一种可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置及其消毒方法
阅读说明：本技术 一种可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置及其消毒方法 (Continuous wastewater collection device capable of being rapidly sterilized and used for wastewater treatment and sterilization method thereof ) 是由 童骁 邹靖 汤华山 王振 王骏 袁志明 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置及其消毒方法,属于废水处理设备技术领域。该废水收集装置上方设置有废水入口、软水入口,下方设置有蒸汽及冷凝水排出口,当废水收集装置需要消毒时,向夹套内注入蒸汽保温,并从废水收集罐的上方和底部注入蒸汽,将废水收集罐内温度加热至121℃以上完成快速消毒。由于采用夹套注蒸汽保温和多次抽真空注蒸汽的方式,极大减小了废水收集罐内蒸汽冷凝水的产生,使罐内温度可以快速提升至消毒温度。同时,在冷却阶段,通过向夹套内注入软水,可以快速实现降温。本发明通过夹套保温、腔体抽真空及软水降温三个技术手段的协同作用,大幅度缩短了生物安全实验室连续式废水处理设备维护的总时长,减小了对科研活动的影响。(The invention discloses a rapid-disinfection continuous wastewater collection device for wastewater treatment and a disinfection method thereof, and belongs to the technical field of wastewater treatment equipment. This waste water collection device top is provided with waste water entry, soft water entry, and the below is provided with steam and comdenstion water discharge port, when waste water collection device needs the disinfection, injects steam heat preservation into pressing from both sides the cover to from the top and the bottom of waste water collection tank injection steam, accomplish quick disinfection with the interior temperature heating of waste water collection tank to more than 121 ℃. Because the mode of steam insulation by jacket steam injection and steam injection by multiple times of vacuum pumping is adopted, the generation of steam condensate water in the wastewater collection tank is greatly reduced, and the temperature in the tank can be quickly raised to the disinfection temperature. Meanwhile, in the cooling stage, soft water is injected into the jacket, so that the cooling can be rapidly realized. The invention greatly shortens the total time of maintaining the continuous wastewater treatment equipment in the biosafety laboratory and reduces the influence on scientific research activities by the synergistic effect of three technical means of jacket heat preservation, cavity vacuumizing and soft water cooling.)
技术领域
本发明属于废水处理设备技术领域，具体而言，涉及一种可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置及其消毒方法。
