[19]中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[21]申请号200810161413.2
[51]Int.CI.
C02F 1/48 (2006.01)
[43]公开日2009年1月28日[22]申请日2008.09.26[21]申请号200810161413.2
[71]申请人汪孟金
地址315200浙江省宁波市镇海区苗圃路112号
华泰楼4B[72]发明人汪孟金
[11]公开号CN 101353193A
权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 4 页
[54]发明名称
水处理方法及设备
[57]摘要
一种采用扫频技术的水处理方法和设备，其通过扫频技术，同时或依次采用扫频脉冲电磁场和直流电场对水进行处理。其所产生的扫频脉冲电磁场频谱能够连续变化，能够适用于各种特性的待处理水。其中扫频脉冲电磁场可以使水中的藻类或细菌细胞分子发生振动，造成细胞壁破裂，细胞内含物质积聚在一起而使藻类或细菌死亡，而达到杀菌灭藻的作用。而直流电场的电解作用可在水中产生大
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量的活性物质，如OH、ClO、H2O2、HClO等，可以增强杀菌灭藻的效果。此外，直流电场和扫频脉冲电磁场可以在水中产生电化学反应和电凝聚作用，达到去除水中有机物、重金属离子、降低浊度、去除悬浮物、降低COD(化学需氧量)和BOD(生物需氧量)等。
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权 利 要 求 书
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1、一种水处理方法，其特征在于：采用脉冲电磁场和直流电场对水进行处理。 2、如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于所述脉冲电磁场和直流电场由同一组或不同组电极产生。
3、如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于所述脉冲电磁场是扫频脉冲电磁场。 4、如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于所述扫频脉冲电磁场由扫频脉冲信号串产生，且所述扫频脉冲信号串为具有不同脉宽和频率的脉冲，这些脉冲具有不同的基频和二次谐波。
5、如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于在处理过程中水依次或同时通过所述脉冲电磁场和直流电场。
6、一种水处理设备，所述水处理设备采用脉冲电磁场和直流电场对水进行处理，其特征在于：所述水处理设备由供电装置、控制信号发生器、开关放大处理装置、排污控制电路、主处理装置组成，其特征在于控制信号发生器向开关放大电路输入脉冲信号和直流信号，经开关放大处理装置处理后，向主处理装置输出脉冲电磁场和直流电场。
7、如权利要求6所述的水处理设备，其特征在于所述水处理设备还包括去离子处理装置，所述去离子处理装置输出直流电场。
8、如权利要求6所述的水处理设备，其特征在于所述脉冲信号是扫频脉冲信号。 9、如权利要求6所述的水处理设备，其特征在于所述扫频脉冲信号为具有不同脉宽和频率的扫频脉冲信号串，且所述扫频脉冲信号串具有不同的基频和二次谐波。 10、如权利要求6所述的水处理设备，其特征在于所述主处理装置和去离子处理装置的极板采用齿形电极，齿形电极表面具有突出的齿。
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说 明 书
水处理方法及设备
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技术领域：
本发明涉及一种水处理方法及设备，尤其是涉及采用扫频脉冲电磁场的水处理方法及设备。背景技术：
利用电磁场对工业和生活用水进行处理，是物理法水处理的一种，其原理是使水通过电磁场，从而打断大缔合体状态水的结合键，将水离解成活性很强的单分子或小缔合状态的水，从而改变水的物理结构与特性，增大水分子的偶极矩，改变水中沉积物质的沉积状态、各种离子的物理性能，从而有效地达到防垢、除垢、杀菌、灭藻、阻锈、防腐的目的，使水质活化变清。如中国专利CN2310065Y即公开了这样的水处理装置。
