，另一方面可以将源水 中的污染物吸附在导电性陶瓷或活性炭纤维的孔隙里，受到阳极的直接氧化和间接氧化 作用而深度降解去除。
[0026] 3)对自来水中残留余氯有很好吸附，并在阳极作用下转化为无害氯离子，大大降 低了水中残留余氯可能生成毒副产物的危险。
[0027] 透水性隔膜与阳电极的具体覆盖可以是覆盖阳电极的全部表面，也可以是覆盖阳 电极的部分表面；当覆盖阳电极的部分表面时，优选覆盖阳电极相对阴电极一侧的表面（也 是主要反应面)。
[0028] 上述本实用新型技术方案完善二是：所述阴电极上开有第一通孔，所述第一通孔 的孔径大于等于1毫米。通过这样的改进，可以有利于阴极反应更充分进行，并将阴电极与 隔离膜之间区域产生的氢气泡更好导出。
[0029] 上述本实用新型技术方案完善三是：所述透水性隔膜上开有第二通孔，所述第二 通孔的孔径大于2毫米。在透水性隔膜上开有第二通孔，实质等效于产生一个个的无膜电 解小区域，或者说相当于引入叠加了常规无膜电解反应，可以适当改变本实用新型的水处 理效果，例如调整水的pH值等。第二通孔与透水性隔膜的透水孔区别在于：透水孔是采购 的隔膜自身固有的，第二通孔则是另外单独制作的。
[0030] 上述本实用新型技术方案完善四是：所述第一杀菌装置的阴电极与透水性隔膜的 间距S是〇毫米，所述透水性隔膜是超滤膜，所述超滤膜紧贴第一杀菌装置的阳电极；所述 第一杀菌装置的阴电极上开有一排第一腰形通孔；所述第一杀菌装置的阳电极是采用碳质 材料制成的惰性电极。这样，可以在水中生成强氧化因子，该强氧化因子主要构成为羟基， 也有适量H 202和03等长效氧化因子，可维持净水分配管线中不滋生细菌。
[0031] 上述本实用新型技术方案完善五是：所述第二杀菌装置的阴电极与透水性隔膜的 间距S是0毫米，所述透水性隔膜是由超滤膜和活性碳纤维滤膜两层叠加复合而成，其中 活性碳纤维滤膜层紧贴第二杀菌装置的阳电极；所述第二杀菌装置的阴电极上开有一排第 二腰形通孔，所述超滤膜开有一排第三腰形通孔，所述第三腰形通孔与第二腰形通孔相互 垂直交叉；所述第二杀菌装置的阳电极是采用钛基涂覆钼簇氧化物制成的惰性电极。这样， 可以吸收管线中残留的氧化因子，降低水的氧化还原电位，使水呈弱碱性，并改善了饮水口 感。
[0032] 上述本实用新型技术方案完善六是：所述电解电源是高电平窄脉宽的直流脉冲电 源或交变脉冲电源。采用直流脉冲电源、尤其是采用高电平窄脉宽的脉冲电源更加有利于 阴阳电极间水体内部的等离子放电，得到更好的制水效果。其次，采用正负交变脉冲电解电 源对电极组供电，有利于改善阴阳电极表面因双电层极化电容效应而导致的电流减小效率 下降。

【专利附图】

【附图说明】
[0033] 下面结合附图对本实用新型的商务水机作进一步说明。
[0034] 图1是本实用新型实施例一的商务水机的结构示意图。
[0035] 图2是本实用新型实施例一中杀菌装置的结构示意图。
[0036] 图3是本实用新型实施例三中杀菌装置的结构示意图。。
[0037] 图4是本实用新型实施例五中的第一杀菌装置的结构示意图。
[0038] 图5是本实用新型实施例五中的第二杀菌装置的结构示意图。

