CN1759068A - 紫外辐射水消毒装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于敞开的通道(1)的紫外辐射水消毒装置，其中待消毒的水沿着一个方向D流动。装置包括多个形成UV灯的纵向构件(6)。各个构件(6)都包括一个UV灯(6a)；一个保护罩(6b)，所述保护罩(6b)用UV可穿透的材料制成；和若干连接器。所述连接器基本上在纵向上沿着方向D设置，并分布到多个竖立的模块(3)中。每个模块都包括一个梁(4)，至少两个形成竖直支承件(5)的构件固定到上述梁(4)上。所述形成竖直支承件(5)的构件安装有至少一个系列的上述形成灯的构件(6)。这些形成灯的构件(6)设置在上述梁(4)的下方，一个构件在另一个构件上。本发明其特征在于，上述上游形成支承件的构件安装在n个平面(N，N′，N″)中，上述n个平面(N，N′，N″)基本上垂直于上述方向D，此处n为大于1。
Description
技术领域
本发明涉及用于净化和饮用水处理过程中消毒的水处理领域。
更准确地说，本发明涉及通过紫外辐射给敞开的通道中的水消毒。
背景技术
用这种技术，待消毒的水通过敞开的通道的上面部分，在上述敞开的通道内部安排一排或几排灯，这些灯施加波长在200nm和300nm之间，而通常是254nm的紫外辐射，这些排灯组织成若干相互平行的竖直模块，每个模块都包括一个或几个竖直的UV(紫外线)灯系列，上述UV灯用石英外罩保护，该外罩安排在通道中待消毒的水流动方向上。
这些UV灯排这样安排在通道中，以使所有灯都浸没在通过通道的水中。每个模块都通过一个梁保持在适当位置，所述梁具有支承件，该支承件把灯保持在它们的可穿透UV射线的外罩中。灯通常这样安排，以使它们的纵向轴线基本上平行于通道中的水流方向。水消毒通道装备几排灯，所述几排灯一个接一个地安排在通道中。
这种在敞开的通道中的紫外辐射杀菌技术已存在大约20年了。UV灯的功率已随着技术进步而增加，尤其是由于低压UV灯技术，利用所述低压UV灯技术每个灯排都可以处理越来越大的水量。
这种技术的一个缺点是当水在通道中通过期间，在水与灯排接触的位置处，有一个水头损失。随着UV灯技术改进，这种水头损失已变成限制这类技术总体效率的一个因素。
在过去，已经提出了两种类型的解决方案来减少随着水通过UV杀菌通道而在水中观察到的这种水头损失。
第一种解决方案包括加工UV灯的支承件，以便改善水流。
另一种解决方案包括设计连接器，当把灯连接构件安装到保护灯的石英外罩内部的支承件上时，连接器具有低的流体阻力，及将这些构件与各支承件组合成重量很轻的结构。
这些解决方案的缺点是它们比较贵。
另外，它们不能使灯处于最佳距离，这样不利于每个灯排的总体效率。
各灯的间距对反应器的总体效率非常重要。
尤其是，当处理污水时，紫外辐射的透射率低。实际上，由于这类污水的高浓度，在1cm厚的水流中这种透射率可以下降50％。因此，尤其是对于具有低UV透射率的水来说，各UV反应器灯之间的距离越短，则它们越有效。然而，随着这些UV灯之间的距离减小，水可以通过的各灯排内部可用的空间变得更小，并因此压力损失变得更高。
几厘米的水头损失对包括几排UV装置的总体效率可能有灾难性的结果。实际上，如果这种压力损失变得太高，则在第一排处的水位可能增加，因此处理不好的细菌可以浓集在表面上。
同时，沿着水流方向在下一个排中的上面的灯可能不总是被淹没。不淹没这些灯可能很有害，因为它引起灯过热，并大大缩短了它们的寿命。
因此，可以理解，这种水头损失问题特别重要。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种简单的解决方案，它可以部分地解决在敞开的通道里用UV辐射的常规水消毒装置所观察到的这种水头损失问题。
尤其是，本发明的一个目的是提出这种技术解决方案，所述解决方案不包括对消毒模块设计的基本修改，上述消毒模块如上所述通过叠置一些UV灯成竖直的排而形成，上述这些UV灯用石英外罩保护。
这些目的通过本发明的涉及一种通过紫外辐射进行的水消毒装置而实现，所述水消毒装置设计成用于安装在一个通过紫外辐射进行水消毒的设备中的敞开的通道里，在该敞开的通道中待消毒的水沿着一个方向D流动。上述装置包括多个形成UV灯的纵向构件。每个纵向构件都包括一个UV灯，一个保护外罩和若干连接器。所述外罩用一种UV射线可穿透的材料制成。所述连接器基本上在纵向上沿着上述方向D设置，并分布在多个竖直的模块中。每个模块都包括一个梁。形成上游和下游竖直支承件的构件固定到上述梁上。上述支承件支持至少一个上述形成灯的构件的竖直系列。所述形成灯的构件位于上述梁的下方，且一个在另一个上方。
