CN102639447A - 通过太阳能中的紫外线辐射的水消毒 - Google Patents
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Abstract
本说明书公开了一种太阳能水处理设备（10），用于使在被供给到所述设备（10）的处理水中的细菌和其它病原体减最小化，所述设备具有：倾斜的金属表面（25），用于通过供给管（37）在金属表面（25）的上端部接收处理水（34）以在金属表面上以薄表面流向下流动；透明的或者半透明的太阳能传输面板（14），被在上方与金属表面（25）隔开并且邻近金属表面，从而太阳能穿过并到达金属表面（25）上的水中；以及水收集装置（28），位于金属表面（25）的下端部区域处，当处理水在金属表面上流过之后收集处理水，处理水（34）以0.1到2升/平方米/分钟之间的流速流过金属表面（25）。
Description
本发明涉及通过经由太阳能由紫外线辐射把不需要的或者不期望的固体粒子或者溶解的固体从水中过滤出和/或处理水以消毒该水或者杀死水中的细菌的水的处理。
化学地处理水以杀死水中的寄生虫和细菌是众所周知的。使用实用的紫外线辐射来处理水以杀死水中的寄生虫和细菌也是已知的。用被包含在太阳能中的紫外线辐射来处理被容纳在透明的或者半透明的瓶子中的水也是已知的。这种太阳能通过UV波长作用在水中的病原体上以开始光化学反应，该光化学反应以水中的细菌的DNA为目标。这些已知的系统中的每个都具有某些缺点。处理化学药品的添加可能是昂贵的，化学药品可能不是总是能够得到的，并且此外，化学药品有效用地残留在水中。使用人造的紫外辐射源不是总是可行的，并且不管怎样仍然存在对有效处理体制的需要。使用太阳辐射不需要燃料或者化学药品，将成本减到最小，但是要求漫长的太阳能辐照时间。而且，没有有效的用于处理水中的不期望的固体（溶解的或者非溶解的）的结构。经常期望的是，预处理被供给到其它装置的水，使得溶解的和悬浮的固体将不会损害这种装置。不限制这个方面，这种装置可以包括用于家用和商用应用的热水加热装置。此外通过太阳能的使用对瓶子中的细菌和其它病原体的处理对于固体（溶解的或者非溶解的）的去除没有作用，并且这种处理不是连续的或者半连续的处理过程。
本发明的目的是提供一种处理水以杀死或者最小化水中的细菌和其它病原体的改进的方法和设备。本发明的一个优选的方面是提供一种如前述的能够在连续的或者半连续的基础上运行的方法和设备。又一优选的目的是提供一种如前述的也能够去除在正被处理的水中的溶解的或者悬浮的固体的方法和设备。
因此，本发明提供了太阳能水处理设备，该太阳能水处理设备用于使在被供给到所述设备的处理水中的细菌和其它病原体减最小化，所述设备包括：金属表面，通过供应装置在一个端部区域处接收所述处理水，以便水沿所述金属表面以薄表面流的方式流动；透明的或者半透明的太阳能传输面板，所述太阳能传输面板跨越所述处理水在所述金属表面上流动的区域而在上方与所述金属表面隔开并且邻近所述金属表面；水收集装置，用于在所述处理水沿着所述金属表面流过之后在所述金属表面的相对端部区域处收集所述处理水，所述处理水以至少0.1升/平方米/分钟的流速流过所述金属表面。
一个优选实施例中，处理水在所述金属表面的流速在0.1到2升/平方米/分钟之间。适宜地，处理水在所述金属表面的流速在0.5到0.8升/平方米/分钟之间。优选地，金属表面从所述一个端部区域到所述相对端部区域具有2度到20度之间的倾斜角。典型地，倾斜角在5度到10度之间。通常期望的是保持慢的流速，以使水的温度提高到一水平，在该水平下，在水到达相对端部区域准备排出的时间中细菌或者其它的病原体将被灭杀。
