專利名稱：水質(zhì)凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及除去水中雜質(zhì)的水質(zhì)凈化器，更具體地，涉及利用低濃度臭氧為消毒劑的水質(zhì)凈化器，該凈化器用于除去水中的有機雜質(zhì)，同時用低濃度臭氧對水進行消毒。
背景技術(shù)：
在水族館和提供生活海鮮的中餐館內(nèi)，通常需要使海鮮在魚缸中存活一段時間。魚缸中的水通常取自海水，以香港為例，由于香港維多利亞灣的海水嚴重污染，魚缸中的海水經(jīng)常含有致病病原體。另一方面，在運輸過程中，魚、蝦、蟹等海產(chǎn)品經(jīng)常需要存活在十分有限體積的容器內(nèi)，致使密度很高，排泄所產(chǎn)生的有機廢物逐漸累積，這些有機物質(zhì)有利于細菌的生長，如果不及時除去會導致霍亂等疾病的傳播，因此需要在水處理的過程中除去這些有機物。過去通常使用化學氧化法，如用氯和溴以及其他氧化劑(Handbook ofOzone Technology and Application.Rice & Netzer，Ann Arbor SciencePublishers，ANN Arbor，MI，386P，1982；Ozone in Water Treatment Applicationsand Engineering.Langkaus等人.，Lewis Publishers，Chelsea，MI，569p1991；TheUse of Ozone and Associated Oxidation Processes if Drinking Water Treatment.Camel & Bermond.Wat.Res.Vol.32.No.11.pp.3208-3222，1998)，但該方法通常會有殘留物。
另一方面，水中有機物大分子上的負電荷被中和時，其不再互相排斥而懸浮在水中，而會產(chǎn)生凝集。這種凝集作用會產(chǎn)生泡沫?，F(xiàn)有技術(shù)中的蛋白質(zhì)撇除器通常通過氣體鼓泡作用或凝集作用來實現(xiàn)蛋白質(zhì)的分離，即凝集作用產(chǎn)生的泡沫夾帶著有機廢物借助鼓泡作用向上運動到達收集器，因此分離不需要的廢物。但是當鼓泡的速度過快時，水流傾向于加速并聚集。
U.S.Pat.No.6,156,209公開了一種用注射器產(chǎn)生氣泡的蛋白質(zhì)撇除器。該方法產(chǎn)生了大量的氣泡，同時也浪費了大量的能源和電力，該機器的操作需要高壓噴霧，這不僅帶來了噪音，而且由于海水中的鹽會逐漸在注射器的開口處堵塞，所以注射器可能會很容易折斷。
U.S.Pat.No.5,562,821公開了泡沫水質(zhì)凈化器，該水質(zhì)凈化器通過反應管內(nèi)的渦流運動產(chǎn)生氣泡。該方法存在同樣的問題，即產(chǎn)生渦流的馬達工作時也會發(fā)出噪音。由于馬達和槳可能會被海水中的鹽堵塞從而使整個設(shè)備癱瘓，因此這種泡沫水質(zhì)凈化器也不適用于海水的凈化。
U.S.Pat.No.4,834,872公開了一種用于處理含有生物物質(zhì)的液體的浮選反應器(flotation reactor)，包括泡沫管、定位于泡沫管一端的收集管、定位于泡沫管另一端的內(nèi)層上升管(inner rising tube)。該反應器可將海水除去生物物質(zhì)和亞硝酸鹽，然后充氧氣，再送回原系統(tǒng)中循環(huán)使用。
因此迫切需要一種節(jié)約能源，使用方便，并且使用后沒有殘留物的方法和設(shè)備對海水進行凈化和消毒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供了一種水質(zhì)凈化器，該水質(zhì)凈化器可用于清潔養(yǎng)魚池/水族館/魚缸或中餐館中儲存活海鮮的容器中的海水。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種利用臭氧為消毒劑的水質(zhì)凈化器，該凈化器利用低濃度的臭氧向海水中鼓泡，除去儲存活海鮮的容器的海水中的有機物質(zhì)，如蛋白質(zhì)以改善海水的質(zhì)量，同時還能對容器中的海水消毒。
