CN114105248A - 一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法 - Google Patents
一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114105248A CN114105248A CN202010898124.1A CN202010898124A CN114105248A CN 114105248 A CN114105248 A CN 114105248A CN 202010898124 A CN202010898124 A CN 202010898124A CN 114105248 A CN114105248 A CN 114105248A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ultraviolet
- disinfection
- cross
- container
- disinfection container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 title claims abstract description 171
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 29
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 25
- 239000008399 tap water Substances 0.000 claims description 24
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 claims description 24
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 12
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 claims description 8
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 229910000645 Hg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002070 germicidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
- C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
- C02F2201/322—Lamp arrangement
- C02F2201/3221—Lamps suspended above a water surface or pipe
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
- C02F2201/322—Lamp arrangement
- C02F2201/3227—Units with two or more lamps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/04—Disinfection
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
本发明涉及城市供水管网系统二次供水消毒领域，通过定量计算的方法来确定在满足最大用水流量的要求下，不同的紫外灯排列方案需要圆柱体形消毒容器的最低横截面积，再通过比较确定出最优的紫外灯排列方案和圆柱体消毒容器最终的横截面大小，按照本方法设计的消毒容器能够确保在最大用水流量情况下流经消毒容器的自来水接收到的紫外线有效剂量能够达到国家标准中规定的最低剂量要求，从而最大限度地降低了紫外线消毒设备不能有效发挥消毒杀菌作用的风险，为饮用水安全提供了有效的保障。
Description
技术领域
本发明涉及城市供水管网系统二次供水消毒领域，尤其涉及一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法。
背景技术
早在1878年人类就发现了太阳光中的紫外线具有杀菌消毒作用。紫外线杀菌消毒原理是适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA或RNA的分子结构，造成生长性细胞和再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。紫外线按波长范围分为四个不同的波段：UVA(400～315nm)、UVB(315～280nm)、UVC(280～200nm)和真空紫外线(200～100nm)。UVA和UVB由于处于微生物吸收峰范围之外，杀菌速度非常慢，因此在实际应用中该部分紫外线归属于无效紫外部分。真空紫外光穿透能力极弱，无法用于杀菌消毒。UVC处于微生物吸收峰范围之内，可用于杀灭微生物，其中杀菌作用最强的波段是250-270nm，而253.7nm波长的紫外线是UVC中杀菌作用最强的波长。
