CN111533344B - 一种用于长距离管道消毒灭菌系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于长距离管道消毒灭菌系统，包括管道驱动装置、管道净化装置和控制终端，管道净化装置包括曝气管，曝气管上安装有若干个消毒组件，消毒组件包括臭氧氧化组件、紫外光照射组件、电离辐射净化组件和超声波发生组件，曝气管的开口端连接臭氧发生器，臭氧发生器又与变频空压机连接，曝气管的另一端连接管道驱动装置，管道驱动装置用于带动管道净化装置在污水管道中移动，控制终端用于远程控制管道驱动装置在污水管道内的移动以及控制管道净化装置的正常工作，本发明还相应公开一种消毒灭菌系统的使用方法，本发明融合多种消毒技术以增强对污水的消毒灭菌能力，弥补了单一消毒技术覆盖面小的问题，同时消毒副产物较少。

Description

一种用于长距离管道消毒灭菌系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及城镇污水消毒技术领域，尤其涉及一种用于长距离管 道消毒灭菌系统及其使用方法。

背景技术

目前可放置用于排水管道内的小型高效消毒的方法极少，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。同时，相比传统污水厂消毒处理设施的反应接触 池，本发明首次利用长距离管道提高了臭氧和紫外的消毒接触时间。 为了解决新型冠状病毒在水中扩散这一问题，本发明将臭氧、紫外光、 超声波、电离辐射等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。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种用于长距离管道消毒灭菌系统及 其使用方法，主要解决背景技术中的问题。

本发明一方面提出一种用于长距离管道消毒灭菌系统，包括管道 驱动装置、管道净化装置和控制终端，所述管道净化装置包括曝气管， 所述曝气管上安装有若干个消毒组件，所述消毒组件包括臭氧氧化组 件、紫外光照射组件、电离辐射净化组件和超声波发生组件，所述曝 气管的开口端连接臭氧发生器，所述臭氧发生器又与变频空压机连 接，所述曝气管的另一端连接所述管道驱动装置，所述管道驱动装置 用于带动所述管道净化装置在污水管道中移动，所述控制终端用于远 程控制管道驱动装置在污水管道内的移动以及控制所述管道净化装 置的正常工作。

进一步改进在于，所述曝气管上设置有若干个臭氧氧化组件，所 述臭氧氧化组件包括布气管，所述布气管与所述曝气管的连接处开设 有布气孔，所述布气孔上设置有球阀，所述布气管的另一端连接曝气 盘，所述曝气盘上均布有若干个纳米曝气孔，所述曝气管上还设置有 固定支架，所述固定支架用于将所述曝气盘固定在所述曝气管上。

进一步改进在于，所述曝气管上设置有若干个紫外光照射组件， 所述紫外光照射组件包括紫外光灯环和反光镜片，所述曝气管上设置 有灯环固定架，所述灯环固定架上固定设置有紫外光灯环，所述紫外 光灯环上还设置有灯环固定夹，所述灯环固定夹用于进一步将所述紫 外光灯环固定在所述灯环固定架上，所述紫外光灯环的左右两侧分别 设置有所述反光镜片，所述反光镜片靠近所述紫外光灯环的一端上设 置有反光镜固定架，所述反光镜片的另一端设置有保护框，所述保护 框和所述反光镜固定架均用于将所述反光镜片固定在所述曝气管上。

进一步改进在于，所述曝气管上设置有若干个所述电离辐射组件 和若干个所述超声波发生组件，所述超声波发生组件包括超声波发生 器，所述超声波发生器固定设置在所述曝气管上。

进一步改进在于，所述曝气管上按固定距离间隔设置有若干个 ORP探头。

进一步改进在于，所述曝气管为波纹管状，所述曝气管的材质为 耐腐蚀不锈钢444L材质、PVDF材质、聚丙烯腈、聚砜或氟碳树脂。

进一步改进在于，所述管道驱动装置为伸缩臂导轮管道机器车、 履带式管道机器车或螺旋桨机械爪双推进管道机器车，当污水管道管 径小且存在变径管道时使用所述伸缩臂导轮管道机器车，当污水管道 管径小且污水液位低时使用履带式管道机器车，当污水管道管径大时 使用螺旋桨机械爪双推进管道机器车。

