CN109081391B - 一种用于建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于建筑生活热水系统的银离子‑热力复合冲击消毒控制方法，采用短时投加高浓度消毒剂与热力消毒过程相结合的冲击消毒方式，属于建筑生活热水水质安全与保障技术领域。在加热器出水管上设置消毒剂投加点，在线温度传感器设置在热水回水泵后，在线流量检测仪设置在加热器进水管上。冲击消毒过程中采用分级调控模式进行消毒剂的投加：初始阶段以热水流量为主进行比例投加和控制；过渡阶段以回水管的热水温度为主、以冷水补水流量为辅进行复合控制；计时消毒阶段以冷水补水流量为主进行比例投加和控制。本发明提出的银离子‑热力复合冲击消毒控制方法具有协调消毒作用、显著提高了热力消毒效果，是一种安全、高效的消毒技术控制方法。

Description

一种用于建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒控 制方法

技术领域

本发明涉及建筑生活热水水质安全与保障技术领域，具体来说是一种用于建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒控制方法。

背景技术

建筑生活热水是城镇二次供水系统的重要组成部分，生活热水使用时与人体有直接接触，因此生活热水的水质会直接影响人体健康。近年来，生活热水水质安全性受到了业界和用户的广泛关注。生活热水具有水温高、余氯含量低、水力停留时间长等特点，为生物膜的形成和微生物的生长繁殖提供了有利条件。生活热水中的微生物数量远高于生活给水，据统计，约72%的微生物附着在管壁上，约26%的微生物在热水中，约2%的微生物在热水箱的沉淀物中，管壁生物膜中检出了铜绿假单胞菌、嗜肺军团菌等病原微生物，存在严重的生物安全性问题，对人体健康造成极大的威胁。目前，生活热水系统与给水系统大多采用相同的消毒技术和方法，但由于水温和运行特性的显著差异，在实际应用中仍存在诸多问题。定期进行建筑生活热水系统的消毒、有效抑制热水中微生物生长及管壁生物膜形成、充分保障生活热水的生物安全性，是建筑生活热水系统的迫切需求。

银离子消毒是一种有效的生活热水消毒方法，在国内外游泳池、热水浴池、桑拿、冷却塔等场所以及医院、宾馆、办公楼、公寓的冷热水系统中已经得到了广泛的应用。已有的研究表明，在40℃水温条件下，0.04mg/L银离子消毒30min即可对总大肠菌群实现完全灭活；0.05mg/L银离子消毒180min对生活热水中细菌总数和异养菌的灭活率可分别达到97.86%和85.71%。银离子消毒可以有效抑制管壁生物膜的形成、减少管道的微生物腐蚀。但由于生物膜结构较为密实，对内层微生物具有一定的保护作用，采用单一的银离子消毒技术需要提高银离子投量以达到理想的灭活效果，这在一定程度上增大了银离子的毒性风险。美国环境保护局规定水中的银离子限值为0.1mg/L；我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定饮用水中银离子含量不得高于0.05mg/L。

热力消毒是生活热水系统定期采用的消毒方法，具有广谱性，可以有效杀灭水中各种微生物。70℃的热水能够达到很高的微生物灭活率，同时可完全杀灭生活热水中的军团菌，并在一定时间内抑制其繁殖再生长。通常，热力消毒的水温控制在60℃以上，必要时高达甚至高于70℃，很可能对人体造成烫伤，存在较大的安全隐患，不适宜长时间采用。

本发明提供一种适用于建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒控制方法。与单纯的热力消毒相比，复合冲击消毒可以在降低热力消毒水温的同时，保证消毒效果，减少高温热水带来的安全隐患；也可以在相同温度的热力消毒条件下，达到更佳的消毒效果。银离子消毒效果随水温升高而显著提高，与热力消毒具有很好的协同作用。采用在高温热水中投加银离子消毒剂的方式对建筑生活热水管道进行定期的冲击消毒，能够更有效地灭活热水中及管壁生物膜中的微生物，对生活热水系统的微生物污染进行预防和控制，最大程度地保障生活热水的生物安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒控制方法，使得建筑生活热水系统能够更高效、更安全地进行消毒，取得更佳地消毒效果。