紫外线杀菌灯(以下简称紫外灯)是各种紫外线消毒设备的核心部件，分为低压低强度紫外灯、低压高强度紫外灯和中压高强度紫外灯三种，三种紫外灯的特点如下：1)低压低强度紫外灯：该型紫外灯产生254nm的单频紫外线，光电转换率为35％～45％，灯管内压力为0.13Pa～1.33Pa，运行温度为40℃，单根灯管输出紫外线功率最高可达65W，适用于空气消毒以及低流量水处理系统的消毒应用，特别适合无专业人员看守的场所使用。2)低压高强度紫外灯：该型紫外灯和低压低强度紫外灯相似，产生254nm的单频紫外线，光电转换率为35％～45％，灯管内压力为0.13Pa～1.33Pa；该型紫外灯和低压低强度紫外灯的不同之处在于用汞合金代替了汞，在相似的能量效率下汞合金灯比普通低压汞灯产生的电流强度及辐射能要高，因此低压高强度紫外灯的UVC输出能力比低压低强度紫外灯要高，单根灯管输出紫外线功率最高可达150W；低压高强度紫外灯的运行温度约为110℃，用于水中浸没式安装使用时比低压低强度紫外灯更容易结垢，需要及时清洗，适用于中小型水处理厂的应用。3)中压高强度紫外灯：发射多波长电磁波(200-600nm)，只有大约27％～44％的紫外能量在UVC的范围之内，仅有7％的输出在254nm附近，光电转换率为10％～15％，是低压灯的三分之一，其能耗是低压灯的3-3.5倍；运行温度为600～800℃，压力为0.013MPa～1.33MPa，在未开启时灯内的汞为液态，保管及使用需要非常谨慎，否则有泄漏的风险；另外，由于中压灯管运行温度高，极易引起灯管结垢，会大幅降低灯管的有效紫外线强度，且容易造成灯管和石英套管损坏，需要专门设计的除垢装置才能正常运行，不适合二次供水水箱这种无专业人员看守的地方使用；但是中压高强度紫外灯单根灯管输出功率高，可高达1500W，因此可以大大减少使用灯管的数量，且占地面积也相应减小，适用于大型污水处理厂、暴雨溢流以及空间利用率要求很高的场合。
随着紫外线消毒技术的发展，已有很多厂家推出各种紫外线水消毒设备用于生活饮用水(俗称自来水)的消毒。紫外线水消毒设备分为管式消毒设备和渠式消毒设备两种，管式消毒设备的紫外灯灯管布置在闭合式的管路中，渠式消毒设备的紫外灯灯管布置在敞开式的水渠中。应用于二次供水消毒的紫外线水消毒设备(以下简称紫外线消毒设备)都是管式消毒设备，紫外线消毒设备的杀菌效果是由微生物所接受的紫外线剂量决定的，紫外线剂量是指单位面积上接收到的紫外线能量，常用单位为mJ/cm2(J表示焦耳，简称焦，是国际单位制表示能量的单位，1焦耳等于1瓦的功率在1秒内所做的功，1焦＝1瓦·秒)，其计算公式为：紫外线剂量＝UVC强度×照射时间。UVC强度是指单位时间内与紫外线传播方向垂直的单位面积上接收到的UVC能量，常用单位为mW/cm2；照射时间的单位为s。在国家标准GB/T 19837-2019《城镇给排水紫外线消毒设备》的5.10.2条中明确提出“当紫外线消毒用于生活饮用水或饮用净水消毒时，且紫外线消毒设备在峰值流量和紫外灯运行寿命终点时，紫外线有效剂量不应低于40mJ/cm2”。
由于不方便对紫外线消毒设备内的紫外线强度直接进行检测，在国家标准GB/T32091-2015《紫外线水消毒设备紫外线剂量测试方法》中提出了一种间接检测流经紫外线消毒设备的水流在不同流量下接受到紫外线剂量的方法。由于该方法需要加入活细菌，故不能在紫外线消毒设备安装现场实施检测；又由于在实验室里很难实现持续的超过实际最大水流量的供水场景，因此至今为止国内极少有实验室能够使用该方法对紫外线消毒设备的紫外线剂量进行检测。总之，尽管目前已有很多厂家推出了各种紫外线消毒设备用于二次供水的消毒，但是这些紫外线消毒设备是否达到国家标准GB/T 19837-2019中规定的最低剂量要求还是一个未知数。
考虑到生活饮用水的微生物指标是生活饮用水的关键指标，为了确保紫外线消毒设备能够有效地发挥杀菌作用，有必要对现有紫外线消毒设备可能达到的紫外线有效剂量进行推算，看其是否满足法规规定的最低剂量要求。
目前紫外线消毒设备的结构都是在一段特制的不锈钢管道内安装若干根紫外灯，如公开号为CN203699969U的现有技术在2014年7月9日就公开了一体化管道式二次供水紫外消毒装置，自来水在流经该段管道时被其中的紫外灯照射而达到消毒杀菌的作用，这段安装了紫外灯的管道称为消毒容器。实际中对于许多紫外线消毒设备而言，自来水以最大流量流经消毒容器的时间不超过3秒钟。下面通过实验检测数据以及根据现有法规的要求，计算出消毒容器中距离紫外灯4cm远的水流在3秒钟时间内接收到的紫外线有效剂量；选择4cm这个位置是基于许多紫外线消毒设备中最外层紫外灯中心点与消毒容器管道壁的距离都超过4cm。
