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CN1231615A - 紫外线水消毒器 - Google Patents

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CN1231615A
CN1231615A CN97198181A CN97198181A CN1231615A CN 1231615 A CN1231615 A CN 1231615A CN 97198181 A CN97198181 A CN 97198181A CN 97198181 A CN97198181 A CN 97198181A CN 1231615 A CN1231615 A CN 1231615A
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Abstract

一种紫外线消毒器(1),具有重力驱动供水的输送系统(21)和悬于空气中的裸露紫外灯(53)。该消毒器(1)通过层流化的有孔挡水壁(37)、倾斜的处理室(47)和出口挡水板(69)而在流体动力学上被优化。

Description

紫外线水消毒器
本申请接续于1995年8月9日提出的临时申请No.60/003485。本发明是根据美国能源部和管理Lawrence Berkeley国家实验室的加里福尼亚大学之间的合同No.DE-AC03-76SF00098在美国政府资助下完成的。美国政府对本发明具有一定权利。
发明背景
本发明涉及水及其它液体流的紫外线消毒。各种紫外线水消毒装置所具有的共同问题是确保水流的完全处理和使用由石英或特氟隆包套的灯。这种包套带来很大麻烦，例如价格高、渗漏、粘附生物体、起膜和沉积化学物。
早期紫外线消毒装置
用紫外线消毒饮用水的第一个装置出现于19世纪早期。和现代的紫外线水消毒器一样，这些消毒装置通常使水沿封装在石英套筒中的灯的四周流过。这样做可以利用从各个方向辐射的紫外线和确保水的充分处理。
Keys说明一种重力驱动的水或牛奶消毒器和冷却盘管，紫外灯采用石英外套。设置有水平槽的挡水板或沟道，以控制待处理的液体流(1919年7月24日提出的美国专利No.1 307 500)。
Pole提出使用供水大容量，然后使水经一个狭窄的沟道两次流过石英包套的紫外灯，在两次处理之间使水混合，以便更均匀地配给水。在致力于充分处理最后产品的过程中形成了这些部件。采用反射器使发散的光线射向水〔1921年2月1日提出的美国专利No.1 367090〕。
Henri等提出了很多早期系统中的一些系统，这些系统的灯由石英窗包围，供水通过石英窗受到辐照。Henri等提出应用装在石英包套中的紫外灯来照射通过许多径向通道的水，该纵向通道靠近灯。利用供水中的导流板或挡水板形成涡流〔1916年10月10日提出的美国专利NO.1200 940和1923年11月6日提出的美国分部专利No.1473 095〕。在Henri等的一个专利中，供水在灯的下面流过，该灯位于一个石英容器内〔1916年8月1日提出的美国专利No.1 193 143〕。
尽管这些早期系统提供了最近紫外系统的基本模型，但这些系统很快地由更具吸引力和更实用的方法所取代。早期的紫外线装置需要很高的操作成本。另外，已证明设备是不可靠的，而且需要高水平的维修。氯化处理因其更有效和可靠地消毒水而被确立。
现代紫外消毒装置
因为近一个世纪的研究，设法提供实用的水的紫外线消毒法，所以一般的紫外线产生工艺已相当成熟。紫外线产生工艺成本也不太高，当代很复杂的紫外消毒装置近来已获得普及。特别是在欧洲，尽管处理的成本仍很高，但是对标准的氯化处理消毒对健康影响的担心已导致某些富裕的社会采用昂贵的紫外线消毒装置来减小这种化学制剂对人们的影响。截至1990年，在欧洲约有2000个市政水处理厂采用紫外线消毒系统。
当代系统通常需要复杂的循环系统。因为浸在水下的紫外灯需要石英包套，该包套上经常地易于沉积矿物或生物体，很多系统装有可以连续清洗这些表面的机构〔Hippen 1971年2月9日提出的美国专利No.3562 520；Ellner 1990年2月6日提出的美国专利No.4 899 056〕。已提出的流量变化时应用的部分浸于水下的灯(Tipon于1993年5月4日提出的美国专利No.5 208 461)。Noll等已提出一种将供水包套在一个围绕灯的螺管中(1991年5月7日提出的印度专利申请No.373/CAL/87)。
因为现代紫外系统的消毒局限性，已提出一种与其它消毒方法联用的紫外消毒装置，从而确保已处理水的完全安全性。Flatow提出用多个紫外灯进行紫外消毒处理与用臭氧进行再消毒的联合方法(1980年5月27日提出的美国专利No.4 204 965)。Mortonsen提出在紫外处理前用活性炭过滤器过滤供水(1986年10月7日提出的美国专利No.4 615799)，Lin也提出了这种方法(1990年2月20日提出的美国专利No.4902 411)。
发展中国家的水处理技术
在发展中国家消毒公共水源不太普遍。这些地区的居民要得到安全饮用水面临一些特别的问题，因为提供安全水的公用投资严重不足、技术人员短缺、供水量无规律和居民受阻隔。例如在季风期间，水生病菌常常涌入日常用水源中，此时居民又失去医疗救助，与安全水源断开。因此夺去了很多人的生命。
在例如印度这样一些国家，深井是很多农村居民的普通饮用水源。因为井的深度超过200英尺，所以水长时期封闭在不渗透的土层下，一般是无菌的。然而深井的成本高。打起来也费时间，因为打井需要特别的深赞设备。这些限制使得很多农家得不到这种水源。
用氯漂白粉消毒是农家使用的提供安全饮用水的另一种方法。这种方法可以杀死所有的病菌包括鞭毛虫属菌。另外，如果病菌再进入已氯化处理的水源，则新的细菌也会被杀死。这种方法在农村地区的限制是，通常容易使水中的氯过剂量，因此需要当时得不到的训练有素人员来测试用水之前的氯含量。特别重要的是，为进行消毒需要稳定地供给氯漂白粉。这种限制被认为是1994年在印度发生霍乱流行的主要原因，当时许多农村地区中断了供应氯漂白粉的供应线。
在炊炉上煮沸饮用水在一些发展中国家例如中国是很普通的方法，这种古老的方法对于消除水生病菌是很有效的。然而由于大面积砍伐森林，要收集柴薪很困难，因此也使获得了生用水陷入困境。另外，吸入用生物体作燃料的传统炊炉散出的烟尘也严重危害健康。
水的紫外线消毒器的出现体现了在这一领域的巨大进步，这种水的紫外消毒器的优点是可以以低成本向发展中国家提供安全饮用水。这种装置可以改善千百万人的生活并可能拯救他们的生命。
发明概要
本发明的紫外线消毒器体现了向发展中国家的人民提供安全水的重要进步。整个所需要的仅是极低能耗的紫外灯，它可以处理大量水，因为具有创新性的优化的流路设计，包括层流化的挡水板和倾斜的处理槽设计。水连续流过系统只是通过重力提供动力。安装的安全部件可以确保水的质量以及确保完全不熟练人员使用的安全性。本发明的水的紫外消毒器的上乘质量使得世界上农村和欠发展区域的村民可以享用他们在现时不能得到的安全水。由于应用基于本发明原理的消毒装置将减小婴儿的死亡率和疾病发生率，这对于这些居民来说是极为重要的。
采用置于处理室外侧的挡水板、倾斜的处理室壁、特殊构形的处理槽以及入口和出口便可以实现本发明装置的精心设计的流速和流体流型。利用重力供给水流动力。不需要采用先有技术系统所需的泵。即使采用不定期供电的电力也可以保证极好的可靠性，因而确保极低的成本。
本发明的目的是提供一种水紫外消毒系统的创新性水流设计，从而可以用重力输送流体和用低压紫外灯进行处理，减少了能耗和对环境的影响。
本发明紫外消毒器的再一个目的是提供廉价的卫生水，基本上不需要维护，因而使得发展中国家的人民可以得到安全水。
