CN101678132A - 紫外线处理反应器 - Google Patents

Abstract

一种用紫外线处理流体的装置包括：用于接收流体流的壳体，其具有流体入口、流体出口、反应腔、以及定位于反应腔中的至少第一对紫外线源和第二对紫外线源。第一对紫外线源具有上部紫外线源和下部紫外线源，它们相对彼此定位为跨度大于第二对紫外线源中的上部紫外线源和下部紫外线源之间的跨度。第二对紫外线源定位于流体流的上游或下游。随后的紫外线源或成对的紫外线源可有利地使用。该装置可与隔板布置组合地使用，其中隔板优选地定位为将流体流引导入处理区域中。

Description

紫外线处理反应器

本申请要求2006年11月2日申请的同样未决的美国专利申请No.11/555,930的优先权，该申请的全部内容通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及一种用紫外(“UV”)光处理流体的装置，并且尤其提供一种有效分配紫外线剂量以便获得改进的处理效果的装置。

背景技术

破坏流体中的微生物的紫外线照射的使用是已知的。存在几种类型的紫外线系统，包括加压、半加压或不加压的紫外线系统。这些系统通常依靠成行地定位为浸入要处理的流体(比如饮用水)中的灯。不管紫外线系统的类型，重要的是将作为接近等量的紫外光(剂量或流量)输送至流过系统的所有流体以破环任何微生物。这个剂量或流量等于强度和时间的乘积。在微生物穿过紫外线系统时，它们经受一定范围的引起剂量分配的紫外线强度和时间。理想地，紫外光和流量在紫外线反应器上均匀地分配，引起所有微生物接受相同剂量。设计紫外线反应器的目标是获得一个狭窄的剂量分配，其中所有流体元素尽可能接近这个理想剂量被暴露。

为了获得这种理想的剂量分配，一些系统具有偏移顺序行的紫外线灯以使得流体穿过第一行的灯之间的空间并且接触第二行中的灯。然而，这种系统中的问题是紫外光由相邻的灯吸收，因为光不能毫无阻塞地经过上游和下游。这个方法还能带来较高的头部损失(headloss)并且需要更多的灯，虽然功率较低。

确保流动流体经受一定范围紫外线强度的另一种方法是定位与灯平行的平面隔板。在一些方法中，隔板定位于每组紫外线灯之间。隔板引导流体相对靠近灯地经过。这个方法引起通过反应器的较高压降并且在隔板后面留下具有较低或实际上没有流量的区域，引起这些区域中的较高剂量，尤其在水的紫外线透射比很高时。因此难以设计一种在反应器将要处理的全部范围的水的紫外线透射比内获得狭窄剂量分配的反应器。

其它系统，将灯定位于主要地圆形的排列中以改进紫外线剂量分配(例如如图3a中所示)。然而，即使在这些系统以及使用类似图案的紫外线系统中，存在水不能接受最小化暴露至紫外线流量场的区域。这种系统提供了一种流体分配，其中一些流体接受低剂量的紫外线并且其它流体接受高剂量，从而产生宽泛的剂量分配并且因此出现接受较低剂量的微生物在没有被破坏的情况下通过。

构造有圆形排列的紫外光源的系统还可能倾向于缺乏有效的灯关闭能力。通常，圆形排列系统要求系统控制件来关闭成对的灯，而不是单个的灯，以保持对称性从而获得尽可能接近均匀的剂量分配。而且，在圆形排列中，与其中剩余灯彼此接近的区域中发射的辐射度相比，关闭两个灯在灯关闭的区域中引起流束中的辐射间隙。不均匀的剂量分配产生不良效果并且在一些情况下，产生不充分的处理水平或未处理的水。一些现有系统要求较大的单元以便控制所需的剂量。

因而需要消除现有技术的缺点，包括不均匀处理剂量分配的不利效果。还期望提供一种紫外线反应器，其具有紧凑的设计、良好的操作功效、在关闭灯时有效的灵活关闭并且成本降低。

