水消毒设备和水消毒方法与流程

1.本发明涉及一种消毒设备和方法，尤其涉及水消毒设备和水消毒方法。


背景技术：

2.自来水中包含多种对人体有害的物质，比如，菌群、余氯、有机化合物、等。而水中也自我产生去除这些有害物质的具有氧化性的物质，例如羟基自由基、臭氧、过氧化氮、次氯酸、二氧化氯、次氯酸钠。自然界中水产生氧化性物质比较微量，所以水的自净化需要较长的时间周期。如果通过外力激发水的活跃性，使之大量产生上述氧化性物质，就能够快速实现水的消毒除害净化功能。而流动的水，又增加了流量和流速的变量因素，消毒除害就更为复杂。这是因为流动的水的流量、流速都处于变化过程中，对其消毒除害，也必须配合以相应的过程，绝非一次性、瞬间所能完成。但是，由于水的流动目前难以做到的水随来随消毒。


技术实现要素：

3.本发明的至少优选实施例的目的是解决一些上述缺点。附加或替代目的是至少向公众提供有用的选择。
4.本发明提出一种水消毒设备，所述水消毒设备包括：
5.气体供应装置，所述气体供应装置用于供应气体；
6.水供应装置，所述水供应装置用于供应水；
7.负氧离子发生装置，所述负氧离子发生装置与所述气体供应装置和所述水供应装置分别流体连接，所述负氧离子发生装置包括电子释放极和负氧离子反应仓，所述负氧离子反应仓与所述气体供应装置流体连接以接收来自所述气体供应装置的气体，所述电子释放极位于所述负氧离子反应仓内，以在运行时向所述气体供应装置提供的气体释放电子，从而在所述气体中形成负氧离子，所述负氧离子反应仓与所述水供应装置流体连接以将包含所述负氧离子的气体输送到所述水供应装置。
8.在一方面，水消毒设备还包括臭氧发生器，所述臭氧发生器与所述水供应装置流体连接，并且可选地所述臭氧发生器相对于所述负氧离子发生装置位于所述水供应装置的上游，以将由所述臭氧发生器产生的臭氧注入所述水供应装置。
9.在一方面，水消毒设备还包括臭氧发生器，所述臭氧发生器与另一水供应装置流体连接以将由所述臭氧发生器产生的臭氧注入所述另一水供应装置，所述另一水供应装置与所述水供应装置流体连通，其中，从所述另一水供应装置流出的包含臭氧的水被供应到所述水供应装置，或者来自所述水供应装置的、已接收包含所述负氧离子的气体的水被供应到所述另一水供应装置，或者从所述另一水供应装置流出的包含臭氧的水与来自所述水供应装置的、已接收包含所述负氧离子的气体的水被分别注入另一容器中以进行混合。
10.在一方面，所述水消毒设备还包括紫外线消毒装置，所述紫外线消毒装置沿水流方向位于所述负氧离子发生装置的上游或下游，以对所述水消毒设备中的水紫外杀菌；或
者/并且所述水消毒设备还包括红外辐射装置，所述红外辐射装置沿水流方向位于所述负氧离子发生装置的上游或下游，以对所述水消毒设备中的水进行红外照射。
11.在一方面，可选地，所述水供应装置是水管或者是用于存储水的容器，所述另一水供应装置是水管或者是用于存储水的容器，可选地，所述水在所述水消毒设备中被循环多次。
12.本发明还提出一种水消毒方法，所述水消毒方法包括：
13.利用负氧离子发生装置以在负氧离子反应仓中产生电子，从而在所述负氧离子反应仓中的气体中形成负氧离子；
14.含有所述负氧离子的气体被输送到水供应装置的水中，从而在所述水中生成氢氧根离子。
15.在一方面，所述水消毒方法还包括所述水消毒方法还包括为所述水提供臭氧，从而使得臭氧与氢氧根离子相反应以生成羟基自由基；可选地，所述水消毒方法还包括将含有所述负氧离子的气体连续地或者断续地输送到所述水中；可选地，所述水消毒方法还包括将含有所述负氧离子的气体和/或臭氧连续地或者断续地输送到所述水中；可选地，所述水消毒方法还包括将所述水进行紫外杀菌处理和/或红外辐射处理。
