本发明涉及抑制藻生长的技术，特别涉及一种l型紫外辐照抑藻装置。
背景技术：
人类的生产和生活会产生大量含氮、含磷等营养物质，它们进入湖泊、水库等水体，会引起藻类和浮游植物的快速繁殖，导致水体中鱼、贝及其他水生生物大量死亡，水生生物多样性和稳定性降低，导致水质恶化，进而引起水体的富营养化。我国的主要河流，如长江、黄河、珠江、松花江等以及一些大型湖泊，如太湖、鄱阳湖、巢湖、东湖和滇池等均出现过藻类繁殖而爆发水华现象。水华的产生会带来严重的水体污染，爆发的水华会导致水体缺氧，导致鱼、虾、贝类等水生生物窒息死亡；水华会在水体表层产生藻悬浮层，导致水体透明度降低。在藻生长过程中也会产生各种有异味的次生代谢产物，该产物会散发异味，使得水体腥臭难闻；所产生的次级代谢产物有一些是有毒物质，如生物碱、多肽和脂多糖等三类，对水生生物、水禽、家畜以及人类均有毒害作用。产生的水华也会加重生活饮用水和工业用水的处理成本。
目前对藻类的抑制及灭活处理有生物、化学及物理等方法。常用的物理方法有过滤方法、投加黏土、超声波和紫外辐照技术等。紫外辐照技术，是通过紫外线产生的能量导致藻体内有机物质灼伤或变异，达到抑制藻的效果，该方法已广泛应用于污水和饮用水的消毒，但用于抑制水华藻类生长以及预防水华发生的相关研究和实践尚不成熟，主要有以下几个方面的缺点：
(1)藻液浊度及水中悬浮物对紫外辐照抑制藻生长有较大影响，降低紫外灯的抑藻效果。
(2)长时间运行紫外灯辐照时，紫外灯罩容易结垢，藻体容易沉降附着在灯罩上，影响紫外光的透出及抑藻效果。
(3)常规的静态紫外辐照抑藻装置，在提供持续的辐照运行时，藻容易凝聚沉降，在紫外灯罩上沉积，而且由于缺少流动混合，导致远离紫外灯的光辐照暗区，藻灭活效果差，而距紫外灯较近的藻因受到的辐照过强，细胞会破裂，细胞内含物外泄产生二次污染，不利于对藻的均匀抑制和灭活。
上述的缺点降低了紫外辐照技术对藻类的抑制处理效果，不利于在水华发生前，对水华藻的抑制，在一定程度上也不利于对水华的提前预防。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于紫外辐照的、便携式、实验室及户外使用的l型紫外辐照抑藻装置，其可以通过抑制水华藻的生长，达到预防水华的目的。
本发明的主要技术方案如下：
一种l型紫外辐照抑藻装置，包括壳体、紫外灯组件、磁吸式清洗组件、进液口、出液口和泄液口；所述紫外灯组件沿所述壳体的长度方向安装在所述壳体内的中部位置，所述磁吸式清洗组件套设在所述紫外灯组件外部；所述进液口设置在所述壳体的第一端端部的中部位置，所述出液口设置在靠近所述壳体的与所述第一端相对的第二端端部的所述壳体上，所述泄液口设置在所述壳体上，所述进液口和所述出液口连通，液体从所述进液口进入流经所述壳体的长度方向并从所述出液口流出，在所述壳体内形成l型的液流流向。
本发明的有益效果包括：
本发明通过内置的紫外灯组件辐照来抑制藻生长，是一种静态和动态辐照处理结合的处理方式，可在运行时实时清除透明灯罩外壁附着的藻，保证紫外光的透出和良好的抑藻效果，可避免连续运行时因藻液混合不均导致的藻灭活不均匀，本发明可长期连续运行，实现抑制藻生长。具体地：
