DE10129178A1

DE10129178A1 - UV-Bestrahlungsvorrichtung für die Behandlung von Fluiden mit einer vereinfachten Bestrahlungskammer

Info

Publication number: DE10129178A1
Application number: DE10129178A
Authority: DE
Inventors: Horst Wedekamp
Original assignee: Wedeco AG
Current assignee: Wedeco AG
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2003-01-02
Also published as: CA2390973A1; US6642527B2; US20030010927A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine UV-Bestrahlungsvorrichtung für die Behandlung von Fluiden, insbesondere von Wasser oder Abwasser, DOLLAR A - mit einer von dem Fluid in einer Strömungsrichtung durchströmbaren Bestrahlungskammer, die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und von zwei Seitenwänden sowie von einer Bodenwand und einer Deckenwand begrenzt ist, DOLLAR A - mit einer Anzahl von Lampeneinheiten, die jeweils eine Strahlungsquelle und ein die Strahlungsquelle umgebendes Hüllrohr aufweisen, wobei die Lampeneinheiten im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und wobei DOLLAR A - die Lampeneinheiten in wenigstens einer Querrichtung zu der Strömungsrichtung angeordnet sind, wobei DOLLAR A - zumindest die Seitenwände und die Bodenwand aus einem nichtmetallischen Werkstoff gefertigt sind und DOLLAR A - der Abstand zweier sich in der Querrichtung gegenüberliegender Wände kleiner oder gleich der Entladungslänge der Strahlungsquelle ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine UV- Bestrahlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus der US 4,367,410. Dort wird in ein Gerinne eines Abwasserkanals eine aus zwei Schottwänden und einer dazwischen liegenden Bestrahlungskammer gebildete Anordnung eingesetzt, die den Strömungsquerschnitt des Abwasserkanals verkleinert, so daß der zu behandelnde Abwasserstrom durch die Bestrahlungskammer treten muß. In der Bestrahlungskammer ist eine Anzahl von Lampeneinheiten quer zur Strömungsrichtung angeordnet. Die Lampeneinheiten sind jeweils bezüglich der Strömungsrichtung in Reihen übereinander angeordnet. Mehrere Reihen von Lampeneinheiten sind bezüglich der Strömungsrichtung hintereinander angeordnet.
Die bekannte Bestrahlungsvorrichtung verengt den Strömungsquerschnitt des Abwasserkanals, was aus hydrodynamischen Gründen vielfach unerwünscht ist. Außerdem stellen diese Einbauten einen relativ großen, nicht zur Funktion des Bestrahlungsvorgangs selbst notwendigen apparativen Aufwand dar.
Weiter ist aus der EP 0687201 B1 eine Bestrahlungsvorrichtung bekannt, die eine Bestrahlungskammer mit parallel zur Strömungsrichtung des Fluids angeordneten Strahlungsquellen zeigt. Diese Anordnung wird in der Praxis ebenfalls als nachteilig angesehen, da die Strahlungsquellen mit der gesamten Lampeneinheit für eine Wartung zunächst in bzw. entgegen der Stromrichtung aus dem Kanal herausgezogen werden müssen, um dann aufgehoben werden zu können. Außerdem ist die Anordnung von Lampeneinheiten bzw. Strahlungsquellen quer zur Strömungsrichtung vorteilhaft, um eine gleichmäßige Bestrahlung des gesamten strömenden Volumens zu gewährleisten.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bestrahlungsvorrichtung mit quer zur Strömungsrichtung angeordneten Lampeneinheiten oder Strahlungsquellen zu schaffen, die günstigere hydrodynamische Eigenschaften aufweist und einen geringeren apparativen Aufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird von einer Bestrahlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weil zumindest die Seitenwände und die Bodenwand aus einem nichtmetallischen Werkstoff gefertigt sind und der Abstand zweier sich in der Querrichtung gegenüberliegender Wände kleiner oder gleich der Entladungslänge der Strahlungsquelle ist, wird der gesamte, von dem nichtmetallischen Werkstoff (im allgemeinen Beton) begrenzte Querschnitt als Bestrahlungskammer genutzt. Aufwendige Einbauten, die üblicherweise als Edelstahleinbauten auszuführen sind, entfallen. Der volle, aus dem nichtmetallischen Werkstoff gebildete Querschnitt wird ohne hydrodynamisch nachteilige Verengungen in den Bereich überführt, in dem die Strahlungsquellen angeordnet sind. Damit wird kein unnötiger Staudruck im Bereich einer Querschnittsverengung aufgebaut.