本发明提供的一种用于建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒控制方法，其特征在于：在建筑生活热水系统中的加热器出水管上设置独立的消毒剂投加装置，在建筑生活热水系统进行高温热力消毒过程中，向高温热水中投加高浓度银离子消毒剂，对建筑生活热水系统进行短时间的冲击式消毒，形成银离子-热力复合冲击消毒过程；其中消毒剂投加装置包括依次连接的消毒剂制备装置、消毒剂投加与控制系统和投药管阀门，消毒剂投加装置通过投药管阀门与加热器出水管连接，加热器出水管经热水入户管与热水立管）进水口连接，热水立管出水口依次与热水回水管、热水回水泵、在线温度传感器、排水管、冷水补水点、在线流量检测仪和加热器连接形成循环管路；在线温度传感器设置在热水回水泵与排水管之间，在线流量检测仪设置在冷水补水点与加热器之间；冷水补水点通过阀门依次与冷水补水在线流量检测仪、冷水补水泵连接。

建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒过程，银离子消毒剂的投加采用分级调控的控制方法，分级调控的控制过程按照以下三个阶段进行：

在冲击消毒初始阶段，将加热器由常规加热状态调为高温加热状态，同时启动消毒剂制备装置和消毒剂投加与控制系统，并开启投药管阀门定量投加消毒剂；含有消毒剂的高温热水依次流经热水入户管、热水立管、热水回水管、热水回水泵、在线温度传感器和在线流量检测仪后，再次流入加热器进行重新加热；被加热的高温热水在流至在线温度传感器之前，即在线温度传感器处的热水仍为常规热水温度时，此时消毒剂投加与控制系统的消毒剂投加量以在线流量检测仪检测的热水流量值为主要控制参数进行比例投加和控制；含消毒剂的高温热水流动至在线温度传感器时，其检测温度开始上升，此时进入冲击消毒过渡阶段；

在冲击消毒过渡阶段，流经在线温度传感器的热水温度逐渐升高，在本阶段消毒剂投加与控制系统的消毒剂投加量以在线温度传感器检测的温度值为主要控制参数、以冷水补水在线流量检测仪检测的流量值为次要控制参数进行复合控制投加，直至热水温度升高至稳定数值时，复合冲击消毒过程进入计时冲击消毒阶段。

在计时冲击消毒阶段，消毒剂投加与控制系统的消毒剂投加量以冷水补水在线流量检测仪检测的流量值为主要控制参数进行比例投加和控制；计时冲击消毒阶段运行一段时间后，停止运行消毒剂制备装置和消毒剂投加与控制系统，关闭投药管阀门；同时加热器停止高温加热恢复常规加热状态，打开排水管阀门排放高温热水直至在线温度传感器温度恢复到常规热水温度；至此，完成整个复合冲击消毒的分级调控过程。

建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒过程，其特征在于：在冲击消毒过渡阶段采用复合控制模式对温度和流量值进行权重分析和优化，以0.6-0.7权重的温度控制为主、以0.3-0.4权重的流量控制为辅进行综合估算，对消毒剂定量投加与控制系统进行综合设置与参数整定来确定消毒剂的投加量，使得热水中的银离子浓度控制在0.2-0.5mg/L；在线温度传感器检测的温度值与消毒剂投加量对应的权重为负相关，冷水补水在线流量检测仪的流量值与消毒剂投加量对应的权重为正相关；热水水温的升高速率与热水水力停留时间、热水散热速率、建筑室内外气温等影响因素密切相关，可经过实际测试与验证进行确定。

在计时冲击消毒阶段，消毒剂定量投加与控制系统的消毒剂投加量以冷水补水在线流量检测仪检测的流量值为主要控制参数进行比例投加和控制；计时冲击消毒阶段的银离子浓度控制在0.2-0.5mg/L；高温热水温度控制在55-65℃；计时冲击消毒时间控制在30-60min；建筑生活热水系统中银离子浓度与计时冲击消毒时间的乘积值应不小于12（mg/L）•min。

本发明的有益效果为：

（1）本发明提出的银离子-热力复合冲击消毒控制方法对生活热水中及管壁生物膜中的微生物均有更佳的灭活效果，能够有效地改善和控制建筑生活热水系统的生物安全性；在保证或提高建筑生活热水系统消毒效果的同时，很大程度上避免了常规热力消毒时热水温度过高带来的安全隐患；银离子的消毒效果随温度升高而显著提高，与热力消毒过程耦合具有更好的协同消毒作用。

（2）本发明提出的银离子-热力复合冲击消毒控制方法有效利用了生活热水管道系统的水温特点，热水中投加的银离子消毒剂具有高效、无衰减、无消毒副产物等特性，有效避免了常规化学消毒剂的化学安全性问题，是一种高效、安全的消毒方法和消毒剂投加控制方式。