发明内容

本发明涉及一种用于处理流体的装置，其包括具有流体入口、流体出口以及反应腔的壳体。反应腔包括基本上彼此平行地布置并且基本上垂直于流体流方向的紫外线源组件。组件包括至少两对紫外线源，每对紫外线源位于与流体流方向垂直的平面中。第一对紫外线源中的各个源定位为彼此间的距离或跨度大于第二对紫外线源中的各个源之间的跨度。由定位于反应腔的公共壁附近的第一对紫外线源和第二对紫外线源中的每对中的一个(例如上部紫外线源)构成的两个紫外线源形成的平面与由第一对紫外线源和第二对紫外线源的相对紫外线源(例如下部紫外线源)形成的平面相交。顺序的一对或多对紫外线源能被添加至沿着相交平面的任一个平面定位的组件，并且单个紫外线源能放置于所述平面相交的线处。一个或多个另外的紫外线源组件可以包括在腔中，并且每个包括一个或多个紫外线源组件的一个或多个腔能形成紫外线反应器。任选地，上部隔板和下部隔板定位于最上紫外线源和最下紫外线源(即最靠近反应器壁的那对)的上游并且与它们相邻。术语“上”和“下”仅涉及各个紫外线源和隔板相对于如附图所示它们在反应器中的定向的定位并且绝不是要限制它们在不同定向的反应器中的位置。例如，紫外线源和相应隔板可相对于相对的侧壁定向。

这样，本发明显示了相比现有技术紫外线处理设备的显著进步。本发明的一个实施例提供了用于水处理的紫外线反应器设计有效、操作灵活并且成本相对较低的优点。本发明的另一个优点是提供一种紫外线源组件，其中紫外线源布置为能提供在反应器的横截面上要发射的大致均匀的紫外光剂量，从而获得大致均匀的剂量，或狭窄的剂量分配。本发明的一个实施例中的另一个目标是提供一种具有有效关闭能力的设备，即灯在减少动力或没有动力的情况下运行以提供有效关闭。本发明的一个实施例仅用与所需的一样多的灯操作以获得所需的剂量，并且能用与传统紫外线反应器系统所需相比更少数量的灯进行操作。本发明的一个实施例的目标是提供一种隔板装置，该隔板装置使流体紧密靠近紫外线源地流动，从而改进剂量分配。

本发明的其它目标、特点、方面和优点将从下面的详细描述、附图以及本发明的所附权利要求中变得更好理解或明显。

附图说明

图1是根据本发明的各个方面的紫外线反应器的等距视图。

图2是本发明一个实施例的正面横截视图。

图3a是使用传统圆形排列的紫外线源的反应器的横截面的侧视图。

图3b示出使用圆形排列中的五个灯的反应器的横截面的侧视图。

图4是示出根据本发明一个实施例布置的紫外线源组件的反应器横截面的侧视图。

图5-7示出包括根据本发明实施例布置的紫外线源组件和成对紫外线源的反应器的横截面的另外侧视图。

图8-10示出反应器的侧视图，示出本发明实施例中的两个或更多紫外线源组件和成对的紫外线源。

具体实施方式

例如在图1、2和4中示出了根据本发明一个实施例的流体处理设备。流体处理设备10包括接收流体流的壳体11。流动方向由箭头A指示。壳体包括流体流入到其中的流体入口12、处理流体的反应腔13以及处理过的流体从其中流出的流体出口14。反应腔13包括第一组件，该第一组件包括至少两对紫外线源15和16。第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a和16b彼此平行并且与流体流垂直地定位。第一对紫外线源15a、15b彼此分开的跨度大于分开紫外线源16a、16b的每个的跨度。如这里所使用的，术语“跨度”指的是一对紫外线源中的两个灯之间的距离。为了解释的目的，每对紫外线源例如在图4中沿着竖直虚线V₁、V₂示出。跨度是灯之间沿着这个竖直线的距离。第一对紫外线源和第二对紫外线源对准为使得第一对紫外线源中的一个源(例如上部源)和第二对紫外线源中的被定位为与第一对紫外线源中的这个源一样更靠近腔13的公共侧的源(例如也是上部源)形成一个平面。与每个相应的第二个源一起，两对紫外线源形成两个基本上交叉的平面。

紫外线源15a、15b和16a、16b是紫外线灯，优选地，中压汞弧紫外线灯。替代地，它们是低压紫外线灯、脉冲紫外线灯、紫外线发光二极管(紫外线LED)或任何其它紫外线源。紫外线源通常包含在石英管或套筒里以将它们与流体密封隔开。

