用于水处理的紫外线装置的控制方法与流程

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于水处理的紫外线装置的控制方法。


背景技术：

2.在水处理工艺中，尤其是超纯水处理中对toc(总有机碳)浓度要求极高，已经从数年前的ppb水平到ppt水平，而且随着半导体芯片工艺的持续进步，未来对水中toc(总有机碳)会提出更高要求；在目前的水处理工艺中，要实现如此高的toc要求，紫外线装置作为一种光学物理手段是水处理系统必不可少的工艺环节之一。
3.在水处理系统设计过程中，通常要考虑源水水质的波动，且水处理系统设计和装置选型时须考虑水质最差时的工况并确保出水满足生产用水对toc或有机物浓度值的要求；源水水中toc浓度往往在ppm(百万分之一)级别，是后端用水要求ppb(十亿分之一)或ppt(万亿分之一)级别的数千倍，源水中toc浓度的小幅波动，会对水处理工艺流程中紫外线toc分解装置的功率选型造成相当大的影响，因为紫外线分解toc主要是靠高强度高能量紫外线直接或间接作用于水中痕量有机物再辅以其它工艺去除，单台紫外线toc分解或有机物分解装置功率动辄数千瓦，整个水处理系统中往往需要多级、数台紫外线toc分解系统，总功率高达数十千瓦；目前市场上紫外线toc分解系统都是固定功率紫外线系统。在实际生产过程中，源水水质大多时候会大大优于设计时选择的最差水质条件，此时紫外线toc分解系统的功率会造成极大的能源浪费，并会导致后端装置氧化而加速老化；灯管的运行功率直接影响灯管或是石英套管的老化，紫外线灯管和石英套管需定期更换，灯管一直在最高功率运行也会加速灯管和石英套管的老化，增加系统的运行维护成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决背景技术中的至少一个问题，提供一种用于水处理的紫外线装置的控制方法。
5.为实现上述目的，本发明提供一种用于水处理的紫外线装置的控制方法，所述用于水处理的紫外线装置，包括：用于分解水中总有机碳和/或有机物的紫外线反应器、设置于所述紫外线反应器的进口和出口的用于监测总有机碳和/或有机物的浓度的检测机构、与所述紫外线反应器连接用于控制所述紫外线反应器的照射强度的紫外线控制机构；
6.所述紫外线反应器包括腔体、布置在所述腔体中的紫外灯管组件、紫外线反应器进口端和紫外线反应器出口端；
7.在所述腔体内部，沿着所述腔体的径向布置多个所述紫外灯管组件；
8.所述控制方法，包括：
9.通过所述紫外线控制机构(3)设定所述紫外线反应器进口端(103)的进口总有机碳和/或有机物进水浓度和所述紫外线反应器出口端(104)的出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度；
10.实时监测所述紫外线反应器进口端(103)的水的实际总有机碳和/或有机物进水浓度和通过所述紫外灯管组件(102)照射后的流至所述紫外线反应器出口端(104)的水的实际总有机碳和/或有机物出水浓度；
11.记录当前紫外线装置的紫外线强度；
12.通过以下公式计算所述紫外线装置的最优紫外线强度：
[0013][0014]
其中，ci为设计进口总有机碳和/或有机物进水浓度，co为设计出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度，c1为实际总有机碳和/或有机物进水浓度，c2为实际总有机碳和/或有机物出水浓度，s1为当前紫外线装置的紫外线强度，a为与紫外线装置机械和电气设计的无量纲参数，s2为最优紫外线强度。
[0015]
根据本发明的一个方面，所述紫外线控制机构包括柜体、安装在柜体内的电源输入模块、电源保护模块、电源通断模块、变压器、主控器、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块、信号转换模块、紫外线镇流器、操作界面和选配冷却散热装模块。
[0016]
根据本发明的一个方面，所述紫外灯管组件在所述腔体内部沿着所述腔体的径向呈同心环状从内到外圈层布置为三层。
[0017]