本發(fā)明的水質(zhì)凈化器包括外殼、雜質(zhì)收集管、支持管、內(nèi)管以及氣體輸入管，其特征在于所述外殼呈管狀，下端具有底面，其側(cè)壁上開設(shè)有進水口和出水口；支持管的直徑小于該外殼的直徑，并位于該外殼內(nèi)；所述雜質(zhì)收集管固定于該外殼的頂端，具有環(huán)形底面，該環(huán)形底面的內(nèi)緣與支持管的外側(cè)壁相接；和內(nèi)管的直徑小于該支持管的直徑，并位于支持管的內(nèi)部；和氣體輸入管的出氣口位于所述內(nèi)管的內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案，在該雜質(zhì)收集管的側(cè)壁上開孔，用于排出收集管內(nèi)的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案，外殼管壁上的出水口和入水口均位于外殼的上部，而且相互對向設(shè)置，優(yōu)選內(nèi)管的上端管口稍低于出水口。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案，所述該支持管位于雜質(zhì)收集管內(nèi)的部分是下大上小的漏斗型。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案，在所述支持管的側(cè)壁上部開設(shè)有溢水孔，該溢水孔位于內(nèi)管頂端的上部并在雜質(zhì)收集管環(huán)形底面的下部，以使水可以從溢水孔穿過從而防止溢出，因此水可以在系統(tǒng)中再循環(huán)。更優(yōu)選地，這些溢水孔均位于水面以上的側(cè)壁部分，并均勻分布在同一水平位置的支持管的管壁上。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，內(nèi)管和支持管以同軸方式設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案，該雜質(zhì)收集管的底面與支持管的上半部通過螺旋連接等方式連接，從而使支持管固定于該外殼內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施方案，所述雜質(zhì)收集管有一個頂蓋；該頂蓋上有可以放出氣體的開孔；優(yōu)選地，該頂蓋是可分離的，便于清洗和更換。
根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施方案，所述雜質(zhì)收集管通過開孔使雜質(zhì)和廢物排出。優(yōu)選地，該開孔位于雜質(zhì)收集管側(cè)壁的下半部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施方案，所述氣體輸入管的出氣口上固定有進氣頭，該進氣管與臭氧發(fā)生器相連。
優(yōu)選地，本發(fā)明的水質(zhì)凈化器懸掛在養(yǎng)魚池/水族館/魚缸的邊緣以及水面以上。
本發(fā)明的水質(zhì)凈化器的各個部分包括雜質(zhì)收集管，進氣管，內(nèi)管和支持管都是可以分離的，便于清洗和更換。
本發(fā)明的水質(zhì)凈化器的一個具體實施方案是利用臭氧氣體為消毒劑對水進行消毒，優(yōu)選地，該臭氧氣體的濃度低于0.04ppm。
本發(fā)明所提供的水質(zhì)凈化器成本低廉、使用方便，僅用空氣、水和電就可以操作。過濾海水分離出雜質(zhì)的同時使用低濃度的臭氧對海水消毒，使其可以再循環(huán)使用。低濃度的臭氧消毒效果顯著又沒有殘留物，對人和環(huán)境也沒有危害。
結(jié)合以下具體實施例的描述可以更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案的水質(zhì)凈化器的正視圖；
圖2是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案的水質(zhì)凈化器的剖視圖；圖3是分別用空氣和臭氧處理的水中細菌濃度隨時間的變化曲線；圖4是分別用空氣和臭氧處理的水濁度隨時間的變化曲線；圖5是分別用空氣和臭氧處理所除去的蛋白質(zhì)量。
圖6是向兩個容器A和B分別泵入空氣和臭氧進行實驗的模型圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的水質(zhì)凈化器通過控制鼓泡使分離的效率達到最大。鼓泡是分離雜質(zhì)如蛋白質(zhì)的驅(qū)動力，但是過多的鼓泡將會導致不希望的結(jié)果，如水的過度集中。本發(fā)明的水質(zhì)凈化器中的內(nèi)管約24cm長，因此臭氧有足夠的時間溶解并與水中的有機物大分子反應。
在表1所示的條件進行實驗。
表1