其特征在于，上述形成上游支承件的构件安装在基本上垂直于上述方向D的几个平面中，此处n为大于1。
应该注意，在本发明范围内，术语“上游”和下游相对于在装置通道中沿方向D的水流方向定义。
尽管上游支承件构件可以错位而形成灯的构件不相应的错位，但形成灯的这些构件的上游端优选的是也位于P个平面中，此处P大于或等于n。
因此，按照本发明，形成上游支承件的构件不全是在通道里垂直于水流方向的同一平面中。这样，这种水就不会同时遇到所有上游支承件构件，并因此不会同时遇到所有形成灯的构件，而是首先遇到它们之中的一部分，和然后至少遇到它们之中的另一部分。因此，水在它接触消毒装置时所观察到的水头损失减少很多。
应该注意，本发明包括所有形成灯用上游支承件的构件的布置。按照本发明，这些支承件是设置在几个平面中而不是在单一平面中，因此，平面数n可以是2或3或甚至更多。
这样，按照本发明，形成上游支承件的构件相互错位，当水接触构成消毒装置的模块时，该形成上游支承件的构件可以使水流放慢。
另外，应该注意，如果形成装置的灯的构件的上游支承件的构件按照本发明相互错位，则包括在形成灯的构件中的灯的上游端优选的是只位于一个上游平面中，下游端只位于一个下游平面中。因此，这些形成灯的构件的有用区域不会减少，在上述有用区域中由不同灯的辐射被组合。按照一个这样的特点，对于形成灯的构件来说，用紫外辐射可穿透的材料制成的、保护灯的外罩的长度，必需制成比它们按照现有技术制成的长度更长，不过灯自身保持同样的长度。
如上所述，形成上游支承件的构件所处的平面数n为2个或3个或多个。同样，形成灯的构件的末端所处的平面数P可以等于2或3或更多。然而，按照一个优选的实施例，平面数n将等于2，平面数P也将等于2。
这两种错位平面也可以有不同的距离，这视它们的实施例而定。然而，按照一个优选的变型，这个距离δ将是在约5和约30cm之间。
还应该注意，如果形成按照本发明所述的上游支承件的构件位于至少两个不同的平面中，则形成下游支承件的构件可以只位于一个平面中或位于不同的平面中。然而，按照一个优选实施例，当形成上游支承件的构件设置在n个平面中时，形成下游支承件的构件也设置在n个平面中。
本发明在消毒装置中提供比用先有技术可能达到的更好的水流。由于这种更好的水流，可以将形成灯的构件所分开的距离减小，以便得到同等有效的消毒。实际上，不同的形成灯的构件的轴线之间的中心距可以是在约6cm和15cm之间。
同时，也可能为形成灯的构件提供具有大直径的保护外罩，以便减少在该形成灯的构件之间通过的水流。实际上，按照本发明所述的这些外罩的直径可以是在约2cm和6cm之间。
尽管在不同模块中的梁可以具有在不同平面中的上游端和在不同平面中的下游端，但这些梁优选的是具有设置在横断通道中水流方向的同一平面中的上游端和设置在横断通道中水流方向的同一平面中的下游端。
本发明还包括任何利用紫外辐射的水消毒设备，所述利用紫外辐射的水消毒设备包括一个敞开的通道，在该敞开的通道中待消毒的水沿着一个方向D流动，其特征在于，它包括至少一个象如上所述那样的装置。
附图说明
在看了下面参照附图所作的非限制性实施例给出的说明之后，将更容易理解本发明及其具有的优点，其中：
图1示出在按照本发明的一种消毒装置安装后的剖视图；
图2示出按照图1所示装置的纵向剖面图AA’；
图3示出按照图1所示装置的纵向剖面图BB’；
图4示出图1中所示装置的顶视图；
图5和6分别是用按照先有技术的装置和用按照图1-4所示装置所观察到的水头损失的曲线图。
具体实施方式
参见图1，一种水消毒设备包括一个混凝土通道1(或者一种用任何其它材料，例如不锈钢制造的通道)，所述通道1在它的顶部敞开，而待消毒的水在其中流动。
按照本发明所述的水消毒装置安装在通道1中，以便给在这个通道中通过的水消毒。
对于本发明场合，这个装置2包括一种由6个消毒模块3形成的组合，所述6个消毒模块3相互平行排列。该技术的技术人员习惯上用术语“排”来表示这种消毒模块的组合。
每个模块都包括一个梁4，支承件5(每个梁有2个支承件)连接到上述梁4上，同时附有两个竖直系列的形成灯的构件6。