选择贺利氏特种光源有限公司生产的UVC输出功率为140W的低压高强度紫外灯进行实验，这是其目前生产的UVC输出功率最大的低压高强度紫外灯。按该产品的安装要求在外装一个石英套管后将紫外灯安装在一个特制的水槽中，在紫外灯开启100h后开始测量，在灯管的法线上(过灯管中心点与灯管垂直的线)使用能在水中测量UVC强度的紫外线强度计测量不同距离处的UVC强度(距离的原点为灯管的中心点)，取10次测量数据的平均值作为测量结果，在距离灯管中心点4cm处UVC强度的测量结果为30.8mW/cm2。根据国家标准GB/T19837-2019《城市给排水紫外线消毒设备》的要求，计算距离紫外灯中心点4cm处的水流在3秒钟时间内接受到的紫外线有效剂量：1)标准中第3.1条提出“紫外灯老化系数是紫外灯在某一时间的紫外输出功率和紫外灯初始运行100h后的紫外输出功率之比”。2)标准中第5.1.1条提出“紫外灯老化系数通过第三方验证后，可使用验证通过的老化系数计算设备紫外线有效剂量，但老化系数最大值不应超过0.8；若紫外灯老化系数没有通过第三方验证，应使用0.5的默认值作为紫外灯老化系数，计算设备紫外线有效剂量”。3)标准中第5.2.2条提出“设备紫外线有效剂量计算中应考虑紫外灯石英套管结垢系数。紫外灯石英套管结垢系数通过第三方验证后，可使用验证通过的结垢系数计算设备紫外线有效剂量。若紫外灯石英套管结垢系数值没有通过第三方验证，应使用0.6的默认值作为紫外灯石英套管结垢系数，计算设备紫外线有效剂量”。因此得到：紫外线有效剂量＝UVC强度×照射时间×紫外灯老化系数×紫外灯石英套管结垢系数＝30.8×3×0.5×0.6＝27.7mJ/cm2。这个结果没有达到国家标准GB/T 19837-2019《城镇给排水紫外线消毒设备》中规定的40mJ/cm2的最低剂量要求。在实际中，出于成本的考虑许多紫外线消毒设备即不会使用一流品牌的紫外灯，也不会使用UVC输出功率达到140W的紫外灯，因此这些紫外线消毒设备在自来水以最大流量流经消毒容器时，在距离紫外灯中心点4cm处的水流接收到的紫外线有效剂量比27.7mJ/cm2还要低很多。
总之，许多紫外线消毒设备在自来水以最大流量流经消毒容器时，在距离紫外灯最远处的水流接收到的紫外线有效剂量达不到国家标准GB/T 19837-2019《城镇给排水紫外线消毒设备》中规定的40mJ/cm2的最低剂量要求。造成这个结果的原因主要是由于大家普遍使用紫外线消毒设备的总功率(指紫外线消毒设备内所有紫外灯的功率合计，单根紫外灯的紫外线强度与其UVC输出功率正相关)对应的紫外线强度计算消毒容器内各处的紫外线有效剂量。此外，鉴于以下两方面的原因，这种计算方法是不正确的：1)自来水流经紫外线消毒设备的消毒容器时是一次性从一端流到另一端的，没有往返流动；2)紫外线强度在水中的衰减随着距离的增加是按照指数的级别衰减的，因此水流接受到的紫外线照射主要只受距离最近的紫外灯的影响，其他紫外灯的作用很小。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，本发明通过定量计算的方法来确定在满足最大用水流量的要求下，不同的紫外灯排列方案需要圆柱体形消毒容器的最低横截面积，再通过比较确定出最优的紫外灯排列方案和圆柱体消毒容器最终的横截面大小，按照本方法设计的消毒容器能够确保在最大用水流量情况下流经消毒容器的自来水接收到的紫外线有效剂量能够达到国家标准中规定的最低剂量要求，从而最大限度地降低了紫外线消毒设备不能有效发挥消毒杀菌作用的风险，为饮用水安全提供了有效的保障。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在自来水中检测距离紫外灯灯管中心点不同距离检测点处的紫外线强度；
步骤二、根据步骤一的结果，计算自来水在距离紫外灯灯管中心点不同距离处接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间；
步骤三、根据步骤二的结果，结合紫外线消毒设备在使用场所的最大流量及确定的消毒容器的长度，计算对应消毒容器横截面积的理论最小值和对应消毒容器横截面半径的理论最小值；
步骤四、根据步骤三的结果确定紫外灯在消毒容器中的排列方案和数量；
步骤五、先根据紫外灯的数量确定最佳排列方案，再确定消毒容器的横截面半径。
所述的消毒容器为圆柱体形。
所述步骤一中，灯管中心点指紫外灯灯管轴线的中点，检测点选在灯管的法线上，灯管的法线指过灯管中心点且垂直于灯管轴线的直线，紫外灯必须安装好石英套管后才能放于水中进行检测，新紫外灯必须运行100h后其检测数据才能用于后续计算；检测点与灯管中心点的垂直距离用a表示，在距离灯管中心点a处测得的紫外线强度用Ia表示。
所述步骤二中，设步骤一中检测点与灯管中心点的垂直距离为a，在距离灯管中心点a处测得的紫外线强度用Ia表示，设自来水在距离灯管中心点a处接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间为Ta，则：
式(1)中D0为国家标准GB/T 19837-2019中规定的用于生活饮用水消毒的紫外线消毒设备需要达到的最低剂量要求，即40mJ/cm2；K为最低剂量安全系数，取值范围为1.5～3，优选为2；K·D0就是安全紫外线有效剂量；CLH为紫外灯的老化系数；CJG为紫外灯石英套管的结垢系数。
所述步骤三中，设与紫外线照射时间Ta对应的消毒容器横截面积的理论最小值为Sa，则：
式(2)中Qmax表示紫外线消毒设备使用场所的最大流量，L表示确定的消毒容器的长度；
设与紫外线照射时间Ta对应的消毒容器横截面半径的理论最小值为Ra，则：