背景技术
目前，生物安全实验室产生的废水在处理方式上主要有连续式和序批式两种。连续式废水处理比序批式废水处理占地面积小，得到了部分小型实验室的青睐。连续式废水处理设备主要通过电加热或蒸汽加热的方式，将管道内的废水加热至121℃以上，并经过保温灭菌后排出。由于连续式废水处理设备的系统较为复杂，管道、阀门、控制部件较多，且管道长期处于高温高压的状态，因此需要定期对设备进行维护，维护前的首要工作就是对设备进行消毒。
现有技术中，连续式废水处理设备的废水收集罐主要为单层不锈钢罐，消毒前将废水收集罐内废水灭菌排出，然后将蒸汽直通罐内，等温度升至121℃以上后保温20分钟及以上结束。然而，由于单层不绣钢罐导热性较好，热量会不断散失，且罐内本身存在空气，蒸汽注入罐内的过程中，会遇冷不断产生冷凝水，导致升温过程缓慢。根据实际测试，一个5立方米容积的废水收集罐，当环境温度21℃时，在连续注入2.5bar的蒸汽情况下，需要4-5个小时才能升温至121℃以上。另外，在消毒结束后，冷却过程也非常慢，从而使设备维护时间加长，影响实验室科研活动的开展。
为了解决上述问题，我们提出了可以快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置及其消毒方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置及其消毒方法。
为了实现上述技术目的，本发明人结合多年来的生物安全实验室工作经验，通过大胆尝试并多方位探索研究，最终创造性地将夹套机构引入废水收集罐，通过向废水收集罐夹套内注入蒸汽保温，并通过真空泵对废水收集罐内层腔体反复抽真空，然后注入蒸汽，最大程度减小蒸汽冷凝水的产生，使废水收集罐内温度可以快速加热至121℃以上，保持20分钟以上时间，消毒完成。同时，在冷却阶段，通过向夹套内注入软水，可以快速实现降温，有效减少设备维护的时间，减小对科研活动的影响。
本发明的技术目的是按照如下技术方案实现的：
一种可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置，该装置包括废水收集罐、呼吸管道、真空泵，所述废水收集罐为双层结构的压力容器，外层为夹套；
所述夹套通过管道分别与阀一、阀九、阀十相连，所述阀一的另一端与软水管道相连，所述阀九的另一端与蒸汽管道相连，所述阀十的另一端分别与疏水阀一端、阀十一的一端连接，所述疏水阀的另一端为冷凝水出口，所述阀十一的另一端为蒸汽出口；所述夹套内设置有温度传感器三和压力传感器二；
所述废水收集罐的内层腔体通过管道分别与阀二、阀三、阀七和阀八相连，所述阀二的另一端连接废水管道，所述阀三的另一端与所述呼吸管道相连，所述阀七的另一端与废水灭活管道相连，所述阀八的另一端与蒸汽管道相连；所述废水收集罐的内层腔体内还设置有压力传感器一、温度传感器一和温度传感器二，所述温度传感器一和温度传感器二分别位于所述废水收集罐的下部和上部；
所述呼吸管道上串联安装有第一高效过滤器和第二高效过滤器，所述第二高效过滤器的出口端通过管道分别与阀四、阀五、阀六相连，所述阀四的另一端与蒸汽管道连接，所述阀五的另一端为所述呼吸管道的通气口，所述阀六的另一端与真空泵连接。
需要说明的是，上述可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置中的废水灭活管道，可以是现有技术公开的任何一种灭活管道，其可以包括加压泵、加热器、保温盘管、冷却器，温度计、压力表、热交换器、流量计和各种阀门，但至少包括加压泵、加热器、保温盘管和冷却器。另外，本发明中的压力传感器一可以测量废水收集罐内层腔体的压力，压力传感器二可以测量废水收集罐外层夹套内的压力，温度传感器一可以测量废水收集罐内层腔体底部的温度，温度传感器二可以测量废水收集罐内层腔体上部空间的温度，温度传感器三可以测量废水收集罐夹套内的温度，真空泵可以将废水收集罐内层腔体的压力抽至-0.5bar以下。
进一步优选地，如上所述可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置，其中阀一、阀二和阀三分别通过管道与废水收集罐内层腔体的上部连接，阀七和阀八分别通过管道与废水收集罐1内层腔体的下部连接，阀九和阀十分别通过管道与夹套的下部连接。
进一步优选地，如上所述可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置，其中疏水阀可以排出冷凝水，而不会泄漏蒸汽。
进一步优选地，如上所述可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置，其中的第一高效过滤器和第二高效过滤器能过滤0.2μm以上的颗粒物和细菌，从而可以防止废水收集罐内的病原体泄漏。
进一步优选地，如上所述可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置，其中的疏水阀另一端的冷凝水出口与阀十一另一端的蒸汽出口通过管道连接为同一出口。
