基于动态调节的紫外消毒节能控制系统及控制方法

1.本发明涉及紫外消毒技术领域，具体说是一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统及控制方法。


背景技术：

2.现有技术中，紫外消毒技术由于其广谱杀菌性能、无需化学添加剂和不产生有害副产物等特点，已经被广泛应用于饮用水、生活污水、各种工业废水的消毒处理中。
3.紫外消毒通常借助能够发射紫外的人造光源，如低压汞灯和中压汞灯等。紫外汞灯的优点在于灯管的输出功率高；但也有一定的局限性，如含有有毒物质汞，寿命不长，启动时间长，需要一定的预热时间等。
4.为了确保达到要求的消毒效率，在设计紫外汞灯的消毒系统时，一般以要处理的最大水流量来设计所需要的紫外输出功率和汞灯灯管的数目。在紫外汞灯消毒水处理系统的实际运行过程中，通常以灯管的额定功率持续运行，即始终按照最大水流量来进行消毒处理。这种方案虽然能够保证消毒效率，但未能考虑到处理水量、水质的变化，如高峰期、低谷期，因此会造成一定的能源浪费。
5.另一方面，由于紫外汞灯本身的特性，也难以通过实时调整汞灯输出功率的方式来运行汞灯消毒系统。因此，传统紫外汞灯消毒系统不可避免地会造成一定的能源浪费。
6.因此，为了解决上述问题，需要研发一种可实时调节，且节约能源的基于动态调节的紫外消毒节能控制系统及控制方法。


