CN102092812A - 利用LD/LED光源的双波段UV+高级氧化(AOPs)水源微生物杀灭装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用LD/LED光源的双波段UV+高级氧化(AOPs)水源微生物杀灭装置，其特征一是利用具有最强杀菌效能的中心波长为253.7nm范围内的紫外光，穿透微生物的细胞壁，破坏细胞质，使微生物失去活性，达到本装置杀灭的目的；二是利用中心波长185nm范围内的紫外光，触发石英菲涅耳柱面镜中含有的光触媒物质TiO2，光解水产生羟基自由基OH-，形成以羟基自由基为主要氧化剂的高级氧化(AOPs)过程，羟基自由基OH-能分解水中的有机物分子，将水中有机物分子氧化为二氧化碳和水，达到去除微生物的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用紫外光双重杀菌特性的水处理过程，即利用中心波长为253.7nm范围内紫外光的直接杀菌特性和利用中心波长185nm范围内紫外光诱发的高级氧化(AOPs)过程的灭杀特性，达到水源微生物杀灭效能，属于水源微生物处理领域。
背景技术
目前的水源微生物杀灭技术主要有物理、化学技术及生物预处理技术。紫外线杀菌技术属于综合的消毒方法，兼有物理和化学的处理方法，具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化等优点。它既能通过照射来杀灭细菌，也可以通过产生的强氧化作用进行杀菌，广泛用于电器消毒设备、水源的消毒杀菌、废水处理等领域。但普通的紫外线光源受发热等原因的影响，光源并不能达到预计的使用寿命，而且在水中易结垢，系统光源损耗大，维护和更换时烦琐。
本发明充分利用目前纯熟的紫外光杀菌技术，采用新的LD/LED作为紫外光光源，发明的水源微生物处理装置克服了以上缺点，具有使用寿命长、系统光源损失小、光强均匀、低压高效、不容易结垢、维护修理简单等特点，应用范围更广泛。
发明概述
本发明是提供一种利用紫外光双重特性进行水源微生物杀灭的装置。它由紫外光杀菌处理装置、光源控制、TOC数据检测、电源等组成。
本发明的技术方案的UV产生装置主要由内置LD/LED光源和外置含TiO2的玻璃管组成。内置的可控LD/LED新光源，它能产生中心波长为253.7nm和中心波长为185nm的紫外光。利用中心波长为253.7nm范围内紫外光的杀菌效能，成功将微生物杀灭；利用中心波长为185nm范围内紫外光的诱发功能，触发石英菲涅耳柱面镜中含有的光触媒物质TiO2，光解水产生羟基自由基0H-，利用羟基的高氧化能力，达到去除水源微生物的目的。
其杀灭技术分为两个方面：
1、中心波长为253.7nm的C波段紫外光对水源微生物具有最强杀灭效能。所有的微生物对紫外线都很敏感，所以紫外线用于水处理方面是很优越的。如附图1不同波长紫外光的杀灭效果分析图所示：微生物的核酸分子吸收光谱的范围是240nm～280nm，对应光谱的紫外线最具有杀菌效能，尤其在波长为253.7nm时紫外线的杀菌作用最强。其杀菌原理是通过紫外线对细胞、病毒等单细胞微生物的照射，以破坏其生命中枢DNA(去氧核糖核酸)的结构，使构成该微生物的蛋白质无法形成，使其立即死亡或丧失繁殖能力。一般紫外线在1--2秒钟内就可达到灭菌的效果。目前已证明，紫外线能杀灭细菌、霉菌、病毒和单细胞藻类。
2、本发明涉及的高级氧化工艺(AOPs)，是指利用含TiO2的玻璃管在紫外光的激发下产生1000～1200ppm羟基的特性，利用AOPs法杀灭细菌与微生物。在紫外光等照射下，特别是在中心波长为185nm的紫外光照射下，含TiO2的玻璃管吸收外界辐射光能，激发产生电子(e-)和空穴(h+)，从而在玻璃表面产生具有高度活性的空穴/电子对，进而与吸附在TiO2催化剂表面上的水发生化学反应， 反应产生的羟基自由基OH-具有极强杀灭微生物的特性。以上的光催化氧化法具有结构简单、操作条件容易控制，化学反应速度快、氧化能力强、无二次污染的特点，而且催化剂TiO2化学稳定性高、无毒、成本低。
