УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДНЫХ СРЕД Российский патент 1997 года по МПК C02F1/32 

Изобретение относится к устройствам для УФ-обеззараживания водных сред, а более конкретно, к устройствам для УФ-обеззараживания сточных вод, в частности сильно замутненных водных сред.

Известны устройства, содержащие открытый канал, в котором протекает обеззараживаемая среда, и размещенные в нем источники УФ-излучения. Такое устройство описано в а. с. СССР N 276813. К недостаткам таких устройств следует отнести невысокую эффективность обеззараживающего воздействия указанных излучателей вследствие того, что согласно закону Бугера-Ламберта-Бера интенсивность излучения, а следовательно, и эффективность его воздействия на патогенную микрофлору, находясь в экспоненциальной зависимости от толщины слоя жидкости и коэффициента поглощения, ослабевает уже на расстоянии в несколько сантиметров от источника излучения, т.е. обеззараживанию подвергается не весь поток, а лишь его часть, протекающая в непосредственной близости от источника излучения. Для мутных сред эффективная толщина облучаемого слоя будет еще меньше, так как для них коэффициент поглощения велик.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является установка, описанная в статье R.J. Fahey (Water Engineering Management, December 1990, v. 137, N 12, p. 1-4). В указанной статье предлагается обеззараживающий модуль, содержащий открытый канал, внутри которого размещены облучающие блоки, сформированные рядами вертикально расположенных УФ-ламп. Облучающие блоки размещены последовательно, на некотором расстоянии друг от друга. Так как модуль установлен под углом к горизонтали, обеззараживаемая жидкость самотеком протекает в ламинарном режиме между УФ-лампами, подвергался при этом воздействию обеззараживающего УФ-излучения. Недостатком такого устройства является также недостаточно высокая эффективность обеззараживания, в особенности мутных сред вследствие того, что воздействию УФ-излучения подвергается не весь объем обеззараживаемой жидкости. Для того чтобы повысить эффективность работы такого устройства, необходимо увеличивать плотность облучающих элементов, что привело бы к значительному повышению гидравлического сопротивления устройства, а также к увеличению расхода энергии для питания УФ-ламп и усложнению технического обслуживания устройства. Предложенное устройство также непригодно для обеззараживания мутных сред, так как в этом случае коэффициент поглощения среды будет велик и эффективное сечение обеззараживающего излучения сократится до нескольких миллиметров.

Таким образом, устройство должно обеспечивать полное проникновение излучения по всему объему обеззараживаемой жидкости, иметь не слишком большое гидравлическое сопротивление, а кроме того, время пребывания обеззараживающей жидкости в нем не должно быть слишком велико, т.к. необходимо обрабатывать большие объемы.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства для обеззараживания водных сред под действием УФ-излучения, за счет обеспечения обеззараживающего воздействия на весь объем обеззараживаемой жидкости путем достижения полного перемешивания облучаемой среды в течение заданного времени пребывания в зоне действия УФ-излучения, а также создание устройства, способного осуществлять эффективное обеззараживание сильно замутненных водных сред, таких как промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды.

Поставленная цель достигается тем, что создается турбулентный режим протекания обеззараживаемой среды, подвергаемой воздействию обеззараживающего УФ-излучения, а также обеспечивается практически полное ее перемешивание при прохождении вдоль канала устройства.

На фиг. 1 представлен разрез устройства по продольной оси; на фиг. 2 - блок источников УФ-излучения и турбулизаторов, устанавливаемый в активном отсеке устройства; на фиг. 3 вид сверху на блок источников УФ-излучения.