16.本发明还提出采用如前所述的水消毒设备实现的水消毒方法，所述水消毒方法包括：
17.通过气体供应装置将气体供应到负氧离子反应仓；
18.通过负氧离子发生装置的电子释放极向含有气体的负氧离子反应仓释放电子，从而在所述气体中形成负氧离子；
19.将包含所述负氧离子的气体输送到水供应装置，从而在水供应装置的水中生成氢氧根离子。
20.在一方面，可选地，所述水消毒方法还包括通过臭氧发生器为所述水供应装置或另一水供应装置的水提供臭氧，并且使得臭氧与来自水供应装置中的水中的氢氧根离子相反应以生成羟基自由基；可选地，所述水消毒方法还包括将含有所述负氧离子的气体连续地或者断续地输送到水供应装置；可选地，所述水消毒方法还包括将含有所述负氧离子的气体和/或通过臭氧发生器产生的臭氧连续地或者断续地输送到水供应装置或另一水供应装置中；可选地，所述水消毒方法还包括将来自水供应装置中的含有氢氧根离子的水与来自另一水供应装置中的含有臭氧的水输送到另一容器中以进行混合。
21.在一方面，所述水消毒方法还包括将所述水消毒设备中的水通过紫外线消毒装置进行紫外杀菌处理和/或通过红外辐射装置进行红外辐射处理。
22.综上，本发明为一种能够有效应用以羟基自由基为主的氧化性物质进行消毒除害的方式，有效应用指人为介入控制何时产生羟基自由基为主的氧化性物质以及产生量。利用本发明的水消毒设备，可以对水在流动过程中实现消毒，由此实现对管路中的运动的水进行无死角的消毒，消毒离子分布更均匀，消毒更全面、更均匀。从而实现水的随来随消毒。
23.利用本技术的水消毒设备，可以实现饮用水消毒，使其菌落数低于国家直饮水标准的菌落数，去除或大幅减少自来水中的余氯、有害有机物、钙镁离子，使其打破水中的大分子团的小分子水，形成富含氢离子和水合氢离子的富氢水，碱性水，处理后的水的ph值略有提高，一般提升酸碱度0.1-0.2。此外，本发明的水消毒设备的可以不断生成具有最强消
毒除害能力的消毒水用于物体的清洗，如：瓜果蔬菜清洗去细菌病毒病残；衣物杀菌消毒清洗；器皿消毒清洗；种子清洗杀菌灭虫，提高发芽率；等，而且还可以对于污水和中水进行消毒，比臭氧消毒更迅速彻底，避免臭氧残留影响污水生化处理工艺。此外，本发明的水消毒设备可以用于污水末端消毒，可以采用本实用的水消毒设备消毒对水进行消毒后再排入管网，彻底实现排污的生物安全。
附图说明
24.现在将仅通过示例的方式，参考附图描述根据本发明的实施例的优选形式，其中：
25.图1示出了根据本发明一较佳实施例的水消毒设备；
26.图2示出了根据本发明另一较佳实施例的水消毒设备。
27.附图标记说明
28.1-水消毒设备、12-气泵、14-负氧离子反应仓、16-负离子发生器、2-水消毒设备、12-气泵、14-负氧离子反应仓、16-负离子发生器、22-臭氧发生器、24-紫外线消毒管、26-红外线辐射管、28-初级过滤器。
具体实施方式
29.本发明的优选实施方式提出一种水消毒设备。如图1所示，该水消毒设备1包括气体供应装置，用于供应气体。在本实施方式中，该气体供应装置是气泵12，其也可以是其他任何合适的气体供应装置，只要能够提供气体即可。气体供应装置供应的气体优选为空气，其也可以是任何合适的气体。水消毒设备还包括水供应装置，水供应装置用于接收来自负氧离子发生装置的气体，在本实施方式中，水供应装置是其中流动水的水管，或者是用于在其中存储水的容器，当然水供应装置也可以是存储水的容器或者其他任何中空结构，只要内部含有水并且接收来自负氧离子发生装置的气体即可。水消毒设备还包括负氧离子发生装置，负氧离子发生装置与气体供应装置和水供应装置分别连接。