CN111533242A - 一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，包括管道消毒装置主机、伸缩支撑臂、滚轮压力传感器、电动机、液压控制装置、曝气管、纳米曝气盘、紫外光灯环、红外CCTV、沉积物探测器、臭氧发生器、ORP探头、信息收集控制服务器。电动机驱动伸缩臂上滚轮使消毒装置在管道内自由移动，并通过远程操控消毒装置牵引曝气管、纳米曝气盘、紫外光灯环在管道内精准移动和锁定。利用长距离污水管道作为处理反应池增加消毒接触时间，通过臭氧紫外线联合消毒技术对管道内的细菌和病毒完成高效灭活。可通过伸缩臂的长度和支撑臂角度进入不同管径的管道，具有很强的适应性。操作灵活，通过远程控制完成污水消毒，从而避免人员在污水管道内消毒的风险。
Description
技术领域
本发明涉及管道消毒的技术领域，具体地说是一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置,尤其涉及一种利用臭氧紫外光联合消毒技术实现排水管道内污水消毒的装置。
背景技术
紫外线消毒是目前城市污水处理设施、医院污水处理设施及给水系统常用的处理工艺。紫外线是一种肉眼不可见的光线，通常我们将波长在200nm以上的光都称为紫外线，根据不同的波长还可细分为UVA(315～400nm)，UVB(280～315nm)，UVC(200～280nm)。在这之中，UVC最易被DNA(核糖核酸)吸收。紫外线消毒使用的就是UVC。当病毒细胞经紫外线照射后，波长254nm的紫外线被DNA吸收。细胞在DNA链上的相邻的胸腺嘧啶将相互纠缠，新的二聚物会阻碍RNA(核糖核酸)链上正确的DNA遗传代码复制,RNA是信息的传递者，其功能是传递DNA码至细胞的不同部分。由于RNA传递功能丧失,最终导致细胞功能衰退而死亡,从而达到消毒杀菌的目的。而冠状病毒是具有外套膜的正链单股RNA病毒。冠状病毒对紫外线的敏感性是基于其内部的RNA对紫外UVC波段紫外能量的吸收而引起的冠状病毒内部RNA的损毁。紫外线消毒作为一种物理消毒方式，其消毒过程中不会涉及化学试剂，除了灭活微生物以外，不改变水物理和化学性质。其消毒过程中即保障了水质生物安全性，又避免了其它化学消毒方式所带来的消毒副产物，也可以避免其过量投加而对后续水体产生的安全影响和次生危害，是一种真正的环境友好型消毒方式。
臭氧在用于饮用水消毒时具有极高的杀菌效率，但在污水消毒时往往需要较大的臭氧投加量和较长的接触时间。一般认为，臭氧在水中灭菌有两种方式：一种是臭氧直接作用于细菌的细胞壁，将其破坏并导致细胞的死亡；另一种是臭氧在水中分解时释放出自由基态氧，自由基态氧具有强氧化能力，可以穿透细胞壁，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢和繁殖过程遭到破坏；还可以渗透细胞膜组织，侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，促进细菌和病毒的溶解死亡。光催化臭氧氧化技术主要是以紫外光为能源、臭氧为氧化剂。O3在紫外光作用下产生具有强氧化性的羟基自由基，利用其强氧化性来破坏微生物的细胞膜结构继而达到灭菌的效果。UV/O3在完成复合时，第一步产生H2O2，所产生H2O2在紫外光辐射下进一步产生羟基自由基，机理如式(1.1～1.3)：
臭氧在水中半衰期较短，由于其消毒持久性相对较差，因此提高臭氧气体分子在水中的停留时间是臭氧消毒的关键。通过纳米曝气盘减小臭氧气体分子的气泡直径，从而增加臭氧气体分子在水中的扩散效率和停留时间，能够有效提高臭氧氧化效率。