进一步改进在于，所述管道驱动装置上分别设置有沉积物探测器 和外红CCTV摄像头，所述管道驱动装置上还设置有备用电池。

进一步改进在于，所述控制终端包括信息采集模块和控制处理模 块，所述信息采集模块用于接收所述沉积物探测器、所述红外CCTV 摄像头、所述ORP探头、GPS定位系统实时监测到的数据以及消毒组 件的实时工作情况，并将上述数据反馈到所述控制处理模块，所述控 制处理模块用于控制所述管道驱动装置的定向移动以及配置所述消 毒组件的参数数据，确保消毒灭菌工作的正常运行。

本发明另一方面提出一种用于长距离管道消毒灭菌系统的使用 方法，包括以下步骤：

S1、选择需要净化的管道，将管道驱动装置连同管道净化装置放 入污水检查井内，控制终端远程控制管道驱动装置从污水检查井移动 至污水管道中；

S2、打开管道驱动装置上的沉积物探测器，对污水管道内的沉积 物厚度进行检测，并将监测数据上传至控制终端，开启管道驱动装置 红外摄像头，采集污水管道内的实时图像；

S3、根据测得污水管道内沉积物的厚度进而分布规划管道驱动装 置的移动路径，通过控制终端远程操作管道驱动装置带动管道净化装 置在污水管道内移动；

S4、利用管道驱动装置牵引管道净化装置至指定位置后启动消毒 组件进行消毒灭菌工作；

S5、对污水完成净化后，通过控制终端远程操作管道驱动装置移 动至初始位置，并从污水检查井内取出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明将臭氧、紫外光、超声波、电离辐射消毒技术组合， 增强对污水的消毒灭菌能力，弥补了单一消毒技术覆盖面小的问题， 同时消毒副产物较少。

2、本发明使用柔性曝气管在污水管道内曝气，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、本发明无需对现有污水管道进行改造，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、机动性和普适性。

4、本发明的实施无需人员井下作业，同时利用控制终端即可远 程对本发明进行控制，具有很高的安全性。

附图说明

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好 说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际 产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说 明可能省略是可以理解的。

图1为本发明一实施方式的整体结构示意图；

图2为本发明一实施方式的管道驱动装置部分结构示意图；

图3为本发明一实施方式的伸缩臂导轮管道机器车剖面结构示 意图；

图4为本发明一实施方式的曝气管截面结构示意图；

图5为本发明一实施方式的紫外光照射组件的结构示意图；

图6为本发明一实施方式的臭氧氧化组件的结构示意图；

图7为本发明一实施方式的管道驱动装置截面结构示意图；

图8为本发明一实施方式的履带式管道机器车整体结构示意图；

图9为本发明一实施方式的履带式管道机器车截面结构示意图；

图10为本发明一实施方式的螺旋桨机械爪双推进管道机器车的 整体结构示意图；

图11为本发明一实施方式的螺旋桨机械爪双推进管道机器车的 螺旋桨截面结构示意图；

图12为本发明一实施方式的螺旋桨机械爪双推进管道机器车的 机械爪截面结构示意图；

其中：1、控制终端；2、臭氧发生器；3、曝气管；4、臭氧尾气 消除装置；5、紫外光照射组件；51、紫外光灯环；52、保护框；53、 反光镜片；54、灯环固定夹；55、灯环固定架；56、反光镜固定架； 6、臭氧氧化组件；61、曝气盘；62、纳米曝气孔；63、固定支架； 64、球阀；7、防爆泄压阀；8、管道机器人主机身；81、红外CCTV 摄像头；82、主伸缩臂；821、导轮；822、支撑杆；83、辅助支撑臂； 84、螺旋桨装置；85、机械爪装置；851、机械爪关节；852、2自由 度关节固定壳；853、第二支撑臂；854、第一电动机；855、第一支 撑臂；856、检修门；857、固定底座；861、螺旋桨保护框；862、螺 旋桨折叠支架；863、不锈钢刀刃；864、螺旋桨电机；87、履带系统； 871、履带电动机；872、从动轴；873、履带；874、履带齿轮；88、 ORP探头；89、沉积物探测器；9、电缆。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连 接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个 元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理 解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的 技术方案做进一步的说明。

