[发明专利]使用阳极除去或减少液体中的微生物杂质

说明书

技术领域

本发明涉及电化学除去或减少液体中的微生物杂质的技术领域。所处理的液体可以包括废水和人类消耗用水。

背景技术

传统的除去或减少诸如废水或人畜消耗用水的液体中的微生物杂质的方法典型地包括使用化学品、生物化学处理、沉淀、蒸馏、过滤、电化学设备等。

电化学设备包括一个或多个阳极和阴极，它们典型地被配置用于允许液体流过两极之间。而且，各种类型的电极的结构和组分表面都是可行的，以便于在通过两个电极之间的液体中生成各种不同的反应。在阳极处，卤化物可经由卤素基团的二聚作用而被氧化成卤化物对应的卤素，最常见的是氯，并且水可以被氧化为分子氧和质子。在阴极处，分子氧可被还原成为过氧化氢，并且水被还原成为氢离子和羟基离子。氯、氯基团、过氧化氢和臭氧均可以对所处理的液体中的细菌物质有杀灭作用。

存在与水处理中的氯的使用和产生相关联的数个问题，特别是由于氯对环境的潜在不利影响以及人畜消耗用水中的氯水平的法律限制相关联的问题。使用氯的不利的环境影响的例子是，氯与含氮化合物反应，产生了氯胺，氯胺是具有令人不快的气味的生物杀灭剂。而且，氯与其他的有机材料反应，并且可以产生出对环境有害的、致癌的和/或致畸的化合物，诸如氯仿或氯酰胺，并且与天然存在的酚类化合物反应，形成氯化化合物。在废水处理中，在氯化之后，必须使用二氧化硫或等效化学制剂进行费力的而且潜在有毒的脱氯工艺，以便于遵守氯排放标准。

然而，近年来氯的使用日益受到阻碍和限制。例如，德国饮用水规定(基于1998年11月的关于人类消耗用水质量的欧盟规定98/83/EC)将饮用水中的氯含量限制为0.5mg/l。此外，在大部分食品工业中，与食品产品直接接触的水中的高浓度的氯也是被禁止的。通常，具有“饮用质量”的水在本文下被视为可接受的，并且这种水通常是被规定用于例如食品厂中的许多工艺中的水质量。

为了减少水中能够产生菌落的细菌的数目，细菌包括致病细菌，常常有必要使用显著高于饮用水中的允许限制的氯浓度。在欧洲卫生工程及设计组织指南“Safe and Hygienic Water Treatment in FoodFactories”中叙述了，需要高达1000ppm的氯水平以用于控制细菌，即，使细菌的数目保持低于菌落形成的水平。这明显使得水去污系统中的氯的利用更加复杂。

关于例如废水和人畜消耗用水的电化学去污的另一个主要问题是，去污系统的经济上不利的能量需求。近年来，进行了相当大的努力来减少所述系统的能量成本，例如经由所采用的电极进行最优化。

描述用于液体净化的相似系统的现有技术包括以下文献：

US4316787公开了一种阳极，其包括结合到铌层或钽层的铂族金属箔的叠层体，这个叠层体又结合到钽基板。阳极可以在高于20伏特的电压和高于100瓦特/平方英寸表面的瓦特密度下操作。因此，这种阳极由三种金属组成，而本发明的阳极仅由两种金属组成，优选地是由钽和铂组成，而且可以在10～15伏特的较低的电压下操作。

US 2003/0164308公开了一种用于从废水获得饮用水的方法和装置，其基于电解单元的使用，电解单元形成了在相对较低的电压(20～200伏特、1～6安培)下和非常高的流速下操作的动态流动系统的一部分。与根据本发明的阳极不同，阳极由铁、不锈钢、碳或铜形成。

US 4290873公开了一种电极网，其包括作为基材的钛或钽，并且覆盖有铂。可以将铂机械包覆到钛基板或钽基板上，或者可以将铂电镀到基板上。阳极的形状和表面以及一百微英寸(2.54μm)的钛层厚度都不同于根据本发明的阳极。

US 3616355公开了一种阳极，其包括诸如钛、钽或铌的金属基板或金属背衬上的铂金属箔的叠层体。所述材料的结合通过高度局部化的压力和热电热量的作用。与此不同，本发明的阳极由扩张金属组成并且还在铂表面上赋予凹痕。

DE 19625254公开了一种覆盖有铂层的扩张钛制成的阳极。这种阳极的特征在于连接两个层的方法，这个方法不同于本发明的阳极。而且，阳极的表面上未被赋予凹痕。

DE 2223240公开了一种包括钛和铂的阳极。然而，阳极不是由扩张金属制成的，并且表面上也未被赋予凹痕。而且，阳极是利用在电解过程中进行硝化制成的。

DE 3823760公开了一种包括覆盖有铂的扩张金属钛板的阳极。然而，铂层的厚度比本发明的阳极大三倍并且因此比本发明的阳极昂贵。而且，阳极的铂表面中未被赋予凹痕。

发明内容