饮用水紫外线消毒系统与方法技术方案

一种用于处理液体的紫外线消毒系统和方法，其包括一种利用至少一个不浸没在液体中的紫外线光源或灯有效地起作用的配置和设计，这提供对至少一个紫外线剂量区的曝露。紫外线光源可布置在垂直立管结构中，其中紫外线光源位于待处理液体上方，向下朝待处理液体投射一个紫外线剂量区并射入其中，且该液体向上朝紫外线光源方向流动。另一种情况是，紫外线光源可布置在非垂直立管结构中，其中紫外线光源位于蓄水池内液体的上方，并向下投射一个紫外线剂量区射入静止液体中。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本非临时性专利技术专利申请要求一个或多个在先提交的同时待审的非临时性申请的利益；对每份先前申请的参考，用这些申请的关系及申请号(系列码/顺序号)予以确定本申请是09/630245号申请的后续部分，其在此完整引入作为参考。
技术介绍
(1)专利
本专利技术总体上涉及一种用于紫外线消毒的系统及方法，更具体地说，涉及用于饮用水紫外线消毒的系统及方法。(2)现有技术描述紫外线作用机理利用紫外线(UV)进行水消毒处理在本领域中是众周所知的。位于杀菌波长的紫外线改变细胞中的遗传(DNA)物质，使得细菌、病毒、霉菌、藻类和其它微生物不能再繁殖。这些微生物被认为死了，并消除了由它们引起疾病的危险。水流经消毒系统中的紫外线灯时，这些微生物会受到致命剂量的紫外线能照射。紫外线剂量是以紫外线强度乘以在紫外线灯组中曝露时间的乘积度量的。微生物学家已经确定，破坏水中病原体及指示生物所需的紫外线能的有效剂量为约34,000毫瓦-秒/平方厘米。典型现有技术的消毒系统及设备发射的紫外线在约254钠米处，其可穿透微生物外层细胞膜、通过细胞体、到达DNA并改变微生物的遗传物质，通过使其丧失繁殖能力破坏它，而无需化学品。紫外线划分为三个波长范围UV-C，从约200纳米至约280纳米；UV-B，从约280纳米至约315纳米；以及UV-A，从约315纳米至约400纳米。一般而言，紫外线，具体地说，UV-C光是“杀菌的”，即它能够使细菌、病毒和其它病原体的DNA失去活性，并因此破坏它们增殖和引起疾病的能力，从而有效地导致微生物的不育。准确地说，UV“C”光通过在DNA中某些相邻基之间形成共价键，产生对微生物核酸的破坏作用。这些键的形成，阻止了DNA密码子用于复制的正确解读，从而该生物体既不能产生生命过程所必需的分子，也不能进行繁殖。事实上，当生物体不能产生这些必需的分子或不能复制时，它就死了。波长在大约250至大约260纳米之间的紫外线提供最强的杀菌效力。虽然对紫外线的敏感性不同，但曝露于大约20至大约34毫瓦-秒/平方厘米的紫外线能，足以使约99％的病原体失去活性。饮用水标准的规定曝露于病原体并不一定会导致疾病；饮用污染水是否会产生疾病，取决于摄入的病原体的类型和量以及这种水饮用者的健康(营养及免疫)状况。对包括病原体种类及数量在内的某些变量进行研究之后，世界卫生组织(WHO)确定了容许的水消毒系统所必须满足的性能标准。该标准要求，容许的水消毒系统必须能够处理每100毫升水中含有100,000CFUs(菌落形成单位)大肠杆菌(E.coli)的污染水，并产生每100毫升中含有低于一个CFU的出水。美国环保署(EPA)标准，如在国家基本饮用水规定(NationalPrimary Drinking Water Regulations，NPDWR)中所列，对某些细菌、原生动物及病毒的水平提出了具体要求。蓝氏贾第鞭毛虫(Giardialamblia)，一种原生动物，和所有病毒都必须是99.9％杀死或失活的。异养微生物不能超过每毫升500个菌落形成单位(CFU)。一个月内不超过5.0％的样品能够完全呈大肠菌阳性，且没有排泄物大肠菌存在。排泄物大肠菌和大肠杆菌是细菌，它们的存在表明水可能受到了人或动物粪便的污染。这些粪便中的微生物可能导致腹泻、痉挛、恶心、头痛等症状。现有技术典型地，通过紫外线曝露对水进行消毒的现有技术设备或系统，通常采用嵌在石英套筒中且悬置于被处理的水中的标准紫外线光源或灯。采用紫外线进行水消毒的优点包括下列只要根据给定的进水及流速，使用并适当布置适当数量的灯，无需使用化学品，如氯，来确保有效的水消毒；由于消毒过程中不需要化学品，因而不需要存储和/或搬运有毒化学品；不需要加热或冷却来确保消毒效果；因为可在水流经系统时对其进行处理，所以不需要蓄水箱或水池；过程中不浪费水；被处理水的pH值、化学成份或电阻系数不变；经紫外线照射消毒后，所有水生细菌和病毒的大约至少99.99％均被杀死；因而提高了使用该系统的安全性及其效能。如前所述，现有技术的紫外线水处理系统杀灭和除去未处理、受污染水源中的微生物及其它物质，并产生清洁、安全的饮用水。WaterHealth International的系统所采用的核心技术包括已获专利的非浸没式紫外光。此技术由WHI要求保护，是最新且经过检测的创新，由加州大学管理的美国能源部首要的国际知名实验室—劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)开发。