本发明紫外消毒器的再一个目的是提供消毒的流体，以供医疗、药物加工、食品加工、可再用废水处理、养鱼、冷却螺管承水盘以及研究动物群落之用。
由于本发明的很多的创新设计的部件、处理大量水所需要的只是很低能量的紫外灯，主要归功于本发明的优化的流路设计。利用位于处理室外侧的挡水壁、倾斜的处理室壁、特殊构形的处理槽以及入口和出口便可以实现精心设计的流速和流体流型。由于利用重力作水流动力，所以可以确保极好的可靠性和很低的成本，因为不再需要先有技术系统所需要的泵。
创新性的紫外消毒器具有许多创新特征，这些特征可以以极低的价格即以每人每年50-70美分的价格提供高质量的饮用水，使得很多发展中国家的人民可以首次得到安全水。采用简单而廉价的方法来消毒饮用水的有效性将拯救很多人特别是对痢疾最灵敏的儿童的生命。因为妇女主要负责向家人供水，由于减少了她们的劳动强度和减少了不再受水致疾病影响的儿童数目，因而本发明的紫外消毒系统大大提高了她们的生活质量。除开紫外灯和镇流器外，装置的寿命约为40年。
本发明的装置在各种各样的其它方便也是特别有用的，例如鱼场、轻便式公侧、饲养动物、血清处理前的消毒、保持空调系统中水的纯度等等方面。对于某些应用还可以进一步简化本发明的设计，以满足这些应用中的特殊要求。例如在一些应用中主要增强流速，而应用于动物饲养场时，某些故障保险措施则不是太重要。
本发明系统的精巧简单结构只需要很低的维护，而且这种维护可以由不熟练的使用人员完成。另外，装置的简单结构提供了重量轻的便携式系统。这样便可以容易地运输该单元，甚至可运到很远的地方。例如，该单元可以打成包，装在动物背上或动物拉的车上，或甚至可以由使用人背着走。还可以在多个水源之间共用一个单元，并可以容易地配置在不同的季节性水源处。
附图的简单说明
图1是本发明紫外线消毒器的纵向截面图；
图2是卸开的外壳和主水槽单元的三维图；
图3是紫外消毒器在挡水壁平面的横截面图；
图4是紫外消毒器出口挡水板平面的横截面图；
图5是入口导管的细节图；
图6是电子线路示意图；
图7是粗检供水浊度的示意图。
发明的详细说明
本发明的组装的水紫外消毒系统具有许多创新性的部件，这些部件可以协调地工作，从而可以容易而廉价地生产安全饮用水。在系统中装有许多简单的可靠的安全部件，这些部件可以确保始终如一地生产安全饮用水，即使在非常不利的条件下和不熟练使用人使用的情况下。
本发明装置的基本构件可以同时工作而向使用人提供连续的安全水流。输入供水槽使供水流入装置的入口。该供水进入入口导管，流过分配管。这些部件的创新设计使水在整个输入室内具有大体相同的压力。该供水然后经有孔的挡水壁进入处理室，该挡水壁使水流层流化。倾斜的侧壁确保均匀的紫外曝光。紫外灯悬挂在水流的上面，用于消毒供水。纯净水从出口挡水板上面溢流到出口导管，然后直接进入收集容器或贮存桶，水从该桶分配给使用者。
输入供水槽的结构使水以稳定的流速流到紫外消毒装置，该流速决不会超过单元的安全消毒能力。供水的额外冲力导致反向压力，从而减小流过单元的流量。如果电源断开而使紫外灯暂时停止工作，则入口导管上的电磁线圈操作的安全阀将暂时关断输入的供水。在本发明的装置内还装有其它安全部件。
在处理室前后侧的挡水壁和出口挡水板可以使供水的所有部分可以得到稳定的和可预测的处理。使处理室的槽倾斜以及配置紫外灯和反射器可以确保，即使是离灯最远的水所接收的紫外线剂量也接近于最靠近灯的水所接收的剂量。
为确保使用者的安全，当紫外光的保护盖打开时，紫外灯的电源便切断，从而不会偶然地直接暴露于紫外光。尽管接上地线可防备可能的触电，但还设置了地故障线路中断器，该中断器只要发生短路便切断电源。
输入供水槽
本发明的紫外消毒器通常装有供水进入槽，该槽与装置顶部的入口相配合。该供水进入槽具有许多本发明的功能。除其它功能外，供水进入槽形成一个供水的水池，起着沉降桶的功能，并且保持适当水压，以便水进入消毒装置。
供水进入槽通常由使用人装在处理现场装配。它可以用许多标准材料制作例如用塑料盛水桶或大油桶制作。将这些容器切开，形成一个壁，该壁高出装置入口口部的高度不超过10厘米。在用圆桶时，可以沿直径平面切开该圆桶，形成两个供水进入槽，这两个槽可以焊接在一起，形成一个大的长水池。
采用平分圆筒作进入槽具有许多优点。用其作沉降桶是特别有效的，因为它有倾斜的底部，该底部可以集聚泥沙和其它残渣，同时可以尽量减小不流入消毒装置的停滞的水。当固体物沉积出来后，槽底部的泥沙很容易掏出来，因而可以尽量减少混浊问题和全面也提供较高质量的饮用水。
当用圆筒的两半作成一组槽，使其连接部分具有适当高度的分开壁时，第一桶可用于初始沉降，水的较清亮部分从分离壁上溢流到第二桶。接收此种预先沉降的水的第二桶可以向本发明的装置提供浊度特别低的供水。在需要处理泥沙量大或尘土脏物多的水时，这种方法是特别重要的。
由于使用平分的圆筒作供水进入槽，从而尽可能地减小了因为清洗和其它目的而引起的升举问题。
平分的圆筒形供水进入槽一旦与装置脱开，便可容易地向一侧滚动或一直翻转过来，以便于清洗和倒空。考虑到便于清洗，最好在使用期间加上可除去的支承物例如石块或本质尖劈，以使槽直立，达到固定停放。或者在半圆筒的供水进入槽上装上半圆形的托架，该槽可以在该托架上绕枢轴转动。
为达到完全干燥、消毒或使油漆干燥，该半圆筒形供水进入槽还可以容易地翻转过来，以避免不使用时招脏物。定期将这种槽滚到一个座上使其圆筒内表上完全滚过空气是有益的。
采用兽力供水槽或其它平的停水装置作供水输入槽也是可行的。因为裸露的水表面大，所以通常将槽置于受保护的区域，或利用例如波状金属板复盖其大部分。这样便可以尽量减小进入供水的尘埃、脏物。一旦适当除去残余化学物，可以应用水泥拌合的槽。这种槽在清洗时可以抬高其一漏进行洗刷和冲洗，直至其低端。如果太重，采用支点和杠杆有助于这种抬高。而不需要使用人过分加力。
在供水槽的底部打开一个排水口是很有用的，虽然这种方式可能造成渗漏问题。按照设计在槽的底部将存在一定剩水，以便于沉降，所以抬高槽而不能完全排出不是一件小事。如果需将供水槽装在一个固定安装台上排水口也是有效的。当排水口具有充分大的直径时，在槽底部的水和泥沙用扫帚或其它工具进行搅和时便可以同时排出，因为在排出时泥沙保持在悬浮状态。
当空间非常有限时，槽可以沿装置的长度放置，装置通常为1米长。然而使槽沿垂直方向放置或与装置的长度成一个角度也是有利的。例如，如果装置封装在一个单斜的外壳或其它的保护外壳内，则最好使槽的水的沉降区域处于开放状态或处于较高的不太受保护的箱内，这样，在向装置提供供水时可避免使用者弯腰，否则将是不方便的。
供水槽起供水池的作用。当以断续方式供水时，例如从提桶中的静止水取水时，或由断续水源供水时例如用手或兽力驱动泵供水，或流量变化水源供水时，这是特别有用的。因此使用人可以贮存相当大量水以备处理，并在随后收回已处理的水。供水进入槽还使得不必要平缓供水。例如，例如可以用吊桶倾倒水而不必缓慢供水，这样便相当地减少了使用人背部的受力。
供水进入槽还有助限制供水的混浊度和提供水纯法度的粗检(见下面)。流入水的紫外线透过率确定紫外光是否很好地穿透和消毒供水柱。透过率随浊度和溶解盐的增加而减小。因此供水进入槽提供了极好的可能性来限制浊度对总体消毒质量的影响，即限制对本发明装置在各种不同地区使用条件下所得到的消毒质量的影响。
供水对紫外线的透过率可定量为“消光系数”。当紫外线穿过供水时消光系数越大则紫外光强度衰减越快。紫外线消光系数大的供水在相当程度上将会保护离紫外光最远的那部分微小生物体，可能有损于杀灭致病菌。
纯净蒸馏水的紫外消光系数为0.007厘米-1。在本设计中假定，流入水的消光系统为0.3厘米-1，此值和美国废水处理厂放出水的平均消光系数相当。在实验室的测试中已经发现，本发明装置可以消毒其浊度为20NTU高岭土产生的浊度的水。
