[发明专利]用电场减少生物垢的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及一种解决与表面微生物垢相关问题的方法。在这点上，特别关心的是膜和传热表面的微生物垢。

相关技术描述

许多行业如化学、食品饮料、药物、电子及电力行业中常需要洁净的水。通常，这些行业中的应用需要处理水源以去除污染物。水处理的各种技术和化学已为人们所熟知，包括单独或与常规化学澄清组合地蒸馏、过滤、离子交换、反渗透、光氧化和臭氧化。在很多情况下，含若干溶解固体、有机部分和微生物活性组分的给水将通过水处理系统或装置如换热器并因此产生污染状况而损害所述系统或装置的效率。

常使用膜来去除过程给水中所含的污染物。所关心的膜包括微滤、纳滤、超滤和反渗透膜。作为过滤操作的自然结果出现的一个问题是膜表面的污染。污染物质可分解为有机(即腐殖质、脂肪、油和油脂)、无机(即粘土、淤泥、碳酸钙和磷酸钙)和微生物几个大类。最后一类污染物(即微生物)是本发明的方法将应用于的那些。

常使用化学品来防止污染物在膜内的沉积。例如使用阻垢剂来减少无机污染。但阻垢剂对微生物垢几乎没有或没有作用。为控制微生物垢，常使用杀生物剂。但是，虽然杀生物剂将杀灭微生物，但一些微生物仍将在膜内存在，可能以被杀灭有机物的残余物为食物来源且其存在将成为流动阻力并因此阻碍膜系统的高效运行。膜上形成的所得生物膜可为生物生长提供保护性的小生境的事实将使情况加剧。需使用化学品来去除或清洁微生物污染物膜的标准处理可能不利地影响膜的使用寿命。

确实，生物膜的存在不仅构成流体流动阻力，而且在当沉积在装置如传热装置(如工业冷却塔中使用的换热器)的表面上时，生物膜还构成传热阻力。如在膜的情况下一样，称为杀生物剂的化学品可用来缓解这个问题，但这些化学品价格昂贵且具有环境危害性。此外，保留的死去的微生物物质也将妨碍传热效率。因此需要减少装置如工业水处理中传热表面上的生物垢。例如在冷却塔中，传热装置表面上积聚的生物质的影响与积聚在膜上的相似。在一种情况下，结果是流体流动受限，而在另一种情况下，结果是传热流动受限。任一情况下均需要一种防止微生物进入装置、生长并繁殖进已形成的生物膜中的方法。本发明的方法通过在微生物物质可与内膜和/或传热表面相互作用前减轻微生物物质的影响而解决这个问题。

发明概述

已发现一种通过使用放电和/或电场破坏导致表面生物垢的微生物而防止生物垢的方法。特别地，所述方法提倡在经历其他方法如膜滤或循环经换热器之前破坏给水或其他液体流的微生物内容。通过破坏水的微生物内容或使水的微生物内容变性，微生物(microbiology)将不再能在所述过程装置上或内产生限制性的生物膜。

特别地，在本发明的一个实施方案中，给水用能产生大约为约10到约80Kv/cm的能破坏给水中所含微生物细胞的强电场的设备处理。所述系统通过电场效应将细胞穿孔使水基本无菌并有效去除活的或具有持续生存能力的微生物物质。

本发明的另一实施方案涉及一种包括反复并快速的电容性放电的方法。所述电容性放电的作用是以和先前所述大致相同的方式杀灭生物垢。

再一实施方案提供了任一上述实施方案与化学处理的组合。通过使微生物细胞经受电场外加化学处理，可能降低致死场强和/或降低化学剂的比率和/或缩短总的处理时间而得到无微生物污染物的给水。

又一实施方案涉及通过组合能在称为Trichel脉冲的电晕放电或UV光的影响下生成自由基的化学品来减少微生物物质和/或顽固性有机部分。在电晕放电情况下，产生电晕所需的电场强度随与电源相连的丝的直径而异。通常，对于直径仅数毫米的丝，电晕放电可在25Kv的电位和仅几个毫安下启动。在其中丝为空心导管的情况下，可引入(经由泵)化学品，所述化学品沿空心导管的长度向下行进并在离开所述管时经受空心导管开口处由于化学品所离开的点处的大曲率半径而发生的Trichel脉冲所产生的电离辐射。化学品指电离时生成许多自由基的液体或气体，所述自由基可然后用来清除微生物物质和/或顽固性有机材料。在一个实施方案中，可使用这样的丝的栅格以便在流通管或其他装置中给予良好的截面积覆盖率从而可优化电晕放电的有益效果。电晕放电的极性不一定重要，但使用电源相对于地为负的电晕的好处是一个副产物为臭氧。臭氧是已知的消毒剂并易于生成对预期目的可能有价值的自由基种类。