参照图1-12，一种用于长距离管道消毒灭菌系统，包括管道驱 动装置、管道净化装置和控制终端1，所述管道净化装置包括曝气管 3，所述曝气管3上安装有若干个消毒组件，所述消毒组件包括臭氧 氧化组件6、紫外光照射组件5、电离辐射净化组件和超声波发生组 件，所述曝气管3的开口端连接臭氧发生器2，所述臭氧发生器2又 与变频空压机连接，所述曝气管3的另一端连接所述管道驱动装置， 所述管道驱动装置用于带动所述管道净化装置在污水管道中移动，所 述控制终端1用于远程控制管道驱动装置在污水管道内的移动以及 控制所述管道净化装置的正常工作。

作为本发明一优选实施方案，所述曝气管3上设置有若干个臭氧 氧化组件6，所述臭氧氧化组件6包括布气管，所述布气管与所述曝 气管3的连接处开设有布气孔，所述布气孔上设置有球阀64，所述 布气管的另一端连接曝气盘61，所述曝气盘61上均布有若干个纳米 曝气孔62，所述曝气管3上还设置有固定支架63，所述固定支架63 用于将所述曝气盘61固定在所述曝气管3上。

参照图6，可以理解，在本发明实施例中，可以使用的强氧化气 体包括二氧化氯、臭氧；使用二氧化氯作为消毒剂时，管道内曝气管 所在区域瞬时二氧化氯浓度为800-1000ppm。使用臭氧作为消毒剂时， 管道内曝气管所在区域臭氧浓度瞬时2-4ppm，臭氧(O₃)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：

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 61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,而球阀64的设置 使得所述曝气管3上的臭氧排放规格可控，提高臭氧的使用效率。

可以理解，在本发明实施例中，所述曝气管3上按照预先设置的 固定距离均匀设置有若干个所述臭氧氧化组件6，所述臭氧均由所述 曝气管3开口端的臭氧发生器2提供，并通过纳米曝气孔62排出进 入污水中，对污水进行消毒灭菌工作。

作为本发明一优选实施方案，所述曝气管3上设置有若干个紫外 光照射组件5，所述紫外光照射组件5包括紫外光灯环51和反光镜 片53，所述曝气管3上设置有灯环固定架55，所述灯环固定架55上 固定设置有紫外光灯环51，所述紫外光灯环51上还设置有灯环固定 夹54，所述灯环固定夹54用于进一步将所述紫外光灯环51固定在 所述灯环固定架55上，所述紫外光灯环51的左右两侧分别设置有所 述反光镜片53，所述反光镜片53靠近所述紫外光灯环51的一端上 设置有反光镜固定架56，所述反光镜片53的另一端设置有保护框52， 所述保护框52和所述反光镜固定架56均用于将所述反光镜片53固 定在所述曝气管3上。

参照图4、图5，可以理解，在本发明实施例中，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。

可以理解，在本发明实施例中，优选的，所述曝气管3上按照固 定距离均布有若干个所述臭氧氧化组件6，而每两个臭氧氧化组件6 之间的中间位置即可设置一个紫外光照射组件5，并通过两侧反光镜 片53的散射效果，可以有效的提高污水消毒效率。所述曝气管3上 还设置有电缆9，所述电缆9可以为紫外光灯环51提供所需的电能， 保持紫外光照射组件5的正常工作。

作为本发明一优选实施方案，所述曝气管3上设置有若干个所述 电离辐射组件和若干个所述超声波发生组件，所述超声波发生组件包 括超声波发生器，所述超声波发生器固定设置在所述曝气管3上。