例如如图4中所示，在本发明的一个实施例中，第二对紫外线源16a、16b布置为比第一对紫外线源15a、15b更接近入口12。紫外线源15a、15b和16a、16b以足够远的距离在壳体中隔开，以使得它们之间的流体的速度不是大到足以在反应器中获得过度的压降，但是充分地靠近以使得紫外线流量不是太低，以在距离灯最远点处获得充分的流体剂量。如这里所使用的，术语“距离”指的是单独一个紫外线源或一对紫外线源与另一对紫外线源(下面讨论)之间在流体流动方向上的距离。为了解释的目的，图4中的水平虚线h₁和h₂表示流体流动方向。紫外线源之间的距离沿着水平线测量并且沿着这条线表示为两个竖直虚线之间的间距，比如V₁、V₂。距第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a、16b的距离大约是紫外线源15a、15b和紫外线源16a、16b之间跨度的增加的0.2和1.25倍。在具有两对紫外线源(如图4中所示)的反应器的示例中，第二对紫外线源16a、16b之间的跨度大约是第一对紫外线源15a、15b之间的跨度的三分之一。在一个示例中，灯15a和16a之间的距离与紫外线源16a和16b之间的跨度以及紫外线源16b和15b之间的距离相同。在线h₁和h₂之间的中点处水平地流动的流体，例如，接受与在线h₂和h₃之间的中点处行进的流体并且还与h₃和h₄之间的流体大致相同的剂量。

在另一个示例中，具有五个紫外线源(如图5中所示)，第二对紫外线源16a、16b之间的跨度大约是第一对紫外线源15a、15b之间跨度的一半。

灯组件的这个定位允许流体以通常未受阻碍的方式在紫外线源之间流动，但是不是很远以致允许距紫外线源最远地穿过的流体漂移远离其它紫外线源，这将引起流体接受不充分的剂量。因此，由上组紫外线源15a、16a和下组紫外线源15b、16b形成的两个紫外线源平面之间的角度(如由图4中角度α所示)可以大概从40度至140度。这些角度和灯与相应套筒相对彼此布置的距离是灯的几何结构。替代地，在另一个实施例中，第二组紫外线源16定位于第一组紫外线源15的下游并且比第一组紫外线源距离入口12更远，跨度仍然比第一组紫外线源15的跨度更短并且提供角度α。

设备10的另一个实施例还包括例如如图5中所示与流体流A的方向垂直地定位的第三紫外线源18。任选地，如图6中所示，由一对紫外线源18a、18b构成的第三紫外线源18基本上彼此平行地布置，并且相对于第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a、16b之间的跨度，以更短的跨度彼此隔开。在一个示例中，第三对紫外线源18a和18b定位于第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a、16b的上游。

在一个实施例中，第三对紫外线源18a和18b距第二对紫外线源16a、16b的距离大致等于第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a、16b之间的距离。因而，每对18a和16a、16a和15a的上部源以彼此间大约相等的距离布置，它们相应的下部对18b和16b、16b和15b也如此。替代地，第三对紫外线源18a和18b没有以与第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a、16b之间的距离相等的距离与第二对紫外线源16a、16b隔开。这个距离在没有显著地影响剂量分配并且因此影响性能的情况下，可以是第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a、16b之间的距离的零倍(即18a和18b与16a、16b处于同一竖直平面中)至两倍之间。在一个示例中，跨度大约是16a和16b之间跨度的三分之一并且是15a和15b之间跨度的五分之一。在具有六个紫外线源(如图6中所示)的另一个示例中，第二对紫外线源16a、16b之间的跨度大约是第一对紫外线源15a、15b之间跨度的五分之三；并且第三对紫外线源18a、18b之间的跨度大约是第一对紫外线源15a、15b之间跨度的五分之一。这在顺序的水平线h₁、h₂等之间保持相同的间隔，提供大致均匀的剂量分配。

在一个实施例中，紫外线源18包括以角度α在两个平面的交叉点处布置于第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a、16b的组件内的紫外线源，以形成紫外线源排列，以及类似“人字形”图案的成对紫外线源。人字形的顶点向上游指向流体流(如图5中所示)，或者在如图7中所示的另一个布置中，下游具有流体流A。在一个示例中，第三紫外线源18无需位于两个平面的交叉点处。在没有显著地影响剂量分配并且因此影响性能的情况下，紫外线源18和第二对紫外线源16a、16b之间的距离可以是第一对紫外线源15a、15b和第二对紫外线源16a、16b之间距离的零倍(即18与16a、16b处于相同的竖直平面中)至两倍之间。16a和16b之间的跨度必须大约是15a和15b之间跨度的一半。

随后的紫外线源和/或成对的灯基本上等距隔开并且递减的跨度可任选地加到用于反应器中的人字形构造中。例如，另外的单个紫外线源可以定位在第三对紫外线源的上游(具有指向上游的人字形)或下游(具有指向下游的人字形)并且距第三对紫外线源的距离介于第一对紫外线源和第二对紫外线源之间的距离的零倍至两倍之间。在另一个示例中，第四对紫外线源定位于第三对紫外线源的上游或下游。第四对紫外线源定位为距第三对紫外线源的距离为所述第一对紫外线源和第二对紫外线源之间距离的零倍至两倍之间并且所述第四对紫外线源的源之间的跨度小于所述第三对紫外线源的源之间的跨度。在使用至少四对紫外线源的另一个示例中，第二对紫外线源之间的跨度大约是第一对紫外线源之间跨度的七分之五，第三对紫外线源之间的跨度大约是第一对紫外线源之间跨度的七分之三，并且第四对紫外线源之间的跨度大约是第一对紫外线源之间跨度的七分之一。

