专利名称：：用于去除水基液体中的微生物杂质的装置和方法以及所述装置的用法的制作方法
技术领域：
：本发明涉及电化消除或减少液体的微生物杂质的
技术领域：
。所处理的液体可尤其包括废水、工业过程水和既定供人类消费的水。
背景技术：
：消除或减少例如废水和既定供人类和动物消费的水等液体中的微生物杂质的常规方法通常包括使用化学药品、生化处理、沉淀、蒸馏、过滤、电化装置等。一般来说，寻找微生物污染类型与消毒方法之间的平衡。尽管要求所有用于人类消费或食品处理的水均具有特定低含量的微生物，但任何化学处理(其在水中留下化学药品)均会具有可能的副作用。化学处理通常非常有效且具成本效益，但其具有化学药品残留在所处理的水中的潜在风险。因此，需要一种确保给定化学药品的最大效率的系统。电化水处理装置由一对或一对以上阳极和阴极组成，所述阳极和阴极通常经布置以便允许液体在其间穿过。此外，所述电极的各种类型的结构和组成表面均为可能的，以便在所述两个电极之间穿过的液体中产生多种不同反应。在阳极处，可使水氧化成分子氧和质子，且可经由卤素自由基的二聚作用使卤化物氧化成其对应卤素(最常见的是氯)。在阴极处，水的还原反应产生氢离子和氢氧根离子，同时分子氧可还原成过氧化氢。氯、氯自由基、过氧化氢和臭氧均对所处理液体中的细菌具有杀生作用。若干问题与水处理中的氯产生和使用相关联。特定问题是由其对环境的潜在副作用引起的，且在既定供人类和动物消费的水中的氯含量的法定限度不断降低。不管这些问题如何，氯是最有效的且已使用的消毒剂之一，但人们意识到，任何能够改进氯的消毒效率的发明将是非常有用的。氯使用的不合意环境效应的实例是其可与氮化合物反应，从而产生氯胺，氯胺是具有令人不舒服的气味的不良杀菌剂。此外，氯可与有机材料反应，其可最终产生对环境有害、可能致癌且/或引起畸形的化合物，例如氯仿或氯烷烃。而且，与自然生成的酚类化合物反应可导致产生氯化化合物。在废水处理中，在氯化处理之后必须进行使用二氧化硫或其等效化学药品的繁重且潜在有害的脱氯方法以便符合氯排放水平。因此，近年来，氯的使用已有所减少。举例来说，德国饮用水条令(基于1998年11月的关于既定供人类消费的水的质量的欧洲共同体委员会条令98/83/EC)将氯在饮用水中的存在限制为0.5mg/l。另外，在大部分食品行业中，还禁止在直接与食品产品接触的水中存在高浓度氯。通常，具有“饮用质量”的水被认为是在所述情形中可接受的，且通常规定具有所述质量的水用于许多方法中，例如用于食品厂中。传统的氯化方法通常无法以这些浓度提供足够的消毒能力，所以为了提供能够在水中形成群体(包括病原菌)的细菌的数目的所要减少，通常必须使用比针对饮用水所允许的限度高得多的氯浓度。在欧洲卫生工程与设计组织(EuropeanHygienicEngineeringandDesignGroup)指导方针“食品厂中白勺白勺ΤΚ&Ι(SafeandHygienicWaterTreatmentinFoodFactories)"ψ,陈述了可需要高达1000mg/l的氯水平来控制细菌，即维持细菌数目低于群体形成水平。这明显使在水净化系统中氯的利用更进一步变复杂。电化处理提供优点，因为可在现场且在本特定发明的情况下在原位产生并控制杀菌剂。然而，对(例如)废水和既定供人类和动物消费的水的电化净化所具有的主要问题是净化系统的经济上不适宜的能量要求。近年来，已做出降低所述系统的能量成本的大量努力，例如经由优化所利用的电极。主要障碍是电解系统产生足够消毒剂来在原位消毒水的低效率。不管是在现场产生还是作为化学药品来添加，氯作为杀菌剂的效率取决于所处理水的PH，其中较低pH值是较有利的。在处理期间确保局部低pH的系统被认为是与氯的消毒效率增加有关的优点。所述系统将允许有效消毒所需要的总氯浓度的降低。水的电化处理已使用了若干年(C·E·史密斯(C.E.Smith)“通过电化学来进行废水处理(WasteWaterTreatmentthroughElectrochemistry)，，,7_K技术方法(ProcessinWaterTechnology)(W'W埃肯费尔德(W.W.Eckenfelder)与L·Κ塞西尔(L.KCecil)(编著))，佩加蒙出版社，纽约，1972年)。