目前可放置在排水管道内的小型高效消毒的装置极少，相关领域的发明主要围绕管道内沉积物的清除，而没有针对杀死排水管道病毒和致病菌的发明，而排水管道内的病毒和细菌和非常容易在水中扩散的，因此现在急需要一种可以对排水管道进行有效消毒的消毒装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的利用臭氧紫外光消毒的消毒装置，将臭氧紫外光组合消毒技术与智能管道移动设备结合，实现长距离管道内污水高效消毒。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，其特征在于：消毒装置包括主机，主机上连接有驱动模块、伸缩臂模块和检测模块,消毒装置后部连接有消毒模块，消毒模块、检测模块与信息收集控制服务器相连，信息收集控制服务器包含正反向数据传输与储存器，图传信息显示器，高精度远程操控器和电脑CPU；消毒模块包括臭氧发生器和与臭氧发生器相连的曝气管，曝气管采用柔性波纹管结构，曝气管上设有纳米曝气盘；主机为耐腐蚀套管结构，外层套管为密封舱体，内层套管与曝气管相连；伸缩臂模块包括若干组伸缩臂结构，每一组伸缩臂包括主伸缩臂和辅助支撑臂，主伸缩臂主要由导轮、伸缩臂限位滑杆、导轮压力传感器、伸缩臂转轴、伸缩臂锁紧套管组成，辅助支撑臂由液压伸缩支撑臂、支撑臂转轴、液压循环油管、液压控制器和辅助支撑臂支架组成；检测模块包括沉积物探测器、压力传感器、ORP探头和红外闭路电视监控系统。
优选的，驱动模块包括电动机、从动齿轮、支撑臂电机和备用电池，其中电动机、支撑臂电机和备用电池设置于外层套管内壁上，从动齿轮设置于主伸缩臂上，从动齿轮与电动机之间通过电机齿轮组相连。
进一步，主伸缩臂有3-5根，沿着主机外层套管的圆周均匀分布，辅助支撑臂的数量与主伸缩臂的数量相对应；主伸缩臂包括主伸缩臂支架，主伸缩臂支架的一端与伸缩臂锁紧套管相连，伸缩臂锁紧套管内设置有伸缩臂限位滑杆，伸缩臂限位滑杆上设有若干个定位卡槽。当管道管径大于当前装置驱动模块伸展半径时，伸缩臂套管内的滑杆伸出距离50～3000cm，优选100-2000cm，通过锁紧卡槽固定住滑杆。当管道管径小于当前装置驱动模块伸展半径时，伸缩臂套管内的滑杆缩回距离50～3000cm，优选100-2000cm，重新通过卡槽锁紧固定住滑杆。伸缩臂限位滑杆的端部设有导轮和与导轮相配合的导轮压力传感器，伸缩臂支架与伸缩臂锁紧套管之间通过伸缩臂转轴进行相连，主伸缩臂支架的另一端与驱动模块的从动齿轮相连，导轮上方设有导轮刹车钳，导轮刹车钳与信息收集控制服务器相连，可远程操控驱动模块的移动和停止；辅助支撑臂包括一组与对应主伸缩臂平行设置的液压伸缩支撑臂，液压、伸缩支撑臂的一端通过伸缩臂转轴与伸缩臂锁紧套管相连，另一端通过辅助支撑臂支架、和设在辅助支撑臂支架一侧的液压循环油管与液压控制器相连，液压控制器固定于外层套管内壁上，液压控制器与信息收集控制服务器相连。液压控制器将液压循环油管内的油输送至液压伸缩支撑臂套管内，液压伸缩支撑臂伸长，增加主伸缩臂的和主机的夹角，从而增加驱动模块的伸展直径。液压控制器将液压伸缩支撑臂套管内的油输送至液压循环油管内，液压伸缩支撑臂缩短，减少主伸缩臂的和主机的夹角，从而减小驱动模块的伸展直径。
一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置的使用方法，其特征在于：步骤1，选择需要净化消毒的管道，将消毒装置牵引曝气管放入污水检查井内，安装检查并临时密封井盖，并在井盖下部安装臭氧尾气消除装置，信息收集控制服务器远程控制消毒装置从污水检查井移动至污水管道中；步骤2，打开主机上的沉积物探测器，对污水管道内的沉积物厚度，并将监测数据上传至信息收集控制服务器终端，开启管道移动设备红外CCTV，采集管道内实时图像；步骤3，根据测得管道内沉积物的厚度和分布规划消毒装置的移动路径和水枪喷射频率和角度，通过信息收集控制服务器远程操作消毒装置携带曝气管、纳米曝气盘、紫外光灯环在管道内移动；步骤4，利用消毒装置牵引纳米曝气盘和紫外光灯环至指定位置，这里的指定位置是指沉积物超过10cm的点位，在长距离管道内均匀布置若干个纳米曝气盘和紫外光灯环，打开纳米曝气盘阀门和紫外光灯环，使水中的ORP≥650mV；步骤5，对污水完成净化消毒后，通过信息收集控制服务器远程操作消毒装置移动至初始位置，并将所有设备从检查井内取出。
相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：
(1)将臭氧消毒技术和紫外线消毒技术组合，并利用纳米曝气技术和光催化臭氧氧化技术，消毒能力强，弥补了单纯紫外线消毒光复活的漏洞，同时消毒副产物较少。
(2)使用柔性曝气管在排水管道内曝气，利用长距离管道作为反应池体，提高了消毒接触时间，大大提高了污水管道内消毒效率，并且对管道中的气溶胶内的病毒、臭气和有机物也能进行部分去除。
