CN102276014A - 一种快速运行并高效消毒的紫外消毒方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种快速运行并高效消毒的紫外消毒方法及其装置，其方法是采用弯曲的流体管道，确保管道中的流体或积液得到充分的紫外照射，使流体紫外照射时间达到0.5s-3s，同时采用低压高强度紫外灯提高紫外辐射照度，使流体的紫外辐射剂量大于10mJ/cm2（mW·s/cm2），保证充分消毒。其中低压高强度紫外灯电流为0.3A—8.0A，灯电流密度为0.3A/cm2—1.5A/cm2。同时在紫外灯管底部设置汞的冷端并进行加热、保温，使其温度控制在40-50℃，紫外灯管在瞬间启动快速达到接近最大值的紫外照度，满足流体紫外辐射剂量要求，保证消毒快速、高效、充分。

Description

一种快速运行并高效消毒的紫外消毒方法及其装置
技术领域
本发明涉及紫外消毒设备的技术领域，尤其是指一种快速运行并高效消毒的紫外消毒方法及其装置。
背景技术
当今社会经济高速成长，人民生活品质得以迅速提升。同时，关系人民健康的饮用水问题，正成为社会各界广泛关注的焦点。人们对饮用水质量要求越来越高，自来水厂处理后饮用水在输送过程中会由于管道等影响造成二次污染，一般的自来水无法直接饮用，在家庭供水终端加装相应的净化消毒装置显得非常必要。
紫外线消毒是基于现代光学、物理化学、生物学、防疫学的一种消毒技术，紫外线灯产生的253.7nm的紫外线照射流体或空气或固体表面，当流体或空气或固体表面中的各种细菌、病毒受到一定剂量的紫外线照射后，其细胞内的遗传物质DNA或RNA的碱基对结构受到破坏，使其失去复制和繁殖的能力，从而达到消毒的效果。
紫外线具有广谱杀菌、高效、低成本、无二次污染、不产生毒副作用等优点，自上世纪70年代开始，紫外消毒技术快速发展，得到社会的广泛认可。目前，紫外线消毒技术广泛应用于水处理和空气净化等与人类健康息息相关的领域。无论是污水处理厂还是自来水供水企业，在消毒方面都普遍选择了紫外消毒，但与此同时，家庭饮用水的紫外消毒方面和小型气体消毒的消息却鲜见报道。
目前，家庭饮用水一般是自来水经过加热或者经过膜过滤处理装置后直接使用，鲜有使用紫外消毒的。即使有紫外消毒装置的，也是简单的由一个紫外光源和一个石英材质的直套管组成。根据国家标准GB/T 19837-2005的要求规定生活饮用水或饮用净水消毒所需的紫外剂量为40mJ/cm2。紫外剂量是衡量装置消毒效果的关键指标，其计算公式为：紫外剂量（mJ/cm2）＝照射时间（s）×紫外照度（mW/cm2）。紫外消毒装置要达到40mJ/cm2这个剂量，假定在紫外照射范围内的紫外照度值按20mW/cm2计算，则照射时间为2s，要达到这个照度，则紫外灯功率至少要超过150W，灯的长度将达到1米以上，如果再加上控制电路的话，这种装置在家庭中所占体积就比较大了，同时，灯的功率过高，会带来饮用水处理成本高的问题。按照这种一般结构，即使水质好，紫外剂量可降至20mJ/cm2，要达到好的消毒效果，消毒装置体积仍然较大，成本也较高。这就是既要到达所需的消毒剂量同时也要减小装置的空间体积所面临的矛盾，这也是通常紫外消毒装置设计遇到的问题。
现有直饮水系统使用中过程中存在净水系统在用水间歇或较长时间不使用后，水体由于长时间存储而重新滋生细菌等微生物的问题，该段存留的水体在重新用水时，需要对其进行充分消毒后才能饮用，否则可能对饮用者的健康造成影响。
由于紫外线灯使用汞作为工作物质，在使用过程中为防止汞泄露造成的危害，通常采用加装套管的方法。但即便如此，仍需要有及时的报警警示提示使用者注意并及时处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快速运行并高效消毒的紫外消毒方法及其装置。 