从那时开始利用所述技术，且现在很好理解本文中的方法，如以下所列举的公开案中所描述A·克拉夫特(A.KRAFT)等人(应用电化学杂志29=861-868,1999年)，“电化水消毒(Electrochemicalwaterdisinfection)，部分I，从非常稀的氯化物溶液产生次氯酸盐(Hypochloriteproductionfromverydilutechloridesolutions)，，所述文章描述了使用若干电极材料对在淡水应用中直接使用电解的第一实验，且证实随温度和氯化物浓度而变化。A·克拉夫特(A.KRAFT)等人(应用电化学杂志29=895-902,1999年)“电化水消毒(Electrochemicalwaterdisinfection)，部分II，从可饮用水产生次氯酸盐、氯消耗和钙质沉积问题(Hypochloriteproductionfrompotablewater,chlorineconsumptionandtheproblemofcalcareousdeposits)”所述文章描述了具有布置在用于处理水流的反应器中的由实心或金属网制成的若干(多达12个)电极的系统。尽管未报告与微生物去除有关的效率，但提到了方解石沉积的问题，且可预见外来物体使整个反应器短路的问题。对于公开的设计所预见的另一问题是电极在大小上受到限制。由于由金属制成且因为太薄而柔软，所以存在电极弯曲且因此彼此接触从而造成短路的风险。而且，与约30mm的特征电极尺寸相比，反应器的50mm的内径留下相当大的容积，其中水可绕过既定处理。EP0515628A描述了一种用于借助于阳极氧化来对水进行灭菌的装置，其中一个或一个以上反应器各自含有两个或两个以上电极板，水在层流条件下必定穿过所述电极板。美国专利05439576描述了一种系统，其中层流是获得所主张的高消毒效率的关键因素。EP0711730A1描述了一种适用于处理含有极少量氯离子的水的装置。然而，所述装置中所使用的电极不包含穿孔，且所揭示的装置无法实现本发明所规定的流速。本发明包含一种在不向水添加化学药品的情况下对水进行消毒的方法。而且，通过设计，本发明使氯作为消毒剂的效率最大化。所揭示的系统允许在不使游离氯的浓度增加到高于大多数国家通常接受作为饮用水限度(0.5mg/l)的水平的情况下处理被细菌污染但另外具有可供人类消费的质量的水。本发明提供优于现有技术的若干好处。主要优点是以高效率处理所有水，因为腔室设计确保所有水与具有不同极性的若干电极接触，且因此经受PH改变，而且还经受杀菌剂成分改变。这允许使用较少杀菌剂来实现相同杀灭效应。本发明的另一优点是在具有低氯化物浓度的液体(如在饮用水系统中所遇到)中所获得的高杀生效应，因此在无需购买、储存和处置化学药品的情况下有效地对饮用水进行消毒。另一优点是防止在两个电极之间发生局部短路的情况下全面停止消毒。通过以并联方式将电极布置成对且向每一对配备熔丝，任何短路将只影响小部分电极堆叠，因此增加了所述系统的操作效率。另外，本发明的装置利用原位方解石去除过滤器。所述过滤器安装在反应腔室的下游区段中且截留水镁石和/或方解石颗粒。
发明内容本发明包含一种用于在液体中在原位电化减少微生物含量的方法，其中在内部腔室中含有具有2到50cm/s的前进速度和高于lOcm/s的初始垂直速度分量的所述液体；所述内部腔室容纳一对或一对以上并联且对称布置的距离为1到5mm的穿孔电极板，每一对均配备有熔丝；所述板由导电材料制成且经布置以使得在垂直平面图中，60%到100%的通道区域由电极堆叠覆盖；其中另外，电流密度高于5mA/cm2。所述方法在电极堆叠覆盖多于80%的通道区域时尤其有效。本发明进一步包含一种适用于根据规定方法处理液体的装置，且另外包含将所述装置用于在原位电化减少各种液体的微生物含量。在具体液体媒质为水的情况下，本发明提供每产生一定数量的消毒剂便使性能大量增加。性能增加是由于装置的设计引起的；另外，提供电连接和用于调整消毒剂产生的构件。图1根据本发明的消毒装置的实例，其包含液体进口(标号3)，所述液体进口通过机械布置(歧管/喷嘴)位于底部中央，所述机械布置迫使水均勻地分散在整个基底区域上。歧管通往内部腔室(标号1)，所述内部腔室容纳包含至少两个电极(标号2)的电极堆叠。塑料间隔物(标号12)确保在没有任何停滞空隙的情况下水与电极之间的最佳接触。水在反应腔室的底部处进入，且在已穿过电极之后，被迫使向下通过第二外部腔室，因而在底部(标号4)处离开反应器。