高新环形结构紫外消毒反应器技术

高新环形结构紫外消毒反应器技术

本发明涉及消毒设备技术领域,特别是一种环形结构紫外消毒反应器。

背景技术:

紫外线uv为波长在100nm至400nm之间的电磁波,根据不同的波段,uv可划分为uva、uvb、uvc——uva,波长较长,介于320-400nm;uvb,波长居中,介于280-320nm;uvc,波长介于100-280nm,本发明主要采用uvc进行消毒,具体波段特指240nm~280nm。与传统的二氧化氯法、臭氧法、膜过滤法等比较,紫外消毒技术具有较突出的特点。当水中细菌、病毒、藻类生物等受到一定剂量的uvc照射后,使其细胞的dna,rna结构被破坏,细胞无法再生,细菌病毒丧失自我复制的能力,从而达到杀菌消毒的目的。在消毒过程中,不需添加任何化学物质,不会在水体中产生或留下任何有毒物质,不产生二次污染,运行安全可靠。

根据已有的实验数据表明,虽然260nm的uv-led光源对dna的杀灭吸收效果处于峰值,但是275nm的uv-led光源具有更高的消毒效率,在相同的输入功率下,275nm的uv-led光源可以产生更强的杀菌强度,并可以能够发出比更短波长的光的近两倍的辐射输出功率,根据现有技术实验得知,275nm的uv-led光源放在反应器出水口一侧,可能会抑制细胞内酶的二聚体修复活性,增加光复活时间。

根据已有的实验数据表明,机械挡板或搅拌器等越靠近反应器进水口端处,对杀菌效率影响越大,反应器灭菌性能越好(ref增量较大),而在出水口设置机械挡板或搅拌器等,对反应器的灭菌效果影响较小(ref增量较小),ref可用作反应器灭菌性能的表示,ref越大紫外反应器杀菌性能越好。

对于现有的紫外反应器而言,普遍存在结构复杂、消毒效率较低的问题。

技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是:提供一种环形结构紫外消毒反应器,以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题,至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是:

一种环形结构紫外消毒反应器,包括环形反应器,所述环形反应器可透过紫外光材质制成,所述环形反应器设置有环形空腔,所述环形反应器包括出水口和进水口,所述进水口和出水口均与环形空腔相连通;所述环形反应器的壁面上设置有点辐射源,所述点辐射源为深紫外光源,所述环形反应器内设置有机械挡板。

通过上述方案,其所述的机械挡板,用于增加流体的停留时间。安装于点辐射源的透过环形反应器照射环形空腔内流动的液体,给环形空腔内的液体进行消杀。本方案的消杀效率高,结构简单。

作为上述技术方案的进一步改进,所述环形空腔内设置有内圆切面,所述内圆切面靠近进水口设置。

通过上述方案,在流体流经进水口处后,一部分流体将会与内圆切面相撞,产生两束与入口直径相平行的流动方向,在进水口处撞击过程,与进水口的轴向平行的流体速度瞬间降低,并在撞击后,流体再次不断与环形空腔进行撞击,增大了流体停留在环形空腔的时间。

作为上述技术方案的进一步改进,所述环形空腔的内表面涂覆有反射涂层。

作为上述技术方案的进一步改进,所述反射涂层的材质为聚四氟乙烯。

作为上述技术方案的进一步改进,所述机械挡板设置有多个,多个所述机械挡板绕环形反应器的中轴线环形分布。

作为上述技术方案的进一步改进,所述机械挡板设置有凹面,所述凹面的开口背离出水口且朝向靠近进水口的前一机械挡板。

通过上述方案,凹面的拦截面积更大,并且凹面的朝向能极大程度上给水流减速,从而能提高点辐射源的照射时间,使环形反应器对水流的消杀作用更强。

本发明的有益效果是:其所述的机械挡板,用于增加流体的停留时间。安装于点辐射源的透过环形反应器照射环形空腔内流动的液体,给环形空腔内的液体进行消杀。本方案的消杀效率高,结构简单。

本发明用于消毒设备技术领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然,所描述的附图只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明实施例的结构示意图;

