一种针对水体的杀菌方法及杀菌装置与流程

技术领域：

本发明属于水体杀菌技术领域，具体涉及一种针对水体的杀菌方法及杀菌装置。

背景技术：

当人们需要对水体进行除菌时，通常会采用化学方式，比如自来水和污水再生，就是采用二氧化氯进行杀菌消毒，这种方式虽然能够清除水体内部的细菌，但却会在水体中残留大量游离余氯，致使水体存在异味，影响使用。且有多种研究结果表明自来水中的游离余氯对人体有害，因此，有必要寻找一种更安全的针对水体的杀菌方法。

在杀菌技术领域，除了化学方式外，紫外线杀菌也为常人所熟知的，紫外线杀菌通常使用于一个密闭的空间内，对该空间内部的物体进行杀菌，如消毒柜，发射紫外线的光源通常为水银灯、氙灯、紫外led灯珠，均存在不足之处，水银灯输出的光波长种类多，处于有效杀菌波长范围内的光的能量极低，光在传播过程中衰减明显，且水银有毒，存在安全隐患；氙灯、紫外led灯珠发射的均为发散光，光线能量低，传播距离短，能量的浪费严重。由于上述紫外线杀菌的光源所发射的紫外光均存在能量低、散射等缺陷，因此杀菌效率低下。

为了提高散设光源发出的紫外线的使用效率，专利名称为紫外线消毒器(专利号：zl201721197578.6)的发明公开了一种采用紫外线对水进行消毒的技术方案，该方案中采用紫外线灯管安装于筒体内部，然后让水从筒体内部流过，通过紫外线灯管发出的紫外线对流动的水进行杀菌消毒，该技术方案中，灯管安装在筒体内部致使结构复杂，灯管表面容易结垢导致杀菌效率下降，灯管与筒体的连接处密封连接要求高，长期使用存在漏水隐患，紫外线灯管的长度限制了筒体的长度，紫外线能量随着传播距离的增加快速衰减的特性限制了筒体的内径，因此导致筒体内部容量小，杀菌效率低，实际很难满足对流动过程中的水中细菌的有效杀灭，因此该技术方案依然存在很多缺陷。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种针对水体的杀菌方法，该方法能够使得光源置于水体外部，从而提高激光光源的使用安全性；同时还能够提高杀菌效率，即使水流速度快也能够具有充足的时间完成对水体内细菌的有效杀灭。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种针对水体的杀菌方法，采用激光光源发射可杀灭细菌的激光光束，并将光束引导进入水体内，对水体进行杀菌。

作为一种优选方案，采用扩束镜放大激光光斑，以实现对水体的全面照射。

作为一种优选方案，提高激光光束的能量，以提高激光在水体中传播的距离，扩大杀菌范围。

作为一种优选方案，引导水体流动并使水体至少沿激光光束传播方向流动一段距离。

作为一种优选方案，水体在激光光束的光斑范围内沿激光光束的传播方向流动。

本发明进一步要解决的技术问题是：提供一种针对水体的杀菌装置，该装置能够使得光源置于水体外部，以简化杀菌装置结构；同时还能够提高杀菌效率，即使水流速度快也能够具有充足的时间完成对水体内细菌的有效杀灭。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种针对水体的杀菌装置，包括一个用于容纳水体的杀菌仓和一个激光光源，激光光源发射能杀灭细菌的激光，所述杀菌仓内部设置有杀菌腔，杀菌腔一端的仓壁上设置有透明的入射部，激光光源位于杀菌腔外且与入射部相对，激光光源发射的激光通过入射部进入杀菌腔内对杀菌腔内的水体进行杀菌。

作为一种优选方案，所述杀菌腔成柱状，入射部覆盖杀菌腔一端的整个端面，所述入射部与激光光源之间设置有扩束镜，该扩束镜可将激光光斑扩大至不小于杀菌腔的端面大小，光斑覆盖整个杀菌腔的端面，激光传播方向与杀菌腔轴向保持平行。

作为一种优选方案，所述杀菌仓上接近入射部的位置连接有与杀菌腔连通的进液口，杀菌仓远离入射部的位置开设有与杀菌腔连通的出液口。

作为一种优选方案，所述激光光源发射的是波长为263～266nm的深紫外激光。

本发明的有益效果是：本发明利用激光杀菌，由于激光光束发散度极小，因此激光光源能够从水体外部将激光全部射入水体内，从而确保激光光源与水体隔离，提高激光光源的使用安全性。

