СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СМЕСИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМАХ УФ-ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД/ОБОРОТНОЙ ВОДЫ Российский патент 2014 года по МПК B01F5/00 B01J19/08 

Настоящее изобретение относится к системам ультрафиолетового (УФ) излучения, применяемым для уничтожения микроорганизмов, и в частности к способу перемешивания жидкостей в системах, в которых используется ультрафиолетовый свет для обеззараживания жидкостей.

На водоочистных станциях блоки ламп часто устанавливаются горизонтально по направлению течения в открытом канале. Лампы излучают ультрафиолетовые лучи (УФ), которые инактивируют патогенные микроорганизмы, делая воду пригодной для сброса в водоемы или для повторного использования (ирригация, повторное использование в качестве питьевой воды, промышленное использование, бытовые сточные воды для технических целей и т.д.). Лампы закреплены в блоках модулей, рассредоточенных по сечению канала таким образом, чтобы вся вода, текущая по каналу, протекала вблизи хотя бы одной лампы. Известные устройства для обработки жидкости в открытых каналах описаны, например, в патентах США №4482809 и №5006244, которые включены в настоящий документ посредством ссылки.

Существует практический предел того, на каком расстоянии от лампы протекающая вода может получить необходимый уровень дезинфекции. На фиг. 1 изображен график, показывающий снижение интенсивности УФ-излучения в зависимости от расстояния до лампы в воде с коэффициентом пропускания УФ-излучения 55% и 65%.

Обычно в УФ-системах с ртутными дуговыми лампами низкого давления лампы расположены в виде квадратного модуля с интервалом приблизительно 7,5 см. Это означает, что при диаметре кварцевых трубок 2,5 см максимальное расстояние от любой лампы составляет примерно 4 см. В этом случае обеспечивается достаточная площадь сечения для прохождения воды между лампами без излишней потери напора воды на расстоянии, достаточно близком для необходимого проникновения УФ-излучения во все места, и, следовательно, достигается необходимый уровень дезинфекции. Общая потребляемая мощность ламп в таких системах низкого давления не превышает 100 ватт, а ультрафиолетовое излучение спектра С (бактерицидное УФ-излучение) не превышает 50 ватт.

Недавние разработки технологии изготовления ламп позволяют производить лампы низкого давления с более высокой мощностью. Более высокая мощность ламп означает, что каждой лампой может быть обеззаражено большее количество воды, и поэтому поток воды необходимо увеличить пропорционально мощности УФ-С излучения ламп. Однако из-за ограничений, связанных с потерей напора воды, проходящей через блок ламп (слишком высокие потери напора ведут к увеличению уровня воды выше по течению от блока ламп, и часть воды перельется через блок ламп, поэтому обработка воды не будет достаточной), для пропускания большего потока воды необходимо увеличить интервал между лампами. Например, лампы потреблением 250 ватт и мощностью УФ-С излучения примерно 100 ватт должны быть размещены в модулях с интервалом между лампами 10 см. Дополнительная площадь сечения потока воды ограничивает скорость воды, а следовательно, и потерю напора воды, протекающей через блок ламп. Это приводит к уменьшению интенсивности УФ-излучения в точке, наиболее удаленной от всех ламп, как показано на фиг. 2.

Такое уменьшение излучения в точке, наиболее удаленной от ламп, приводит к некоторому снижению эффективности обработки, связанной с увеличением интервала между лампами, особенно при меньших коэффициентах пропускания УФ-излучения (55%), но в то же время увеличение потребления электроэнергии компенсируется за счет возможности использования меньшего количество ламп.