图2是本发明实施例的a-a剖面示意图;

图3是本发明实施例的半剖结构示意图。

图中,1、点辐射源;2、内圆面;3、外圆面;4、进水口;5、出水口;6、机械挡板;7、内圆切面;8、外壳。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本发明保护的范围。另外,文中所提到的所有联接/连接关系,并非单指构件直接相接,而是指可根据具体实施情况,通过添加或减少联接辅件,来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征,在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1至图3,一种环形结构紫外消毒反应器,包括至少一个环形反应器,环形反应器的外壁设置有多个点辐射源1,优选的,点辐射源1在环形反应器外圆面3以及内圆面2上分布。点辐射源1均为深紫外光源。

所述的环形反应器,包括外壳8,一个进水口4、一个出水口5、一个环形空腔、多个点辐射源1、多个机械挡板6、内圆切面7等。流体通过进水口4可以形成两束流体流动方向,并最终在出水口5处互相碰撞汇合从出水口5流出。

所述的环形空腔的截面为z(z>=3)边形状,如圆形(z为∞),三角形(z=3)等各种形状,其优选的为截面为圆形(z为∞)。

环形反应器设置有外圆面3以及内圆面2,分别代表的是组成环形空腔的外壳8的两个不同弧面,外圆面3以及内圆面2的分界线是指以环形空腔的轴线为界,以平面圆环半径为方向远离圆环中心圆心一侧的环形反应器的外壳8弧面称为外圆面3,以平面圆环半径为方向靠近圆环中心圆心一侧的环形反应器的外壳8弧面称为内圆面2,外圆面3与内圆面2共同组成环形空腔的外壳8。

其环形反应器的外壳8具有无毒的、防漏等多种性能,且可以用作大量生产制造的材料,所述的材料可包括为铝、聚合物高分子、陶瓷等。优选的采用3d打印制作而成。且外壳8的内壁涂覆有经过uv紫外光的照射或反射能产生杀菌作用的材料。

任选的,进水口4与出水口5之间可具有多个环形反应器且多个环形反应器的环形空腔分别与进水端和出水端相连通。

机械挡板6安置于环形空腔内,机械挡板6设置有多个,多个机械挡板6绕环形反应器的中轴线环形分布,用于增加流体停留在环形空腔的时间。环形空腔内壁以及机械挡板6上均涂有具有朗伯散射材料。

其所述的机械挡板6用于增加停留在环形空腔的时间的方法包括制造n个凹部(n>=1)等。

本发明的核心思想在于,提出了一种区别于传统的紫外水消毒方式,本发明能够有效增加流体停留于环形空腔的时间,并且可通过优化点辐射源1与机械挡板6的布局安排,提高杀毒效率。

本发明涉及了点辐射源1对流体中的细菌、病毒的进行消毒的模型系统,并将其进行优化处理。

在两种不同的测试模拟情况下,一种是相同数量以及相同间隔下的相同规格的uv-led光源分布于进水口4,出水口5无uv-led光源。一种是相同数量以及相同间隔下的相同规格的uv-led光源分布于出水口5,进水口4处无uv-led光源,其他变量均一致,得出在后者明显高于前者的杀菌效率。uv-led光源特指靠近进水口4的uv-led光源,uv-led光源特指靠近进水口4的uv-led光源。所以其所述的一个或多个点辐射源1,uv-led光源采用的是uvc波段的光源,其波段大致在200nm到280nm之间。其被安置于环形空腔的外圆面3以及内圆面2壁上。优选的,选择安置a个(a>=1)260nmuv-led光源在进水口4,b个(b>=a)275nmuv-led光源在出水口5,以便可以达到较优的杀毒使用效率。

在其中一个另外的实施例中,允许的反应器输入功率一定时,一般来说,环形反应器的输入功率的确定,同时也既是在一定的uv-led光源数量情况下,在出水口5放置uv-led光源的数量越多,经过出水口5后的流体微生物的数量就越少,但是将uv-led光源全放置于出水口5处杀毒效率反而会下降,因出水口5的流体停留时间总是有限的。