所述步骤四中，所有紫外灯都是与消毒容器的轴线平行排列，紫外灯在消毒容器横截面上的排列规则是：在消毒容器横截面的中心点放置一根紫外灯，在以横截面中心点为圆心以ri为半径画的m个圆的圆周上均匀放置6i根紫外灯，在横截面上过中心点画一水平线，该水平线与上述各圆的交点为排列紫外灯的基准位置，其他紫外灯的位置以基准位置为准在各圆周上均匀排列；
m是紫外灯排列方案的重要数据，计算公式如下:
(2m-1)·a<Ra≤(2m+1)·a (4)
由式(4)可计算出m的值，当Ra≤a时，m＝0，表示只需要在圆心处布置一根紫外灯即可；
根据计算出m的值可以计算出各个圆的半径ri，计算公式如下：
ri＝i·2a i＝0,1,…,m (5)
由式(5)可知最大圆的半径rm等于m·2a；
设需要的紫外灯总数量为N，则：
N＝3m(m+1)+1 (6)。
所述步骤五中，确定紫外灯最佳排列方案的方法是：首先选择使用紫外灯数量最少的排列方案，当使用紫外灯数量相同时选择消毒容器横截面半径理论最小值最小的排列方案。
所述步骤五中，确定消毒容器的横截面半径的方法是：设消毒容器横截面的半径为R，则：
R＝(2m+1)a (7)。
采用本发明的优点在于：
1、本发明以单根紫外灯在水中与其灯管中心点不同距离处的紫外线强度为基础计算与紫外灯不同距离处的水流接受到的紫外线有效剂量，而不是采用紫外线消毒设备总功率对应的紫外线强度为基础进行计算，保证了计算结果的科学性和准确性，从而有效地保证了紫外线消毒设备中距离紫外灯最远处的水流接受到的紫外线有效剂量也能达到法规规定的最低剂量要求。
2、本发明考虑到实际中总是存在一些不确定的因素，比如同一厂家的同一批紫外灯也会有一定的误差、一根紫外灯发出的紫外线强度从一端到另一端并不是均匀分布的、紫外灯占据的空间致使消毒容器的有效体积减少、在消毒容器容器壁与紫外灯垂直距离以外位置的紫外线强度会减弱等等，在使用最低剂量要求进行计算时，在法规规定的最低剂量要求基础上乘以一个最低剂量安全系数，从而最大限度地消除各种不确定因素的影响。
3、本发明在计算紫外灯的紫外线有效剂量时，使用了老化系数和结垢系数的指标，从而使计算结果更可靠。
4、本发明能够从多种紫外灯排列方案中选择最佳排列方案，这充分体现了设计的灵活性和实用性，从而能够在保证消毒杀菌效果的情况下更有效地节约成本。
附图说明
图1是实施例2中采用型号为NNI300/147XL的紫外灯的计算结果图；
图2是实施例2中确定的紫外灯在消毒容器横截面的最佳排列方案图；
图中标记为：1、消毒容器管道壁，2、横截面中心点，3、紫外灯，4、排列紫外灯的水平线，5、排列紫外灯的圆周。
具体实施方式
实施例1
本发明公开了一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其包括以下步骤：
步骤一、在自来水中检测距离紫外灯灯管中心点不同距离处的紫外线强度，检测时先根据距离紫外灯灯管中心点距离的不同设置多个检测点，再检测得出每个检测点对应的紫外线强度，检测点距离紫外灯灯管中心点的距离在后期设计时将作为消毒容器中自来水距离紫外灯灯管中心点的最远垂直距离。
步骤二、根据步骤一的结果，计算自来水在距离紫外灯灯管中心点不同距离检测点处接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间，计算完成后得出在消毒容器中自来水在每一种最远垂直距离下接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间。
步骤三、根据步骤二的结果，结合紫外线消毒设备在使用场所的最大流量及确定的消毒容器的长度，计算对应消毒容器横截面积的理论最小值和对应消毒容器横截面半径的理论最小值。由于消毒容器中自来水在每一种最远垂直距离下所需要的照射时间是不同的，因此计算完成后，能够得出消毒容器中自来水在每一种最远垂直距离下需要对应使用的消毒容器横截面积的理论最小值和对应消毒容器横截面半径的理论最小值。
本步骤中，消毒容器为圆柱体形，消毒容器的长度根据紫外灯的长度确定，略微大于紫外灯的长度。
步骤四、根据步骤三的结果确定紫外灯在消毒容器中的排列方案和数量，具体来说，就是根据步骤三的结果，确定消毒容器中自来水在每一种最远垂直距离下所对应消毒容器中紫外灯的排列方案和数量。
步骤五、先根据紫外灯的数量确定最佳排列方案，再确定消毒容器的横截面半径。
下面结合公式对上述步骤进行具体说明：
所述步骤一中，灯管中心点指紫外灯灯管轴线的中点，检测点选在灯管的法线上，灯管的法线指过灯管中心点且垂直于灯管轴线的直线，紫外灯必须安装好石英套管后才能放于水中进行检测，新紫外灯必须运行100h后其检测数据才能用于后续计算；检测点与灯管中心点的垂直距离用a表示，在距离灯管中心点a处测得的紫外线强度用Ia表示。
所述步骤二中，设步骤一中检测点与灯管中心点的垂直距离为a，在距离灯管中心点a处测得的紫外线强度用Ia表示，设自来水在距离灯管中心点a处接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间为Ta，则：
式(1)中D0为国家标准GB/T 19837-2019中规定的用于生活饮用水消毒的紫外线消毒设备需要达到的最低剂量要求，即40mJ/cm2；K为最低剂量安全系数，取值范围为1.5～3，加大紫外线消毒设备需要达到的最低剂量要求，优选为2，可以最好的满足最低剂量要求，且一定程度上节约能效；K·D0就是安全紫外线有效剂量；CLH为紫外灯的老化系数；CJG为紫外灯石英套管的结垢系数。