Недавно разработанные лампы еще большей мощности (500 ватт с мощностью УФ-С излучения 200 Вт) потенциально могут привести к решениям, в которых понадобится вдвое меньшее количество таких ламп по сравнению с системами, использующими лампы 250 Вт. Однако это означает, что скорость потока на каждую лампу должна возрасти вдвое, что приведет к четырехкратному увеличению потери напора воды, проходящей через блок ламп (потеря напора воды пропорциональна квадрату скорости), если только интервалы между лампами тоже не будут увеличены. Однако увеличение интервалов до величины, превышающей 10 см, приведет к дальнейшему снижению эффективности обработки, сводя на нет потенциальное преимущество использования меньшего количества ламп большей мощности.

Одно из возможных решений заключается в том, чтобы оградить блок ламп сверху таким образом, чтобы вода не могла переливаться через блок ламп и была вынуждена перемещаться с большей скоростью, а потеря напора происходила после того, как поток минует блок ламп, размещенных с интервалом 4 дюйма или меньше. Этот подход был успешно реализован с помощью ламп среднего давления (СД) большей мощности (2500 ватт на лампу, УФ-С 370 Вт) (патент США №5590390, раскрытие которого включено в настоящий документ в качестве ссылки) и в системах, использующих смесительные элементы треугольной формы или в виде дельтовидных лопастей и лампы мощностью 5000 Вт (УФ-С 750 Вт), расположенные с еще большим интервалом (патент США №6015229, раскрытие которого включено в настоящий документ в качестве ссылки). Хотя в системе, раскрытой в патенте США №6015229, имелось ограждение сверху, тем не менее, интервал между лампами необходимо было увеличить для того, чтобы уменьшить общую скорость потока и потерю напора. В системе, описанной в патенте США №6015229, используются относительно короткие (длина 60 см) лампы СД мощностью 5000 ватт. Одним из недостатков системы, раскрытой в патенте США №6015229, является то, что при использовании ламп большей длины вихри, порождаемые дельтовидными лопастями, затухают и эффективность снижается. Поэтому в системе, представленной в патенте США №6015229, лучше всего использовать относительно короткие лампы СД (длина 60 см по сравнению со стандартной длиной 1,8 м ламп низкого давления).

В случае, когда один модуль дельтовидных лопастей установлен в начале блока ламп НД, вихри существенно затухают на расстоянии примерно 40 см. Эта система была смоделирована с помощью компьютерного моделирования динамики жидкости (Computational Fluid Dynamic, CFD) и изображена на фиг. 3 и 4. Фиг. 3 представляет собой диаграмму скорости вихрей на расстоянии 2 см ниже по течению от дельтовидных лопастей. Фиг. 4 представляет собой диаграмму скорости вихрей на расстоянии 40 см ниже по течению от дельтовидных лопастей.

Скорость вращения вихрей и, следовательно, их способность перемешивать воду, наиболее удаленную от ламп, представлена на фиг. 3 и 4 в виде векторов скорости, при этом более длинные стрелки представляют более высокие скорости вращения в непосредственной близости от ламп (фиг. 3), а более короткие стрелки представляют более низкие скорости вращения на расстоянии 40 см ниже по течению от дельтовидных лопастей.

Варианты выполнения изобретения включают устройство и способ перемешивания по крайней мере одной жидкости, протекающей через систему обработки жидкости, состоящей из деталей удлиненной формы, расположенных в виде рядов и столбцов модуля, при этом каждая удлиненная деталь выровнена по горизонтали с удлиненными деталями в смежных столбцах и выровнена по вертикали с удлиненными деталями в смежных рядах, при этом ось каждой удлиненной детали совмещена с направлением течения жидкости; а также множество модулей смесительных элементов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга по длине каждой удлиненной детали, при этом множество модулей смесительных элементов создает четыре вихря вокруг каждой удлиненной детали, образуя тем самым квадратный массив вихрей. Варианты исполнения изобретения включают вариант, в котором каждая деталь удлиненной формы является источником ультрафиолетового света, а также вариант, в котором к числу смесительных элементов относятся смесительные элементы треугольной формы с одной вершиной, направленной против течения, расположенные под углом к направлению потока.

В ссылках на чертежи одинаковые цифровые обозначения указывают на идентичные или соответствующие части на всех чертежах, на которые приведена ссылка.