在本实施方式中，负氧离子发生装置包括电子释放极、供电电源和负氧离子反应仓14，并且还包括负离子发生器16。负离子发生器与供电电源连接，从而通过负氧离子反应仓中的例如电离电刷的电子释放极生成大量的游离电子，向负氧离子反应仓释放电子，游离电子以例如皮秒(万亿分之一秒)计的速度与负氧离子反应仓中的空气中的离子结合形成带有负电荷的离子，即：负离子。电子与通过气体供应装置供应的气体相接触所述负氧离子反应仓与所述气体供应装置连接以接收来自气体供应装置的气体，电子释放极与供电电源连接并且位于负氧离子反应仓内，以向气体供应装置提供的气体释放电子。电子释放极例如电离电刷或者其他任何形式的结构，只要能够产生电子即可。电子释放极释放的电子与空气电离，从而在气体中形成负氧离子，通过与水供应装置的连接从出气口将负氧离子反应仓内的空气中的负氧离子输送到水供应装置。该负氧离子激化水的分子反应，以在水中生成各种有益的离子和性质，例如水中富含氢离子、单氧离子，水呈弱碱性等等。可选地，水消毒设备还包括循环泵，利用循环泵对水消毒设备进行循环，例如对水供应装置、另一水供应装置、另一容器等中的一个或多个中的水进行循环，由此在如几分钟的较短时间内对水消毒设备内的水和水中被清洗物进行彻底消毒。
30.本发明的另一优选实施方式提出一种水消毒设备。如图2所示，该水消毒设备2包
括气体供应装置，用于供应气体。在本实施方式中，该气体供应装置是气泵12，其也可以是其他任何合适的气体供应装置，只要能够提供气体即可。气体供应装置供应的气体优选为空气，其也可以是任何合适的气体。水消毒设备还包括水供应装置，水供应装置用于接收来自负氧离子发生装置的气体，在本实施方式中，水供应装置是其中流动水的水管，当然水供应装置也可以是存储水的容器或者其他任何中空结构，只要内部含有水并且接收来自负氧离子发生装置的气体即可。水消毒设备还包括负氧离子发生装置，负氧离子发生装置与气体供应装置和水供应装置分别连接。在本实施方式中，负氧离子发生装置包括电子释放极和负氧离子反应仓14，并且还包括负离子发生器16。负离子发生器与供电电源连接，从而通过负氧离子反应仓中的电子释放极向负氧离子反应仓释放电子，所述电子与通过气体供应装置供应的气体相接触所述负氧离子反应仓与所述气体供应装置连接以接收来自气体供应装置的气体，电子释放极与供电电源连接并且位于负氧离子反应仓内，以向气体供应装置提供的气体释放电子。电子释放极例如电离电刷或者其他任何形式的结构，只要能够产生电子即可。电子释放极释放的电子与空气电离，从而在气体中形成负氧离子，通过水供应装置的连接将空气中的负氧离子输送到水供应装置，而水供应装置的水在接收空气后发生反应，并从出水口离开水供应装置。
31.根据本发明的另一优选实施方式的水消毒设备还包括臭氧发生器22，臭氧发生器与水供应装置相连接并且沿水流方向位于负氧离子发生装置的上游，以将臭氧注入水供应装置，例如向水供应装置注入电晕空气形成的臭氧。作为一示例，以四分管流量计，本发明采用的臭氧发生器的发生量为0.5-3克/时，例如1-2.5克/时、2克。当然，由于水流量随管径变化也相应变化，臭氧发生量也可以同比例地或者受控地不同比例地变化。臭氧发生器也可以与另一水供应装置相连接以将臭氧注入另一水供应装置(未示出)，并且从另一水供应装置流出的包含臭氧的水被供应到水供应装置，也可以与来自水供应装置的、已接收包含负氧离子的气体的水混合。臭氧因其强氧化性，可以对酚氰类有害有机物和含氯元素进行氧化反应，并且可以与以去除水中的有机有害物质，并且臭氧与接收的水发生反应，生成羟基自由基，吸附捉捕周边的异极性物质，用于消毒除害。作为一替换实施方式，水供应装置是存储水的容器，将臭氧发生器和负氧离子发生装置都连接到该容器，由此在容器中的水中提供臭氧和负氧离子，生成羟基自由基。