1、进液方向沿着透明灯罩(或壳体)的轴向，壳体内的藻液在沿着透明灯罩(或壳体)的轴向上均匀流动，并从出液口出，在壳体内形成l型流向，可对藻进行最大限度的灭活抑制。进一步地，在设计的l型流入流出的液流驱动下，通过泵给定中低流量(1500ml/min～3500ml/min)时，微藻颗粒可在装置内均匀分布，所受的辐照剂量可以以中等剂量(10～15mws·cm-2)为主，可避免灼伤并刺破藻壁，导致细胞内液外泄。
2、对装置内的透明灯罩的清洗简单快捷，清洗过程不需拆开装置，在装置运行时，由外部控制即可完成内置的透明灯罩的清洗，保证紫外灯光良好的透出及抑藻效果。
3、进液口和出液口之间的连通实现了壳体内藻液的内循环，实现了对藻液的动态灭活处理，可防止传统静置处理时的藻沉降导致的距离紫外灯近的藻受辐照过多而灼伤细胞壁的问题，通过控制藻液在装置内的循环流速及停留时间，可实现快速高效的藻灭活。
附图说明
图1是本发明优选实施方式中的l型紫外辐照抑藻装置的侧视图；
图2是本发明优选实施方式中的l型紫外辐照抑藻装置在安装磁吸式清洗组件位置处的截面图；
图3是本发明优选实施方式中的l型紫外辐照抑藻装置内的颗粒移动轨迹随时间分布示意图；
图4是本发明优选实施方式中的l型紫外辐照抑藻装置的紫外灯辐照强度空间分布示意图；
图5a-5c是本发明优选实施方式中的不同流量下l型紫外辐照抑藻装置内的粒子所受的辐照剂量分布图；
图6是本发明优选实施方式中的l型紫外辐照抑藻装置内的紫外灯辐照强度对低浓度(2.6～2.7×105cells·ml-1)的铜绿微囊藻培养期间藻细胞密度对数减少的紫外灯辐照强度-效应关系曲线；
图7是本发明优选实施方式中的l型紫外辐照抑藻装置内的紫外灯辐照强度对高浓度(9.0×105～1.15×106cells·ml-1)的铜绿微囊藻培养期间藻细胞密度对数减少的紫外灯辐照强度-效应关系曲线；
图8是采用本发明优选实施方式中的l型紫外辐照抑藻装置对铜绿微囊藻和鱼腥藻的抑制效果图。
具体实施方式
下面结合实施案例和附图对本发明的进行详细说明。
本发明提供一种l型紫外辐照抑藻装置，其包括壳体、紫外灯组件、磁吸式清洗组件、进液口、出液口和泄液口；所述紫外灯组件沿所述壳体的长度方向安装在所述壳体内的中部位置，所述磁吸式清洗组件套设在所述紫外灯组件外部；所述进液口设置在所述壳体的第一端端部的中部位置，所述出液口设置在靠近所述壳体的与所述第一端相对的第二端端部的所述壳体上，所述泄液口设置在所述壳体上，所述进液口和所述出液口连通，液体从所述进液口进入流经所述壳体的长度方向并从所述出液口流出，在所述壳体内形成l型的液流流向。
在一些实施方式中，l型紫外辐照抑藻装置还可以优选以下中的一种或在不冲突的情况下的任意组合：
所述紫外灯组件包括透明灯罩、支撑架、底座、电源线、紫外灯管，所述透明灯罩的前端密封，所述底座密封连接在所述透明灯罩的后端，所述紫外灯管设置在所述透明灯罩内，所述电源线的一端在所述透明灯罩内与所述紫外灯管连接，另一端穿出所述壳体，所述支撑架连接在所述壳体内并与所述透明灯罩连接，所述磁吸式清洗组件套设在所述透明灯罩外部。
所述壳体为圆柱状，还包括法兰连接件，一个法兰连接件连接在所述壳体的第一端，另一个法兰连接件连接在所述壳体的第二端，所述进液口设置在所述壳体的第一端的法兰连接件的中部位置；所述壳体的内部和/或外部均匀涂覆有防紫外线的涂层。
所述磁吸式清洗组件包括支架、设在所述支架内的刮刷、以及与所述支架连接的磁性构件，所述刮刷的形状与所述透明灯罩匹配并套设在所述透明灯罩外部。
