水的淨化方法及其裝置的製作方法
2023-12-05 20:21:26
專利名稱：水的淨化方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及使微生物失活、破裂，以殺菌、殺病毒、消毒和滅菌的水的淨化方法及其裝置。
在現有技術中，已有多種高效率地使綠膿桿菌、大腸桿菌等細菌、真菌或更微小的病毒等微生物破裂，即進行殺菌、消毒或滅菌處理的技術。但是，這些方法似乎未對微生物的特性進行深入探討。例如，電化學殺菌技術已為人們了解，這種方法是以通過使微生物與電極表面或電介質接觸，阻礙其生化反應來使微生物破裂為前提的。然而，由於細菌表面通常帶負電，被陽極吸引，發生接觸時菌體破裂確是事實，但若菌體量較多，菌體內部的原生質(蛋白質)積累，會使細菌處於被蛋白質保護的狀態，則由於形成某種電屏蔽狀態，而會降低殺菌功能，且易在電極的維護管理上產生問題，由此，其實用化曾被認為是困難的。
然而，本發明者在關注細菌的破裂狀況和考慮了微生物的特性的基礎上，對微生物以怎樣的機制破裂進行種種研究後，結果發現了細菌在與陽極接觸前邊噴出細胞質邊崩潰的現象。這可以認為是由於菌體作為微生物電容器，當在電場中，接受電荷，使其電量超過靜電電容時，引起細胞膜破裂，導致死亡。
本發明是根據上述發現而提出的。本發明的水淨化方法是一種將被處理水導入對立地放置有陰極和陽極的處理室內，給予被處理水溶液中的微生物以電能，使微生物失活、破裂的方法。在給予微生物以電能時，使陽極附近的被處理水溶液處於由陽極向遠處流動的狀態或振動陽極附近的被處理水溶液，或振動陽極等，進行上述任一種處理，以避免陽極與微生物、陽極與已失活、破裂的物質的接觸。這樣，使被處理水溶液中的微生物失活、破裂，並在上述處理室內外，將包括由此產生的碎屑的已失活、破裂的物質除去，然後將被處理水作為淨化水取出。
本發明的目的還在於將上述淨化水用高純度濾器過濾，進一步除去溶液中的雜質。並且，在上述水淨化方法中，給予微生物以強電能，將被處理水溶液中隨之產生的氣泡另外用超聲波破壞。
另外，本發明的水淨化裝置是一種將被處理水導入對立地放置有陰極和陽極的處理室內，給予被處理水溶液中的微生物以電能，使微生物失活、破裂的裝置，在上述處理室中，設有使陽極附近的被處理水溶液處於由陽極向遠處流動狀態的流動裝置、振動陽極附近的被處理水溶液的溶液振動裝置和振動陽極的陽極振動裝置中的至少一種，另外，在該處理室內外，還設有碎屑除去裝置。
還有，在上述水淨化裝置中，將陽極製成旋轉體，作為被處理水溶液的流動裝置。另外，在上述水淨化裝置中，碎屑除去裝置系在處理室內外，單用或合用陽極篩網或陽極過濾器。溶液振動裝置系使用配置在陽極附近的超聲波振動器。陽極振動裝置系使用與配有陽極、陰極的電極盒連接的振動機。另外，本發明的目的還在於提供一種組合了上述各種流動裝置、溶液振動裝置、陽極振動裝置以及碎屑除去裝置和採用高純度過濾器的水淨化裝置。
在上述本發明中，目的是通過具有電場的液體，給予微生物以電能，促進微生物細胞內外的滲透，爆裂性地破壞微生物細胞的境界膜。使用具有電場的液體是為了插入電極後使含微生物的溶液本身通電。這裡，給予與電極處於非接觸狀態的微生物以電能，是為了使上述微生物的境界膜破裂。通電的方式可以是電介性通電，也可以是非電介性通電。
