用于控制紫外液體消毒的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于控制紫外液體消毒的系統(tǒng)和方法
[0001]背景
[0002]使用UV光源的紫外(UV)液體消毒系統(tǒng)已經(jīng)是長期已知的。微生物的滅活的程度或液體中的絕對微生物水平與被施用于微生物的UV劑量相關。UV劑量水平與UV光強度和暴露持續(xù)時間相關并且通常以毫焦耳每平方厘米的單位被測量或可選擇地作為微瓦秒每平方厘米(yW.s/cm2)被測量。UV消毒系統(tǒng)可以包括控制和監(jiān)視系統(tǒng)以控制和監(jiān)視消毒過程。
[0003]船只或大海船舶可以包括壓艙水罐以向船只提供穩(wěn)定性。壓艙水從圍繞船舶的水被栗送并且被容納在位于船舶的下部中的罐中以壓低船舶并且降低其重心。壓艙水的量可以在船只的航程期間或在當船只裝載或卸載船貨時的泊船期間被調(diào)整以平衡船只。從第一水區(qū)取得的壓艙水向第二水區(qū)的排放可以導致嚴重的環(huán)境問題。壓艙水排放典型地含有多種生物材料，包括植物、動物、病毒和細菌，包括非本地的、有害的和外來的物種，其導致對水生生態(tài)系統(tǒng)的廣泛的生態(tài)和經(jīng)濟的破壞。
[0004]國際的和國家的壓艙水規(guī)則要求船只在排放水之前過濾、消毒和滅活壓艙水中的生物材料。對于這樣的規(guī)則的一個實例在由美國海岸警衛(wèi)環(huán)境標準部(US Coast GuardEnvironmental standard divis1n)和國際海事組織(IMO)規(guī)定的壓艙水管理(BallastWater Management)中發(fā)現(xiàn)。
[0005]附圖簡述
[0006]被視為本發(fā)明的主題在說明書的結論部分中被特別地指出并且被清楚地要求保護。然而，本發(fā)明，關于組織以及操作方法兩者，連同其目的、特征和優(yōu)點，可以通過在與附圖共同地閱讀時參照以下的詳細描述被最好地理解，在附圖中:
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的示例性的水消毒系統(tǒng)的概念圖示；
[0008]圖2是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案的另一個示例性的水消毒系統(tǒng)的概念圖示；
[0009]圖3是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案的基于水的鹽度水平控制UV水消毒的方法的流程圖；
[0010]圖4是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案的控制UV水消毒的方法的流程圖；以及
[0011]圖5是有助于理解本發(fā)明的實施方案的示出在暴露于UV光之后在咸水和淡水中的微生物生活力的測量結果的圖。
[0012]將理解的是，為了圖示的簡單性和清楚性，在附圖中示出的要素不一定精確地或按比例繪制。例如，為了清楚性，要素中的某些的尺寸可以被相對于其他的要素放大。此外，如果被認為是合適的，那么參考數(shù)字可以在附圖之間重復以指示相應的或類似的要素。此夕卜，在附圖中描繪的模塊中的某些可以被組合為單個功能。
[0013]本發(fā)明的實施方案的詳細描述
[0014]在以下的詳細描述中，多種具體的細節(jié)被陳述以便提供本發(fā)明的徹底的理解。然而，本領域的普通技術人員將理解，本發(fā)明可以在沒有這些具體的細節(jié)的情況下被實踐。在其他的例子中，熟知的方法、程序、部件和電路可以未被詳細地描述以便不模糊化本發(fā)明。可以理解的是，本文公開的具體的結構和功能性的細節(jié)可以是代表性的并且不一定限制要求保護的主題的范圍。
[0015]本發(fā)明的某些實施方案包括UV液體消毒系統(tǒng)和基于待被消毒的水的鹽度水平控制UV消毒的方法。待被處理的水的鹽度水平可以被測量，并且然后，應當被施用于水以把水中的微生物滅活至期望的絕對微生物水平的期望的鹽度調(diào)整的UV劑量水平可以基于把不同的鹽度水平與相應的鹽度調(diào)整的UV劑量水平相關聯(lián)的預定數(shù)據(jù)被確定。例如，用于海水、微咸水和淡水的期望的UV劑量水平可以被存儲在消毒系統(tǒng)的存儲器中并且可以被消毒系統(tǒng)的處理器使用以根據(jù)測量到的鹽度水平確定期望的鹽度調(diào)整的UV劑量水平。
[0016]在某些實施方案中，被施用于水的實際的UV劑量可以被在線地監(jiān)視并且期望的UV劑量可以通過調(diào)整從UV光源發(fā)射的UV光的強度、UV源的數(shù)目和/或通過改變被處理的水的流量被設置。被施用于微生物的UV劑量是水的UV透射率(UVT)(其是水的清澈度的量度)、流量和被操作的燈的UV燈功率或數(shù)目的函數(shù)。如果UV透射率減少，UV劑量也減少。如果流量減少，UV劑量增加。如果UV燈功率增加或如果另外的UV燈被激活，那么UV劑量增加。