所述出液口设置在靠近所述壳体的第二端端部的所述壳体上部，所述泄液口设置在与所述出液口相对的所述壳体的下部；所述出液口位于所述底座和所述壳体的第二端之间。
所述透明灯罩的前端与所述壳体第一端的距离等于所述透明灯罩后端上的底座与所述壳体第二端的距离，该距离为透明灯罩的半径的1～2.5倍。
所述透明灯罩位于所述壳体内的中心处，所述透明灯罩的外侧壁与所述壳体内侧壁的距离为d，透明灯罩的半径为r，满足：r<d<4r。
所述支撑架包括第一支撑架和第二支撑架，其中，第一支撑架靠近所述底座，并在距离所述底座1-2倍所述透明灯罩半径的位置；第二支撑架靠近所述透明灯罩的前端，并在距离所述透明灯罩的前端1-2倍所述透明灯罩半径的位置。
所述磁吸式清洗组件还包括磁性手柄，所述磁性手柄具有与所述壳体的外部形状相匹配的形状，当将所述磁性手柄与所述壳体外部接触时，通过移动所述磁性手柄使其与设在所述壳体内的磁性构件相吸配合，使得所述支架和刮刷沿着所述透明灯罩的长度方向移动。
所述支架和刮刷均为圆环状，所述刮刷为橡胶刮条。
所述进液口和所述出液口之间通过泵和管连通，在所述泵和所述进液口之间靠近所述进液口的位置处还设有第一阀门，在所述进液口和所述出液口之间还连接有流量计，在所述进液口的前方的初始藻液的进液方向上还设有第二阀门。
以下通过一个具体实例对本发明作详细阐述。
如图1所示，一种l型紫外辐照抑藻装置，包括圆柱形的壳体8(例如可以采用有机玻璃制作)、两个法兰连接件4、紫外灯组件、磁吸式清洗组件9、进液口1、出液口2和泄液口3，一个法兰连接件4连接在壳体的第一端，另一个法兰连接件4连接在壳体的第二端(与第一端相对)，通过两端的法兰连接件4实现壳体8的密封。磁吸式清洗组件9套设在紫外灯组件的外部，进液口1设置在壳体的第一端的法兰连接件4的中心位置，出液口2设置在靠近壳体的第二端端部的壳体上部，在进液口处连接一三通接头20，三通接头的直线方向的一端连接进液口1，另一端作为进初始的藻液的入口并设有第一阀门17a(如电磁阀)，三通接头的垂直于直线方向上的接口通过一管(如可以采用软管19)和泵18(如蠕动泵)连通出液口2，并在靠近该接口的位置的软管19上连接有第二阀门17b，在第二阀门17b和泵18之间还设有一流量计21。在进行藻液处理时，打开第一阀门17a，关闭第二阀门17b，初始藻液从进液口1进入待充满壳体时，关闭第一阀门17a，打开泵18和第二阀门17b，藻液从出液口2流出并再从进液口1进入，在装置内进行内循环处理一定时间。液体从进液口1进入流经壳体8的长度方向并从出液口2流出，在壳体内形成l型的液流流向，图1中的单向箭头方向表示液体流向。
其中，壳体的内部和外部都均匀涂覆有防紫外线的涂层。紫外灯组件包括透明灯罩6(如用石英材料制成)、两个支撑架5、底座10、电源线7、紫外灯管11，透明灯罩6的前端密封，底座10密封连接在透明灯罩6的后端，紫外灯管11设置在透明灯罩6内，电源线7的一端在透明灯罩内与紫外灯管连接，另一端穿过底座10并穿出壳体的第二端上的法兰连接件4，电源线7还与外部的光强控制器16连接，在装置运行时，可通过控制紫外灯辐照强度和壳体内的液体流量对不同浓度的藻液进行抑制处理。一个支撑架5靠近底座并连接在距离底座1-2倍透明灯罩半径的透明灯罩6上；另一个支撑架5靠近透明灯罩的前端并连接在距离透明灯罩的前端1-2倍透明灯罩半径的透明灯罩6上。透明灯罩6沿壳体8的长度方向安装在壳体8内的中心处，从进液口1的进液方向平行于透明灯罩6的长度方向，而从出液口2的出液方向则垂直于透明灯罩6的长度方向，实现了进出液的l型流动。
