【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水處理及廢水處理，涉及微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置及方法。
技術介紹
1、消毒是保障水質安全的必要工藝，是水處理和廢水處理的重要環節，目前用于水消毒的方法主要有化學消毒劑消毒和物理手段消毒。化學消毒劑包括氯、臭氧等，在水消毒過程中會產生致癌性消毒副產物，會對人體健康和生態安全造成不利影響。紫外線、電穿孔等物理消毒工藝因具有更好的安全性而廣泛應用于水消毒領域。
2、微波無極紫外消毒是一種受到廣泛關注的物理水消毒技術，無極紫外燈在高頻電磁波的激發下，燈管內填充的氣體放電，使電子碰撞氣體原子并提升其能量級別，從而產生紫外線對水中的微生物進行消殺。相較于低壓汞燈等傳統的有極紫外燈，微波無極紫外燈不存在電極老化的問題，利用微波無極紫外燈進行水消毒，具有穩定性高、紫外燈使用壽命長以及處理效率高等特點。但是，單獨的紫外線缺乏持續消毒能力，水中的微生物經紫外線輻照后容易光復活是當前紫外線水消毒的技術瓶頸，并且微生物還容易對紫外線產生耐受性。
3、電穿孔消毒是除紫外線消毒之外的另一種物理水消毒技術，包含可逆電穿孔和不可逆電穿孔。電穿孔依靠強電場破壞病原體的外部結構，如細菌的細胞膜和病毒的衣殼。當施加的電場強度低于細胞膜的電場閾值時，細菌的細胞會發生可逆電穿孔，它允許細胞修復其磷脂雙分子層并恢復正常功能；當施加的電場強度高于細胞膜的電場閾值時，細菌的細胞膜會出現永久性滲透，細胞無法修復，最終會因喪失細胞內外平衡而死亡。與紫外線消毒不同的是，電穿孔消毒不會導致微生物產生耐受性。目前應用較為廣泛的電
4、現有的微波無極紫水消毒裝置是將無極紫外燈管設置于矩形微波諧振腔中，利用微波激勵無極紫外燈管產生紫外線進行水消毒，但在此過程中，矩形微波諧振腔中的電場強度并不能達到電穿孔效應的水平，因而無法利用微波產生電穿孔消毒效果。同時，現有基于矩形微波諧振腔的微波無極紫外消毒裝置需要高功率的微波源饋入才足以產生紫外線，存在著水消毒能耗過高的問題，不利于水消毒成本的降低。因此，如何解決現有紫外水消毒裝置存在的微波能利用效率低、容易出現微生物光復活的問題，以及高壓脈沖消毒技術不利于水消毒成本的降低和難以實現連續化水消毒的問題，是水消毒領域所面臨的一大難題。
技術實現思路
1、針對現有紫外水消毒裝置未能利用微波產生電穿孔效應、微生物容易出現光復活以及能耗高的問題，以及現有高壓脈沖滅菌技術難以用于連續水消毒的問題，本專利技術提供了一種微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置及方法，以實現對連續流水體的電穿孔效應和紫外線的協同消毒，強化現有技術的水消毒效果。
2、為實現上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、一種微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，包括無極紫外燈管、微波源、風冷裝置、單脊波導、燈罩以及石英水管；
4、所述單脊波導包括波導同軸轉換器、阻抗變換器、單脊諧振腔以及可調短路面，單脊諧振腔的底部設有向上突起的矩形脊，單脊諧振腔的頂部設有條狀縫隙，條狀縫隙和矩形脊均沿著單脊諧振腔的長度方向設置，可調短路面設置于單脊諧振腔的終止端；
5、所述無極紫外燈管沿著條狀縫隙設置；石英水管貫穿單脊諧振腔設置，石英水管的進水口和出水口位于單脊諧振腔外，將石英水管處于單脊諧振腔內的部分記作消毒段，消毒段位于矩形脊的上方且位于無極紫外燈管的輻照范圍內；所述燈罩罩設于無極紫外燈管外使無極紫外燈管處于燈罩與單脊諧振腔所組成的空間內，所述燈罩的一端與風冷裝置連接，燈罩的另一端設有出風口；
6、所述微波源通過同軸電纜經波導同軸轉換器和阻抗變換器將微波饋入單脊諧振腔中。
7、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，所述單脊波導的電磁場模式與矩形波導的模式相似，區別主要在于，在單脊波導的單脊諧振腔的矩形脊附近，由于邊緣效應使場分布受到擾動，電磁波在此被束縛，可有效增加單脊諧振腔內的電場強度，特別是單脊諧振腔的矩形脊附近的電場強度。因此，石英水管的消毒段最好是位于矩形脊的正上方，以使得石英水管的消毒段位于單脊諧振腔內電場強度較高的區域。
8、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，當控制可調短路面沿著單脊諧振腔的長度方向移動時，可以調節單脊諧振腔內的微波的相位，進而調整單脊諧振腔內的電場分布，使得在開啟微波源的情況下，石英水管的消毒段的大部分空間的電場強度超過105?v/m。例如，通過調節可調短路面，在開啟微波源的情況下，能夠使石英水管的消毒段至少有50%的空間的電場強度超過105?v/m。
9、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，為了減少微波泄漏和提高微波利用效率，條狀縫隙的寬度與無極紫外燈管的直徑之比優選為（0.4~1.2）:?1，進一步地，無極紫外燈管最好是位于單脊諧振腔的外側且部分嵌入條狀縫隙中設置。所述無極紫外燈管可以通過支撐架的支撐而部分嵌入條狀縫隙中設置。
10、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，所述矩形脊的寬度與單脊諧振腔的寬度之比優選為（0.3~0.5）:?1，所述矩形脊的高度與單脊諧振腔的高度之比優選為（0.2~0.4）:1。
11、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，石英水管的消毒段為直管或蛇形管。當石英水管的消毒段為直管時，直管的內徑最好是不超過單脊諧振腔的矩形脊的寬度；當石英水管的消毒段為蛇形管時，蛇形管的螺旋直徑（蛇形管的螺旋最寬處的尺寸）最好是不超過單脊諧振腔的矩形脊的寬度。相對于直形管，蛇形管可增加水流在單脊諧振腔內的停留時間，強化水消毒效果，在實際應用中，可根據具體的水消毒需求選擇石英水管的消毒段的結構形式。
