CN109071272A

CN109071272A - 用于水性流体的uv-处理的设备

Info

Publication number: CN109071272A
Application number: CN201780026160.5A
Authority: CN
Inventors: V·阿罗拉; D·穆克赫杰; S·萨克塞纳; D·Y·瓦格玛雷; S·K·亚达夫
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever IP Holdings BV
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2037-04-13
Also published as: WO2017186510A1; PH12018502217A1; CN109071272B

Abstract

本发明涉及用于通过将水性流体暴露于紫外(UV)光来消毒水性流体的设备(1)，所述设备包括：管形UV‑灯；包括圆筒形外壁(11)的处理室(21)，所述处理室(21)设置有用于输送水性流体和提供对于由UV‑灯发射的UV‑光的暴露的通道；顶盖(14)和底盖(13)；位于处理室(21)的一端的入口室(22)；位于处理室(21)的另一端的用于排出水性流体的出口(16)；其中该入口室(22)包括：用于接受水性流体的入口(15)；与用于接受水性流体的入口(15)流体连通和通过内环形狭缝开口(32)和外环形狭缝开口(33)与处理室(21)流体连通的环状扩散器通道，所述外环形狭缝开口(33)位置邻近处理室(21)的外壁和所述内环形狭缝开口(32)同心地位于外环形狭缝开口(33)内；和盖板(31)，其分隔环状扩散通道与处理室(21)且限定内环形狭缝开口(33)和外环形狭缝开口(33)。本本发明的UV‑处理设备(1)在消毒水性流体方面是极其高效的，甚至以非常高的通量。

Description

用于水性流体的UV-处理的设备

技术领域

本发明涉及用于通过将水性流体暴露于紫外(UV)光而消毒水性流体的设备。更特别地，本发明涉及包括以下部分的这种设备：

·管形UV-灯；

·包括圆筒形外壁的处理室，所述处理室设置有用于输送水性流体和提供对于由UV-灯发射的UV-光的暴露的通道；

·顶盖和底盖；

·位于处理室的一端的用于接受水性流体的入口；和

·位于处理室的另一端的用于排出水性流体的出口。

本发明还提供用于在UV-处理设备中消毒水性流体的方法。

背景技术

水的UV处理从使用点和接入点来看是快速、可靠和经济的水消毒方法。UV水处理使用紫外光杀死可能存在于水中的微生物。这是没有显著缺点的经过验证的技术。在一些应用中，其初始成本稍高于氯化，但由于其低操作成本，它快速地得到回报。它是环境友好的且基本上是无故障的。大多数紫外水处理系统仅需要每年更换灯和定期更换滤芯。

用于现场UV-水处理的设备是商业可得的。这些设备共同之处在于水流动通过UV槽组件而经过UV-光源。取决于水如何通过UV槽组件前进，水流的部分可能接受不同的UV-暴露。即，最快速地通过UV槽组件的水的部分倾向于比沿较缓的路径和具有较长的停留时间的水的部分接受较少的UV光暴露。

理想地，所有水接受相同的预定最小剂量的UV光以确保所需的杀灭或破坏速率而没有不必要地过度暴露水流的某些部分。在没有通过UV槽组件的稳定或活塞流的情况下，这一目的可能无法得到最佳实现。活塞流是指一起移动通过系统的水的“柱塞”或团块。活塞流避免水通过系统的流速不均匀。