根据本发明的一个方面，三层所述紫外灯管组件中位于最外层的所述紫外灯管组件所在圆的直径等于位于最内层的所述紫外灯管组件所在圆的直径的3倍；
[0018]
位于中间层的所述紫外灯管组件所在圆的直径等于位于最内层的所述紫外灯管组件所在圆的直径的2倍。
[0019]
根据本发明的一个方面，各所述紫外灯管组件之间的中心距为50-120mm。
[0020]
根据本发明的一个方面，所述紫外灯管组件包括两端固定在所述腔体端部的石英套管、设置在所述石英套管内的紫外线灯管以及将所述石英套管和所述腔体之间的连接处密封的密封件。
[0021]
根据本发明的一个方面，所述紫外线装置通电运行后，在所述操作界面内输入进口总有机碳和/或有机物进水浓度和出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度；
[0022]
通水并点亮所述紫外灯管后，水径所述紫外线反应器的所述紫外线反应器进口端进入所述腔体，经过紫外线照射后，通过所述紫外线反应器出口端流出；
[0023]
通过所述检测机构实时监测所述紫外线反应器进口端的水的实际总有机碳和/或有机物进水浓度和通过所述紫外灯管组件照射后的流至所述紫外线反应器出口端的水的实际总有机碳和/或有机物出水浓度，并将监测值实时传给所述紫外线控制机构；
[0024]
所述紫外线控制机构同时接收进口总有机碳和/或有机物进水浓度和出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度，并记录当前紫外线装置的紫外线强度，通过进口总有机碳和/或有机物进水浓度、出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度、实际总有机碳和/或有机物进水浓度、实际总有机碳和/或有机物出水浓度和当前紫外线装置的紫外线强度计算最优紫外线强度；
[0025]
通过调整紫外线装置的功率调节紫外线强度至所述最优紫外线强度。
[0026]
根据本发明的一个方面，所述紫外线灯管的波长范围包含180-220nm全部或部分波长的紫外线。
[0027]
根据本发明的一个方面，还包括：利用设置在所述腔体上并且与所述紫外线控制机构电连接的紫外线强度传感器实时监测所述腔体内的紫外线强度；
[0028]
所述紫外线控制机构根据所述紫外线强度传感器传递的紫外线强度信号控制所述紫外线镇流器的输出功率。
[0029]
根据本发明的一个方面，还包括：利用设置在所述腔体上并且与所述紫外线控制机构电连接的温度传感器实时监测所述腔体内的温度；
[0030]
所述紫外线控制机构根据所述温度传感器传递的温度信号控制所述紫外线灯管的开关。
[0031]
根据本发明的一个方案，紫外线反应器包括腔体、布置在腔体中的紫外灯管组件、紫外线反应器进口端和紫外线反应器出口端。在腔体内部，沿着腔体的径向呈同心环状从内到外圈层布置多个所述紫外灯管组件。如此设置，可以使得充水过水的腔体中被均匀布设紫外灯管组件，这样对水进行处理的过程中可以充分地对水中的toc和/或有机物进行降解和分解，如此可以高效地调节水质，并且延缓紫外灯管组件的老化，降低耗材的更换频率，节约运行成本，延长有效使用时长。
[0032]
根据本发明的一个方案，本发明通过对紫外线反应器进口端和出口端toc和/或有机物监测的检测机构实时监测的水中toc或有机物浓度值，并和目标浓度值进行对比，动态调节toc降解或有机物分解紫外线系统的运行功率，以适应源水水质波动，让系统根据实际需要运行在最优功率，避免功率不足造成的水质不达标，也避免过度照射造成能源浪费、紫外线反应器出口端装置(如离子交换树脂)氧化而加速老化，及避免紫外线灯管始终运行在最高功率，延缓灯管和石英套管的老化，降低耗材的更换频率，节约运行成本。
[0033]