因为本发明装置可以提供其浊度相当高的安全水，所以对日常使用只需要粗检供水浊度。最好在安装装置时最开始用定量法测定水的浊度。随后，例如在维修灯期间，用浊度仪进行定期的支持性测试，以测定基线浊度并提供定期监测结果。
供水进入槽提供一种可能性，可以每天粗检供水浊度。可以在槽端部的水下装一种水的目视图案，例如一块方块，带有里白条。观测者用眼睛在槽的最远边缘处观察，观察这些条是否明晰。如果不明晰，则供水需要沉降直至这些条变得明晰，然后再继续进行水处理。定期的粗检不合格向使用人提出警告：需要配置隔成两个室的供水进入槽，以便进行有规律的预沉降。
作为一种可换代的浊度检测法，可在供水进入槽的观察端部在水下成45°装一面小反射镜。随后观察者观测在小镜上反射的目视图象，因此透过水的长度看到该图案，从而可见到黑白条。这种方法有助于确保视线可以透过足够长的水来检测混浊度。槽的长度必须至少在一米，以便提供足分的数据来进行有效的检测。
入口组件
本发明的入口组件包括入口和入口导管，该导管部分位于入口室内。此管子组件通常为标准的PVC螺扣连接管，在定期清洗或除去堵塞物期间可以简单地拆开。
供水从入口经入口导管流入入口室。入口导管通常为倒T形，在下缘上有孔，从而在整个入口室提供均匀的流体压力。
本发明紫外消毒器的入口位于对着出口的装置的端部，但在出口的上游。入口通常配置在装置的顶部。入口使供水经入口导管进入入口室，然后水再流入处理室。供水由重力驱动流过入口，该重力确定流入入口室的流速和在那部分装置中的水压。
为保持消毒质量，重要的是进入入口的供水应尽可能除惰性物。如果杆、砾石、树叶等东西进入入口，则这些东西可能损害消毒过程的有效性。为限制这种可能性，入口上通常装有一个简单的细网屏蔽箱，该网有助于防止漂浮物例如枝条或树叶进入入口。这也有助于防止小动物例如昆虫和小的啮齿类动物进入入口，如果网箱堵塞则网箱容易清洗，或取下来冲洗，去掉堵塞物。
在用进入槽时，配置入口的槽端部可以配一个简单的盖例如木板或金属板的连接件。这样便可以保护入口而不能直接进入无生命的东西例如如飞石或杆。这种盖还可以防止因为直接倾倒在入口上或未经许可地将一个加压泵连接于上部进入部分上而迫使水以不适合的流速流入入口。
特别是在不用挡渣网箱或槽的端盖时，重要的是应在出口上配置一个小凸出部分，该凸出部分约在3cm高。特别是在用平底进入槽时，该凸出部分可以避免沉积在槽底的泥沙直接冲入入口。还可以避免在四溅时发生的涡流和激流问题。因为泥沙沉积在槽底上，所以减小了浊度、减轻了挡水板堵塞问题以及尽可能减小了消毒设备内部的沉积物。
根据以下设计要求确定入口的直径，即进入槽或其它进入槽中的水柱的最大高度(在盖的上水平面上面约10厘米)应产生15升/分的流量流入入口。对于不同高度的入口槽壁(例如较高高度)可以设置不同的入口直径(例如较小的直径)。需要计算这些直径值以便产生本发明所用的必需的流速。对于熟悉计算流体在流过管子和孔眼时的压差的普通技术人员可以明显看出构成这些替代设计的参数。
因为为使供水在处理室中得到正确处理，水压是必需的，所以在入口上面的水位很重要。由于只用重力驱动，所以水流速依赖于此高度和其相应压力。通过提供一种供水进入槽，使其容量不超过入口上方10厘米(或如上所述的其它高度)，便可以形成一种限制由入口进入入口室水压的天然装置。
由于提供具有适当壁高度的供水槽，所以如果使用人以极快的方式将水注入槽中，则水便简单地溢出。这有助于保证在入口导管内的正确压力。设置供水进入槽也可以限制性急的入趋向于迫使水以不正确的速度流入入口，因为槽形成一个容器，人们在正要处理水时很可能有其它活动。
对于拥有管道供应的加压的不安全水源的村民可以通过简单的浮动阀将水输送到槽中，从而可以确保将已消毒的水连续送入另一个桶(贮存桶)，然后再从该桶输送到每户村民。
使用连接于入口的供水槽还有助于避免装置中的不正确压力。在很多使设备连续运转的社区中，供水可由直接使用人贮存在供水槽内以备最后处理，但是可以即刻从社区的已消毒水贮存池中取得同样量的已消毒水。因此提供合用尺寸的已处理水贮存池可防止诱使用户使流速不适当的水进入装置，而同时又提供“即时”处理。
在本发明消毒装置的某些应用中，供水用手动泵从下面引入到入口室。该装置可以直接形成泵的连接管接合部分。此时水从下面进入装置，其流速可由手动泵装置及施加的泵浦力决定。在本发明的实施例中，入口导管可以大得多而不会产生不利的操作性能。然而它不能显著小于上部进入装置，因为较小的入口导管将产生更大的回压，在流体流过之前这种回压是必须克服的。
可以在入口下面的入口导管内设置安全装置，该安全装置只要在灯的电流中断时便使供水停止流入本发明装置。当电路发生短路或电池耗尽时便会发生这种电力中断。如果电源属于不规则供电的电源，例如太阳电池阵列、小水电电源或典型的发展中国家的农村电网，则也可能发生这种情况。在本发明的一个实施例中，在入口管上装一个电磁线圈，当电池中断时，该线圈便使一个圆片急速回位或关闭一个蝶阀。
入口室
供水从连接的入口经部分装在入口室中的倒T形入口导管流入入口室。在处理供水期间通过水柱的高柱和在分配管上配置通孔可以保持在整个入口室内的恒定流体压力。这些因素控制作用力和水进入处理室的流量。这种恒定的压力是必须的，使得下述的挡水壁可以有效地使通过处理室的供水水流层流化。
水经入口导管远端部的分配管部分流入入口室，该导管平行于挡水壁。该分配管从入口导管的垂直入口管部分供水，并从该管的两侧水平延伸，形成倒T形结构。分配管通常浸没在入口室底部附近并具有出射孔。这些孔指向入口室的后侧或指向挡水壁而不会产生有害的作用。在一个实施例中，分配管固定在挡水壁上。尽管在这种结构中会发生某些层流荫影部分，但仍可以有效地处理供水，并尽可能减小在出口室中的涡流和压力变化。
当提供宽大的消毒装置时，例如在要求较大的容量时，分配管上的孔具有较大半径，该孔远离垂直入口管，靠近进口室的两侧。这种结构在入口室的壁到壁之间形成始终如一的水压，并可以确保层流化的供水流流过处理室。对于任何特殊的结构，普通技术人员根据标准的液压流量和液压压力可以确定这些孔的具体尺寸，以便在整个入口室内形成要求水平的相同压力。
挡水壁
挡水壁将入口室和出口室分开。本发明的此种部件与下述出口挡水板配合形成独特的流体动力学上优化的系统，用于输送将由紫外线处理的供水。它还起附加反射器的作用，将紫外线反射到供水上，从而对供水提供较高的净剂量。
本发明的挡水壁带有切口，该切口使水流层流化，从入口室输送到处理室，并限制水流量，以便在处理室中保持最佳的水流量。挡水壁的这些功能提供了最佳的流速和处理加工的质量。
在先有技术工艺中，使用挡水板通常引起安全问题，因为在处理期间挡水板产生遮挡紫外线作用。这种现象使供水的某些部分不能安全消毒，引起产品的安全问题。本发明已经消除这种设计问题，因为将挡水壁置于处理室的外边，所以遮挡问题完全消除。
因为挡水壁产生始终如一的层流水，所以可以限制或整个消除涡流的产生或供水流的其它不规则流动。挡水壁的这种功能对于提供低成本处理以及尽可能极大地减小获得安全饮用水所必需的紫外光发射强度是很重要的。在其它方面，在先有技术中，在处理室中的多个挡水壁将产生涡流，这造成不需要的宽的紫外线剂量分布于正处理的水上。
入口挡水壁上的孔的间距和直径被设计成可再使从入口和导管流入主处理槽的水流层流化。如果孔的总面显著改变，则孔影响正确处理供水所必需的水流流型。挡水壁上孔表面与实体部分之比可在10％-30％之间。更好的范围在12％-20％。最好为15％。
在设计适用挡水壁结构时，除挡水壁上唯一的出口孔面积之外还可以考虑其它因素。如果在挡水壁上有数目较少的相对较大的孔，则可能出现从入口室流出的水流中包含太多的涡流能而不能形成适当的层流这一危险。相反，如果有较大数目的过分小的孔，则可能出现由可能进入入口的小残渣堵塞该孔的这一危险。这种堵塞会损害形成的层流并危及处理水的有效性。在设计本发明的不同实施例时，普通技术人员将有能力权衡这些因素。