此现有技术的系统产生的紫外线剂量可达120mJ/cm2，这是NSF国际要求38mJ/cm2的三倍以上，超过了世界卫生组织和美国环保署水质标准，可有效处理饮用水中的细菌、病毒和隐胞子虫。此外，在两个不同实验室进行的最新研究表明，10mJ/cm2或更小的紫外线剂量可使贾第鞭毛虫按4对数降低。根据此项研究，达到120mJ/cm2的紫外线剂量大大超过了使贾第鞭毛虫失活所需的剂量。WaterHealth International的系统所包括的其它组分可有效地处理一些特定问题，如混浊、淤泥、味道和各种化学品。现有技术中使用的紫外光源是典型地低压汞灯，只要系统中包括适当数量和配置的灯，即可有效地清除水中危险且致病的病毒与细菌，包括肠内原生动物，如隐胞子虫、贾第鞭毛虫及大肠杆菌。由于极冷或极热会影响该紫外线系统的性能，现有技术的紫外线消毒剂系统在水温处于大约华氏35度至大约110度之间时效果最佳。室温典型地在这个范围内。在紫外线水消毒系统的申请中，包括饮料业、污水处理和表面处理。举例说明，热装饮料、冷装啤酒及其它敏感性饮料均易受到容器内衬材料所带污染物的影响。霉菌是特别值得注意的，因为包装的顶部空间常常含有少量的氧气。中压紫外线可钝化霉菌孢子从而避免出现此类问题，包括生产及储存过程中会引起变色、味道异常或发出怪气味并缩短存放期限等饮料污染。紫外线消毒系统通过去除问题微生物而没有添加化学品及加热，解决了这些问题。采用紫外线进行城市用水消毒，避免了与化学品的贮存、运输和使用有关的问题以及与之有关的法规。紫外线有助于提高产品的保存期限，并允许加工者减小清洗水中的化学添加剂，而不会降低消毒的高水平。紫外线提供自备供水回路的非化学法微生物控制，而不会改变食物的味道、颜色或气味。对环境无害的紫外线消毒方法，是极少数不受法规限制、消费者/环保团体关注或高运行成本牵累的水处理方法之一。现有技术有关的问题一般而言，紫外线消毒是日常使用的饮用水消毒的安全可靠的方法，特别是得到其速度较快、成本低廉、无味且无嗅的形成的处理水。紫外线是世界卫生组织认可的饮用水消毒的方法(Guidelines forDrinking Water Quality，第1卷，世界卫生组织，日内瓦，瑞士，1993，第135页)。但是，紫外线消毒一般不建议用于水的长期储存。虽然紫外线消毒会把病原体水平降低到容许水平，但仍有极微量的微生物污染物不能通过紫外线照射来杀灭。一旦紫外线照射结束，消毒过程中存活的微生物可能继续复制。因而水及其它液体的长期储存需要持续消毒系统。保持水长期处于容许纯度的最常用方法是通过添加活性氯。遗憾的是，不断证实了，化学消毒中的有机化学副产品，特别是加氯处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理饮用水的紫外线消毒系统，该系统包括至少一个位于灯箱内并与电源连接用于从灯箱内产生紫外线输出的光源，该系统包括至少一个位于至少一个光源与从灯箱射出的紫外线输出之间的光学元件，从而产生一个聚焦的、可控制的紫外线输出，其中至少有一个紫外线剂量区用于对水中的微生物进行有效杀灭。

【技术特征摘要】
US 2000-11-28 09/723,6791.一种用于处理饮用水的紫外线消毒系统，该系统包括至少一个位于灯箱内并与电源连接用于从灯箱内产生紫外线输出的光源，该系统包括至少一个位于至少一个光源与从灯箱射出的紫外线输出之间的光学元件，从而产生一个聚焦的、可控制的紫外线输出，其中至少有一个紫外线剂量区用于对水中的微生物进行有效杀灭。2.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为一只灯。3.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为一只紫外线灯。4.依据权利要求3所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为一只光谱校准灯。5.依据权利要求3所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为无电极灯。6.依据权利要求3所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为一只卤化汞灯。7.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为一只光泵装置。8.依据权利要求7所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源发出的输出通过纤维光学传输线路传播。9.依据权利要求7所述的紫外线系统，其中纤维光学传输线路的第一端与灯箱输出连接，使来自灯箱的紫外线输出通过纤维光学传输线路并从第二端射出，使从纤维光学传输线路射出的紫外线输出投射入水中。10.依据权利要求8所述的紫外线系统，其中纤维光学线路含有丙烯酸纤维。11.依据权利要求8所述的紫外线系统，其中纤维光学线路含有玻璃纤维。