在较短时间内，如几分钟就可对容器内的水和水中的被清洗物进行彻底消毒。利用可选的循环装置，例如循环泵，对水消毒设备中的水进行循环，例如以循环泵的方式将水消毒设备的水进行循环，例如水供应装置、另一水供应装置、另一容器和其他任何可能的容纳水的装置中的一个或多个，从而为水消毒设备中的水中多次提供臭氧和负氧离子，从而在较短时间内对水消毒设备内的水和水中被清洗物进行彻底消毒。例如，可以将存储水的容器中的水通过循环泵抽出，通过两个或多个不同管路分别向水供应装置和另一水供应装置注入来自臭氧发生器的臭氧和来自负氧离子发生装置的负氧离子，两个或多个不同管路中的含以上不同离子的水再分别注回容器中，通过此方式循环地在容器内合成消毒除害的复合离子群。由此，在较短时间内，如几分钟内，就可对容器内的水和水中被清洗物进行彻底消毒。通过以上方法，也可以制作无菌的小分子水、富氢水、碱性水。
32.根据本发明的另一优选实施方式的水消毒设备还包括紫外线消毒装置，紫外线消毒装置沿水流方向位于负氧离子发生装置的上游，以对水消毒设备特别是水供应装置中的
水紫外杀菌。紫外线消毒装置也可以位于水消毒设备的任何位置，只要能够对所述水消毒设备中的水进行消毒即可。紫外线消毒装置例如是紫外线消毒管24，包括外壳和至少一个紫外线灯，设置在水供应装置的外部以用于发出消毒用紫外线。紫外线灯可以以灯排的形式排布的多个紫外线灯，并且沿着水供应装置内的流体流动方向或者垂直于流体流动方向间隔一定距离排布。至少一个紫外线灯可以通过至少一个安装孔进入外壳和从外壳取出。由于需要受到紫外线照射，该紫外线消毒管对应水消毒设备，例如水供应装置，例如水管，为透明的。紫外线消毒管可以发出180-400nm范围内的波长的紫外线。紫外线消毒管可以发出例如253.7nm波长的紫外线，由此对构成细菌病毒的蛋白质的去氧核糖核酸(dna)和核糖核酸(rna)具有强大的破坏力。紫外线消毒管可以发出例如185nm波长的紫外线，其具有将氧气激发生成臭氧的能力，能够将水中所含的氧气o2转化为具有强大消毒除害能力的臭氧o3。紫外线消毒管也可以发出例如320-380nm波长的紫外线，由此能够将水中含有的过氧化氢(h2o2)转化为消毒除害力更为强大的羟基自由基(-oh)，提高消毒除害力。由此，本技术的紫外线消毒装置采用400nm以下的全波段的紫外光源对水进行照射，直接/间接地对水中的细菌病毒和有害有机物进行杀灭去除。以四分管流量计，可以采用紫外线光源功率为5-50w均有效，例如采用8w、10w、19w、38w、42w、15-40w、20-35w、25-30w。随管径变化水流量也相应变化，适用功率也同比例或不同比例的变化。
33.根据本发明的另一优选实施方式的水消毒设备还包括红外辐射装置，红外辐射装置例如是红外线辐射管26，沿水流方向位于负氧离子发生装置的上游。红外辐射装置也可以位于水消毒设备的任何位置，只要能够对所述水消毒设备中的水进行红外照射即可。红外辐射装置以红外线照射水消毒设备，例如水供应装置，例如水管，中的水以使术的大分子团变为小分子团及游离水分子。红外辐射装置打破水的大分子团，让水的内在分子构成以小分子水(数个水分子的水分子团)和游离水分子。这种良性环境更容易让水实现分子活跃。以四分管的流量计，采用红外线可以是波长为2微米以上，例如采用2-5微米的红外线，功率在5-50w范围。当然随管径变化水流量也相应变化，红外辐射装置的适用功率也同比例或者不同比例地变化。红外线也可以照射水容器中的水。