12、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，所述燈罩的內壁設有紫外線反射材料涂層，該紫外線反射涂料層用于將無極紫外燈管發出的紫外線反射回單脊諧振腔內。通過設置于燈罩內壁的紫外線反射材料涂層對紫外線的反射，可增加紫外線的利用率，還可提高燈罩內壁的耐腐蝕性和穩定性，起到保護燈罩的作用。所述紫外線反射材料涂料層的材質為現有的紫外線反射材料，例如可以是主要成分為tio2的亞鈦粉。所述燈罩的材質優選為耐腐蝕、耐熱的材料，例如可以是金屬、合金等。
13、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，所述燈罩以可拆卸的方式罩設于無極紫外燈管外，加之無極紫外燈管未完全嵌入單脊諧振腔內，該結構設計有利于無極紫外燈管的維護和更換。
14、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，為了使石英水管的消毒段充分地接收紫外線的輻照，優選將條狀縫隙設置于矩形脊的正上方。
15、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，無極紫外燈管的長度優選為與條狀縫隙的長度一致，所述條狀縫隙的長度不超過單脊諧振腔的長度，所述條狀縫隙的長度最好是與單脊諧振腔的長度相等。
16、上述連續流水消毒裝置的技術方案中，所述單脊諧本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，包括無極紫外燈管（1）、微波源（2）、風冷裝置（12），其特征在于，還包括單脊波導（3）、燈罩（7）以及石英水管（8）；
2.根據權利要求1所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，石英水管（8）的消毒段位于矩形脊（6）的正上方。
3.根據權利要求2所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，在開啟微波源（2）的情況下，通過調節可調短路面（11），能夠使石英水管（8）的消毒段至少有50%的空間的電場強度超過105?V/m。
4.根據權利要求1所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，條狀縫隙（5）的寬度與無極紫外燈管（1）的直徑之比為（0.4~1.2）:?1，無極紫外燈管（1）位于單脊諧振腔（4）的外側且部分嵌入條狀縫隙（5）中設置。
5.根據權利要求1所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，所述矩形脊（6）的寬度與單脊諧振腔（4）的寬度之比為（0.3~0.5）:?1，所述矩形脊（6）的高度與單脊諧振
6.根據權利要求1至5中任一項所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，石英水管（8）的消毒段為直管或蛇形管。
7.根據權利要求1至5中任一項所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，所述燈罩（7）的內壁設有紫外線反射材料涂層。
8.一種微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒方法，其特征在于，該方法使用權利要求1至7中任一項所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，步驟如下：
9.根據權利要求8所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒方法，其特征在于，控制石英水管（8）中水體的流量不超過200?mL/min。
10.根據權利要求8或9所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒方法，其特征在于，通過調節風冷裝置（12）的風量使無極紫外燈管（1）的溫度在水消毒過程中保持在45?℃以下。
...【技術特征摘要】
1.一種微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，包括無極紫外燈管（1）、微波源（2）、風冷裝置（12），其特征在于，還包括單脊波導（3）、燈罩（7）以及石英水管（8）；
2.根據權利要求1所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，石英水管（8）的消毒段位于矩形脊（6）的正上方。
3.根據權利要求2所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，在開啟微波源（2）的情況下，通過調節可調短路面（11），能夠使石英水管（8）的消毒段至少有50%的空間的電場強度超過105?v/m。
4.根據權利要求1所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，條狀縫隙（5）的寬度與無極紫外燈管（1）的直徑之比為（0.4~1.2）:?1，無極紫外燈管（1）位于單脊諧振腔（4）的外側且部分嵌入條狀縫隙（5）中設置。
5.根據權利要求1所述微波同步介導電穿孔與無極紫外連續流水消毒裝置，其特征在于，所述矩形脊（6）的寬度與單脊諧振腔（4）...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜燁，胡依依，朱鏵丞，黃宇清，馬悅豪，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：
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