在这个非限制性实施例范围内，各灯的长度为大约150cm，而它们的功率为130WUVC(短波紫外线UVC的瓦数，此处UVC是具有波长在200和300nm之间的紫外线)。
各形成灯的构件之间的中心间距C/C为9cm，而保护灯的外罩的直径为3.5cm。
在图1中以下游的剖视图示出的该装置在图2中和图3中用一纵向剖视图表示。箭头D在这些图中限定通道中的水流方向。
图2是装置沿着图1中平面AA’的剖视图，图3是装置沿着图1中平面BB’的剖视图。
图2和3示出模块3的侧视图，这个模块包括一个水平梁4，该水平梁4连接到两个竖直支承件5，亦即5，5’上，上述两个支承件5，5’支持形成UV灯的构件6。按照现有技术，这些形成许多UV灯的构件6分别包括一个用外罩6b保护的发射紫外辐射的灯6a和灯的每一端部处的连接器(为清楚起见，在图中未示出)，所述外罩6b用一种紫外辐射可穿透的材料制成，这里是用石英制成。
一般地，每个模块3还包括刮擦构件7，所述刮擦构件7安装成在梁4上和在形成该模块的灯的构件6上沿着一个运动距离滑动，上述运动距离相应于灯6a的长度。这种类型的刮擦构件7可以定期地用来清洁形成灯的构件6的外罩并消除各种杂质，这些杂质可能降低由装在这些外罩中的灯所发射的UV辐射的扩散作用。
按照本发明，形成图2所示模块的上游支承件5的构件设置在一个平面N中，该平面N与含有形成图3所示的模块上游支承件5的构件的平面N’不同。结果，形成图2所示模块中的灯的构件6的上游端处在一个平面P中，该平面P与形成图3所示模块中灯的构件6的上游端所处的平面P’不同。
在这个实施例中，两平面N和N’之间的距离δ为15cm。
形成排2的不同模块的形成上游支承件5的构件交替地设置在平面N中和平面N’中。
更准确地说，参见图1，竖直的灯排3a、3b、3e、3f、3i、3j表示设置在平面N中的上游支承件的构件，而竖直的灯排3c、3d、3g、3h、3k和31表示设置在平面N’中的上游支承件的构件。
这样，在通过通道的水中的水头损失，由于形成上游支承件的构件位置彼此相对错位而降低。
形成下游支承件5’的构件也设置在错位的平面N1和N1’中。
应该注意，在所有模块中所有形成灯的构件6都是相同的长度。因此，如在图2和3中可看到的它们的下游端也位于相互错位的平面P1和P1’中。
然而，为了优化形成灯的构件6的效率，所有的灯6a都具有相同的长度，并且在它们的整个长度上全都相互平行。因此，所有灯6a的上游端都处于同一平面P2中，而它们的下游端全都处于同一平面P2’中。因此，形成灯的构件6具有一不对称的构造，因为灯的各端与保护它们的石英外罩的各端之间的距离，在上游端和下游端处不同。
如在图2，3和4中可以看到的，不同灯模块6的梁4的上游端和下游端都处在同一平面P3和P3’中。
上述装置已被用于将水消毒。
用同样的水试验了按照现有技术的具有不错位的灯的构件的装置，这些不错位的灯具有与图1-4所示的装置完全相同的功率。
用按照本发明所述的装置和用按照现有技术的装置测量所观察到的水头损失(PdC)，通过用模块上游侧相对于一个基准的水位高度h1减去模块下游侧相对于同一基准的水位高度h2，进行测量(PdC＝h1-h2)。这些测量是在两种情况下(本发明和先有技术)将恒定的输入水流流到装置(172.5m3/h和180m3/h)以及用可变流量进行。在不同时间里对每种装置进行几次测量。
结果在下面表1-6中列出。
表1涉及用按照先有技术的装置所有的结果，换句话说，形成支承件的构件没有任何错位，同时水恒定流量为172.5m3h。
| 测量次数 | No. | Q(m3/h) | h1(cm) | h2(cm) | PdC(cm) |
| 1 | 172.5 | 1.3 | 3.3 | 2 | |
| 2 | 172.5 | 0.7 | 3.5 | 2.8 | |
| 3 | 172.5 | 1 | 3.3 | 2.3 | |
| 4 | 172.5 | 1.5 | 3.7 | 2.2 | |
| 5 | 172.5 | 1.3 | 3.5 | 2.2 | |
| 6 | 172.5 | 0.7 | 3.5 | 2.8 | |
| 7 | 172.5 | 1.1 | 3.3 | 2.2 | |
| 8 | 172.5 | 0.9 | 3.4 | 2.5 | |
| 9 | 172.5 | 1 | 3.5 | 2.5 |
| 平均值 | 172.5 | 1.05 | 3.44 | 2.39 | |
| 标准偏差 | 0 | 0.27 | 0.13 | 0.28 |