在本發(fā)明的一個具體實施方案中，臭氧發(fā)生器通過氣體輸入管(19)的出氣口與進氣頭(13)相連，并位于內(nèi)管(10)內(nèi)。內(nèi)管(10)可以常規(guī)方式固定于支持管內(nèi)。用泵將產(chǎn)生的臭氧氣體通過直徑4cm進氣頭(13)泵入水中鼓泡，由此產(chǎn)生水流，臭氧的流速約為14.4L/小時。由于臭氧有利于泡沫的形成，因此會在水中產(chǎn)生劇烈的混合；這種混合會導致水中懸浮的有機大分子物質(zhì)凝集沉降，夾帶著這些有機雜質(zhì)進入雜質(zhì)收集管(12)。支持管(11)的上端位于雜質(zhì)收集管(12)內(nèi)的部分是下大上小的漏斗型，因此當氣泡到達支持管(11)的上端時會加速。優(yōu)選地，雜質(zhì)收集管(12)的側(cè)壁下部開有孔(18)，因而可以直接排出進入雜質(zhì)收集管的雜質(zhì)，實現(xiàn)連續(xù)操作，因此本發(fā)明的水質(zhì)凈化器可以節(jié)省操作時間。而且雜質(zhì)收集管的底面與支持管的上半部通過螺旋連接等方式連接，從而將支持管分為上下兩個部分，即將外殼(15)與支持管(11)所圍成的空腔隔離成上下兩個部分，盡量減少排出的雜質(zhì)與水的混合。
另一方面，當鼓泡速度/進氣速度太大時，水平面不好控制，因此可以在支持管(11)的每個側(cè)面上設(shè)計四個溢水孔(14)(如圖1所示)。溢水孔(14)大約位于內(nèi)管(10)頂端以上1 inch的位置。由于開孔很小，大約0.5cm直徑，只有水才能從孔處通過，氣泡無法從溢水孔中溢出。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，雜質(zhì)收集管(12)優(yōu)選具有頂蓋(16)，該頂蓋(16)上有個開口(17)，可避免雜質(zhì)收集管(12)內(nèi)氣壓增大。本發(fā)明的水質(zhì)凈化器還包括一個圍繞所述內(nèi)管、支持管和所述進氣頭的外殼(15)。在外殼(15)上分別有入水口(20)和出水口(21)，它們分別與養(yǎng)魚池/水族館/魚缸相連，使其中的水可以從入水口(20)進入水質(zhì)凈化器內(nèi)，經(jīng)處理后再從出水口(21)返回到養(yǎng)魚池/水族館/魚缸中。
按照圖6的模型方式建立實驗。分別在容器A和B中放入本發(fā)明的水質(zhì)凈化器，容器A中水質(zhì)凈化器的進氣頭通過氣體輸入管與空氣泵直接連接，容器B中水質(zhì)凈化器的進氣頭通過臭氧發(fā)生器與空氣泵連接。啟動空氣泵的電源后，空氣泵以相同的氣體流速分別向容器A和容器B分別通入空氣和臭氧。
分別在0、8小時、16小時和24小時的時間間隔分別測量容器A和B水中的細菌濃度(CFU/ml，CFU是用來表示細菌數(shù)量的單位，即ColonyForming Unit)，每個時間間隔分別測3次，取平均值，得到細菌濃度隨時間變化的曲線，見圖3。從圖3可以看出，用臭氧處理8小時后，水中的細菌明顯少于用空氣處理的水中的細菌濃度。24小時后，用臭氧處理的水中細菌數(shù)比處理前下降了9倍；而用空氣處理的水中細菌數(shù)比處理前只下降了5倍。
分別在0、2小時、4小時、8小時和24小時分別測量處理過的水濁度，每個時間間隔測3次，取平均值，得到分別用空氣和臭氧處理的水濁度隨時間的變化曲線，見圖4。從圖4的曲線可以看出，在用臭氧處理8小時后，水的濁度由20NTU下降到10NTU，水的清潔度提高了約50％；在24小時后，水的濁度由20NTU下降到3NTU，水的清潔度提高了85％。而用空氣處理過的水濁度幾乎沒有變化。
收集從水質(zhì)凈化器的雜質(zhì)排出孔排出的泡沫，然后在96孔板中，根據(jù)Bradford蛋白質(zhì)測定法(BradfordproteinEssay)測量泡沫中的蛋白質(zhì)含量，然后用孔板分光光度計分析。根據(jù)標準曲線(Bradford，1976)用蛋白質(zhì)的減少量確定蛋白質(zhì)的濃度。圖5顯示了在不同的時間間隔所收集到的蛋白質(zhì)量。由臭氧處理的水中收集的蛋白質(zhì)量平均是1195μg，而用空氣處理的水中收集的蛋白質(zhì)量平均是451μg。因此，在除去蛋白質(zhì)和泡沫方面，臭氧處理法比空氣處理法的效率高2-3倍。水面上泡沫的減少可以使容器中的水看起來更清澈。如前所述，臭氧可以促進泡沫的形成，泡沫中包含有更多的蛋白質(zhì)和其他有機大分子廢物，排出泡沫也就間接地分離了水中的有機廢物，因此臭氧的加入有助于除去造成水渾濁的有機廢物如蛋白質(zhì)。
本發(fā)明使用的臭氧濃度小于0.04ppm，在水質(zhì)凈化器頂蓋的開口處幾乎無法探測到未溶解的臭氧。因此本發(fā)明所使用的臭氧不會帶來臭氧污染的問題或?qū)】翟斐蓳p害。