所述步骤三中，设与紫外线照射时间Ta对应的消毒容器横截面积的理论最小值为Sa，则：
式(2)中Qmax表示紫外线消毒设备使用场所的最大流量，L表示确定的消毒容器的长度；
设与紫外线照射时间Ta对应的消毒容器横截面半径的理论最小值为Ra，则：
所述步骤四中，所有紫外灯都是与消毒容器的轴线平行排列，因此确定了紫外灯在消毒容器横截面上的排列方案就确定了紫外灯在消毒容器内的安装位置，紫外灯在消毒容器横截面上的排列规则是：在消毒容器横截面的中心点放置一根紫外灯，在以横截面中心点为圆心以ri为半径画的m个圆的圆周上均匀放置6i根紫外灯，采用7i会造成浪费，采用5i在设计和安装时不便，而采用4i会产生照射不到的死角，而采用6i克服了上述不足；在横截面上过中心点画一水平线，该水平线与上述各圆的交点为排列紫外灯的基准位置，其他紫外灯的位置以基准位置为准在各圆周上均匀排列；
m是紫外灯排列方案的重要数据，计算公式如下:
(2m-1)·a<Ra≤(2m+1)·a (4)
由式(4)可计算出m的值，当Ra≤a时，m＝0，表示只需要在横截面中心点处布置一根紫外灯即可；
根据计算出m的值可以计算出各个圆的半径ri，计算公式如下：
ri＝i·2a i＝0,1,…,m (5)
由式(5)可知最大圆的半径rm等于m·2a；
设需要的紫外灯总数量为N，则：
N＝3m(m+1)+1 (6)。
所述步骤五中，确定紫外灯最佳排列方案的方法是：首先选择使用紫外灯数量最少的排列方案，当使用紫外灯数量相同时选择消毒容器横截面半径理论最小值最小的排列方案。
所述步骤五中，确定消毒容器的横截面半径的方法是：设消毒容器横截面的半径为R，则：
R＝(2m+1)a (7)。
本发明采用上述特定的技术方案，能够在满足最大用水流量的要求下确定紫外灯在消毒容器中的最优排列方案，并以此确定消毒容器的横截面大小，解决了现有紫外线消毒设备不确定能否达到国家标准中规定的最低剂量要求的难题，最大限度地降低了紫外线消毒设备不能有效发挥消毒杀菌作用的风险，为饮用水安全提供了有效的保障。
实施例2
本实施例为在实施例1的基础上结合具体实际数据作进一步描述，具体如下：
步骤一、在自来水中检测距离紫外灯灯管中心点不同距离检测点处的紫外线强度。
本步骤中，紫外灯选择贺利氏特种光源有限公司生产的UVC输出功率为105W、型号为NNI300/147XL的低压高强度紫外灯，石英套管为佛山柯维光电股份有限公司生产的产品。
灯管中心点指紫外灯灯管轴线的中点，检测点选在灯管的法线上，灯管的法线指过灯管中心点且垂直于灯管轴线的直线；在紫外灯外面安装好石英套管后将其放于特制的水槽中启动运行，100小时后检测距离灯管中心点不同距离处的紫外线强度，紫外线强度计选用深圳市林上科技有限公司生产的专门检测水中紫外线强度的专用传感器；检测点与灯管中心点的垂直距离用a表示，在距离灯管中心点a处测得的紫外线强度用Ia表示，a分别选择为4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm和12cm、每个检测点检测10次紫外线强度，每次检测间隔2分钟，取10次检测结果的算术平均值作为该检测点的紫外线强度，最终结果见图1。
步骤二、根据步骤一的结果，计算自来水在距离紫外灯灯管中心点不同距离处接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间。
本步骤中，设自来水在距离灯管中心点a处接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间为Ta，则：
式(1)中D0为国家标准GB/T 19837-2019中规定的用于生活饮用水消毒的紫外线消毒设备需要达到的最低剂量要求，即40mJ/cm2；K为最低剂量安全系数，本实施例选择为2；K·D0就是安全紫外线有效剂量；CLH为紫外灯的老化系数，本实施例选择为0.5；为紫外灯石英套管的结垢系数，本实施例选择为0.6；根据不同Ia计算出Ta的结果见图1。
步骤三、根据步骤二的结果，结合紫外线消毒设备在使用场所的最大流量及确定的消毒容器的长度，计算对应消毒容器横截面积的理论最小值和对应消毒容器横截面半径的理论最小值。
本步骤中，设与紫外线照射时间Ta对应的消毒容器横截面积的理论最小值为Sa，则：
式(2)中Ta意义同前，Qmax表示紫外线消毒设备使用场所的最大流量，本实施例为32m3/h，乘以106/3600是为了将单位换算为cm3/s；L表示确定的消毒容器的长度，本实施例选择为100cm；根据不同Ta计算出Sa的结果见图1。
设与紫外线照射时间Ta对应的消毒容器横截面半径的理论最小值为Ra，则：
根据不同Ta计算出Ra的结果见图1。
步骤四、根据步骤三的结果确定紫外灯在消毒容器中的排列方案和数量，具体来说，就是根据步骤三的结果，确定消毒容器中自来水在每一种最远垂直距离下所对应消毒容器中紫外灯的排列方案和数量。
本步骤中，所有紫外灯都是与消毒容器的轴线平行排列，因此确定了紫外灯在消毒容器横截面上的排列方案就确定了紫外灯在消毒容器内的安装位置，紫外灯在消毒容器横截面上的排列规则是：在消毒容器横截面的中心点放置一根紫外灯，在以横截面中心点为圆心以ri为半径画的m个圆的圆周上均匀放置6i根紫外灯，在横截面上过中心点画一水平线，该水平线与上述各圆的交点为排列紫外灯的基准位置，其他紫外灯的位置以基准位置为准在各圆周上均匀排列；
