用于控制紫外液体消毒的系统和方法
【专利说明】用于控制紫外液体消毒的系统和方法
[0001]背景
[0002]使用UV光源的紫外(UV)液体消毒系统已经是长期已知的。微生物的灭活的程度或液体中的绝对微生物水平与被施用于微生物的UV剂量相关。UV剂量水平与UV光强度和暴露持续时间相关并且通常以毫焦耳每平方厘米的单位被测量或可选择地作为微瓦秒每平方厘米(yW.s/cm2)被测量。UV消毒系统可以包括控制和监视系统以控制和监视消毒过程。
[0003]船只或大海船舶可以包括压舱水罐以向船只提供稳定性。压舱水从围绕船舶的水被栗送并且被容纳在位于船舶的下部中的罐中以压低船舶并且降低其重心。压舱水的量可以在船只的航程期间或在当船只装载或卸载船货时的泊船期间被调整以平衡船只。从第一水区取得的压舱水向第二水区的排放可以导致严重的环境问题。压舱水排放典型地含有多种生物材料，包括植物、动物、病毒和细菌，包括非本地的、有害的和外来的物种，其导致对水生生态系统的广泛的生态和经济的破坏。
[0004]国际的和国家的压舱水规则要求船只在排放水之前过滤、消毒和灭活压舱水中的生物材料。对于这样的规则的一个实例在由美国海岸警卫环境标准部(US Coast GuardEnvironmental standard divis1n)和国际海事组织(IMO)规定的压舱水管理(BallastWater Management)中发现。
[0005]附图简述
[0006]被视为本发明的主题在说明书的结论部分中被特别地指出并且被清楚地要求保护。然而，本发明，关于组织以及操作方法两者，连同其目的、特征和优点，可以通过在与附图共同地阅读时参照以下的详细描述被最好地理解，在附图中:
[0007]图1是根据本发明的实施方案的示例性的水消毒系统的概念图示；
[0008]图2是根据本发明的某些实施方案的另一个示例性的水消毒系统的概念图示；
[0009]图3是根据本发明的某些实施方案的基于水的盐度水平控制UV水消毒的方法的流程图；
[0010]图4是根据本发明的某些实施方案的控制UV水消毒的方法的流程图；以及
[0011]图5是有助于理解本发明的实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测量结果的图。
[0012]将理解的是，为了图示的简单性和清楚性，在附图中示出的要素不一定精确地或按比例绘制。例如，为了清楚性，要素中的某些的尺寸可以被相对于其他的要素放大。此外，如果被认为是合适的，那么参考数字可以在附图之间重复以指示相应的或类似的要素。此夕卜，在附图中描绘的模块中的某些可以被组合为单个功能。
[0013]本发明的实施方案的详细描述
[0014]在以下的详细描述中，多种具体的细节被陈述以便提供本发明的彻底的理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，本发明可以在没有这些具体的细节的情况下被实践。在其他的例子中，熟知的方法、程序、部件和电路可以未被详细地描述以便不模糊化本发明。可以理解的是，本文公开的具体的结构和功能性的细节可以是代表性的并且不一定限制要求保护的主题的范围。
[0015]本发明的某些实施方案包括UV液体消毒系统和基于待被消毒的水的盐度水平控制UV消毒的方法。待被处理的水的盐度水平可以被测量，并且然后，应当被施用于水以把水中的微生物灭活至期望的绝对微生物水平的期望的盐度调整的UV剂量水平可以基于把不同的盐度水平与相应的盐度调整的UV剂量水平相关联的预定数据被确定。例如，用于海水、微咸水和淡水的期望的UV剂量水平可以被存储在消毒系统的存储器中并且可以被消毒系统的处理器使用以根据测量到的盐度水平确定期望的盐度调整的UV剂量水平。
[0016]在某些实施方案中，被施用于水的实际的UV剂量可以被在线地监视并且期望的UV剂量可以通过调整从UV光源发射的UV光的强度、UV源的数目和/或通过改变被处理的水的流量被设置。被施用于微生物的UV剂量是水的UV透射率(UVT)(其是水的清澈度的量度)、流量和被操作的灯的UV灯功率或数目的函数。如果UV透射率减少，UV剂量也减少。如果流量减少，UV剂量增加。如果UV灯功率增加或如果另外的UV灯被激活，那么UV剂量增加。
