CN101528611B - 液体处理系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种液体处理系统。该液体处理系统包括：用于接收液流的开放式通道和液体处理区域。该液体处理区域包括多个以如下方式定向的长条形的放射源组件：(i)每个放射源组件的纵轴与流经液体处理区域的液流的方向横向交叉，以及(ii)每个放射源组件的末端设置在开放式通道中的液流的预定最大高度的上方。第一挡板设置在液体处理区域的上游。第一挡板设置成使其远端低于开放式通道中的液流的预定最大高度。在优选实施方式中，本发明的液体处理系统中形成了其中用于放射源组件的清洗系统在闲置时可“停放”的区域。在所谓的“停放”位置中，较易为进行保养等而接近清洗系统，而不影响流经液体处理区域和液体处理系统的液体的流动。这是该液体处理系统的显著优点。

Description

液体处理系统

技术领域

一方面，本发明涉及一种液体处理系统，更具体地说，涉及一种紫外线照射的水处理系统。另一方面，本发明涉及一种用于处理液体的方法，更尤其涉及一种用于照射水的方法。

背景技术

液体处理系统在本技术领域是众所周知的。更具体地说，紫外线(UV)照射的液体处理系统在本技术领域是众所周知的。早期的处理系统包括包含一个或多个射线(优选UV)灯的全封闭的室设计。这些较早的设计存在某些问题。尤其在其用于较大规模的城市废水或饮用水处理厂所用的大型开放式液流处理系统时，这些问题是明显的。于是，这类反应器存在与其相关的如下问题：

·反应器的相对较高的成本；

·对浸没的反应器和/或弄湿的设备(灯、套筒清洗器等)的较难的接近性；

·与从液体处理设备中除去污垢材料相关的困难；

·相对低的液体杀菌效率，和/或

·需要非常冗余的设备用于弄湿的组件(套筒、灯等)的维护。

传统的封闭式反应器的缺点导致所谓的“开放式通道”反应器的开发。

例如，美国专利4,482,809、4,872,980和5,006,244(都以Maarschalkerweerd的名义，并且都转让给本发明的受让人，以下简称为Maarschalkerweerd#1专利)都描述了使用紫外线(UV)照射的重力反馈(gravity fed)液体处理系统。

该系统包括具有多个紫外射灯的紫外射灯模块(例如，框架)的阵列，其中每个紫外射灯均安装在套筒内，该套筒在与交叉片(cross-piece)连接的一对支架之间延伸并由该支架支撑。将这样支撑的套筒(包含紫外射灯)浸入随后视需要将被照射处理的液体中。液体受照射的照射量由液体与灯的接近度、灯的输出功率以及液体流经灯的流速确定。典型地，可以使用一个或多个紫外线传感器以监控灯的紫外线输出并且通过水位闸门等在某种程度上对处理装置下游的液位进行典型地控制。

Maarschalkerweerd#1专利教导了一种液体处理系统，其以如下提高的能力为特征：即能从弄湿的或浸没状态中取出设备而不需要非常冗余的设备。这些设计将灯阵列划分为行和/或列并且具有如下特征：使反应器的顶端开口，从而在“顶端开口”通道中形成液体的自由表面流。

Maarschalkerweerd#1专利教导的液体处理系统以具有液体的自由表面流(典型地，顶部液体面未被特意地控制或约束)为特征。于是，该系统典型地符合明渠水力学的特性。由于该系统的设计固有地包括液体的自由表面流，故在一个阵列或其他水力学上邻近的阵列因水位变化而受到不利影响之前，存在对每个灯或灯阵列所能处理的最大流量的约束。在更高流量或流量发生显著变化处，液体的未受限制的或自由的表面流可容许改变液流的处理体积和横截面形状，从而使反应器相对地失效。如果阵列中的每个灯的功率相对较低，那么每个灯的后续液流将是相对较低的。完全的开放式通道液体处理系统的原理可满足这些具有更低功率的灯以及相应的更低水力负荷的处理系统的要求。在此存在的问题是，由于具有更少大功率的灯，故需要相对大量的灯来处理相同体积的液流。于是，系统的固有成本将过高和/或不可与自动化的灯套筒清洗和大容量液体处理系统的附加特点相竞争。