本发明进一步通过扩束镜扩大激光光斑以扩大激光照射面积，通过提高激光功率以增强杀菌效率，均能进一步提高杀菌效果。

本发明进一步通过引导水体沿激光光束传播方向流动一段距离，使水体能够在流动过程中受到激光的持续照射，延长局部水体受激光照射的时长，提高杀菌效果。

高功率的激光光束能够在水体中传播数米甚至十数米，流经激光光束照射区域的水体均能够得到充分、长时间的杀菌，杀菌效果突出。

附图说明：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1是本发明所述杀菌装置的结构示意图。

图1中：1、杀菌仓，2、激光光源，3、杀菌腔，4、入射部，5、扩束镜，6、进液口，7、出液口，8输送管路。

具体实施方式：

下面详细描述本发明的具体实施方案。

实施例1：

一种针对水体的杀菌方法，采用激光光源发射可杀灭细菌的激光光束，并将光束引导进入水体内，对水体进行杀菌。可杀灭细菌的激光光束通常为紫外激光，波长为100～400nm，优选波长为260～270nm的紫外激光，杀菌效率最好。但除紫外激光外，其他波长的激光如果被证实能够有效杀灭水体中的某种细菌，也可以采用本方法对水体内的对应细菌进行灭杀。

激光光源可以为成品激光器或泵浦源，优选激光器。激光可通过反射镜引导进入水体内，也可从激光光源直接向水体内照射。

激光的发散性极小，因此很难实现对整个水体全面照射，就会存在大部分水体照射不到激光的问题，本实施例中，可进一步采用扩束镜放大激光光斑，以实现对水体的全面照射，采用了扩束镜后，可以根据需要将光斑扩大，使激光照射到整个水体，对水体进行充分地杀菌。

本实施例中，还可进一步提高激光光束的能量，以提高激光在水体中传播的距离，扩大杀菌范围。同时还可提高单位面积激光功率，也能够提高杀菌效率。提高激光光束能量的方法包括但不限于：加大泵浦功率，比如增加半导体激光器的电流、增加固体激光器的泵浦光功率；通过在激光谐振腔设置调q开关压缩激光脉宽以提高激光功率。在本专利申请日之前被认定为公知常识或已经公开过的用于提高激光光束能量的方法，均属于本发明的保护范围内。

本实施例中，还可进一步引导水体流动并使水体至少沿激光光束传播方向流动一段距离，并使得水体在沿激光光束传播方向流动时受激光的持续照射。引导水体流动的方式包括但不限于管道引流和重力引流，管道引流即采用管道引导水体沿激光传播方向流动，但该管道上需要设置有可供激光穿透进入管道内部的入射部，而重力引流即在重力作用下，水体从高处向低处垂直落下，而激光的传播方向相应设置为竖向传播，使激光在水体内传播一段距离，对流动过程中的水体进行持续的杀菌消毒。

由于激光发散性极小，直线照射距离远，因此引导水体沿激光光束传播方向流动一段距离，能够使水体在流动过程中持续受到激光照射，持续杀菌消毒，同时也提供对供水管道进行紫外激光杀菌消毒的理论基础，使本发明所述方法能够应用到供水管道杀菌领域。

在引导水体沿激光光束传播方向流动的同时，控制水体在激光光束的光斑范围内流动，这样可使整个流动的水体受到紫外激光的全面照射，使水体在流动过程中得到充分杀菌消毒，由于激光光束传播距离远，因此水体在激光照射范围内流动时间长，能够得到充足的时间进行杀菌消毒。

实施例2：

如图1所示的一种针对水体的杀菌装置，包括一个用于容纳水体的杀菌仓1和一个激光光源2，本实施例中，杀菌仓1为一根截面成圆形的直管，在具体实施过程中，也可采用截面成矩形的直管或弯管，激光光源2发射能杀灭细菌的激光，通常为紫外激光，波长为100～400nm，优选波长为260～270nm，当然，如实施例1中所述，其他波长的激光如果被证实能够有效杀灭水体中的某种细菌，也可以应用到本杀菌装置中，对水体内的对应细菌进行灭杀。所述杀菌仓1内部设置有杀菌腔3，该杀菌腔3的形状并无特殊要求，任意形状均可，本实施例中优选采用圆柱形杀菌腔3，更有利于激光光束的传播，减少激光的反射，延长激光传播距离，扩大被照射水体体积。杀菌腔3一端的仓壁上设置有透明的入射部4，该入射部4可以是与其他部分仓壁一体成形的，也可以是嵌设在仓壁上预先开设的孔内的透镜或玻璃，激光光源2位于杀菌腔3外且与入射部4相对，激光光源2发射的激光通过入射部4进入杀菌腔3内对杀菌腔3内的水体进行杀菌。

