CN106044935A - 自清洗高效脉冲强光污水消毒装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自清洗高效脉冲强光污水消毒装置，包括底座、壳体、脉冲氙灯、污水入口、污水出口、毛刷和螺旋导流槽，所述底座上端设有横向设置的壳体，沿所述壳体长度方向的中心穿设有脉冲氙灯，沿所述脉冲氙灯长度方向上设有螺旋导流槽，所述螺旋导流槽内侧与所述脉冲氙灯旋转接触，所述螺旋导流槽内侧设有毛刷，所述壳体侧壁一端设有污水入口，所述壳体侧壁另一端设有污水出口。螺旋式导流结构增加污水的光照次数，曝光时间增大，系统具备更大的有效剂量。螺旋式导流结构增加了光触媒的表面积，极大激发了光触媒材料的活性，对污水发生催化分解和杀菌消毒的作用。螺旋式导流槽旋转的同时毛刷自动对灯管表面的污垢进行清洗。
Description
技术领域
本发明属于水处理设备技术领域，尤其涉及一种自清洗高效脉冲强光污水消毒装置。
背景技术
紫外线是一种肉眼无法看见的光线，根据波长的不同可细分UVA(315nm—400nm)、UVB(280nm—315nm)、UVC (200nm—280nm)和UVD（200nm以下）。其中UVC最易被DNA(核糖核酸)吸收，当水中的细菌、病毒、藻类生物等受到一定剂量的UVC波段紫外线照射后，其细胞的DNA、RNA结构被破坏，细胞再生无法进行，从而达到消毒和净化的目的。紫外光消毒技术是在现代防疫学、医学和光动力学的基础上，利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的UVC波段紫外光照射流水，将水中各种细菌、寄生虫、病毒、水藻以及其他病原体直接杀死，达到消毒的目的。紫外线消毒是一种物理方法，不需向水中增加任何物质，没有副作用，这是它优于氯化消毒的地方，紫外消毒与其它消毒手段联合使用，可达最佳效果。常见的联合工艺有紫外加臭氧、紫外加二氧化钛光触媒等。
现有的紫外水消毒净化设备通常采用功率为几十瓦水平的低压紫外汞灯作为紫外光源，利用较低汞蒸汽压（<10-2Pa）被电激发而发出波长为253.7nm和185nm两条谱线，紫外光的功率强度在数瓦的水平。水流采用循环或一次通过的方式经过灯管，产生紫外消毒的作用。因为单个灯管的紫外线强度弱，因此需要限制流量或增加循环次数或者增加紫外灯数目，达到更快速的杀菌消毒作用。
现有的紫外线杀菌净化装置，通常采用低压汞灯，存在以下一些不足之处：
第一，强度低。由于低压汞灯的工作原理决定了其辐射功率密度不高（通常只有几十瓦的光功率，紫外线只占到20%左右，灯管附近的紫外线辐射功率密度不超过数毫瓦每平方厘米的水平），难以在短时间内达到高强度的紫外线辐照强度，只能通过延长照射时间或增加紫外灯数量提高杀菌消毒的作用，降低了系统效率，难以满足快速、大量杀菌的需求。
第二，有环境污染风险，能耗大。汞灯内填充的是汞蒸气，属于有毒有害的重金属，一旦汞灯报废发生泄漏，会对环境造成危害。如果要达到很强的消毒效果，又需要增加汞灯的数量或者延长照射时间。因为低压汞灯的紫外外效率只能达到2%左右的水平，这又造成了更多的电能浪费。
第三，长期使用成本高。汞灯的寿命较短，在高强度的工作条件下光效衰减较快，寿命只能达到1000小时就必须更换，因此使用成本也较高。
第四，复合消毒能力弱。通常的低压汞灯，一旦注入过高的能量，就会激发出汞原子更多的辐射谱线，从紫外到可见光甚至红外波段都有，这样就分散了能量，不能起到多重消毒作用，甚至会削弱原有的作用。而注入较低能量时，尽管能量集中在253.7nm和185nm两条谱线上，但因为能量低，所以发生臭氧和消毒的作用都受到影响，也不能有效激活光触媒。
第五，净化装置处理能力受限。由于紫外线强度弱，消毒的强度和效率受到限制，所以必须增加水循环的次数或者降低水流量，已达到彻底的消毒作用。这样就影响了装置的消毒效率和处理能力。如果要提高处理能力，则需要增加更多的光源，这样又增加了系统的成本。
第六，灯管容易结垢，需要及时清洗，也给系统水循环设计提出了更苛刻的要求，提高了系统成本。