可以理解，在本发明实施例中，电离辐射杀灭微生物有直接作用 和间接作用两种途径：直接作用是电离辐射射线直接通过康普顿效应 等与微生物DNA分子或其它细胞组织发生的作用。间接作用是通过射 线与水分子的作用产生的如羟基自由基﹒OH、水合电子和氢原子﹒H 等自由基使微生物和病毒的活性受到损伤。这与超声波消毒的原理较 为相似，超声波消毒和电离辐射消毒过程无须投加化学药剂，在用于 消毒的剂量范围内无消毒副产物的产生。

可以理解，在本发明实施例中，所述曝气管3与所述管道驱动装 置连接的一端上还设置有防爆泄压阀7，用于在所述曝气管3内部发 生堵塞故障时释放曝气管内气体，降低曝气管3在管道内发生爆裂的 可能性。

作为本发明一优选实施方案，所述曝气管3上按固定距离间隔设 置有若干个ORP探头88。

可以理解，在本发明实施例中，所述ORP探头88可以实时监测 污水管道中污水的氧化还原电位进行实时监测，ORP探头88将监测 数据上传至所述控制终端1的信息采集模块，进而控制处理模块可以 根据氧化还原电位数据改变所述消毒组件的具体消毒时间。

实施中，ORP探头会对管道内污水的氧化还原电位进行实时监测， ORP探头安装在曝气管上，ORP探头将监测数据上传至信息收集控制 服务器终端，可以根据氧化还原电位数据改变消毒时间。由于管道移 动设备会将曝气管在污水管道内进行长距离延展，因此以曝气管最末 端的ORP探头数据作为污水消毒的氧化还原电位标准，ORP监测时间 为开始消毒10分钟后。当消毒组件为臭氧和紫外光组合工艺时，当 开启消毒10分钟后曝气管最末端的ORP探头数据显示低于650mV时， 则打开曝气管阀门，提高污水中臭氧气体的浓度，并且增加紫外光辐 射强度，提高氧化还原电位。同时，当ORP高于650mV时，关闭曝气 管阀门和紫外光灯环。消毒组件为二氧化氯和电离辐射组合工艺，当 开启消毒10分钟后曝气管最末端的ORP探头数据显示低于650mV时， 则打开曝气管阀门，提高污水中二氧化氯浓度，并且增加电离辐射强 度，提高氧化还原电位。同时，当ORP高于650mV时，关闭曝气管阀 门和电离辐射装置。

作为本发明一优选实施方案，所述曝气管3为波纹管状，所述曝 气管3的材质为耐腐蚀不锈钢444L材质、PVDF材质、聚丙烯腈、聚 砜或氟碳树脂。

可以理解，在本发明实施例中，优选的，所述曝气管3的外侧还 包覆有柔性双层套管，上述所有消毒组件均安装在所述柔性双层套管 上，所述柔性双层套管每隔固定距离均设置有若干个曝气孔，可通过 阀门控制曝气强度。

可以理解，在本发明实施例中，所述曝气管3内的气体可通过纳 米曝气盘61对污水管道内释放的强氧化性气体，包括二氧化氯、臭 氧等。

作为本发明一优选实施方案，所述管道驱动装置为伸缩臂导轮 821管道机器车、履带式管道机器车或螺旋桨机械爪双推进管道机器 车，当污水管道管径小且存在变径管道时使用所述伸缩臂导轮821管 道机器车，当污水管道管径小且污水液位低时使用履带式管道机器 车，当污水管道管径大时使用螺旋桨机械爪双推进管道机器车。具体 来说，管道移动设备的移动范围为0-2km,工作深度范围为0-200m； 根据管道内径的大小、沉积物厚度和液位高低的不同，选择不同的管 道移动设备的形式；当管道内径尺寸范围为50-1000cm，沉积物的厚 度小于50cm时采用伸缩臂导轮管道机器车；当管道内径尺寸范围为 1000-5000cm，沉积物的厚度大于50cm时采用履带式管道机器车；当 管道内径尺寸范围为100-2000cm，液位高于管径一半或满管流时可 采用使用螺旋桨机械爪双推进管道机器车，沉积物厚度需要小于螺旋 桨设备的直径。