反射壁装在挡水壁的正下游。该反射壁从处理室的顶部延伸到挡水壁顶部的紧下面，该反射壁通常是一块平板，直接与弯曲的顶部反射器的端部相接。该反射壁的作用是防止进入处理室的供水流的表面扰动以及撇去可能进入入口的漂浮渣。
处理室
该处理室在紫外处理灯的下面提供调节的供水流，以便生产没有生物污染的水。处理室具有若干部件可以保证达到这种重要的水流状态。挡水壁与在整个入口室内保持的恒定水压相结合便可以获得始终如一的层流，该层流流入处理室并流过该室。该反射壁防止了表面扰动和形成涡流。倾斜的处理室壁使水在物理上被定位，使得水可以接收一种窄的紫外线剂量分布。
紫外线灯悬挂在供水流的上面，位于处理室底板上面准确规定的高度，该灯对水进行稳定的直接处理。本发明的设计避免了先有技术中石英套筒上沉积的大量沉积物、矿物沉积物和其它阻挡紫外线物质的问题。该紫外灯装有曲面反射器。该反射器用作处理室的天花板。该反射器可以重新捕获射到对着灯表面的天花板上的紫外光，使其反回到供水流上。一般最好使这种次级的紫外光射到靠近处理室壁的供水流上。本发明的这种结构可以向一部分水流提供额外的曝光，这部分水流原本比位于更中心的水流得到的紫外剂量小。
挡水板与进入导管相配合可以使流水在稳的状态和压力下以平行的一维层流流入处理室。尽管这些孔中的任何一个孔所造成的水流的减缓或阻塞均可能在某种程度上改变水流的动力学特性，但由于相邻层流水流的重新取向作用，本系统允许存在一定百分数的受损层流而不会影响水的质量。定期维护和清洁本发明的紫外消毒器可以确保消毒质量。使用率和供水质量将确定两次维修之间的时间。在生物脏物特别严重的少见情况下，在两次标准维修之间可以进行用户试验，通常采用食用色素层折法进行简单的试验，以观测孔的阻塞状态，如“观测窗”一节所述。通过轻轻拍打正好在正确处理水位上面的消毒器可以增加流速，这样作可以清除堵塞物。
可用处理室的倾斜壁来大体集中和引导层流。另外，通过有效地将所有水配置在与灯相隔特定距离的位置上可以确保由规定剂量的紫外光对所有水进行可预料的处理，从而不会造成对部分供水处理不充分，这种处理不充分原本是由于供水的几何尺寸因素和消光系统不合适致使紫外光强度降低而造成的。本发明的特殊部件使得可以用廉价的低压紫外灯处理大量的供水。
为使水在所有时间与紫外灯相距某个最小距离，可以计算本发明倾斜壁的斜率。此种辐射计量上的优化设计还造成：使壁的角度与灯的反射器板相协调便可以优化供水的各个部分对紫外光的曝光。本发明的设计实际上可以使处理室最远壁处的水的曝光很接近于靠近紫外灯的水所受到的曝光。本发明的这些部件主要是指供低价的可以充分消毒的系统。
在处理室中水的滞留时间和水的深度也必须精确控制，以使供水以最小可能成本达到几乎均匀曝光，最靠近灯的水的深是是最大的，在离灯的距离较大处的水的深度逐渐减少到较浅的深度。这样便可以确保整个水体的紫外曝光分布很窄和很有效，因为在浅水中紫外光的吸光显著地比较小。
另外，靠近装置壁和其底表面的水因为摩擦作用而流得较慢。这种现象使得这部分水在处理室中的滞留时间延长，这部分水离紫外灯最远并受到其它部分水的遮挡作用最大。这样，本发明的创新设计校正了在处理室不同部分中的水对紫外线曝光的差别，从而形成窄的和有效的用紫外光消毒水的系统。
紫外光消毒系统的一个潜在的问题是，供水可能由于某种原因而被迫使以大于可以得到有效处理的流速流过系统。与其它系统相比，在本发明中这是不太大的问题，因为依靠实实在在的重力来提供合适的流量。然而，不适当的水平调节。不适当地连接泵，造成加力流动，以及用深容器取代入口槽均可能使消毒装置过载。作为第一种防止不适当水压的装置，入口具有可控的尺寸，使得如果供水流量太大，则流水将承受一个反压。
入口室槽壁的特别设计部件可以避免处理室中水的不适当高度。除处理不完全外还必须控制处理室中的水位，以避免灯损坏、电路短路以及保证使用人不触电。处理室被设计成开放的结构，其壁具有规定的高度。构成曝光室的外壳还具有底部槽口，使得可以引导在受到不正确加力时溢出壁外的溢流流出装置并尽快排走，以避免水造成损害。
本发明的一个实施例可以处理的最大水量为15升/分。如果迫使较大的流量进入入口，则过量的水逸出处理室的槽壁或通过槽壁上的排放切口排出。然后此过量水从装置的底部槽口排出装置。特别设置这些槽口，使得该过量水不会淹没装置的内部工作件，不会从流出口流未来经处理的水或不会造成短路。
紫外灯和电源
本发明的创新设计使得可以采用标准的低价紫外灯。该灯配置在流水的上面，位于处理槽底板上面特定的高度。这种创新性的配置可以不再需要昂贵的石英外套和特氟隆外套以及清洗它们的装置，这些在现在都是紫外消毒装置需要的。在处理槽底板上面的规定高度对于供水获得合适辐射计量的剂量是很重要的。
因为其简单性和若干创新性的安全部件，本发明实际上可以用任何电源供电。例如在弧立的区域可以只用小的太阳能电池板来运转本发明的装置。小水电源或风力涡轮发电机也可以提供充分的电力来运转本发明设备。当装置用不定期的农村电源网供电时，需要一个切断继电器，以便在电力中断时间切断从入口进入的水。这种安全切断阀已在上面入口“一节中”说明。
本发明装置还可以用车用电池供电，这种电池采用点滴式充电，从而避免对用户的安全问题和使用不定期电源带来的不方便。因本发明的简单而有效的设计，导致对电源的要求很低，简单的12伏车用电池便达到必需的电源要求。这种电源在村镇例如在使用断续电源的乡村是特别有用的。电池在电源来电时可以重新充电。如果电池被用作一种贮存单元，贮存太阳能电池阵列、不定期的水轮电源以及其它常停电的电源产生的电力，则这种方式允许在夜间进行水处理。
在本发明中最好采用防水喷溅的开/断开关。很多公司例如Mulberry公司制造这种衬有密封衬片的开关。已有30480 Mulberry开关，它有开关、密封衬片以及防喷溅的外壳。
在有水流的情况下使用电力使用人有可能会触电。为避免这种危险，本发明的电路上装有接地故障线路切断装置(Ground Fault CrcuitInterrupt)。这种装置装在单元的电源上，在用120V或230V交流电源时，这种装置是特别重要的。只要系统短路便立即切断电源，在开/断开关和镇流器之间还设置2A保险丝。
简单的接地线可防止可能的触电。任何漏到本发明装置主体上的电将流入地，不会因触模装置而使人员触电。应保护电源线，使其在进入基架时不会受到进入孔金属边缘的损伤。在电源线引入孔上加上橡皮垫是防止此问题的一种方法。在电源线上打个结，或者使该节与入口夹具内的电源线的三股线相连接。这种节可以防止在外侧机械拉动电线的拉力传送到其装置内侧的电接点上。
在靠近电线入口处设有用本地区语言标出的安全标志，该标志如下：注意，机内有强外线；注意，不断电不能打开机器。
使用任何一个紫外灯的安全考虑是，净紫外光对于使用人是有潜在危险的，例如用裸眼观看它等等。本发明的配置使得：如果包围灯的保护盖或其外壳被卸开，则灯电源立即断开。处理室的连锁系统消除了系统操作者偶然曝露于紫光下的危险。
在本发明装置中，紫外灯是一种寿命最短的部件。在本发明一个实施例中的紫外灯可以燃8000小时。当灯熄灭时，或有干扰灯工作的任何误操作时，用户可以通过下面要说明观测窗立即观察到这种状态。根据每天使用的小时数，如果一天平均用20小时，则通常一年变换一次灯，如果一天平均用10小时则可以每二年更换一次灯。选择部件是一个线路，该线路在水流入入口时便使杀菌紫外灯通电，并在水不再流入入口之后的三分钟内关掉该紫外灯(水在装置中的滞留时间约12秒)。这样可以节电，同时还显著延长了电子器件及紫外灯的寿命。
应当每6个月进行一次例常清洁和检查，以保证全年的稳定工作。灯通常在间歇期间或在进行例行的清洁和检查期间进行更换。当维修工人按日程在乡村巡检时便会想到这一点。在同时，用食用色素层化法测试层流化状态和收集混浊样品。