在上述和下述說明中，「被處理水」一詞是指含細菌或更微小的病毒等微生物的溶液，如自來水及其他飲用水、用於對手腳進行殺菌的洗滌水、洗澡水、遊泳池水等、以及用於洗滌工業製品的洗滌水等，作為需要使微生物失活、破裂的溶液的通稱，廣義地使用。「電能」可適當地在低～高、弱～強間變化，根據淨化對象即被處理水的量、淨化裝置的規模及其他條件而定。「淨化」一詞系作為進行微生物的殺菌、殺病毒、消毒、滅菌等以及除去有機雜質的概念用語而使用。「境界膜」一詞系作為將細胞的原生質與外界隔開的境界膜、外膜、界面膜、原生質膜、細胞壁等的通稱而廣義地使用。「爆裂性破裂「一語作為直接含義，表示當細胞膜的彈性大時，出現強烈的膜收縮，內容物(原生質)噴出、呈放射狀向四方散射的狀態、當細胞膜彈性小且細胞的內壓大時，出現局部破裂並噴出，但散射較少的狀態、或當同樣地細胞膜的彈性小且相對地外壓低時，內容物噴出並出現散射的狀態等，但「破裂」一語並不限於這些，作為間接含義，還廣義地包括膜變性、膨脹破裂、作為菌體破裂的一般現象的溶解、脫水、凝固、融解、穿孔等破裂狀態。
還有，「電荷水」系作為帶電水、蓄電水、功能水、電解處理水、高氧化電位水、強酸性電解生成水溶液等的通稱使用。「通電」不僅限於向加入電介質(NaCl等)的溶液電介性通電，還包括向純水、精製水等一般認為無導電性的溶液非電介性通電。當為後者時，本發明者發現，若使活菌浮遊在純水或精製水中進行通電，則可產生比電介性通電小的電流。現已查明，這是菌體間的一種跳躍傳導作用(非電介性通電的一種)，菌體向陽極方向形成一定的流動。「滲透」(osmosis)是指在被水能透過而溶質不能透過的膜隔開的區間，溶液中的水向濃度高的一側移動的現象，若滲透壓增大，會導致境界膜破裂。還有，「不可逆性變化」廣義地表示阻礙境界膜的物質交換、境界膜自身的變性、變質、原生質的變性、變質。
下面說明本發明的實施方式，以說明水淨化裝置的實施方式為中心，根據需要，還對水的淨化方法進行說明。實施方式1結合
圖1至圖3，說明實施方式1。在實施方式1中，為使被處理水處於積極的流動狀態，在連續處理用的處理室2內，配置有製成旋轉體4的陽極3。處理室2如圖2所示，將在、右圓筒5、6在中央狹窄部7連接，在圓筒5、6的中央，分別配置有可旋轉自如的旋轉體4、8，在圍繞其的周圍位置配置有多個陰極9，且為了使被處理水溶液液流對撞，在處理室2內，主要是在圍繞陽極3的周圍設置有擋板21。
旋轉體4、8在其圓筒狀軸上裝有多個形成彎曲狀的翅片10，旋轉體4還設有導入被處理水1的導入口11，旋轉體8設有排出經淨化過的溶液的排出口12。並且，在旋轉體4的軸上形成有用以噴出溶液的多個狹縫13，在旋轉體8的軸上形成有用於為取出經淨化的溶液的溶液排出用的多個狹縫14。此外，由於旋轉體4系用作「陽極3」，在其軸內，作為不溶性陽極，裝有鉑製成的第一陽極板15，另外，翅片10系用鈦製成，作為第二陽極板。
上述旋轉體4可作為使陽極3附近的被處理水溶液處於由陽極3向遠處流動的狀態的「被處理水溶液的流動裝置」。
此處理室2的底部，設有超聲波振動器16和陽極篩網17。超聲波振動器16設置在旋轉體4即陽極3的附近，作為「溶液振動裝置」，發揮振動陽極3附近的被處理水溶液的功能，並且，當在陽極9和陽極3間通入低或高電流、低或高電壓，給予微生物以電能時，還具有破壞被處理水溶液中產生的氣泡的功能。
陽極篩網17可用作「碎屑除去裝置」，配置在圓筒5、6間的狹窄部7的底部。該陽極篩網17系由於使微生物失活、破裂後，被處理水溶液中混入大量的碎屑18，為此，在圖1和圖2中，在由左流向右邊的途中，吸引大量的碎屑，由碎屑排出口19排出、除去。20為高純度過濾器，可將除去碎屑後的被處理水溶液(經淨化的溶液)就此取出，也可以再用該高純度過濾器20進一步純化後取出。