（3）本发明提出的银离子-热力复合冲击消毒控制方法具有针对性强、控制精度高、实施便捷、适用性广等特点，消毒剂的投加依据热水流量值、温度值和冷水补水流量值采用分级调控的复合控制与投加模式，为建筑生活热水系统银离子-热力复合冲击消毒的高精度、高效调控提供了有效支持和保障。

附图说明

图1为本发明专利的一种用于建筑生活热水的银离子-热力复合冲击消毒控制方法示意图。

其中，1-加热器；2-消毒剂制备装置；3-消毒剂投加与控制系统；4-投药管阀门；5-在线流量检测仪；6-在线温度传感器；7-热水入户管；8-热水立管；9-热水回水管；10-热水回水泵；11-排水管；12-冷水补水泵；13-冷水补水在线流量检测仪；14-冷水补水点；

图2为计时阶段的银离子冲击消毒、热力冲击消毒、银离子-热力复合冲击消毒对细菌总数、总大肠菌群的灭活效果。其中，单一银离子冲击消毒的银离子浓度控制在0.2mg/L；单一热力冲击消毒的热水温度控制在60℃，复合消毒即为本发明实施例1的银离子-热力复合冲击消毒，银离子浓度为0.2mg/L，热水温度为60℃。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

结合附图1说明本实施方式，本实施方式通过在高温热水中短时投加高浓度银离子消毒剂对建筑生活热水系统进行复合冲击消毒。首先调节加热器1将热水加热至60℃；启动消毒剂制备装置2和消毒剂投加与控制系统3，并开启投药管阀门4定量投加银离子至热水中。在冲击消毒初始阶段，流经在线温度传感器6的热水仍为常规热水温度，此时消毒剂定量投加与控制系统3的消毒剂投加量以在线流量检测仪5检测的热水流量值为主要控制参数进行正比例投加和控制；在冲击消毒过渡阶段，高温热水经建筑热水管道流至热水回水管9和热水回水泵10，在线温度传感器6的检测温度开始逐渐升高，此时消毒剂投加与控制系统3的消毒剂投加量以在线温度传感器6检测的温度值为主要控制参数进行递减投加、以冷水补水在线流量检测仪13检测的流量值为次要控制参数进行比例投加的复合控制模式，直至热水温度升高至稳定数值时，复合冲击消毒过程进入计时冲击消毒阶段；在计时冲击消毒阶段，消毒剂定量投加与控制系统3的消毒剂投加量以冷水补水在线流量检测仪13检测的流量值为主要控制参数进行比例投加和控制，保持水中银离子浓度在0.2mg/L；含有高浓度银离子的高温热水在管道中循环流动，对建筑生活热水系统进行银离子-热力复合冲击消毒。计时阶段运行60min后，停止运行消毒剂制备装置2和消毒剂定量投加与控制系统3，关闭投药管阀门4；加热器1停止高温加热恢复常规加热状态，打开排水管11阀门排放高温热水直至在线温度传感器6温度恢复到常规热水温度。检测排水管11出水水质，同时满足浊度<1.0NTU、细菌总数<100CFU/mL、总大肠菌群无检出、银离子浓度<0.05mg/L；至此，完成整个复合冲击消毒过程。

附图2为计时阶段银离子-热力复合冲击消毒控制方法对生活热水系统管壁生物膜的灭活效果，在银离子浓度为0.2mg/L、热力消毒温度为60℃时，单一的银离子冲击消毒或热力冲击消毒以及复合冲击消毒对细菌总数和总大肠菌群的灭活效果。银离子-热力复合冲击消毒对细菌总数的灭活率和灭活速率远高于单一的银离子冲击消毒或热力冲击消毒的效果；复合冲击消毒30min时总大肠菌群即可完全灭活，而单一的冲击消毒方式达到相同的微生物灭活水平则需要60min的时间；冲击消毒后，微生物学指标均达到国标《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定的标准。分子生物学检测结果显示，复合消毒方式对病原微生物的灭活程度相对更高，有效地提高了生活热水的生物安全性。

可见，采用银离子-热力复合消毒控制方法对建筑生活热水系统进行定期的冲击消毒，能够有效地改善和提高建筑生活热水系统的生物安全性，是一种高效、安全的消毒技术控制方法。

Claims (1)