在向下水流中，可放置过滤器材料(标号5)，因此捕集任何固化的方解石以供稍后容易去除。整个腔室构造(含有两个单独区域)包含在外壳(标号6)内。个别电极经由安装在腔室顶部处的连接器(标号7)并联连接。布线连续通过孔(标号8)而到达外部电源。排气孔(标号9)和(标号10)放置在与电布线相同的区域中。右侧的放大说明展示间隔物(标号12)的个别定位。所述布置为对称的，以此方式使得任何单个电极(标号11)在一侧上抵靠着其相邻者提供支撑，且其接纳来自两个相邻电极的支撑。图2迫使水均勻地分散在图1所示的装置的整个基底区域上的歧管(扩散器)的说明。在此特定情况下，在每一侧处存在一个喷嘴，但对于较大设计，若干喷嘴可为明智的。图3腔室在剖视图中的三维视图，其展示电极堆叠中的塑料间隔物、电极堆叠以及内部和外部腔室。图4通过塑料间隔物(未图示)以固定距离彼此分开并与腔室壁分开且经布置以使得在垂直平面图中电极覆盖80%的通道区域的电极板。由标记(1)展示的尺寸表示电极的宏观几何区域，且由标记(2)展示的尺寸表示总通道区域。标记(3)展示电极板的图例，且标记(4)展示在处理期间限定水的腔室壁的图例。具体实施例方式本发明包含一种使氯化处理的效率最大化的方法。所揭示的系统允许在不使游离氯的浓度增加到高于大多数国家通常接受作为用于饮用水的限度(0.5mg/l)的水平的情况下处理被细菌污染但另外具有可供人类消费的质量的水。本发明中的关键因素是所有水在穿过反应器系统期间在阳极附近到达低pH体积的事实。低PH体积展现相对较高的次氯酸浓度，如从氯/次氯酸/次氯酸盐化学平衡遇到。已发现重要的步骤是确保在处理期间所有水接触阳极。这需要某种种类的湍流或混合，其中由析出气体造成的自然气泡形成是重要的促进物。具有穿孔且偏斜表面的电极的布置确保较大程度的自然对流，因此进一步增加混合。此外，确保最有效的质量输送的方式是使附接到电极的停滞层最小化。湍流也将促进这点。另一重要设计参数是整个水体积穿过腔室，其中电极覆盖大部分空间，从而不留下停滞空隙。已发现所述约束条件能够在湍流中提供良好反射性质，因此在穿过之后将水送回到电极堆叠中。已发现表达这点的方式是如在腔室的横截面上观看到的由电极占据的空间的分数。这在图4中进一步描述，其中(1)是电极的尺寸，且(2)是总几何区域。已发现本发明在如在腔室的横截面上观看到的由电极占据的空间的分数覆盖范围高于80%的情况下特别有效。此外，当液体在进入腔室时的初始垂直速度为每秒腔室宽度的至少1倍且优选地为10倍时发现特别有效的操作区域。又一重要步骤是允许穿过电极堆叠以确保在穿过腔室期间发生多次电极接触，且因此使水接触酸性阳极的时间最大化。为了确保最大对流，电极经设计为包括偏斜构件，即成角区域。已发现用作为催化剂的贵金属覆盖的作为基础导体的金属网(expandedmetal)特别有效。应注意，雷诺数(Reynoldsnumber)的值不足以描述水的流动状态。穿过经设计有穿孔电极和气体析出的腔室的水将经历很好混合的流动曲线，其具有均勻的速度分布——类似于湍流的曲线。因此所遇到的流动曲线无法获得表征层流的抛物线速度分布。已发现，如上文所描述的“水在消毒期间的状态”确实有助于消除微生物污染的有效性。下文描述确保此流动状态的系统的独特组件。水以2到50cm/s(例如2到20cm/s，例如2到15cm/s，例如2到10cm/s，例如3到9cm/s)的前进速度进入内部消毒腔室。水还必须具有垂直分量。已发现，垂直分量随腔室的大小而按比例缩放。在具有IOcm宽度的腔室中，以高于lOcm/s(例如10到500cm/s，例如50到450cm/s，例如100到400cm/s)的垂直速度分量获得特定有效流动状态。用于垂直速度分量的上述值说明发现垂直速度的标称值应为每秒腔室宽度的至少1倍且优选地大于10倍。此扩散器的设计的实例在图2中展示。扩散器的功能是确保相对于传入流体的方向和速度进行有效分布。当将电极放置为彼此靠近(通常但不限于分开1到5mm，例如1.6mm或例如2.5mm)时，发现从腔室的一端流到另一端的水执行Z字形运动。此流动状态确保水在处理期间多次到达阳极。为了促进交叉电极移动，电极为穿孔的。穿孔在此处定义为电极的宏观几何区域的一部分开放以供穿过，因此允许液体在垂直于(跨越)电极的方向上移动。在优选实施例中，用金属网制作，由于电极板的缠绕结构而增强Z字形运动。