本发明采用石英菲涅耳柱面镜，其硬度可达莫氏七级，能保证它足以承受抗击水流的冲击而不影响内置灯管的正常工作。石英菲涅耳柱面镜对紫外线的吸收率低，具有耐高温、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性和电绝缘性能良好等性能。
本发明采用的LD/LED紫外线光源，不含有任何有害元素，使用环保，对环境无污染，具有低压、低功耗、发光源体积小、寿命长等优点，能保证发光效率高，能量稳定。本发明采用的LD/LED光源采用如图2铝基板翅片散热片插装与菲涅耳柱面镜整体密封技术，以及恒压驱动电源与标准电源接口一体封装技术，使得散热效果很好、维修操作简便、快捷。
本发明的电源采用低电压直流恒压电源，具有节能，使用安全、可靠，系统运行成本低的特点。
本发明优点：
1、采用双波段LD/LED作为紫外光的光源，使用环保、低功耗；散热性能好，光源不容易出现结垢现象，寿命长。
2、水源微生物杀灭装置独立，尺寸小巧，长为0.45米，厚度0.3米，高0.9米，不需要经常维护保养、紧凑简洁、安装位置灵活。更适合在狭窄空间、连续工况运行的条件下安装。
3、水源微生物杀灭装置中易耗损部件可简单拆卸，易于后期的石英菲涅耳 柱面镜的清洗、保养检修和更换。
4、本发明装置可以安装备用的独立紫外光处理单元，减少系统维修更换的工作量。
5、本发明用途广泛，可根据不同的处理量并联或串联水源微生物杀灭装置的单元。
附图说明：
以下将结合附图介绍本发明优选实施例：
附图1不同波长紫外光的杀灭效果分析图
附图2整体封装的双波段LD/LED紫外线光源
附图3独立的LD/LED光源双波段UV+高级氧化(AOPs)水源微生物杀灭装置
优选实施例介绍：
本优选实施例主要针对船舶压载水进行处理。本独立装置由恒压电源(5)、光源控制箱(6)、总有机碳(TOC)数据检测控制箱(7)、进水法兰(8)、TOC传感器安装(9)、紫外光杀菌处理装置(10)、整体封装的双波段LD/LED紫外线光源(11)、出水法兰(12)、TOC传感器(13)组成。实际使用时可根据不同的压载水量并联或串联合理数量的LD/LED光源双波段UV+高级氧化(AOPs)水源微生物杀灭装置。
本优选实施例中的双波段LD/LED紫外线光源(11)由铝基板散热翅片(1)、双波段LD光源(2)、合成石英菲涅耳柱面镜(3)、灯管电源快速连接接头(4)组成。
在压载水装载过程中，海水通过反冲滤器处理，可以除去较大颗粒与生物 体，然后进入水处理单元。光源控制箱(6)启动，控制的紫外光将释放出中心波长是253.7nm和185nm的紫外光。中心波长为253.7nm的紫外光，可以达到最强的杀灭效果；中心波长为185nm的紫外光，诱发合成石英菲涅耳柱面镜(3)产生羟基自由基，进行高级氧化AOPS，达到最强的杀菌效果。杀菌处理效果通过TOC传感器(9、13)将数据及时显示在总有机碳(TOC)数据检测控制箱(7)上，根据数据显示的数值，通过调整进水发兰(8)和出水发兰(12)，以达到合理的水流量，通过光源控制箱(6)的监控LD/LED紫外光光源的输出，保证出水的处理质量。
本实施例的紫外光处理装置(10)采用不锈钢的材料制成，上共排布39套(3×13)整体封装的双波段LD/LED紫外线光源(11)，其中30套为常用装置，9套为备用装置。每个双波段LD/LED紫外线光源(11)状态通过红、黄、绿的指示灯一一对应地显示在光源控制箱(6)上，红灯表示需要更换，黄灯表示备用，绿灯表示正在使用。当一个绿灯转为红灯时，说明对应的双波段LD/LED紫外线光源已经损坏，系统将自动将一个黄灯转为绿灯，说明已启用一个备用光源，以保证处理能力。这样的控制方法，既直观地显示了双波段LD/LED紫外线光源(11)的工作状态，也方便了维修和更换。
紫外光产生的热量可以通过铝基板翅片(1)进行散热，可以有效地解决局部散热问题，保证了双波段LD/LED紫外线光源(11)的性能和使用寿命。
压载水处理完毕后，反冲滤器会自动反冲清洗处理设备，任何反冲水都会在压舱水装载地点直接返回海洋，即保证了设备的下一次使用，又能避免再次污染的产生。