На фиг. 1 изображен график относительной интенсивности УФ-излучения в зависимости от расстояния до лампы/кварцевой трубки при коэффициенте пропускания в воде, равном 55% (пунктирная линия) и 65% на см.

На фиг. 2 изображен график относительного излучения в центральной точке между 4 лампами, расположенными в виде квадратного модуля, в зависимости от интервала между смежными лампами в модуле.

Фиг. 3 представляет собой диаграмму скорости вихрей на расстоянии 2 см ниже по течению от дельтовидных лопастей.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму скорости вихрей на расстоянии 40 см ниже по течению от дельтовидных лопастей.

На фиг. 5а изображен график влияния отсутствия или наличия одного, трех или четырех модулей дельтовидных лопастей, расположенных на равном расстоянии друг от друга вдоль лампы, на эффективность инактивации микроорганизмов.

На фиг. 5b представлены результаты экспериментальной биологической пробы, определяющей эквивалентную дозу снижения содержания MS2 (Reduction Equivalent Dose, RED), при использовании дельтовидных лопастей (пунктирная линия) и без них при коэффициенте пропускания 67% в зависимости от скорости пропускания жидкости, приходящейся на одну лампу, в соответствии с вариантом исполнения изобретения.

На фиг. 6 представлены результаты экспериментальной биологической пробы, определяющей эквивалентную дозу снижения содержания MS2, при использовании дельтовидных лопастей (пунктирная линия) и без них при коэффициенте пропускания 60% в соответствии с вариантом исполнения изобретения.

На фиг. 7 представлены результаты экспериментальной биологической пробы, определяющей эквивалентную дозу снижения содержания MS2, при использовании дельтовидных лопастей (пунктирная линия) и без них при коэффициенте пропускания 50% в соответствии с вариантом исполнения изобретения.

На фиг. 8 показаны варианты исполнения предшествующего уровня техники, в которых дельтовидные лопасти были расположены в виде модуля дельтовидных лопастей, образующей 8 вихрей вокруг каждой лампы. Эта фигура является фиг. 4 патента США №6015229.

На фиг. 9 показано расположение вихрей, предложенное в патенте №6015229, при меньшем отношении диаметра кварцевой трубки к интервалу между лампами и указана область высокой степени обработки воды около лампы, не унесенной вихревыми потоками.

На фиг. 10 показана вихревая картина при формировании четырех вихрей вокруг каждой лампы с более эффективным уносом воды около лампы в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 11 изображены смесительные элементы треугольной формы, создающие вихревую картину, изображенную на фиг. 10.

На фиг. 12 изображен блок ламп со смесительными элементами треугольной формы в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 13 изображено поперечное сечение с тремя блоками ламп, на котором одновременно представлена рама, рычаг очищающего устройства, кварцевые трубки и смесительные элементы треугольной формы в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 14 изображено поперечное сечение блока ламп с широкой рамой, направляющей течение большего потока воды вдоль кварцевых трубок, в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 15 изображено поперечное сечение блока ламп с узкой рамой, направляющей поток воды в сторону от кварцевых трубок, в соответствии с предшествующим уровнем техники.

На фиг. 16a изображен смесительный элемент треугольной формы с усеченным концом в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 16b изображен смесительный элемент треугольной формы, конец которого не усечен.

На фиг. 17 изображены смесительные элементы в форме половины треугольника, располагающиеся на дне канала, в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 18 изображен смесительный элемент в форме половины треугольника в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 19a и 19b представлены вид сбоку и вид с торца блока ламп в открытом канале со смесительными элементами в форме половины треугольника в верхней части на уровне воды и на дне канала в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 20 изображены альтернативные варианты крепления смесительных элементов треугольной формы с фиксированными вертикальными опорными стержнями или стойками в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 21 изображены альтернативные варианты крепления смесительных элементов треугольной формы со съемными вертикальными опорными стержнями или стойками в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 22 представлено возможное расположение внутри закрытого реактора с модулем из четырех ламп в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 23 представлено перспективное изображение закрытого реактора в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 24 изображен продольный поперечный разрез закрытого реактора, представленного на фиг. 23.