在下文中出于澄清起见，一种用于确定杀菌效应的有用方法包含在施加预定体积的水样本之后对形成于衬底板上的细菌群体的数目进行计数。接着将细菌的数目确定为每水体积的群体形成单元(ColonyFormingUnits)的数目(CFU/ml)。当所述计数属于特定细菌类型时，注明这点。否则，在一般情况下，所述计数被称为总活菌计数(TotalViableCount，TVC)ο为了确保电化处理的有效性，重要的是知道氯化物含量和液体的导电率。通过测量这些参数，可做出对消毒剂产生的预测。通过测量水流量，可确定所产生的消毒剂的稀释。可以较长间隔(即，数月)测量氯化物，但导电率的测量是重要的，因为压控电源将在不同导电率下递送不同电流。因此，基于电流和/或导电率(电阻)的值来调整电压为有利的。本发明的详细描述杀菌剂产生的电化机制本发明包含一种用于在液体中在原位电化减少微生物含量的方法，其中在内部腔室中含有具有2到50cm/s的前进速度和高于lOcm/s的初始垂直速度分量的所述液体；所述内部腔室容纳一对或一对以上并联且对称布置的距离为1到5mm的穿孔电极板，每一对均配备有熔丝；所述板由导电材料制成且经布置以使得在垂直平面图中，60%到100%的通道区域由电极堆叠覆盖；其中另外，电流密度高于5mA/cm2。所述方法在电极堆叠覆盖多于80%的通道区域时尤其有效。当在垂直平面图中由电极堆叠覆盖的通道区域覆盖60%到100%时，根据本发明的杀生方法为有效的。优选的覆盖范围为70%到100%，且更优选的覆盖范围为80%到100%。在本说明书和权利要求书中，“对称放置”应解释为以使得任何单个电极在一侧上抵靠着其相邻者提供支撑且其接纳来自两个相邻电极的支撑的方式放置电极。另外，在一个实施例中，液体在离开所述内部腔室时穿过方解石去除过滤器。另外，提供根据上文的用于在淡水中在原位电化减少微生物含量的方法，其中产生恒定速率的氯基氧化剂，其包含测量氯化物浓度和水流量，且基于氯化物浓度和水流量，改变穿过电极的电流以便以0.015到0.5Ah/l的间隔产生并递送恒定电荷，例如以0.015到0.4Ah/l的恒定电荷，例如0.015到0.3Ah/l的间隔，例如0.015到0.2Ah/l的间隔。氯基氧化剂当在本说明书和权利要求书中提及时至少包含但并不全部限于氯气(Cl2)、次氯酸(HClO)和次氯酸盐(C10_)。为了确保电化处理的有效性，重要的是知道氯化物含量和液体的导电率。通过测量这些参数，可做出对消毒剂产生的预测。通过测量水流量，可确定所产生的消毒剂的稀释。可以较长间隔(即，数月)测量氯化物，但以较短间隔测量导电率是重要的，因为压控电源将在不同导电率下递送不同电流。因此，基于电流和/或导电率(电阻)的值来调整电压为有利的。上述方法可进一步包含用于去除方解石沉积的步骤，其中选择具有相同材料的两个电极，且其中进一步施加对称极性反转(对于每一电流方向具有相等时间)。或者，所述用于去除方解石沉积的方法可包含用于电极的两种不同材料，其中接着施加对称或不对称(对于每一电流方向具有不相等时间)极性反转。在阳极处，使水电化氧化，从而留下氧和质子。随后通过排气孔(图1的标号10)从水中消除所述氧气。具有此构造的特殊发明的反应腔室导致在水中产生相当高局部浓度的质子(即，氢离子(H+))，因此致使水在阳极附近局部呈酸性。而且，在阳极处，水中自然含有的氯离子(CD将电子赠予阴极，且变为氯气(Cl2)。氯气溶解在酸性水中且其转换为次氯酸(HClO)并在局部pH足够低时转换为氯离子(Cl—)。在阴极处，使水还原，从而留下氢气和氢氧根离子。阴极的环境因此达到非常高的pH。在特定水平处，pH足够高以导致沉淀CaCO3和Mg(0H)2。当细菌正横穿具有互换的低与高pH的交替的局部隔离区时，组合氧化氯物质的有毒效应，将其杀灭。根据本发明的阳极产生氯基氧化剂和氧基氧化剂两者。所涉及的电化和化学反应在下文中概述。水的氧化H2O—2H++l/202+2e"氯化物的电化氧化2CF—Cl2+2e"氯气的分解、化学歧化、酸碱平衡反应C12+H20—HC10+H++CrHClO^CIO"+H+其它氧化方法2H20—H202+2H++2e"H2O—0H*+H++e-OH*—0*+H++e-阳极活性表面物质的反应02+0*—O320H*—H2O2水的还原2H20+2e"—H2+20F其它还原方法02+2H20+2e"—Η202+20Γ在阳极处形成的氯基氧化剂具有不同杀生强度，其中Cl2最毒，其次是HClO且接着是C10_，如以下文献中所报导“氯化处理和替代性消毒剂手册(HandbookofChlorinationandAlternativeDisinfectants)”，怀特·C(White，C,)，约翰威利父子出版社(JohnWiley&Sons)，纽约，美国(1999年)。