[0017]水中的鹽的量，在本文中被稱為鹽度，可以影響微生物對UV光的敏感性。通常，在較高的鹽度水平下，微生物可以對UV光是更敏感的并且據(jù)此，對于較高的鹽度水平，較低的UV劑量水平可以足以實現(xiàn)相對于較低的鹽度水平相同的絕對微生物水平。例如，比相對于可以被需要以滅活較甜的河水中的微生物的UV劑量水平的UV劑量更低的UV劑量水平可以被需要以滅活咸的海水中的微生物。
[0018]將理解的是，水消毒過程可以包括以下的滅活或除去:任何有機體、細菌、微生物(microorganism)、生物、動物、微生物(microbe)、病菌、病毒、有機污染物、非有機污染物、可氧化的毒物或污染物；任何生物的或化學的來源的累積的有害的物質(zhì)；被意圖氧化污染物和/或類似物的任何氧化性顆粒、片段或元素，例如過氧化氫或二氧化鈦。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案的UV消毒系統(tǒng)可以位于船只中以用于處理被容納在壓艙罐中的壓艙水。壓艙水可以從圍繞船只的水被栗送并且可以在被插入至壓艙罐之前被處理。此外，壓艙水可以在從船只被排放之前被處理以符合國際規(guī)則，例如，如在國際船舶壓艙水和沉積物控制與管理公約(Internat1nal Convent1n for the Control andManagement of Ships’Ballast Water and Sediments) (BffM)中指定的 IMO 規(guī)則或美國環(huán)境保護署(US Environmental Product1n Agency) (EPA)的美國規(guī)則。
[0020]壓艙水的鹽度水平可以根據(jù)水的來源變化。例如，海水可以具有高于32PSU的鹽度水平，微咸水可以具有在3-32PSU之間的鹽度水平并且河水可以具有低于3PSU的鹽度水平。PSU是無量綱的實用鹽標單位，把鹽度定義為水樣品與標準KCl溶液的電導率比率。根據(jù)本發(fā)明的實施方案的消毒系統(tǒng)可以被配置為以高效率的方式處理較咸的海水和較甜的微咸水或甚至淡水，例如，通過改變系統(tǒng)的工作參數(shù)(例如，UV光強度和/或水流量)。
[0021]現(xiàn)在參照圖1，其概念地圖示根據(jù)本發(fā)明的某些說明性的實施方案的示例性的消毒系統(tǒng)。消毒系統(tǒng)100可以包括用于攜帶待被消毒的流動的水的導管110和用于照射在導管110內(nèi)的水的至少一個UV源120。系統(tǒng)100可以還包括用于檢測水的鹽度水平的至少一個鹽度檢測器130和用于控制UV消毒過程的控制器140。雖然兩個UV源在圖1中被圖示，然而，本領域的技術人員將理解，要求保護的主題的實施方案可以用不同的數(shù)目的UV源被實踐。雖然一個鹽度檢測器在圖1中被圖示，然而，要求保護的主題的實施方案可以用位于消毒系統(tǒng)內(nèi)的其他的地點中的不同的數(shù)目的鹽度檢測器被實踐。
[0022]導管110可以具有用于接收水的入口 114和用于排放水的出口 116。導管110可以包括由任何抗腐蝕性材料制造的壁。在某些實施方案中，導管110的壁可以包含不是抗腐蝕的材料并且壁可以被抗腐蝕性覆層覆蓋。在某些實施方案中，導管110的壁可以至少部分地包含對UV輻射透明的材料例如石英。
[0023]一個或更多個UV源120可以產(chǎn)生具有合適的UV光譜的UV光。例如，UV源120可以包括一個或更多個UV燈，比如例如低壓力UV燈、中等壓力UV燈、發(fā)光二極管(LED)UV燈和/或被微波激發(fā)的UV燈。UV源120可以產(chǎn)生在殺菌光譜中的UV光以滅活水中的微生物。UV源120可以被浸沒在導管110中的水流中(如圖示的)或可以位于導管110的外偵U。在UV源120位于導管110外側的情況下，導管可以包括UV透明窗(未圖示)并且UV源120可以位于緊鄰UV透明窗，使得從UV源120發(fā)射的UV光可以進入導管110以消毒在導管110中的水流。
[0024]在某些實施方案中，UV源的陣列可以被安裝在導管110中。一個示例性的陣列可以包括容納UV源120的至少兩個UV透明的套筒(未圖示)。在某些實施方案中，UV源120可以位于導管110內(nèi)側(例如被浸沒)和導管110外側兩者。
[0025]鹽度檢測器130可以被配置以測量指示水中的鹽的量的值。例如，鹽度檢測器130可以測量水的電阻率并且指示鹽的量的值可以是測量到的電阻率。水的電阻率可以被在線地實時地測量。在又另一個實施例中，鹽度檢測器130可以包括總溶解固體(TDS)測量系統(tǒng)。TDS系統(tǒng)可以包括用于蒸發(fā)液體溶劑并且測量留下的殘留物的質(zhì)量的部件。TDS方法可以需要若干分鐘以接收鹽度水平。鹽度檢測器130可以位于導管110內(nèi)的各種地點中。例如，鹽度檢測器130可以位于入口 114周圍