余氯分解消毒设备及其控制方法与流程

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种余氯分解消毒设备及其控制方法。


背景技术：

2.在水处理工艺中，余氯消毒技术应用广泛，全世界约有80％的国家或地区均使用氯气对市政自来水进行消毒，通常的做法是将氯气或者二氧化氯通入到自来水中，形成具有超强氧化能力的次氯酸和次氯酸根，从而起到杀灭多种细菌的作用。但是，采用余氯消毒技术处理的水中存在余氯，在纯化水制备设备中，反渗透膜(ro膜)对于水质的净化至关重要，通常情况下，反渗透膜无法耐受余氯的氧化，因此，需要将水中的余氯去除。
3.传统的余氯去除方法常在预处理阶段采用活性炭过滤吸附法或nahso3还原法去除余氯，但是活性炭过滤吸附法需通过定期更换活性炭来保证其脱氯效果，且存在微生物滋生与污染的风险；而nahso3还原法由于需要通过加药才能发生还原反应，大量外来化学物质的介入增加了后端纯化系统(ro/edi系统)的处理负荷，严重时会影响ro膜的使用寿命。
4.随着技术的进一步发展，研究人员发现中压全波段紫外线可同时分解水中余氯和对水进行消毒，可以满足膜处理和/或其他工艺对水中余氯浓度和/或微生物要求；但是，由于紫外线分解余氯所需要紫外线强度高，功耗大，而现有的紫外线余氯分解技术并不能调整紫外线强度，容易出现能耗过高，浪费能源，且容易对水质造成负面影响，或出现功率不足的情况，难以保障余氯分解和消毒效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种余氯分解消毒设备及其控制方法，以解决现有的紫外线余氯分解技术不能容易出现能耗过高，浪费能源，或出现功率不足的情况，难以保障余氯分解和消毒效果的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
7.余氯分解消毒设备，包括用于分解水中余氯和杀菌消毒的紫外线反应器、设置于紫外线反应器进口的用于实时监测进口余氯浓度的进口余氯检测装置、设置于紫外线反应器出口的用于实时监测出口余氯浓度的出口余氯检测装置、用于控制紫外线反应器照射强度的紫外线控制柜，所述紫外线反应器可释放中压全波段紫外线并且紫外线强度可调，所述紫外线反应器、进口余氯检测装置和出口余氯检测装置均与所述紫外线控制柜电性连接。
8.进一步的，所述紫外线反应器包括腔体、设置于腔体内部的中压全波段紫外线灯管、紫外线强度传感器、温度传感器，所述中压全波段紫外线灯管、紫外线强度传感器、温度传感器均与所述紫外线控制柜电性连接。
9.进一步的，所述中压全波段紫外线灯管设置在石英套管内，所述石英套管设置在所述腔体内，且所述石英套管两端与腔体之间安装有密封件。
10.进一步的，所述石英套管上套设有清洗机构，所述腔体外设有用于驱动清洗机构沿石英套管进行往复清洗的清洗驱动电机。
11.进一步的，所述紫外线控制柜包括柜体和设置于柜体内的cpu、温控转换装置、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块、信号转换装置、紫外线镇流器，还包括设置在柜体上的人机界面，所述中压全波段紫外线灯管、紫外线强度传感器、温度传感器分别与所述紫外线镇流器、信号转换装置、温控转换装置电性连接，所述紫外线强度传感器、进口余氯检测装置、出口余氯检测装置、温控转换装置、信号转换装置均与所述模拟量输入输出模块的输入端电性连接，所述人机界面与所述数字量输入输出模块的输入端电性连接，所述模拟量输入输出模块的输出端、数字量输入输出模块的输出端、紫外线镇流器均与所述cpu电性连接。
12.进一步的，所述数字量输入输出模块的输入端还连接有用于接收远程控制信号的无线通信模块。
13.进一步的，所述柜体还配置有用于散热的冷却风机。
14.进一步的，所述柜体内还设有用于电源输入的供电装置、用于电气保护的电源保护装置、用于启停所述紫外线镇流器的动作执行装置和用于将电源电压降至24v的降压装置，所述降压装置与所述cpu电性连接。
15.进一步的，所述动作执行装置包括接触器和马达保护。
16.进一步的，所述电源保护装置包括断路器、漏电保护、保险丝。
17.余氯分解消毒设备的控制方法，包括以下步骤：
18.通过所述紫外线控制柜设定进口目标余氯浓度、出口目标余氯浓度和紫外线反应器默认运行功率；
19.通过所述紫外线控制柜对比进口余氯检测装置测得的进口余氯浓度与进口目标余氯浓度，并根据比对结果自动控制紫外线反应器预调紫外线强度；