HClO被报导为比C10_更有效超过100倍。本发明已由于所描述的流动系统的有利设计而获得对细菌的非常高的杀灭速率。与具有大约7的pH值的天然水相比，所发明的系统在阳极处维持较低的固有pH值，因此确保较高的局部浓度的HC10。电极的布置和在腔室中所确立的堆叠配合确保所有水将在处理期间靠近阳极穿过——可能在穿过腔室期间穿过若干次。电极经穿孔以确保水可在沿腔室上升期间水平地移位。清洁腔室及其紧要组件的描述本发明进一步包含一种消毒装置，其包含消毒腔室(在下文中描述)以及用于调整和测量水流量的构件和用于电流的控制件(包括熔丝和电源)。消毒装置(在图1中展示)经由机械布置(歧管/喷嘴)通过位于底部中央的进水口连接，所述机械布置迫使水均勻地分散在整个基底区域(标号3)上。这可进一步通过插入扩散器以增强水的垂直动量来增强，因而确保腔室底部处的对流。此类扩散器的设计的实例在图2中展示。歧管(图1)通往内部腔室(标号1)，所述内部腔室容纳包含至少两个电极(标号2)的电极堆叠。上文所提及的塑料间隔物确保在没有任何停滞空隙的情况下水与电极之间的最佳接触。水在反应腔室的底部处进入，且在已穿过电极之后，被迫使向下通过第二外部腔室，因而在底部处离开反应器。在向下水流中，放置过滤器材料，因此捕集任何固化的方解石以供稍后容易去除。整个腔室构造(包含两个单独区域)包含在外壳(标号6)内。个别电极经由安装在腔室顶部处的连接器(标号7)并联连接。布线连续通过孔(标号8)而到达外部电源。排气孔(标号9和标号10)放置在与电布线相同的区域中。电极堆叠本身固定在顶部处，其中连接器为在腔室的湿部外部的引线(标号8)。为了确保设计的最大灵活性，而且还防止短路，通过特殊设计的间隔物(标号12)将电极板(标号11)保持处于固定距离处，如图3所示。所述布置为对称的，以此方式使得任何单个电极在一侧上抵靠着其相邻者提供支撑，且其接纳来自两个相邻电极的支撑。“扩散器”在本描述和权利要求书中应理解为歧管或喷嘴，其向水提供足够的垂直动量，因而确保腔室底部处的对流。在所处理的水含有镁和/或钙的情况下，随着在操作期间PH增加，将在阴极处发生水镁石(Mg(OH)2)和/或方解石(CaCO3)的沉淀。用以防止电极严重积垢的传统方法是反转电极的极性。在电流反转之后，水镁石和/或方解石在邻近于电极(现为酸性阳极)的层中发生溶解。随着最内层溶解，整个沉淀物将从电极剥落。过滤器(任选地插入在图1的标号5处展示的位置处)捕集这些薄片，所述薄片否则可能会妨碍向下游的液压穿过或阻塞阀门或其它设备。可周期性地通过化学处理来使过滤器再生。如果所述阳极和阴极两者均由类似金属制成，那么各自电极为阴极或阳极的周期应类似，因此对称(在时间上)的极性反转将具有最佳效应。如果电极由不同材料制成，那么此极性反转的不相等或不对称时间分布可改进系统的消毒能力。因此，本发明的优选实施例包含一种装置，其包含消毒腔室(图1)，其经由歧管/喷嘴通过位于基底区域的底部中的液体进口(标号3)连接；内部腔室(标号1)，其容纳包含至少两个由导电材料制成的穿孔电极板(标号2)的电极堆叠，所述两个穿孔电极板以1至IJ5mm的距离对称地放置且经由安装在腔室处的连接器(标号7)来并联连接；所述电极板具有300cm2的面积和1.6mm的厚度且通过塑料间隔物以固定距离彼此分开且与腔室壁分开，且经布置以使得在垂直平面图中，至少80%的通道区域由电极覆盖(图4)；任选地，夕卜部腔室(图1的标号5)；外壳(图1的标号6)；液体出口(图1的标号4)；布线(图1的标号7)，其连接所述连接器与一个或一个以上外部电源单元；排气孔(图1的标号9和标号10)；熔丝，所述装置任选地进一步包含以下各项中的一者或一者以上叶轮装置、喷水泵或其它再循环构件。任选地，根据本发明的装置进一步包含方解石去除过滤器，其放置于外部腔室中。任选地，根据本发明的装置进一步包含扩散器，其具有与前进方向成角度的出口以便引入垂直速度。