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其方法是：采用弯曲的流体管道，确保管道中的流体或积液得到充分的紫外照射，使流体紫外照射时间达到0.5s-3s，同时采用低压高强度紫外灯提高紫外辐射照度，使流体的紫外辐射剂量大于10mJ/ cm2（mW·s/ cm2），保证充分消毒。其中低压高强度紫外灯电流为0.3A—8.0A，灯电流密度为0.3A/cm2—1.5A/cm2。同时在紫外灯管底部设置汞的冷端并进行加热、保温，使其温度控制在40-50℃，紫外灯管在瞬间启动快速达到接近最大值的紫外照度，满足流体紫外辐射剂量要求，保证消毒快速、高效、充分。
其装置主要由依次相接的水流检测装置、粗过滤模组、中过滤模组、超滤模组、紫外消毒模组、出水控制阀组成。
所述的紫外消毒模组主要由保护外壳体、透紫外套管、插装在该透紫外套管内部的紫外灯、加热装置、测温装置组成，其中，所述的保护外壳体内壁涂覆有紫外反射涂层，紫外套管、加热装置、测温装置均置于该保护外壳体内，且紫外套管的进水管脚及出水管脚均穿过保护外壳体向外伸出；所述的紫外灯的底部设有放置汞的放置管，在该放置管的外围设置有加热装置，并且测温装置设置在放置管的附近。
所述的透紫外套管为为单螺旋型结构或双螺旋型结构，由石英玻璃或高硼玻璃制成。
所述的紫外灯为紧凑型低压高强度紫外灯，其结构为U型、H型、∏型或螺旋型，灯电流为0.3A—8.0A，灯电流密度为0.3A/cm2—1.5A/cm2。
所述的低压高强度紫外灯使用液汞或汞齐。
所述的紫外反射层为抛光的铝层、抛光的钼层、氧化铝或氧化镁。
所述的加热装置使用金属加热器或陶瓷加热器，其温度设置在40-50℃之间。
所述的水流检测装置是微动开关或流量开关。
所述的紫外消毒装置还包括有与控制线路相连接的报警警示装置。
本发明在采用了上述方案后，其最大优点在于采用螺旋形套管延长紫外照射时间，采用低压高强度紫外灯提高紫外辐射照度，确保流体的紫外辐射剂量，保证消毒效果，同时减小消毒装置体积，另外用于消毒的低压高强紫外灯设置了保温系统可快速启动达到足够的紫外辐射剂量，能快速消毒。该紫外消毒装置可应用在家居直饮水消毒，也可以应用在饮料、豆浆、牛奶、花生油等流体物质的杀菌或者降解黄曲霉素等场合，利用该原理调整的装置也可用于其它流体消毒，如小空间的气体处理。
附图说明
图1 为本发明的消毒装置的系统配置。
图2为本发明的消毒装置的消毒模组的主视图。
图3为本发明的消毒装置的消毒模组的俯视图。
图4 为本发明的紫外灯管汞齐恒温装置的放大示意图。
图5 为本发明消毒装置的控制原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
根据附图1至附图5所示，本实施例所述的紫外消毒装置主要由依次相接的水流检测装置K1、粗过滤模组1、中过滤模组2、超滤模组3、紫外消毒模组4、出水控制阀K2组成。粗过滤模组1可使用PP棉滤芯，用来过滤泥沙、水锈等大颗粒杂质以及由楼顶水箱供水中的漂浮物、沉淀物、絮凝物等。中过滤模组2可使用活性炭滤芯，用来吸附水中的余氯等有机物、异味、异色以及强致癌物三氯甲烷等，并对水中的有机物、及铁、锰等重金属有吸附作用。超滤模组3可使用超滤膜滤芯，可去除水中部分细菌、重金属、及其他溶解物和自来水处理中所加入的化学剂等物。前三级的过滤模组也可使用上述三种中的一种或几种进行组合配置。