在本发明的一个实施例中，例如如图8中所示，第一、第二和第三紫外线源通常以人字形构造定位并且第四紫外线源22在第一、第二和第三紫外线源的下游定位于大约在两个相邻的这种源之间的跨度的中点处。中点基本上相应于在第一、第二和第三紫外线源之间(即在紫外线源15a和16a，16a和18，18和16b，以及16b和15b之间)形成的流体流的通道。任选地，第四紫外线源22由不止一个紫外线源构成。每个另外的这种紫外线源22a、22b等在腔13中的位置中基本上彼此平行地对准，以照射在由第一、第二和第三紫外线源形成的通道之间经过的水。在一个实施例中，由四个紫外线源22a、22b、22c和22d构成的第四紫外线源22定位在第一、第二和第三紫外线源的下游。紫外线源22a、22b、22c和22d通常布置于一个平面中并且彼此平行且垂直于流体流的方向。每个紫外线源22a、22b、22c和22d定位为照射在由第一、第二和第三紫外线源形成的通道之间经过的水。流体流的通道形成于紫外线源15a和16a，16a和18，18和16b，以及16b和15b之间。

在具有第四紫外线源22(其由一个或多个紫外线源构成)的人字形布置的另一个实施例中，第一、第二和第三紫外线源每个具有布置于反应器13中下游以形成镜像的互补紫外线源。例如，图9示出本发明的一个实施例，其为具有第四紫外线源22a、22b、22c和22d以及紫外线源的互补镜像设置的人字形布置。

任选地，如图5中所示，腔13包括上部隔板20a和下部隔板20b。在优选实施例中，上部隔板20a和下部隔板20b定位于紫外线源15a、15b的上游并且与紫外线源15a、15b相邻，紫外线源15a和15b分别是以最大跨度定位并且最接近反应腔13的顶侧和底侧的紫外线源。转向器或隔板20a和20b布置为使流体流转向紫外线源15a、15b，以确保沿着反应腔13的顶部和底部行进的流体接受充分的剂量。灯组件和隔板的几何结构用作转向机构来引导流体流，以便通过使流体流入其将接受均匀处理的区域来提高剂量分配的均匀性。上部隔板20a和下部隔板20b的尾部或最内边缘之间的跨度比紫外线源15a、15b之间的跨度大出顺序对的紫外线源16a、16b和15a、15b之间的跨度的增量的大约四分之一。然而，上部隔板20a和下部隔板20b的尾部或最内边缘的跨度可以比紫外线源15a、15b之间的跨度大出顺序对的紫外线源16a、16b和15a、15b之间的跨度的增量的大约0.1和0.5倍之间。上部隔板20a和下部隔板20b的尾部或最内边缘水平地定位以使得尾部或最内边缘至紫外线源15a、15b的距离小于顺序对的紫外线源16a、15a和16b、15b之间的水平距离的大约一半。隔板20a和20b可以与相对的反应腔壁中的每个成大约90度的角(取决于定向、顶壁和底壁)，在图5中由角β示出。更优选地，角β在20度和90度之间。在如图5和6中所示的优选实施例中，角β是45度并且使得由隔板形成的平面分别与紫外线源15a、15b相交叉。

在其中紫外线源22由一个或多个紫外线源(即22a、22b、22c等)构成的布置中，隔板20安装于反应腔中的相对壁13a和13b上。一个隔板20a附接至上部腔壁13a并且另一个隔板20b附接至下部腔壁13b，例如如图8中所示那样定向。隔板被附接为使流体朝着最靠近腔壁定位的紫外线源引导。在例如图8中所示的实施例中，上部隔板20a布置于所述第一对紫外线源的上部紫外线源的上面并且与该上部紫外线源相邻，并且下部隔板20b定位于第一对紫外线源的下部紫外线源的下面并且与该下部紫外线源相邻。隔板可用于还包括一个或多个互补紫外线源(即115、116、118、122)的实施例中。在这个实施例中，隔板20定位于分别处于最大跨度并且最靠近反应腔13的顶侧和底侧的互补紫外线源(例如图9中的紫外线源115a、115b)的上游并且与该互补紫外线源相邻。