1.一种用于建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒控制方法，其特征在于：在建筑生活热水系统中的加热器（1）出水管上设置独立的消毒剂投加装置，在建筑生活热水系统进行高温热力消毒过程中，向高温热水中投加高浓度银离子消毒剂，对建筑生活热水系统进行短时间的冲击式消毒，形成银离子-热力复合冲击消毒过程；其中消毒剂投加装置包括依次连接的消毒剂制备装置（2）、消毒剂投加与控制系统（3）和投药管阀门（4），消毒剂投加装置通过投药管阀门（4）与加热器（1）出水管连接，加热器（1）出水管经热水入户管（7）与热水立管（8）进水口连接，热水立管（8）出水口依次与热水回水管（9）、热水回水泵（10）、在线温度传感器（6）、排水管（11）、冷水补水点（14）、在线流量检测仪（5）和加热器（1）连接形成循环管路；在线温度传感器（6）设置在热水回水泵（10）与排水管（11）之间，在线流量检测仪（5）设置在冷水补水点（14）与加热器（1）之间；冷水补水点（14）通过阀门依次与冷水补水在线流量检测仪（13）、冷水补水泵（12）连接；

建筑生活热水系统的银离子-热力复合冲击消毒过程，银离子消毒剂的投加采用分级调控的控制方法，分级调控的控制过程按照以下三个阶段进行：

在冲击消毒初始阶段，将加热器（1）由常规加热状态调为高温加热状态，同时启动消毒剂制备装置（2）和消毒剂投加与控制系统（3），并开启投药管阀门（4）定量投加消毒剂；含有消毒剂的高温热水依次流经热水入户管（7）、热水立管（8）、热水回水管（9）、热水回水泵（10）、在线温度传感器（6）和在线流量检测仪（5）后，再次流入加热器（1）进行重新加热；被加热的高温热水在流至在线温度传感器（6）之前，即在线温度传感器（6）处的热水仍为常规热水温度时，此时消毒剂投加与控制系统（3）的消毒剂投加量以在线流量检测仪（5）检测的热水流量值为主要控制参数进行比例投加和控制；含消毒剂的高温热水流动至在线温度传感器（6）时，其检测温度开始上升，此时进入冲击消毒过渡阶段；

在冲击消毒过渡阶段，流经在线温度传感器（6）的热水温度逐渐升高，在本阶段消毒剂投加与控制系统（3）的消毒剂投加量以在线温度传感器（6）检测的温度值为主要控制参数、以冷水补水在线流量检测仪（13）检测的流量值为次要控制参数进行复合控制投加，直至热水温度升高至稳定数值时，复合冲击消毒过程进入计时冲击消毒阶段；

在计时冲击消毒阶段，消毒剂投加与控制系统（3）的消毒剂投加量以冷水补水在线流量检测仪（13）检测的流量值为主要控制参数进行比例投加和控制；计时冲击消毒阶段运行一段时间后，停止运行消毒剂制备装置（2）和消毒剂投加与控制系统（3），关闭投药管阀门（4）；同时加热器（1）停止高温加热恢复常规加热状态，打开排水管（11）阀门排放高温热水直至在线温度传感器（6）温度恢复到常规热水温度；至此，完成整个复合冲击消毒的分级调控过程；

在冲击消毒过渡阶段采用复合控制模式对温度和流量值进行权重分析和优化，以0.6-0.7权重的温度控制为主、以0.3-0.4权重的流量控制为辅进行综合估算，对消毒剂定量投加与控制系统（3）进行综合设置与参数设定来确定消毒剂的投加量，使得热水中的银离子浓度控制在0.2-0.5mg/L；在线温度传感器（6）检测的温度值与消毒剂投加量对应的权重为负相关，冷水补水在线流量检测仪（13）的流量值与消毒剂投加量对应的权重为正相关；热水水温的升高速率与热水水力停留时间、热水散热速率、建筑室内外气温密切相关，可经过实际测试与验证进行确定；

在计时冲击消毒阶段，消毒剂定量投加与控制系统（3）的消毒剂投加量以冷水补水在线流量检测仪（13）检测的流量值为主要控制参数进行比例投加和控制；计时冲击消毒阶段的银离子浓度控制在0.2-0.5mg/L；高温热水温度控制在55-65℃；计时冲击消毒时间控制在30-60min；建筑生活热水系统中银离子浓度与计时冲击消毒时间的乘积值应不小于12（mg/L）•min。

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