在本实施例中，由于优选杀菌腔3为圆柱形，因此，为了进一步提高激光光束的传播距离，将激光光束设置成与杀菌腔3的轴向平行，这样，激光能够沿着杀菌腔3的长度方向进行延伸且不会受到腔壁的阻挡，能够达到光束在水体中传播的最远距离。光束传播的越远，被照射到的水体体积越大，激光对水体的杀菌效果越好。

在本实施例中，入射部4覆盖杀菌腔3一端的整个端面，入射部4与激光光源2之间设置有扩束镜5，该扩束镜5可将激光光斑扩大至不小于杀菌腔3的端面大小，光斑覆盖整个杀菌腔3的端面，激光传播方向与杀菌腔3轴向保持平行，如此激光能够充盈整个杀菌腔3一段长度，在这段被激光照射的杀菌腔3范围内的水体全部得到充分的杀菌，从而使得杀菌无死角。

如果杀菌腔3内的水体为静止水体，则杀菌腔3的长度可根据实际情况设置，以激光光束能够全部照射到为宜。

但如本实施例所示的，在杀菌仓1上接近入射部4的位置连接与杀菌腔3连通的进液口6，杀菌仓1远离入射部4的位置开设与杀菌腔3连通的出液口7，这样可利用进液口6和出液口7使得杀菌腔3内的液体实现流动，水体可选择循环流动以进行循环杀菌，也可选择单向流动，对流经杀菌腔3的水体进行充分地杀菌。

设置了进液口6和出液口7的杀菌仓1能够应用于自来水、流动水的杀菌，可将杀菌仓1串联在水体输送管路8中，使水体从进液口6进入杀菌腔3内，沿激光光束传播方向流动至出液口7排出杀菌腔3，水体在杀菌腔3内流动过程中能够受到激光的持续照射，由于激光光束传播距离远，因此，水体流动过程中能够受激光照射的时间长，又由于激光光束在传播过程中的能量衰减极小，因此整个被激光照射到的水体基本上进行无差别杀菌，杀菌效果远优于传统采用紫外灯管发出的紫外光杀菌的效果。

所述激光光源2发射的是波长为263～266nm的深紫外激光，这种深紫外激光的杀菌效率最高。

本实施例2的工作过程是：如图1所示，水体通过输送管路8从进液口6进入杀菌腔3内，激光光源2发出波长为263～266nm的深紫外激光，深紫外激光首先照射到扩束镜5，在扩束镜5的作用下，使原本较小的激光光斑扩大至覆盖整个杀菌腔3的端面。激光光束穿过透明的入射部4射入圆柱形的杀菌腔3内并沿杀菌腔3的轴向持续向前传播，直至完全衰减或被阻挡，在激光光束传播的这段范围内，任一纵截面上的水体均受到激光的无差别杀菌，因此杀菌效率高且水体中细菌杀灭效果均匀，水体在流经激光光束照射区间受到了持续、完全的杀菌，然后从出液口7排出杀菌腔3再次进入输送管路8。

对于激光功率的强度、杀菌腔3的轴向长度，可根据水体流动速度与水体内细菌被有效杀灭所需激光照射的时间来确定，杀菌腔3的轴向长度满足水体流经激光照射区域的时间不小于水体内细菌被有效杀灭所需激光照射的时间。

本实施例中，出液口7优选与入射部4分设在杀菌腔3的两端，这样，当杀菌腔3的轴向长度小于激光光束传播最大距离时，激光能够通过出液口7进入输送管道内，虽然输送管道可能是弯曲的，但激光在输送管道内部也能够以反射的形式前进或后退，无论如何传播，激光依然在水体内进行杀菌消毒直至最终完全衰减。

上述实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。