一个特别优选实施例中，金属表面是金属箔盘的面向上方的基表面，金属箔盘是铝箔盘或铝合金金属箔盘。金属表面被容纳在处理室内，所述处理室在上侧由所述太阳能传输面板界定并且在下侧由第二板界定，所述第二板在下方与所述金属表面的下面隔开但是邻近所述金属表面的下面。前述的面板可以由塑性材料的柔性板形成，所述塑性材料的柔性板在它们的边缘处由刚性框架元件容纳，框架元件还支撑所述金属表面。适宜地，金属表面具有亲水性的表面。典型地，这可以通过被形成在铝表面或者铝合金表面上的氧化物层实现。
在又一优选实施例中，在金属表面上设置多孔的可移除过滤层，并且过滤层的上边缘邻近所述金属表面的处理水供应装置，所述过滤层具有与所述水收集装置隔开的下边缘。可移除过滤层可以覆盖直到金属表面的100%，但是优选地20%到80%。如果期望的是最小化或者杀灭细菌或者其它病原体，过滤层与收集装置隔开一定距离而终止，因此金属表面的邻近收集装置的部分将没有过滤层。如果主要期望的是去除固体（溶解的或者悬浮的），则过滤层可以延伸到紧邻近收集装置的位置。在优选实施例中，可移除过滤层由可生物降解的过滤材料形成。这种可生物降解的过滤材料可以是基于纤维素的材料。
在再一实施例中，设备可以包括传感器装置，以在处理水从设备排出之后立即检测处理水的特征。适宜地，被检测的特征可以包括温度、溶解的固体、悬浮的固体、细菌或者其它病原体中的任何一个或者多个。
适宜地，两个或者更多个如前文描述的这种设备可以被以串联流动布置的方式设置，从而从第一所述太阳能处理设备收集的处理水可以被输送到第二所述太阳能处理设备的金属表面的所述一个端部区域。适宜地，在由收集装置或者由在串联的处理设备中的最后一个所述收集装置收集的处理水中的细菌和/病原体被杀灭。
现在将参考附图描述本发明的优选实施例，附图中：
图1是根据本发明优选实施例的太阳能处理设备的下端部的部分横截面图；以及
图2是在根据图1的设备中的或者使用两个或者更多个这种设备的多个可能的优选流动设置的示意图。
根据被示出在图1中的本发明的优选实施例，处理设备10具有刚性的周边框架11，周边框架由相对的端部框架元件12和相对的侧部框架元件13制成。框架元件12、13在转角处被连接以整体上为矩形的框架11。图1示出了经过处理设备10的下端部的纵向截面，该纵向截面示出了下端部框架元件12和侧部框架元件13。周边框架11承载半透明或者透明上部柔性塑性材料面板14和可以是透明的、半透明的或者不透明的下部柔性塑性材料板15。柔性面板14、15与周边框架11一起限定了容纳处理元件17的处理室16，如下文进一步描述的一样。柔性面板14、15被通过与在面板14、15的边缘上预先形成的折叠部19接合的细长夹持元件18而固定到周边框架11上，并且夹持元件18被接合在框架元件12、13中的凹槽20中。夹持元件18可以包括与柔性面板14、15的外表面接合的密封件23，比如O形密封圈。夹持元件18上的细长突出部21与在凹槽20的内部表面上的向内定向的突出部22接合，从而夹持元件18的位置在凹槽20中是可调的，以拉伸柔性面板14、15，使得在使用中它们是绷紧穿过用于限定处理室16的内部空间。上面限定的结构可以如在2009年11月18日申请的澳大利亚临时专利申请第2009905616号中公开的和在2010年9月23日申请的澳大利亚临时专利申请第2010904294号中公开的结构。来自于这些申请的相关的主题通过该引用而并入本说明书中。