WO 00/06499描述了现场水处理系统，包括：

·基座；

·相对于基座安装的滤器壳组件；

·安置在滤器壳内用于过滤经过滤器壳组件的水的过滤器；

·相对于基座安装的UV槽组件；

·安置在槽组件内用于照射流过其间的水的UV灯泡组件；和

·总体围绕滤器壳组件和槽组件的外壳。

该处理系统可以包括楔形进入室以导致进入的水周向地行进。槽包括下折流板和带叶片的上折流板。多个圆形开口位于下折流板中以允许水以螺旋方式朝向上折流板行进。

EP-A 0616 975描述了家用的现场水处理系统，包括：

·用于从水除去污染物的过滤器；

·用于杀死水中的微生物的辐射能量源；

·用于监测流过所述过滤器的水量和在所述过滤器达到寿命终点时提供指示的过滤器监视器；

·用于监测所述辐射能量源的性能和在所述辐射能量源达到寿命终点时提供指示的辐射能量监视器；

·用于使使用者能够响应于所述过滤器监视器的指示更换所述过滤器的过滤器快速拆卸件；和

·用于使使用者能够响应于所述辐射能量监视器的指示更换所述辐射能量源的辐射能量源快速拆卸件。

辐射能量源包括具有延长中心轴的紫外放电灯和用于提供绕放电灯的水的螺旋活塞流的分流器。

WO 2011/014717描述了用于处理流体的反应器，包括：

·具有用于接受流体的入口和用于排出流体的出口的容器；

·位于所述容器内的紫外光源；和

·位于所述容器内用于分别形成第一、第二和第三腔室的第一、第二和第三折流板，其中所述第一、第二和第三折流板包括以预定模式排列用于控制所述容器中的流体流以提供活塞流的孔。

WO 2012/014108描述了用于通过将流体暴露于UV光而使流体经历消毒处理的设备，所述设备包括具有用于发射紫外光的装置布置于其中的内部空间、用于允许流体进入内部空间的入口和用于允许流体从内部空间流出的出口的反应器，其中光发射装置包括单一电极，其中包围内部空间的壁适应于作为电极发挥作用且包含导电材料，且其中该设备还包括也包含导电材料和排列用于局部增强反应器壁和光发射装置之间的空间中的导电性的装置。元件排列在反应器的入口侧面上，封闭的中心部分具有减少来自入口的水的射流的功能，而孔在形成水流中发挥作用。该元件可以具有用于允许元件定位在灯的末端部分上的中心孔。当使用这种元件时，元件用作分隔板，其具有避免水找到朝向出口的最快速途径的作用。

US 2005/0056597描述了用于处理流体的系统，包括：

·处理室；

·用于发射光的光源，使得至少一部分光在处理室内行进；和

·处理室内的处理区；

其中处理区中流体的流动剖面匹配在处理区内行进的光的注量分布。该系统可以包括多个与处理室偶联的挡板，其中所述多个挡板提供流体的基本上均匀的处理。

发明内容

本发明人设计了用于水性流体的UV-处理的设备，其在消毒所述水性流体方面是极高效的，甚至以非常高的通量。

本发明设备中水性流体的UV-处理是非常有效的，因为设备的几何结构确保UV照射的暴露时间在设备中处理的整个水性流体的流中是恒定的。

本发明的UV-处理设备包括：

·管形UV-灯；

·顶盖和底盖；

·位于处理室的一端的入口室；和

·位于处理室的另一端的用于排出水性流体的出口。

经过处理室的水性液体暴露于由管形UV-灯发射的UV-光，从而导致水性流体的消毒。在一个实施方式中，UV-处理设备的圆筒形处理室位于UV-灯周围，从而为水性流体提供环形通道。在可选的实施方式中，圆筒形处理室与管形UV-灯平行定位。

入口室包括用于水性流体的入口且设计为将进入的水性流体的线性流作为环形活塞流转移到处理室中。为此，入口室包括：

-用于接受水性流体的入口；

-与用于接受水性流体的入口流体连通和通过内环形狭缝开口和外环形狭缝开口与处理室流体连通的环状扩散器通道；

-盖板，其分隔环状扩散器通道与处理室并限定内环形狭缝开口和外环形狭缝开口，所述外环形狭缝开口位置邻近处理室的外壁和所述内环形狭缝开口同心地位于外环形狭缝开口内；

所述环状扩散器通道包括环状扩散室和环形喷嘴区段，环状扩散室从入口接受水性流体的流，所述环状扩散室和所述环形喷嘴区段同轴地定位，环状扩散室通过包含多个等距的开口的分隔板与环形喷嘴区段分隔，水性流体的流通过所述等距的开口沿远离处理室的方向进入环形喷嘴区段，之后该流在环形喷嘴区段中分成水性流体的第一流和水性流体的第二流，该水性流体的第一流在指向内环形狭缝开口和处理室之前沿径向向内的方向行进，和该水性流体的第二流在指向外环形狭缝开口和处理室之前沿径向向外的方向行进。