因此，由于现有技术中存在上述的技术缺陷，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自清洗高效脉冲强光污水消毒装置，旨在解决现有技术中存在的紫外线消毒的强度和效率能力差，且灯管容易结垢，需要及时清洗的问题。
本发明是这样实现的：
自清洗高效脉冲强光污水消毒装置，包括底座、壳体、脉冲氙灯、污水入口、污水出口、毛刷和螺旋导流槽，所述底座上端设有横向设置的壳体，沿所述壳体长度方向的中心穿设有脉冲氙灯，沿所述脉冲氙灯长度方向上设有螺旋导流槽，所述螺旋导流槽内侧与所述脉冲氙灯旋转接触，所述螺旋导流槽内侧设有毛刷，所述壳体侧壁一端设有污水入口，所述壳体侧壁另一端设有污水出口。
优选的，所述螺旋导流槽表面镀有二氧化钛光触媒薄膜。
优选的，所述壳体为圆柱形筒体，所述螺旋导流槽外边缘与所述壳体内壁相接触。
应用自清洗高效脉冲强光污水消毒装置进行污水处理的方法，包括以下步骤：
（1）待处理的污水从污水入口进入壳体，沿螺旋导流槽螺旋式流过脉冲氙灯的照射区域；
（2）经过强光的多次辐照，脉冲氙灯辐射出的UVC波段的紫外线对含菌污水中的微生物产生直接杀灭作用；光触媒材料镀在螺旋导流槽表面，氙灯辐射出的紫外线同时激发了光触媒材料的活性，对污水发生催化分解和杀菌消毒的作用；
（3）螺旋导流槽在污水的冲击下发生旋转运动，其上的毛刷就会自动清洗灯管上的污垢，实现自清洗的目的；
（4）经处理后的污水经污水出口排出，并连续进行以上污水处理步骤。
本发明的有益效果在于：
1、螺旋式导流结构增加污水的光照次数，曝光时间增大，系统具备更大的有效剂量。
2、螺旋式导流结构增加了光触媒的表面积，极大激发了光触媒材料的活性，对污水发生催化分解和杀菌消毒的作用。
3、螺旋式导流槽旋转的同时毛刷自动对灯管表面的污垢进行清洗。
附图说明
图1是本发明的自清洗高效脉冲强光污水消毒装置剖视结构示意图；
图中：1底座；2壳体；3脉冲氙灯；4污水入口；5污水出口；6毛刷；7螺旋导流槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明的自清洗高效脉冲强光污水消毒装置，包括底座1、壳体2、脉冲氙灯3、污水入口4、污水出口5、毛刷6和螺旋导流槽7，所述底座1上端设有横向设置的壳体2，沿所述壳体2长度方向的中心穿设有脉冲氙灯3，沿所述脉冲氙灯3长度方向上设有螺旋导流槽7，所述螺旋导流槽7内侧与所述脉冲氙灯3旋转接触，所述螺旋导流槽7内侧设有毛刷6，所述壳体2侧壁一端设有污水入口4，所述壳体2侧壁另一端设有污水出口5。
更进一步的，所述螺旋导流槽7表面镀有二氧化钛光触媒薄膜。
更进一步的，所述壳体2为圆柱形筒体，所述螺旋导流槽7外边缘与所述壳体2内壁相接触。使污水只能沿着螺旋导流槽7的导流方向前进，从而使污水始终在处理区域内，提高了污水的处理时间，防止污水从壳体2与螺旋导流槽7外边缘之间的缝隙逃逸导致污水处理效果较差的问题。
系统启动后，脉冲高压氙灯两端被施加瞬间高电压（达到数千伏，持续数百微秒），石英玻璃灯管中封装的高压氙气被瞬间电离击穿，形成强烈的电离辐射发光，产生强烈的光辐射。氙气的辐射谱与电流大小、充气压有关。在工作电压高、电流密度大、弧长长和填充气压高的条件下，脉冲氙灯的辐射谱显著的向紫外端移动，成为强烈的紫外光源，波长400nm以下的紫外成分可达总光能的30%以上，由于在 400nm 以下的各个紫外波段均有很强的辐射能量，所以可以同时产生多个物理过程，包括激活光触媒、产生臭氧和直接杀灭微生物，具体原理如下：
核糖核酸和脱氧核糖核酸的吸收光谱的范围为240—280nm，吸收峰在 260nm。波长在250nm 波段的紫外线与微生物细胞核中的脱氧核糖核酸的紫外线吸收和光化学敏感性范围重合。此波段的紫外线能改变和破坏结构突变，改变了细胞的遗传转录特性，使生物体丧失蛋白质的合成和复制繁殖能力，杀灭微生物。
200nm 以下的波段会强烈电离氧气分子，并促使氧离子重新聚合形成臭氧。臭氧是一种强氧化剂，灭菌过程属于生物化学氧化反应，通过氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡；直接与细菌、病毒作用，破坏细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡；透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡等三种途径实现灭菌消毒。
