CN101553433B - 用于在液体紫外线消毒期间改善混合的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对在开放或封闭水道(1)内的液体进行紫外线消毒的装置，所述装置具有用于将要消毒的液体的流入机构、至少一个在主要流动方向(9)上设置于所述流入机构下游的紫外线辐射器(2)以及设置在紫外线辐射器(2)下游的流出机构。在所述装置中，在流入机构和至少一个紫外线辐射器(2)之间设置有电机驱动的混合装置(6，12，13，14，18，21)以改善液体的混合，所述混合装置(6，12，13，14，18，21)用于产生横向流(8，8’)，所述横向流(8，8’)具有至少一个横向于主要流动方向(9)的速度分量。

Description

用于在液体紫外线消毒期间改善混合的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的装置和用于液体紫外线消毒的方法。
背景技术
用紫外线辐射消毒液体，尤其是饮用水或废水在很长时间以来就为人们所熟知。为此目的，把将要消毒的液体引入开放或封闭的管道内，经过紫外线辐射器。为了有效地消毒，需要使液体流的每个体积元(Volumenelement)均得到某个最小剂量的紫外线辐射。因为另一方面紫外线消毒设备的能量消耗对特别经济而言是一个关键因素，所以不应该采用过大的发射功率。因此必需将液体流很好地混合，使得每个体积元得到相同的放射剂量并且不形成其中放射剂量过小的流路。
现有技术为此已知有各种不同的解决方案。其中有一种消毒设备，在该设备中，在水道内沿流动方向纵向布置细长的紫外线辐射器，使得液体平行于辐射器的纵轴流动。在该结构中，注意辐射器在横截面上的均匀分布。此外还在该装置的开放横截面内装入制动片(Stauscheibe)，该制动片设置在辐射器之前或在辐射器上。该制动片引起紊流，该紊流使来自开放的流横截面中心的体积元转向并且将其送到辐射器表面附近。
还已知有将辐射器设置成以其纵轴与流动方向相交的消毒设备。在这些设备中，辐射器本身引起紊流。将要处理的液体的各个体积元挤过相邻两个发射器之间形成的间隙，并且在此后流动到较大的开放横截面内，直到到达下一列紫外线辐射器为止。这种横截面变换已经影响到混合。
最后已知的是，在消毒设备之前安装将要处理的水必须流过的闸门或者堰坝。在此还引入大型的紊流，该紊流应该能够保证使将要处理的液体很好地混合。
与上面提到的类型相类似的装置是被动的，它们利用流动液体的势能来产生紊流。这无疑会导致在消毒设备之前形成的动态阻力或者制动压力(Staudruck)的升高。这在将要处理的液体仅由于现有环境中的落差而流动的地方尤其不利。这尤其是在流入机构与流出机构之间只存在有限落差的污水净化设备中经常是这种情况。该落差不足，因此需要通过泵输送将要处理的废水。这很昂贵。
发明内容
因此本发明的任务在于提供一种用于更好地混合液体以进行紫外线消毒的装置和方法，其中相对于不带用于产生紊流的额外装备的管道，仅出现无关紧要的制动压力升高或者干脆不出现制动压力升高。
该任务由具有权利要求1特征的装置和具有权利要求10特征的方法实现。
因为在流入机构和至少一个紫外线辐射器之间设置有电机驱动的混合装置，该混合装置用于产生具有至少一个横向于主要流动方向的速度分量的横向流，所以就在紫外线消毒之前改善了液体的混合。
当混合装置具有带有旋转轴的螺旋桨，所述螺旋轴与主要流动方向成90°角(a)时，能够获得基本不影响水道内的流体动力学阻力的混合。当混合装置具有吸入侧和压力侧，并且吸入侧与水道的壁之间的距离小于压力侧与水道的壁之间的距离时，液体同样从水道的壁部区域被吸出并混合。
当混合装置具有螺旋桨和包围螺旋桨的喷嘴圈环时，得到特别好的效率。当将混合装置在吸入侧与利用分隔壁分隔的分流相连时，因为阻止了吸入侧与压力侧之间的短路，所以将进一步改进该效率。
当在水道的彼此相对的侧面上设置两个混合装置时，能够在水道内实现特别均匀的混合。为了影响水道的流体动力学阻力，至少一个混合装置与主要流动方向构成不同于90°的角。
