本发明专利技术提供了一种利用高能量密度的汇聚太阳光照射TiO2发生光化学反应的饮用水消毒方法和消毒装置。该消毒法装置包含有太阳光汇聚装置和消毒水渠，还可有汇聚光传导装置。该消毒法装置的特点是：低光能密度的太阳光经过太阳光汇聚装置汇聚产生高光能密度的汇聚太阳光，该汇聚太阳光直接射入或者经汇聚光传导装置传导至消毒水渠上方，汇聚太阳光射入的位置正对应水下渠壁上固定的TiO2托板，汇聚太阳光射到TiO2上发生光化学反应产生大量的OH·自由基，发生“先进的氧化过程”，迅速降解有机物质并有效地杀死细菌和其它微生物，同时在该汇聚光极强的紫外线和明显的热效应下，微生物体也会迅速灼伤致死，从而实现双重的杀菌和消毒作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用二氧化钛光化学法饮用水消毒的消毒方法和消毒装置，特别是一种利用高能量密度的汇聚太阳光照射二氧化钛发生光化学反应的饮用水消毒方法和消毒装置。
技术介绍
在本专利技术人的一份专利技术专利一一圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系及其装置中，其中按照大圆锥曲面 小圆锥曲面「开口方向形式」的组合顺序抛物线 抛物线「开口方向一致和相反皆可」，抛物线 双曲线「开口方向一致」，抛物线 椭圆「开口方·向相反」，4中组合构成的共焦点圆锥曲面二次反射单元具有优异的聚光性能。当平行光线射向抛物线 抛物线组合将产生平行汇聚光线；当平行光线射向抛物线 双曲线、抛物线 椭圆组合将产生相交汇聚光线，其单元的汇聚比可由如下方式计算，获得平行汇聚光线的汇聚比=大圆锥曲面面积与小圆锥曲面面积之比；获得相交汇聚光线的汇聚比=大圆锥曲面面积与汇聚光线光斑面积之比。共焦点圆锥曲面二次反射单元可以是槽状或盘状，且使用盘状时更容易获得较高的汇聚比。其装置简单，汇聚比较高，汇聚效果突出，可得到高光能密度的汇聚光。同时另一份专利技术专利一一多级串联共焦点圆锥曲面二次反射单元光汇聚法，提供了一种获得极高光能密度的汇聚光的方法，它通过圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系里的共焦点圆锥曲面二次反射单元形成的多级聚光层逐级串联，将入射光逐级汇聚，形成极高光能密度的汇聚光。太阳光中含有一定比例的紫外线，紫外线本身具有杀灭病菌的能力，且物体吸收阳光会产生热。而如前述的具有极高光能密度的汇聚光，其紫外线含量虽不变，但光能密度增加了几十倍甚至上万倍，物体吸收阳光产生的热也将十分明显。在该汇聚光极强的紫外线和明显的热效应下，微生物体会迅速灼伤致死。在德国学者Carl H. Hamann等所著的《Electrochemistry》(《电化学(第二版)》[德]哈曼等，化学工业出版社，2010) —书中第179页至180页讲到利用光电化学技术消毒。具体如下水的消毒通常可通过使用CIO—等氧化剂实现，该方法的缺点是许多有机物可能与C10_反应生成有毒的氯碳化合物，最理想的情况下，需要能与多种有机物种反应的广谱氧化剂以将有机物完全转化为C02、H20和HCl等无机化合物，这类广谱的氧化剂有OH ·自由基。当大于TiO2的禁带宽度的光照射TiO2时，其表面将通过光化学反应产生OH ·自由基。利用0H·自由基的清洁化学特性，近年来开发了很多消毒过程，称为“先进的氧化过程”。TiO2膜的功效并不仅限于处理有机物，它还可以有效地杀死细菌和其他微生物。现已证实，镀有TiO2薄膜的玻璃对细菌同样具有显著的杀菌和消毒作用。只要存在光照，镀有TiO2膜的陶瓷将具有持续的杀菌活性。当前常见的TiO2光化学法(或光催化法)饮用水消毒装置都需要紫外灯以及电路控制部分，如CN102030388A—种光催化明渠式紫外线消毒设备，包括多组紫外灯模块，电子镇流器模块，控制系统等；又如CN201665552U —种光催化水处理装置，同样需要紫外灯；CN1762838A —种利用紫外线_ 二氧化钛光催化消毒杀菌的饮用水消毒装置，也需要紫外灯。这就要求消毒装置将消耗大量的电能，而且产生的紫外光能量密度较小。从节能和环保的角度，如使用太阳光与二氧化钛光化学法相结合消毒是很理想的消毒方式。但直接将太阳光用于消毒装置，其消毒效果将很微弱不能达到消毒要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题和不足而提供一种利用高能量密度的汇聚太阳光照射二氧化钛发生光化学反应的饮用水消毒方法和消毒装置。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是汇聚光能二氧化钛光化学饮用水消·毒法及装置，该消毒法装置包含有太阳光汇聚装置和消毒水渠，还可以有汇聚光传导装置。