m是紫外灯排列方案的重要数据，计算公式如下:
(2m-1)·a<Ra≤(2m+1)·a (4)
由式(4)可计算出m的值，当Ra≤a时，m＝0，表示只需要在横截面中心点处布置一根紫外灯即可；根据不同Ra计算出对应m的结果见图1；
根据计算出m的值可以计算出各个圆的半径ri，计算公式如下：
ri＝i·2a i＝0,1,…,m (5)
由式(5)可知最大圆的半径rm等于m·2a；
设需要的紫外灯总数量为N，则：
N＝3m(m+1)+1 (6)
根据不同m计算出对应N的结果见图1。
步骤五、先根据紫外灯的数量确定最佳排列方案，再确定消毒容器的横截面半径。
确定紫外灯最佳排列方案的方法是：首先选择使用紫外灯数量最少的排列方案，当使用紫外灯数量相同时选择消毒容器横截面半径理论最小值最小的排列方案。
本步骤中，从图1可知，当a＝9cm、a＝10cm和a＝12cm时使用紫外灯的数量最少，均为7根；由于a＝9cm时消毒容器横截面半径的理论最小值更小，故选择a＝9cm时紫外灯的排列方案作为紫外灯的最佳排列方案，即在中心点放置一根紫外灯，在半径为18cm的圆周上均匀放置6根紫外灯，具体排列方案如图2所示。其中，图中的圆形外框表示消毒容器管道壁1，消毒容器管道壁1内的圆表示紫外灯3，消毒容器管道壁1内的横向虚线表示排列紫外灯的水平线4，消毒容器容器壁1内的虚线圆周表示排列紫外灯的圆周5。
确定消毒容器的横截面半径的方法是：设消毒容器横截面的半径为R，则：
R＝(2m+1)a＝(2×1+1)×9＝27(cm) (7)
计算结果表示消毒容器横截面半径为27cm。
此外，使用深圳市林上科技有限公司生产的型号为LS125的辐照计对图2中A点处的紫外线强度进行检测，A点为垂直于排列紫外灯的圆周5上相邻两个紫外灯3连线中点且与消毒容器管道壁1内壁靠近处的检测点，检测结果为11.7mW/cm2，大于所选设计方案的最低紫外线强度9.7mW/cm2，从而该点在最大流量情况下也能满足国家标准GB/T 19837-2019《城镇给排水紫外线消毒设备》中紫外线有效剂量不应低于40mJ/cm2的要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (7)
1.一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在自来水中检测距离紫外灯灯管中心点不同距离检测点处的紫外线强度；
步骤二、根据步骤一的结果，计算自来水在距离紫外灯灯管中心点不同距离处接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间；
步骤三、根据步骤二的结果，结合紫外线消毒设备在使用场所的最大流量及确定的消毒容器的长度，计算对应消毒容器横截面积的理论最小值和对应消毒容器横截面半径的理论最小值；
步骤四、根据步骤三的结果确定紫外灯在消毒容器中的排列方案和数量；
步骤五、先根据紫外灯的数量确定最佳排列方案，再确定消毒容器的横截面半径。
2.根据权利要求1所述的一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其特征在于，步骤一中，灯管中心点指紫外灯灯管轴线的中点，检测点选在灯管的法线上，灯管的法线指过灯管中心点且垂直于灯管轴线的直线；紫外灯必须安装好石英套管后才能放于水中进行检测，且新紫外灯必须运行100h后其检测数据才能用于后续计算。
3.根据权利要求1所述的一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其特征在于，自来水在距离灯管中心点a处接收到安全紫外线有效剂量所需要的照射时间为Ta，则：
其中，D0为国家标准GB/T 19837-2019中规定的用于生活饮用水消毒的紫外线消毒设备需要达到的最低剂量要求，即40mJ/cm2；K为最低剂量安全系数，取值范围为1.5～3；K·D0就是安全紫外线有效剂量；CLH为紫外灯的老化系数；CJG为紫外灯石英套管的结垢系数，Ia表示在距离灯管中心点a处测得的紫外线强度。
4.根据权利要求3所述的一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其特征在于，K取值为2。
5.根据权利要求3或4所述的一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其特征在于，步骤三中，与紫外线照射时间Ta对应的消毒容器横截面积的理论最小值为Sa，则：
其中，Qmax表示紫外线消毒设备使用场所的最大流量，L表示确定的消毒容器的长度；
与紫外线照射时间Ta对应的消毒容器横截面半径的理论最小值为Ra，则：
6.根据权利要求4所述的一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其特征在于，步骤四中，所有紫外灯都是与消毒容器的轴线平行排列，紫外灯在消毒容器横截面上的排列规则是：在消毒容器横截面的中心点放置一根紫外灯，在以横截面中心点为圆心以ri为半径画的m个圆的圆周上均匀放置6i根紫外灯，在横截面上过中心点画一水平线，该水平线与上述各圆的交点为排列紫外灯的基准位置，其他紫外灯的位置以基准位置为准在各圆周上均匀排列；m计算公式如下:
