CN107162096B - 一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，包括串联安装的数根日光灭菌管，每根日光灭菌管侧壁上连通安装有光导管的一端，光导管的另一端设有滤光片，滤光片的一侧设有两个方向相反的菲涅尔透镜，滤光片位于两个菲涅尔透镜的聚焦光路上，每根日光灭菌管还设有棱镜；菲涅尔透镜由控制器自动控制追踪太阳。本发明采用电能与太阳能相结合的方式，具有环保无污染的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，具体地说是涉及一种利用太阳能、光导技术的智能控制无污染的高效灭菌给水管网水质处理装置。
背景技术
目前，紫外系统已经大规模应用于我国市政污水处理，设计人员对污水处理中采用的紫外系统的设计选型了解得比较深入，积累了很多宝贵的经验。然而，紫外系统在给水厂中的应用在国内才刚刚起步，当前国内仅有少数市政水厂设置了紫外消毒工艺。《生活饮用水卫生标准》( GB 5749—2006 )明确将两虫(贾第鞭毛虫和隐孢子虫)列入水处理消毒目标微生物，而常规的化学消毒对其灭活效果十分有限，而紫外技术的优势越来越明显。随着紫外消毒系统技术逐步成熟，更多的水厂在未来会逐步引用紫外技术与化学方式联合进行饮用水的消毒处理。
目前，给水管网紫外线灭菌装置的设计，欧洲的趋势是根据处理规模和市场需求选择不同的设计方法。如对于小型系统(500 m3/h以下)倾向于采用欧洲的设计方法，如DVGW；而对于大中型系统(500 m3/h以上) 倾向于采用美国环保署的设计方式。
给水管网紫外线灭菌装置的设计原理是利用253.7 nm波长的紫外光对水中微生物中的遗传物质DNA，RNA的结构破坏，导致微生物无法繁殖，从而丧失致病能力，实现对饮用水的消毒目的。而评价紫外系统的消毒效果好坏主要是紫外消毒剂量。紫外消毒剂量（mJ/cm2）=紫外强度（mW/cm2）×水力停留时间（s）。水样的紫外透光率大小是直接影响紫外系统选型的重要参数。紫外透光率即254 nm下的紫外透光率，指波长254 nm的紫外线通过1cm比色皿水样下测定的透光率，透光率越大，其实际照射到微生物的紫外光强度就越大，紫外剂量越高。
传统的给水管网紫外线灭菌装置，在紫外灯供能方面，对电能依赖性较大。在偏远山区，和孤岛等缺电地区使用紫外线灭菌装置就显得力不从心，而且不能实行智能控制。
光导管技术在国外已经取得了一定的研究成果,但是在国内还是方兴未艾,研究光导管技术的目的就是要把光导管做成一种具有代表性的新型节能环保产品,这不但要体现在光导管本身,其生产制造、使用过程,以及寿命结束后的回收分解都应被考虑在内,这也就是全程节能环保的概念。另一方面,现今国内外对于光导管的研究很多还处于对其本身性能的不断强化和改善,实际上,没有任何系统是孤立存在的,光导管系统的研究也需要和其它系统结合起来考虑,比如自然通风系统等,结合新技术不但可以提高光导管的性能还能拓展其应用范围。未来光导管的发展趋势不仅要节能环保健康,还应功能全面,新颖时尚,这就需要业内人士在综合应用上。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题而提供的一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，它可用于恶劣条件下的持续杀菌。光导管技术的引入使这种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置更加节能环保。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，其特征在于：包括串联安装的数根日光灭菌管，所述每根日光灭菌管侧壁上连通安装有光导管的一端，光导管的另一端设有滤光片，滤光片的一侧设有菲涅尔透镜，滤光片位于菲涅尔透镜的聚焦光路上，每根日光灭菌管还设有棱镜；所述菲涅尔透镜上设有一个光感应装置，菲涅尔透镜安装在一个移动平台上，移动平台分别由一个伺服电机驱动，伺服电机、蓄电池的控制信号输入端连接控制器，控制器的信号输入端连接各个光感应装置，菲涅尔透镜由控制器自动控制追踪太阳；太阳光直射在菲涅尔透镜上，穿过菲涅尔透镜的太阳光得以聚集使光照强度提高，而后聚集的光线通过滤光片滤掉可见光和红外光，仅留下紫外光，经光导管传播至日光灭菌管内，在棱镜的反射和折射作用下使紫外光充满日光灭菌管，对流经日光灭菌管的水进行灭菌；控制器通过光感应装置采集的信息，对伺服电机发送控制指令，完成菲涅尔透镜及太阳能电池板对太阳的追踪以及对紫外灯启闭的控制。
所述的一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，其特征在于：所述菲涅尔透镜材料为聚烯烃。
所述的一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，其特征在于：还包括有一个反向的菲涅尔透镜，反向的菲涅尔透镜位于菲涅尔透镜与滤光片之间，经过菲涅尔透镜聚焦的光线再经反向的菲涅尔透镜的作用下使光线重归平行，而后再将该平行光线聚焦在滤光片上。
所述的一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，其特征在于：所述棱镜的材料为二氧化硅。
本发明的有益效果是：
本发明装置在紫外灯供能方面，采用太阳能，具有环保无污染的优点，能适应于偏远山区，和孤岛等缺电地区，首创性的引入光导技术，使其更加环保，再结合智能控制系统和光感应系统，使整个装置连为一体，自动智能地启闭。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中紫外发生装置的细节图。