Weiter kann vorgesehen sein, daß die Lampeneinheiten von Flanschplatten gehalten werden, die bündig und abdichtend in Aussparungen der Wände eingesetzt sind. Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht es, den Kanal und die Bestrahlungskammer bis auf geringfügige Aussparungen beispielsweise in Beton durch Bauunternehmen vor Ort vorfertigen zu lassen. Die für die endgültige Installation der Bestrahlungsvorrichtung erforderlichen Einbauten in den bestehenden Kanal beschränken sich dann auf relativ kleine Baugruppen, was sowohl die Kosten der Bestrahlungsvorrichtung selbst als auch die erforderlichen Transport- und Montageaufwendungen verringert.
Die Lampeneinheiten können einseitig in Flanschplatten gehalten werden, wobei das gegenüberliegende Ende in einfach ausgebildeten Ausnehmungen gelagert sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, daß die Lampeneinheiten von sich gegenüberliegenden Flanschplatten gehalten werden, was eine beidseitige Zugänglichkeit und eine gute Definition der Einbauposition ermöglicht. Eine gleichmäßige und intensive Bestrahlung des strömenden Fluids wird ermöglicht, wenn Reihen von Lampeneinheiten in Querrichtung mit gleichförmigem gegenseitigem Abstand angeordnet sind und wenn in Strömungsrichtung mehrere Reihen hintereinander vorgesehen sind. Dabei können jeweils in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Reihen gekreuzt zueinander ausgerichtet sein, so daß in der Strömung gezielt Turbulenzen induziert werden. Die beiden äußeren Lampeneinheiten einer Reihe weisen vorzugsweise einen Abstand von der nächsten benachbarten Wand auf, der kleiner oder gleich dem halben Abstand zweier benachbarter Lampeneinheiten voneinander ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß auch unmittelbar an der Wand eine ausreichend hohe Strahlungsintensität zur Verfügung steht.
Eine einfache Wartung der Strahlungsquellen wird ermöglicht, wenn das Hüllrohr jeder einzelnen Lampeneinheit dichtend zumindest in der anschlußseitigen Flanschplatte angeordnet ist und die Strahlungsquelle ohne Demontage des Hüllrohres ein- und auszubauen ist. Bei einer derartigen Ausführungsform können Strahlungsquellen im Betrieb gewechselt werden, ohne daß Fluid an den Verbindungsstellen zwischen der Flanschplatte und den Hüllrohren austreten kann. Die Bestrahlungskammer ist im Betrieb vorzugsweise mit einem Überdruck beaufschlagt, der für eine hohe Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Bestrahlungskammer und für eine Füllung der Bestrahlungskammer bis zur oberen Begrenzung sorgt. Dabei kann die Wandung der Bestrahlungskammer in besonders einfacher Weise druckfest ausgestaltet werden, indem wenigstens die Seitenwände, vorzugsweise auch die Deckenwand und die Bodenwand mit quer durch den Bestrahlungsraum laufenden Zugankern gegeneinander abgestützt wird. Diese Zuganker induzieren weitere gleichmäßig über den gesamten Bestrahlungsraum verteilte Turbulenzen, die in die Ausbildung von kontinuierlichen, laminaren Strömungsfäden in Bereichen geringer Intensitäten verhindern. Die Zuganker sind vorzugsweise über die gesamte Länge der Bestrahlungskammer vorgesehen, und zwar insbesondere gekreuzt horizontal und vertikal.