参照图2、图3，可以理解，在本发明实施例中，所述伸缩臂导 轮821管道机器车包括管道机器人主机身8，所述管道机器人主机身 8上设置有2对3个主伸缩臂82，所述3个主伸缩臂82之间互成120° 的夹角，所述主伸缩臂82的顶端设置有导轮821，所述导轮821的支点处设置有支撑杆822，所述主伸缩臂82上还开设有辅助支撑臂 83，用于加固所述主伸缩臂82的稳定性。

参照图8、图9，可以理解，在本发明实施例中，所述履带式管 道机器车包括管道机器人主机身8，所述管道机器人主机身8的前后 两端分别设置有1对履带系统87，所述履带系统87包括履带电动机 871、履带齿轮874、履带873和从动轴872，所述履带电动机871带动履带齿轮874，进而带动履带873以及从动轴872转动。

参照图10、图11和图12，可以理解，在本发明实施例中，所述 螺旋桨机械爪双推进管道机器车包括管道机器人主机身8，所述管道 机器人主机身8的前端设置有机械爪装置85，所述管道机器人主机 身8的后端设置有螺旋桨装置84，所述机械爪装置85包括设置在管 道机器人主机身8上的3个固定底座857，所述3个固定底座857互 成120°夹角，所述固定底座857上设置有第一支撑臂855，所述第 一支撑臂855的内部设置有第一电动机854，所述第一支撑臂855上 还设置有检修门856，所述第一支撑臂855与第二支撑臂853连接， 所述第二支撑臂853的顶端安装有多个机械爪关节851，所述机械爪 关节851与所述第二支撑臂853之间设置有2自由度关节固定壳852。

作为本发明一优选实施方案，所述管道驱动装置上分别设置有沉 积物探测器89和外红CCTV摄像头，所述管道驱动装置上还设置有备 用电池。

参照图1、图2和图7，可以理解，在本发明实施例中，无论所 述管道驱动装置采用哪种管道机器车，所述沉积物探测器89与所述 红外CCTV摄像头81均应设置在所述管道机器人主机身8的前端，所 述管道机器人主机身8的内部均应设置有备用电池，当管道驱动装置 与地面控制终端1断联时，可以通过备用电源自动驶出，因此，所述 管道驱动装置可以在污水管道内的移动范围为0～2km，工作深度范 围为0～200m。

作为本发明一优选实施方案，所述控制终端1包括信息采集模块 和控制处理模块，所述信息采集模块用于接收所述沉积物探测器89、 所述红外CCTV摄像头81、所述ORP探头88、GPS定位系统实时监测 到的数据以及消毒组件的实时工作情况，并将上述数据反馈到所述控 制处理模块，所述控制处理模块用于控制所述管道驱动装置的定向移 动以及配置所述消毒组件的参数数据，确保消毒灭菌工作的正常运 行。

可以理解，在本发明实施例中，所述信息采集模块采集来自所述 沉积物探测器89所获的信息后，经过所述控制终端1计算机的信息 处理，可以对污水管道内的沉积物厚度情况进行分析，结合所述红外 CCTV摄像头81所采集到的污水管道内的实时图像，完成对所述管道 驱动装置在污水管道内移动路径的确定，视情况而定还可以在所述管 道驱动装置上设置高压水枪，根据污水管道内的沉积物分布情况调控 所述高压水枪的喷射频率和角度，对污水管道内管壁进行冲洗喷刷， 而后通过所述ORP探头88探测污水的污染情况，所述控制处理模块 对消毒组件中的各项参数如臭氧浓度，紫外光强度、超声波强度等进 行具体设置，对污水管道内的污水进行充分的消毒处理。

参照图1-12，一种用于长距离管道消毒灭菌系统的使用方法， 包括以下步骤：

S1、选择需要净化的管道，将管道驱动装置连同管道净化装置放 入污水检查井内，控制终端1远程控制管道驱动装置从污水检查井移 动至污水管道中；

S2、打开管道驱动装置上的沉积物探测器89，对污水管道内的 沉积物厚度进行检测，并将监测数据上传至控制终端1，开启管道驱 动装置红外摄像头，采集污水管道内的实时图像；