На фиг. 25 изображено поперечное сечение торца закрытого реактора, представленного на фиг. 23.

На фиг. 26 изображено поперечное сечение торца закрытого реактора с кварцевым очистным механизмом в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

На фиг. 27 представлено расположение внутри закрытого реактора с модулем из шестнадцати ламп в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В различных вариантах выполнения изобретения используется более одного модуля дельтовидных лопастей (смесительных элементов треугольной формы), расположенных на определенном расстоянии друг от друга вдоль УФ-лампы в устройстве обеззараживания жидкостей с помощью УФ-излучения. Расположение модулей смесительных элементов треугольной формы тестировалось методом компьютерного моделирования динамики жидкости в сочетании с моделью поля излучения для имитации инактивации микроорганизмов. На фиг.5а показано влияние отсутствия или наличия одного, трех или четырех модулей смесительных элементов треугольной формы, расположенных на равном расстоянии друг от друга вдоль лампы, на эффективность инактивации микроорганизмов. Видно, что расположение трех смесительных элементов треугольной формы вдоль лампы на расстоянии друг от друга повышает эффективность метода по сравнению с расположением одного единственного модуля смесительных элементов треугольной формы.

Такое расположение трех модулей смесительных элементов треугольной формы вдоль УФ-ламп на равном расстоянии друг от друга было протестировано на экспериментальной установке на водоочистной станции, используя микроорганизмы-имитаторы фага MS2 и фага Т1 (известные микроорганизмы-имитаторы, используемые при тестировании биопроб) с применением смесительных элементов треугольной формы и без них. На экспериментальной установке интервал между лампами составил 6 дюймов (15 см).

Помимо тестирования сырой воды с коэффициентом пропускания УФ-излучения приблизительно 67% коэффициент пропускания был изменен с помощью гуминовых кислот до уровня 60% и 50% для имитации природных вод с низким коэффициентом пропускания. Фиг.5b, 6 и 7 показывают повышение эффективности метода, которое достигается при применении трех модулей смесительных элементов треугольной формы.

В предыдущих вариантах исполнения в устройствах с использованием смесительных элементов треугольной формы применялся модуль смесительных элементов треугольной формы, формирующий восемь вихрей вокруг каждой лампы. Это показано на фиг.4 патента США №6015229, приведенного в данном документе на фиг.8, на котором каждая ультрафиолетовая лампа 5 окружена трубкой 13 и каждый смесительный элемент треугольной формы создает пару вихрей, вращающихся в противоположных направлениях 10.

Идея, предлагаемая в патенте США №6015229, заключалась в том, чтобы взять воду, прошедшую обработку высокой степени, находящуюся в непосредственной близости от лампы, и переместить ее дальше от лампы, одновременно взяв необработанную или незначительно обработанную воду, находящуюся в стороне от лампы, и переместив ее близко к лампе.

Этот механизм не подходит для системы, в которой отношение диаметра кварцевой трубки к интервалу между лампами меньше размеров системы, предложенной в патенте США №6015229, поскольку в таком случае вихри не захватывают большую часть воды высокой степени обработки, находящейся близко к лампе, как показано на фиг.9. В частности, фиг.9 иллюстрирует, что произойдет в системе, описанной в патенте США №6015229, при меньшем отношении диаметра кварцевой трубки к интервалу между лампами. Как видно из вихревой картины, вблизи лампы есть области воды, прошедшей обработку высокой степени, которые не затрагиваются и не уносятся вихрями.