另一个实施例包括两个紫外线源组件。这两个组件可以布置于同一反应腔13中。例如如图10中所示，每个组件包括五个紫外线源并且指向上游。第二组件不需要具有与第一组件相同数量的紫外线源，但是通查按照与第一组件相同的原则布置，以具有递减的跨度并且形成两个交叉平面。

紫外线源组件设计为使得流体均匀地分配并且因而均匀地暴露至紫外光，以提供比传统紫外线反应器更窄剂量分配并且得到相对良好的效果。

由一个实施例提供的受控流体流供给相同的水压，而不管是否所有紫外线源都包括工作的紫外线源。因而，为了最小化成本，不是所有四个、五个、六个、九个、十个或十八个紫外线源(在图4至10中所示的实施例中)包括必须要供电或开启的灯。鉴于根据标准测试方法(比如UVDGM(美国EPA紫外线杀菌指导手册，2006年11月)中所禁止的)验证测试这些反应器的高成本，这是有吸引力的选择。对于这个测试，反应器必须要验证操作参数的所有可能组合，包括：流量、灯功率、水的紫外线透射比以及灯开启的数量。为此，更加成本有效的是例如用安装的全部五个石英管和灯(15a、15b、16a、16b和18)来验证单个反应器构造，并且用安装于石英管中的一个和五个之间的灯供应用于水处理站的紫外线反应器，从而最小化验证成本并且降低系统成本，如果不是需要全部五个灯的话。

而且，在供应全部五个紫外线灯时，设备具有改进的关闭能力，因为其能仅用与所需要的一样多的灯来有效地操作。这样，由于反应器已经在五个安装的灯的一个和五个之间操作的情况下被验证，灯可以被关闭以节约电能以及灯维护成本。

设备10能用与传统紫外线反应器系统所需的相比更少数量的灯来操作，从而降低传统系统的那些灯的操作成本。例如，其消除了现有技术的反应器成对地关闭灯以维持均匀剂量分配所需的对称性。在传统的圆形排列中(在图3a中示出以说明)，关闭两个灯在灯关闭处产生流束的间隙，并且因此在剂量之下。剩余操作灯彼此靠近，其结果是高度照射和剂量过大，引起不均匀的剂量分配并且因此引起不良效果。

除了由本发明通过使灯可关闭以获得一个、两个、三个、四个或五个灯操作而不是仅成对地获得两个、四个或六个灯操作而提供的灵活性以外，本发明的实施例这样做的同时还保持良好的剂量分配以及更高的操作效率。在操作期间，如果穿过反应器的流量较低或水量很高，不是所有紫外线源需要操作，从而降低操作反应器的成本。反应器中的这个高度关闭在为给定应用确定反应器的尺寸以及操作反应器以降低操作成本这两个方面都是有吸引力的。上述验证测试产生一组操作方程式，由此可以在任何数量的灯操作的情况下计算出获得特定剂量所必须的照射。这个剂量然后相应于特定目标有机物的记录灭活。因此在降低的流量或较高水紫外线透射比的情况下，剩余操作灯的灯功率可以降低以获得由紫外线传感器测量的水中必要的照射，从而进一步降低成本。虽然关闭灯引起灯之间比传统系统更宽的间距，但是本发明的独特布置能使剂量分配更均匀并且因此更有效。

如果在五个灯的实施例中仅需要两个灯以获得所需的剂量，本发明尤其能获得上述效果。在这个实施例中，灯16a和16b将保持开启并且灯18、15a和15b将被熄灭。这两个灯对称地放置于流体流中并且一个灯18布置于这些灯之间并且一个灯15a在上面并且一个灯15b在下面，从而在更高的紫外线透射比和/或更低的流量之下保持均匀的剂量分配。在具有例如六个灯的圆形排列中，留下两个灯开启，如果灯a₁和a₂保持开启，在反应器的中心产生更大的间隙，或如果两个相邻的灯b₁和b₂保持开启，在反应器的顶部和底部产生两个间隙。在这两种情况下，结果都是不均匀的剂量分配。

而且，在一个实施例中，紫外线源15a、15b、16a、16b和18的独特布置消除了对于需要高达串联三组的很多对比反应器的需要。例如，其它处理设备需要高达每个包括两个或三个灯的三组。这种多组反应器可具有相当好的关闭和效率，但是更长并且因此笨重并且更昂贵。具有串联多组的反应器的另一个缺点在于它们需要更大的流量转向器以将流体带入每个组中的更少数量的灯附近，引起相比本发明而言更高的流速并且因此更高的压降。本发明仅用一个流体处理区域或一组灯就能提供有效的结果。