20.通过所述紫外线控制柜对比出口余氯检测装置测得的出口余氯浓度与出口目标余氯浓度，并根据比对结果自动控制紫外线反应器微调紫外线强度，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致。
21.进一步的，当进口余氯浓度稳定时，紫外线控制柜控制紫外线反应器按照默认运行功率运行，再根据出口余氯浓度与出口目标余氯浓度对比结果微调至最优功率运行；
22.当进口余氯浓度大幅低于或高于进口目标余氯浓度时，根据进口余氯浓度与进口目标余氯浓度对比结果自动预调紫外线反应器运行功率，然后再根据出口余氯浓度与出口目标余氯浓度对比结果微调至最优功率运行。
23.本发明具有以下有益效果：本发明通过紫外线反应器接收含有余氯的水，通过释放中压全波段紫外线同时分解水中余氯和对水进行消毒，紫外线反应器进口的进口余氯检测装置和出口的出口余氯检测装置分别实时监测进口余氯浓度和出口余氯浓度，并实时传输至紫外线控制柜，紫外线控制柜可以根据水处理标准或处理需要设置进口目标余氯浓度和出口目标余氯浓度，然后将测得的进口余氯浓度与进口目标余氯浓度进行比较，将测得的出口余氯浓度与出口目标余氯浓度进行比较，根据比较结果控制紫外线反应器调整紫外线强度，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，使设备达到最优运行功率和运行状态，以便在保障余氯分解和消毒效果的同时，避免过高的能耗，
节省能源，同时避免对水质造成负面影响。
24.此外，本发明通过中压全波段紫外线高效脱除余氯的同时，可以彻底灭活源水微生物，避免ro系统受微生物污染，从源头消除微生物滋生与污染的风险，改善水质；且由于无需加药还原余氯，避免了外来化学物质的介入，可以有效的降低后续处理设备的处理负荷，避免ro系统结垢问题，保障ro膜的使用寿命。
附图说明
25.图1为本发明实施例的结构示意图；
26.图2为本发明实施例中紫外线反应器的结构示意图；
27.图3为本发明实施例中紫外线控制柜的结构示意图；
28.图4为本发明实施例的运行功率调节原理图。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
30.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
31.参照图1，在一个实施例中，本发明的余氯分解消毒设备，包括用于分解水中余氯和杀菌消毒的紫外线反应器100、设置于紫外线反应器100进口的用于实时监测进口余氯浓度的进口余氯检测装置200、设置于紫外线反应器100出口的用于实时监测出口余氯浓度的出口余氯检测装置300、用于控制紫外线反应器100照射强度的紫外线控制柜400，所述紫外线反应器100可释放中压全波段紫外线并且紫外线强度可调，所述紫外线反应器100、进口余氯检测装置200和出口余氯检测装置300均与所述紫外线控制柜400电性连接。
32.在本实施例中，通过紫外线反应器100接收含有余氯的水，通过释放中压全波段紫外线同时分解水中余氯和对水进行消毒，紫外线反应器100进口的进口余氯检测装置200和出口的出口余氯检测装置300分别实时监测进口余氯浓度和出口余氯浓度，并实时传输至紫外线控制柜400，紫外线控制柜400可以根据水处理标准或处理需要设置进口目标余氯浓度和出口目标余氯浓度，然后将测得的进口余氯浓度与进口目标余氯浓度进行比较，将测得的出口余氯浓度与出口目标余氯浓度进行比较，根据比较结果控制紫外线反应器100调整运行功率，改变紫外线强度，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，使设备达到最优运行功率和运行状态，以便在保障余氯分解和消毒效果的同时，避免过高的能耗，节省能源，同时避免对水质造成负面影响。此外，通过进口余氯检测装置和出口余氯检测装置分别实时监测进口余氯浓度和出口余氯浓度，便于准确预测脱氯效果，且系统本身非常洁净，无需定期清洗和消毒。
33.参照图2，在一个实施例中，所述紫外线反应器100包括腔体110、设置于腔体110内部的中压全波段紫外线灯管120、紫外线强度传感器130、温度传感器140，所述中压全波段
紫外线灯管120、紫外线强度传感器130、温度传感器140均与所述紫外线控制柜400电性连接。
34.在本实施例中，腔体110采用316l不锈钢制成两端封闭的管状，相比304不锈钢更耐氯的腐蚀；腔体110一端设置进口111，另一端设置出口112，其中进口111和出口112均采用3寸316l不锈钢管垂直焊接在腔体110上，中压全波段紫外线灯管120设置在腔体110内，含氯的水从进口111流入，经过中压全波段紫外线灯管120释放的紫外线照射，分解掉余氯并消毒后，从出口112流出。其中，中压全波段紫外线灯管120选用最大功率为2kw、100-400nm输出、可调范围在30％-100％的中压全波段紫外线灯管。