Механизм, предлагаемый в настоящих вариантах исполнения изобретения, лучше подходит для системы, в которой отношение диаметра кварцевой трубки к интервалу между лампами меньше, чем отношение в системе, описанной в патенте США №6015229. В предлагаемых вариантах исполнения изобретения четыре более крупных вихря 20 окружают каждую лампу 22, как показано на фиг.10, образуя квадратный массив вихрей. Как видно, вихри расположены достаточно близко к лампе 22, захватывая воду высокой степени обработки и перемещая ее в сторону от лампы 22 и одновременно захватывая воду, находящуюся в стороне от лампы (в центральной точке 24 между четырьмя лампами 22), и перемещая ее ближе к лампе 22.

Механизм изобретения с дельтовидными лопастями или смесительными элементами треугольной формы 26, создающими вихревую картину из четырех вихрей 20, расположенных близко к лампе, изображен на фиг.11. Каждый смесительный элемент треугольной формы 26 размещен таким образом, что одна его вершина направлена против течения под углом к направлению потока. Как показано на фиг.11, пары смесительных элементов треугольной формы 26 расположены встык таким образом, что наибольшая сторона 28 каждого смесительного элемента треугольной формы 26 параллельна наибольшей стороне (задней кромке) 28 другого смесительного элемента треугольной формы 26 пары и размещена рядом с ней.

Каждый смесительный элемент треугольной формы 26 создает пару вихрей, вращающихся в противоположных направлениях 20, а расположенные встык смесительные элементы треугольной формы 26 создают четыре вращающихся в противоположных направлениях вихря 20, которые перемещают практически всю воду в пространстве между четырьмя лампами 22, окружающими каждую пару. Вращение в противоположных направлениях играет важную роль, поскольку в этом случае вихри 20 способствуют взаимному увеличению скорости вращения и более длительному эффекту. Такое расположение смесительных элементов треугольной формы 26 также предпочтительно с механической точки зрения, поскольку в этом случае смесительные элементы треугольной формы 26 могут быть закреплены на соответствующем блоке ламп и полностью скомпонованный блок ламп можно извлечь из канала, не нарушив при этом смежные блоки ламп. Это является важным фактором при проведении текущего ремонта систем УФ-обеззараживания, установленных внутри канала. На фиг.11 также изображены опорные стержни 30, удерживающие смесительные элементы треугольной формы 26 на месте. Как видно из фигуры, стержни 30 размещены таким образом, чтобы они находились за пределами охвата двух вращающихся в противоположных направлениях вихрей 20, создаваемых смесительными элементами треугольной формы 26, но при этом прочно удерживали заднюю кромку смесительного элемента треугольной формы 26.

На фиг.12 изображен скомпонованный блок ламп 32 с тремя лампами 22 в каждом блоке 32, используемый в предпочтительном варианте исполнения данного устройства. В верхней части, ближе к вершине (ведущий угол) 35 каждого смесительного элемента треугольной формы 26 установлена дополнительная опора 34. Эта вторая опора 34 используется для правильного выравнивания угла смесительных элементов треугольной формы 26 по направлению потока (угол воздействия) и дополнительного закрепления смесительных элементов треугольной формы 26 на месте. Она также расположена на средней линии смесительных элементов треугольной формы 26, чтобы не препятствовать вращательному охвату вихрей 20.

В одном из вариантов изобретения расположение блоков ламп 32 подразумевает наличие четырех, шести или восьми вертикальных ламп 22 в каждом блоке 32. Однако в каждом отдельном блоке 32 может быть установлено любое количество ламп 22. Несколько блоков 32 расположены рядом друг с другом, образуя модуль ламп, предназначенный для использования в системе УФ-обеззараживания в открытом канале. На фиг.13 изображено поперечное сечение с тремя блоками ламп 32, на котором одновременно представлена рама 36, рычаг очищающего устройства 38, кварцевые трубки с лампами 22 и смесительные элементы треугольной формы 26. Лампы 22 в этом и других вариантах исполнения, раскрываемых в настоящем документе, расположены в виде квадратного модуля таким образом, что каждая лампа 22 выровнена по горизонтали с лампами 22 в смежных столбцах ламп и выровнена по вертикали с лампами 22 в смежных рядах ламп.