当混合装置设置在从水道分叉的、用于产生分流的侧管道内时，可以仅有时驱动混合装置而不干扰水道的穿流()，其中侧管道在紫外线辐射器的上游再次汇入水道内并且将分流以与主要流动方向成一定角度地引入水道内。当混合装置不工作时，能够通过滑块或阀将侧管道分离。当将混合装置设置在水道的开放横截面之外时，尤其有益。
在根据本发明的用于消毒液体的方法中，利用以下步骤来实现相对于所采用的发射功率而言较高的消毒效率：a)将液体的体积流引入具有主要流动方向的水道内，b)利用电机驱动的混合装置产生横向于主要流动方向的速度分量，以及c)用紫外线辐射照射体积流。当将混合装置设置在分离的分流内并且通过将分流以一定角度引入剩余的流而产生所述速度分量时，能够根据需要而打开和关闭混合装置。
附图说明
下面将参考附图说明本发明的实施例。附图示出：
图1：紫外线消毒装置的开放水道的俯视图；
图2：从侧面看的、图1中水道的截面图；
图3：根据图1和图2的水道的、沿着图1中的线III的截面图；
图4：与图1相对应的、具有两个混合装置的水道；
图5：与图1相对应的、带有具有带倾斜轴线的混合装置的水道；
图6：与图1相对应的、在侧管道内有混合装置的水道；以及
图7：带有通过分隔壁分离的分流的装置。
具体实施方式
图1显示了用于废水净化设备的排水口的紫外线消毒装置的俯视图。该消毒装置为带有开放水道1的结构形式，在该水道1内安装有多个的紫外线辐射器2。在该实施方式中，紫外线辐射器2做成低压紫外线辐射器，并且其纵向轴平行于流动方向。第一闸门3和第二闸门4调控水道1内的水位。传感器5监视水位。
在第一闸门3与紫外线辐射器2之间的区域内设置有混合装置6，所述混合装置根据叶轮的结构形式通过电机驱动的螺旋桨7在流箭头8的方向上产生流。该流指向与流箭头9所示的流的横向。流箭头9显示了仅由污水处理设备内现有的落差而引起的水道1穿流。在箭头9方向上的流几乎是层状的。
图2显示了根据图1的水道在主要流动方向9上的截面图。同样的组件用相同的附图标记表示。
除了螺旋桨7，混合装置6还具有同心包围螺旋桨的喷嘴圈环11。该喷嘴圈环11有助于横向流8开始形成。它还使得水从水道1的、在流动方向上的左侧壁周围被吸取并且在那里不调节任何静态流。
图3显示了根据图1和图2的配置沿图1中线III-III的横截面。
在流动方向上看，即在根据图3的图示中，紫外线辐射器2的横截面为圆形且紫外线辐射器2纵向延伸。多个的紫外线辐射器(在此为32个)设置有成使其均匀地充满水道1的开放横截面直到预定的最高水位为止。通过该配置，有助于紫外线辐射在横截面上均匀分布。当然能够就在辐射器之间以及在水道的角区域内形成层状流路，在这些层状流路中，紫外线剂量具有最小值。在流动方向上设置在紫外线辐射器2之前且引起横向流8的混合装置6在工作中导致紊流，该紊流能够阻止各个微生物走过沿着这种层状流路穿过紫外线辐射器2的整个路径。因此通过横向流8的混合使得能用紫外线辐射更好地施加于微生物上。以此方式，发送到污水流的每个单个体积元内的紫外线剂量几乎一样大。各个体积元的照射也变得更均匀。
相对于通过提高实际发送的照射功率并用预定的最小剂量来保证角区域的消毒和流路不受干扰的原有结构，能够降低照射功率，从而减少能量消耗。在实际中，照射功率的降低大于混合装置6的驱动功率，从而取得经济上的优点。在照射功率没有变化的情况下，通过采用混合装置6观察到直到25％的改善的消毒效果。
图4显示了本发明的另一实施方式。在该实施方式中，总共设置两个混合装置12和13，这两个混合装置12和13设置在主流9流动方向上的前后两个位置上。混合装置12导致横向流8，如在图1中所示向右。混合装置13导致在相反方向上的、用8’标示的横向流。为了产生横向流8和8’所花费的电功率分配在混合装置12和13的两个驱动电机上。相对于图1中的实施方式，两个混合装置各自具有大约是混合装置6一半的电功率。该结构在某些应用场合是有益的。
图5显示了与图1相对应的配置。在该配置中，以与主要流动方向9成90°的角来设置混合装置14。相应地形成相对于纵轴倾斜的流15。如图5中所示，倾斜的横向流15能够具有在主流9方向上的速度分量。由此加速水道1的穿流。可替代地，混合装置14也可以指向其他方向，从而逆着主要流动方向9形成速度分量。则在一定程度上减缓水道1的穿流。这形成动态阻力。但值得期待的是由此使混合更剧烈。