但是现有技术中水处理装置通常采用频率固定的电磁场对水进行处理的技术方案，由于所采用的电磁场为静态的或固定频率的，因而仅在对具有特定化学、物理特性的水进行处理时能产生较好的效果。但在实际应用时，由于待处理的工业和生活用水具有差异很大的化学、物理特性，因此现有技术中的水处理装置处理效果不佳。即便是有些水处理装置中采用了变频信号，其信号频率也只是在一些固定或者离散的点上变化，因而对于化学、物理特性变化非常复杂的待处理水来说，其信号频谱的分布太窄，处理效果仍然不理想。发明内容：
本发明所要解决的技术问题就是针对上述现有技术的不足而提供一种采用扫频技术的水处理方法和设备，其通过扫频技术，同时采用直流电场和扫频脉冲电磁场对水进行处理。其所产生的扫频脉冲电磁场频谱能够连续变化，能够适用于各种特性的待处理水。其中扫频脉冲电磁场可以使水中的藻类或细菌细胞分子发生振动，造成细胞壁破裂，细胞内含物质积聚在一起而使藻类或细菌死亡，而达到杀菌灭藻的作用。而直流电场的电解作用可在水中产生大量的活性物质，如OH、ClO、H2O2、HClO等，可以增强杀菌灭藻的效果。此外，直流电场和扫频脉冲电磁场可以在水中产生电化学反应和电凝聚作用，达到去除水中有机物、重金属离子、降低浊度、去除悬浮物、降低COD(化学需氧量)和BOD(生物需氧量)等。其作用机理可以表示如下(以铁板作正极为例)：
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式中：Heavy Metal表示重金属离子 Pollutant表示污染物或悬浮物
根据本发明的一个方面，提供一种水处理方法，所述水处理方法采用脉冲电磁场和直流电场对水进行处理，其特征在于：使水通过具有所述脉冲电磁场和直流电场的区域。 优选地，所述脉冲电磁场和直流电场由同一组电极产生。
或者作为替代，所述脉冲电磁场和直流电场由不同组的电极产生。 更加优选地，所述脉冲电磁场是扫频脉冲电磁场。
最优地，所述扫频脉冲电磁场由扫频脉冲信号串产生，且所述扫频脉冲信号串为具有不同脉宽和频率的脉冲，这些脉冲具有不同的基频和二次谐波。
根据本发明的另一个方面，提供一种水处理方法，该方法采用脉冲电磁场和直流电场对水进行处理，其特征在于：水依次或同时通过所述脉冲电磁场和直流电场。 根据本发明的又一个方面，提供一种水处理设备，所述水处理设备采用脉冲电磁场和直流电场对水进行处理，其特征在于：所述水处理设备由供电装置、控制信号发生器、开关放大处理装置、排污控制电路、主处理装置组成，其特征在于控制信号发生器向开关放大电路输入脉冲信号和直流信号，经开关放大处理装置处理后，向主处理装置输出脉冲电磁场和直流电场。
优选地，所述水处理设备还包括去离子处理装置，所述去离子处理装置输出直流电场。 优选地，所述脉冲信号是扫频脉冲信号。
优选地，所述扫频脉冲信号为具有不同脉宽和频率的扫频脉冲信号串，且所述扫频脉冲信号串具有不同的基频和二次谐波。
最优地，所述主处理装置和去离子处理装置的极板采用齿形电极，齿形电极表面具有突出的齿。 附图说明：
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图1为本发明水处理设备的电路原理方框图； 图2为扫频脉冲示意图；
图3为本发明水处理设备的系统示意图； 图4为平板齿状电极示意图； 图5为圆柱齿状电极示意图；
图6为由平板齿状电极组成的本发明水处理设备第一实施例的结构示意图； 图7为由圆柱齿状电极组成的本发明水处理设备第二实施例的结构示意图。 具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的优选实施方式。
图1为本发明水处理设备的电路原理方框图。如图1所示：本发明涉及的水处理设备电路由电源100、控制信号发生器200和主回路300组成。 其中电源100由DC恒流源11、DC15V电源12等组成。
控制信号发生器200由扫频信号发生器1、扫频脉冲发生器2、控制信号工作指示3和脉冲放大器4等组成。
主回路300包括开关电路5、主处理器6、去离子辅处理器7和排污控制电路8等组成。 该水处设备的工作过程如下：
系统接入220V民用电，通电后，扫频信号发生器1产生幅度为15V，频率为100HZ的重复锯齿波，该锯齿波施加至扫频脉冲发生器2上，从而产生如图2所示的脉冲宽度L和周期T都变化的扫频脉冲串。上述扫频脉冲串经脉冲放大器4放大后，施加至开关电路5的控制端，开关电路5将输出功率扫频脉冲串输出到主处理器6上，并传入至被处理的水中，在水中产生扫频脉冲电磁场。 此外，根据据傅立叶级数：
A(t)＝A0+A1Sinωt+A2Sin2ωt+......+AnSinnωt+......