电子镇流器是本发明另一个寿命有限的元件。它的寿命通常约在20000小时。可供本发明使用的典型的商品镇流器是12伏交流电源的Motorala Electronic镇流器No.MI-RN-T12-ILL-120。
观测窗
安全观测窗允许直接观测紫外光以确定其操作。该窗配置在下述底座的前板上，用不透紫外光的材料制作，从而允许用裸眼直接观察光的状态而不会对观察者造成危险。在本发明的一个实施例中，该窗用4mm厚的聚碳酸酯制作，满足允许观察紫外光的标准，这种材料基本上不透紫外光，不对观测者产生坏作用。它用四个螺钉固定在外壳的内表面上。在观测窗附近应标有写有本地区语言的标志：注意：机器工作时可透过此窗看到蓝色辉光。在一些使用人为文盲时还可以贴上国际符号标志。
本发明的观测窗部件提供了一种快速检查法，可以直接观察紫外灯是否在工作，或紫外灯是否因某些原因例如在其表面形成大量沉积物而受到损害。重要的是应在水从设备中流出时检查紫外光，以确定灯没有烧坏。然而在处理期间不一定要连续地观测紫外光，即使在使用间断性电源的情况下。这是因为在电磁线圈线路上配有故障保险的管闩，如上所述，该管闩无论电源在什么时候断开便可以制止水流入装置。用车用蓄电池作电源提供了一种额外的提高利用率的措施，因为装置的使用时间不以任何方式与利用电网电来充电蓄电池的时间发生连系。
观测窗还提供一种定期检测供水从入口室流到处理室中的层流状况。将少量食用色素作为可观察的部分加入到入口，观察者然后观测新的着色层流，注意在穿过处理室时是否保持层流状态。可以直接看出挡水壁上小的堵塞，如果发现层流状态破坏，则应作正常维修，恢复层流。
输出挡水板和出口
输出挡水板形为低堰，位于处理室的下游端部。已处理水升到必需的高，然后越过此障凝物瀑布式流入出口槽，图1所示的本发明实施例中，该挡水板的高度为5厘米，而主槽的整个高度为10厘米。已处理水然后从出口槽经一根管子流到出口，在出口处使用人可以直接用水，或使其流入一个安全贮水桶内。出口位于槽底上面2.5厘米，以便既提供结构的稳定性，又能在分配处理水之前提供一个最后的沉降区域，可以设置一个排水插塞，以便在不拆卸装置的情况下清洁这一区域。
处理水可以通过套筒输送用户，或如下所述可以贮水桶接上出水道。因为系统的消毒速度为30升/分，所以装置可以提供最合适的水流量。比较起来，这一流量超过典型的美国浴缸排出的水流量或普通浇花软管排出的流量。
安全水贮存桶
如上所述，设置体积足够大的贮存桶和一个大的供水槽可以使用户进行“即时”处理。如果设置一个公用的贮存桶，在开始引入供水之后，每个新的用户便可以从贮存桶中取用它引入的供水量，而允许其供水在另一时间进行处理。这种贮存桶必然要加入保护，避免进入脏物。安全水贮存桶最好是一个带有排出口的密封桶，以便保证水质。
通常采用细颈容器盛本发明的安全水产品，然后拿到家中供家用。细颈容器最好带塞子，这种容器有助于确保不会因手脏或浸入取水的壶脏而弄脏安全水。细颈容器还有助于防止在运输期间因泼酒而损失水。聚乙烯的这种扁平容器价廉、结实、重量极轻，可以装大量水。要将水运到家时，最好用独轮车运送该容器，以尽量减小使用人特别是病人或老年人所用的力气。
外壳
本发明的外壳不仅重量轻，易于搬动，而且坚固，因而装置寿命长。它可以用不锈钢制作，不仅结构稳定性提高，而且还耐腐蚀。相反，不与水接触的面向处理室内部的装置部分最好是抛光的或磨光的铝，因为铝的反射特性增加了水对紫外线的曝光。
对于大多数装置采用弯折的金属板，以尽量减小焊接部分，保证少出渗漏问题。当焊接部分与水流接触时，该部分通常用硅环氧树脂封闭剂封闭。暴露于紫外光的焊接部分可以另外地用不锈钢条封闭，以避免由于照射紫外光而可能破坏硅环氧树脂。
在尘埃沾污成为问题时，外壳最好装有简单的空气过滤器。这样便允许空气在紫外灯的四周进行规律的循环，以避免灯起雾或生物体沉积而又不存在尘埃沾污的危险。然而灯的工作温度避免了这种复杂问题。尽量减小空气流过装置可以尽量减少引入致病牙孢或引入造成混浊的一般灰尘或脏物的问题。
外壳由盖单元组成，盖子装在底座上时完全包围心部组件。底座架由铝质角梁制作，固定在底座的内表面上。底座架形成将盖子和心部组件组装在底座上的框架，并提高心部组件和装置作为一个整体的稳定性。
在重要区域有焊接部分时，装置应当密封。这种密封构成进入水和处理水的连续水道，而且还可以尽量减少水和空气的污染。商品化的硅酮金属凝胶封闭剂，例如由GE Silicone公司生产的“Silicane II MetalGlue d Seal”或由Scotch Seal公司生产的“2084 Metal Sealant：是这种适用封闭剂的例子。
安装和正确地调直
本发明一般是牢固和耐用的。而且本发明的装置很可能用在不时遇到的恶劣的条件下，例如在高热高湿度、多雨或很低温等条件下应用。为延长装置的寿命，达到其最佳功能，必须特别注意安装和保养。
在恶劣的气候条件下，简单的机房例如单坡屋将有助于延长装置的寿命，并可以限制颗粒的或其它东西(包括致病菌和昆虫)进入供水或纯水制品。这也限制了保持装置内部无沉积物所需要的维修量。如上所述，装置可以与供水进入槽以及纯水贮存桶分开安放。
在不需要机房和机房不实用时，最好使本发明的装置靠近某些保护物以防备恶劣天气，例如可以放在树下、靠近峭壁或放在房子荫影下，等等。可以用波纹铝板或其它盖顶来保护装置。如果装置靠近井，很可能有一个先有的风雨棚，这种棚既可以保护井又可以保护装置。在更富裕的村镇中，各别的装置可以直接放在家中。这对装置提供了更好的保护，并限制了可能的后处理引入脏物。
装置一般最好离地有一定高度。这种位置可以避免经常紧靠地面的由空气承载的高浓度的灰尘和碎屑。这种位置还限制了昆虫和其它动物侵入装置。当装置放在较高位置例如放在一个台架上时要更仔细地进行维修和安全检查。在本发明的一个实施中，装置装有短腿，离地有一定空隙。
在一些发生周期性泛滥的乡镇例如在印度和其它邻国的季风地区，将本发明的装置装在高处是特别重要的。在此时，大雨将来处理的脏物或其它东西从地面冲到井水和地面水中。因为在这种情况下，霍乱和其水生疾病直接威胁着村民的健康，所以本发明装置的安全作用变得极为重要。将装置放置在高处可以限制或消除水生致病菌对这一安全水源的污染。
装置在处理水期间必须保持水平，以便可以适当地处理供水。装置通常装在水泥板上或岩石面上。可以用垫片进行外加的调水平。这种布置限制了处理期间发生振动的可能性，这种振很可能损及层流。在本发明的一个实施例中，在外壳上装有调水平的腿，利用调平螺栓可将装置调到水平位置。
为确保水平，装有两个气泡水平仪，它们牢固地固定在外壳的外部。其中一个沿纵向配置，而另一个处于横向线内。当如此配置装置使得各个水平仪中的气泡落在水平线内时，该装置便位于达到最佳功能的位置。必须定期检查这种水平状态，以确保沉降、抖动或其它活动不会使装置失去水平状态。
在定期清洗期间，可以使装置倾斜，使入口端抬得稍高一些，即故意使装置不水平，这样便可以增加水的流速。由于超过处理流速。所以涡流、回流以及增加的供水流将搅动沉积在装置内的沉积物。然后这些沉积物被冲洗出系统，随后使系恢复运转。所以在相反方向倾斜装置，以便除去挡水壁孔中的包藏的生物体。
由于本发明的轻便性而可以得到许多优点。装置可以用简单的方法送到边远地区，例如用兽力驼载，甚至可以用人背送。装置是牢固的，足可以承受牛拉车或吉普车在不平路上的剧烈振动。
装置的轻便性还使得可以在局部区域的若干水点提供纯水。一种活动架有助于这种在本地区的重新配置，例如具有伸缩轮的或滑架的拖车，该滑架带有把手。这样，装置可以为整个村子服务。设计还允许顺序地配置在不同水源处，以避免用体力将其原来水源的水送到处理地，然后再将水逆回到使用地这样的繁重劳动。
其它应用
在附图和例1中所示的本发明的实施例旨在向农村地区和发展中国家的人民提供高质量的饮用水。然而本发明的简单而精巧的消毒设备还可以有效地而且经常是无双地用在很多不同的方面。