(3)无需对现有管道进行改造，操作简单，能够适应不同管径大小的管道，具有很高的灵活性和机动性，方法应用面广。
(4)无需人员井下作业，同时利用信息收集控制服务器远程对设备进行控制，具有很高的安全性。
附图说明
图1为本发明的消毒装置主机局部结构示意图。
图2为本发明用于污水管道的使用状态参考图。
图3为本发明中伸缩臂模块的结构示意图。
图4为本发明中伸缩臂模块的收缩状态参考图。
图5为本发明中伸缩臂模块的伸展状态参考图。
图6为本发明中纳米曝气盘和曝气管的剖面图。
图7为本发明中紫外光灯环和曝气管的连接示意图。
图8为本发明中消毒模块与曝气管连接的示意图。
图9本发明中沉积物探测器、红外CCTV和曝气管连接的示意图。
图10为本发明中信息收集控制服务器控制电路示意图。
附图标记：
1-信息收集控制服务器；2-臭氧发生器；3-曝气管；4-臭氧尾气消除装置；5-紫外光装置；51-紫外光灯环；52-保护框；53-反光镜片；54-灯环固定夹；55-灯环固定支架；56-反光镜固定支架；6-臭氧曝气装置；61-纳米曝气盘；62-纳米曝气孔；63-纳米曝气盘支架；64-布气管球阀；7-曝气管检修阀；8-消毒装置主机；81-红外CCTV；82-主伸缩臂；83-辅助支撑臂；841-导轮；842-伸缩臂限位滑杆；843-支撑臂转轴；844-导轮压力传感器；845-伸缩臂转轴；846-伸缩臂锁紧套管；847-主伸缩臂支架；848-液压伸缩支撑臂；849-从动齿轮；850-液压循环油管851-辅助支撑臂支架；852-电动机齿轮组；853-电动机；854-液压控制器；855-备用电池；856-转轴固定销；857-液压伸缩支撑臂套管；858-卡槽；859-导轮刹车钳；86-沉积物探测器；87-ORP探头；9-电缆。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
消毒装置包括主机，主机上连接有驱动模块、伸缩臂模块和检测模块,消毒装置后部连接有消毒模块，消毒模块、检测模块与信息收集控制服务器相连，信息收集控制服务器包含正反向数据传输与储存器，图传信息显示器，高精度远程操控器和电脑CPU(这里的信息收集控制服务器为现有技术，就不再赘述其具体的设备名称和工作原理了)；消毒模块包括臭氧发生器和与臭氧发生器相连的曝气管，曝气管采用柔性波纹管结构，曝气管上设有纳米曝气盘；主机为耐腐蚀套管结构，外层套管为密封舱体，内层套管与曝气管相连；伸缩臂模块包括若干组伸缩臂结构，每一组伸缩臂包括主伸缩臂和辅助支撑臂，主伸缩臂主要由导轮、伸缩臂限位滑杆、导轮压力传感器、伸缩臂转轴、伸缩臂锁紧套管组成，辅助支撑臂由液压伸缩支撑臂、支撑臂转轴、液压循环油管、液压控制器和辅助支撑臂支架组成；检测模块包括沉积物探测器、压力传感器、ORP探头和红外闭路电视监控系统。这里的沉积物探测器，用以实时检测管道内沉积物厚度；安装在机械爪上的压力传感器，在行驶过程中实时检测管道内壁对管道机器人机械爪的压力影响；固定在管道机器人主机身上的ORP探头，对污水管道内的水质的氧化还原电位进行间歇性监测；以及焊接在管道机器人主机身上的红外CCTV，在运行过程中完成影像采集。
本发明的消毒装置包括驱动模块、伸缩臂模块、消毒模块、检测模块和信息收集控制服务器。
本发明的伸缩臂式消毒装置，驱动模块包括电动机、从动齿轮、支撑臂电机和备用电池。消毒装置主机为耐腐蚀套管结构，外层套管内为密封舱体。所述电动机、支撑臂电机、备用电池均通过固定支架焊接在消毒装置主机外层套管舱体内壁上。电动机通过电机齿轮组与伸缩臂上从动齿轮相连，从而控制导轮转速。电动机通过电缆和地面电源相连，并与备用电池并联。具体来说，其中电动机、支撑臂电机和备用电池设置于外层套管内壁上，从动齿轮设置于主伸缩臂上，从动齿轮与电动机之间通过电机齿轮组相连。
进一步地，驱动模块的电动机齿轮带动伸缩机械臂上从动齿轮，驱动导轮前进和后退。
进一步地，当驱动模块和地面电源因故障发生断联时，备用电源将会给发动机提供电源，防止消毒装置丢失在管道中。