而本发明的紫外模组4具有保护外壳体40，通水的螺旋结构的透紫外套管42，其内部插装有U型或H型的低压高强度紫外灯41，使透紫外套管42内可得到紫外线的充分照射；且其外围围绕有圆形紫外反射层20，使分散的紫外线反射到透紫外套管42内得到利用，从而提高紫外利用率和提高杀菌效果，减小消毒装置体积。低压高强度紫外灯41底部具有放置汞44的放置管43，汞齐放置管43外围具有恒温装置45，测温装置46设置在距离汞放置管43附近，同时置于加热装置45附近，以准确测量并控制汞的工作温度，所述的测温装置46为测温探头。由于汞原子在灯管中具有在灯管冷端沉积的特性，为了避免汞在灯管中的不当沉积尤其是在灯管启动时上部较冷的地方沉积，加快汞原子的扩散，特将加热装置45设置在灯管底部。这样灯管在启动工作时，由于底部加热产生的热量向上对流使得灯管上部也得到了良好的加热，从而保证灯管瞬时有足够的汞原子参与放电，从而保证灯管瞬时具有足够的紫外辐射剂量进行消毒。
本发明的透紫外套管42是采用透紫外的材料，这些材料对紫外线的透过率在80%以上，如石英玻璃、高硼玻璃等。这样可以使紫外线直接透过透紫外套管42，照在透紫外套管42内流体（液体或者气体）中，对流体内的细菌或者病毒进行破坏。采用螺旋结构的透紫外套管42可以有效延长管道的长度，从而延长流体的紫外照射时间。根据紫外剂量的计算公式：紫外剂量（mJ/cm2）＝照射时间（s）×紫外照度（mW/cm2），要达到同一紫外剂量，由于照射时间得到了充分的延长，则紫外照度即可大大的减小，从而降低了所需紫外灯的功率，也就减小了紫外灯的空间长度和减小了消毒装置的体积。直饮水紫外辐射剂量要求大于40mJ/ cm2（mW·s/ cm2），对大部分细菌病毒紫外辐射剂量大于10mJ/ cm2，已具有明显的杀灭效果，可根据前级过滤效果及水质选择紫外辐射剂量，保证消毒充分。
本发明的紫外灯41可以是2U或2H型，也可以是3U或3H型的低压高强度度紫外灯，使用液汞或汞齐，灯电流为0.3A—8.0A，灯电流密度为0.3A/cm2—1.5A/cm2。这些类型的紫外灯具有紧凑、照射空间范围内紫外照度高、空间长度短等特点。这种特点可以有效减小本发明装置的体积。由于2U或2H类型的灯管在紫外照度上可以叠加，使得在同一距离内的紫外照度可达到直管型紫外灯的2倍，从而可以使达到同一紫外剂量所需照射时间缩短为原来的1/2。也是由于2U或2H类型的灯管在紫外照度上可以叠加，要达到同样的紫外照度，2U或2H型紫外灯的功率可以是直管的1/2。3U或3H型的紫外灯可达到更好的效果。由于照射时间的缩短或者紫外灯功率的降低，在某种程度上可以减小消毒装置的体积。
本发明的圆形紫外反射层20是涂覆在保护外壳体40的内壁，可以使紫外线反射率达到75%以上的反射层，如抛光的铝层、抛光的钼层、氧化铝、氧化镁等。这个圆形紫外反射层20的作用是将透过透紫外套管42后分散的紫外线多次反射到透紫外套管42中，使得螺旋结构的透紫外套管42内的紫外照度比原来提高，从而提高紫外线的利用效率。圆形紫外反射层20的存在同时也可以使透紫外套管42的紫外照度分布均匀程度比没有圆形紫外反射层20的有所提高。这样可以使流过透紫外套管42内的流体得到充分的照射，起到增强杀菌效果的作用。
本发明还包括有报警警示装置，可以采用喇叭或指示灯，控制电路根据流速、紫外照度值，发出提醒使用者对刚出水或紫外辐射剂量不足的水体禁止饮用、更换灯管、清洗流体通道的警示信号，控制电路同时还可以通过检测灯管的异常工作状态（如灯管破裂，不亮等）发出警示信息。