本发明在医学上有重要的应用。在发展中国家通常在市场上没有用于临床和药物的可靠的消毒水供应源。然而很需要有作此用途的安全水，例如用来冲洗临床医生的手，冲洗和清洁伤口以及混合药物制剂等。在例如冲洗伤口和配制药剂的这些应用中，可以增加滞时间或使水经多次处理，以确保水的几乎完全消毒。最好用细颈瓶贮水和送水。
在场内公厕排出的水必须进行处理才能放回自然界，以免大肠杆菌或其它细菌沾污地表面或地表水。这种水相当于废水处理厂产生的“灰水”。在这些小的场内公厕中排出水每天达到500加仑，在经处理，匹配消光系数后，采用本发明装置可以容易处理这种流出水，以便使其安全地返回自然界。
因为过度捕捞减少了天然鱼资源，密集的养鱼业正发展成农业的很重要部分。在养例如鲑鱼时，需要连续水流流过鱼群，使鱼可以连续游着。然而这种包含食物和排泄物的连续水流可以很快地发展成包含大量细菌脏物的水。
这种养鱼系统的连续水流可以与本发明极好地相匹配。本发明装置可以放在一个小的分水流上，该分水流可以连续地与较大的养鱼水流动。因为目的是始终如一地降低而不是消除细菌的繁殖，所以设备的流速可以显著地加大。即最快的流速也可能构成最佳的处理方法，该最快的流速可减少供水中细菌量的80％。目的是在最短的时间内也杀死大体同样数目的细菌，因为“纯”水将直接流回原来的养鱼水中。
采用本发明装置还可以有效地执行生物有害液体的消毒。例如很难消毒用于生产危险致病菌疫苗的大容积血清。这些废品中的许多废品含有可能极端致命的病毒脏物。本发明装置可以很有效地抑制这种危险。
大冷却设备例如冷却塔或大型空调系统的泄水槽很容易生长致病菌并发生大规模传布。军团病问题便是所论之的情况，其时，这种致命的疾病通过旅馆中空调系统传播。在重工业上所用的冷却塔设备上也存在滋生生物体的问题。本发明装置的紧实主体和高的产率使得可以理想地解决此种问题。
本发明的另一个很适合的应用是提供研究动物群体的消毒水，该群体一直保持在消毒的状态下。例如供水可以取自市政自来水。因为处理是连续的，所以动物可以不断地获得新鲜消毒水。这对于使用昂贵蒸馏水的现代方法是一种巨大改进。
图1是本发明紫外消毒器1的纵向图。在Ⅵ型消毒器1的顶上搁置通常长1米的入口槽3。供水5的高度由入口槽壁7限制在10cm，该壁7从入口槽底板9算起不超过该高度。因为入口槽3通常即使复盖也只是部分复盖，因此入口槽壁7可以有效限制供水5的高度。此部件形成紫外消毒器1上面的水柱重量的上限，从而确保重力驱动供水5的流速绝不会超过适合于进行紫外处理的正确流速。
入口11(直径约1.5厘米)通常经入口槽底板9伸出入口槽3。入口唇部13伸到入口槽底板9的上面，一般伸出2-3cm。当供水与夹带不溶颗粒时，这些东西的一部分将自然沉积在入口槽底板9上，形成入口槽沉积物15。当供水5冲入入口槽3时，这种入口槽沉积物可能会再与供水5混合，有损于供水5的紫外处理，并且一些部分沉积在紫外消毒器1内，这部分沉积物影响内表面的反射率。设置入口唇部13减轻了这种可能性。在两个处理期间之间可从底板9上清除或扫描入口槽沉积物15。该入口槽底板9可选择地配置入口槽排出口，在处理期间该排出口被塞上，而且可以打开，以便使沉积的入口槽沉积物15冲洗物通过排出口加速入口槽3的清洗。入口11还装有入口屏蔽网，该网为箱形，可以阻止较大的颗粒物例如小杆、石块或漂浮的树叶，使其不能进入入口11和危及紫外消毒器1的效能。该入口蔽屏网对性急的使用人还起着一种阻碍作用，性急的人往往想将压力水泵接在入口11上，迫使水以不合适的流速流入装置。
供水5通过重力经入口11进入紫外消毒器1。入口槽壁7的高度和入口11的直径选择为可形成约4加仑/分的供水5的进入流速。入口11进入入口导管21，该导管由垂直的供水入口管23(约16厘米长)组成，该入口管23连接于水平入口分配管25(长约21厘米)。因此入口导管形成倒T形。供水入口管23从上面经孔横穿外壳盖27进入紫外消毒器1。电磁线圈截止阀29装在供水入口管23上，该阀在紫外消毒器1停电时便切断流入紫外消毒器1的供水5。
大部分入口导管21位于入口室31内。主槽入口壁33(约30厘米×8厘米)、主槽底板35和挡水壁37(约20厘米×8厘米)构成入口室31。主槽入口壁和挡水板37之间分开约7厘米。供水入口管23通常靠着挡水壁37。
入口分配管25通常直接搁在主槽底板35的倾斜侧板上，形成很稳定的结构。另外，入口分配管25通常用环形固定件39固定在挡水壁37上。分配管25上有分配管孔41,该孔使供水5流入入口室31。分配管孔41的尺寸和位置使得入口室31中供水5的压力相当恒定。
由于限制入口槽壁7的高度而使入口槽3内具有特定高度的水柱以及限制入口11的直径而限制入口供水量，这样便稳定了进入紫外消毒器1的水压。如果这些安全部件由于某种原因受到限制。则主槽入口壁33以及连接主槽入口壁33和挡水壁37的在此图中看不见的侧壁形成有限的高度，使得供水5可以溢流出这些壁，主要溢流出侧壁。此过量的供水5落到外壳底部43，在该处它经外壳顶部27和外壳底部43的结合处形成的普通间隙流出。
作为次级溢流区域，过量供水5可从引流的主槽入口壁33上溢出，过量的供水5聚集在主槽壁33和入口防溅壁45(约16×30厘米)形成的空间中，在该空间中聚集的水经外壳顶部27和外壳底部43的结合处形成的普通问隙流出，和过量的水从连接主槽入口壁33和挡水壁37的侧壁上溢流出去时一样。当发生这种情况时，入口防溅壁45保护装在其后面的电气连接件。
入口防溅壁45配置成平行于外壳入口端部46，在外壳底部43于紫外消毒器1的入口端部向上延伸时便形成该端部46。外壳入口端部46上装有保险丝42和开关44。
处理室47由挡水壁37、主槽底板35、出口挡水板49(约30厘米×4厘米)和曲面的顶部反射器51(圆弧段42厘米，直径30厘米，长42厘米)形成，后两个纵向间隔开4厘米。曲面顶部反射器51罩住固定在插座54上的紫外灯53。该插座又用插座固定螺栓52固定在曲面的顶部反射器51上，因此曲面的顶部反射器51支承紫外灯52，将其悬挂在处理室47的上面。另外，端部反射器55装有紫外灯支承箍56，该箍在最靠近入口室31的端部支承紫外灯53。紫外灯53的中心轴线位于主槽底板35上面8cm，在曲面顶部反射器51下面7厘米。
电源和切断继电器57经灯线59和未示于图中的镇流器向紫外灯53供电。电源和切断继电器57还经电磁线圈导线62连接于电磁线圈切断阀29。
在装置的入口，尺寸为约30厘米×13厘米的端部反射器55对接曲面的顶部反射器51。端部反射器55经顶部平行于挡水壁37向下延伸，其下边缘通常停止在流过处理室47的供水5的表面的下面。在端部反射器55和挡水壁37之间有约2.5厘米的间隙。
主槽底板35直接搁在外壳底座43上。主槽底板35是倾斜的，以便引导由挡水壁37产生的供水5的层流63，在下面的图中示出和说明这种倾斜。由于除主槽的端部(此图中未示出)外所有部分均由一块金属板制作，所以可以获得极好的结构稳定性和最小的焊接部分。
曲面顶部反射器51的曲率可以重新捕获从紫外灯53顶部射出的原本会散失的紫外光，将其反射回到层流63。供水5横穿处理室47，然后从出口挡水板49上溢出。这些处理室47的不同部件协调地操作，从而使形成层流63的供水5不管在处理室47的什么位置一般均可以接收到同等剂量的紫外线。
出口箱65接收从出口挡水板49上面溢流的已处理水67，该挡水板距出口箱65的后壁约5.5厘米。出口箱65的底座塞入在主槽底板35的下面约7厘米，位于外壳座43的上面。出口箱65装有出口69(直径约2.5厘米)，已处理水67经该出口流出紫外消毒器1。
邻接出口箱65的外壳盖27的端壁上装有观测窗71，该窗直径约5.5厘米。该窗用一种可以保持观测紫外灯53开关状态的使用人的眼睛不受损害的材料制作。该窗用四个螺钉固定在外壳盖上。