35.在本实施例中，紫外线强度传感器130采用干式紫外线强度传感器并设置在腔体上，用以检测紫外线强度，并实时传输给紫外线控制柜400，以便控制中压全波段紫外线灯管120准确调节紫外线强度。温度传感器140设置在腔体110上，用以检测腔体110内的水温，并实时传输给紫外线控制柜400，通过紫外线控制柜400设定的温度阈值判定水温是否过高，并在水温过高时及时报警并控制中压全波段紫外线灯管120关闭，从而防止因水流不足或冷却不足而干烧中压全波段紫外线灯管120。
36.在一些实施例中，所述中压全波段紫外线灯管120设置在石英套管121内，所述石英套管121设置在所述腔体110内，且所述石英套管121两端与腔体110之间安装有密封件122。在本实施例中，石英套管121选用中压紫外灯专用脱羟套管，避免了羟基的渗透分解。
37.通过将中压全波段紫外线灯管120设置在石英套管121内，与水隔绝，并且石英套管121两端与腔体110之间通过密封件122密封，从而可以防止漏水，有效的保护中压全波段紫外线灯管120。
38.在一个实施例中，所述石英套管121上套设有清洗机构123，所述腔体110外设有用于驱动清洗机构123沿石英套管121进行往复清洗的清洗驱动电机124。通过清洗驱动电机124驱动清洗机构123沿石英套管121往复动作，从而可以对石英套管121表面进行往复清洗，防止因石英套管121表面被污染或结垢而影响余氯分解效果。清洗驱动电机124的启动和清洗频率由紫外线控制柜400控制。
39.具体的，清洗机构123为一个与石英套管121适配并可沿石英套管121往复移动的清洗套环，清洗套环下端连接有滚珠螺母，腔体110内设有通过清洗驱动电机124驱动旋转的滚珠丝杠，滚珠螺母与滚珠丝杠配合，从而可以通过清洗驱动电机124驱动，实现清洗机构123对石英套管121表面的往复清洗。
40.参照图3，在一些实施例中，所述紫外线控制柜400包括柜体410和设置于柜体410内的cpu420、温控转换装置430、模拟量输入输出模块440、数字量输入输出模块450、信号转换装置460、紫外线镇流器470，还包括设置在柜体410上的人机界面480，所述中压全波段紫外线灯管120、紫外线强度传感器130、温度传感器140分别与所述紫外线镇流器470、信号转换装置460、温控转换装置430电性连接，所述紫外线强度传感器130、进口余氯检测装置200、出口余氯检测装置300、温控转换装置430、信号转换装置460均与所述模拟量输入输出模块440的输入端电性连接，所述人机界面480与所述数字量输入输出模块450的输入端电性连接，所述模拟量输入输出模块440的输出端、数字量输入输出模块450的输出端、紫外线镇流器470均与所述cpu420电性连接。
41.在本实施例中，进口余氯检测装置200、出口余氯检测装置300均选用4bc6031型在
线氯表，进口余氯检测装置200实时监测进口余氯浓度并将监测到的进口余氯浓度信号实时输入至模拟量输入输出模块440的输入端，出口余氯检测装置300实时监测出口余氯浓度并将监测到的出口余氯浓度信号实时输入至模拟量输入输出模块440的输入端；而紫外线强度传感器130和温度传感器140检测到的紫外线强度信号和温度信号，则分别经过信号转换装置460和温控转换装置430转化后再输入至拟量输入输出模块440的输入端。模拟量输入输出模块440再将进口余氯浓度信号、出口余氯浓度信号、紫外线强度信号、温度信号输入cpu420，cpu420读取进口余氯浓度信号、出口余氯浓度信号、紫外线强度信号、温度信号，并相应的控制紫外线镇流器470调节输出功率，从而实现中压全波段紫外线灯管120的功率调节，达到调节紫外线强度的目的。
42.而通过人机界面480进行操作的控制信号和参数，则通过数字量输入输出模块450传输至cpu420，以便通过cpu420进行控制。其中，人机界面480选用7寸精简屏，cpu选用西门子smart系列plc。
43.在一些实施例中，为了便于远程控制和操作，所述数字量输入输出模块450的输入端还连接有用于接收远程控制信号的无线通信模块，通过无线通信模块接收到移动终端等发出的控制信号后，再通过数字量输入输出模块450传输至cpu420进行处理和控制。