實驗結(jié)果表明，用臭氧處理24小時后可成功地降低水中細菌的數(shù)量，而且抑制水中細菌的生長。另一方面，用空氣處理的水濁度沒有明顯的變化，但用臭氧處理8小時后的水濁度從19NTU降低到10NTU。因此臭氧對降低水的濁度和控制細菌數(shù)量均十分有效。在臭氧處理的水中可以觀察到更多的泡沫，因此臭氧處理可以分離更多的廢物。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀了上述說明書后可以對本發(fā)明的水質(zhì)凈化器做適當改動而沒有偏離本發(fā)明的宗旨，仍在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.水質(zhì)凈化器，包括外殼、雜質(zhì)收集管、支持管、內(nèi)管以及氣體輸入管，其特征在于所述外殼呈管狀，下端具有底面，其側(cè)壁上開設(shè)有進水口和出水口；所述支持管的直徑小于該外殼的直徑，并位于該外殼內(nèi)；所述雜質(zhì)收集管固定于該外殼的頂端，具有環(huán)形底面，該環(huán)形底面的內(nèi)緣與支持管的外側(cè)壁相連接；所述內(nèi)管的直徑小于該支持管的直徑，并位于該支持管的內(nèi)部；和所述氣體輸入管為臭氧氣體輸入管，其出氣口位于所述內(nèi)管的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器，其特征在于在該雜質(zhì)收集管的側(cè)壁上開孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述該支持管位于雜質(zhì)收集管的部分是下大上小的漏斗型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述進水口和所述出水口均位于該外殼的上部，且相互對向設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述支持管的管壁上部并在雜質(zhì)收集管環(huán)形底面的下部開設(shè)有溢水孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述溢水孔位于該內(nèi)管的頂端以上的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述溢水孔為多個，并均勻分布在支持管的管壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述臭氧氣體輸入管的出氣口上固定有進氣頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述雜質(zhì)收集管的頂端帶有可拆卸的頂蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述頂蓋有開孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器。其特征在于該支持管和內(nèi)管同軸設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器，其特征在于該外殼和雜質(zhì)收集管是通過對接、插接、卡接和螺紋連接的方式連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的水質(zhì)凈化器，其特征在于所述雜質(zhì)排出孔位于雜質(zhì)收集管側(cè)壁的下部
14.水質(zhì)凈化器用于凈化水質(zhì)的用途，其特征在于所使用的臭氧氣體的濃度小于0.04ppm。
全文摘要
一種水質(zhì)凈化器，利用臭氧氣體為消毒劑，可用于清潔養(yǎng)魚池/水族館/魚缸中的水，該凈化器包括外殼、雜質(zhì)收集管、內(nèi)管、支持管和氣體輸入管，該氣體輸入管與臭氧發(fā)生器相連，用于輸入臭氧氣體。通過臭氧氣體向水中鼓泡，水中的雜質(zhì)和有機大分子物質(zhì)在循環(huán)過程中得到過濾和收集。支持管位于雜質(zhì)收集管內(nèi)的部分是個下大上小的漏斗型末端以便更有效地收集雜質(zhì)。支持管開有溢水孔，使水可以從孔中溢出再循環(huán)進入系統(tǒng)中，同時當進氣速率很高時，避免水進入收集器中。上述所有的部分都是可以拆卸的，便于清洗。整個系統(tǒng)通過外殼上的進水孔和出水孔與養(yǎng)魚池/水族館/魚缸相連。
文檔編號C02F1/78GK1789157SQ200410100800
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者陳玉成, 黃淑美 申請人:香港理工大學