В большинстве блочных УФ-систем в открытых каналах на каждом конце блока ламп используются вертикальные опоры 40, удерживающие кварцевые трубки и лампы 22. В системах предшествующего уровня техники эта вертикальная опора расположена в непосредственной близости от лампы, как показано на поперечном сечении на фиг.15. Такое расположение, как правило, вынуждает воду перемещаться по направлению от ламп в пространство между лампами, что приводит к снижению эффективности УФ-системы.

В одном из вариантов изобретения улучшение подобной системы заключается в использовании широкой рамы 36, препятствующей движению воды в вертикальной плоскости, наиболее удаленной от ламп 22, и направляющей больший объем воды в вертикальной плоскости ламп 22, как показано на фиг.14. На фиг.14 также показано открытое пространство вокруг ламп 22 и препятствия на пути потока (стойки рамы), расположенные вдали от ламп 22.

УФ-сенсор (не показан) для измерения интенсивности УФ-излучения в воде находится между двумя кварцевыми трубками внутри блока ламп. Желательно чистить этот датчик, а также кварцевые трубки с помощью скребка или очищающего устройства, которое периодически перемещается по всей длине лампы. Подобное очищающее устройство может приводиться в движение вертикальным рычагом очищающего устройства 38, прикрепленным к винтовой передаче с приводом от двигателя 41. Пример такого скребка описан в патенте США №7159264, раскрытие которого включено в настоящий документ посредством ссылки. В одном из вариантов исполнения настоящего изобретения предлагается модификация смесительного элемента треугольной формы 260, заключающаяся в усечении одного из концов. Такая модификация смесительного элемента треугольной формы 260 обеспечивает достаточный зазор между очищающим устройством и смесительным элементом треугольной формы 260. Конец смесительного элемента треугольной формы 260 может препятствовать движению скребка УФ-сенсора. Смесительные элементы треугольной формы с усеченным 260 и неусеченным 26 концом изображены на фиг.16а и 16b. Зазор, требующийся для рычага очищающего устройства 38, изображен на фиг.13.

Для того чтобы продемонстрировать незначительность влияния усечения конца на уровень инактивации микроорганизмов в реакторе, было проведено компьютерное моделирование динамики жидкости и компьютерное моделирование поля интенсивности излучения.

В некоторых вариантах выполнения изобретения используются смесительные элементы в форме половины треугольника 42 в верхней и нижней частях блока ламп. Каждый такой элемент создает один полный вихрь, как показано на фиг.17, точно так же, как целый смесительный элемент треугольной формы создает пару вихрей. Поскольку дно канала находится на средней линии между двумя лампами, то смесительный элемент в форме половины треугольника 42 устанавливается примерно на 0,7 см выше, чтобы оставалось место для размещения опорного стержня 30. На фиг.18 изображен смесительный элемент в форме половины треугольника 42. На фиг.19а и 19b показан блок ламп в открытом канале со смесительными элементами в форме половины треугольника 42 в верхней части на уровне воды и на дне канала.

В качестве альтернативного варианта крепления смесительных элементов треугольной формы 26 используются вертикальные опорные стержни или стойки 44, как показано на фиг.20. Это имеет свои недостатки и преимущества по сравнению с горизонтальным расположением опор, описанным выше. Вертикальные опоры 44 в большей степени препятствуют перемещению воды, что приводит к большей потере напора воды, протекающей через реактор, а также до некоторой степени нарушает формирование вихрей. Однако в больших блоках ламп (например, восемь ламп, размещенных вертикально) на каждом стержне закреплено семь смесительных элементов в форме целого треугольника и два смесительных элемента в форме половины треугольника в отличие от трех смесительных элементов треугольной формы, закрепленных на каждом стержне при горизонтальном расположении опор. Таким образом, это снижает стоимость системы. Кроме того, при использовании вертикальных опорных стержней 44 можно снимать смесительные элементы треугольной формы (например, для очистки), не извлекая весь блок. Это особенно важно в случае, когда вода имеет повышенный уровень загрязнения, поскольку на смесительных элементах треугольной формы могут накапливаться слои налета (водоросли), что является очень распространенным явлением при очистке вторичных сбросов водоочистительных сооружений.

