[發明專利]一種利用封閉陽極室構建的凈化飲用水的電化學系統

在審

• 申請號: 201811136672.X
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109179591A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 李冬順藝
• 申請（專利權）人: 傲自然成都生物科技有限公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種利用封閉陽極室構建的凈化飲用水的電化學系統，該系統針對飲用水中含有硝酸鹽、高氯酸鹽、余氯、消毒副產物以及重金屬離子超標、現有活性金屬電子供體如鋅、鎂應用過程中易于產生二次污染的現狀，結合電解水機運行過程中帶來的副產氯氣、次氯酸鹽以及重金屬離子富集的問題，利用封閉陽極室構建的電化學系統，既可通過電化學還原途徑去除余氯、消毒副產物、重金屬離子，還可通過生物電化學催化還原硝酸鹽、高氯酸鹽等污染物，在上述污染物凈化過程中，同時產生富含氫氣的還原堿性水。

技術領域

本發明涉及水凈化領域，特別涉及飲用水凈化領域，具體涉及一種利用封閉陽極室及其構建的凈化飲用水的電化學系統。

技術背景

飲用水廠通過沉降、過濾、消毒等對來自地面或地下水源的飲用水進行處理，最后經管網輸送到家庭用戶。長期以來，環境污染物通過遷移、轉化對現有水環境造成嚴重的污染，部分飲用水源超標事件頻繁發生，飲用水廠因處理工藝的限制對于飲用水中的大量污染物處理效率非常有限。氯氣消毒成為飲用水廠防止大腸菌群等有害微生物在供水管道內滋生的主要手段。氯氣消毒過程中產生大量的致癌消毒副產物污染。現有城市飲用水輸水管網大多采用鑄鐵管，鍍鋅管，含鉛水龍頭仍然在現有家庭中廣泛使用。飲用水消毒殘留的余氯隨輸水管網進入到各個家庭用戶，余氯本身的異味造成人體感官嚴重不適，還會對城市輸水管道、家庭水龍頭等管壁造成快速氧化、致使大量的鉛、鋅、鎘、鉻等重金屬離子溶出到飲用水中，對人體健康帶來嚴重威脅。

犧牲陽極廣泛應用于船舶、地下管道、地面儲運設施以及電熱水器等鋼鐵材料的陰極保護，隨著燃料電池技術的發展，犧牲陽極也開始應用于金屬空氣電池領域。一些活潑金屬如鎂、鋅等單質或合金氧化腐蝕能夠產生更負的電位，不僅用于陰極保護，還廣泛應用于飲用水脫除余氯、重金屬以及產生富氫堿性負離子水領域。其中KDF(銅鋅合金)通過與余氯的反應：Zn+2HOCl＝ZnCl2+2OH-還原次氯酸或氯氣，此外，通過KDF形成的原電池，鋅氧化將鉛離子置換到銅陰極表面。但KDF使用過程中，大量的鋅溶解導致凈化水中鋅離子濃度顯著上升，甚至超過了飲用水的衛生標準，對人體健康帶來危害。鎂顆粒作為濾芯，其氧化不僅能夠脫除余氯，還能產生產氫氣，但由于產生大量的氧化鎂沉淀包裹鎂顆粒造成活性顯著下降并堵塞濾芯。

基于水電解原理開發的電解水機已應用于飲用水凈化領域，主要用于在陰極室產生還原的堿性水以及陽極室產生強氧化的酸性水，其電解水機結構中，主要通過一個陽離子交換膜分隔陰陽極室，低電導率的飲用水電解過程中，高電阻帶來能量效率的降低，電解過程中，飲用水中的氯離子在陽極室內氧化為氯氣以及次氯酸等有害產物，而其中的重金屬離子通過陽離子交換膜在陰極室內富集，產生的還原堿性水加重了重金屬的污染。

發明內容

針對飲用水中含有硝酸鹽、高氯酸鹽、余氯、消毒副產物以及重金屬離子超標、現有活性金屬電子供體如鋅、鎂應用過程中易于產生二次污染的現狀，結合電解水機運行過程中帶來的副產氯氣、次氯酸鹽以及重金屬離子富集的問題。本發明提供了一種利用封閉陽極室構建的凈化飲用水的電化學系統。該發明主要應用于家庭飲用水的凈化，也可應用于學校、賓館、辦公場所等供水終端的飲用水凈化領域。本發明的利用封閉陽極室構建的電化學系統，既可通過電化學還原途徑去除余氯、消毒副產物、重金屬離子，還可通過生物電化學催化還原硝酸鹽、高氯酸鹽等污染物。在上述污染物凈化過程中，同時產生富含氫氣的還原堿性水。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：