本发明设备的处理室中实现的活塞流确保水性流体接受均匀的UV-处理，以使得可以实现最大消毒效率。

本发明进一步提供在UV-处理设备中消毒水性流体的方法，该设备包括(a)管形UV-灯；(b)包括圆筒形外壁的处理室，所述处理室设置为用于输送水性流体和提供对于由UV-灯发射的UV-光的暴露的通道；(c)位于处理室的一端的用于水性流体的入口；和(d)位于处理室的另一端的用于排出水性流体的出口，所述方法包括以下步骤：

·通过入口引入水性流体的线性流而使水性流体进入环状扩散器中以降低水性流体的流速和将线性流转换为远离处理室的环状流；

·将环状流分成在指向处理室之前沿径向向内的方向行进的水性流体的第一流和在指向处理室之前沿径向向外的方向行进的水性流体的第二流；

·通过位置邻近处理室的外壁的外环形狭缝开口将水性流体的第一流引入处理室中；

·通过同心地位于外环形狭缝开口内的内环形狭缝开口将水性流体的第二流引入处理室中；

·在水性流体的流流过处理室时将其暴露于来自UV灯的UV-光；和

·从设备排出经消毒的水性流体。

附图说明

图1是根据本发明的UV-处理设备的截面侧视图。

图2是UV-处理设备的入口室的截面侧视图。

图3是UV-处理设备的入口室的透视图。

图4是UV-处理设备的入口室的顶视图。

具体实施方式

因此，本发明的一个方面涉及用于通过将水性流体暴露于紫外(UV)光而消毒水性流体的设备，所述设备包括：

·管形UV-灯；

·顶盖和底盖；

·位于处理室的一端的入口室；

·位于处理室的另一端的用于排出水性流体的出口；

·其中UV-灯位于圆筒形套管装置内部，所述圆筒形套管装置(12)位于处理室(21)的圆筒形外壁的内部，所述套管装置(12)和所述外壁形成提供用于输送水性流体的环形通道的处理室(21)；

其中入口室包括：

-接受水性流体的入口；

-盖板，其分隔环状扩散器通道与处理室且限定内环形狭缝开口和外环形狭缝开口，所述外环形狭缝开口位置邻近处理室的外壁和所述内环形狭缝开口同心地位于外环形狭缝开口内；

所述环状扩散器通道包括环状扩散室和环形喷嘴区段，环状扩散室从所述入口接受水性流体的流，所述环状扩散室和所述环形喷嘴区段同轴地定位，环状扩散室通过包含多个等距的开口的分隔板与环形喷嘴区段分隔，水性流体的流通过所述等距的开口沿远离处理室的方向进入环形喷嘴区段，之后该流在环形喷嘴区段中分成水性流体的第一流和水性流体的第二流，该水性流体的第一流在指向内环形狭缝开口和处理室之前沿径向向内的方向行进，和该水性流体的第二流在指向外环形狭缝开口和处理室之前沿径向向外的方向行进。

应理解，本发明在其应用中不限于以下说明中给出的或以下附图中显示的结构细节和组件排列。本发明能够实现其它实施方式和能够以各种方式实施。

如本文中使用的术语“包括”、“包含”、“含有”或“具有”及其变型意图包括之后所列的项目以及另外的项目。除非另外指定或限制，术语“安装”、“连接”、“支持”和“偶联”及其变型广义地使用且包括直接和间接的安装、连接、支持和偶联。

水性流体可以通过其进入UV-处理设备的处理室的内和外环形狭缝开口与这些环形狭缝开口之间的距离相比通常相对较窄。因此，在优选的实施方式中，内环形狭缝开口具有内半径R₁和宽度W₁；外环形狭缝开口具有外半径R₂和宽度W₂；且(W₁+W₂)/(R₂-R₁)≤0.3。甚至更优选地，满足以下条件：0.05≤(W₁+W₂)/(R₂-R₁)≤0.25。