表1
从9个读数中取平均值，观察到的水头损失为2.39cm+/-0.28cm。
表2涉及用按照本发明所述的装置得到的结果，换句话说，表明也在172.5m3/h的恒定流量下，形成支承件的构件错位。
从8个读数中取平均值，观察到的水头损失为1.62cm+/-0.30cm，它比先有技术中的水头损失好47％。
| 测量次数 | No. | Q(m3/h) | h1(cm) | h2(cm) | PdC(cm) |
| 1 | 173 | 1 | 3 | 2 | |
| 2 | 172 | 1.5 | 3 | 1.5 | |
| 3 | 172.5 | 1.7 | 3 | 1.3 | |
| 4 | 172.5 | 2 | 3.2 | 1.2 | |
| 5 | 172.5 | 1.5 | 3 | 1.5 | |
| 6 | 172.5 | 1.5 | 3.5 | 2 | |
| 7 | 172.5 | 1.7 | 3.5 | 1.8 | |
| 8 | 172.5 | 1.5 | 3.2 | 1.7 | |
| 平均值 | 172.5 | 1.55 | 3.17 | 1.62 | |
| 标准偏差 | 0.25 | 0.28 | 0.22 | 0.30 |
表2
还用180m3/h的水流量试验了按照本发明所述的装置。所观察到的水头损失在下面所列的表3中示出。
| 测量次数 | No. | Q(m3/h) | h1(cm) | h2(cm) | PdC(cm) |
| 1 | 180 | 0.5 | 1.7 | 1.2 | |
| 2 | 180 | 0.5 | 1.7 | 1.2 | |
| 3 | 180 | 0.7 | 1.7 | 1 |
| 4 | 180 | 0.5 | 1.5 | 1 | |
| 5 | 180 | 0.3 | 1.5 | 1.2 | |
| 6 | 180 | 0.5 | 1.7 | 1.2 | |
| 7 | 180 | 0.5 | 1.8 | 1.3 | |
| 平均值 | 180 | 0.5 | 1.66 | 1.16 | |
| 标准偏差 | 0 | 0.11 | 0.11 | (0.11 |
表3
从7个读数中取平均值，观察到的水头损失为1.16cm+/-0.11cm。
还在变动的输入流量Q下试验了按照先有技术的装置和按照本发明所述的装置。
表4和5分别表示在变动的输入流量Q情况下，用按照先有技术的装置(模块不错位)和按照本发明所述的装置观察到的水头损失。在这些试验期间，装置下游侧上的水位能改变。
| Q(m3/h) | 水头损失(cm) |
| 171 | 3 |
| 191.8 | 3.5 |
| 220 | 4.1 |
| 247 | 4.3 |
| 275 | 5.2 |
| 171 | 3.1 |
| 159 | 2.5 |
| 138.5 | 2.3 |
| 100 | 1.5 |
| 82 | 1.3 |
| 190 | 3.5 |
| 295 | 5.35 |
表4
| Q(m3/h) | 水头损失(cm) |
| 171 | 3.9 |
| 189 | 4.5 |
| 219 | 4.7 |
| 247 | 5.16 |
| 275 | 5.3 |
| 157 | 3.5 |
| 135 | 2.8 |
| 106 | 2.2 |
表5
按照表4和5所列的数据在图5的曲线上示出。对这些数据进行多项式内插，并以曲线形式清楚地显示本发明的优点。表示在应用本发明期间所收集数据的曲线显然是在表示用按照先有技术的装置所收集数据的曲线下方，同时表明水头损失大大减少。
表6和7表示在用可变输入流量的情况下，分别用按照先有技术的装置(模块不错位)和按照本发明所述的装置(模块错位)所观察到的水头损失。在这些试验期间使各装置下游侧上的水位保持近似恒定不变。
| Q(m3/h) | 水头损失(cm) |
| 104 | 2 |
| 132 | 2.2 |
| 158 | 3 |
| 170 | 3.5 |
| 190 | 4 |
| 220 | 4.9 |
| 249 | 5.4 |
| 276 | 6.5 |
| 295 | 6 |
表6
| Q(m3/h) | 水头损失(cm) |
| 133 | 2 |
| 148.8 | 2.5 |
| 161 | 2.6 |
| 169 | 2.7 |
| 173 | 2.8 |