在本发明的一个实施例中，所述装置包含电极，其中有效电极材料为贵金属或合^^ο任选地，所述有效电极材料放置于层厚度为0.1到4微米(例如0.5到3.5微米，例如1到3微米)的抗蚀导电基底材料上。根据本发明的所述导电电极基底材料可选自钛、不锈钢、石墨、铜或硅。根据WO2007/004046的阳极在根据本发明的方法和装置中特别有用。另外，根据本发明的所述电极金属或合金可选自钼、铱、钌或掺杂金刚石，或可包含其组合。在另一实施例中，所述电极具有析氧过电位，其高于析氯过电位。在本发明的优选实施例中，所述装置进一步包含方解石去除过滤器，其可由塑料网或海绵结构制成。在另一优选实施例中，根据本发明的装置进一步包含调整机构，其可通过测量电流和(任选地)流量来维持恒定电流或维持每一定体积的穿过的水的恒定能量释放。调整机构在本说明书和权利要求书中应理解为电子测量输入(电流)且应用合适的数学算法(PID型)，其确保电源单元的电压输出经调整以使得电流保持在所要电平。在又一优选实施例中，根据本发明的装置进一步包含极性反转构件。极性反转构件在本说明书和权利要求书中应理解为电开关和改变电流行进穿过电路的方向以使得阳极变为阴极且阴极变为阳极所必要的其它设备。本发明的应用本发明可用于若干应用，其中中心部分是水的消毒，所述水为用于工业过程的水、废水、用于食品处理的水或饮用水。意外地发现，根据本发明的技术方案1所述的方法也在具有5mg/l到1000mg/l的低氯化物含量的水中有效地减少微生物含量。所述系统可处理氯化物含量低于10mg/l(例如9mg/l，例如8mg/l，例如6mg/l，例如5mg/l)的淡水，且仍能够以对数因数3减少细菌负荷。较高的氯化物含量会将效率增加到高于对数5在无需添加任何化学药品的情况下且利用所产生的氯的消毒效率的pH引发推进来以电化方式处理水的前景提供了优于现有技术的若干好处。以此方式，可在没有已知来自传统氯化处理的副作用(即，味道、气味等)的情况下处理水。在优选实施例中，根据本发明的装置用于电化处理氯化物含量高于5mg/l且在23摄氏度下作为总活菌计数测量的生物活性高于10CFU/ml的淡水。因此，所述方法还适用于处理具有低细菌含量的水以获得细菌数目减少很多的水，所述水例如用于医疗行业过程中。如实例2中所示，50A的总电流足以将受约50.000CFU/ml的大肠埃希氏菌(E.coli)感染的饮用水处理到低于饮用水限度的水平，即低于200CFU/ml，且仍未超过0.5mg/l的氯浓度。本发明因此提供优于现有技术的若干好处。主要优点是以高效率处理所有水，因为腔室设计确保所有水接触具有不同极性的若干电极，且因此经受PH变化，而且还经受杀菌剂成分的变化。这允许使用较少杀菌剂来实现相同杀灭效应。本发明的主要优点是在具有低氯化物浓度的媒质(如在饮用水系统中所遇到)中获得的高杀生效应，因此有效地在无需购买、储存和处置化学药品的情况下有效地对饮用水进行消毒。另一优点是防止在两个电极之间发生局部短路的情况下全面停止消毒。通过以并联方式将电极布置成对且向每一对配备熔丝，任何短路将只影响小部分电极堆叠，因此增加所述系统的操作效率。为了针对工业应用提供可靠且恒定的消毒速率，可提供对电流的调整，使得给定水体积接收到经定义量的电能，且因此接收到经调整量的杀菌剂。尤其取决于调整区域和电极材料，关系可为线性或非线性的。如上文所描述的杀菌剂装置可进一步利用原位方解石去除过滤器。所述过滤器安装在反应腔室的下游区段中且截留水镁石和/或方解石颗粒。另外，液压设计的优点确保存在用于集成方解石过滤器的额外空间，所述集成方解石过滤器减少或防止在下游发生方解石沉积且因此减少堵塞处理设备、阀门或分液过滤器的风险。实例在以下所有实例中，腔室宽度为10cm，且初始垂直速度因此为腔室宽度的14到50倍。实例1:根据本发明的装置一种装置，其包含消毒腔室，其经由歧管/喷嘴通过位于基底区域的底部中的液体进口连接；内部腔室，其容纳包含十一个穿孔电极板的电极堆叠。所述板由网形钛基底制成，且用2到3微米厚的钼层覆盖。所述板经穿孔且大约50%的宏观几何区域处于自由状态。所述板进一步以1.6mm的距离对称地放置且经由安装在腔室处的连接器并联地连接。电极板具有300cm2的面积(宽度IOcm乘以高度30cm)和1.6mm的厚度。所述电极板通过塑料间隔物以1.6mm的固定距离彼此分开且与腔室壁分开，且经布置以使得在垂直平面图中，电极覆盖80%的通道区域。