本发明的紫外消毒装置的工作时序由控制电路设置为出水控制阀K2开启时，水流开始流动，此时水流检测装置K1接通，接通信号触发控制线路输出信号驱动低压高强度紫外线灯41工作， 同时控制线路输出报警信号提示此时的出水不能直接饮用，3-5秒后，控制线路取消报警信号提示出水可正常饮用。由于低压高强度紫外灯41底部的放置汞44的放置管43处具有加热装置45，加热装置45在控制线路的控制下其周围温度保持在40-50℃范围内。此温度由设置在距离汞放置管43附近的测温装置46测量，以准确测量并控制汞的工作温度。加热装置45可以是金属加热器或陶瓷加热器。测温探头可以是K型，J型等热电偶或PTC元件。水流检测装置K1可以是微动开关或流量开关。水流检测装置K1开启的同时低压高强度紫外灯41同时开启，由于低压高强度紫外灯41的汞齐温度设置在40-50℃，此时灯管中的汞蒸气压足够高，从而使低压高强度紫外灯41在1-2秒即可达到正常的紫外辐照水平，存留在管道中的水体有足够的时间进行消毒，后续流经紫外消毒模组的水流由于紫外灯已达正常工作状态其消毒效果同样可以得到保证。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种快速运行并高效消毒的紫外消毒方法，其特征在于：采用弯曲的流体管道，确保管道中的流体或积液得到充分的紫外照射，使流体紫外照射时间达到0.5s-3s，同时采用低压高强度紫外灯提高紫外辐射照度，使流体的紫外辐射剂量大于10mJ/ cm2（mW·s/ cm2），保证充分消毒；其中低压高强度紫外灯电流为0.3A—8.0A，灯电流密度为0.3A/cm2—1.5A/cm2。
2.根据权利要求1所述的一种快速运行并高效消毒的紫外消毒方法，其特征在于：所述的低压高强度紫外灯的紫外灯管底部设置汞的冷端并进行加热、保温，使其温度控制在40-50℃，紫外灯管在瞬间启动快速达到接近最大值的紫外照度，满足流体紫外辐射剂量要求。
3.一种利用权利要求1所述的方法进行消毒的紫外消毒装置，该紫外消毒装置，主要由依次相接的水流检测装置（K1）、粗过滤模组（1）、中过滤模组（2）、超滤模组（3）、紫外消毒模组（4）、出水控制阀（K2）组成，其特征在于：紫外消毒模组（4）中的流体管道是透紫外线的弯曲管道，具体是螺旋形的管道。
4.根据权利要求3所述的紫外消毒装置，其特征在于：所述的紫外消毒模组（4）主要由保护外壳体（40）、透紫外套管（42）、插装在该透紫外套管（42）内部的紫外灯（41）、加热装置（45）、测温装置（46）组成，其中，所述的保护外壳体（40）内壁涂覆有紫外反射涂层（20），紫外套管（42）、加热装置（45）、测温装置（46）均置于该保护外壳体（40）内，且紫外套管（42）的进水管脚及出水管脚均穿过保护外壳体（40）向外伸出；所述的紫外灯（41）的底部设有放置汞（44）的放置管（43），在该放置管（43）的外围设置有加热装置（45），并且测温装置（46）设置在放置管（43）的附近。
5.根据权利要求4所述的紫外消毒装置，其特征在于：所述的透紫外套管（42）为单螺旋型结构或双螺旋型结构，由石英玻璃或高硼玻璃制成。
6.根据权利要求4所述的紫外消毒装置，其特征在于：所述的紫外灯（41）为紧凑型低压高强度紫外灯，其结构为U型、H型、∏型或螺旋型。
7.根据权利要求4所述的紫外消毒装置，其特征在于：所述的紫外反射层（20）为抛光的铝层、抛光的钼层、氧化铝或氧化镁。
8.根据权利要求4所述的紫外消毒装置，其特征在于：所述的加热装置（45）使用金属加热器或陶瓷加热器，其温度设置在40-50℃之间。
9.根据权利要求3所述的紫外消毒装置，其特征在于：所述的水流检测装置（K1）是微动开关或流量开关。
10.根据权利要求3所述的紫外消毒装置，其特征在于：它还包括有与控制线路相连接的报警警示装置。
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