S3、根据测得污水管道内沉积物的厚度进而分布规划管道驱动装 置的移动路径，通过控制终端1远程操作管道驱动装置带动管道净化 装置在污水管道内移动；

S4、利用管道驱动装置牵引管道净化装置至指定位置后启动消毒 组件进行消毒灭菌工作；

S5、对污水完成净化后，通过控制终端1远程操作管道驱动装置 移动至初始位置，并从污水检查井内取出。

实施例1：

本发明实施例中污水管道长度1500m，初始直径为500cm，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。参照图2，本发明实施例的所述管道驱动装置选用伸缩臂导 轮821管道机器车，本发明实施例中采用的消毒组件包括臭氧氧化组 件6和紫外光照射组件5。本发明实施例中通过污水检查井进入污水 管道，所述伸缩臂导轮821管道机器车的单个伸缩臂限位滑杆为 800cm，伸缩臂的伸展半径范围为300～1000cm。曝气管3的材质选 用耐腐蚀444L不锈钢波纹管。曝气管3的开口端与地面臭氧发生器 2相连。每个臭氧氧化组件6的设置间隔为60cm，纳米曝气孔62的 孔径为100nm，单个曝气盘61的充臭氧能力为0.2Kg-O3/m3·h，曝气 盘61使用陶瓷制成。每两个臭氧氧化组件6之间的中间位置安装一 个紫外光照射组件5。反光镜片53与紫外光灯环51夹角为60度， 紫外光灯环51的功率设置为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用于长距离管道消毒灭菌系统实施过程包 括以下步骤：

步骤一：将伸缩臂导轮821管道机器车以及与其相连的管道净化 装置从地面降至污水检查井内，安装污水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。启动管道机器车自检系统，对ORP 探头88、导轮821压力传感器、沉积物探测器89、红外CCTV摄像头 81、球阀64和紫外光灯环51进行检查。

步骤二：使用控制终端1远程操控管道机器人根据管径张开主支 撑臂和辅助支撑臂83，使其携带曝气管3及其消毒组件缓慢驶入污 水管道内。

步骤三：打开伸缩臂导轮821管道机器车上的沉积物探测器89， 对污水管道内的沉积物厚度进行检测，利用控制终端1的计算机分析 数据，根据计算结果对伸缩臂导轮821管道机器车的移动路线进行设 定。

步骤四：配置紫外光灯环51辐照剂量，使机器车移动至距离管 道起点1500m的位置，装有消毒组件的曝气管3的长度为1498m，打 开紫外光灯环51和曝气盘61的球阀64进行消毒，直至污水中的ORP 值≥650mV。本实施例中开启紫外光灯和臭氧曝气2小时。

步骤五：当水中致病菌和病毒的浓度达到要求后，通过控制终端 1远程操控伸缩臂导轮821管道机器车返回至初始位置，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，污水从管道机器车布置的 紫外光和臭氧氧化消毒组件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。同时通过曝气盘61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％。

实施例2：

本实例中污水管道长度800m，直径为1500cm。管道中污水为重 力流，平均流速为0.5m/s。参照图8，管道驱动装置采用履带式管道 机器车，本发明实施例中采用的消毒组件为臭氧氧化组件6和紫外光 照射组件5。履带式管道机器车与曝气管3相连，曝气管3材质选用 耐腐蚀444L不锈钢波纹管，同时曝气管3开口端端与地面臭氧发生 器2相连。每个臭氧氧化组件6的设置间隔为40cm，纳米曝气孔62 的孔径为100nm，单个曝气盘61的充臭氧能力为0.16Kg-O3/m3·h， 曝气盘61使用陶瓷制成。每两个臭氧氧化组件6之间的中间位置安装一个紫外光照射组件5。反光镜片53与紫外光灯环51夹角为60 度，紫外光灯环51的功率设置为200W，设定波长为253.7nm，紫外 光辐照剂量为180mJ/cm2。

上述实施例中的一种用于长距离管道消毒灭菌的方法实施过程 包含以下步骤：

步骤一：将履带式管道机器车以及与其相连管道净化装置从地面 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。启动管道机器人自检系统，对ORP探头88、导轮 821压力传感器、沉积物探测仪、红外CCTV摄像头81、球阀64和紫 外光灯环51进行检查。