透明灯罩6的前端与壳体第一端的距离l等于透明灯罩后端上的底座与壳体第二端的距离l，该距离为透明灯罩的半径的1～2.5倍。透明灯罩的外壁与壳体内侧顶壁之间的距离为d，透明灯罩的半径为r，满足：r<d<4r，通过这样优化设计的紫外灯组件在壳体内的安装位置，可以保证在进行紫外辐照动态抑藻时，产生垂直紫外灯辐照方向(即在透明灯罩的径向上)的均匀流速，同时在壳体的两端又不会产生过强的涡流及死区，保证对藻类最佳的抑制效果。紫外灯管安装在透明灯罩内，便于对紫外灯组件进行拆卸维护。
出液口2设置在靠近壳体的第二端端部的壳体上部，泄液口3设置在与出液口相对的壳体的下部；出液口2位于底座10和壳体的第二端的法兰连接件4之间，通过进液口的冲洗和泄液口3的反冲洗，可以对装置内附着的藻进行去除。
如图2所示，磁吸式清洗组件9包括支架13、设在支架内的刮刷14、以及与支架连接的磁性构件12，刮刷14的形状与透明灯罩6匹配并套设在透明灯罩6的外部，刮刷的厚度保证其能套在透明灯罩6的外部且能在透明灯罩6上移动。磁吸式清洗组件还包括磁性手柄15，磁性手柄具有与壳体的外部形状相匹配的形状，当将磁性手柄15与壳体8的外部接触时，通过移动磁性手柄使其与设在壳体内的磁性构件12相吸配合，使得支架13和刮刷14沿着透明灯罩6的长度方向移动，以清除附着在透明灯罩6上的附着物。在本例中，具体地，支架13和刮刷14都为圆环形，刮刷14为橡胶刮条，磁性手柄15呈类似“工”字型，使用时，其置于壳体外部，磁性手柄15的下部呈现与圆柱状壳体8相同的弯曲弧度，以更好的与壳体8贴合，下部与壳体接触的部位设有磁铁(如铷铁硼磁铁151)。与支架13连接的磁性构件12呈类“t”型，其顶部是弯曲的“一”字型结构，该结构与圆柱状壳体8的内侧接触，具有与圆柱状壳体8内侧相同的弯曲弧度，以更好的与壳体8内侧贴合，在该弯曲的“一”字型结构上设有磁铁(如铷铁硼磁铁121)，当需要清洁透明灯罩6时，将磁性手柄15的下部贴合在壳体上，移动磁性手柄15通过磁铁吸力从而带动壳体内部的支架13、刮刷14和磁性构件12整体在透明灯罩6上移动，以清除附着在透明灯罩6上的附着物，对透明灯罩6的前端和后端底座的清洗，可以在紫外辐照抑藻过程完成后，将处理后的藻液排出后，从进液口和泄液口向壳体内泵入干净水进行冲洗。
图3给出了上述l型紫外辐照抑藻装置内部模拟流体粒子在流量为4900ml/min时，粒子在装置内部的停留时间，如图可以看出，所模拟的流体粒子在装置内的流动方向平行于透明灯罩6长度方向且从垂直于透明灯罩6的长度方向出液，流体粒子的流动迹线比较顺直，在装置内的停留时间彼此比较均匀，且平均停留时间小于4s，可实现对藻液的均匀辐照抑制处理。
图4给出了上述l型紫外辐照抑藻装置实际运行时，紫外灯辐照强度空间分布图，结合图中的结果可以看出，在距离透明灯罩外壁约2倍透明灯罩半径r的位置处，紫外灯辐照强度衰减一半，当不考虑藻浓度和浊度的影响时，在该位置点处(d＝2r)可对藻进行较理想的处理，因此，可以基于该位置点确定圆柱形壳体的最佳尺寸。图4中的横向坐标h这条线表示透明灯罩的边缘位置，紫外灯管发出的光的方向垂直于横向坐标轴h。