Другое расположение опорных элементов со съемными вертикальными опорными стержнями или стойками 440 показано на фиг.21. Кроме того, возможно, чтобы на одном стержне были закреплены оба парных смесительных элемента треугольной формы между блоками ламп, в этом случае на одном стержне будет закреплено четырнадцать смесительных элементов в форме целого треугольника и четыре смесительных элемента в форме половины треугольника в примере блока из восьми ламп, о котором упоминалось выше, что способствует дальнейшему снижению стоимости.

Варианты выполнения настоящего изобретения включают размещение систем в закрытых реакторах, как показано на фиг.22-27. В закрытой системе УФ-обеззараживания, в которой лампы помещены в трубчатые сосуды, поток движется в направлении вдоль сосуда и лампы параллельны движению потока, может быть создан вихревой массив, аналогичный описанному выше в вариантах исполнения изобретения в открытых каналах.

На фиг.22 изображены четыре лампы 22 трубчатого реактора 46. Благодаря дополнительному перемешиванию, осуществляемому с помощью смесительных элементов треугольной формы 26, этот реактор можно использовать для обеззараживания воды с более низким коэффициентом пропускания УФ-излучения, поскольку при таком же расположении элементов системы, как и в открытых каналах, вихри 20, создаваемые смесительными элементами треугольной формы 26, переносят воду, наиболее удаленную от ламп 22, ближе к лампам 22, одновременно перемещая воду, расположенную около ламп 22, в сторону от ламп 22. В таком реакторе 46 вода может втекать во входное отверстие 48 параллельно лампам, а вытекать из выходного отверстия 50 перпендикулярно лампам, как показано на фиг.23.

При этом так же, как и в реакторе, размещенном в открытом канале, вдоль ламп может быть установлен один или несколько наборов смесительных элементов треугольной формы 26 на определенном расстоянии друг от друга. На фиг.24 показаны три набора. Винтовая передача 410 (фиг.24-26) для приведения в действие кварцевых очистных компонентов 52 перемещается по длине реактора 46 в центре.

На фиг.27 изображен модуль из шестнадцати ламп, состоящий из четырех рядов по четыре лампы 22 в каждом ряду. Аналогичным образом могут быть устроены модули из девяти, двадцати пяти или тридцати шести ламп 22: с тремя рядами по три лампы 22 в каждом ряду, с пятью рядами по пять ламп 22 в каждом ряду и с шестью рядами по шесть ламп 22 в каждом ряду соответственно. Модули более крупных размеров могут включать несколько перегородок (не показаны) для предотвращения течения воды в зоны около стенок, не охватываемые вихрями.

Если не оговорено иначе, любые патенты, патентные публикации, статьи и другие печатные издания, обсуждаемые или упоминаемые в настоящем документе, включены в настоящий документ посредством ссылки, как если бы они были изложены в настоящем документе в полном объеме.

Следует отметить, что устройство и методы настоящего изобретения могут быть скомпонованы и выполнены соответствующим образом в зависимости от необходимого применения. Все варианты выполнения изобретения, описанные выше, должны рассматриваться во всех отношениях только как приведенные в качестве иллюстрации, а не в качестве ограничительного условия.

Изобретение относится к системам ультрафиолетового излучения, применяемым для уничтожения микроорганизмов, и в частности к способу перемешивания жидкостей в системах, в которых используется ультрафиолетовый свет для обеззараживания жидкостей. Ультрафиолетовые лампы размещаются в потоке жидкости, а модули со смесительными элементами треугольной формы расположены на определенном расстоянии друг от друга вдоль каждой лампы, при этом множество модулей смесительных элементов создает четыре вихря вокруг каждой удлиненной детали, образуя тем самым квадратный массив вихрей. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 30 ил.