与图4的实施方式相对应，也可以在水道1的相对侧以不同于90°的倾斜角度α设置两个混合装置。由此进一步改善将要处理的污水的混合。
图6显示了一个实施方式，在该实施方式中，分流16从将要处理的废水流分支并且被引入侧管道17中。螺旋桨18位于侧管道17中，该螺旋桨18在此作为混合装置进行工作，并且将分流16加速并且以倾斜角引入到水道1的主流中。在该实施方式中，开放横截面在主要流动方向9上从第一闸门3到紫外线辐射器2不受装入部件的妨碍。在该实施方式中，螺旋桨12可以在开放或关闭的侧管道时保持不工作，而不会通过在水道1内的、流体技术上妨碍的装入部件而妨碍紫外线消毒装置的功能性。该实施方式使得只在特殊要求时——例如当确定特别混浊或特别高的微生物负荷时——螺旋桨18才工作。
图7最后显示了在水道1之内设有分隔壁20的实施方式，该分隔壁20同样分支出分流并引向混合装置21。在该实施方式中，消除了在混合装置21的吸入侧与压力侧之间的短路。该实施方式尤其节能。
附图标记
1     水道
2     紫外线辐射器
3     闸门
4     闸门
5     传感器
6     混合装置
7     螺旋桨
8，8’横向流
9     主要流动方向
10    开放
11    喷嘴圈环
12    混合装置
13    混合装置
14    混合装置
15    倾斜流
16    分流
17    侧管道
18    螺旋桨
19    开放
20    分隔壁
21    螺旋桨

Claims (9)

1.一种用于对开放或封闭的水道(1)内的液体进行紫外线消毒的装置，所述装置具有用于将要消毒液体的流入机构、至少一个在主要流动方向(9)上设置于所述流入机构下游的紫外线辐射器(2)以及设置在所述紫外线辐射器(2)下游的流出机构，其特征在于，在所述流入机构与至少一个所述紫外线辐射器(2)之间设置有电机驱动的混合装置，所述混合装置用于产生横向流(8，8’)，所述横向流(8，8’)具有至少一个横向于所述主要流动方向(9)的速度分量，其中，所述混合装置具有带旋转轴的螺旋桨(7)，所述旋转轴与所述主要流动方向(9)形成90°角(a)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合装置具有吸入侧和压力侧，并且所述吸入侧与所述水道(1)的壁之间的距离小于所述压力侧与所述水道(1)的壁之间的距离。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合装置具有螺旋桨(7)和包围所述螺旋桨(7)的喷嘴圈环(11)。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，在所述水道(1)的彼此相对的侧面上设置有两个混合装置。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述混合装置在吸入侧与由分隔壁(20)分离的分流相连。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合装置设置在从所述水道分叉的、用于产生分流(16)的侧管道(17)内，其中使所述侧管道在所述紫外线辐射器(2)上游又汇入所述水道，并且所述分流(16)以与所述主要流动方向(9)成一定角度地被引入所述水道。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述混合装置设置在所述水道(1)的开放横截面之外。
8.一种用于消毒液体的方法，所述方法具有以下步骤：
将液体的体积流引入具有主要流动方向(9)的水道(1)内；
利用电机驱动的混合装置产生横向于所述主要流动方向(9)的速度分量，所述混合装置具有带旋转轴的螺旋桨(7)，所述旋转轴与所述主要流动方向(9)形成90°角(a)；
用紫外线辐射照射所述体积流。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述混合装置设置在分离的分流内，并且通过将所述分流以一定角度引入剩余的流而产生所述速度分量。
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