这导致产生所谓的“半封闭式”液体处理系统。

美国专利5,418,370、5,539,210和Re36,896(都以Maarschalkerweerd的名义并且都转让给本发明的受让人，以下简称为Maarschalkerweerd#2专利)都描述了使用紫外线(UV)照射的重力反馈液体处理系统。通常，改进的放射源模块包括密封地悬挂于支撑件上的放射源组件(典型地包括放射源和保护性(例如石英)套筒)。支撑件可以进一步包括合适的手段以保障重力反馈液体处理系统中的放射源模块。

于是，为了解决具有很多灯以及与每个灯相关的清洁递增的高成本的问题，具有更高输出功率的灯被用于紫外线的液体处理。其结果是灯的数量以及每个灯的长度均显著地降低。这导致自动化的灯套筒清洗设备的批量装备能力、对处理系统的空间需要减小以及其他好处。为使用更多大功率的灯(例如，中等压力的紫外射灯)，在系统使用期间，如果反应器表面没有对所有表面进行约束，那么每个灯的水力负荷将增加到使反应器中的液体的处理体积/横截面面积发生显著变化的程度，于是该系统将相对地失效。因此，Maarschalkerweerd#2专利以具有闭合面为特征，该闭合面约束着将在反应器的处理区域中被处理的液体。该密闭的处理系统具有有效地设置在开放式通道中的开口端。浸没或弄湿的设备(紫外射灯、清洗器等)可以使用轴铰链、滑动器和各种其他装置取出，这些装置可将设备从半封闭式反应器中移出到自由表面上。

在Maarschalkerweerd#2专利中所述的液体处理系统典型地以具有相对较短长度的灯为特征，这些灯悬挂于基本垂直的支架臂上(即，该灯仅在其一端处被支撑)。这允许灯枢转或从半封闭的反应器中取出。这些明显较短并且具有更大功率的灯固有地在将电能转换为紫外线能量时具有更低的效率。与实际接近并支撑这些灯所需的设备相关的成本是明显的。

如上所述的已知的该类液体处理系统的具体实施是使得放射源的纵轴：(i)与流经液体处理系统的液流的方向平行，或者(ii)与流经液体处理系统的液流的方向垂直。此外，在方案(ii)中，通常将阵列中的灯设置成使得从液体处理系统的上游端到下游端，下游放射源直接设置在上游放射源的后面。

美国专利5,952,663[Blatchley，III等(Blatchley)]教导了一种用于在开放式通道中对液体施加紫外线剂量的装置。特别参考Blatchley中的图12可知，其显示了一种包含具有一系列垂直设置的灯(14)的模块的液体处理通道。设置在该液体通道的侧壁上的是一系列液体分流器(27)。如图所示，液体分流器(27)的设置使得每个液体分流器(27)相同程度地向液体处理通道突出。

如下文中更详细的说明所述，垂直设置的灯(14)的设置比如如Blatchley中所示的设置存在的问题之一是液流的无约束表面将从灯(14)的阵列中的上游到下游处于不同的高度处。这导致如下两个问题中的一个：(i)灯的顶端附近的水未受到完全的照射；或者(ii)一些灯(14)被部分暴露于在被浪费的照射中存在的环境中。

于是，尽管本技术领域已经取得了如上所述的进展，但仍有改进的空间。具体地说，希望提供一种使用如上所述的方案(ii)的液体处理系统，该系统相对于Blatchley系统消除或减少了在此讨论的两个问题中的任一问题的发生。此外，提供一种采用方案(ii)的液体处理系统将是高度有益的，该系统允许便利地存放用于放射源组件的清洗系统，以及为保养及相关需要而便利地接近该清洗系统及其他附属的和独立的系统(例如，镇流器、射线传感器、液位系统等)，而不影响流经液体处理系统的液体的流动和/或其在液体处理系统中的处理。

发明内容

本发明的目的在于消除或减少现有技术中的至少一个上述缺陷。

本发明的另一目的在于提供一种可消除或减少现有技术中的至少一个上述缺陷的新颖的液体处理系统。

于是，一方面，本发明提供一种液体处理系统，其包括：

用于接收液流的开放式通道；

包括多个以如下方式定向的长条形的放射源组件的液体处理区域：(i)各个放射源组件的纵轴与流经液体处理区域的液流的方向横向交叉，以及(ii)各个放射源组件的末端设置在开放式通道中的液流的预定最大高度的上方；

设置在液体处理区域的上游的第一挡板；

其中第一挡板设置成使其远端低于开放式通道中的液流的预定最大高度。

于是，本发明人发现了一种利用垂直设置的挡板的液体处理系统，该挡板设置在垂直设置的放射源组件的阵列的上游和下游。设置的挡板和开放式通道中垂直设置的放射源组件导致形成低于液体处理区域上游的最高预定液位的液位，并且在优选实施方式中，该液位高于液体处理区域的下游的液位。该“中间”液位典型地包含在挡板之间的未受到照射并且相对停滞的一部分液体，即，该部分液体相对于流经液体处理区域的液体的残留液是更低动力学的。

此外，本发明的液体处理系统中的挡板的设置形成了其中用于放射源组件的清洗系统在闲置时可“停放”的区域。在所谓的“停放”位置中，较易为进行保养等而接近清洗系统，而不影响流经液体处理区域和液体处理系统的液体的流动。这是该液体处理系统的显著优点。

在本发明的液体处理系统的优选实施方式中，镇流器(或其它控制系统)被设置在用于停放清洗系统的区域中。更优选地，镇流器(或其他控制系统)被设置成至少部分地浸没入液体中从而促进镇流器(或其它控制系统)的冷却，从而容许其以最佳效率运行并且允许减小运行故障。如进一步例举的实施方式所述的那样，尤其优选在放射源组件的排列或阵列内部设置镇流器(或其他控制系统)，从而形成液体处理系统的主要组件的紧密设置。此外，该设置便于为进行保养等而接近镇流器(或其他控制系统)。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式进行说明，其中相同的附图标记表示同一部件，并且其中：

图1所示为与上述Blatchley教导的液体处理系统类似的液体处理系统的侧视图；

图2～6各自显示本发明的液体处理系统的优选实施方式的侧视图；

图7～8所示为用于本发明的液体处理系统的放射源模块的优选实施方式；以及

图9所示为本发明的液体处理系统中的一部分的进一步优选实施方式的放大侧视图。

具体实施方式

在说明本发明的优选实施方式之前，我们将说明现有的液体处理系统比如如上所述的Blatchley教导的液体处理系统。

于是，参考图1，显示了一种包括开放式通道15的液体处理系统10，其中液流沿箭头A的方向水平流动通过该开放式通道15。

开放式通道15中设置了放射源组件的两个阵列20a、20b。由图中清楚可见，阵列20a包括放射源组件25a，阵列20b包括放射源组件25b。由图中进一步可知，放射源组件25a、25b在开放式通道15中垂直设置，从而使得每个放射源组件25a、25b的一端均始于液流。

每个放射源组件25a、25b均包括设置在防辐射保护套29中的放射源28。在例举的实施方式(为了清晰度)中，放射源28具有相当于其全长的电弧长度(即，其用于发射射线的长度)。

阵列20a、20b的下游设置了控制闸门30。控制闸门30是常规的并且用于控制其上游的液位。

如图1所示，控制闸门30被设计成用于将液位调整到阵列20a中的最上游的放射源组件25a以及阵列20b中的最上游的放射源组件25b处的最大高度。在图1中，大略地显示为线X处的液位。

由于最下游的放射源组件的水位上游较高(由于设置下游放射源组件25a、25b导致的压头(hydraulic head)损失)，故人们公认，为实现在较高水位处流动的液体的充分杀菌，有必要从位于阵列20a、20b的下游端的放射源组件25a、25b-这通常显示为图1中的区域B接受被浪费的辐射。

如果控制闸门30被设计成用于将水位调整到阵列20a、20b中的最下游的放射源组件25a、25b的高度，那么将使未经处理的水从阵列20a、20b中的最上游的放射源组件25a、25b的端面顶部溢出。该类水将不会受到来自每个放射源组件25a、25b的射线的完全照射。该情况通常是不可接受的。

参考图2，显示了根据本发明的优选实施方式的液体处理系统100。为便于理解，图2中最后两个数字与图1中的最后两个数字相同的附图标记表示相同的元件。于是，液体处理系统10中的控制闸门30等同于如图2所示的液体处理系统100中的控制闸门130等。

液体处理系统100包括放射源组件125a的第一阵列120a和放射源组件125b的第二阵列120b。

在液体处理系统100中，在每个阵列120a和120b的各一侧设置挡板。于是，一对挡板140、145被设置于阵列120a上部的各一侧上。此外，阵列120b设置在挡板145的下游并且挡板150设置在阵列120b的上部的下游。

优选挡板140、145、150跨越开放式通道115的宽度。此外，优选挡板140、145、150的远端实质上与每个放射源组件125a、125b中的放射源128的电弧长度的一端对齐。

优选设置控制闸门130以便将挡板140上游的液体的高度控制到预定的最高水位。如图所示，成对挡板140、145和145、150分别与放射源组件125a、125b一起用于以如下方式降低来自挡板140上游的液位，该方式使得挡板150下游的液位基本上与挡板150的远端重合。

由于优选每个放射源组件125a、125b中的每个放射源128均具有与挡板140、145、150的远端对齐的电弧长度，故流经挡板远端的液体受到射线的完全照射。

在图2所示的实施方式中，挡板140、145之间的液体的区域B以及挡板145、150之间的液体的区域C保持相对的停滞。于是，区域B和C中的液体不能受到射线的完全照射无关紧要，这是因为在那些区域中的液体因漩涡的自然形成而保持停滞(缓慢流动)。挡板140、145、150的设置出人意料地抑制了在(i)如上所述相对滞留的液体与(ii)流经挡板140、145、150附近的大量液流之间的液体的显著交换。

图3～6所示为对如图2所示的液体处理系统100的改进。再一次地，为便于理解，在图3～6中使用的最后两位数字与图2中的附图标记相同的的附图标记用于表示相同的元件。于是，图3中的液体处理系统200中的控制闸门230等同于如图2所示的液体处理系统100中的控制闸门130等。

参考图3，改进之处包括用于放射源组件的清洗系统。

更具体地说，阵列220a包括清洗系统235a，阵列220b包括清洗系统235b。优选清洗系统235a、235b是Maarschalakerweerd#2专利、美国专利6,342,188和/或美国专利6,646,269中的一个或多个所教导的类型。

由图中清楚可见，清洗系统235a、235b可以“停放”在高于挡板240上游的最高液位的位置上。这便于为保养需要等而接近清洗系统235a、235b。

参考图4，改进之处涉及包括镇流器(或其它控制系统)，用于操控阵列320a、320b中的放射源组件。于是，在液体处理系统300中，一系列的镇流器326a被用于阵列320a中，并且一系列的镇流器326b被用于阵列320b中。

参考图5，改进之处涉及在阵列420a中包含辐射传感器系统427a。

参考图6，改进之处涉及在阵列520b中使用辐射传感器系统527b。

参考图7，提供了将镇流器610和清洗系统615与一系列的放射源组件620组合使用的放射源模块600的例证。放射源组件620由相对的支撑板625、630支撑。

图8所示为与图7所示的放射源模块600类似的放射源模块600a的上部。其改进之处是具有辐射传感器635。

于是，在单个模块中，放射源模块600a组合了清洗系统、镇流器(用于控制放射源)和辐射传感器的功能。

图9所示为在液体处理系统中设置图7中的两个模块600。每个放射源模块600均介于一对挡板650之间。

虽然已经参考例举的实施方式和实施例对本发明进行了说明，但不能以限定的形式对该说明进行解释。因此，例举的实施方式的各种改进以及本发明的其他实施方式，参考该说明，对于本领域的技术人员来说是显而易见的。例如，虽然例举的每个实施方式均包括设置在放射源组件的最下游阵列的下游的挡板，但本发明可涵盖其中省去该挡板的液体处理系统。因此，附后的权利要求将包括各种改进或实施方式。

在此引用的所有公开出版物、专利和专利申请，其全部内容都引入本文以作参考，在某种程度上就如各个独立的公开出版物、专利以及专利申请被具体地和独立地指出从而将其全部内容引入以作参考一样。

Claims (31)

1.一种液体处理系统，包括：

用于接收液流的开放式通道；

位于开放式通道中的液体处理区域，其包括多个以如下方式定向的长条形的紫外线放射源组件：(i)各个紫外线放射源组件的纵轴横切于液流经过液体处理区域的方向，以及(ii)各个紫外线放射源组件的末端设置得高于开放式通道中的液流的预定最大高度；

设置在所述液体处理区域上游的第一挡板；

其中所述第一挡板设置成使其远端低于开放式通道中的液流的预定最大高度，第一挡板的远端具有长条形边缘，位于横切于：(i)所述开放式通道的纵轴，(ii)所述放射源组件的纵轴。

2.如权利要求1所述的液体处理系统，其特征在于，所述第一挡板跨越所述开放式通道。

3.如权利要求1～2中任一所述的液体处理系统，其特征在于，还包括设置在所述液体处理区域下游的第二挡板，所述第二挡板设置成其远端低于所述开放式通道中的液流的预定最大高度。

4.如权利要求1所述的液体处理系统，其特征在于，所述第一挡板和第二挡板中的每一个均跨越所述开放式通道。

5.如权利要求1～4中任一所述的液体处理系统，其特征在于，所述多个长条形紫外线放射源组件包括一系列成排的紫外线放射源组件。

6.如权利要求5所述的液体处理系统，其特征在于，还包括介于所述成排的紫外线放射源组件中的相邻一对之间的中间挡板。

7.如权利要求5所述的液体处理系统，其特征在于，还包括介于所述成排的紫外线放射源组件中的每个相邻对之间的中间挡板。

8.如权利要求6～7中任一所述的液体处理系统，其特征在于，所述中间挡板跨越所述开放式通道。

9.如权利要求5～8中任一所述的液体处理系统，其特征在于，每排紫外线放射源组件包括用于从所述紫外线放射源组件的外表面除去污垢材料的清洗系统。

10.如权利要求1～4中任一所述的液体处理系统，其特征在于，所述多个紫外线放射源组件包括用于从所述紫外线放射源组件的外表面中除去污垢材料的清洗系统。

11.如权利要求9所述的液体处理系统，其特征在于，所述清洗系统可在(i)位于相邻一对挡板间的停放位置与(ii)位于所述紫外线放射源组件的远端附近的延伸位置之间移动。

12.如权利要求10所述的液体处理系统，其特征在于，所述清洗系统可在(i)位于第一挡板和第二挡板间的停放位置与(ii)位于所述紫外线放射源组件的远端附近的延伸位置之间移动。

13.如权利要求9～12中任一所述的液体处理系统，其特征在于，所述清洗系统包括与每个紫外线放射源组件相连的清洁环。

14.如权利要求13所述的液体处理系统，其特征在于，所述清洁环包括机械刮板元件。

15.如权利要求13所述的液体处理系统，其特征在于，所述清洁环包括用于接收洗涤用组合物的腔室。

16.如权利要求1～15中任一所述的液体处理系统，其特征在于，所述每个紫外线放射源组件包括具有电弧长度的紫外线放射源，所述电弧长度包括最接近的电弧端。

17.如权利要求16所述的液体处理系统，其特征在于，所述第一挡板和所述第二挡板的远端基本上与所述紫外线放射源的所述最接近的电弧端对齐。

18.如权利要求16～17中任一所述的液体处理系统，其特征在于，所述紫外线放射源设置在保护套中。

19.如权利要求18所述的液体处理系统，其特征在于，所述保护套包括封闭端和开口端。

20.如权利要求1～19中任一所述的液体处理系统，其特征在于，每个紫外线放射源组件包括紫外线放射源。

21.如权利要求1～19中任一所述的液体处理系统，其特征在于，每个紫外线放射源组件均包括低压、高输出的紫外线放射源。

22.一种紫外线放射源模块，包括：

多个紫外线放射源组件，每个紫外线放射源组件具有近端部和远端部；

第一支撑板，用于支撑每个紫外线放射源组件的近端部；以及

第二支撑板，用于支撑每个紫外线放射源组件的远端部；

其中：(i)所述第一支撑板和所述第二支撑板设置为在它们之间限定出用于位于它们之间的每个紫外线放射源组件的放射线发射区；以及(ii)所述第一支撑板包括第一通道，通过该通道，每个紫外线放射源组件的近端部通到相对于放射线发射区较远的区域。

23.如权利要求22所述的紫外线放射源模块，其特征在于，还包括用于每个紫外线放射源组件的电源。

24.如权利要求22所述的紫外线放射源模块，其特征在于，所述电源包括镇流器。

25.如权利要求22～24中任一所述的紫外线放射源模块，其特征在于，所述电源连接到所述第一支撑板上，使得所述电源设置在所述较远区域中。

26.如权利要求24～25中任一所述的紫外线放射源模块，其特征在于，所述电源连接到所述第一支撑板上，使得所述电源设置在所述第一支撑板与所述第二支撑板之间的区域中。

27.如权利要求22～25中任一所述的紫外线放射源模块，其特征在于，所述第一支撑板包括用于接收传感器装置的第二通道。

28.如权利要求27所述的紫外线放射源模块，其特征在于，所述传感器装置包括辐射传感器装置。

29.如权利要求27所述的紫外线放射源模块，其特征在于，所述传感器装置包括液位传感器装置。

30.如权利要求27～29中任一所述的紫外线放射源模块，其特征在于，所述传感器装置在所述紫外线放射源组件的运行期间是可更换的。

31.如权利要求27～30中任一所述的紫外线放射源模块，其特征在于，包括传感器装置。

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