按照另一优选的实施方式，内环形狭缝开口的宽度(W₁)和外环形狭缝开口的宽度(W₂)不是非常不同的。优选地，比率W₁/W₁在0.25-4的范围内，更优选地在0.33-3的范围内。

环状扩散室的内部体积(V_d)通常大于环形喷嘴区段的内部体积(V_n)，至少1.2倍，更优选至少1.3倍。最优选1.4≤V_d/V_n≤4。

UV-处理设备的入口室通常具有比处理室的内部体积(V_tc)小至少15倍的内部体积V_ic(V_ic＝V_d+V_n)。换句话说，在优选的实施方式中，V_tc/V_ic≥15。甚至更优选地，25≤V_tc/V_ic≤150。

UV-处理设备的处理室通常具有200-5,000ml，更优选300-2,000ml的体积。

处理室的长度通常在10-80cm的范围内，更优选地在12-60cm的范围内和最优选在15-40cm的范围内。

按照特别优选的实施方式，UV-处理设备的圆筒形处理室位于UV-灯的周围，从而对水性流体提供环形通道。更特别地，在这一有利的实施方式中，UV-灯位于UV-透明的圆筒形套管装置的内部，所述圆筒形套管装置位于处理室的圆筒形外壁的内部，所述套管装置和所述外壁形成提供用于输送水性流体的环形通道的处理室。在这一实施方式中，内环形狭缝开口优选位置邻近套管装置。

在其中处理室提供用于水性流体的环形通道的实施方式中，环形通道的宽度(‘Y’)，即环状处理室的内半径R₁和外半径R₂之间的差，显著大于内环形狭缝开口的宽度(W₁)和外环形狭缝开口的宽度(W₂)的综合宽度。因此，在特别优选的实施方式，本发明设备的尺寸使得满足以下条件：(W₁+W₂)/Y≤0.3。甚至更优选地，0.05≤(W₁+W₂)/Y≤0.25。

在前述实施方式中，环状处理室的内径通常为20-120mm，更优选为30-100mm和最优选为40-80mm。

套管装置的外径通常在10-50mm的范围内，更优选在12-40mm的范围内和最优选在15-30mm的范围内。

环状处理室的宽度，定义为处理室的内半径和套管装置的外半径之间的差，通常在5-50mm的范围内，更优选在10-35mm的范围内，最优选在14-25mm的范围内。

UV-灯优选机械和电学地安装在与驱动电路连接的灯座中，使得可以应用交流电压。驱动电路从电源如电源电压和电池抽取其输入功率。

如本文中之前说明的，本发明UV-处理设备由于入口室的特殊设计提供在处理室中实现活塞流的重要优势。因此，在特别优选的实施方式中，入口室对于进入处理室的水性流体提供活塞流。

本发明的另一方面涉及在UV-处理设备中消毒水性流体的方法，该UV-处理设备包括(a)管形UV-灯；(b)包括圆筒形外壁的处理室，所述处理室设置有用于输送水性流体和提供对于由UV-灯发射的UV-光的暴露的通道；(c)位于处理室的一端的用于水性流体的入口；和(d)位于处理室的另一端的用于排出水性流体的出口，所述方法包括以下步骤：

·通过入口引入水性流体的线性流使水性流体进入环状扩散器中以降低水性流体的流速和将线性流转换为远离处理室的方向的环状流；

·从设备排出经消毒的水性流体。

这一消毒水性流体的方法可以适当地在如本文中所述的UV-处理设备中进行。

在本发明方法的特别优选的实施方式中，水性流体以活塞流流过处理室。

本发明的方法提供有可能以高通量有效地消毒水性流体的优势。因此，在本发明方法的优选实施方式中，消毒的水性流体以至少1L/min的速率，更优选1.8-2.5L/min的速率从设备排出。这些流速通常使用8-16W，更优选11-14W的UV-灯实现。