在實施方式1中，若由旋轉體4的導入口11導入被處理水1，則被處理水由狹縫13噴出，使旋轉體4與翅片10一起轉動，其結果，陽極3附近的被處理水溶液變成由陽極3向遠處流動的狀態。並且，由於在充滿處理室2的被處理水1中陽極9與陽極3之間有電流通過，含於被處理水1中的微生物被給予電能。被給予電能後，微生物境界膜內外的滲透得到促進，境界膜爆裂性地破裂，在噴出細胞質(原生質)的同時發生崩潰，使大量的微生物基本失活和破裂。由該失活、破裂產生的物質中含有大量的碎屑18，碎屑18等混入溶液中，由於溶液被旋轉體4颳起，不靠近陽極3(具體地說，是第一陽極板15和作為第二陽極板的翅片10)，而由陽極3流向遠處，碎屑18等一起被流走，途中，大量的碎屑18被配置在狹窄部7的底部的陽極篩網17捕獲，且由碎屑排出口19被積極地排出和除去。
微生物的失活、破裂現象發生在微生物接觸陽極3以前，微生物的失活、破裂作用在與陽極3非接觸的狀態下進行。由於旋轉體4產生的被處理水溶液的流動狀態和/或超聲波振動器16產生的被處理水溶液的超聲波振動狀態阻礙了陽極3與微生物以及陽極3與碎屑18的接觸，碎屑18被旋轉體4推開，因此，可避免微生物和碎屑18與陽極3接觸所產生的不利情況。即，可避免陽極效率的下降，相應地，電極的維護管理變得容易，可大量地洗滌、處理被處理水1。
在給予微生物以電能時，由於作為微生物電容器的菌體在電場中接受電荷，當超過靜電電容時，菌體細胞膜破裂，菌體死亡。因此，不需要使用很強的電能即可進行使微生物失活、破裂的水淨化處理。另外，對具有堅韌的境界膜的微生物，也完全可以在陽極9與陽極3之間通入大電流、高電壓，給予微生物以高的電能。並且，由於此時被處理水溶液中產生的氣泡可用超聲波振動器16高效率地破壞，因此，可促進附著在氣泡上的微生物的失活和破裂。
而且，在實施方式1中，由於經淨化的溶液由旋轉體8的狹縫14吸入，由排出口12排出，因此，可連續地導入和排出被處理水1，並可連續地進行水淨化處理。還可以將取出的淨化水用高純度過濾器20進一步提高純度，製成準純水。準純水作為工業製品的洗滌水可能較為適宜。也完全可以將處理室2作為一個單元，製備多個，將它門連接。這樣可以進一步提高水的淨化效率。實施方式2結合圖4說明實施方式2。實施方式2系說明用於進行間歇處理(即分批處理)的水淨化方法及其裝置。為使被處理水30處於積極的流動狀態，在處理室31配置有用電動機32驅動旋轉的陽極33。該陽極33用作「旋轉體」，圓筒軸34和翅片35是用不溶性陽極金屬整體形成的。在圓筒軸34上，配置有多個噴出口36。並且，在處理室31的壁面，在圍繞陽極33的周圍設置有多個陰極37。形成為上述「旋轉體」的陽極33可作為使陽極33附近的被處理水溶液處於由陽極33向遠處流動狀態的」被處理水溶液的流動裝置」使用。
在處理室31的底部，設有超聲波振動器38，該超聲被振動器38安於「旋轉體」即陽極33的附近，在發揮振動陽極33附近的被處理水溶液的「溶液振動裝置」的功能的同時，還兼有當在陽極37與陽極33間通入大電流、高電壓，給微生物強電能時破壞被處理水溶液中產生的氣泡的功能。
在處理室31上，連接有排出導管39，在其中間，插入有作為「碎屑除去裝置」的陽極篩網40。該陽極篩網40系用於捕捉微生物失活、破壞時溶液中大量產生的碎屑41，從溶液中將碎屑41積極地除去。因此，在橫式圓筒形盒41內裝有筒形陽極篩網40，使被處理水溶液流經其中，在這過程中，大量的碎屑41被陽極篩網40吸引，並由碎屑排出口42排出。可將除去碎屑41後的淨化水就此取出，也可用高純度過濾器43進一步除去雜質後作為準純水取出。