根据本发明的一个方案，三层紫外灯管组件中位于最外层的紫外灯管组件所在圆的直径等于位于最内层的紫外灯管组件所在圆的直径的3倍。位于中间层的紫外灯管组件所在圆的直径等于位于最内层的紫外灯管组件所在圆的直径的2倍。而且各紫外灯管组件之间的中心距为50-120mm。如此设置，可以使得腔体内均匀布置多个对水中toc和/或有机物的紫外灯管组件，使得可以对腔体内的水进行无死角的照射，实现快速无死角的降解和分解toc和/或有机物，并且保持一定的中心距可以使得各紫外灯管组件之间不会互相影响，保证紫外光线辐射面积和光强效果最大化，光强不会因为过小的中心距相互抵消，也不会因为过大的中心距导致辐射不到位。如此设置，既可保证水质达标，同时可以保护腔体内的结构不被腐蚀损坏，有效提高使用寿命。
附图说明
[0034]
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的用于水处理的紫外线装置的结构布置图；
[0035]
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的用于水处理的紫外线装置的控制方法的流程图；
[0036]
图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的紫外线反应器的结构布置图；
[0037]
图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的紫外线控制机构的结构布置图；
[0038]
图5示意性表示根据本发明的一种实施方式的紫外线反应器的侧视剖视图。
具体实施方式
[0039]
为使本发明实施方式的目的、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。
[0040]
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的用于水处理的紫外线装置的结构布置图；图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的用于水处理的紫外线装置的控制方法的流程图。如图1所示，在本实施方式中，用于水处理的紫外线装置，包括：用于分解水中总有机碳和/或有机物的紫外线反应器1、设置于紫外线反应器1的出口的用于监测总有机碳和/或有机物的浓度的检测机构2、与紫外线反应器1连接用于控制紫外线反应器1的照射强度的紫外线控制机构3。
[0041]
图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的紫外线反应器的结构布置图。如图3所示，在本实施方式中，紫外线反应器1包括腔体101、布置在腔体101中的紫外灯管组件102、紫外线反应器进口端103和紫外线反应器出口端104。在腔体101内部，沿着腔体101的径向呈同心环状从内到外圈层布置多个所述紫外灯管组件102。如此设置，可以使得充水过水的腔体101中被均匀布设紫外灯管组件102，这样对水进行处理的过程中可以充分地对水中的toc和/或有机物进行降解和分解，如此可以高效地调节水质，并且延缓紫外灯管组件102的老化，降低耗材的更换频率，节约运行成本，延长有效使用时长。
[0042]
进一步地，如图2所示，在本实施方式中，用于水处理的紫外线装置的控制方法，包括以下步骤：
[0043]
a.通过紫外线控制机构3设定紫外线反应器进口端103的进口总有机碳和/或有机物进水浓度和紫外线反应器出口端104的出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度；
[0044]
b.实时监测紫外线反应器进口端103的水的实际总有机碳和/或有机物进水浓度和通过紫外灯管组件102照射后的流至紫外线反应器出口端104的水的实际总有机碳和/或有机物出水浓度；
[0045]
c.记录当前紫外线装置的紫外线强度；
[0046]
d.通过以下公式计算所述紫外线装置的最优紫外线强度：
[0047][0048]