图1显示根据本发明的UV-处理设备1。UV-处理设备1包括桶11和UV-透明的套管12。套管12适应于容纳管形UV-灯。桶11和套管12之间的环状处理室21在底端2处通过底盖(底山墙)13和在顶端3处通过顶盖(顶山墙)14封闭。

UV-处理设备进一步包括直接位于底盖13上方的入口室22。入口室22连接于入口管道15用于接受加压的水且包括盖板31、内环形狭缝开口32和外环形狭缝开口33。用于排出水的出口管道16位置靠近顶盖14。

在操作中，水通过入口管道15经由入口室22进入设备1。从入口室22，水通过环形狭缝开口32和33进入环状处理室21并朝向顶端3通过环状处理室21向上行进，在顶端处水从出口管道16排出。在水流过环状处理室21的同时，其暴露于通过位于套管12内部的UV灯(未显示)发射的UV光。

图2显示UV-处理设备1的底端2的截面侧视图。入口管道15接入入口室22的环状扩散室41中。入口室22包括包含多个等距的开口43的分隔板42，该多个等距的开口43将环状扩散室41的内部与环形喷嘴区段44的内部连接。环形喷嘴区段44的内部通过内环形狭缝开口32和外环形狭缝开口33与环状处理室21连接。

图3显示移除盖板31的入口室22的透视图。入口管道15将水引入环状扩散室41，其方式使得水从入口管道15通过环状扩散室41沿两个周向流动。在压力下进入环状扩散室41的水通过分隔板42中的多个等距开口43压入喷嘴区段44中，显示了其内环形狭缝开口32和外环形狭缝开口33。盖板31在就位时封闭环状扩散室41的环形空间，但确实保持环形狭缝开口32和33开放。

在操作中，水通过入口管道15进入入口室22的环状扩散室41。水从入口管道15沿两个周向并通过分隔板42中的等距开口43流入环形喷嘴区段44中，并通过内环形狭缝开口32和外环形狭缝开口33离开环形喷嘴区段44。由于入口室22的特殊几何结构，来自入口管道15的水的线性流转换为通过内环形狭缝开口32和外环形狭缝开口33离开入口室22的两个稳定的环形流。这两个稳定的环形流一起在UV-处理设备1的环状处理室21中形成活塞流(参见图1)。

图4显示没有盖板31的入口室22的顶视图。入口管道15进入环状扩散室41。分隔板42包括等距开口43。进一步显示了狭缝开口32和33。

本发明进一步通过以下非限制性的实施例阐明。

实施例

实施例1

如图1-4中显示的根据本发明的UV处理设备用于处理已经被细菌(土生克雷伯菌(K.terrigena))和病毒(MS2噬菌体)侵染的水。该设备装配预过滤器(打褶的织物+炭块)和UV灯(11W，来自Osram)。设备的性能与缺乏入口室的相同设备相比较。

包含入口室的UV-处理设备的特性总结于表1中。

表1

使用不同的流速、不同的污染物浓度和不同的尖峰点(spike point)进行测试。结果显示于表2中。

表2

实施例2

如实施例1中所述的根据本发明的UV处理设备用于处理已经被细菌(土生克雷伯菌)和病毒(MS2噬菌体)侵染的水。设备的性能与WO 00/06499(WO’499)和WO 2011/014717(WO’717)中描述的两种设备的性能相比较。

所有设备装配预过滤器(打褶的织物+炭块)和UV灯(11W，来自Osram)。

这些测试的结果显示于表3中。

表3

Claims

1.一种用于通过将水性流体暴露于紫外(UV)光而将所述流体消毒的设备(1)，所述设备(1)包括：

·管形UV-灯；

·处理室(21)，其包括圆筒形外壁，所述处理室(21)设置有用于输送水性流体和提供对于由UV-灯发射的UV-光的暴露的通道；

·顶盖(14)和底盖(13)；

·位于处理室(21)的一端的入口室(22)；

·位于处理室(21)的另一端的用于排出水性流体的出口(16)；

其中所述UV-灯位于圆筒形套管装置(12)内部，所述圆筒形套管装置(12)位于所述处理室(21)的圆筒形外壁的内部，所述套管装置(12)和所述外壁形成提供用于输送水性流体的环形通道的处理室(21)；