步骤二：使用控制终端1远程操控履带式管道机器车，使其携带 管道净化装置缓慢驶入污水管道内。

步骤三：打开履带式管道机器车上的沉积物探测器89，对污水 管道内的沉积物厚度进行检测，利用控制终端1内的计算机分析数 据，根据计算结果对履带式管道机器车的移动路线进行设定。

步骤四：配置紫外光灯环51辐照剂量，使履带式管道机器车移 动至距离管道起点1500m的位置，装有消毒组件的曝气管3长度为 1498m，打开紫外光灯环51和曝气盘61的布气管球阀64进行消毒， 并使污水中的ORP值≥650mV。本实例中开启紫外光灯和臭氧曝气3小时。

步骤五：当水中致病菌和病毒的浓度达到要求后，通过控制终端 1远程操控履带式管道机器车返回至初始位置，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，污水从管道机器人布置的 紫外光照射和臭氧氧化消毒组件的起点到终点为平均26.67分钟，即 管道内的污水消毒接触时间为平均26.67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3小时内800m管道内污水中粪大肠群数≤25MPN/L，肠道病毒和 HCoV-OC43冠状病毒的失活率高达90.2％，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614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50.4％。

本发明方法无需对管道和检查井进行改造和施工，通过管道机器 人和臭氧紫外光催化组合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。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制； 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例， 而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员 来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。 这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利 要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于长距离管道消毒灭菌系统，其特征在于，包括管道驱动装置、管道净化装置和控制终端(1)，所述管道净化装置包括曝气管(3)，所述曝气管(3)上安装有若干个消毒组件，所述消毒组件包括臭氧氧化组件(6)、紫外光照射组件(5)、电离辐射净化组件和超声波发生组件，曝气管(3)的开口端连接臭氧发生器(2)，臭氧发生器(2)又与变频空压机连接，曝气管(3)的另一端连接管道驱动装置，所述管道驱动装置用于带动管道净化装置在污水管道中移动，控制终端(1)用于远程控制管道驱动装置在污水管道内的移动以及控制所述管道净化装置的正常工作；所述曝气管(3)上设置有若干个臭氧氧化组件(6)，每个臭氧氧化组件(6)包括布气管，所述布气管与所述曝气管(3)的连接处开设有布气孔，所述布气孔上设置有球阀(64)，所述布气管的另一端连接有曝气盘(61)，所述曝气盘(61)上均布有若干个纳米曝气孔(62)，所述曝气管(3)上还设置有固定支架(63)，所述固定支架(63)用于将所述曝气盘(61)固定在所述曝气管(3)上；所述管道驱动装置为伸缩臂导轮管道机器车、履带式管道机器车或螺旋桨机械爪双推进管道机器车，当污水管道管径小且存在变径管道时使用所述伸缩臂导轮管道机器车，当污水管道管径小且污水液位低时使用履带式管道机器车，当污水管道管径大时使用螺旋桨机械爪双推进管道机器车；所述伸缩臂导轮管道机器车包括管道机器人主机身（8），所述管道机器人主机身8上设置有2对3个主伸缩臂（82），3个主伸缩臂（82）之间互成120°的夹角，所述主伸缩臂（82）的顶端设置有导轮，所述导轮的支点处设置有支撑杆（822），所述主伸缩臂（82）上还开设有辅助支撑臂（83），用于加固所述主伸缩臂（82）的稳定性；所述履带式管道机器车包括管道机器人主机身（8），所述管道机器人主机身（8）的前后两端分别设置有1对履带系统（87），所述履带系统（87）包括履带电动机（871）、履带齿轮（874）、履带（873）和从动轴（872），所述履带电动机（871）带动履带齿轮（874），进而带动履带（873）以及从动轴（872）转动；所述螺旋桨机械爪双推进管道机器车包括管道机器人主机身（8），所述管道机器人主机身（8）的前端设置有机械爪装置（85），所述管道机器人主机身（8）的后端设置有螺旋桨装置（84），所述机械爪装置（85）包括设置在管道机器人主机身（8）上的3个固定底座（857），所述3个固定底座（857）互成120°夹角，所述固定底座（857）上设置有第一支撑臂（855），所述第一支撑臂（855）的内部设置有第一电动机（854），所述第一支撑臂（855）上还设置有检修门（856），所述第一支撑臂(855)与第二支撑臂(853)连接，所述第二支撑臂（853）的顶端安装有多个机械爪关节（851），所述机械爪关节（851）与所述第二支撑臂（853）之间设置有2自由度关节固定壳（852）。