(2m-1)·a<Ra≤(2m+1)·a； (4)
计算出m的值，当Ra≤a时，m＝0，表示只需要在横截面中心点处布置一根紫外灯即可；
根据计算出m的值可以计算出各个圆的半径ri，计算公式如下：
ri＝i·2a i＝0,1,…,m (5)
由式(5)可知最大圆的半径rm等于m·2a；
设需要的紫外灯总数量为N，则：
N＝3m(m+1)+1。 (6)
7.根据权利要求4所述的一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法，其特征在于，步骤五中，确定消毒容器的横截面半径的方法是：设消毒容器横截面的半径为R，则：
R＝(2m+1)a。 (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010898124.1A CN114105248B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010898124.1A CN114105248B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114105248A true CN114105248A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114105248B CN114105248B (zh) | 2023-01-31 |
Family
ID=80360159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010898124.1A Active CN114105248B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114105248B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5952663A (en) * | 1997-07-22 | 1999-09-14 | Infilco Degremont, Inc. | Apparatus for improving UV dosage applied to fluids in open channel UV disinfection systems |
| JP2000140888A (ja) * | 1998-11-16 | 2000-05-23 | Miyaji Kaken:Kk | 汚水の浄化・殺菌処理方法及び装置 |
| US20080203004A1 (en) * | 2005-11-02 | 2008-08-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultraviolet irradiation water treatment apparatus |
| CN203699969U (zh) * | 2014-03-05 | 2014-07-09 | 上海市自来水市北有限公司 | 一体化管道式二次供水紫外消毒装置 |
| CN105417626A (zh) * | 2015-12-27 | 2016-03-23 | 天津川川智能科技有限公司 | 一种水处理紫外消毒装置 |
| CN205258071U (zh) * | 2015-12-16 | 2016-05-25 | 广州创领水产科技有限公司 | 紫外线消毒处理器 |
| CN109110990A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-01 | 苏州新工环境工程技术有限公司 | 基于芬顿技术的污水处理系统及其处理方法 |
| CN109928457A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-06-25 | 重庆昕晟环保科技有限公司 | 一种智能控制的二次供水紫外光催化氧化消毒系统 |
| CN111547810A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-18 | 重庆昕晟环保科技有限公司 | 一种二次供水紫外消毒设备紫外灯及消毒容器的设计方法 |
-
2020
- 2020-08-31 CN CN202010898124.1A patent/CN114105248B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5952663A (en) * | 1997-07-22 | 1999-09-14 | Infilco Degremont, Inc. | Apparatus for improving UV dosage applied to fluids in open channel UV disinfection systems |
| JP2000140888A (ja) * | 1998-11-16 | 2000-05-23 | Miyaji Kaken:Kk | 汚水の浄化・殺菌処理方法及び装置 |