图2从上到下是带有酒精水平仪84的外壳盖27(约20×35×69厘米)、主槽单元73(约18×30×61厘米)和外壳底座43(约18×34×66厘米)的三维图。图2的图示出在生产、清洗和维修时如何组装和拆开紫外消毒器1。即组装完后，主槽单元73设置在外壳底座43内，出口69穿过外壳底座43上此图中未示出的孔。主槽单元73的下表面即主槽底板的下表面直接搁在外壳底座43上。
在此三维图中，可以明显看到本发明紫外消毒器1的很多部件。主槽倾斜壁(约11×61厘米)从主槽底板35(约10厘米×61厘米)伸到主槽垂直壁77(约4厘米×61厘米)。曲面顶部反射器51伸过和复盖主槽垂直壁77外表面2.5厘米，并在该处用螺栓固定就位，使主槽单元73形成相当稳固的结构。此结构还使得曲面顶部反射器51和外壳盖27之间产生的任何凝水可以排出处理室47，避免受到任何污染的问题，如果问题严重，还向使用人提供了一种指示，使用人可以观察从底座43经排出口85流出的显示此问题程度的流出水。排出口85上装有网以防虫鸟等进入。
紫外灯53由紫外灯支承箍56(此图中见不到)和插座54悬挂在曲面顶部反射器51内，该支承箍的一端固定在端部反射器55，该插座用插座固定螺栓52固定在曲面顶部反射器51上。在本发明中可以去掉先有技术用的紫外灯石英保护器，因为灯已经精心地悬挂在供水流5的上面，还因为紫外灯53具有足够高的温度，因而在其表面绝不会出现凝水。不对水气提出要求以及强烈的紫外辐射避免了困扰先有技术结构的生物体沉积问题。
紫外灯53由电镇流器79供电，该电源由插线板81适当地安排线路。通常，在使用紫外消毒器1期间，因在含有流体的封闭区域内温度高而自然产生高湿度，所以在外壳盖27和曲面顶部反射器51的顶表面之间会产生凝水。这种凝水可能威胁电镇流器79、插线板81以及它们的连接导线。因此这种电气设备通常在它们和曲面顶部反射器51之间复盖防水条，以使流下的凝水移离电器，沿曲面顶部反射器51的斜面向下流入外壳底座43，在该处过量的凝水排出紫外消毒器1。
挡水壁37从主槽底板35沿主槽倾斜壁75向上延伸到主槽垂直壁77的顶边缘。挡水壁用于使供水5定位，从而形成一个窄的紫外剂量分布。然而挡水壁不限制供水5的高度。供水的高度当其流过紫外消毒器1时绝对地被限制在主槽垂直壁75的高度，该高度在整个水流处理中，是一致的。
在紫外消毒器1处理期间供水5的水位的最后调节器是出口挡水板75和主槽垂直壁77。由于不正确地使用安全部件或用力气使其失效很可能出现不正确的供水高度，利用主槽垂直壁77和主槽入口壁37的整个有限高度以及出口箱65的高度可以被动地防止这种不正确的供水高度。主槽单元73作得比外壳底座43和外壳盖27小一英寸，使得形成相当的溢流空间，以便流出主槽单元73。外壳底座43装有放置唇部，以便使外壳盖27固定就位，但留有足够空隙，以使过量水流出单元。在高湿度气候下或期望有稳定溢流的情况下，由丝网保护的选择性排出口85可以配置在外壳底座43上。酒精水平仪84靠近观测窗71配置。
图3是紫外消毒器1在挡水壁37的平面的横截面图，示出挡水壁与外壳盖27和外壳底座43的关系。如图所示，主槽底板35直接搁在外壳底座43上。主槽倾斜壁75是自由站立的，在主槽垂直壁77和外壳壳27之问的有一英寸间隙。挡水壁37上均匀地分布直径约为0.6厘米的挡水壁孔64，该孔均匀地间隔开，分开约2.0厘米。这些孔用于使供水5层流化进入处理室47，如图1和2所示。
图3还示出入口导管21如何固定在挡水壁37上。这样便在供水5流过挡水壁37之后使供水5的层流受到影响，但不足以损害处理室47中的层流，因为流动很强烈，足以使受影响区域的供水5重新取向。
图4是紫外消毒器1在出口挡水板49的平面处的截面图。从该图可清楚看出，出口挡水板49只达到主槽倾斜壁75的上部水平面，并正好结束于主槽垂直壁77的下端。
图5是入口导管21的细节图，该导管包括入口供水管23和入口分配管25。在此图中可以清楚看到分配管的孔41。这些孔通常使供水5流向主槽入口壁33，如图1所示。
图6是接线板81的示意图，该接线板控制通向电镇流器79和经插座54通到灯53的电流。还示出连接于电源的保险丝42和防水开关44。
图7示出快速粗检入口槽3中供水5的浊度的一种方法。图中，使用人从入口槽壁7的上面看观测镜87。该观测镜87提供经下面的供水5沿入口槽的长度的观测图象。目视靶89装在最远的入口槽壁7上。当图变模糊时，需要较长的沉积时间或配置多个供水5的通过槽，以确保供水受到充分处理。
例一
水在本发明紫外消毒器中的滞留时间分布提供了一种度量设计有效程度的方法。因为滞留时间最小的那部分水必须接受足够的紫外曝光，以达到消毒。较宽分布的滞留时间暗示，装置对大部分流过它的水给与过剂量照射，而对滞留时间最长的那部分水可能给与不足剂量的照射。
将一些弱酸作为示踪剂注入入口，并在出口用pH计监测其流出。因为pH计提供示踪酸浓度的对数响应，所以容易检出很低浓度的酸。基于此种方法可以确定本发明一个实施例的最小滞留时间约为10秒，与设计计算一致。
本发明紫外消毒器的辐射计量设计假定入口水中的紫外光消光系数为0.3厘米-1，此值相当于美国市政废水处理了排出水的平均值。可通过辐射计量计算改变槽的尺寸和灯的位置，以优化紫外曝光。
通过测量杀死植入入口水中的标记细菌的效率可以测试本发明紫外消毒器的总的杀菌性能。对于这些试验，在入口水中加入大肠杆菌，达到100000CFU(菌落形成单位)/100毫升水的浓度。对于各个试验，测量在入口水和出口水中大肠杆菌的浓度。至少在两个不同入口水样品中测定入口的CFU浓度，而至少在三个不同的出口水样中测定出口的CFU浓度。对于这些测量，采用标准的膜过滤器测试，如果需要可稀释样品。在这些试验中，用一个膜过滤标准体积的水样。然后用琼脂培养并孵化24小时。计数膜上可见菌落便可以计算水样中CFU的浓度。
本装置的消毒能力用大肠杆菌的存活率表示。存活率定义为出口水中的CFU浓度与入口水中的CFU浓度之比。用植入大肠杆菌的去离子水进行存活率的初次测定。随后用植入大肠杆菌的混浊水进行测试。通过加入计算量的标准高岭土到去离子水中而在入口水中形成不同的浊度(用浊度测量单位或NTU表示)。用伯克利市加里佛里亚大学环境工程系的校正好的浊度仪测量水的NTU值。表1示出存活率作为入口浊度函数的曲线。加入大肠杆菌浓度为105CFU/100毫升的去离子水看起来像普通自来水那样清亮。而浓度为105CFU/100毫升和浊度为5NTU的水装在透明饮水杯中在普通室内光线下则显得明显混浊。
另外的本发明消毒装置已在孟买制作，并用世界卫生组织(WHO)的协议由商业病理学实验室进行测试。将加入大肠杆菌的其浓度为100000CFU的蒸馏水引入装置的入口，并应用培养的膜过滤法测试出口水中的活的大肠杆菌计数。重复测试显示，出口水中大肠杆菌的浓度为0/100毫升或1CFU/100毫升，与世界卫生组织的标准一致。
已在印度孟买的Haffline研究院即一个病理学和传染病国家实验室测试了另一个本发明装置的水消毒性能。在Haffkine研究院的测试中，各种致病菌分开浮悬在200升已中和氢的自来水中。在水通过装置之前和之后测量水中的细菌浓度。由于调节水流方法的技术困难，测试是在22升/分的流速下进行的，而不是在额定的30升/分的设计流速下进行的。在流速22升/分时，测试证明，已在出口水流中完全杀死致病菌，如表2所示。测试可以得到如下结论：从细菌学的观点看，设备的出口水是适于饮用的。
采用本发明的消毒器，紫外消毒迅速(小于15秒)而且成本低(2美分/吨)。另外，设备容易安装和运输。虽然它不提供残渣防护装置，但是当入水中每1000毫升中具有100 000粪便大肠杆菌时，紫外消毒可以除去出口水中的大肠杆菌(在1000毫升水中小于1个粪便大肠杆菌)。为便于参考，表3提供了由Colwell博士根据现代数据汇编的肠内致病菌的传染剂量(在1995年华盛顿的NAS会议上由Colwell博士提出)。该表告诫人们，取决于受作用的个体的免疫状态和总的健康水平传染剂量会产生某些变化。