进一步说明，主伸缩臂有3-5根，沿着主机外层套管的圆周均匀分布，辅助支撑臂的数量与主伸缩臂的数量相对应；主伸缩臂包括主伸缩臂支架，主伸缩臂支架的一端与伸缩臂锁紧套管相连，伸缩臂锁紧套管内设置有伸缩臂限位滑杆，伸缩臂限位滑杆上设有若干个定位卡槽；伸缩臂限位滑杆的端部设有导轮和与导轮相配合的导轮压力传感器，伸缩臂支架与伸缩臂锁紧套管之间通过伸缩臂转轴进行相连，主伸缩臂支架的另一端与驱动模块的从动齿轮相连，导轮上方设有导轮刹车钳，导轮刹车钳与信息收集控制服务器相连；辅助支撑臂包括一组与对应主伸缩臂平行设置的液压伸缩支撑臂，液压伸缩支撑臂的一端通过伸缩臂转轴与伸缩臂锁紧套管相连，另一端通过辅助支撑臂支架、和设在辅助支撑臂支架一侧的液压循环油管与液压控制器相连，液压控制器固定于外层套管内壁上，液压控制器与信息收集控制服务器相连。
进一步，曝气管内设有臭氧气管，臭氧气管与臭氧发生器相连，曝气管上依次设有若干个纳米曝气盘，每个纳米曝气盘分别通过纳米曝气盘支架与臭氧气管相连通，纳米曝气盘上设有纳米曝气孔，纳米曝气盘内布设有布气管球阀，曝气管上设有检修阀；曝气管头部与主机尾部通过密封法兰相连，曝气管尾部与臭氧发生器相连。
进一步，相邻的两个纳米曝气盘之间设有一个紫外光灯环，紫外光灯环通过灯环固定夹和灯环固定支架固定在曝气管上；紫外光灯环的两侧分别设有一反光镜片，反光镜片呈喇叭口状，分别对称设置在紫外光灯环的两侧，反光镜片与紫外光灯环之间的夹角为45-70度，每个反光镜片的外沿设有一圈保护框，反光镜片通过反光镜固定支架与曝气管相连。
进一步描述，沉积物探测器、ORP探头和红外闭路电视监控系统分别固定在主机的外层套管上，压力传感器设置于主伸缩臂一端的导轮上。
更进一步描述，外灯环的紫外线波长设定范围是100～300nm，所述紫外灯环的辐照剂量范围是80～160mJ/cm2，纳米曝气盘上的曝气孔孔径为80～200nm，纳米曝气盘的材料可用陶瓷、钛板或EPDM制成。
实施例1
本发明的消毒装置包括主机，主机上连接有驱动模块、伸缩臂模块和检测模块,消毒装置后部连接有消毒模块，消毒模块、检测模块与信息收集控制服务器相连，信息收集控制服务器包含正反向数据传输与储存器，图传信息显示器，高精度远程操控器和电脑CPU；消毒模块包括臭氧发生器和与臭氧发生器相连的曝气管，曝气管采用柔性波纹管结构，曝气管上设有纳米曝气盘；主机为耐腐蚀套管结构，外层套管为密封舱体，内层套管与曝气管相连；伸缩臂模块包括若干组伸缩臂结构，每一组伸缩臂包括主伸缩臂和辅助支撑臂，主伸缩臂主要由导轮、伸缩臂限位滑杆、导轮压力传感器、伸缩臂转轴、伸缩臂锁紧套管组成，辅助支撑臂由液压伸缩支撑臂、支撑臂转轴、液压循环油管、液压控制器和辅助支撑臂支架组成；检测模块包括沉积物探测器、压力传感器、ORP探头和红外闭路电视监控系统。
进一步，伸缩臂模块包括主伸缩臂和辅助支撑臂。主伸缩臂主要由导轮、伸缩臂限位滑杆、导轮压力传感器、伸缩臂转轴、伸缩臂锁紧套管组成。辅助支撑臂由液压伸缩支撑臂、支撑臂转轴、支撑臂电机、液压循环油管、液压控制器和辅助支撑臂支架组成。主伸缩臂与主机铰接。伸缩臂转轴通过销轴使伸缩臂锁紧套管与主伸缩臂支架相连。伸缩臂锁紧套管内安装有伸缩臂限位滑杆，限位滑杆上有若干个卡槽，通过锁紧的位置用适应不同管径。导轮安装在主伸缩臂末端，通过从动齿轮与电动机齿轮组相连。导轮上方装有制动单元。制动单元与信息收集控制服务器相连，使消毒装置停止在指定位置。压力传感器固定在伸缩臂滑杆底端，实时监测导轮所受压力，并上传数据至信息收集控制服务器。辅助支撑臂支架与液压控制器相连，并焊接在主机上，所述液压伸缩支撑臂通过限位销轴与辅助支撑臂支架相连。液压控制器嵌在外层套管中，并与液压伸缩支撑臂、液压循环油管电气连接。支撑臂转轴通过销轴将液压伸缩支撑臂和主伸缩臂相连，可进行多轴向伸缩。
主伸缩臂有3-5根，沿着主机外层套管的圆周均匀分布，辅助支撑臂的数量与主伸缩臂的数量相对应；主伸缩臂包括主伸缩臂支架，主伸缩臂支架的一端与伸缩臂锁紧套管相连，伸缩臂锁紧套管内设置有伸缩臂限位滑杆，伸缩臂限位滑杆上设有若干个定位卡槽,当管道管径大于当前装置驱动模块伸展半径时，伸缩臂套管内的滑杆伸出50～3000cm，优选100-2000cm，通过锁紧卡槽固定住滑杆。当管道管径小于当前装置驱动模块伸展半径时，伸缩臂套管内的滑杆缩回50～3000cm，优选100-2000cm,重新通过卡槽锁紧固定住滑杆。