汇聚光能二氧化钛光化学饮用水消毒法的特点是低光能密度的太阳光经过太阳光汇聚装置汇聚产生高光能密度的汇聚太阳光，该汇聚太阳光直接射入或者经汇聚光传导装置传导至消毒水渠上方，汇聚太阳光射入的位置正对应水下渠壁上固定的TiO2托板，高光能密度的汇聚太阳光射到TiO2上发生光化学反应产生大量的OH ·自由基，发生如((Electrochemistry))中所述的“先进的氧化过程”,降解有机物质并有效地杀死细菌和其他微生物，同时在该汇聚光极强的紫外线和明显的热效应下，微生物体也会迅速灼伤致死，从而实现双重的杀菌和消毒作用。汇聚光能二氧化钛光化学饮用水消毒法及装置包含的太阳光汇聚装置，可采用圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系的装置或者根据多级串联共焦点圆锥曲面二次反射单元光汇聚法制造。太阳光汇聚装置的基本部件的聚光原理示意图可参看附图I和附图2。附图I为抛物线 抛物线「开口方向一致和相反两种情况」共焦点组合的聚光示意图，当平行光线射向该组合将产生平行汇聚光线，其单元的汇聚比=大圆锥曲面面积与小圆锥曲面面积之比。因其入射光线和射出的汇聚光线都是平行光，易于在光汇聚系统中转移和传递。附图2为抛物线 双曲线「开口方向一致」和抛物线 椭圆「开口方向相反」共焦点组合的聚光示意图，当平行光线射向该组合将产生相交汇聚光线，其单元的汇聚比=大圆锥曲面面积与汇聚光线光斑面积之比。因其产生的是相交汇聚光线，不易于在光汇聚系统中转移和传递，一般适于用在末级聚光层中，其射出的汇聚光直接射入或者传导入消毒水渠。不过太阳光汇聚装置汇聚太阳光需与太阳光跟踪装置的配合作用，效果才能达到最佳。由中国气象数据知，中国阳光辐照最弱的四川盆地的年均日照辐射强度为3Kw/(h*m2)，为简便计算取3. 6Kw/ (h*m2)，即Iw/ (s*m2)，这种日照辐射强度在中国仍算是偏低的。若太阳光汇聚装置选用附图4中的二级串联汇聚系统，汇聚系统的二次反射单元都采用盘状，两级汇聚比都定为100 1，即一级二次反射单元中的所有大圆锥曲面半径lm，所有小圆锥曲面半径10cm，其汇聚比N1 = Ji *1002/*102 = 100 ;二级二次反射单元中的大圆锥曲面半径10cm，小圆锥曲面半径lcm，其汇聚比N2 = ji *102/π *12 = 100，平面反射层的汇聚比为I，则整个装置的总汇聚比N = 2*Ν^Ν2 = 2*100*100 = 20000，假设汇聚系统在反射中的光反射率为100%，那么光辐射强度lw/(s*m2)的入射光经二级直接汇聚系统汇聚产生的汇聚光的辐射强度将达到20Kw/(s*m2)，光能密度增加了 20000倍。由此可知，经太阳光汇聚装置汇聚后的汇聚光具有极高的光能密度，在该汇聚光极高的紫外线密度和十分明显的热效应下，微生物体和病毒会迅速灼伤致死，并且极高的紫外线密度将致使二氧化钛产生大量的OH ·自由基，发生氧化过程迅速降解有机物质并有效地杀死细菌和其他微生物，所以高光能密度的汇聚光所产生的综合消毒作用将非常彻底。汇聚光能二氧化钛光化学饮用水消毒法及装置包含的消毒水渠，主要由反光渠壁、普通渠壁、渠底、二氧化钛托板组成，各部件的安放位置可参看附图5至附图8。各部件的作用反光渠壁有反射光线的作用，促使光线尽量照射到二氧化钛托板上或被水体吸收，增加光利用率；普通渠壁为最低层二氧化钛托板下部的渠壁，无特殊作用；渠底可为平底和波浪底，较优的方案为波浪底，当水流过波浪底会产生湍动，起到搅拌混合的作用，利本文档来自技高网...
【技术保护点】
汇聚光能二氧化钛光化学饮用水消毒法及装置，该消毒法装置包含有太阳光汇聚装置和消毒水渠，还可有汇聚光传导装置，其消毒法的特征在于：低光能密度的太阳光经过太阳光汇聚装置汇聚产生高光能密度的汇聚太阳光，该汇聚太阳光直接射入或者经汇聚光传导装置传导至消毒水渠上方，汇聚太阳光射入的位置正对应水下渠壁上固定的TiO2托板，汇聚太阳光射到TiO2上发生光化学反应产生大量的OH·自由基，发生氧化过程，迅速降解有机物质并有效地杀死细菌和其它微生物，同时在该汇聚光极强的紫外线和明显的热效应下，微生物体也会迅速灼伤致死，从而实现双重的杀菌和消毒作用。
【技术特征摘要】
1.汇聚光能二氧化钛光化学饮用水消毒法及装置，该消毒法装置包含有太阳光汇聚装置和消毒水渠，还可有汇聚光传导装置，其消毒法的特 征在于低光能密度的太阳光经过太阳光汇聚装置汇聚产生高光能密度的汇聚太阳光，该汇聚太阳光直接射入或者经汇聚光传导装置传导至消毒水渠上方，汇聚太阳光射入的位置正对应水下渠壁上固定的TiO2托板，汇聚太阳光射到TiO2上发生光化学反应产生大量的OH ·自由基，发生氧化过程，迅速降解有机物质并有效地杀死细菌和其它微生物，同时在该汇聚光极强的紫外线和明显的热效应下，微...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，马嘉悦，
申请(专利权)人：杨欢，
类型：发明
国别省市：
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