Предлагаемое согласно настоящему изобретению устройство имеет канал 1, соединенный с накопительной емкостью 2, в которую поток обеззараживаемой жидкости поступает через впускное отверстие 3. Внутри корпуса устройства расположены поперечные перегородки 4. Верхний край первой перегородки, считая по ходу потока, установлен выше уровня потока обеззараживаемой среды, а нижний край указанной перегородки установлен с зазором между ним и дном канала. Вторая по ходу потока перегородка установлена так, что ее верхний край находится выше уровня потока обеззараживаемой среды. Перегородки разбивают внутреннее пространство канала 1 на секции, состоящие из активного отсека 5 и пассивного отсека 6. В каждом из активных отсеков 5 установлены источники УФ-излучения 7, которые могут быть объединенные в блоки при помощи пластин 8. Между источниками УФ-излучения в блоках могут быть также установлены турбулизаторы потока 9, причем наиболее распространенной формой конструктивного выполнения турбулизаторов является выполнение их в виде шнеков. Источники УФ-излучения защищены с помощью кожухов 10. Пассивный отсек является свободным. Водная среда, подвергшаяся обеззараживающему воздействию при протекании через активные блоки предлагаемого устройства, через выпускное отверстие 11 направляется в окружающую среду. Следует отметить, что для обеззараживания больших потоков (сточных вод промышленных предприятий или жилых зон), может быть использована установка, содержащая не один, а несколько параллельных каналов, аналогичных описанному выше.

Устройство работает следующим образом. Сточные воды или другая водная среда, которую необходимо подвергнуть обеззараживающему воздействию УФ-излучения, через впускное отверстие 3 поступает в накопительную емкость 2, откуда в свою очередь стекает в первый пассивный отсек 6. Затем через зазор между нижним краем первой перегородки 4 и дном канала 1 поток обеззараживаемой жидкости по принципу сообщающихся сосудов поднимается в активном отсеке 5, проходя между источниками УФ-излучения 7 и подвергаясь при этом воздействию обеззараживающего УФ-излучения. Дойдя до верхнего края второй перегородки 4 поток переливается через него и, дважды изменив свое направление на 90^o, что в сумме составляет 180^o, стекает вниз в следующем пассивном отсеке 6. Затем, пройдя в зазор между следующей перегородкой и дном канала, поток снова изменяет свое направление и проходит между источниками УФ-излучения, находящимися в следующем активном отсеке. Таким образом, поток проходит через все чередующиеся активные и пассивные отсеки, каждый раз меняя свое направление на 180^o и через выпускное отверстие 11 направляется в окружающую среду. При прохождении секции, состоящей из активного и пассивного отсеков происходит изменение направления потока на 360^o, что способствует его перемешиванию. При прохождении потока, изменяющего свое направление, через канал создается турбулентный режим, который способствует практически полному перемешиванию обеззараживающей среды и, таким образом, за время пребывания в канале заявляемого устройства каждая единица объема обеззараживаемой жидкости в течение определенного момента времени, достаточного для осуществления эффективного обеззараживания, будет находиться в зоне эффективного УФ-облучения. Следует отметить также, что также с целью обеспечения наиболее полного перемешивания и поддержания турбулентности течения обеззараживаемой среды в активных блоках 5 могут быть также установлены специальные элементы
турбулизаторы потока 9. Указанные турбулизаторы могут иметь вид лопастей, полос и других геометрических фигур, однако исследования показали, что наиболее приемлемыми с технической точки зрения из-за предсказуемости воздействия на протекающий поток и технологичности изготовления являются турбулизаторы потока, выполненные в виде шнеков или винтов Архимеда. Турбулизаторы потока могут быть изготовлены из различных материалов, например из металла, стойкой пластмассы и т.д.

В качестве источников УФ-излучения могут быть использованы ртутные лампы. Следует принять во внимание, что для обеззараживания значительных объемов жидкостей, таких как бытовые и промышленные стоки, потребуется большое количество УФ-ламп. Представляется целесообразным объединять эти лампы в заменяемые блоки, что служит также для облегчения обслуживания устройства. Такие блоки могут выниматься и помещаться обратно с помощью, например, кран-балки или другого аналогичного устройства. Для скрепления УФ-ламп, входящих в состав блока, предлагается использование металлических пластин, выполняемых ажурными с целью уменьшения их гидравлического сопротивления и облегчения конструкции. Лампы крепятся своими концами к указанным пластинам в вертикальном положении. Турбулизаторы потока также закрепляются на этих пластинах, причем экспериментально установлено, что количество турбулизаторов, которое нужно установить для обеспечения требуемого гидродинамического режима, находится в зависимости от числа УФ-ламп, содержащихся в блоке, и подчиняется соотношению

t количество турбулизаторов в отдельно взятом блоке, шт; n количество источников УФ-излучения в блоке, шт.