如果用本发明的紫外消毒器在实验室中测量的大肠杆菌的存活率为10，则从表的数据可以看出，本发明的紫外消毒器可以提供充分的保护，而不会受到广弯肠内致病菌的感染。
表1    紫外供水系2.0对混浊水的效果
  (出口与入口的大肠杆菌浓度之比)
Figure A9719818100311
                     表2
用MarkⅠ型装置在22升/分的流速下致病菌失活性测试
细菌 入口浓度(毫升-1) 出口浓度(毫升-1)
1．大肠杆菌(ATCC-10148) 1.2×105 未检出
2．伤害沙门氏菌属(NCTC-786) 1.3×104 未检出
3．霍乱弧菌属(569 Inaba) 1.7×104 未检出
4．粪便链球菌(水离析) 1.8×104 未检出
5．韦氏梭菌(水离析) 5.6×103 未检出
6．志贺痢疾杆菌(临床离析) 1.7×104 未检出
7．普通变形杆菌(临床离析) 1.4×104 未检出
8．克雷伯产气杆菌属(水离析) 2.1×104 未检出
9．Ent.Eloaceae(临床离析) 1.9×104 未检出
10．绿浓假单胞菌(免疫型Ⅳ) 2.5×104 未检出
                表3
         肠内致病菌的传染剂量
细菌 细菌数目
1．志贺痢疾菌 101～102
2．伤寒沙门菌 105
3．大肠杆菌 106～108
4．霍乱弧菌属 106～108
5．记腊德兰氏鞭毛虫属 101～102孢囊
6．结肠柳氏杆菌 未知
7．弯曲杆菌属 未知
8．轮状病毒 未知
9．类诺沃克的病毒 未知

Claims (38)

1．一种廉价的维护少的紫外消毒器，该消毒器形成供水滞留时间和紫外剂量的窄分布，包括：
a)重力驱动供水的输水系统；
b)使水流层流化的有孔的挡水壁，位于供水输送系统的下游；
c)悬挂在空气中的裸露紫外灯；
d)倾斜的处理室，位于紫外灯下面和挡水板的下游；
e)在倾斜处理室端部的出口挡水板。
2．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，上述入口具有使入口水流限制在正确流速的特定尺寸。
3．如权利要求2所述的紫外消毒器，其特征在于，在入口水流速约为15升/分时该入口直径约为1.5厘米。
4．如权利要求2所述的紫外消毒器，其特征在于，在入口水流速约为60升/分时该入口直径约为3厘米。
5．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，使水流层流化的挡水壁上的孔约为挡水壁总面积的10％-30％。
6．如权利要求5所述的紫外消毒器，其特征在于，该孔约为挡水壁总面积的12％-20％。
7．如权利要求6所述的紫外消毒器，其特征在于，该孔约为挡水壁总面积的15％。
8．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，该孔的直径在约0.4和2.0厘米之间。
9．如权利要求8所述的紫外消毒器，其特征在于，该孔的中心间隔开的距离在0.9和4.2厘米之间。
10．如权利要求8所述的紫外消毒器，其特征在于，该孔的直径为0厘米和1.0厘米。
11．如权利要求10所述的紫外消毒器，其特征在于，该孔的中心距在约1.1-2.2厘米之间。
12．如权利要求10所述的紫外消毒器，其特征在于，该孔的直径约为0.6厘米。
13．如权利要求12所述的紫外消毒器，其特征在于，该孔的中心距约为1.4厘米。
14．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，紫外灯选自一组灯，该组灯包括低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯和氙弧灯。
15．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，紫外灯可以为双联灯或四联灯。
16．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，紫外灯可以为多联灯。
17．如权利要求16所述的紫外消毒器，其特征在于，配置两个紫外灯，供水流速调到8加仑/分。
18．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，在处理期间可以直接观察紫外灯的关/开状态。
19．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，形成壁倾斜的倾斜处理室，从而达到窄的滞留时间和窄的对供水的紫外曝光。
20．如权利要求19所述的紫外消毒器，其特征在于，倾斜处理室具有直棱角的倾斜面。
21．如权利要求19所述的紫外消毒器，其特征在于，倾斜处理室具有半圆形的倾斜面。
22．如权利要求19所述的紫外消毒器，其特征在于，倾斜处理室具有大体倒置的高斯分布曲线形状。
23．如权利要求19所述的紫外消毒器，其特征在于，设置倾斜的平行槽，各个槽配有自己的紫外灯。
24．如权利要求19所述的紫外消毒器，其特征在于，限制倾斜处理室壁的高度，使得过量的废水会溢出紫外装置。
25．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，出口档水板约为挡水壁高度的一半。
26．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，其尺寸在约5米×2米×2米以内。
27．如权利要求26所述的紫外消毒器，其特征在于，其尺寸约在120厘米×25厘米×25厘米以内。
28．如权利要求27所述的紫外消毒器，其尺寸在约30厘米×15厘米×15厘米以内。
29．如权利要求1所述的紫外消毒器，其特征在于，供水以4加仑/分的速度处理，99％检测部分的滞留时间分布为2-5秒宽。
30．如权利要求29所述的紫外消毒器，其特征在于，滞留时间的分布约为34.5秒宽。
31．如权利要求30所述的紫外消毒器，其特征在于，滞留时间的分布约为4秒宽。
32．如权利要求1所述的水紫外消毒器，该消毒器消毒在大气压下以2-6加仑/分的流速供给的水。
33．如权利要求32所述的紫外消毒器，其特征在于，该流速在35加仑/分之间。
34．如权利要求33所述的紫外消毒器，其特征在于，该流速约4加仑/分。
35．在消毒血清时使用权利要求1所述的水的紫外消毒器，其特征在于，流出水接收约110～150微互一秒/厘米2的紫外光能量剂量。
36．在生产可饮用水时使用权利要求1所述的水的紫外消毒器，其特征在于，流出水接收至少约40微互一秒/厘米2的紫外光能量剂量。
37．在处理排放水或养鱼用的水时应用如权利要求1所述的水的紫外消毒器，其特征在于，流出水已接收受至少约20微互一秒/厘米2的紫外光能量剂量。
38．如权利要求1所述的紫外消毒器，该消毒器减少供水中的活的致病菌量：含有大肠杆菌为1.2×10/100毫升、伤寒沙门菌属为1.3×10/100毫升、霍乱弧菌属为1.7×10/100毫升、粪便链球菌为1.3×10/100毫升、C1.Welcnii为5.6×10/100毫升。志贺痢疾杆菌为1.7×10/100毫升。普通变形杆菌为1.4×10/100毫升、克霉伯产气杆菌属为2.1×10/100毫升、Ent.Eloaceae为1.9×10/100毫升、或缘脓假单胞菌为2.5×10/100毫升的供水可减少到每100毫升供水含有小于1个活的致病菌。
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