具体实施方式
如图1所示，一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，包括串联安装的数根日光灭菌管1，每根日光灭菌管1侧壁上连通安装有光导管6的一端，光导管6的另一端设有滤光片5，滤光片5的一侧设有两个方向相反的菲涅尔透镜3，滤光片5位于两个菲涅尔透镜3的聚焦光路上，每根日光灭菌管1还设有棱镜7；菲涅尔透镜3上设有一个光感应装置11，菲涅尔透镜3、太阳能电池板9分别安装在一个移动平台上，各个移动平台分别由一个伺服电机12驱动，伺服电机12、蓄电池10的控制信号输入端连接控制器4，控制器4的信号输入端连接各个光感应装置11，菲涅尔透镜3、太阳能电池板9由控制器4自动控制追踪太阳；太阳光直射在菲涅尔透镜3上，穿过第一个菲涅尔透镜3的太阳光得以聚集使光照强度提高，经过第一个菲涅尔透镜3聚焦的光线再经第二个反向的菲涅尔透镜3的作用下使光线重归平行，而后聚集的平行光线通过滤光片5滤掉可见光和红外光，仅留下紫外光，经光导管6传播至日光灭菌管1内，在棱镜7的反射和折射作用下使紫外光充满日光灭菌管1，对流经日光灭菌管1的水进行灭菌；控制器4通过光感应装置11采集的信息，对伺服电机12发送控制指令，完成菲涅尔透镜3对太阳的追踪以及对紫外灯8启闭的控制。
菲涅尔透镜3材料为聚烯烃。棱镜7的材料为二氧化硅。
实施例：
实验器材：紫外滤光片，石英比色皿，菲涅尔透镜，培养皿，涂布棒等
实验药品：R2A琼脂培养基
测量参数：HPC
如图2所示，阳光通过菲涅尔透镜聚集后，透过滤光片照射在盛有新鲜自来水的石英比色皿上，照射时间设定为500s、950s、1500s。照射时间计算如下：
根据阳光紫外线强度测试结果，滤光片对紫外线的通过率约为0.42，菲涅尔透镜对紫外线他透过率约为0.26。假定阳光中紫外线强度为0.01 mW/cm2，通过菲涅尔透镜后日光面积由38.47 cm2集中到1cm2大小。则该面积内紫外线强度大小为0.042 mW/cm2。
根据《紫外线消毒标准》，紫外用于给水消毒剂量要≥40 mJ/cm2，即0.042*t≥40，解得t≥950s。
照射后立即取100umL水样进行培养，并设置对照试验。培养基制作及培养条件参照微生物试验设定。
实验步骤：
1)称取3g R2A培养基溶于200 mL水中，经高压灭菌锅20分钟灭菌后冷却，在紫外操作台中倒平板，每个培养基20 mL，经紫外照射12h后倒置待用。
2)试验时间：选择阳光强烈的正午时间。
3)按照图1安装好装置，菲涅尔透镜安装在滴定架上，滤光片镶嵌在纸盒盖上，石英比色皿镶嵌在纸盒底部。
4)转动纸盒使纸盒顶面与菲涅尔透镜面平行，菲涅尔透镜的焦点对准石英比色皿的底部。
5)取自来水100mL放置在烧杯中备用，取100μL置于培养基中培养，每一样本做2个平行样。
6)取4mL自来水样放于石英比色皿中，按照实验设计中光照时间分别照射500s、950s、1500s后进行培养，每支水样取3次水样培养，每次取100μL作为平行样。
7)铺完平板后置于23℃恒温培养箱中培养5~7天，进行计数。
| 太阳照射时间 | 自来水 | 500s | 950s | 1500s |
| 细菌数（个/ml） | 220 | 180 | 95 | 30 |
统计结果发现在950 s照射后细菌数为95个，1500 s照射后细菌数为30个。所述的一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置灭菌效果良好。
Claims (3)
1.一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，其特征在于：包括串联安装的数根日光灭菌管，所述每根日光灭菌管侧壁上连通安装有光导管的一端，光导管的另一端设有滤光片，滤光片的一侧设有菲涅尔透镜，滤光片位于菲涅尔透镜的聚焦光路上，每根日光灭菌管还设有棱镜；所述菲涅尔透镜、太阳能电池板上分别设有一个光感应装置，菲涅尔透镜安装在一个移动平台上，各个移动平台分别由一个伺服电机驱动，伺服电机、蓄电池的控制信号输入端连接控制器，控制器的信号输入端连接各个光感应装置，菲涅尔透镜由控制器自动控制追踪太阳；太阳光直射在菲涅尔透镜上，穿过菲涅尔透镜的太阳光得以聚集使光照强度提高，而后聚集的光线通过滤光片滤掉可见光和红外光，仅留下紫外光，经光导管传播至日光灭菌管内，在棱镜的反射和折射作用下使紫外光充满日光灭菌管，对流经日光灭菌管的水进行灭菌；控制器通过光感应装置采集的信息，对伺服电机发送控制指令，完成菲涅尔透镜对太阳的追踪以及对紫外灯启闭的控制;
所述的一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，还包括有一个反向的菲涅尔透镜，反向的菲涅尔透镜位于菲涅尔透镜与滤光片之间，经过菲 涅尔透镜聚焦的光线再经反向的菲涅尔透镜的作用下使光线重归平行，而后再将该平行光 线聚焦在滤光片上。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，其特征在于：所述菲涅尔透镜材料为聚烯烃。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能式给水管网紫外线灭菌装置，其特征在于：所述棱镜的材料为二氧化硅。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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