上述扫频脉冲串中的单个脉冲由直流A0和无数次正弦振荡组成。这些正弦振荡中，基频和二次谐波的振幅值较高。
如前所述，传入水中的电信号为扫频脉冲串，不同脉宽和频率的脉冲有不同的基频和二次谐波。由此可以得出结论：同时作用在待处理的工业和生活用水中的电信号有直流和多种
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正弦振荡信号。
对于含有藻类和细菌的待处理水，高频信号(扫频脉冲串的扫频范围为4-25KHz)可以使藻类或细菌的细胞分子发生振动，造成细胞壁破裂，细胞内含物质聚集在一起，而使藻类和细菌死亡，从而达到杀菌灭藻的目的。
待处理的水由于地域和水质不同，必然有不同品种的细菌和藻类。这些不同品种的细菌和藻类对高频信号的频率有不同的敏感性。本发明由于采用了扫频脉冲，即信号发生器产生的脉冲信号频率是连续变化的，使得传入待处理的中的信号频谱分布很宽，有各种不同频率的高频信号分量，因此能杀死待处理的水中的各类细菌和藻类。
本发明中，主处理器6的正极用金属铝制作，扫频脉冲串中的直流成分，将对铝正极产生电解作用，向水中释放铝离子。铝离子是优质的絮凝剂，对待处理的工业和生活用水中的胶体、微小颗粒有强烈的絮凝作用，可使待处理的工业和生活用水中的胶体和微小颗粒絮凝后变成较大颗粒下沉或上浮，这些较大的颗粒经过过滤器过滤后，被过滤器捕获并从排污口排出。因此，本发明除具有杀菌灭藻的功能外，还具有水质净化的功能。 图3为本发明的水处理设备系统示意图。如图3中所示，本发明水处理设备构成如下： 待处理的水通过进水管路及进水阀13流入，通过泵20泵送至本发明的水处理设备进行处理。水处理设备由主机400、主处理器6和去离子辅处理器7构成。主机400向主处理器6输出脉冲输出，而向去离子辅处理器7输出直流输出。主处理器6和去离子辅处理器7可置于待处理的水流经的管路中，主处理器6和去离子辅助处理器7的正极和负极板与水接触，对水进行处理。经过处理的水经过过滤器22和出水阀14排出，而过滤出来的污垢通过集污器24和排污阀15排出。
本发明设置去离子辅处理器7和排污控制电路8的目的是为了防止金属离子污染水体，消除二次污染。
去离子辅处理器7的正极用电解不消耗的材料(例如碳)制成。工作时，正、负极间通有直流电压，带有正电荷的金属离子流经正负极之间时，将被负极捕获。 如图1和3，排污控制电路8的作用是：定期(例如每隔2小时)，定时(例如每次5分钟)地关闭去离子辅处理器7的电源，并关闭出水阀14，排污阀15开启，对装置进行排污。排污5分钟后，装置又恢复去离子辅处理器7通电，出水阀14开启，排污阀15关闭的工作状态。
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本发明的主处理器6与去离子辅处理器7的正极均可以制成齿状。开齿的目的是：第一，增大正极的比表面面积；第二，根据尖端放电的原理，在水中产生集束电流，增大局部区域的电流密度，以增强杀菌灭藻和收集金属离子的作用。 图4为平板齿状电极示意图。
在图4中，箭头Flow表示待处理的水流动方向，即水从图中右侧流入水处理设备，从左侧流出。正极板和负极板均装在待处理的水流经的管路25中，管路25进水侧装有用于改变水流分布的阻流板18和均流板19，在阻流板18和均流板19的作用下，待处理的水均匀地流过正极板和负极板之间的区域，从而得到处理。如图4中所示，既可以将两块平板齿状正极置于管路25的中心位置，而将两块负极板置于贴近管路25管壁的位置；也可以将两块平板齿状正极置于贴近管路25管壁的位置，而将公用负极板置于管路25的中心位置。此外，还可以将管路25用作负极，如图5和图7中所示。 图5为圆柱齿状电极示意图。
在图5中，箭头Flow表示待处理的水流动方向，即水从图中右侧流入水处理设备，从左侧流出。正极板和负极板均装在待处理的水流经的管路25中，与图4中类似，管路25进水侧装有用于改变水流分布的阻流板和均流板(图中未示出)。如图5中所示，圆柱齿状正极置于管路25的中心位置，而将管路25用作负极，圆柱齿状正极两端通过若干个采用耐腐蚀绝缘材料制成的辐条状绝缘撑26固定至管路25的管壁上。与图4中的构造相比，这种布置省去了额外的负极板，结构更加紧凑。
图6为由平板齿状电极组成的本发明水处理设备第一实施例的结构示意图。图7为由圆柱齿状电极组成的本发明水处理设备第二实施例的结构示意图。如图6-7中所示，本发明的水处理设备可以做成模块化的处理单元，通过法兰27与水流经的管道相连，也可以采用多个处理单元串联相接，增大处理能力。这对于本领域技术人员来说是显而易见的，因此图中未示出。
上面说明了本发明的优选实施例，即采用的水处理设备中包括去离子辅处理器7。但是，需要说明的是，去离子辅处理器并不是本发明必不可少的部分。作为替代地，本发明的水处理设备可以省略去离子辅处理器7，而仅采用主处理器6。这对于本领域技术人员来说也是显而易见的，因此图中未示出。
此外，本发明所采用的主处理器6可以输出不含直流分量的扫频脉冲电磁场，这意味着
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待处理的水可以依次通过扫频脉冲电磁场和直流电场。这对于本领域技术人员来说也是显而易见的。其原理和说明此处不再重复。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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