示例1

将具有通常圆形排列的反应器变型用来与本发明的实施例相比较。这种反应器需要至少六个或更多的灯。出于与本发明相比较的目的，具有“圆形排列”的反应器准备为包括如图3b中所示仅使用五个灯的紫外线灯几何结构。在灯的这种排列中，b₁和b₂定位于紫外线源a₁和a₂的下游，以便实现与如图5中体现的人字形排列中的五个灯反应器相比基本上圆形的排列。保持灯对之间的跨度。与流域建模相结合的计算机流体动力(CFD)模拟用来确定这个反应器在用五个灯和用四个灯操作时的性能。类似的测试在使用本发明如图5中所示以人字形图案布置的五个灯的实施例中实施。将结果进行比较并且在下面的表1中总结。

表1

流量，MGD	6.2	4.9
			紫外线透射比	80	80
操作的灯的数量	5	4
			人字形图案的剂量	51.4	31.7
圆形图案的剂量	43.4	27.6
			剂量减小百分比	-16％	-13％

鉴于使用五个灯的圆形布置，比较的结果证明了本发明的效果。在五个灯操作、每天6.2百万加仑(MGD)的流量和80％的水紫外线透射比的情况下，本发明的人字形构造的反应器引起紫外线剂量输送至存在于51.4mJ/cm²的水流中的有机物。相比之下，图3b中所示设备的灯排列布置在使用相同流量和水透射比的条件下引起43.4mJ/cm²的剂量。在四个灯操作(图5中的灯18关闭，图3b中的灯c关闭)并且4.9MGD的流量、80％的透射比的情况下，在人字形排列中剂量是31.7mJ/cm²，而在五个灯的圆形排列中剂量仅是27.6mJ/cm²。分别具有圆形排列的五个灯和四个灯与本发明具有人字形排列的布置相比性能降低了16％和13％。

因而，上面的数据示出在反应器以人字形排列运行时相对于具有五个灯的圆形排列而言16％的改进。这将显示人字形排列中的五个灯将具有圆形排列的5.8个灯(5×1.15)的等同性能。因此预期根据本发明实施例以人字形图案布置的五个灯几乎能与具有六个灯的圆形排列一样运行。

示例2

在本发明的一个示例中，根据本发明具有以基本上人字形构造布置的五个紫外线灯的反应器10使用根据UVDGM的生物催化剂测试来测量性能从而进行验证。结果在图2中总结。

表2

流量，MGD	10	8	6	4	1
						紫外线透射比，％	85	88	88	88	95

操作的灯的数量	5	4	3	2	1
						所需剂量，mJ/cm2	40	40	40	40	40
10kW/灯时的实际剂量	44.9	44.9	49.4	40.2	42.1
						获得40剂量的灯功率，kW	8.9	8.8	7.8	10.0	9.3

在五个灯以每天10百万加仑流量以及85％的紫外线透射比的情况下操作时，获得44.9mJ/cm²的剂量。灯能关闭至8.9kW/灯以获得所需的40mJ/cm²的剂量。交替的灯被关闭，一次一个灯或一对灯，以证明关闭效力。首先，前面灯18关闭以提供四个操作灯。这些灯在这个情况下在8MGD的流量和88％的紫外线透射比的情况下已足够，以使得仅需要四个灯来提供足够的剂量。接着，第二对灯16a和16b关闭，同时灯18又开启，留下三个操作紫外线灯。三个灯的方案能是可接受的，如果例如流量为6MGD同时为88％的紫外线透射比，以获得大于40mJ/cm²的紫外线剂量并且因此将目标微生物消毒。另外，在设计(峰值)流量和紫外线透射比使得仅需要三个灯来获得预期剂量时，供应仅是五个可能灯中的三个被安装的设备预期能使得设备与传统圆形排列所需的对比四个灯设计相比更有效、成本更低。接着，前面灯18和第一对灯15a和15b都关闭，留下在这个示例中在进一步降低的4MGD流量和88％的紫外线透射比的情况下有效的两个操作灯。最后，除了前面灯18之外的所有灯关闭，仅留下一个操作灯。这个方案引起最大化的关闭并且在这些条件下仅一个灯能在1MGD和95％的透射比的情况下获得所需的剂量。如由这个示例所证明的，本发明提供一种具有特别对称地布置于水中的紫外线灯的紫外线处理设备，其设计使得对于其中受到处理的流体具有良好的剂量分配和效果。

本发明的实施例的另外优点在于灯集中在给形成紫外线源的灯和石英管的插入提供支撑的圆形端板的一半中。这留下了用于包括手孔的整洁的另一半，其能被移除以提供通向反应器内部用于维护的通路。在具有圆形排列的反应器中，用于手孔的自由空间更少，使得更加难以维护。

