CS256446B1 - Zařízení pro biologickou úpravu vody - Google Patents

Abstract

Zařízení řeší biologickou úpravu vody kombinovaným účinkem ultrafialového záření a ozonu. Je tvořeno kovovým válcovým pláštěm, který .je uzemněn a mé vnitřní stranu reflexní. Plášt má jedem otvor bro vtok a druhý otvor pro výtok vody a uvnitř pláště je koncentrická válcová křemenná trubice. Okruh průtoku vody je na obou stranách utěsněn. Uprostřed křemenné trubice je souose umístěna germicidní trutová výbojka s elektrodami. Mezi ní a křemennou trubicí je vytvořena štěrbina, do níž na jedné straně ústí vstupní vzduchový otvor a na druhé straně vyústuje výstupní vzduchový otvor, které jsou oba se štěrbinou spojeny vzduchotěsně a celý tento vzduchový systém je na obou koncích vzduchotěsně připojen pres válcové příruby ke germicidní rtutové výbojce. Její jedna elektroda je připojena na je$en konec sekundárního vinutí vysokonapětového napájecího transformátoru, jehož druhý konec je uzemněn. Vývod sekundárního vinutí vysokého napětí je spojen s vývodem sekundárního vinutí nízkého napětí a přes odpor nebo tlumivku s druhou elektrodou.

Description

Vynález se týká zařízení pro biologickou úpravu vody kombinovaným účinkem ultrafialového záření a ozónu.

V současné době je ve stále větším množství používána biologicky čistá, tedy sterilní voda. Zvláštní nároky na biologickou čistotu používané vody jsou kladeny zejména v některých nemocničních provozech, farmaceutických technologiích a podobně. Použití tepelně sterilizované vody je příliš nákladné, přičemž destilovaná voda nemůže být v mnoha případech z fyziologického hlediska použita.

Nejúčinnější biologická úprava vody se provádí bud ozonizací vody, nebo ozařováním vody ultrafialovým zářením o vlnových délkách 220 až 300 nm, kdy jsou germicidní účinky největší.

Pro úpravu pitné vody je již běžně používán ozón vyráběný v ozonizačních stanicích. Ozón je zde připravován ze vzduchu nebo z kyslíku, koncentrace ozónu v nosném plynu musí dosáhnout 15 až 20 mg/litr. Ozónem obohacený vzduch nebo kyslík je zaváděn do vody, kde se asi za 1 hodinu rozloží na molekulární kyslík. Ozón ve vodě nezanechává žádné toxické, pachové nebo chuťově závadné zplodiny. K biologické úpravě 1 m^ vody používané k pití postačují 3 8 ozónu. Takto upravená voda je vhodná pro komunální spotřebu, ale není biologicky čistá pro zdravotnické účely.

Ultrafialové záření je velmi efektivním prostředkem pro ničení všech mikroorganismů včetně virů. Ultrafialové záření v oboru vlnových délek 220 až 300 nm způsobuje rozpad buněk a změny genetických vlastností mikroorganismů^ a postihuje tak

L'I^SLL mikroorganismy již na molekulární iirovni. Ultrafialové záření v dostatečných dávkách ničí i mikroorganismy, které oxidaci atomárním kyslíkem vznikajícím z ozónu odolávají.

Intenzívní ultrafialové záření je vyzařováno tzv. germicidními výbojkami. Jedná se o nízkotlaké výbojky s křemennou výbojovou trubicí plněnou argonem s parami rtuti. V germicidních výbojkách lze až 35 % přivedené energie přeměnit na ultrafialové záření o vlnové délce 253,7 nm, což je rezonanční čára Hg. Použití samotného ultrafialového záření je neekonomické a lze takto biologicky upravovat jen menší množství vody. V mikroelektronice se ukazuje.použití samotného ultrafialového záření jako nedostatečné; současná ozonizace podstatně zvyšuje výtěžnost součástek. Ultrafialové záření velmi efektivně mikroorganismy zabíjí, ale organickou hmotu dále nerozkládá. Rozklad organické hmoty probíhá oxidací atomárním kyslíkem z ozónu.

Ekonomicky je použití ozonizace nejvýhodnější, ale biologické úprava není dokonalá. Kombinované použití ultrafialového záření a ozónu, které je zejména pro zdravotnické.účely nutné, vyžaduje v současné době dvě zařízení zcela rozdílné konstrukce, což je z ekonomického hlediska nákladné.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro biologickou úpravu vody s kombinovaným účinkem ozónu a ultrafialového záření, sestávající z okruhu pro průtok vody, který je tvořen vnějším kovovým válcovým pláštěm a vnitřní koncentrickou válcovou křemennou trubicí o síle stěny 1 až 2 mm. Vnější kovový válcový plášt je uzemněn a jeho vnitřní strana je reflexní pro ultrafialové záření. Vnější kovový válcový plášt je opatřen jedním otvorem pro vtok vody a druhým otvorem pro výtok vody. Tento okruh pro průtok vody je na obou stranách utěsněn. Uprostřed válcové křemenné trubice je souose umístěna germicidní rtutová výbojka se dvěma elektrodami. Podstatou zařízení je, že mezi germicidní rtutovou výbojkou a válcovou křemennou trubicí je vytvořena štěrbina o šíř ce 2 až 3 mm, tvořící vzduchovou mezeru. Do této vzduchové mezery na jedné straně ústí vstupní vzduchový otvor a na druhé straně je vyústěn výstupní vzduchový otvor. Oba tyto otvory jsou vzducho- 3 ~