1. Устройство для перемешивания по меньшей мере одной жидкости, протекающей через систему обработки жидкости, содержащее:
детали удлиненной формы, расположенные в виде рядов и столбцов модуля, при этом каждая удлиненная деталь выровнена по горизонтали с удлиненными деталями в смежных столбцах и выровнена по вертикали с удлиненными деталями в смежных рядах, при этом ось каждой удлиненной детали по существу совмещена с направлением течения жидкости;
и множество пар смесительных элементов треугольной формы, расположенных на расстоянии друг от друга по длине каждой удлиненной детали, при этом каждая пара смесительных элементов треугольной формы расположена так, что наибольшая сторона смесительного элемента треугольной формы является параллельной и смежной наибольшей стороне другого смесительного элемента треугольной формы в паре.

2. Устройство по п.1, в котором каждая деталь удлиненной формы является источником ультрафиолетового света.

3. Устройство по п.1, в котором часть смесительных элементов треугольной формы имеют одну вершину, направленную против течения и под углом к направлению потока.

4. Устройство по п.1, в котором смесительные элементы установлены на горизонтальных опорных стержнях.

5. Устройство по п.1, в котором смесительные элементы установлены на вертикальных опорных стержнях.

6. Устройство по п.1, в котором удлиненные детали вертикально расположены в блоках, а смесительные элементы установлены на вертикальных опорных стержнях отдельно, с возможностью извлечения из блоков.

7. Устройство по п.1, в котором каждый блок включает в себя раму с вертикальными стойками, расположенными на расстоянии друг от друга, при этом расположенные на расстоянии друг от друга стойки создают открытое пространство вокруг удлиненных деталей.

8. Устройство по п.1, в котором ведущая вершина одного или более смесительных элементов треугольной формы является усеченной.

9. Устройство по п.1, в котором системой обработки жидкости является система с закрытым каналом.

10. Способ перемешивания по меньшей мере одной жидкости, протекающей через систему обработки жидкости, в котором:
погружают устройство в поток жидкости, причем устройство содержит детали удлиненной формы, расположенные в виде рядов и столбцов модуля, при этом каждая удлиненная деталь выровнена по горизонтали с удлиненными деталями в смежных столбцах и выровнена по вертикали с удлиненными деталями в смежных рядах, при этом ось каждой удлиненной детали совмещают с направлением течения жидкости;
размещают множество пар смесительных элементов треугольной формы на расстоянии друг от друга по длине каждой удлиненной детали, при этом каждая пара смесительных элементов треугольной формы расположена так, что наибольшая сторона каждого смесительного элемента треугольной формы параллельна и смежна наибольшей стороне смесительного элемента треугольной формы в паре.

11. Способ по п.10, в котором каждая деталь удлиненной формы является источником ультрафиолетового света.

12. Способ по п.10, в котором часть смесительных элементов треугольной формы имеют одну вершину, направленную против течения и под углом к направлению потока.

13. Способ по п.10, в котором смесительные элементы устанавливают на горизонтальных опорных стержнях.

14. Способ по п.10, в котором смесительные элементы устанавливают на вертикальных опорных стержнях.

15. Способ по п.10, в котором удлиненные детали вертикально расположены в блоках, а смесительные элементы установлены на вертикальных опорных стержнях отдельно, с возможностью извлечения из блоков.

16. Способ по п.15, в котором каждый блок включает в себя раму с вертикальными стойками, расположенными на расстоянии друг от друга, при этом расположенные на расстоянии друг от друга стойки создают открытое пространство вокруг удлиненных деталей.

17. Способ по п.10, в котором ведущая вершина одного или более смесительных элементов треугольной формы является усеченной.

18. Способ по п.10, в котором системой обработки жидкости является система с закрытым каналом.