其中，ci为设计进口总有机碳和/或有机物进水浓度，co为设计出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度，c1为实际总有机碳和/或有机物进水浓度，c2为实际总有机碳和/或有机物出水浓度，s1为当前紫外线装置的紫外线强度，a为与紫外线装置机械和电气设计的无量纲参数，s2为最优紫外线强度。进一步地，图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的紫外线控制机构的结构布置图。如图4所示，在本实施方式中，紫外线控制机构3包括柜体301和安装在柜体301内部的电源输入模块302、电源保护模块303、电源通断模块304、变压器305、主控器306、模拟量输入输出模块307、数字量输入输出模块308、信号转换模块309、紫外线镇流器310、操作界面311和选配冷却散热装置312。
[0049]
在本实施方式中，电源电压380v接入电源输入模块302，电源保护模块303用于短路、过载、漏电等保护，电源通断模块304用于执行主控器命令并供电紫外线镇流器310，变压器305用于将电源电压变压成其他部件所需的电压，主控器306、模拟量输入输出模块307、数字量输入输出模块308、信号转换模块309用于接收、转换紫外线控制机构命令和外部接入信号(包括但不限于操作界面311上的操作，toc和/或有机物浓度的检测机构2，选配的紫外线强度传感器和温度传感器，客户提供的流量、远程启停等信号)，控制紫外线镇流器310启停、功率调节和通讯，同时输出例如紫外线强度、运行状态等信号。
[0050]
在本实施方式中，用于水处理的紫外线装置的控制方法，还包括：利用设置在腔体101上并且与紫外线控制机构3电连接的紫外线强度传感器105实时监测腔体101内的紫外线强度，紫外线强度传感器105对准腔体101中的至少一个紫外灯管组件102中的紫外灯管。紫外线控制机构3根据所述紫外线强度传感器105传递的紫外线强度信号控制紫外线镇流器310的输出功率。如此可以使得实时获取腔体101内的紫外线强度，保证实际总有机碳和/或有机物浓度得到监控，使得其与出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度的对比更加精确无误，保证整机工作效率。
[0051]
不仅如此，在本实施方式中，还包括：利用设置在腔体101上并且与紫外线控制机构3电连接的温度传感器106实时监测腔体101内的温度，紫外线控制机构3根据温度传感器106传递的温度信号控制低压紫外灯管组件102的开关。当然，温度过高时，也可以控制选配冷却散热装置312对腔体101进行冷却散热。如此可以防止因水流不足或冷却不足而干烧紫外灯管组件102。
[0052]
进一步地，在本实施方式中，出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度为0.3ppb，实际总有机碳和/或有机物浓度小于0.3ppb时，紫外线镇流器310的输出功率为86％。实际总有机碳和/或有机物浓度大于出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度时，紫外线镇流器310的输出功率为94％。
[0053]
根据本发明的上述方法，实际上，本发明是通过紫外线控制机构3设定紫外线反应器出口端104(后端)toc和/或有机物目标浓度值，紫外线控制机构3接收到后端toc和/或有机物浓度检测机构2实时测得的toc和/或有机物浓度与前述设定的目标浓度值进行比对(例如利用紫外线控制机构3中设置的对比模块对设定的目标值和实际测量值进行对比)，当toc和/或有机物监测值高于目标设定值时，紫外线控制机构3自动调高紫外线反应器1中的紫外线强度；当toc和/或有机物监测值低于目标设定值时，紫外线控制机构3自动调低紫外线反应器的紫外线强度，使设备在最优功率运行。
[0054]
不仅如此，本发明通过对紫外线反应器出口端104(后端)toc和/或有机物监测的检测机构2实时监测的水中toc或有机物浓度值，并和目标浓度值进行对比，动态调节toc降解或有机物分解紫外线系统的运行功率，以适应源水水质波动，让系统根据实际需要运行在最优功率，避免功率不足造成的水质不达标，也避免过度照射造成能源浪费、紫外线反应器出口端装置(如离子交换树脂)氧化而加速老化，及避免紫外线灯管始终运行在最高功率，延缓灯管和石英套管的老化，降低耗材的更换频率，节约运行成本。
[0055]