进一步优选地，如上所述可快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置，其还包含电脑控制系统，所述压力传感器一、压力传感器二、温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三、阀一、阀二、阀三、阀四、阀五、阀六、阀七、阀八、阀九、阀十和阀十一分别通过电路与所述电脑控制系统连接。
另外，本发明还提供了一种上述连续式废水处理用废水收集装置的消毒方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、打开阀七，将废水收集罐内的废水通过废水灭活管道灭菌后排出；
步骤二、待废水收集罐内的废水处理完或剩余少量废水，且废水灭活管道完成消毒后，开始对废水收集装置进行消毒；
步骤三、关闭阀一、阀二、阀三、阀四、阀五、阀六、阀七、阀八和阀十一，打开阀九和阀十，蒸汽从阀九相连的管道注入夹套中，通过压力传感器二的数值，控制阀九的开关，使该处蒸汽维持在1.45-1.55bar,夹套内产生的冷凝水从疏水阀处排出；
步骤四、打开阀三、阀六，启动真空泵，对废水收集罐内层腔体抽真空，当压力传感器一的数值逐渐降至-0.5bar以下时，关闭阀六，打开阀四，将蒸汽注入废水收集罐内层腔体，当压力传感器一的数值恢复至-0.05-0.05bar时，再关闭阀四，打开阀六，继续抽真空至-0.5bar以下，如此共反复抽真空2-4次；
步骤五、完成以上操作后，打开阀八、阀四，关闭阀六，停止真空泵，通过阀八和阀四相连的蒸汽管道从废水收集罐的上、下方同时注入蒸汽；当温度传感器一和温度传感器二均达到125℃以上后，关闭阀八和阀四，同时每间隔28-32秒打开阀四4-6秒，确保温度传感器一和温度传感器二的数值在121℃以上，保持20-25分钟，消毒完毕；
步骤六、关闭阀九、阀四，停止蒸汽注入夹套和废水收集罐的内层腔体，打开阀十一、阀十，将夹套内的蒸汽排放，打开阀一，关闭阀十一，向夹套内注入软水，通过温度传感器三监测夹套内的水温，当水温大于或等于50℃时，打开阀十一，排放夹套内的水，如此直到温度传感器一的温度低于50℃，结束冷却过程，关闭阀十、阀一。
进一步优选地，如上所述连续式废水处理用废水收集装置的消毒方法，其中步骤六中向夹套内注入软水时，软水的水压为1.3-1.7bar，再进一步优选软水的水压为1.5bar。
与现有技术相比，本发明涉及的连续式废水处理用废水收集装置及其消毒方法具有如下优点和显著进步：
(1)通过向废水收集罐的夹套内注入蒸汽，可以减少废水收集罐内层腔体的热量损失，同时极大减少内层腔体内蒸汽冷凝水的产生，整个过程升温更快。
(2)通过真空泵对废水收集罐内层腔体反复抽真空，排除空气，进一步减少了冷凝水的产生，使腔体内升温更快。同时，由于有双层过滤器的防护，避免了病原体的外泄。
(3)在高温消毒结束后的冷却阶段，通过向废水收集罐的夹套内注入软水，可以使设备在短时间内实现降温。
(4)本发明通过夹套保温、腔体抽真空及软水降温三个技术手段协同作用，可以最大程度缩短废水收集装置的消毒时间，有效减少了生物安全实验室连续式废水处理设备维护的总时长，为实验室的运行争取时间，减小设备维护对科研活动的影响。
附图说明
图1为本发明连续式废水处理用废水收集装置的结构示意图；
图中：1、废水收集罐；2、阀一；3、阀二；4、阀三；5、第一高效过滤器6、第二高效过滤器；7、阀四；8、阀五；9、阀六；10、压力传感器一；11、真空泵；12、加压泵；13、加热器；14、保温盘管；15、冷却器；16、阀七；17、阀八；18、阀九；19、温度传感器一；20、疏水阀；21、阀十一；22、阀十；23、温度传感器三；24、压力传感器二；25、温度传感器二；26、夹套；27、呼吸管道。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种可以快速消毒的连续式废水处理用废水收集装置，该装置包括带夹套的废水收集罐、温度传感器、压力传感器、带双重高效过滤器的呼吸管道、真空泵等。
参照图1，废水收集罐1为双层结构的不锈钢压力容器，外层为夹套26，夹套通过管道分别与阀一2、阀九18、阀十22相连接；阀一2的另一端与软水管道相连，当阀一2被打开后，软水可以注入夹套26；阀九18的另一端与蒸汽管道相连，当阀九18被打开后，蒸汽可以注入夹套26；阀十22的另一端分别与疏水阀20一端、阀十一21一端连接，疏水阀20能排出冷凝水，而不会泄漏蒸汽；疏水阀20的另一端为冷凝水出口，阀十一21的另一端为蒸汽出口；为了节省管道和空间，疏水阀20另一端的冷凝水出口与阀十一21另一端的蒸汽出口通过管道连接为同一出口。另外，夹套26内设置有温度传感器三23和压力传感器二24，温度传感器三23可以测量废水收集罐1外层夹套26内的温度，压力传感器二24能测量废水收集罐1外层夹套26的压力。