2.根据权利要求1所述的一种用于长距离管道消毒灭菌系统，其特征在于，所述曝气管(3)上设置有若干个紫外光照射组件(5)，所述紫外光照射组件(5)包括紫外光灯环(51)和反光镜片(53)，所述曝气管(3)上设置有灯环固定架(55)，所述灯环固定架(55)上固定设置有紫外光灯环(51)，所述紫外光灯环(51)上还设置有灯环固定夹(54)，所述灯环固定夹(54)用于进一步将所述紫外光灯环(51)固定在所述灯环固定架(55)上，所述紫外光灯环(51)的左右两侧分别设置有所述反光镜片(53)，所述反光镜片(53)靠近所述紫外光灯环(51)的一端上设置有反光镜固定架(56)，所述反光镜片(53)的另一端设置有保护框(52)，所述保护框(52)和所述反光镜固定架(56)均用于将所述反光镜片(53)固定在所述曝气管(3)上。

3.根据权利要求1所述的一种用于长距离管道消毒灭菌系统，其特征在于，所述曝气管(3)上设置有若干个所述电离辐射组件和若干个所述超声波发生组件，所述超声波发生组件包括超声波发生器，所述超声波发生器固定设置在所述曝气管(3)上。

4.根据权利要求1所述的一种用于长距离管道消毒灭菌系统，其特征在于，所述曝气管(3)上按固定距离间隔设置有若干个ORP探头(88)。

5.根据权利要求1所述的一种用于长距离管道消毒灭菌系统，其特征在于，所述曝气管(3)为波纹管状，所述曝气管(3)的材质为耐腐蚀不锈钢444L材质、PVDF材质、聚丙烯腈、聚砜或氟碳树脂。

6.根据权利要求1所述的一种用于长距离管道消毒灭菌系统，其特征在于，所述管道驱动装置上分别设置有沉积物探测器(89)和红外CCTV摄像头，所述管道驱动装置上还设置有备用电池。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于长距离管道消毒灭菌系统，其特征在于，所述控制终端(1)包括信息采集模块和控制处理模块，所述信息采集模块用于接收沉积物探测器(89)、红外CCTV摄像头(81)、ORP探头(88)、GPS定位系统实时监测到的数据以及消毒组件的实时工作情况，并将上述数据反馈到所述控制处理模块，所述控制处理模块用于控制所述管道驱动装置的定向移动以及配置所述消毒组件的参数数据，确保消毒灭菌工作的正常运行。

8.一种用于长距离管道消毒灭菌系统的使用方法，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的一种用于长距离管道消毒灭菌系统，还包括以下步骤：

S1、选择需要净化的管道，将管道驱动装置连同管道净化装置放入污水检查井内，控制终端(1)远程控制管道驱动装置从污水检查井移动至污水管道中；

S2、打开管道驱动装置上的沉积物探测器(89)，对污水管道内的沉积物厚度进行检测，并将监测数据上传至控制终端(1)，开启管道驱动装置红外CCTV摄像头，采集污水管道内的实时图像；

S3、根据测得污水管道内沉积物的厚度进而分布规划管道驱动装置的移动路径，通过控制终端(1)远程操作管道驱动装置带动管道净化装置在污水管道内移动；

S4、利用管道驱动装置牵引管道净化装置至指定位置后启动消毒组件进行消毒灭菌工作；

S5、对污水完成净化后，通过控制终端(1)远程操作管道驱动装置移动至初始位置，并从污水检查井内取出。

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