在压载水排放时，压载水再次通过水源微生物杀灭装置，进水发兰(8)和出水法兰(12)正好对调使用，仓内的水再次进入紫外光处理装置，再次进行杀菌。经本技术处理后的海水符合IMO制定的《船舶压载水及沉淀物管理与控制国际公约》要求，让没有任何微生物的海水排放。
Claims (4)
1.一种利用LD/LED光源的双波段UV+高级氧化(AOPs)水源微生物杀灭装置，其特征一是利用具有最强杀菌效能的中心波长为253.7nm范围内的紫外光，穿透微生物的细胞壁，破坏细胞质，使微生物失去活性，达到本装置杀灭的目的；二是利用中心波长185nm范围内的紫外光，触发石英菲涅耳柱面镜中含有的光触媒物质TiO2，光解水产生羟基自由基OH-，形成以羟基自由基为主要氧化剂的高级氧化(AOPs)过程，羟基自由基OH-能分解水中的有机物分子，将水中有机物分子氧化为二氧化碳和水，达到去除微生物的目的。
2.根据权利要求1所述的水源微生物杀灭装置，其特征是利用LD/LED光源作为新的紫外线光源，输出光谱主要为中心波长为253.7nm和中心波长185nm范围的双波段紫外光。
3.根据权利要求1所述的水源微生物杀灭装置，其特征是利用中心波长为253.7nm范围内的紫外线，穿透微生物的细胞壁，破坏细胞质，使微生物失去活性，达到本装置杀灭的目的。
4.根据权利要求1所述的水源微生物杀灭装置，其特征是利用中心波长为185nm范围内的紫外线，触发石英菲涅耳柱面镜中含有的光触媒物质TiO2，光解水产生羟基自由基OH-，羟基自由基OH-可以分解水中的有机物分子，将水中有机物分子氧化为二氧化碳和水，达到去除微生物的目的。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103359855A (zh) * | 2012-04-09 | 2013-10-23 | 南通海利源船舶设备工程有限公司 | 组合式船舶压载水处理设备 |
| CN104069736A (zh) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 空气净化装置 |
| US9636432B2 (en) | 2013-03-27 | 2017-05-02 | Nano And Advanced Materials Institute Limited | Air purification unit |
| CN108529713A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-09-14 | 伦慧东 | 一种全自动节能型抑菌储水箱 |
| CN114835194A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-08-02 | 广东为康环保科技有限公司 | 一种基于多元复合材料可见光催化水体消毒的方法 |
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- 2009-12-09 CN CN2009102316489A patent/CN102092812A/zh active Pending
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Assignee: Zhenjiang Jinzhou Ship Equipment Co.,Ltd. Assignor: Chen Ning|Zhu Qing Contract record no.: 2010320000699 Denomination of invention: Water source microorganism killing device by utilizing two-waveband UV of LD/LED light source and advanced oxidation process (AOPs) License type: Exclusive License Open date: 20110615 Record date: 20100527 |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110615 |