所述装置进一步包含外部腔室、外壳、液体出口、连接所述连接器与一个外部电源单元的布线、排气孔和熔丝。实例2初始包含50，000CFU/ml的水的处理实例1中所描述的装置用以处理受约50，000CFU/ml的大肠埃希氏菌感染的饮用水。氯化物浓度经测量为12.5mg/l。电流密度为15mA/cm2。施加50A的总电流。所处理水的体积流量在4001/h到7001/h的范围内，其中前进速度为3到5cm/s，且初始垂直速度为140到250cm/s。在处理之后，水含有低于200CFU/ml。实例3初始包含17，000CFU/ml的水的处理实例1中所描述的装置用以处理受约17，000CFU/ml的大肠埃希氏菌感染的饮用水。氯化物浓度经测量为20mg/l。电流密度为15mA/cm2。施加42A的总电流。所处理水的体积流量在4001/h到7001/h的范围内，其中前进速度为5cm/s，且初始垂直速度为140到250cm/s。在处理之后，水含有低于lCFU/ml。实例4初始包含25，000CFU/ml的水的处理实例1中所描述的装置用以处理受约25，000CFU/ml的大肠埃希氏菌感染的饮用水。氯化物浓度经测量为10mg/l。电流密度为15mA/cm2。施加50A的总电流。所处理水的体积流量为15001/h，其中前进速度为9cm/s，且垂直速度为500cm/s。在处理之后，水含有低于lCFU/ml。实例5根据本发明的具有大电极区域的装置一种用于处理较大体积的水的装置，其包含消毒腔室，其经由歧管/喷嘴通过位于基底区域的底部中的液体进口连接；内部腔室，其容纳包含二十二个穿孔电极板的电极堆叠。所述板由网形钛基底制成，且用1.5微米厚的钼层覆盖。所述板经穿孔且大约50%的宏观几何区域处于自由状态。所述板进一步以1.6mm的距离对称地放置且经由安装在腔室处的连接器并联地连接。电极板具有大约600cm2的面积(宽度20cm乘以高度30cm)和1.6mm的厚度。所述电极板通过塑料间隔物以1.6mm的固定距离彼此分开且与腔室壁分开，且经布置以使得在垂直平面图中，电极覆盖77%的通道区域。所述腔室的尺寸为225乘以90mm。所述装置进一步包含外部腔室、外壳、液体出口、连接所述连接器与一个外部电源单元的布线、排气孔和熔丝。水的垂直速度是通过总共四个扩散器获得的，所述四个扩散器具有总共八个喷嘴。进口面积为15.8cm2。实例6初始包含大约30，000CFU/ml的水的处理实例6中所描述的装置用以处理添加有约30，000CFU/ml的大肠埃希氏菌0157的饮用水。氯化物浓度经测量为20mg/l。电流密度为30mA/cm2。施加190A的总电流，从而给出0.04到0.08Ah/l的施加能量。所处理水的体积流量在24001/h到50001/h的范围内，其中前进速度为3.3到6.9cm/s，且初始垂直速度为42到87cm/s。在处理之后，水含有低于lCFU/ml，这通过AGAR板方法来测量。下表展示个别样本的在不同流速下且在不同Ah/Ι下的处理的效率权利要求1.一种用于在原位电化减少液体中的微生物含量的方法，其中具有2到50cm/s的前进速度和高于lOcm/s的初始垂直速度分量的所述液体包含在内部腔室中；所述内部腔室容纳一对或一对以上具有1到5mm的距离的并联且对称布置的穿孔电极板，每一对均配备有熔丝；所述板由导电材料制成且经布置以使得在垂直平面图中，60%到100%的通道区域由所述电极覆盖；其中另外，电流密度高于5mA/cm2。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述通道的由所述电极覆盖的所述区域为70%到100%。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体在离开所述内部腔室时进一步穿过方解石去除过滤器。4.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的方法，用于在原位电化减少淡水中的微生物含量，其中产生恒定速率的氯基氧化剂，所述方法包含测量氯化物浓度和水流量，且基于所述氯化物浓度和所述水流量，改变穿过所述电极的电流以便以0.015到0.5Ah/l的间隔的水产生并递送恒定电荷。5.