34.根据本发明的另一优选实施方式的水消毒设备还包括初级过滤器，初级过滤器28简称为初过滤，其位于水供应装置的入水口处，并且沿水流方向位于所述负氧离子发生装置的上游，以过滤掉水中的颗粒物，保证设备不因淤堵而影响工作状态。初级过滤器可以采用一般自来水管路应用的管道金属过滤网，其可以为10-100目(1650微米-165微米)中的任何合适的过滤精度。
35.本发明的另一优选实施方式提出一种水消毒方法。该水消毒方法包括利用负氧离子发生装置以在负氧离子反应仓中产生电子，从而在所述负氧离子反应仓中的气体中形成负氧离子；含有所述负氧离子的气体被输送到水供应装置的水中，从而在所述水中生成氢氧根离子。
36.发明人发现，羟基自由基具有2.8氧化电位值，由于电位值物质具有极性吸附力，从而能将周边的异极性物吸附捉捕，所以，羟基自由基的氧化消毒能力速度成百上千倍地高于常见的过氧化氢、次氯酸等物质。但是羟基自由基极度不稳定，存在时长仅以万分之一秒计。利用羟基自由基进行消毒需要让其持续产生，建立起随产生随消毒而消失，继续产生，继续消毒除害而消失的循环往复持续过程。本发明的水消毒方法通过将羟基自由基持
续不断地注入水中以进行消毒。根据本发明所述的方法，首先将负氧离子引入水中，负氧离子例如通过负氧离子发生装置产生，如上所述，根据一实施方式，负氧离子发生装置包括电子释放极和负氧离子反应仓，负离子发生器与供电电源连接，从而通过负氧离子反应仓中的电子释放极向负氧离子反应仓释放电子，以将电子释放到气体供应装置提供的气体。电子释放极释放的电子与空气电离，从而在气体中形成负氧离子，通过水供应装置的连接将空气中的负氧离子输送到水供应装置。负氧离子的活性极强，立刻引发水的分子裂变的活性反应，在皮秒单位的瞬间负氧离子与水结合生成包括氢氧根离子的物质。水中也包括部分尚未反应的游离电子，游离电子入水后迅速定域，但定域不稳定形成新颖的质子转移现象，产生h2，最终变为更加稳定的术合氢氧根离子体系(oh-)。
37.根据本发明一实施方式的水消毒方法还包括在已包括氢氧根离子的水中提供臭氧，使得臭氧与水中的氢氧根离子相反应以生成羟基自由基。臭氧可以是通过臭氧发生器提供的，臭氧可以提供到所述水供应装置或另一水供应装置。氢氧根离子与臭氧相遇即迅速形成羟基自由基而迅速消毒除害。由于臭氧和氢氧根离子在水中相对稳定，例如可以在水中存在约20-40分钟，例如30分钟，因而，利用本发明的水消毒设备和水消毒方法，可以有序地控制实施消毒除害过程之前生成的臭氧和氢氧根离子的过程，从而控制臭氧和氢氧根离子从游离状到相遇生成羟基自由基的过程。这一过程在不同术质的情况下持续时间不等，可以持续一秒到数分钟，最长可达近20分钟。
38.臭氧溶于水，但比在空气中分解更快，常态下能在水中存留约30分钟。由于在水中加入氢氧根离子与臭氧离子可以反应生成羟基自由基，因此实现对水进行倍增的消毒除害，并且可以大量减少水中的臭氧浓度，消除臭氧的异味。臭氧在水中通过直接反应直接氧化有机物和微生物，杀菌灭毒去除余氯及酚氰类物质。臭氧在水中也在氢氧根oh-诱发下形成消毒能力更强的羟基自由基，也就是具有9个电子不稳定态的-oh，由此发挥更强大的消灭有机物和微生物的能力。此外，臭氧在活性水中也会与水分子反应形成过氧化氢(h2o2)也起到起到消毒作用，过氧化氢因为相对臭氧更稳定，所以形成消毒持续性。作为示例，该水消毒方法包括将通过臭氧发生器产生的臭氧连续地或者断续地输送到水供应装置从而与含有负氧离子产生的氢氧根离子的水结合，在水中形成羟基自由基。作为示例，该水消毒方法包括将通过臭氧发生器产生的臭氧连续地或者断续地输送到另一水供应装置，并且将另一水供应装置的含有臭氧的水输送到水供应装置中的含有负氧离子产生的氢氧根离子的水，或者将水供应装置中的含有负氧离子产生的氢氧根离子的水输送到该另一水供应装置，从而使得水中的负氧离子与氢氧根离子结合，在水中形成羟基自由基。作为示例，该水消毒方法包括将通过臭氧发生器产生的臭氧连续地或者断续地输送到另一水供应装置，而后将水供应装置中的含有负氧离子产生的氢氧根离子的水与另一水供应装置的含有臭氧的水输送到另一容器，在该另一容器中，水中的负氧离子与氢氧根离子结合，在水中形成羟基自由基。可选地，水消毒方法还包括例如利用如循环泵的循环装置对水消毒设备中的水进行循环，由此在如几分钟的较短时间内对水消毒设备内的水和水中被清洗物进行彻底消毒。