伸缩臂限位滑杆的端部设有导轮和与导轮相配合的导轮压力传感器，伸缩臂支架与伸缩臂锁紧套管之间通过伸缩臂转轴进行相连，主伸缩臂支架的另一端与驱动模块的从动齿轮相连，导轮上方设有导轮刹车钳，导轮刹车钳与信息收集控制服务器相连，可远程操控驱动模块的移动和停止；辅助支撑臂包括一组与对应主伸缩臂平行设置的液压伸缩支撑臂，液压伸缩支撑臂的一端通过伸缩臂转轴与伸缩臂锁紧套管相连，另一端通过辅助支撑臂支架、和设在辅助支撑臂支架一侧的液压循环油管与液压控制器相连，液压控制器固定于外层套管内壁上，液压控制器与信息收集控制服务器相连。
进一步地，伸缩臂限位滑杆为可更换零件，伸缩臂套管通过滑杆上卡槽锁紧伸长后的滑杆，滑杆长度范围为50～3000cm。
进一步地，伸缩臂材质为耐腐蚀444L不锈钢，同时对金属材料外层进行镀膜。
进一步地，为防止污水管道被金属材质导轮破坏，导轮轮胎材质为可更换耐腐性橡胶，橡胶种类有丁基胶、氯丁胶、氟橡胶等。在消毒装置进入管道前对污水内酸性物质的种类进行检测，匹配相应的轮胎材料。
进一步地，主机的移动和制动通过伸缩臂上导轮刹车钳完成，导轮刹车钳采用防水耐腐蚀金属材料，防护等级为IP58。
曝气管内设有臭氧气管，臭氧气管与臭氧发生器相连，曝气管上依次设有若干个纳米曝气盘，每个纳米曝气盘分别通过纳米曝气盘支架与臭氧气管相连通，纳米曝气盘上设有纳米曝气孔，纳米曝气盘内布设有布气管球阀，曝气管上设有检修阀；曝气管头部与主机尾部通过密封法兰相连，曝气管尾部与臭氧发生器相连。
进一步，相邻的两个纳米曝气盘之间设有一个紫外光灯环，紫外光灯环通过灯环固定夹和灯环固定支架固定在曝气管上；紫外光灯环的两侧分别设有一反光镜片，反光镜片呈喇叭口状，分别对称设置在紫外光灯环的两侧，反光镜片与紫外光灯环之间的夹角为45-70度，优选的夹角为55-65度，每个反光镜片的外沿设有一圈保护框，反光镜片通过反光镜固定支架与曝气管相连。
进一步描述，沉积物探测器、ORP探头和红外闭路电视监控系统分别固定在主机的外层套管上，压力传感器设置于主伸缩臂一端的导轮上。
更进一步描述，外灯环的紫外线波长设定范围是100～300nm，所述紫外灯环的辐照剂量范围是80～160mJ/cm2，纳米曝气盘上的曝气孔孔径为80～200nm，纳米曝气盘的材料可用陶瓷、钛板或EPDM制成。
所述的消毒模块包括臭氧发生器、曝气管、曝气管检修阀、纳米曝气盘、纳米曝气盘支架、布气管球阀、紫外光灯环、灯环固定夹、灯环固定支架、反光镜片、反光镜固定支架。曝气管为耐腐蚀不锈钢柔性波纹管，管内填充臭氧气体，曝气管与地面臭氧发生器和信息收集控制服务器连接。曝气管与消毒装置主机法兰密封连接。曝气管上安装有若干个纳米曝气盘，纳米曝气盘通过纳米曝气盘支架与臭氧气管相连，同时臭氧纳米曝气盘内设有布气管球阀。通过纳米曝气盘上纳米曝气孔向污水管道内曝臭氧气体分子。曝气管上每两个纳米曝气盘中间安装有一个紫外光灯环。所述紫外光灯环通过灯环固定夹和灯环固定支架固定在曝气管上。所述反光镜片也安装在紫外光灯环两侧，反光镜片和紫外光灯环的夹角为60度，利用反光镜片折射紫外光，提高紫外光灯环辐射面积。反光镜片外侧边缘使用耐腐蚀硅胶包裹，减少反光镜片和紫外光环在管道内发生碰撞的可能性。
进一步地，所述消毒装置进入管道后，在检查井盖下方安装臭氧尾气消除装置，采用加热分解和活性炭吸附组合消除。进一步地，曝气管材质可用耐腐蚀444L不锈钢、PVDF、氟碳树脂等。曝气管采用柔性波纹管形式，长度根据需要净化消毒的污水管道长度可进行调整，曝气管每间隔相同距离设有曝气孔或小型微纳米曝气盘，可通过阀门控制曝气强度。
曝气管内设有臭氧气管，臭氧气管与臭氧发生器相连，曝气管上依次设有若干个纳米曝气盘，每个纳米曝气盘分别通过纳米曝气盘支架与臭氧气管相连通，纳米曝气盘上设有纳米曝气孔，纳米曝气盘内布设有布气管球阀，曝气管上设有检修阀；曝气管头部与主机尾部通过密封法兰相连，曝气管尾部与臭氧发生器相连。
相邻的两个纳米曝气盘之间设有一个紫外光灯环，紫外光灯环通过灯环固定夹和灯环固定支架固定在曝气管上；紫外光灯环的两侧分别设有一反光镜片，反光镜片呈喇叭口状，分别对称设置在紫外光灯环的两侧，反光镜片与紫外光灯环之间的夹角为45-70度，每个反光镜片的外沿设有一圈保护框，反光镜片通过反光镜固定支架与曝气管相连。