| US20080203004A1 (en) * | 2005-11-02 | 2008-08-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultraviolet irradiation water treatment apparatus |
| CN203699969U (zh) * | 2014-03-05 | 2014-07-09 | 上海市自来水市北有限公司 | 一体化管道式二次供水紫外消毒装置 |
| CN205258071U (zh) * | 2015-12-16 | 2016-05-25 | 广州创领水产科技有限公司 | 紫外线消毒处理器 |
| CN105417626A (zh) * | 2015-12-27 | 2016-03-23 | 天津川川智能科技有限公司 | 一种水处理紫外消毒装置 |
| CN109110990A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-01 | 苏州新工环境工程技术有限公司 | 基于芬顿技术的污水处理系统及其处理方法 |
| CN109928457A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-06-25 | 重庆昕晟环保科技有限公司 | 一种智能控制的二次供水紫外光催化氧化消毒系统 |
| CN111547810A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-18 | 重庆昕晟环保科技有限公司 | 一种二次供水紫外消毒设备紫外灯及消毒容器的设计方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘美丽等: "灯管布置方式对管式紫外消毒器性能的模拟研究", 《北京石油化工学院学报》 * |
| 李绍秀等: "明渠水下照射式紫外线消毒系统的设计", 《中国给水排水》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114105248B (zh) | 2023-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102276014B (zh) | 一种快速运行并高效消毒的紫外消毒方法及其装置 | |
| EP1322341A1 (en) | Ultraviolet fluid disinfection system and method | |
| EP1365814A2 (en) | Ultraviolet wastewater disinfection system and method | |
| CN111547810B (zh) | 一种二次供水紫外消毒设备内紫外灯的排列方法 | |
| CN201442894U (zh) | 新型紫外消毒装置 | |
| CN109095679B (zh) | 一种处理抗生素抗性菌和抗性基因的饮用水消毒净化系统及其工艺 | |
| CN114105248B (zh) | 一种二次供水圆柱体形紫外消毒容器的设计方法 | |
| CN203545727U (zh) | 一种主动式紫外线污水处理系统 | |
| CN201288075Y (zh) | 一种带有组合式独立腔体的紫外线杀菌器 | |
| CN201914944U (zh) | 一种紫外线杀菌装置 | |
| CN212315627U (zh) | 一种腔体式紫外线消毒器 | |
| CN101718474A (zh) | 太阳能热水-紫外灯杀菌装置 | |
| CN215667236U (zh) | 一种低压中压一体化紫外线设备 | |
| Sobotka | The efficiency of water treatment and disinfection by means of ultraviolet radiation | |
| CN114229953B (zh) | 腔体式紫外消毒器的紫外线剂量计算方法 | |
| CN113666452A (zh) | 一种用于二次供水紫外消毒的长方体形消毒容器 | |
| CN108569744A (zh) | 一种用于循环养殖污水处理的紫外线杀菌装置 | |
| CN111943314A (zh) | 一种腔体式紫外线消毒器 | |
| CN107129003A (zh) | 杀菌器 | |
| CN213141472U (zh) | Uv杀菌机进出水管路保护装置 | |
| CN209853785U (zh) | 一种用于生活饮用水净化的紫外线杀菌器 | |
| CN207361834U (zh) | 杀菌器 | |
| CN201777913U (zh) | 一种具有导流板的紫外线消毒装置 | |
| CN201777912U (zh) | 一种灯管交错排布的紫外线消毒装置 | |
| CN103145215A (zh) | 主动式紫外线污水处理系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |