устройство для обеззараживания водных сред

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.