| 190 | 3.3 |
| 194 | 3.5 |
| 220 | 4.3 |
| 220 | 3.8 |
| 249 | 4.5 |
| 273 | 5.3 |
| 277 | 4.6 |
表7
按照表6和7中所列的数据在图6中的曲线上示出。也对这些数据进行多项式内插，并且这也显示出由本发明所提供的优点。
最后，应该注意，本发明还通过使由微生物所接收的剂量分布更均匀，改善了装置杀菌效率。
Claims (11)
1.一种利用紫外辐射的水消毒装置，该装置设计成能安装在利用紫外辐射的水消毒设备中的一个敞开的通道(1)里，待消毒的水在该敞开的通道中沿着一个方向D流动，上述装置包括多个形成UV灯的纵向构件(6)，每个纵向构件(6)都由一个UV灯(6a)，一个保护外罩(6b)和连接器组成，上述保护外罩(6b)用一种UV射线可穿透的材料制成，上述连接器基本上是在纵向上沿着上述方向D设置并分布在多个竖立的模块(3)中，每个模块都包括一个梁(4)，至少两个形成竖直支承件(5)的构件固定到上述梁(4)上，上述支承件(5)的构件用于保持至少一个系列的上述形成灯的构件(6)，上述形成灯的构件(6)位于上述梁(4)的下方，一个构件在另一个构件的上方，
其特征在于，上述形成上游支承件的构件安装在n个分开的平面(N，N’，N”等)中，上述n个分开的平面(N，N’，N”等)基本上垂直于上述方向D，此处n大于1。
2.按照权利要求1所述利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，上述形成灯的构件(6)的上游端位于P个分开的平面(P，P’)中，上述P个分开的平面(P，P’)基本上垂直于上述方向D，此处P大于或等于n。
3.按照权利要求1或2所述的利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，上述形成灯的构件(6)中所有灯(6a)都具有一个上游端和一个下游端，上述上游端只位于一个上游平面(P2)中，而上述下游端只位于一个下游平面(P2’)中。
4.按照权利要求1-3其中之一所述的利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，n和P等于2。
5.按照权利要求4所述的利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，两个基本上垂直于上述方向D的平面(N，N’)相互分开一个距离，所述距离是在约5cm和约30cm之间。
6.按照权利要求1-5其中之一所述的利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，上述形成灯的构件(6)全都具有相同的长度。
7.按照权利要求1-6其中之一所述的利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，上述形成灯的构件(6)的c/c距离是在约6cm和15cm之间。
8.按照权利要求1-7其中之一所述的利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，每个上述形成灯的构件(6)都包括一个外罩，所述外罩用一种UV射线可穿透的材料(6b)制成，外罩具有的直径在约2和6cm之间。
9.按照权利要求1-8其中之一所述的利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，上述模块的梁(4)全都具有相同的长度，并具有上游端和下游端，上述上游端只位于一个上游横向平面(P3)中，而上述下游端只位于一个下游横向平面(P’3)中。
10.按照权利要求1-9其中之一所述的利用紫外辐射的水消毒装置，其特征在于，上游支承构件(5’)安装在n个平面(N1，N1’)中，所述n个平面基本上垂直于方向D，此处n大于1。
11.利用紫外辐射的水消毒设备，包括一个敞开的通道(1)，待消毒的水在该敞开的通道中沿着方向D流动，其特征在于，至少一个按照权利要求1-10其中之一所述的装置，在所述装置中形成上述形成灯的构件(6)的上游支承件(5)的构件安装在n个分开的平面(N，N’)中，所述n个分开的平面(N，N’)基本上垂直于上述方向D，此处n大于1。
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