Eine weitere Verbesserung der Turbulenzen in der Bestrahlungskammer wird erreicht, wenn in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Reihen von Lampeneinheiten gegeneinander versetzt sind, insbesondere derart, daß eine nachfolgende Lampeneinheit jeweils mittig zwischen zwei stromaufwärts angeordneten Lampeneinheiten liegt.
Für den Austausch von Strahlungsquellen im laufenden Betrieb ist es vorteilhaft, wenn den Strahlungsquellen mit Haltemitteln in den Lampeneinheiten gehalten und über einen elektrischen Anschluß versorgt werden, wobei die Haltemittel nur dann zugänglich sind, wenn der elektrische Anschluß von der Strahlungsquelle abgekoppelt ist. So wird gewährleistet, daß die Strahlungsquelle nicht im Betrieb, in dem sie für Menschen schädliche UV-Strahlung abgibt, aus dem Hüllrohr herausgenommen werden kann. Gleichzeitig gewährleistet diese Anordnung, daß eine einzelne Strahlungsquelle sicher ausgewechselt werden kann, ohne die übrigen Strahlungsquellen des Systems abschalten zu müssen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung in einem Querschnitt von oben; sowie
Fig. 2 Eine andere Ausführungsform einer Bestrahlungsvorrichtung mit einseitiger Zugänglichkeit der Lampeneinheiten.
Die Fig. 1 zeigt eine Bestrahlungskammer einer UV- Bestrahlungsvorrichtung in einem Querschnitt von oben.
Die Bestrahlungskammer wird an ihrer Unterseite von einer Bodenwand 1 und bezüglich einer Strömungsrichtung 2 von einer linken Seitenwand 3 und einer rechten Seitenwand 4 begrenzt. Die Seitenwände 3 und 4 weisen jeweils eine Aussparung 5, 6 auf, die in Vertikalrichtung verlaufende, einstückig angeformte Stege 7, 8 tragen. Die Stege 7, 8 nehmen von der Innenseite der Bestrahlungskammer her eingesetzte Flanschplatten 9, 10 auf, die mittels Gewindeschrauben 11 von der Außenseite unter Zwischenschaltung einer gummielastischen Dichtung 12 mit den Seitenwänden 3, 4 verschraubt sind.
Die Flanschplatten 9, 10 tragen zwischen sich eine Lampeneinheit 13, die im einzelnen ein Hüllrohr 14 und eine Strahlungsquelle 15 in Gestalt einer Niederdruck-Gasentladungslampe umfaßt. Im Betrieb findet eine UV-Strahlung erzeugende Gasentladung zwischen zwei Wendeln 16 statt. Das Hüllrohr 14 ist flüssigkeitsdicht und druckfest mit den Flanschplatten 9, 10 verbunden. Ein Sockel 17, 18 hält an jedem Ende der Strahlungsquelle 15 die Strahlungsquelle 15 mittig in dem Hüllrohr 14. An beiden Enden der Lampeneinheit 13 ist weiter je eine Kupplung 19, 20 nebst elektrischer Anschlußleitung 21, 22 zur Spannungsversorgung der Strahlungsquelle 15 vorgesehen.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die rechte Seitenwand 4 statt der Flanschplatte und der dazugehörigen Halterungsmittel für die Lampeneinheit 13 eine topfförmige Halterung 30 trägt. die topfförmige Halterung 30 dient zur axialen und radialen Fixierung des freien Endes der hier geschlossenen Lampeneinheit 13. Die elektrischen Anschlüsse der Strahlungsquelle 15 werden mittels dünner elektrischer Leitungen 31 innerhalb des Hüllrohres 14 zu der gegenüberliegenden Seite geführt und über die Anschlußleitung 21 mit einer externen Spannungsversorgungseinheit verbunden. Diese Ausführungsform ist von Vorteil, wenn eine problemlose Zugänglichkeit der Bestrahlungsvorrichtung nur von einer Seite her, beim gezeigten Ausführungsbeispiel von der linken Seitenwand 3 her möglich ist.