处理元件17可以被法兰或者其它部件支撑在室16内，所述其它部件被支撑在与框架元件12、13整体地形成的法兰24上或者被法兰24支撑。处理元件17可以适宜地具有的基壁25、侧壁33和上端壁（未示出），整体上呈盘状结构。元件17也可以被与框架元件12、13接合并且位于基壁25下方的横杆和/或纵向杆（未示出）支撑。适宜地，处理元件17可以由金属箔形成，比如铝箔或者铝合金箔。优选地，基壁25的下端部26没有直立的壁并且终止于位于收集管28内的边缘27中，收集管被安装在侧部框架元件13中，收集管的一端至少延伸穿过框架元件13以从设备10排出处理水34。这样，在基壁25的上表面上向下流动的所有处理水被收集并且被从设备10排出。适宜地，元件29在收集管28中夹持基壁25的下端部26，元件29包括通过垂直壁32间隔形成的上壁30和下壁31。
在优选的设置中，输送管37、导管或类似物延伸到处理元件17的基壁25的上端部以穿过基壁25的上端部分布处理水，以允许它被分布得尽可能薄和均匀地穿过基壁25的面向上方的表面而在壁25上向下流动。设备10可以是以角度α倾斜的，以便允许水在表面上向下流动同时被穿过由透明的或者半透明的塑性面板或者薄板14形成的上壁14的太阳能作用。角度α可以是在2度和20度之间，优选地在5度和10度之间。这个操作使用太阳能中的UV辐射处理水，以杀死水中的细菌和病原体。优选地，水的温度被所施加的太阳能提高到至少30摄氏度，并且优选地在30摄氏度至60摄氏度的范围内。30摄氏度或者更高的温度可以允许溶解的盐（比如碳酸钙）的沉淀。被处理的水的温度将取决于比如大气条件（即被施加的太阳能的水平）的因素、处理设备的倾斜角和长度。这可以通过改变壁25的倾斜角而被改变，壁25的倾斜角优选地能够通过调节设备10的框架11的倾斜角度调节。上文描述的类型的处理盘可以具有3米长乘1米宽的量级，提供大约3平方米的处理面积。根据大气温度和所施加的太阳能，处理水流速可以具有0.1至2升/平方米/分钟的量级。适宜地，盘的基壁可以具有亲水性的表面，以便允许处理水在其上均匀地散布。如果盘由铝箔或者铝合金箔材料形成，这可以通过氧化铝层实现。其它的亲水性的表面处理可以被应用到壁25的上表面。
如果处理水具有适当高水平的悬浮固体，则还期望的是，在金属箔盘17的基壁25的至少上表面上提供过滤材料层35。过滤材料35可以由可生物降解的材料形成，例如多孔的但是将收集并且容留被包含在水中的固体的基于纤维素的材料。最后过滤材料层35可以变得被塞满固体材料并且然后可以被移除，丢弃和更换新的过滤材料层35。在另一可能的实施例中，过滤材料层35可以由多孔的织物材料形成，优选地由对于处理水是亲水性的非编织织物材料形成。织物材料可以是50%纤维胶和聚酯或者聚丙烯的混合物（或者可替换地，100%纤维胶）。它可以具有50gm/m2的重量。在另一优选实施例中，过滤材料层可以包括被合理地均匀地分布在材料的区域上的金属。在一个特定的设置中，如前述的两个织物材料层与分散于该两层之间的金属一起使用。典型地，金属可以是以网的形式的抗腐蚀金属。金属可以是铝、铜、不锈钢或者其合金中的任意一种。
优选地，用于处理后的水34的收集装置28邻近于处理盘的下端部设置。如果过滤材料层被使用，优选的是它的下端部设置在收集装置的上方间隔。适宜地，过滤材料层可以覆盖处理盘17的基壁25的20%到80%。但是，如果设备10的主要目的是滤除处理水中的悬浮的或者溶解的固体，则过滤材料层可以延伸完全覆盖基壁25的上表面。
现在可以参考附图中的图2，其中两个相似的处理设备10、10′被以串联流动设置的方式提供。在这个实施例中，处理水通过输送管37经过入口阀设备38供给到处理表面25的上端部。处理水在表面25的下端部处被收集在排出管28中，并且通过传感器39被检测。传感器39可以检测排出水34的期望特征，期望特征可以是作为病原体/细菌杀灭的指示的温度、或者可以是一些其它的特征，比如固体含量、病原体/细菌含量等。如果被检测的特征的检测到的水平满足所要求的水平，则阀设备40被设置成经过供应管线41排出水到达终端用户。如果检测到的水平不令人满意，水可以经过阀设备40、泵设备42再循环到入口阀设备38以被经过设备10再循环。在另一可替换的设置中，阀设备43可以引导处理水经过入口通道44到达第二处理设备10′中。处理设备10′适宜地被构建为与第一设备10相同。