进一步地，曝气管上安装有检修阀，在每次启动消毒模块时都会对臭氧气管的气压进行检测，避免漏气的可能性。
进一步地，反光镜片镀有氟硅纳米膜，防止污水中的颗粒物粘附在反光镜片上，影响紫外光折射效率。
本发明方案中的使用方法步骤如下：步骤1，选择需要净化消毒的管道，将消毒装置牵引曝气管放入污水检查井内，安装检查并临时密封井盖，并在井盖下部安装臭氧尾气消除装置，信息收集控制服务器远程控制消毒装置从污水检查井移动至污水管道中；步骤2，打开主机上的沉积物探测器，对污水管道内的沉积物厚度，并将监测数据上传至信息收集控制服务器终端，开启管道移动设备红外CCTV，采集管道内实时图像；步骤3，根据测得管道内沉积物的厚度和分布规划消毒装置的移动路径，通过信息收集控制服务器远程操作消毒装置携带曝气管、纳米曝气盘、紫外光灯环在管道内移动；步骤4，根据测得管道内污染物质的浓度配置纳米曝气盘和紫外光灯环参数和数量，利用消毒装置牵引纳米曝气盘和紫外光灯环至指定位置，这里的指定位置是指沉积物超过10cm的管道位置，在长距离管道内均匀布置若干个纳米曝气盘和紫外光灯环，打开指定位置的纳米曝气盘阀门和紫外光灯环，使水中的ORP≥650mV；步骤5，对污水完成净化消毒后，通过信息收集控制服务器远程操作消毒装置移动至初始位置，并将所有设备从检查井内取出。
实施例2
本发明的消毒装置包括主机，主机上连接有驱动模块、伸缩臂模块和检测模块,消毒装置后部连接有消毒模块，消毒模块、检测模块与信息收集控制服务器相连，信息收集控制服务器包含正反向数据传输与储存器，图传信息显示器，高精度远程操控器和电脑CPU；消毒模块包括臭氧发生器和与臭氧发生器相连的曝气管，曝气管采用柔性波纹管结构，曝气管上设有纳米曝气盘；主机为耐腐蚀套管结构，外层套管为密封舱体，内层套管与曝气管相连；伸缩臂模块包括若干组伸缩臂结构，每一组伸缩臂包括主伸缩臂和辅助支撑臂，主伸缩臂主要由导轮、伸缩臂限位滑杆、导轮压力传感器、伸缩臂转轴、伸缩臂锁紧套管组成，辅助支撑臂由液压伸缩支撑臂、支撑臂转轴、液压循环油管、液压控制器和辅助支撑臂支架组成。
这里着重对其中的几个模块进行详细的描述，其余在本实施例未描述的模块也是包含在本发明的技术方案中的，已在上一个实施例中有详细的描述，这里就不再重复说明了。
优选的，驱动模块包括电动机、从动齿轮、支撑臂电机和备用电池，其中电动机、支撑臂电机和备用电池设置于外层套管内壁上，从动齿轮设置于主伸缩臂上，从动齿轮与电动机之间通过电机齿轮组相连。
检测模块包括沉积物探测器、压力传感器、ORP探头和红外闭路电视监控系统。沉积物探测器固定在消毒装置主机上，用以实时检测管道内沉积物厚度。当完成沉积物厚度探测后会将数据上传至信息收集控制服务器进行计算，根据信息收集控制服务器计算结果调整机械臂的伸展半径，完成对消毒装置行驶路径的规划。压力传感器安装在伸缩臂导轮上，在行驶过程中实时检测管道内壁对消毒装置伸缩臂导轮的压力影响，若沉积物厚度过厚，则会调整支撑臂转轴角度，从而使消毒装置平稳通过障碍物。ORP探头对污水管道内的水质的氧化还原电位进行间歇性监测，通过调节消毒模块使管道内污水在臭氧和紫外线工作状态下ORP≥650mV。所述检测结果将会上传至所述信息收集控制器。红外CCTV通过红外CCTV转动轴安装在红外CCTV支架上，红外CCTV支架焊接在消毒装置主机上，在运行过程中完成影像采集。
本发明的消毒装置，信息收集控制服务器通过电气收集压力传感器、沉积物探测器、ORP探头和红外CCTV上传的数据。信息收集控制器安装在地面移动设备上，可以受工作人员控制。
进一步地，所述信息收集控制器可通过Python、Java等软件进行编程和修改，实现消毒装置的自动化控制。根据压力传感器实时监测的压力数据与提前设定的参数比较，自动调节液压支撑臂的长度。根据沉积物探测器实时监测的数据与提前设定的参数比较，自动计算行走路线及高压水枪喷射频率、角度。根据实时监测的水质数据与提前设定的参数比较，自动调整消毒模块的紫外光强度和臭氧气体的流量。具体来说，根据检测的结果，可以进行人工操控或自动化控制，对消毒装置的行走、工作各动作进行调整和控制。
