[发明专利]用于流体的处理的方法、系统和设备

说明书

技术领域

本发明涉及出于减小有毒化学品和/或生物病原体暴露于人类、动物和自然环境的风险并且优选地使该风险最小化的目的而将紫外(UV)光用于透明或半透明液体、雾状或气态流体的处理。特别地，本发明适合但不限于饮用水处理、废水处理和工业过程用水的处理，例如适合用于半导体芯片制造的水。

背景技术

UV流体处理的当前的现有技术采用安装在流体经过的腔室中的汞气体填充管灯。每个腔室的灯的数量能够从1到超过200。对于单灯腔室，管常见地被取向为平行于流体流。对于多灯应用，灯和/或腔室通常被取向为垂直于流体流。腔室能够被平行安装以处理高流体流动速率。采用汞气体填充管灯所需的能量的量高并且昂贵。此外，这种灯不持久，以及必须被经常替换。

流体处理系统的现有技术需要经过灯的电流，该电流使汞蒸汽发射UV范围中的光(峰值在254纳米)。大约百分之十五的电能转换成光子。超过百分之八十五的电能被转换成该灯内部的热量。热量通过管表面被传输到流体中。如果流体是液体(例如，水)，则该热量能够产生矿物结垢问题。当温度增加时，几种常见的矿盐(诸如，硫酸钠和氢氧化钙)变得不太容易在水中溶解，使该问题更为严重。该系统是不理想的，因为每个灯必须被频繁地清洁以维持发射的UV的强度。

UV光从灯辐射到经过的流体中。由靠近腔室的壁的灯发射的光子的一定百分比的光子被在壁表面处的材料吸收。小于百分之百透明的流体吸收从灯发射的一定百分比的光子。透射比总是低于100％，甚至自来水能够具有低至90％的透射比。经过具有85％透射比的30cm宽水柱的UV光将会失去其强度的95％，如比尔定律所规定。对于处理流体常见的是在距灯一厘米的距离处吸收所发射的能量的百分之二十五。在半透明流体中，光子落到它被生物体的DNA核苷酸吸收的位置的概率是光子在处理腔室中行进的距离(光子路径长度)的函数。另外，从源发散的光的强度根据平方反比定律衰变。

到达正被处理的流体中的目标生物体的光子的一小部分(处于10^-6的量级)导致对该生物体的DNA的损害。这种损害灭活该生物体的生存力或繁殖功能。随着混浊度增加，UV光消毒有效性减少，这是由悬浮固体和溶解化合物引起的吸收、散射和遮蔽的结果。在2006美国环境保护局UV消毒指导手册中列出的UV的杀菌剂量是40mJ/cm²。用于处理流体(诸如，废水)的有效系统应该因此在整个处理区域上提供这个剂量的UV。应该理解，用于一些生物体的有效杀菌剂量(或特定化学处理所需的剂量)可相对于40mJ/cm²剂量显著变化。

本领域需要一种用于公共或私人用途的流体处理系统，该流体处理系统高效地并且有效地处理UV半透明流体并且优选地对UV半透明流体进行杀菌，是耐用、可靠、高效节能的，并且需要比现有系统更少的维护。类似地，本领域需要一种高效节能光化学处理。

发明内容

本发明提供一种用于流体的处理的设备，包括：流体腔室和布置在流体腔室的外围的至少一个紫外光单元，其中该至少一个紫外光单元包括紫外光引导元件和至少一个紫外线发光二极管，其中该紫外光引导元件被配置为在使用中对从至少一个紫外线发光二极管发射的光的至少一部分进行准直，使得从每个紫外光单元发射的紫外光线在第一方向上是平行的并且在第二方向上是非平行的，其中第二方向垂直于第一方向。

通过在一个方向上对光进行准直，光的光子路径长度被减小，由此减小与平方反比定率和比尔定律相关的能量损失。

优选地，紫外光引导元件被配置为在第二方向上会聚准直的紫外光。更优选地，紫外光引导元件被配置为会聚准直的紫外光以聚焦在流体腔室的中心轴线处或聚焦在流体腔室的中心轴线附近。

替代地，紫外光引导元件被配置为在第二方向上散射准直的光。

优选地，设备包括多个紫外光单元。优选地，该多个紫外光单元被布置成径向地围绕流体腔室的圆周或外围。优选地，该多个紫外光单元被布置在围绕该流体腔室的外围的一个或多个环中。优选地，紫外光单元的相邻的环以确保在使用中待处理流体的全部都均匀地暴露于UV光所需的量彼此偏移。

优选地，流体腔室是透明的。

优选地，至少一个紫外光单元被布置在流体腔室的外面。

UV LED在流体腔室的外部的布置提高了进行清洁、维护和替换的方便性。