300nm 到 400nm 的波长可以被光触媒有效吸收。光触媒材料为 TiO2, 是一种无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好、价格低廉的 N 型半导体材料，其分子量为 79.9，有锐钛矿 (Anatase)、板钛矿（Brookite）和金红石（Rutile）三种晶体结构。TiO2在光的照射下自身不发生变化却可以促进化学反应，具有催化功能。具体反应是：TiO2在吸收照明光源中的紫外线后，形成氧化性的自由基，把空气和水中游离的有害物质及微生物分解成无害的二氧化碳和水，可以迅速分解空气和水中的甲醛、苯、氨、VOC 等有害气体，可以破坏细菌、病毒中的细胞膜，使细菌质流失、固化病毒蛋白质，在杀毒灭菌的同时，还能分解菌毒残体上释放的有害复合物。这种超强的氧化作用，还能迅速去除各种异味。激发很强的催化氧化作用，对附着其上的有机污染物和微生物实现分解和杀灭。最终的消毒产物是二氧化碳和水。
应用自清洗高效脉冲强光污水消毒装置进行污水处理的方法，包括以下步骤：
（1）待处理的污水从污水入口4进入壳体2，沿螺旋导流槽7螺旋式流过脉冲氙灯3的照射区域；
（2）经过强光的多次辐照，脉冲氙灯3辐射出的UVC波段的紫外线对含菌污水中的微生物产生直接杀灭作用；光触媒材料镀在螺旋导流槽7表面，氙灯辐射出的紫外线同时激发了光触媒材料的活性，对污水发生催化分解和杀菌消毒的作用；
（3）螺旋导流槽7在污水的冲击下发生旋转运动，其上的毛刷6就会自动清洗灯管上的污垢，实现自清洗的目的；
（4）经处理后的污水经污水出口5排出，并连续进行以上污水处理步骤。
上述处理过程中，使污水始终在脉冲氙灯和光触媒材料的处理区域内，并且上述的紫外电离杀菌、臭氧杀菌和光触媒材料杀菌的三重杀菌作用同时发生在污水的处理的整个过程中，从而延长了各杀菌方式的杀菌时间，提高了杀菌效果；并且在杀菌过程中，通过毛刷与脉冲氙灯的旋转接触，从而对灯管表面进行清洁，实现自清洁功能。
本发明的有益效果在于：
1、螺旋式导流结构增加污水的光照次数，曝光时间增大，系统具备更大的有效剂量。
2、螺旋式导流结构增加了光触媒的表面积，极大激发了光触媒材料的活性，对污水发生催化分解和杀菌消毒的作用。
3、螺旋式导流槽旋转的同时毛刷自动对灯管表面的污垢进行清洗。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.自清洗高效脉冲强光污水消毒装置，其特征在于：包括底座、壳体、脉冲氙灯、污水入口、污水出口、毛刷和螺旋导流槽，所述底座上端设有横向设置的壳体，沿所述壳体长度方向的中心穿设有脉冲氙灯，沿所述脉冲氙灯长度方向上设有螺旋导流槽，所述螺旋导流槽内侧与所述脉冲氙灯旋转接触，所述螺旋导流槽内侧设有毛刷，所述壳体侧壁一端设有污水入口，所述壳体侧壁另一端设有污水出口。
2.如权利要求1所述的自清洗高效脉冲强光污水消毒装置，其特征在于：所述螺旋导流槽表面镀有二氧化钛光触媒薄膜。
3.如权利要求1或2所述的自清洗高效脉冲强光污水消毒装置，其特征在于：所述壳体为圆柱形筒体，所述螺旋导流槽外边缘与所述壳体内壁相接触。
4.应用自清洗高效脉冲强光污水消毒装置进行污水处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）待处理的污水从污水入口进入壳体，沿螺旋导流槽螺旋式流过脉冲氙灯的照射区域；
（2）经过强光的多次辐照，脉冲氙灯辐射出的UVC波段的紫外线对含菌污水中的微生物产生直接杀灭作用；光触媒材料镀在螺旋导流槽表面，氙灯辐射出的紫外线同时激发了光触媒材料的活性，对污水发生催化分解和杀菌消毒的作用；
（3）螺旋导流槽在污水的冲击下发生旋转运动，其上的毛刷就会自动清洗灯管上的污垢，实现自清洗的目的；
（4）经处理后的污水经污水出口排出，并连续进行以上污水处理步骤。
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