44.在一些实施例中，所述柜体410还配置有用于散热的冷却风机490，以便降低柜体410内的温度，防止柜体410内部的元件烧坏。其中冷却风机490选用fbl9804系列风机。
45.在一些实施例中，所述柜体410内还设有用于电源输入的供电装置411、用于电气保护的电源保护装置412、用于启停所述紫外线镇流器460的动作执行装置413和用于将电源电压降至24v的降压装置414，所述降压装置414与所述cpu420电性连接。其中，供电装置411、电源保护装置412、动作执行装置413均选用施耐德低压电器，供电装置411连接220v电源供电，降压装置414选用可将220v转24v的meanwell edr-120-24v。在本实施例中，所述动作执行装置413包括接触器和马达保护，所述电源保护装置412包括断路器、漏电保护、保险丝。
46.参照图4，本实施例的余氯分解消毒设备的控制方法，包括以下步骤：
47.第一步，通过所述紫外线控制柜400设定进口目标余氯浓度、出口目标余氯浓度和紫外线反应器100默认运行功率。
48.第二步，通过所述紫外线控制柜400将进口余氯检测装置200测得的进口余氯浓度与进口目标余氯浓度进行对比，并根据比对结果自动控制紫外线反应器100预调紫外线强度。当进口余氯浓度稳定，即偏离进口目标余氯浓度的幅度不大，仅仅略高于或略低于进口目标余氯浓度时，紫外线控制柜400控制紫外线反应器100按照默认运行功率运行，使紫外线反应器100按照默认运行功率对应的紫外线强度运行；当进口余氯浓度大幅低于或高于进口目标余氯浓度时，根据进口余氯浓度与进口目标余氯浓度对比结果自动预调紫外线反应器100运行功率，具体为：当进口余氯浓度高于进口目标余氯浓度时，在默认运行功率的基础上预调调高紫外线反应器100的运行功率，调高紫外线反应器100的紫外线强度；当进口余氯浓度低于进口目标余氯浓度时，在默认运行功率的基础上预调调低紫外线反应器100的运行功率，调低紫外线反应器100的紫外线强度。
49.第三步，在紫外线反应器100按照默认运行功率或预调后的运行功率运行后，通过所述紫外线控制柜400将出口余氯检测装置300测得的出口余氯浓度与出口目标余氯浓度
进行对比，并根据比对结果自动控制紫外线反应器100微调紫外线强度，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致，使紫外线反应器100达到最优功率运行状态，并保持运行，在运行的同时，保持进口余氯浓度和出口余氯浓度的监测，并根据波动情况自动实时调整至最优功率运行状态。
50.本实施例的控制方法通过将测得的进口余氯浓度、出口余氯浓度与预设的进口目标余氯浓度、出口目标余氯浓度进行比较，自动调节紫外线反应器100的运行功率，释放合适的紫外线强度，使出口余氯浓度符合要求；同时，在进口余氯大幅度波动时，根据进口余氯浓度的波动情况预调运行功率，再根据出口余氯浓度与出口目标余氯浓度的差值微调运行功率，释放最优的紫外线强度，确保在余氯浓度稳定或大幅波动时能够持续在最优功率运行，还可以避免余氯浓度瞬时超过工艺要求的情况发生，使得流量或进口余氯浓度与设计值保持相同，不仅可在分解余氯时同时实现消毒功能，还可以减少不必要的能耗，避免对水质产生负面影响。
51.具体的，在设备运行过程中，当进口余氯检测装置200测得的进口余氯浓度与进口目标余氯浓度一致时，紫外线控制柜400控制紫外线反应器100按照预调输出功率启动运行，水进入紫外线反应器100经紫外线处理后，紫外线控制柜400将出口余氯检测装置300实时测得的出口余氯浓度与出口目标余氯浓度进行比较，若测得的出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，则表明此时设备处于最优功率运行，无需调整；若测得的出口余氯浓度高于出口目标余氯浓度，则表明紫外线反应器100的紫外线强度不足，此时，通过微调调高紫外线反应器100的紫外线强度，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，达到最优功率运行状态；若测得的出口余氯浓度大幅低于出口目标余氯浓度，则表明紫外线反应器100的紫外线强度过高，会造成过高的能耗，此时，通过紫外线控制柜400微调调低紫外线反应器100的紫外线强度，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，达到最优功率运行状态。