本实例中污水管道长度1500m，初始直径为500cm，在1200m处存在变径接口，末端管径为800cm。管道中污水为重力流，平均流速为0.8m/s。如图1所示，本发明通过污水检查井进入污水管道，消毒装置的单个伸缩臂限位滑杆842为800cm，伸缩臂的伸展半径范围为300～1000cm。消毒装置主机8与曝气管3相连，曝气管3材质为耐腐蚀444L不锈钢波纹管，同时曝气管3末端与地面臭氧发生器2、信息收集服务器1相连。纳米曝气盘61安装在曝气管3上，间隔60cm。纳米曝气孔41直径为100nm，单个纳米曝气盘61的充臭氧能力为0.2Kg-O3/m3·h，纳米曝气托盘61使用陶瓷制成。紫外光灯环51通过灯环固定夹54固定在曝气管3上，每两个纳米曝气盘61中间安装一个紫外灯环5。紫外光灯环51夹在两个反光镜片53中间，两个反光镜片53与紫外光灯51环夹角为60度，反光镜片53通过反光镜片固定支架56固定在曝气管3上。单个紫外光灯环51的功率为160W，设定波长为253.7nm，紫外光辐照剂量为140mJ/cm2。
上述实施例中的一种臭氧紫外线联合消毒技术的消毒装置实现长距离管道消毒的实施过程包括以下步骤：
步骤一：将消毒装置主机8和其相连的曝气管3从地面降至污水检查井内，安装检查井临时密封井盖，并在井盖下部安装臭氧尾气消除装置4。启动消毒装置自检系统，对ORP探头87、导轮压力传感器844、沉积物探测仪86、红外CCTV81、布气管球阀64和紫外光灯环51进行检查。
步骤二：使用信息收集控制服务器1远程操控消毒装置根据管径张开主支撑臂82和辅助支撑臂83，使其携带曝气管3、纳米曝气盘4、紫外光灯环5缓慢驶入污水管道内。
步骤三：打开消毒装置上的沉积物探测器86，对污水管道内的沉积物厚度进行检测，利用服务器内计算机分析数据，根据计算结果对消毒装置的移动路线进行设定。
步骤四：使消毒装置移动至距离管道起点1200m的位置，通过信息控制服务器控制伸缩臂模块内的液压控制器，液压控制器通过液压将辅助伸缩支撑臂伸长，增加主伸缩臂和主机的夹角，从而使主机伸缩臂模块的伸展半径从500cm扩大到800cm，使消毒装置进入800cm的污水管道。
步骤五：配置紫外光灯环51辐照剂量，使消毒装置移动至距离管道起点1500m的位置，装有紫外光灯环51的曝气管3的长度为1498m，打开紫外光灯环51和纳米曝气盘61的布气管球阀64进行消毒，并使水中的ORP≥650mV。本实例中开启紫外光灯51和臭氧曝气2小时。
步骤六：当水中致病菌和病毒的浓度达到要求后，通过信息收集控制服务器1远程操控消毒装置返回至初始位置，并将所有设备从污水检查井内取出，拆除臭氧尾气消除装置4。
数据显示，根据污水平均流速测算下，污水从消毒装置布置的紫外光和曝气消毒模块的起点到终点为平均31.25分钟，即管道内的污水消毒接触时间为平均31.25分钟。对消毒后污水和气体进行采样，根据分子生物学的荧光定量PCR和测序结果，在监测时间段2小时内1500m管道内污水中粪大肠群数≤20MPN/L，肠道病毒和HCoV-OC43冠状病毒的失活率高达95.8％，污水中肠道病毒和HCoV-OC43冠状病毒数量均低于检测限。同时通过纳米曝气盘4产生的富余臭氧气泡对管道内的硫化氢和氨气去除率也达到了42.1％。
本发明无需对管道和检查井进行改造和施工，通过消毒装置和臭氧紫外线联合消毒技术对任意位置的污水管道内的污水进行高效消毒，尤其对长距离管道内的污水具有优异的消毒效率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，其特征在于：装置包括主机，主机上连接有驱动模块、伸缩臂模块和检测模块,装置后部连接有消毒模块，消毒模块、检测模块与信息收集控制服务器相连；消毒模块包括臭氧发生器和与臭氧发生器相连的曝气管，曝气管采用柔性波纹管结构，曝气管上设有纳米曝气盘；主机为耐腐蚀套管结构，外层套管为密封舱体，内层套管与曝气管相连；伸缩臂模块包括若干组伸缩臂结构，每一组伸缩臂包括主伸缩臂和辅助支撑臂，主伸缩臂主要由导轮、伸缩臂限位滑杆、导轮压力传感器、伸缩臂转轴、伸缩臂锁紧套管组成，辅助支撑臂由液压伸缩支撑臂、支撑臂转轴、液压循环油管、液压控制器和辅助支撑臂支架组成；检测模块包括沉积物探测器、压力传感器、ORP探头和红外闭路电视监控系统。