在實施方式2中，將被處理水30導入圓筒軸34後，被處理水由噴出口36噴出，充滿處理室31內，與此同時，由於被電動機32驅動旋轉的作為「旋轉體」的陽極33，陽極33附近的被處理水溶液處於由陽極33流向遠處的狀態。由於在充滿處理室31內的被處理水30中陰極37與陽極33之間通入有電流，被處理水30中含有的微生物被給予電能。被給予電能後，微生物境界膜內外的滲透得到促進，境界膜爆裂性地破裂，大量的微生物邊噴出細胞質(原生質)邊崩潰，基本上失活、死亡。失活、死亡後產生的大量碎屑41被「旋轉體」颳起，不靠近陽極33而通過排出導管39被陽極篩網40捕獲，由碎屑排出管42除去。也可用高純度過濾器43進一步除去雜質，製成準純水取去。
微生物的失活、破裂現象發生在微生物接觸陽極3以前，微生物的失活、破裂作用在與陽極33非接觸的狀態下進行。由於旋轉體產生的被處理水溶液的流動狀態和/或超聲波振動器38產生的被處理水溶液的超聲波振動狀態阻礙了陽極33與微生物以及陽極33與碎屑41的接觸，碎屑41被旋轉體推開，因此，可避免微生物和碎屑與陽極33接觸所產生的不利情況。即，可避免陽極效率的下降，相應地，電極的維護管理變得容易。
在給予微生物以電能時，由於作為微生物電容器的菌體在電場中接受電荷，當超過靜電電容時，菌體細胞膜破裂，菌體死亡。因此，不需要使用很強的電能即可進行使微生物失活、破裂的水淨化處理。另外，對具有堅韌的境界膜的微生物，也完全可以在陰極37與陽極33之間通入大電流、高電壓，給予微生物以高的電能。並且，由於此時被處理水溶液中產生的氣泡可用超聲波振動器38高效率地破壞，因此，可促進附著在氣泡上的微生物的失活和破裂。實施方式3
結合圖5和圖6說明實施方式3。實施方式3系說明用於進行連續處理的水淨化方法及其裝置。為使被處理水50處於積極的流動狀態，在處理室57中，於直線上對應位置設有導入口52和排出口53，在處理室51內還裝有交替配置有多個陽極54和陰極55的電極盒56。並且，在該電極盒56上，還連接有振動機57。在排出口53的附近，裝有作為「碎屑除去裝置」的陽極過濾器58，並設有碎屑排出口59。在盒60內，陽極過濾器58與配置成螺旋狀的整流板61組合，迫使含大量碎屑62的溶液液流移向陽極過濾器58，使其與陽極過濾器58接觸，高效率地除去碎屑。63表示高純度過濾器。
在實施方式3中，由導入口52導入處理室51的被處理水50通過交替配置有多個陰極55和陽極54的電極盒56。在這過程中，被處理水50被給予電能，被處理水50中的微生物失活、破裂。溶液就此由陽極54流向遠處，碎屑62與陽極54的接觸被阻礙。另外，由于振動機57振動電極盒56，微生物和碎屑59也不會與陽極54接觸。從而可避免由微生物和碎屑59與陽極54接觸而產生的不利情況。即，不會引起陽極效率下降，從而相應地使電極的維護管理變得容易。
由導入口52流向排出口53的被處理水溶液的流動狀態可通過圖中未標示的閥容易地控制其流速，對微生物給予電能的狀態也可以與被處理水溶液的流速一起加以控制。其它說明由於參照上述實施方式1和2容易理解，為避免重複，在此省略。
根據本發明的水淨化方法及其裝置，由於在不接觸陽極的狀態下給予微生物電能，引起微生物細胞境界膜的破裂，由此，可防止由碎屑、微生物與陽極接觸產生的不利，即可防止陽極效率下降，還具有殺菌效率不下降、從而可用較小的電量通電的效果。並且，可大量地淨化處理被處理水，還可得到準純水。