12.依据权利要求8所述的紫外线系统，其中纤维光学线路含有液芯纤维。13.依据权利要求8所述的紫外线系统，其中纤维光学线路含有空心纤维。14.依据权利要求8所述的紫外线系统，其中纤维光学线路含有芯-护套纤维。15.依据权利要求8所述的紫外线系统，其中至少一个含液体装置通过纤维光学输出线路与光泵装置连接。16.依据权利要求1所述的紫外线系统，进一步包括无脏污灯箱，从而避免了为保证液体连续紫外线消毒而采取的清理工作。17.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中灯箱附着在蓄水池上，紫外线输出对蓄水池内所含基本不流动的蓄水进行消毒。18.依据权利要求17所述的紫外线系统，其中系统采用了非垂直立管结构。19.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中灯箱附着在含有流水的蓄水池上。20.依据权利要求2所述的紫外线系统，进一步包括一种垂直立管结构(VRC)，其中水以预定的速度向紫外线输出流动，从而当水接近光输出时，在水里产生不断增大的紫外线剂量。21.依据权利要求20所述的紫外线系统，其中界面区进一步包括至少一种添加剂，当液体流经界面区并流过表面区时，它影响液体的特性。22.依据权利要求21所述的紫外线系统，其中至少一种添加剂选自TiO2、WO2、ZnO、ZnS、SnO2及PtTiO2及其类似物。23.依据权利要求20所述的紫外线系统，其中垂直立管结构系统是便携式的。24.依据权利要求20所述的紫外线系统，其中垂直立管结构系统可根据具体应用进行缩放。25.依据权利要求20所述的紫外线系统，其中系统适应于移动连接至用于将水输送至末端用户输出的管路系统，从而能够在多个相应的末端用户输出处布置多套系统，以同时在多处提供消毒的净化水。26.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个光学元件选自反射体、快门、透镜、分光镜、分光反射体、级联反射体、调焦器、反光镜、刚性或柔性光导、均化器、混合棒、歧管及其它联接器、滤光镜、格栅、衍射器、色轮及纤维光学传输线路。27.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个光学元件为轴外光学元件。28.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个光学元件为梯度元件。29.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个光学元件能传送紫外线。30.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个光学元件能反射紫外线。31.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个光学元件包括纤维光学传输线路，其中线路第一端与灯箱输出连接，使来自灯箱的紫外线输出通过纤维光学传输线路并从第二端射出，使从纤维光学传输线路射出的紫外线输出投射入水中。32.依据权利要求26所述的紫外线系统，其中至少一个光学元件为将来自光源的光线通过灯箱上的输出点聚焦并射入水中进行消毒的透镜。33.依据权利要求32所述的紫外线系统，其中透镜为抛物线透镜。34.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线剂量区包括一个水-空气界面剂量区和一个可变的液内剂量区。35.依据权利要求1所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源位于待处理水的外部，从而对水里的微生物进行有效杀灭。36.一种用于处理饮用水的紫外线消毒系统，该系统包括至少一个位于待处理水外部和灯箱内部并与电源连接用于从灯箱内产生紫外线输出的光源，该系统包括至少一个位于至少一个光源与从灯箱射出的紫外线输出之间的光学元件，从而产生一个聚焦的、可控制的紫外线输出，其中至少有一个紫外线剂量区用于对水中的微生物进行有效杀灭。37.依据权利要求36所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为单只紫外线灯。38.依据权利要求36所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为一只光谱校准灯。39.依据权利要求36所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为无电极灯。40.依据权利要求36所述的紫外线系统，其中至少一个紫外线光源为一只卤化汞灯。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：I霍顿，K加勒特，
申请(专利权)人：远光公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]