在使用具有相对更大弧长的紫外线源的更大反应器时，在一个示例中任选地，最底部紫外线源15b以高于其它紫外线源16、18a、18b和15a的功率水平操作，以便补偿与向上照射相比灯向下照射时相对更低的辐射度。弧长越大，本发明人预期其将提供的优点越大。替代地，下部隔板20b能进一步延伸入腔13中，以使下部隔板20b与最底部紫外线源15b之间的跨度比上部隔板20a和最上部紫外线源15a之间的跨度更小，因而向上移动流体并且从而补偿与向上照射相比灯向下照射的相对更低的辐射度。

另外，替代将灯以最完美的人字形或“V”排列布置，它们能布置为灯16a、16b进一步向上游(图5、6)或下游(图7)移动以形成半圆形或“C”形，即在顺序的灯或成对的灯之间的跨度的增量必须大致一致以便均匀地分配紫外光时，灯18和16a、16b之间的距离在没有显著影响紫外光的分配的情况下可以是16a、16b和15a、15b之间距离的一半或两倍。另外，虽然最有效地是保持以5个灯操作的顺序灯或成对灯之间跨度的严格一致的增量，本发明的优选实施例以高达10％的增量增大灯16a、16b的跨度，同时以高达10％的减小量减小灯15a、15b的跨度，以改进剂量分配并且因此改进分别仅具有两个灯(16a、16b)或三个灯(18、15a、15b)的性能。这能在5个灯操作时较少地牺牲性能的情况下进行。

虽然已经示出并且描述了本发明的优选实施例，将理解到详细实施例和附图用于说明而不是限制。本发明可在本发明如所附权利要求所限定的范围内改变、变型或变化。另外，本领域技术人员将意识到本反应器能竖直地安装以使得流体竖直向上或向下流动。如果使用这种定向，上面示例中术语竖直地、水平地、以及上部和下部的使用将互换。对于能用来形成两个基本上交叉平面(比如这里所描述的人字形排列)的灯的数量没有限制。另外，每个包括灯的交叉平面的顺序流体处理区域还可以用来获得更大的剂量，如果具体应用期望如此的话。

Claims (22)

1.一种流体处理设备，该流体处理设备包括：

a.用于处理流体流的反应器，所述反应器具有流体入口、流体出口以及位于所述流体入口和所述流体出口之间的至少一个腔；以及

b.布置于所述腔中的第一对紫外线源和第二对紫外线源，每对紫外线源包括上部紫外线源和下部紫外线源，其中所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源被定位为跨度大于所述第二对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度，所述第二对紫外线源在流体流的上游或下游中被定位为与所述第一对紫外线源相邻，所述第一对紫外线源和第二对紫外线源被定位为与所述流体流的方向基本上垂直。

2.根据权利要求1的流体处理设备，其中所述设备还包括附接至所述腔的相对壁的两个隔板，即上部隔板和下部隔板，所述上部隔板布置于所述第一对紫外线源的上部紫外线源的上面并且与所述第一对紫外线源的上部紫外线源相邻，所述下部隔板定位于所述第一对紫外线源的下部紫外线源下面并且与所述第一对紫外线源的下部紫外线源相邻。

3.根据权利要求1的流体处理设备，其中所述设备还包括另外的单个紫外线源，该单个紫外线源定位于所述第二对紫外线源的上游或下游，并且与所述第一对紫外线源相对且距所述第二对紫外线源的距离介于所述第一对紫外线源和所述第二对紫外线源之间的距离的零倍和两倍之间。

4.根据权利要求1的流体处理设备，其中所述设备还包括第三对紫外线源，所述第三对紫外线源包括上部紫外线源和下部紫外线源并且定位于所述第二对紫外线源的上游或下游，并且与所述第一对紫外线源相对且距所述第二对紫外线源的距离介于所述第一对紫外线源和所述第二对紫外线源之间的距离的零倍和两倍之间，所述第三对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度小于所述第二对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度。

5.根据权利要求1的流体处理设备，其中所述第二对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度大约是所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度的三分之一。

6.根据权利要求3的流体处理设备，其中所述第二对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度大约是所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间跨度的一半。

7.根据权利要求4的流体处理设备，其中所述第二对紫外线源的所述上部紫外线和所述下部紫外线源之间的跨度大约是所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间跨度的五分之三，并且所述第三对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度大约是所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间跨度的五分之一。