其所述的环形反应器,特征就在于流体在经过进水口4后分为了两个流动方向,其分别在出水口5处相互汇合,根据计算流体力学(cfd)的模拟运算,流体在出水口5处的相互冲击汇合与流体直接通过出水口5相比,流体在环形空腔内以及出水口5的停留时间明显增长,流体在出水口5停留时间的增长,结合出口处275nmuv-led光源的高效率杀毒优化模型,可明显提高杀菌效果。

同时,其所述的环形反应器的内圆面2,并不是一个完美的弧面,在正对着进水口4处的内圆面2处,有一个与入口直径相平行的平面与内圆面2相切而连,称为内圆切面7,其长度是入口直径的2~3倍,在流体流经进水口4处后,一部分流体将会与内圆切面7相撞,产生两束与入口直径相平行的流动方向,在进水口4处撞击过程,与进水口4的轴向平行的流体速度瞬间降低,并在撞击后,流体再次不断与环形空腔进行撞击,增大了流体停留在环形空腔的时间。

其所述的机械挡板6,用于增加流体的停留时间,其可采用“凹部”以及平面等。机械挡板6可采用聚四氟乙烯(ptfe)、石英、陶瓷等材料,优选的,采用3d打印与环形空腔共同相接吻合。机械挡板6越靠近进水口4端处,对杀菌效率影响越大,反应器灭菌性能越好(ref增量较大),而在出水口5设置机械挡板6,对反应器的灭菌效果影响较小(ref增量较小)。所以优选的,将n块(n>=1)机械挡板6放置于进水口4处,m块(m>=1,m<n)机械挡板6可放置于环形反应器其他部位。其机械挡板6在环形空腔内的朝向为“勺子形”的凹部,其每个机械挡板6因轴线方向的不同,而朝向不同,有容纳缓冲流体的作用,凹面的开口朝向靠近进水口4的前一机械挡板6。任选的,机械挡板6采用石英玻璃制成,石英玻璃能透过紫外线。

在其中另外一个实施例中,若在环形空腔内流通的是流体为水、过氧化氢的混合后的处理水后,在流体经过与内圆切面7撞击之后,并且与环形空腔内机械挡板6接触拌匀后,其水和过氧化氢能够得以充分混合,在经过环形空腔内,过氧化氢吸收了充分紫外线发生反应变化后,能够产生强氧化的羟基自由基(-oh),在水中,强氧化的(-oh)将会充分与水中各种难以被生物降解的有机物质发生反应形成可易被生物降解的有机物或者直接氧化为二氧化碳和水,根据过往的实验表明,其能够在提高对水中的微生物致死率的同时,并且清除水中的难以降解有机物。在工程实施时,可根据具体通入的不同流体或流体混合物以及处理规模,进行多个环形反应器进行叠加使用达到工程化的目的。

其环形空腔接触流体的腔内表面涂抹的理想的材料涂层应是能够对深紫外有着较高的反射率,最优选择为反射率为1.0的材料,并且有着一定的散射性质和理想朗伯性质,这能够很好的减少紫外线的损失。但在现实上存在1.0的反射率的材料是不存在的,然而目前存在一些材料反射率可以近似认为1.0,如下对三种常见材料进行分析对比。

聚四氟乙烯(ptef)为涂抹表面的散射材料,特别是存在高反射率金属外壳8中的低密度聚四氟乙烯(ptef)为标准的散射材料,在目前上看,聚四氟乙烯(ptef)可以近似认为其反射率为1.0的材料,是作为反射涂层的优选项。

而铝(al)作为uv-led光源的紫外光线的优良反射体,在目前技术甚至可以达到对uv光源反射比高达98%的百分比,相当接近于1.0的反射比,特别是涂有氟化镁的薄保护层外,其可不用再在使用过程需反复涂上铝来再生反射比,但是对氟化镁毒性的顾虑,需要在其加上一层不透水的密封层。

baso4涂层在300nm到1200nm的光谱范围内有着0.92到0.98的反射率,但在目前运用的深紫外uv波段在240nm~280nm之间,所以baso4涂层并不是一个优选项。