图5a-5c给出了上述l型紫外辐照抑藻装置在不同流量下，在给定紫外灯辐照强度下，装置内部流体粒子所受的辐照剂量的分布情况，可以看出，在较低的流量(低于1500ml/min)作用下，流体粒子在装置内的停留时间长，受到的辐照剂量以15～20mws·cm-2为主；而在较高的流量条件(高于3500ml/min)下，装置内的流体粒子所受的辐照剂量以5～10mws·cm-2为主，且随着流量由3600ml/min增加到4900ml/min时，装置内部的流体粒子所受辐照剂量的分布改变不明显。这也说明，对本发明的紫外辐照抑藻装置采用低于1500ml/min的低流量进行动态抑藻时，藻粒子就会受到的高的辐照剂量(15～20mws·cm-2)，能实现较好的抑藻效果，但此时流量过低，循环一次所需的周期较长，循环处理的时效性不高。而当流量较高时，继续增大流量，装置内藻粒子受到的辐照剂量改变不明显，且会增加能耗。从装置运行的经济性和抑藻的时效性考虑，以中低流量(1500ml/min～3500ml/min)为宜。
图6给出了上述l型紫外辐照抑藻装置的紫外灯辐照强度对初始浓度为2.6～2.7×105cells·ml-1的低浓度铜绿微囊藻培养期间藻细胞密度对数减少的紫外灯辐照强度-效应关系，该关系曲线基本符合对数曲线，拟合优度r2＝0.898，具体拟合公式如下：
y＝-1.08*exp(-x/59.07)+0.53(r2＝0.898)
在23～73mws·cm-2紫外灯辐照强度区间范围内时，铜绿微囊藻细胞密度的对数减少趋近于0，即其细胞密度维持在一个比较稳定的数值。由铜绿微囊藻的紫外灯辐照强度-效应关系曲线得出，在42mws·cm-2的紫外灯辐照强度下，藻细胞密度9天内的对数减少为0，即藻细胞密度没有增长，因此，可以选择该紫外灯辐照强度(42mws·cm-2)作为低浓度藻液和紫外光强控制的一个基准值。该紫外灯辐照强度仅代表通过光强控制器控制的紫外灯辐照强度，由于光线散射和藻粒子遮挡，实际藻粒子在反应器内受到的辐照剂量低于该值。
图7给出了上述l型紫外辐照抑藻装置的紫外灯辐照强度对初始浓度为9.0×105～1.15×106cells·ml-1的高浓度铜绿微囊藻培养期间藻细胞密度对数减少的紫外灯辐照强度-效应关系，该关系曲线基本符合对数曲线，拟合优度r2＝0.977，具体拟合公式如下：
y＝-1.33*exp(-x/250.96)+1.20(r2＝0.977)
在20～81mws·cm-2的紫外灯辐照强度范围内时，铜绿微囊藻细胞密度的对数减少趋近于0，即其细胞密度维持在一个比较稳定的数值，铜绿微囊藻细胞的生长在9天时间内被抑制。紫外灯辐照强度-效应对数关系显示，26mws·cm-2剂量藻细胞密度9天内的对数减少为0，即藻细胞密度没有增长，因此，可以选择该紫外灯辐照强度(26mws·cm-2)作为高浓度藻液和紫外光强控制的一个基准值。
图8的(a)图和(b)图给出了上述l型紫外辐照抑藻装置对两种不同藻(铜绿微囊藻和鱼腥藻)的抑制效果图，在紫外灯辐照强度为97mws·cm-2下，铜绿微囊藻细胞密度在辐照后9天内呈持续下降趋势，而同样强度uv-c辐照后的鱼腥藻样品的藻细胞密度同样在辐照后9天内呈持续下降趋势，且下降幅度较铜绿微囊藻样品大。表明本发明的l型紫外辐照抑藻装置对不同的藻种均有较好的抑制及灭活效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。