258 448 těsně připojeny ke štěrbině a celý tento vzduchový agrsiém je na obou koncích připojen vzduchotěsně přes válcové příruby ke germicidní rtuťové výbojce. Jedna elektroda germicidní rtuťové výbojky je připojena na jeden konec sekundárního vinutí vysokonapěťového napájecího transformátoru, jehož druhý konec je uzemněn. Vývod sekundárního vinutí vysokého napětí, spojený přes tlumivku nebo přes odpor s druhou elektrodou germicidní rtuťové výbojky, je spojen s vývodem sekundárního vinutí nízkého napětí·

Výhodou vynálezu je, že je možno na jednom zařízení provádět ozařování vody ultrafialovým zářením o vlnové délce 253»7 nm a současně vyrábět ozón pro kombinovanou sterilizaci vody.

Principem tohoto zařízení je použití tzv. plazmové elektrody pro buzení tichého výboje generujícího ozón. Jednou elektrodou je výbojové plazma germicidní výbojky, druhou elektrodou je voda prozařovaná současně ultrafialovým zářením.

Příklad zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněn. na přiloženém výkresu.

Zařízení sestává z okruhu pro průtok vody, který je tvořen vnějším kovovým válcovým pláštěm 10, který je uzemněn. Jeho vnitřní strana je upravena tak, aby odrážela ultrafialové záření. Kovový válcový plášť 10 je opatřen jedním otvorem 2 pro vtok vody a druhým otvorem 12 pro výtok vody a vnitřní koncentrickou válcovou křemennou trubicí j), jejíž stěna je silná 1 až 2 mm. Tento okruh pro průtok vody je na obou stranách utěsněn. V tomto případě je těsnění tvořeno kroužky 8 ze silikonové gumy a těsnícími přírubami 7 z umělé hmoty. Uprostřed válcové křemenné trubice <? je souose umístěna germicidní rtuťová výbojka 6 se dvěma elektrodami χ Mezi germicidní rtuťovou výbojkou 6 a válcovou křemennou trubicí 9 je vytvořena štěrbina 4 o šířce 2 až 3 mm, která tvoří vzduchovou mezeru. Do štěrbiny 4 na jedné stra· ně ústí vstupní vzduchový otvor 1 a na druhé straně je vyústěn výstupní vzduchový otvor 11. Vstupní i výstupní vzduchový otvor

- 4 256 i» il jsou se štěrbinou £ spojeny vzduchotěsně a celý tento vzdu chotěsný systém je na obou koncích připojen opět vzduchotěsně přes válcové příruby 13 ke germicidní rtuťové výbojce 6. Jedna elektroda £ germicidní rtuťové výbojky 6 je připojena na jeden konec sekundárního vinutí vysokonapěťového napájecího transformátoru Tr, jehpž druhý konec je uzemněn. Vývod sekundárního vinutí vysok^napětí je spojen jednak přes tlumivku L nebo přes odpor R s druhou elektrodou 2 germicidní rtuťové výbojky 6 a jednak s vývodem sekundárního vinutí nízkého napětí.

Suchý vzduch vstupuje vstupním otvorem 1 do štěrbiny £ o šířce 2 až 3 mm a vystupuje výstupním otvorem 11. V těto štěrbině £ je buzen tichý výboj. Voda £ vtéká do okruhu průtoku vody prvním otvorem 2 a protéká ve vnějším kovovém válcovém plášti 10 omezeném u štěrbiny £ koncentrickou válcovou křemennou trubicí 2 ^{0 s}*^le stěny 1 až 2 mm. Voda £ je elektricky vodivá natolik, že vytvoří jednu z elektrod pro buzení tichého elektric kého výboje ve štěrbině £. Voda £ po axiálním průtoku zařízením vytéká otvorem 12. Germicidní rtuťová výbojka 6 s elektrodami 2 na obou koncích je umístěna uprostřed válcové křemenné trubice 2 aby voda 2 neprosakovala do štěrbiny £ a systém byl vzduchotěsný. Těsnění je provedeno například kroužky 8 ze šili-? koňové gumy, které jsou ztlačovány a rozpírány těsnicími přírubami £ z umělé hmoty. Podobně je těsněn i okruh s protékající vodou 2· Povrch 2 kovového válcového pláště 10 je uzemněn.