当然，将认识到，在整体上在所附的权利要求的范围内可对上文描述的优选的设备多种变型。
Claims (19)
1.太阳能水处理设备，用于使被供给到所述设备的处理水中的细菌和其它病原体最小化，所述设备包括：金属表面，通过供应装置在一个端部区域处接收所述处理水，以便水沿所述金属表面以薄表面流的方式流动；透明的或者半透明的太阳能传输面板，所述太阳能传输面板跨越所述处理水在所述金属表面上流动的区域而在上方与所述金属表面隔开并且邻近所述金属表面；水收集装置，用于在所述处理水沿着所述金属表面流过之后在所述金属表面的相对端部区域处收集所述处理水，所述处理水以至少0.1升/平方米/分钟的流速流过所述金属表面。
2.根据权利要求1的太阳能水处理设备，其中，所述处理水在所述金属表面的流速在0.1到2升/平方米/分钟之间。
3.根据权利要求2的太阳能水处理设备，其中，所述处理水在所述金属表面的流速在0.5到0.8升/平方米/分钟之间。
4.根据权利要求1至3中任一项的太阳能水处理设备，其中，所述金属表面从所述一个端部区域到所述相对端部区域具有2度到20度之间的倾斜角。
5.根据权利要求4的太阳能水处理设备，其中，所述倾斜角在5度到10度之间。
6.根据权利要求1至5中任一项的太阳能水处理设备，其中，所述金属表面是金属箔盘的面向上方的基表面。
7.根据权利要求6的太阳能水处理设备，其中，所述金属箔盘是铝金属箔盘或铝合金金属箔盘。
8.根据权利要求1至7中任一项的太阳能水处理设备，其中，所述金属表面被容纳在处理室内，所述处理室在上侧由所述太阳能传输面板界定并且在下侧由第二板界定，所述第二板在下方与所述金属表面的下面隔开但是邻近所述金属表面的下面。
9.根据权利要求8的太阳能水处理设备，其中，所述面板由塑性材料的柔性板形成，所述塑性材料的柔性板在它们的边缘处由刚性框架元件容纳，所述框架元件还支撑所述金属表面。
10.根据权利要求1至9中任一项的太阳能水处理设备，其中，所述金属表面是亲水性的表面。
11.根据权利要求1至10中任一项的太阳能水处理设备，其中，在所述金属表面上设置多孔的可移除过滤层，并且所述过滤层的上边缘邻近所述金属表面的处理水供应装置，所述过滤层具有与所述水收集装置隔开的下边缘。
12.根据权利要求11的太阳能水处理设备，其中，所述可移除过滤层覆盖所述金属表面的20%到80%。
13.根据权利要求11的太阳能水处理设备，其中，所述可移除过滤层基本上覆盖所述金属表面的全部。
14.根据权利要求11或者权利要求12所述的太阳能水处理设备，其中，所述可移除过滤层由可生物降解的过滤材料形成。
15.根据权利要求14的太阳能水处理设备，其中，所述可生物降解的过滤材料是基于纤维素的材料。
16.根据权利要求1至5中任一项的太阳能水处理设备，包括传感器装置，所述传感器装置用于在所述处理水从所述设备排出后立即检测所述处理水的特征。
17.根据权利要求16的太阳能水处理设备，其中，所述特征包括温度、溶解的固体、悬浮的固体、细菌或者病原体中的任意一个或多个。
18.太阳能处理装置，包括至少第一和第二根据权利要求1至17中任一项所述的太阳能水处理设备，从所述第一太阳能处理设备收集的处理水被输送到所述第二太阳能处理设备的所述金属表面的所述一个端部区域。
19.根据权利要求1至18中任一项的太阳能水处理设备，其中，在由所述收集装置或者由在串联的所述处理设备中的最后一个所述收集装置收集的处理水中的细菌和/或病原体被杀灭。
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