Применимость данного соотношения будет проиллюстрировано ниже с помощью примера.

Следует также принять во внимание, что в процессе эксплуатации устройства, особенно в случае использования его для обеззараживания сильно замутненных жидких сред, содержащих значительные количества как растворенных, так и взвешенных компонентов, даже несмотря на применение систем фильтров предварительной очистки, поверхность источников УФ-излучения будет покрываться налетом, препятствующим прохождению УФ-излучения и снижающим тем самым эффективность оказываемого обеззараживающего воздействия. Как правило, корпус ртутных ламп, используемых в качестве источников УФ-излучения, изготавливается из кварца, на поверхности которого указанная пленка образуется достаточно быстро. Поэтому для борьбы с образованием пленки, непроницаемой для УФ-лучей, а также для облегчения очистки и замены источников УФ-излучения предлагается использовать дополнительно устанавливаемые кожухи 10. Предлагается в качестве материала для изготовления кожухов ламп использовать полимерные материалы, которые были бы одновременно проницаемы для УФ-лучей и обладали бы высокой гидрофобностью, т.е. отталкивали бы примеси и не позволяли бы им осаждаться на поверхности кожуха с образованием загрязняющей пленки.

Работу устройства и его эффективность можно пояснить с помощью следующих примеров, приведенных в табличной форме.

Использование: для обеззараживания сильно замутненных водных сред под действием УФ-излучения. Сущность изобретения: в устройстве для обеззараживания водных сред имеется канал для протекания обеззараживаемой среды, в котором установлены по меньшей мере две поперечные перегородки, причем первая из них по ходу потока установлена с зазором между нею и дном канала, а верхний край этой перегородки находится выше уровня протекающей обеззараживаемой жидкости, а вторая перегородка, находящаяся на некотором расстоянии от первой, установлена так, что ее верхний край находится ниже уровня потока. Указанные перегородки разбивают внутреннее пространство канала на ряд обеззараживающих секций, каждая из которых состоит из активного и пассивного отсеков. Активный отсек содержит источники УФ-излучения, а пассивный отсек является свободным. При изменении направления потока каждый раз на 90^o при огибании перегородок создается активное перемешивание водной массы. Установка дополнительных элементов - турбулизаторов потока в активном отсеке, между источниками УФ-излучения, также способствует созданию режима активного перемешивания и турбулизации при протекании потока водной среды через канал устройства. 4 з. п. ф-лы, 4 табл., 3 ил.

1. Устройство для обеззараживания водных сред, содержащее канал, через который протекает обеззараживаемая среда, и размещенные в нем источники УФ-излучения, отличающееся тем, что внутри канала установлены по крайней мере две поперечные перегородки, первая из которых по ходу потока установлена так, что между нижним ее краем и дном канала имеется зазор, а верхний край находится выше уровня протекающей обеззараживаемой среды, а вторая установлена так, что верхний ее край находится ниже уровня обеззараживаемой среды, причем указанные перегородки разбивают внутреннее пространство канала на секции, состоящие из активного и пассивного отсеков, таким образом, что в активном отсеке, в котором размещены источники УФ-излучения, движение обеззараживаемого потока осуществляется снизу вверх, а в пассивном отсеке происходит поворот указанного потока на 180^o. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источники УФ-излучения защищены кожухами, изготовленными из полимерной пленки, обладающей высокой гидрофобностью и проницаемой для УФ-излучения. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в активном отсеке между источниками УФ-излучения установлены турбулизаторы обеззараживаемого потока, причем их количество зависит от числа источников и определяется соотношением

где t количество турбулизаторов;
n число источников УФ-излучения. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что источники УФ-излучения и турбулизаторы потока установлены вертикально и объединены в блоки путем закрепления их концов в ажурных пластинах. 5. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что турбулизаторы выполнены в виде шнеков.