52.当进口余氯浓度大幅度波动，紫外线控制柜400将进口余氯检测装置200测得的进口余氯浓度与进口目标余氯浓度进行比较，若进口余氯浓度高于进口目标余氯浓度，紫外线控制柜400控制紫外线反应器100预调调高紫外线强度运行，水径流紫外线反应器100处理后，紫外线控制柜400将出口余氯检测装置300测得的出口余氯浓度与出口目标余氯浓度进行对比，如果出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，则表明此时设备已处于最优功率运行，无需再调整；如果出口余氯浓度大幅高于出口目标余氯浓度，则表明紫外线强度仍然不足，此时，紫外线控制柜400控制紫外线反应器100不断微调调高紫外线强度的紫外线强度，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，使设备达到最优功率运行；如果出口余氯浓度大幅低于出口目标余氯浓度，则表明紫外线强度过高，易造成过高的能耗，此时，紫外线控制柜400控制紫外线反应器100不断微调调低紫外线强度运行，直至出口余氯浓度和出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，使设备达到最优功率运行。
53.当进口余氯浓度大幅度波动，进口余氯检测装置200测得的进口余氯浓度低于进口目标余氯浓度时，紫外线控制柜400控制紫外线反应器100预调调低紫外线强度运行，水径流紫外线反应器100处理后，紫外线控制柜400将出口余氯检测装置300测得的出口余氯浓度与出口目标余氯浓度进行对比，如果出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于
出口目标余氯浓度，则表明此时设备已处于最优功率运行，无需再调整；如果出口余氯浓度高于出口目标余氯浓度，则表明紫外线强度不足，此时，紫外线控制柜400控制紫外线反应器100不断微调调高紫外线强度运行，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于出口目标余氯浓度，使设备达到最优功率运行；如果出口余氯浓度低于出口目标余氯浓度，则表明紫外线强度过高，易造成过高的能耗，此时，紫外线控制柜400控制紫外线反应器100不断微调调低紫外线强度运行，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致或略低于目标余氯浓度，使设备达到最优功率运行。
54.在一个实施例中，余氯分解消毒设备组装完成后，基于前述控制方法进行了测试：通过在水箱500中加氯，然后通过泵600按照水流量10m3/h经过过滤器700过滤后进入余氯分解消毒设备，同时通过人机界面在紫外线控制柜400设定进口目标余氯浓度为1ppb、出口目标余氯浓度为0.2ppb，测试过程如下：
55.第一次测试：加氯后，进口余氯检测装置200测得的进口余氯浓度与进口目标余氯浓度一致，即进口余氯浓度为1ppb，设备按照进口目标余氯浓度和出口余氯目标浓度设定值自动预调78％功率运行；出口余氯检测装置300检测到出口余氯浓度为0.25ppb，紫外线控制柜400的cpu420根据接收到的出口余氯浓度值，给紫外线镇流器460发送信号，控制其微调高输出功率至81％，此时出口余氯检测装置300检测到出口余氯浓度为0.19ppb，已略小于出口目标余氯浓度的0.2ppb，则表明81％的输出功率已为最优输出功率，设备自动保持在81％最优输出功率运行。
56.第二次测试：进口余氯检测装置200测得进口余氯浓度为1.5ppb，超过进口目标余氯浓度的1ppb，设备自动根据接收到的进口余氯浓度，给紫外线镇流器460发送信号，控制其调高输出功率至92％，中压全波段紫外线灯管120按92％功率运行；此时，出口余氯检测装置300测得的出口余氯浓度为0.16ppb，小于出口目标余氯浓度的0.2ppb，表明此时设备运行功率偏高，cpu根据接收到的出口余氯浓度自动微调调低紫外线镇流器460的输出功率至90％，此时出口氯表测得的出口余氯浓度为0.18ppb，仍然小于出口目标余氯浓度的0.2ppb，设备运行功率依然偏高，cpu根据接收到的出口余氯浓度再次微调调低紫外线镇流器460的输出功率至89.2％，直至出口余氯浓度接近0.2ppb。
57.同样的，当进口余氯浓度偏低时，设备根据进口余氯检测装置200测得的进口余氯浓度，对比进口目标余氯浓度预调运行功率，再根据出口余氯检测装置300测得的出口余氯浓度微调运行功率，直至出口余氯浓度与出口目标余氯浓度一致，设备达到最佳运行功率和运行状态。
58.以上所述，仅仅是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。