【具体实施方式】
[0039] 实施例一
[0040] 本实施例的商务水机参见图1，包括主机1和饮水终端9,主机的进水口与源水10 连接，主机1包括净水器1-1以及与净水器1-1连通的蓄水容器1-2,饮水终端9设有水箱 9-1，水箱9-1与蓄水容器1-2相连通；蓄水容器1-2内设有第一杀菌装置，水箱9-1内设有 第二杀菌装置，第一、二杀菌装置均包括一对阴电极2和阳电极3,阴电极2和阳电极3通过 电解电源4供电。主机1上设有直接饮水口 6,饮水终端9上也设有饮水口。
[0041] 如图2所示，本实施例中阴电极2和阳电极3之间设有透水性隔膜5,透水性隔膜 5紧贴阳电极3上，并覆盖阳电极3的全部表面，即透水性隔膜5包覆电极3的全部表面，而 透水性隔膜5与阴电极2的间距δ是1毫米。
[0042] 本实施例的透水性隔膜5采用平均透水孔径0. 03微米的单层PVDF超滤膜，厚度 为0. 1_。当然本实施例的超滤膜也可以采用其他材质的超滤膜，平均透水孔径在0. 01? 0. 05微米之间均可。
[0043] 本实施例的阴电极2采用钛基覆涂钼族氧化物(涂层厚度为0. 8毫米)制成的惰性 电极，阴电极2呈圆形片状；阳电极3采用石墨或活性炭等碳质材料制成，呈长方形片状。
[0044] 本实施例的阴电极2和阳电极3在水箱9-1以及蓄水容器1-2内的水中平行放置 时，阴电极2位于阳电极3的上方。
[0045] 采用本实施例的商务水机的水箱9-1 (或蓄水容器1-2)进行水电解试验，源水10 是R0纯水机的出水，TDS=3mg/L，注水约15升，电解时间为30分钟，每5分钟取水样测定一 次；
[0046] 以下实验中，水中气泡量(强度）以及水中氧化因子多少采用定性观测方法。
[0047] ①水中气泡量(强度）的目测分级：
[0048] 从水中气泡为零?实验中相对气泡含量最大，分为0?5级；
[0049] ②水中氧化因子的测定：
[0050] 如前所述，由于氧化因子在水中存留时间极为短暂，现有的检测方法(例如化学反 应法和捕获法）的分析选择性和可信度还难以令人满意。同时考虑到本实用新型装置系专 用于日常用水的处理，侧重关心的是氧化因子的变化趋势级宏观作用。因此为简化重复实 验工作量，专门研发了定性了解水中氧化因子总量的滴定液。通过自制滴定液滴定到水中 后，观察水体颜色的变黄程度，分为5级，定性判定水中氧化因子含量：
[0051] 无色-对应水中氧化因子基本为零，设为〇级；
[0052] 颜色最黄-对应水中氧化因子相对最多，设为5级；
[0053] 从无色到颜色最黄中间颜色变化的程度不同分设为1、2、3和4级。
[0054] 实验结果如下表1 :
[0055] 表 1
[0056]

【权利要求】
1. 一种商务水机，包括主机和饮水终端，所述主机包括净水器以及与所述净水器连通 的蓄水容器，所述饮水终端设有水箱，所述水箱与蓄水容器相连通；其特征在于：所述蓄水 容器内设有第一杀菌装置，所述水箱内设有第二杀菌装置，所述第一杀菌装置和第二杀菌 装置均包括至少一对阴电极和阳电极以及用于对所述阴电极和阳电极供电的电解电源；成 对的阴电极和阳电极之间设有透水性隔膜，所述透水性隔膜覆盖在阳电极上，所述透水性 隔膜与阴电极的间距δ范围是〇彡δ彡10毫米。
2. 根据权利要求1所述商务水机，其特征在于：所述透水性隔膜的透水孔径小于等于2 毫米且大于等于1纳米。
3. 根据权利要求1所述商务水机，其特征在于：所述阴电极开有第一通孔，所述第一通 孔的孔径大于等于1毫米。
4. 根据权利要求1所述商务水机，其特征在于：所述透水性隔膜开有第二通孔，所述第 二通孔的孔径大于2毫米。
5. 根据权利要求1-4之任一所述商务水机，其特征在于：所述透水性隔膜是叠加复合 而成的至少二层，其中靠近阳电极的一层透水性隔膜是由碳质材料制成的透水性隔膜。
6. 根据权利要求1-4之任一所述商务水机，其特征在于：所述透水性隔膜是单层透水 性隔膜。
7. 根据权利要求1或2所述商务水机，其特征在于：所述第一杀菌装置的阴电极与透 水性隔膜的间距S是0毫米，所述透水性隔膜是超滤膜，所述超滤膜紧贴第一杀菌装置的 阳电极；所述第一杀菌装置的阴电极上开有一排第一腰形通孔；所述第一杀菌装置的阳电 极是采用碳质材料制成的惰性电极。
8. 根据权利要求1或2所述商务水机，其特征在于：所述第二杀菌装置的阴电极与透 水性隔膜的间距S是0毫米，所述透水性隔膜是由超滤膜和活性碳纤维滤膜两层叠加复合 而成，其中活性碳纤维滤膜紧贴第二杀菌装置的阳电极；所述第二杀菌装置的阴电极上开 有一排第二腰形通孔，所述超滤膜开有一排第三腰形通孔，所述第三腰形通孔与第二腰形 通孔相互垂直交叉；所述第二杀菌装置的阳电极是采用钛基涂覆钼簇氧化物制成的惰性电 极。
9. 根据权利要求1或2所述商务水机，其特征在于：所述电解电源是高电平窄脉宽的 直流脉冲电源或交变脉冲电源。
【文档编号】C02F9/06GK203833744SQ201420176899
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月12日 优先权日:2014年4月12日
【发明者】肖志邦 申请人:大连双迪科技股份有限公司