[0017]水中的盐的量，在本文中被称为盐度，可以影响微生物对UV光的敏感性。通常，在较高的盐度水平下，微生物可以对UV光是更敏感的并且据此，对于较高的盐度水平，较低的UV剂量水平可以足以实现相对于较低的盐度水平相同的绝对微生物水平。例如，比相对于可以被需要以灭活较甜的河水中的微生物的UV剂量水平的UV剂量更低的UV剂量水平可以被需要以灭活咸的海水中的微生物。
[0018]将理解的是，水消毒过程可以包括以下的灭活或除去:任何有机体、细菌、微生物(microorganism)、生物、动物、微生物(microbe)、病菌、病毒、有机污染物、非有机污染物、可氧化的毒物或污染物；任何生物的或化学的来源的累积的有害的物质；被意图氧化污染物和/或类似物的任何氧化性颗粒、片段或元素，例如过氧化氢或二氧化钛。
[0019]根据本发明的某些实施方案的UV消毒系统可以位于船只中以用于处理被容纳在压舱罐中的压舱水。压舱水可以从围绕船只的水被栗送并且可以在被插入至压舱罐之前被处理。此外，压舱水可以在从船只被排放之前被处理以符合国际规则，例如，如在国际船舶压舱水和沉积物控制与管理公约(Internat1nal Convent1n for the Control andManagement of Ships’Ballast Water and Sediments) (BffM)中指定的 IMO 规则或美国环境保护署(US Environmental Product1n Agency) (EPA)的美国规则。
[0020]压舱水的盐度水平可以根据水的来源变化。例如，海水可以具有高于32PSU的盐度水平，微咸水可以具有在3-32PSU之间的盐度水平并且河水可以具有低于3PSU的盐度水平。PSU是无量纲的实用盐标单位，把盐度定义为水样品与标准KCl溶液的电导率比率。根据本发明的实施方案的消毒系统可以被配置为以高效率的方式处理较咸的海水和较甜的微咸水或甚至淡水，例如，通过改变系统的工作参数(例如，UV光强度和/或水流量)。
[0021]现在参照图1，其概念地图示根据本发明的某些说明性的实施方案的示例性的消毒系统。消毒系统100可以包括用于携带待被消毒的流动的水的导管110和用于照射在导管110内的水的至少一个UV源120。系统100可以还包括用于检测水的盐度水平的至少一个盐度检测器130和用于控制UV消毒过程的控制器140。虽然两个UV源在图1中被图示，然而，本领域的技术人员将理解，要求保护的主题的实施方案可以用不同的数目的UV源被实践。虽然一个盐度检测器在图1中被图示，然而，要求保护的主题的实施方案可以用位于消毒系统内的其他的地点中的不同的数目的盐度检测器被实践。
[0022]导管110可以具有用于接收水的入口 114和用于排放水的出口 116。导管110可以包括由任何抗腐蚀性材料制造的壁。在某些实施方案中，导管110的壁可以包含不是抗腐蚀的材料并且壁可以被抗腐蚀性覆层覆盖。在某些实施方案中，导管110的壁可以至少部分地包含对UV辐射透明的材料例如石英。
[0023]一个或更多个UV源120可以产生具有合适的UV光谱的UV光。例如，UV源120可以包括一个或更多个UV灯，比如例如低压力UV灯、中等压力UV灯、发光二极管(LED)UV灯和/或被微波激发的UV灯。UV源120可以产生在杀菌光谱中的UV光以灭活水中的微生物。UV源120可以被浸没在导管110中的水流中(如图示的)或可以位于导管110的外侦U。在UV源120位于导管110外侧的情况下，导管可以包括UV透明窗(未图示)并且UV源120可以位于紧邻UV透明窗，使得从UV源120发射的UV光可以进入导管110以消毒在导管110中的水流。
[0024]在某些实施方案中，UV源的阵列可以被安装在导管110中。一个示例性的阵列可以包括容纳UV源120的至少两个UV透明的套筒(未图示)。在某些实施方案中，UV源120可以位于导管110内侧(例如被浸没)和导管110外侧两者。
[0025]盐度检测器130可以被配置以测量指示水中的盐的量的值。例如，盐度检测器130可以测量水的电阻率并且指示盐的量的值可以是测量到的电阻率。水的电阻率可以被在线地实时地测量。在又另一个实施例中，盐度检测器130可以包括总溶解固体(TDS)测量系统。TDS系统可以包括用于蒸发液体溶剂并且测量留下的残留物的质量的部件。TDS方法可以需要若干分钟以接收盐度水平。盐度检测器130可以位于导管110内的各种地点中。例如，盐度检测器130可以位于入口 114周围