圖1為實施方式1的水淨化裝置的內部側面簡圖。
圖2為沿圖1中的A-A線的剖面筒圖。
圖3為將圖1的旋轉體部分剖開後的立體圖。
圖4為實施方式2的水淨化裝置的內部側面簡圖。
圖5為實施方式3的水淨化裝置的內部側面簡圖。
圖6為沿圖5的B-B線的碎屑除去裝置的剖面簡圖。
符號說明1、30、50 被處理水2、31、51 處理室3、33、54 陽極4 旋轉體16、38超聲波振動器17、40陽極篩網18、41、62碎屑20、43、63高純度過濾器
權利要求
1.一種水淨化方法，其特徵在於，將被處理水導入相對地放置有陰極和陽極的處理室內，給予被處理水溶液中的微生物以電能，使微生物失活、破裂，通過使陽極附近的被處理水溶液處於由陽極流向遠處的狀態、或振動陽極附近的被處理水溶液、或振動陽極等處理方法中的任一種，阻礙陽極與微生物和失活、破裂生成的物質接觸，在上述處理室內外除去碎屑後，將被處理水溶液作為淨化水取出。
2.如權利要求1所述的水淨化方法，其特徵在於，用高純度過濾器處理除去碎屑後的被處理水溶液，除去被處理水溶液中的雜質。
3.如權利要求1或2所述的水淨化方法，其特徵在於，給予微生物以強電能，對被處理水溶液進行超聲波處理和/或振動電極，破壞被處理水溶液中產生的氣泡。
4.一種水淨化裝置，其特徵在於，將被處理水導入相對地放置有陰極和陽極的處理室內，給予被處理水溶液中的微生物以電能，使微生物失活、破裂，在上述處理室內設置用於使陽極附近的被處理水溶液處於由陽極流向遠處的狀態的流動裝置、振動陽極附近的被處理水溶液的溶液振動裝置或振動陽極的陽極振動裝置中的至少一種，還在該處理室內外設置碎屑除去裝置。
5.如權利要求4所述的水淨化裝置，其特徵在於，將陽極製成旋轉體，作為被處理水溶液的流動裝置。
6.如權利要求4或5所述的水淨化裝置，其特徵在於，溶液振動裝置為用於使被處理水溶液的液流對撞的設置在處理室內的擋板。
7.如權利要求4或5所述的水淨化裝置，其特徵在於，溶液振動裝置為配置在陽極附近的超聲波振動器。
8.如權利要求4或5所述的水淨化裝置，其特徵在於，陽極振動裝置為與裝有陽極、陰極的電極盒連接的振動機。
9.如權利要求4或5所述的水淨化裝置，其特徵在於，碎屑除去裝置為將陽極篩網或陽極過濾器單獨使用或合用的、配置在處理室內外的裝置。
10.如權利要求4或5所述的水淨化裝置。其特徵在於，為除去已除去碎屑的、經淨化的水溶液中的雜質，還設有高純度過濾器。
11.如權利要求4或5所述的水淨化裝置，其特徵在於，處理室可連續地導入和排出被處理水。
12.如權利要求4或5所述的水淨化裝置，其特徵在於，處理室可間歇地導入和排出被處理水。
13.如權利要求4或5所述的水淨化裝置，其特徵在於，將多個上述處理室連接而成。
全文摘要
一種在被處理水溶液中配置陰極和陽板，通過給予微生物以電能，使微生物失活、破裂的水淨化方法及其裝置。被處理水1通過陽極3，由狹縫13導入處理室2內，在非接觸狀態下，由陽極3和陰極9給予被處理水溶液中的微生物以電能。由於陰極3為裝有多個翅片10的旋轉體4，迫使陽極3附近的被處理水溶液由陽極流向遠處，因此，失活、破裂了的微生物的原生質不會與陽極3接觸停留，降低陽極效率。
文檔編號C02F1/48GK1148031SQ9512095
公開日1997年4月23日 申請日期1995年12月28日 優先權日1995年10月17日
發明者吉田勸持, 住岡輝明, 徐海濤 申請人:重塑21株式會社