其中所述入口室(22)包括：

-用于接受水性流体的入口(15)；

-与用于接受水性流体的入口(15)流体连通和通过内环形狭缝开口(32)和外环形狭缝开口(33)与处理室(21)流体连通的环状扩散器通道；

-盖板(31)，其分隔所述环状扩散器通道与所述处理室(21)且限定所述内环形狭缝开口(32)和所述外环形狭缝开口(33)，所述外环形狭缝开口(33)位置邻近所述处理室(21)的外壁，并且所述内环形狭缝开口(32)同心地位于所述外环形狭缝开口(33)内；

所述环状扩散器通道包括环状扩散室(41)和环形喷嘴区段(44)，所述环状扩散室(41)从所述入口(15)接受水性流体的流，所述环状扩散室(41)和所述环形喷嘴区段(44)同轴地定位，所述环状扩散室(41)通过包含多个等距的开口的分隔板(42)与所述环形喷嘴区段(44)分隔，所述水性流体的流通过所述等距的开口沿远离所述处理室(21)的方向进入所述环形喷嘴区段(44)，之后该流在所述环形喷嘴区段(44)中分成水性流体的第一流和水性流体的第二流，所述水性流体的第一流在指向所述内环形狭缝开口(32)和所述处理室(21)之前沿径向向内的方向行进，并且所述水性流体的第二流在指向所述外环形狭缝开口(33)和所述处理室(21)之前沿径向向外的方向行进。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述内环形狭缝开口(32)具有内半径R₁和宽度W₁；所述外环形狭缝开口(33)具有外半径R₂和宽度W₂；且(W₁+W₂)/(R₂-R₁)≤0.3。

3.根据权利要求2所述的设备，其中0.05≤(W₁+W₂)/(R₂-R₁)≤0.25。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其中0.25≤W₁/W₂≤4。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述环状扩散室(41)具有内部体积V_d，所述环形喷嘴区段(44)具有内部体积V_n；且其中V_d/V_n超过1.2。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述入口室(22)具有内部体积V_ic和所述处理室(21)具有体积V_tc；且其中V_tc/V_ic≥15。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述处理室(21)的内部体积为200-5,000ml。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述处理室(21)的长度为10-80cm。

9.根据权利要求9所述的设备，其中定义为所述处理室(21)的内半径和所述套管装置(12)的外半径之间的差的所述处理室(21)的宽度在5-50mm的范围内。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述入口室(22)对于进入所述处理室(21)的水性流体提供活塞流。

11.一种在根据前述权利要求1-10中任一项的UV-处理设备中将水性流体消毒的方法，所述方法包括以下步骤：

·通过所述入口(15)引入水性流体的线性流而使水性流体进入环状扩散室(41)中，以降低所述水性流体的流速和将所述线性流转换为方向远离所述处理室(21)的环状流；

·将所述环状流分成在指向所述处理室(21)之前沿径向向内的方向行进的水性流体的第一流和在指向所述处理室(21)之前沿径向向外的方向行进的水性流体的第二流；

·通过位置邻近所述处理室(21)的外壁的外环形狭缝开口(33)将所述水性流体的第一流引入所述处理室(21)中；

·通过同心地位于所述外环形狭缝开口内(33)的内环形狭缝开口(32)将所述水性流体的第二流引入所述处理室(21)中；

·在所述水性流体的流流过所述处理室(21)时将其暴露于来自UV灯的UV-光；和

·从所述设备(1)排出经消毒的水性流体。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述水性流体以活塞流流过所述处理室(21)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中经消毒的水性流体以至少1L/min的速率从所述设备(1)排出。

14.根据权利要求1-10中任一项所述的设备用于提供净化水的用途。