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其进一步包含用于去除方解石沉淀物的步骤，其中进一步应用对称极性反转或不对称极性反转。6.一种用于在原位电化减少液体中的微生物含量的装置，其包含消毒腔室，其经由歧管通过位于基底区域的底部中的液体进口来连接；内部腔室，其容纳包含至少两个由导电材料制成的穿孔电极板的电极堆叠，所述两个穿孔电极板以1到5mm的距离对称地放置且经由安装在所述腔室处的连接器来并联连接；所述电极板通过间隔物以固定距离彼此分开且与腔室壁分开，且经布置以使得在垂直平面图中，60%到100%的通道区域由所述电极覆盖；外部腔室；外壳；液体出口；用于布线的连接器，其连接所述连接器与一个或一个以上外部电源单元；所述装置任选地进一步包含以下各项中的一者或一者以上排气孔；熔丝；叶轮装置、喷水泵或其它再循环构件；以上元件中的每一者经设计以使得所述液体具有2到50cm/s的前进速度和高于lOcm/s的初始垂直速度分量，且其中另外，电流密度高于5mA/cm207.根据权利要求5所述的装置，其包含消毒腔室，其经由歧管通过位于基底区域的底部中的液体进口(图1的标号3)连接；内部腔室(标号1)，其容纳包含至少两个由导电材料制成的穿孔电极板(标号幻的电极堆叠，所述两个穿孔电极板以1到5mm的距离对称地放置且经由安装在所述腔室处的连接器(标号7)来并联连接；所述电极板具有至少300cm2的面积和1.6mm的厚度且通过塑料间隔物以固定距离彼此分开且与腔室壁分开，且经布置以使得在垂直平面图中，70%到100%的通道区域由所述电极覆盖(图4)；外部腔室(图1的标号5)；外壳(图1的标号6)；液体出口(图1的标号4)；用于布线的连接器(图1的标号7)，其连接所述连接器与一个或一个以上外部电源单元；排气孔(图1的标号9和标号10)；熔丝，所述装置任选地进一步包含以下各项中的一者或一者以上叶轮装置、喷水泵或其它再循环构件。8.根据权利要求5或6所述的装置，其进一步包含放置于所述外部腔室中的方解石去除过滤器。9.根据权利要求5到7中任一权利要求所述的装置，其进一步包含扩散器，所述扩散器具有与前进方向成角度的出口以便引入垂直速度。10.根据权利要求5到8中任一权利要求所述的装置，其中有效电极材料为贵金属或合^^ο11.根据权利要求9所述的装置，其中所述有效材料放置于层厚度为1到4微米的抗蚀导电基底材料上。12.根据权利要求10所述的装置，其中所述导电基底材料选自钛、不锈钢、石墨、铜或娃。13.根据权利要求9到11中任一权利要求所述的装置，其中所述金属或合金选自钼、铱、钌或掺杂金刚石或其组合。14.根据权利要求5到12中任一权利要求所述的装置，其中所述方解石去除过滤器由塑料网或海绵结构制成。15.根据权利要求5到13中任一权利要求所述的装置，其进一步包含调整机构，所述调整机构可通过测量电流和任选地测量流量来维持恒定电流或维持每一定体积的穿过的水的恒定能量释放。16.根据权利要求5到14中任一权利要求所述的装置，其进一步包含极性反转构件。17.一种将根据权利要求5到15中任一权利要求所述的装置用于电化处理氯化物含量高于5mg/l且在23摄氏度下作为总活菌计数测量的生物活性高于ΙΟ/ml的淡水的用法。全文摘要本发明涉及电化消除或减少液体的微生物杂质的
技术领域：
。所述所处理的液体可尤其包括废水、工业过程水和既定供人类消费的水。装置包含消毒腔室，其经由歧管通过位于基底区域的底部中的液体进口来连接；内部腔室，其容纳包含至少两个由导电材料制成的穿孔电极板的电极堆叠，所述两个穿孔电极板以1到5mm的距离对称地放置且经由安装在所述腔室处的连接器来并联连接；所述电极板通过间隔物以固定距离彼此分开且与腔室壁分开，且经布置以使得在垂直平面图中，60％到100％的通道区域由所述电极覆盖；外部腔室；外壳；液体出口；用于布线的连接器，其连接所述连接器与一个或一个以上外部电源单元，以上元件中的每一者经设计以使得所述液体具有2到50cm/s的前进速度和高于10cm/s的初始垂直速度分量，且其中另外，电流密度高于5mA/cm2。文档编号C02F1/467GK102224110SQ200980146639公开日2011年10月19日申请日期2009年9月30日优先权日2008年9月30日发明者保罗·福格,卡里姆·林德伯格,扬尼克·萨多林申请人:专业水处理技术有限公司