进一步地，图5示意性表示根据本发明的一种实施方式的紫外线反应器的侧视剖视图。结合图3和图5所示，在本实施方式中，紫外灯管组件102在腔体101内部沿着腔体101的径向(即图3的左右方向，图5的前后方向)呈同心环状从内到外圈层布置为三层，即三个
不同大小直径的同心圆环。在本实施方式中，腔体101的规格为dn400。
[0056]
在本实施方式中，三层紫外灯管组件102中位于最外层的紫外灯管组件102所在圆的直径(即图中φc)等于位于最内层的紫外灯管组件102所在圆的直径(即图中φa)的3倍。位于中间层的紫外灯管组件102所在圆的直径(即图中φb)等于位于最内层的紫外灯管组件102所在圆的直径(即图中φa)的2倍。而且各紫外灯管组件102之间的中心距为50-120mm。如此设置，可以使得腔体101内均匀布置多个对水中toc和/或有机物的紫外灯管组件102，使得可以对腔体101内的水进行无死角的照射，实现快速无死角的降解和分解toc和/或有机物，并且保持一定的中心距可以使得各紫外灯管组件102之间不会互相影响，保证紫外光线辐射面积和光强效果最大化，光强不会因为过小的中心距相互抵消，也不会因为过大的中心距导致辐射不到位。如此设置，既可保证水质达标，同时可以保护腔体101内的结构不被腐蚀损坏，有效提高使用寿命。
[0057]
如图3所示，在本实施方式中，紫外灯管组件102包括两端固定在腔体101端部的石英套管1021、设置在石英套管1021内的紫外线灯管1022以及将石英套管1021和腔体101之间的连接处密封的密封件1023。在本实施方式中，紫外线灯管1022的波长范围包含180-220nm全部或部分波长的紫外线。如此设置，可以有效起到降解和分解toc和/或有机物的作用。在本发明中，紫外线灯管1022可以为中压多谱段紫外线灯管和/或低压紫外线灯管和/或汞齐紫外线灯管。
[0058]
基于以上方案，本发明的控制方法具体为：
[0059]
紫外线装置通电运行后，在操作界面311内输入进口总有机碳和/或有机物进水浓度和出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度；
[0060]
通水并点亮紫外线灯管1022后，水径紫外线反应器1的紫外线反应器进口端103进入腔体，经过紫外线照射后，通过紫外线反应器出口端104流出；
[0061]
通过检测机构2实时监测紫外线反应器进口端103的水的实际总有机碳和/或有机物进水浓度和通过紫外灯管组件102照射后的流至紫外线反应器出口端104的水的实际总有机碳和/或有机物出水浓度，并将监测值实时传给紫外线控制机构3；
[0062]
紫外线控制机构3同时接收进口总有机碳和/或有机物进水浓度和出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度，并记录当前紫外线装置的紫外线强度，通过进口总有机碳和/或有机物进水浓度、出口目标总有机碳和/或有机物出水浓度、实际总有机碳和/或有机物进水浓度、实际总有机碳和/或有机物出水浓度和当前紫外线装置的紫外线强度计算最优紫外线强度，计算方式即通过上述公式进行计算。
[0063]
通过调整紫外线装置的功率调节紫外线强度至最优紫外线强度。
[0064]
根据本发明的上述方案，可以实现根据腔体101内实际降解和分解情况实时调整紫外线照射强度，避免紫外线照射强度不足或过度，紫外线强度不足会导致水中toc和/或有机物达不到预定目标，强度过高会导致能耗损失、紫外线光源不必要的过快损耗且造成紫外线后端装置的氧化而缩短其使用寿命，因此本发明可以自动和/或手动调节紫外线反应器紫外线强度以达到预设效果。不仅如此，腔体101内的紫外线照射均匀无死角，可以对水质进行充分处理，保证得到达标水质，同时还可以保护腔体101内的各种结构不被侵蚀，保证整机的使用寿命，降低养护成本。
[0065]
不仅如此，本发明可以实时监控腔体101内的紫外线强度和温度，这样对于水质的
处理和设备运行的状态进行全面监控，实现在安全稳定的运行的同时保证水质处理的最高效率。
[0066]
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。