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，其特征在于：驱动模块包括电动机、从动齿轮、支撑臂电机和备用电池，其中电动机、支撑臂电机和备用电池设置于外层套管内壁上，从动齿轮设置于主伸缩臂上，从动齿轮与电动机之间通过电机齿轮组相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，其特征在于：主伸缩臂有3-5根，沿着主机外层套管的圆周均匀分布，辅助支撑臂的数量与主伸缩臂的数量相对应；主伸缩臂包括主伸缩臂支架，主伸缩臂支架的一端与伸缩臂锁紧套管相连，伸缩臂锁紧套管内设置有伸缩臂限位滑杆，伸缩臂限位滑杆上设有若干个定位卡槽；伸缩臂限位滑杆的端部设有导轮和与导轮相配合的导轮压力传感器，伸缩臂支架与伸缩臂锁紧套管之间通过伸缩臂转轴进行相连，主伸缩臂支架的另一端与驱动模块的从动齿轮相连，导轮上方设有导轮刹车钳，导轮刹车钳与信息收集控制服务器相连；辅助支撑臂包括一组与对应主伸缩臂平行设置的液压伸缩支撑臂，液压伸缩支撑臂的一端通过伸缩臂转轴与伸缩臂锁紧套管相连，另一端通过辅助支撑臂支架、和设在辅助支撑臂支架一侧的液压循环油管与液压控制器相连，液压控制器固定于外层套管内壁上，液压控制器与信息收集控制服务器相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，其特征在于：曝气管内设有臭氧气管，臭氧气管与臭氧发生器相连，曝气管上依次设有若干个纳米曝气盘，每个纳米曝气盘分别通过纳米曝气盘支架与臭氧气管相连通，纳米曝气盘上设有纳米曝气孔，纳米曝气盘内布设有布气管球阀，曝气管上设有检修阀；曝气管头部与主机尾部通过密封法兰相连，曝气管尾部与臭氧发生器相连。
5.根据权利要求4所述的一种适用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，其特征在于：相邻的两个纳米曝气盘之间设有一个紫外光灯环，紫外光灯环通过灯环固定夹和灯环固定支架固定在曝气管上；紫外光灯环的两侧分别设有一反光镜片，反光镜片呈喇叭口状，分别对称设置在紫外光灯环的两侧，反光镜片与紫外光灯环之间的夹角为45-70度，每个反光镜片的外沿设有一圈保护框，反光镜片通过反光镜固定支架与曝气管相连。
6.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，其特征在于：沉积物探测器、ORP探头和红外闭路电视监控系统分别固定在主机的外层套管上，压力传感器设置于主伸缩臂一端的导轮上。
7.根据权利要求5所述的一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置，其特征在于：外灯环的紫外线波长设定范围是100~300nm，所述紫外灯环的辐照剂量范围是80~160mJ/cm2，纳米曝气盘上的曝气孔孔径为80~200nm，纳米曝气盘的材料可用陶瓷、钛板或EPDM制成。
8.根据权利要求1所述的一种用于污水管道的臭氧紫外线联合消毒装置的使用方法，其特征在于：步骤1，选择需要净化消毒的管道，将消毒装置牵引曝气管放入污水检查井内，安装检查并临时密封井盖，并在井盖下部安装臭氧尾气消除装置，信息收集控制服务器远程控制消毒装置从污水检查井移动至污水管道中；步骤2，打开主机上的沉积物探测器，对污水管道内的沉积物厚度进行监测，并将监测数据上传至信息收集控制服务器终端，开启管道移动设备红外CCTV，采集管道内实时图像；步骤3，根据测得管道内沉积物的厚度和分布来规划消毒装置的移动路径，通过信息收集控制服务器远程操作消毒装置携带曝气管、纳米曝气盘、紫外光灯环在管道内移动；步骤4，根据测得管道内污染物质的浓度配置纳米曝气盘和紫外光灯环参数和数量，利用消毒装置牵引纳米曝气盘和紫外光灯环至指定位置，在长距离管道内均匀布置若干个纳米曝气盘和紫外光灯环，打开纳米曝气盘阀门和紫外光灯环，使水中的ORP≥650mV；步骤5，对污水完成净化消毒后，通过信息收集控制服务器远程操作消毒装置移动至初始位置，并将所有设备从检查井内取出。
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