技术实现要素：

7.本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统及控制方法；采用特定紫外光源，根据水量、水质的变化实时调节紫外光源的紫外辐射输出功率，在保证紫外消毒效率的同时，降低电能消耗。
8.技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统，包括紫外反应器、数据采集模块及控制模块；所述的数据采集模块包括实时流量计、紫外透射率传感器以及紫外强度传感器。
9.所述的紫外反应器中安装有用于消毒的紫外光源，且该紫外反应器一侧上端设置有进水端，另一侧下端设置有出水端；
10.所述的实时流量计可对应安装在紫外反应器的进水端或出水端，实时获取紫外反应器处理的水体流量；所述的紫外透射率传感器可对应安装在紫外反应器的内部或进水端或出水端，用于获取水流的紫外透射率；而所述的紫外强度传感器可对应安装在紫外反应器内或安装在紫外反应器外，用于获取紫外光源的辐射强度。
11.且所述的紫外反应器、实时流量计、紫外透射率传感器以及紫外强度传感器均对应与控制模块相连。
12.进一步地，还包括数据处理模块；所述的实时流量计、紫外透射率传感器以及紫外
强度传感器均通过数据处理模块与控制模块相连。
13.进一步地，所述的紫外光源设置为紫外发光二极管，该紫外发光二极管发射的紫外波长为250nm～280nm范围内的单波长或多波长。
14.进一步地，所述的紫外透射率传感器设置为具有防水功能的传感器探头；所述的紫外强度传感器安装在紫外反应器内时，设置为具有防水功能的传感器探头。
15.进一步地，所述的紫外强度传感器安装在紫外反应器外时，紫外反应器1的外侧壁上设置有石英窗口，所述的紫外强度传感器安装在石英窗口处。
16.本发明还在紫外消毒节能控制系统的基础上提供一种动态调节控制方法，具有以下步骤：
17.步骤s1：通过实时流量计、紫外透射率传感器以及紫外强度传感器实时采集紫外反应器中的水体实时流量、紫外透射率以及紫外强度数据；
18.步骤s2：通过测得的水体实时流量总结用水规律，根据用水规律，控制模块3相应在不同的时间段预设不同的紫外剂量范围值；而紫外透射率和紫外强度的数据经过数据处理模块7处理为成紫外剂量数据后传送至控制模块；
19.步骤s3：控制模块将收到的紫外剂量数据与预设的紫外剂量数据进行对比；
20.若紫外剂量高于预设范围，控制模块相应控制紫外光源降低功率；
21.若紫外剂量在预设范围内，控制模块相应维持紫外光源功率不变；
22.若紫外剂量低于预设范围，控制模块相应控制紫外光源提高功率。
23.步骤s4：重复步骤1-3，通过控制模块的动态调节，直至控制模块3接收的紫外剂量数据调节至预设范围内。
24.有益效果：本发明具有以下有益效果：
25.1)本发明首先根据实时流量计得出水体流量信息，根据紫外透射率传感器得出水质信息，根据水量、水质的变化实时调节紫外光源的紫外辐射输出功率，在保证紫外消毒效率的同时，可有效降低电能消耗，实现节能降耗，从而节省系统的运行成本；
26.2)本发明采用了紫外发光二极管作为特定紫外光源，即紫外led，又称为uv-led，是一种由半导体材料制成的新型紫外光源，与传统紫外汞灯相比，具有不含有毒物质汞、体积小巧、坚固耐用、寿命长、能耗低等优点；特别是由于半导体材料本身的特性，使得紫外led具有快速开关、无需预热、可实时调节功率的优点；
27.3)本发明具体设置了紫外反应器，进水端和出水端等，实时流量计以及紫外透射率传感器可安装在上游区域或下游区域，其中的紫外透射率传感器可根据检测紫外透射率来判断水体的水质，透射率低则说明水质浑浊，需要增加紫外辐射功率，而如果透射率高，则说明水质较好；紫外强度传感器可安装于紫外反应器内部，也可通过石英玻璃安装于外侧，可检测紫外线强度，整个系统的结构设计十分的合理巧妙，使用起来也十分的方便。
附图说明
28.图1为本发明结构图；
29.图2为本发明流程图；
30.图3为实施例1中本发明处理的水量变化图；
31.图4为实施例1中本发明与传统技术相比功率对比图。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
33.如图1和图2所示，一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统，包括紫外反应器1、数据采集模块2及控制模块3；数据采集模块2包括实时流量计21、紫外透射率传感器22以及紫外强度传感器23。
34.紫外反应器1中安装有用于消毒的紫外光源4，且该紫外反应器1一侧上端设置有进水端5，另一侧下端设置有出水端6。
35.实时流量计21可对应安装在紫外反应器1的进水端5或出水端6，实时获取紫外反应器1处理的水体流量；紫外透射率传感器22可对应安装在紫外反应器1的内部或进水端5或出水端6，用于获取水流的紫外透射率；而紫外强度传感器23可对应安装在紫外反应器1内或安装在紫外反应器1外，用于获取紫外光源4的辐射强度。
36.紫外反应器1、实时流量计21、紫外透射率传感器22以及紫外强度传感器23均对应与控制模块3相连；还包括数据处理模块7；实时流量计21、紫外透射率传感器22以及紫外强度传感器23均通过数据处理模块7与控制模块3相连。
37.紫外光源4设置为紫外发光二极管，发射的紫外波长为250nm～280nm范围内的单波长或多波长。
38.紫外透射率传感器22设置为具有防水功能的传感器探头；紫外强度传感器23安装在紫外反应器1内时，设置为具有防水功能的传感器探头。紫外强度传感器23安装在紫外反应器1外时，紫外反应器1的外侧壁上设置有石英窗口，紫外强度传感器23安装在石英窗口处。
39.本发明还在紫外消毒节能控制系统的基础上提供一种动态调节控制方法，具有以下步骤：
40.步骤s1：通过实时流量计21、紫外透射率传感器22以及紫外强度传感器23实时采集紫外反应器1中的水体实时流量、紫外透射率以及紫外强度数据；
41.步骤s2：通过测得的水体实时流量总结用水规律，根据用水规律，控制模块3相应在不同的时间段预设不同的紫外剂量范围值；而紫外透射率和紫外强度的数据经过数据处理模块7处理为成紫外剂量数据后传送至控制模块3
42.步骤s3：控制模块3将收到的紫外剂量数据与预设的紫外剂量数据进行对比；若紫外剂量高于预设范围，控制模块3相应控制紫外光源4降低功率；
43.若紫外剂量在预设范围内，控制模块3相应维持紫外光源4功率不变；
44.若紫外剂量低于预设范围，控制模块3相应控制紫外光源4提高功率。
45.步骤s4：重复步骤1-3，通过控制模块3的动态调节，直至控制模块3接收的紫外剂量数据调节至预设范围内。
46.实施例1
47.本实施例可定位至某小区，用于自来水消毒的紫外消毒系统的处理水量在一天中随时间的变化如图3所示，从图中可以观察发现，每天有两个用水量高峰，分别是早上8点左右和晚上9点左右，其余时间的每小时用水量也各有不同。
48.当采用传统技术上恒定功率运行的紫外消毒系统时，如图4所示，需要以用水高峰
时所需要的最大功率恒定运行24小时，显然，对于其它非用水高峰时段，其紫外灯的部分功率是浪费的。
49.而采用本发明的动态调节功率的紫外消毒节能控制系统时，如图4所示，每小时的紫外光源的功率依据其水量进行动态调节，在保证用水高峰时段和其它时段的消毒效率的同时，可以降低其它时段的功率消耗，从而实现节能降耗，降低整体运行成本。
50.且本实施例在根据用水量进行调节的同时，还可通过紫外透射率传感器来检测水质情况，配合实时流量计进行紫外光源的调节；具体如下：
51.利用流量计、紫外透射率传感器和紫外强度传感器采集紫外消毒系统中的实时流量、紫外透射率和紫外强度的数据；
52.然后利用采集的实时数据进行处理，将系统实时的紫外剂量与预设范围相比较，根据结果的不同，相应执行以下的三种结果：
53.结果a：紫外剂量高于预设范围，则下一步骤操作为：降低紫外光源的输出功率；
54.结果b：紫外剂量在预设范围内，则下一步骤操作为：维持紫外光源的输出功率不变；
55.结果c：紫外剂量低于预设范围，则下一步骤步骤为：提高紫外光源的输出功率；
56.然后重复上述步骤即可。
57.综上，本发明可以在保证系统的消毒效率达标的同时，降低紫外光源的电能消耗，实现节能降耗，降低紫外消毒系统的运行成本。
58.上述具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