所以在环形空腔内的涂层材料优选采用聚四氟乙烯(ptef)或者铝与氟化镁的结合使用,其可以形成一层朗伯内散射表面,在机械挡板6也同样需要涂有一样的涂层,以保证紫外光源在环形空腔内的均匀照射。

根据本发明的技术方案,向环形反应器中通入含有大肠杆菌的水,使其充满整个环形空腔,通过计算表明环形反应腔的紫外剂量以及对紫外led灯(w=20mw/cm2)的需求量n。

考虑水的标准最大流率,例如水的标准最大流率为158ml/sec;

环形空腔的容积大小为v=πr2*2πr=2π2r2r,其r为环形空腔截面的半径,r为环形空腔的有效半径大小;

若该特定流率的水q经过容积为v的环形反应器,设大肠杆菌在腔体内存活时间为τ:τ=v/q;

本发明专利中,点辐射源1以及出进水口4的大小相比环形空腔具有很小的面积,故而点辐射源1面积与环形空腔内表面级之比可以忽略。

led功率为φ(单位为mw),环形空腔截面圆半径为r(单位为cm),环形空腔的有效半径是r(单位为cm),设空腔内表面反射比为z,一般的,我们认为空腔内部是朗伯的,发生的是漫反射,则每一个uvled照射或反射到空腔中的单位面积的剂量为:剂量=τ*(dφ/da)=(v/q)*((k*φ)/(1-k))*(1/s);

由d=n*剂量,假定杀灭水中单位体积的大肠杆菌需要的紫外剂量为d=9mj/cm2,在忽略进水口4与出水口5的面积的情况下,我们所需的led的数目(n)为:n=2q/rφ(单位:个);

假设使用的uvcled在正常工作情况下,具备辐射功率为20mw,对于球体内表面反射比k=90%。那么获得杀灭大肠杆菌所需剂量的led数目为:

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

技术特征:

1.一种环形结构紫外消毒反应器,其特征在于:包括环形反应器,所述环形反应器可透过紫外光材质制成,所述环形反应器设置有环形空腔,所述环形反应器包括出水口(5)和进水口(4),所述进水口(4)和出水口(5)均与环形空腔相连通;所述环形反应器的壁面上设置有点辐射源(1),所述点辐射源(1)为深紫外光源,所述环形反应器内设置有机械挡板(6)。

2.根据权利要求1所述的一种环形结构紫外消毒反应器,其特征在于:所述环形空腔内设置有内圆切面(7),所述内圆切面(7)靠近进水口(4)设置。

3.根据权利要求1所述的一种环形结构紫外消毒反应器,其特征在于:所述环形空腔的内表面涂覆有反射涂层。

4.根据权利要求3所述的一种环形结构紫外消毒反应器,其特征在于:所述反射涂层的材质为聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的一种环形结构紫外消毒反应器,其特征在于:所述机械挡板(6)设置有多个,多个所述机械挡板(6)绕环形反应器的中轴线环形分布。

6.根据权利要求5所述的一种环形结构紫外消毒反应器,其特征在于:所述机械挡板(6)设置有凹面,所述凹面的开口背离出水口(5)且朝向靠近进水口(4)的前一机械挡板(6)。

技术总结
本发明公开了一种环形结构紫外消毒反应器,包括环形反应器,所述环形反应器可透过紫外光材质制成,所述环形反应器设置有环形空腔,所述环形反应器包括出水口和进水口,所述进水口和出水口均与环形空腔相连通;所述环形反应器的壁面上设置有点辐射源,所述点辐射源为深紫外光源,所述环形反应器内设置有机械挡板。其所述的机械挡板,用于增加流体的停留时间。安装于点辐射源的透过环形反应器照射环形空腔内流动的液体,给环形空腔内的液体进行消杀。本方案的消杀效率高,结构简单。本发明用于消毒设备技术领域。

技术开发人、权利持有人:杨成双;范冰丰;谢嘉宁;洪泽楷;吴任凯;叶俊;张浩斌

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