V germicidní výbojce 6 je zapálen elektrický doutnavý výboj buzený na frekvenci 50 Hz. Germicidní rtuťová výbojka 6 je napájena ze sekundárního vinutí transformátoru Tr. Pracovní bod germicidní rtuťové výbojky 6 lze stabilizovat tlumivkou L nebo odporem R. Zapálení výboje lze provést vysokofrekvenčním pulsem například z Teslova transformátoru nebo pomocí startéru pro výbojku užitého výkonu. Zpravidla k zapálení výboje v germicidní výbojce 6 postačí již samotný tichý výboj iniciovaný vysokým napětím přiloženým na kovový plášť 10 a jednu elektrodu 2· Asi 35 % energie spotřebované germicidní výbojkou 6 se mění na energii ultrafialového záření na Hg čáře 255 »7 nm. Na povrchu ger- 5 256 446 micidní a rtutové výbojky 6 o příkonu 15 ϊ e celkovým povrchem 240 cm^, činí tok zářivé energie na čáře 255,7 nm 0,022 W/cmč.

Za těchto podmínek prochází za jednu sekundu 1 cm^ 3.10^ fotonů o energii 4,88 eV. Potom každá molekula vody protékající aktivní zonou zařízení je během jedné sekundy v interakci s přibližně třiceti fotony ultrafialového záření. Ultrafialové záření prochází křemennou stěnou germicidní rtuíové výbojky 6, štěrbinou 4, stěnou křemenné trubice £ a vrstvou ozařované vody 2· Intenzita ultrafialového záření klesne na 50 % po průchodu vrstvy vody o tlouštce 2,2 až 3 mm. Vrstva vody 2 může být až 10 mm silná, vnitřní povrch kovového válcového pláště 10 má odrážet neabsorbované ultrafialové záření zpět do vody. Povrch z vyleštěného hliníku je vyhovujícím reflektorem pro ultrafialové záření. Ultrafialové záření způsobuje při průchodu štěrbinou 4 jen nepatrnou fotolýzu vznikajícího ozónu. Střídavé napětí 13 až 16 kV o technické frekvenci 50 Hz je přivedeno na elektrody 2 germicidní rtutové výbojky 6 a na vnější kovový válcový pláši 10. Plazma výboje germicidní rtuíové výbojky 6 je dostatečně elektricky vodivé; vzniká tzv. plazmová elektroda a ve štěrbině 4 vzniká tichý výboj provázený generací ozónu, průtok vzduchu je nutno volit tak, aby koncentrace ozónu na výstupu ze zařízení dosahovala 15 až 18 mg na litr vzduchu, což je koncentrace 0^ nutná pro efektivní biologickou úpravu vody. Průtok vody 2 je rovněž nutno přizpůsobit tak, aby dávka ultrafialového záření na vlnové délce 253,7 nm postačila při dané geometrii zařízení na usmrcení všech bakterií, plísní, kvasinek a virů.

Protékající voda 2 slouží rovněž k ochlazování vzduchu ve štěrbině 4, což se příznivě projevuje na účinnosti generace ozónu. Na popsaném zařízení dosahuje účinnost generace O5 15 Wh/g O3

Kombinovaným účinkem ultrafialového záření a ozónu lze na jednom zařízení připravovat biologicky čistou vodu zejména pro použití ve farmaceutickém průmyslu, nemocnicích, laboratořích a tak podobněo

Claims (1)

1. Zařízení pro biologickou úpravu vody, které sestává z okruhu pro průtok vody, tvořeného vnějším kovovým válcovým pláštěm, který je uzemněn a jehož vnitřní strana je reflexní pro ultrafialové záření a dále je tento kovový válcový plášť opatřen jedním otvorem pro vtok vody a druhým otvorem pro výtok vody a vnitřní koncentrickou válcovou křemennou trubicí o síle stěny 1 až 2 mm, kde tento okruh je na obou stranách utěsněn, uprostřed válcové křemenné trubice je souose umístěna germicidní rtuťová výbojka se dvěma elektrodami, vyznačující se tím, že mezi germicidní rtuťovou výbojkou /6/ a válcovou křemennou trubicí /9/ je vytvořena štěrbina /4/ o šířce 2 až 3 mm tvořící vzduchovou mezeru, do níž ne jedné straně ústí vstupní vzduchový otvor /1/ a na druhé straně je vyústěn výstupní vzduchový otvor /11/, kde vstupní a výstupní vzduchový otvor /11, 1/ jsou se štěrbinou /4/ spojeny vzduchotěsně a celý tento vzduchový systém je na obou koncích připojen vzduchotěsně přes válcové příruby /13/ ke germicidní rtuťové výbojce /6/, přičemž jedna elektroda /3/ germicidní rtuťové výbojky /6/ je připojena na jeden konec sekundárního vinutí vysokonapěťového napájecího transformátoru /Tr/, jehož druhý konec je uzemněn a vývod sekundárního vinutí vysokého napětí, spojený přes tlumivku /L/ nebo odpor /R/ s druhou elektrodou /3/ germicidní rtuťové výbojky /6/, je spojen s vývodem sekundárního vinutí nízkého napětí.