另外，废水收集罐1的内层腔体通过管道分别与阀二3、阀三4、阀七16和阀八17相连；阀二3的另一端连接废水管道，当阀二3被打开后，待处理的废水可以注入废水收集罐1；阀三4的另一端与呼吸管道27相连，当阀三4被打开后，废水收集罐1通过呼吸管道可以平衡内外压力，比如可以使废水或蒸汽顺利注入废水收集罐1；阀七16的另一端与废水灭活管道相连，废水灭活管道能将废水灭活处理，其一般包括加压泵、加热器、保温盘管、冷却器，温度计、压力表、热交换器、流量计和各种阀门，但至少包括加压泵12、加热器13、保温盘管14和冷却器15；当阀七16被打开后，废水收集罐1内的废水通过加压泵12注入灭菌管道内，通过加热器13(电加热或蒸汽加热)加热至灭活温度(134℃及以上)，在保盘管盘14内保温20分钟(保盘管盘足够长，使废水流经它的时间在20分钟及以上)，最后经过冷却器15冷却后排出。另外，阀八17的另一端与蒸汽管道相连；当阀八17被打开后，高压蒸汽可以从废水收集罐1的底部被注入到内层腔体。废水收集罐1的内层腔体内还设置有压力传感器一10、温度传感器一19和温度传感器二25，压力传感器一10可以测量废水收集罐内层腔体的压力，温度传感器一25和温度传感器二19分别位于废水收集罐1的上部和下部，温度传感器一19可以测量废水收集罐内层腔体底部的温度，温度传感器二25可以测量废水收集罐内层腔体上部空间的温度。
本发明还设计了一种可以抽真空且从罐顶注入蒸汽的呼吸管道27，其上串联安装有第一高效过滤器5和第二高效过滤器6，第一高效过滤器5和第二高效过滤器6能过滤0.2μm以上的颗粒物和细菌，第二高效过滤器6的出口端通过管道分别与阀四7、阀五8、阀六9相连；阀四7的另一端与蒸汽管道连接，当阀四7被打开后，高压蒸汽可以从废水收集管的顶部注入内层腔体；阀五8的另一端为呼吸管道27的通气口，可以平衡内外压力；阀六9的另一端与真空泵11连接，启动真空泵11后可以将废水收集罐内层腔体的压力抽至-0.5bar以下。
进一步对连续式废水处理用废水收集装置的结构进行优化设计，阀一2、阀二3和阀三4分别通过管道与废水收集罐1内层腔体的上部连接，阀七16和阀八17分别通过管道与废水收集罐1内层腔体的下部连接，阀九18和阀十22分别通过管道与夹套26的下部连接。
进一步对连续式废水处理用废水收集装置的结构进行优化设计，本发明还包含电脑控制系统，其中阀一2、阀二3、阀三4、阀四7、阀五8、阀六9、阀七16、阀八1、阀九18、阀十22和阀十一21均为电磁阀，压力传感器一10、压力传感器二24、温度传感器一19、温度传感器二25、温度传感器三23、阀一2、阀二3、阀三4、阀四7、阀五8、阀六9、阀七16、阀八1、阀九18、阀十22和阀十一21分别通过电路与电脑控制系统连接。
实施例二：
参照图1，一种连续式废水处理用废水收集装置的快速消毒方法，其包括如下步骤：
步骤一、将废水收集罐1内的废水通过加压泵12注入灭活管道内，通过加热器13(电加热或蒸汽加热)加热至灭活温度(134℃及以上)，在保盘管盘14内保温20分钟(保盘管盘足够长，使废水流经它的时间在20分钟及以上)，最后经过冷却器15冷却后排出。
步骤二、待废水收集罐1内的废水处理完或剩余少量废水，且灭活管道(包含连接加热器、保盘盘管的管道)完成消毒后，开始对废水收集装置进行消毒。
步骤三、关闭阀一2、阀二3、阀三4、阀四7、阀五8、阀六9、阀七16、阀八17、阀十一21，打开阀九18、阀十22，蒸汽从阀九18相连的管道注入废水收集罐1的夹套26中，通过压力传感器二24的数值，控制阀九18的开关，使该处蒸汽维持在1.5bar左右,冷凝水从疏水阀20处排出。
步骤四、打开阀三4、阀六9，启动真空泵11，对废水收集罐1内层腔体抽真空，当压力传感器一10的数值逐渐降至-0.5bar时，关闭阀六9，打开阀四7，将蒸汽注入废水收集罐1内层腔体。当压力传感器一10的数值恢复至0bar时，再关闭阀四7，打开阀六9，继续抽真空，如此反复抽真空3次。
步骤五、完成以上操作后，打开阀八17、阀四7，关闭阀六9，停止真空泵一11，通过阀八17和阀四7相连的蒸汽管道从废水收集罐1的上下方同时注入蒸汽。当温度传感器一19和温度传感器二25均达到125℃以上后，关闭阀八17和阀四7，同时每间隔30秒打开阀四7五秒(该时间可以调节)，确保温度传感器一19和温度传感器二25的数值在121℃以上，保持20分钟后消毒完毕。
步骤六、关闭阀九18、阀四7，停止蒸汽注入废水收集罐1的夹套和内层腔体。打开阀十一21、阀十22，将废水收集罐1的夹套内的蒸汽排放，打开阀一2，关闭阀十一21，向废水收集罐1的夹套内注入软水(软水的水压为1.5bar)，通过温度传感器三23监测夹套内的水温，当水温达到50℃时，打开阀十一21，排放夹套内的水，如此直到温度传感器一19的温度数值低于50℃，结束冷却过程，关闭阀十22、阀一2。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的前提下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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