39.根据本发明的一实施方式中的水消毒方法还包括将水消毒设备内的水通过紫外线消毒装置进行紫外杀菌处理和促进生成羟基自由基，例如，采用紫外线照射水生成空穴，空穴吸附于水分子形成羟基自由基，形成强氧化消毒作用。又例如，采用约320-380nm的紫
外线照射水中存在的微量过氧化氢，催化过氧化氢生成消毒力更强的羟基自由基。又例如，采用约160-200mm，例如185nm的紫外线照射水和水管内可能出现的空气生成臭氧，使得臭氧进入水消毒设备中的水以生成羟基自由基。此外，由于需要紫外灯管的照射，被紫外线消毒装置照射的水消毒设备中的一部分优选为是透明的管路或者透明的容器，从而有利于紫外线照射消毒。
40.根据本发明的一实施方式中的水消毒方法还包括通过红外辐射装置进行红外辐射处理。优选地，利用例如红外辐射装置对水消毒设备内的水进行照射，水中的水分子的氢键吸收到红外线，会以每秒近30万次的频率做高速不定向运动。所以红外线，例如波长在2微米以上的红外线，能够打破水分子团的氢键，使水的大分子团变为小分子团及游离水分子，由此为水分子受外力分解成消毒净化所需要的o3、h2o2、羟基自由基-oh提供更适合的条件。此外，由于需要进行红外辐射，被红外辐射装置照射的水消毒设备中的一部分优选为是透明的管路或者透明的容器，从而有利于红外线照射消毒。
41.本说明书中使用的“包含”一词是指“至少部分包含”。在解释本说明书中包含“包括”一词的每条陈述时，也可能存在除此以外或以该词开头的特征。诸如“包含”和“包含”等相关术语应以相同的方式解释。
42.对于本发明所属领域的技术人员而言，在不背离所附权利要求书所限定的本发明范围的前提下，本发明在结构上的许多变化以及本发明的广泛不同的实施方式和应用将是显而易见的。本文的公开内容和描述纯粹是说明性的，并且在任何意义上都不旨在进行限制。在本文中提及具有与本发明相关的领域中的已知等同物的特定整数时，这些已知等同物被视为结合在本文中，如同单独阐述一样。
43.如本文所用，术语“和/或”是指“和”或“或”或两者。
44.对本文公开的数字范围的引用(例如0.5-3、180-400、5-50)也包含对该范围内所有合理数字的引用(例如0.8、0.9、1.3、1.8、2.4；例如194、234、258、279、333、346、359、372；例如12、17、24、28、32、37、41、45、27)以及该范围内的任意有理数范围(例如1.1至2.8、235.8至345.7、6.1至40.7)，因此，所有范围的所有子范围明确特此明确公开在此公开的内容。这些仅是特定目的的示例，并且在所列举的最小值和最大值之间的数值的所有可能的组合应被认为在本技术中以类似的方式明确地陈述。
45.在本说明书的描述中，可以参考不在所附权利要求的范围内的主题。该主题应被本领域技术人员容易地识别，并且可以有助于将如所附权利要求书中所定义的本发明付诸实践。
46.尽管本发明大致上如上所定义，但是本领域技术人员将理解，本发明不限于此，并且本发明还包括以下实施例给出示例的实施方式。
47.本发明的前述描述包括其优选形式。在不脱离本发明的范围的情况下可以对其进行修改。