8.根据权利要求4的流体处理设备，其中所述设备包括另外的单个紫外线源，该单个紫外线源定位于所述第三对紫外线源的上游或下游且距所述第三对紫外线源的距离介于所述第一对紫外线源和所述第二对紫外线源之间的距离的零倍和两倍之间。

9.根据权利要求4的流体处理设备，其中所述设备包括第四对紫外线源，所述第四对紫外线源定位于所述第三对紫外线源的上游或下游且距所述第三对紫外线源的距离介于所述第一对紫外线源和所述第二对紫外线源之间的距离的零倍和两倍之间，并且所述第四对紫外线源的各个源之间的跨度小于所述第三对紫外线源的所述上部紫外线源所述和下部紫外线源之间的跨度。

10.根据权利要求8的流体处理设备，其中所述第二对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度大约是所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度的三分之二，并且所述第三对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度大约是所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源之间的跨度的三分之一。

11.根据权利要求9的流体处理设备，其中所述第二对紫外线源之间的所述跨度大约是所述第一对紫外线源之间跨度的七分之五，并且所述第三对紫外线源之间的跨度大约是所述第一对紫外线源之间的跨度的七分之三，并且所述第四对紫外线源之间的跨度大约是所述第一对紫外线源之间的跨度的七分之一。

12.根据权利要求1的流体处理设备，其中所述第一对紫外线源和所述第二对紫外线源包括中压紫外线灯、低压紫外线灯、脉冲紫外线灯、紫外线发光二极管或其组合。

13.根据权利要求1的流体处理设备，其中所述设备还包括紫外线源组件，所述紫外线源组件包括至少两对紫外线源，所述至少两对紫外线源中的第一对紫外线源相对彼此定位为跨度大于所述至少两对紫外线源中的第二对紫外线源中的各个紫外线源之间的跨度，所述至少两对紫外线源被定位为与所述流体流基本上垂直。

14.根据权利要求1的流体处理设备，其中所述第一对紫外线源和所述第二对紫外线源之间的距离处于从所述第二对紫外线源至所述第一对紫外线源的跨度的增量的大约0.2倍至1.5倍的范围中。

15.根据权利要求1的流体处理设备，其中由所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述第二对紫外线源的所述上部紫外线源形成的平面与由所述第一对紫外线源的所述下部紫外线源和所述第二对紫外线源的所述下部紫外线源形成的平面相交，以从大约40度至140度的角度相交。

16.根据权利要求2的流体处理设备，其中所述隔板中的每个隔板与相对的反应腔壁成大约20度至大约90度的角度。

17.根据权利要求3的流体处理设备，其中所述单个紫外线源定位于所述第二对紫外线源的上游，还包括大约在相邻的第一紫外线源、第二紫外线源和第三紫外线源之间跨度的中点处定位于所述第一紫外线源、第二紫外线源和第三紫外线源的下游并且大致与所述流体流垂直的第四紫外线源。

18.根据权利要求17的流体处理设备，其中所述第四紫外线源包括多于一个的紫外线源，所述多于一个的紫外线源中的每个定位于大约在大致与所述流体流垂直的相邻的成对的所述第一紫外线源、第二紫外线源和第三紫外线源之间的跨度的中点处。

19.根据权利要求17的流体处理设备，还包括在提供所述第一紫外线源、第二紫外线源、第三紫外线源和第四紫外线源之一的镜像的位置中定位于所述第一紫外线源、第二紫外线源、第三紫外线源和第四紫外线源的下游的至少一个紫外线源。

20.一种使用流体处理设备处理流体流的方法，包括：使所述流体流入腔中并且将所述流体暴露至布置于所述腔中的第一对紫外线源和第二对紫外线源，每对紫外线源包括上部紫外线源和下部紫外线源，其中所述第一对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线源定位为跨度大于所述第二对紫外线源的所述上部紫外线源和所述下部紫外线之间的跨度，所述第二对紫外线源定位为在流体流的上游或下游中与所述第一对紫外线源相邻，所述第一对紫外线源和第二对紫外线源定位为基本上垂直于所述流体流的方向。

21.根据权利要求20的使用流体处理设备处理流体流的方法，其中所述第一对紫外线源和所述第二对紫外线源中的一个或多个不包括紫外线灯。

22.一种处理流体流的方法，包括使流体流过如权利要求3所述的流体处理设备并且将所述流体暴露至所述紫外线源，其中所述紫外线灯中的一个、两个、三个、四个或五个在操作。

22.一种处理流体流的方法，包括使流体流过权利要求4所述的流体处理设备，将所述流体暴露至所述紫外线源并且关闭所述紫外线源中的一对或两对。

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