技术特征：
1.一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统，其特征在于：包括紫外反应器(1)、数据采集模块(2)及控制模块(3)；所述的数据采集模块(2)包括实时流量计(21)、紫外透射率传感器(22)以及紫外强度传感器(23)；所述的紫外反应器(1)中安装有用于消毒的紫外光源(4)，且该紫外反应器(1)一侧上端设置有进水端(5)，另一侧下端设置有出水端(6)；所述的实时流量计(21)可对应安装在紫外反应器(1)的进水端(5)或出水端(6)，实时获取紫外反应器(1)处理的水体流量；所述的紫外透射率传感器(22)可对应安装在紫外反应器(1)的内部或进水端(5)或出水端(6)，用于获取水流的紫外透射率；而所述的紫外强度传感器(23)可对应安装在紫外反应器(1)内或安装在紫外反应器(1)外，用于获取紫外光源(4)的辐射强度；且所述的紫外反应器(1)、实时流量计(21)、紫外透射率传感器(22)以及紫外强度传感器(23)均对应与控制模块(3)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统，其特征在于：还包括数据处理模块(7)；所述的实时流量计(21)、紫外透射率传感器(22)以及紫外强度传感器(23)均通过数据处理模块(7)与控制模块(3)相连。3.根据权利要求1所述的一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统，其特征在于：所述的紫外光源(4)设置为紫外发光二极管，发射的紫外波长为250nm～280nm范围内的单波长或多波长。4.根据权利要求1所述的一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统，其特征在于：所述的紫外透射率传感器(22)设置为具有防水功能的传感器探头；所述的紫外强度传感器(23)安装在紫外反应器(1)内时，设置为具有防水功能的传感器探头。5.根据权利要求1所述的一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统，其特征在于：所述的紫外强度传感器(23)安装在紫外反应器(1)外时，紫外反应器(1)的外侧壁上设置有石英窗口，所述的紫外强度传感器(23)安装在石英窗口处。6.一种根据权利要求1-5任意一项的紫外消毒节能控制系统的动态调节控制方法，其特征在于：具有以下步骤：步骤s1：通过实时流量计(21)、紫外透射率传感器(22)以及紫外强度传感器(23)实时采集紫外反应器(1)中的水体实时流量、紫外透射率以及紫外强度数据；步骤s2：通过测得的水体实时流量总结用水规律，根据用水规律，控制模块(3)相应在不同的时间段预设不同的紫外剂量范围值；而紫外透射率和紫外强度的数据经过数据处理模块(7)处理为成紫外剂量数据后传送至控制模块(3)步骤s3：控制模块(3)将收到的紫外剂量数据与预设的紫外剂量数据进行对比；若紫外剂量高于预设范围，控制模块(3)相应控制紫外光源(4)降低功率；若紫外剂量在预设范围内，控制模块(3)相应维持紫外光源(4)功率不变；若紫外剂量低于预设范围，控制模块(3)相应控制紫外光源(4)提高功率。步骤s4：重复步骤1-3，通过控制模块(3)的动态调节，直至控制模块(3)接收的紫外剂量数据调节至预设范围内。

技术总结
本发明公开一种基于动态调节的紫外消毒节能控制系统，包括紫外反应器、数据采集模块及控制模块；所述的数据采集模块包括实时流量计、紫外透射率传感器以及紫外强度传感器；紫外反应器中安装有用于消毒的紫外光源，且该紫外反应器一侧上端设置有进水端，另一侧下端设置有出水端。本发明首先根据实时流量计得出水体流量信息，根据紫外透射率传感器得出水质信息，根据水量、水质的变化实时调节紫外光源的紫外辐射输出功率，在保证紫外消毒效率的同时，可有效降低电能消耗，实现节能降耗，从而节省系统的运行成本。省系统的运行成本。省系统的运行成本。


技术研发人员：宋凯 董祝彤 方华兴 储秋露
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/9