Für die Fertigung einer insoweit beschriebenen UV- Bestrahlungsvorrichtung beispielsweise für Trinkwasser wird zunächst ein Betongerinne gefertigt, das die Bodenwand 1, die Seitenwände 3 und 4 sowie eine nicht dargestellte obere Deckenwand umfaßt. Die Aussparungen 5, 6 werden bauseitig bei der Fertigung vorgesehen. Sodann werden die Flanschplatten 9, 10 bzw. einseitig die Flanschplatten 9 und gegenüberliegend die Lager 30 mit entsprechenden Abdichtungen 12 in die Ausnehmungen 5, 6 eingebaut. Dabei sind entsprechend der Auslegung der UV-Bestrahlungsvorrichtung Flanschplatten für eine Vielzahl von Lampeneinheiten 13 vorgesehen. Die Flanschplatten 9, 10 können einzeln für jede Lampeneinheit 13 eingesetzt werden. Es können auch rechteckige Flanschplatten mit Öffnungen für eine ganze Reihe von Lampeneinheiten 13 vorgesehen sein. Schließlich können großflächige Flanschplatten vorgesehen sein, die mehrere Reihen von Lampeneinheiten 13 hintereinander aufnehmen können.
Der Abstand der Seitenwände 3, 4 voneinander und die Tiefe der Ausnehmung von der Oberfläche der Seitenwände 3, 4 zu den Stegen ist dabei so bemessen, daß einerseits die Flanschplatten 9, 10 bündig mit den Oberflächen der Seitenwände 3, 4 abschließen und andererseits die Wendel 16 der Strahlungsquellen 15 möglichst nicht innerhalb des freien Innenraums liegen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß im Bereich der Flanschplatten 9, 10 außer durch die von den Lampeneinheiten 13 gebildete Querschnittseinengung keine weitere Querschnittseinengung erfolgt. Der "versenkte" Einbau der Wendel 16 in die Seitenwände 3, 4 bewirkt außerdem, daß nur der voll wirksame Teil der Strahlungsmenge der Strahlungsquellen 15 in den Fluidstrom appliziert wird. Im Bereich der Wendel 16 ist erfahrungsgemäß die abgegebene UV-Intensität der Strahlungsquellen 15 niedriger als in dem übrigen freien Bereich. Der gesamte Querschnitt des Fluidstroms 2 wird deshalb mit einer gleichmäßigen UV-Intensität beaufschlagt.
Für einen Wechsel der Strahlungsquellen 15 kann im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beidseitig jeweils die Fassung 19, 20 abgenommen werden und die Strahlungsquelle 15 ohne Demontage des Hüllrohres 14 aus dem Hüllrohr 14 herausgezogen werden. Dabei bleibt die gesamte Anlage fluiddicht. Da mit dem Abnehmen der Fassung 19, 20 die elektrische Verbindung zu den Stralungsquellen 15 entfernt wird, ist die Strahlungsquelle 15 beim Herausnehmen auch außer Betrieb, so daß das Bedienpersonal nicht der UV-Strahlung ausgesetzt wird. Die übrigen Strahler werden für den Wechsel der betroffenen Strahlungsquelle 15 nicht abgeschaltet, so daß die Anlage in Betrieb bleiben kann.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Austausch einer Stralungsquelle 15 weitere vereinfacht. Hier braucht lediglich die Fassung 19 abgenommen zu werden und die Strahlungsquelle 15 dann zu der geöffneten Seite aus dem Hüllrohr 14 entfernt werden. Die neue Strahlungsquelle 15 kann eingesetzt werden, die Fassung 19 wieder aufgesetzt werden und damit die neue Strahlungsquelle 15 in Betrieb genommen werden.
Neben der gezeigten Ausführungsform mit horizontal angeordneten Lampeneinheiten 13 können auch vertikal angeordnete Lampeneinheiten 13, die quer zu der Strömungsrichtung 2 ausgerichtet sind, vorgesehen sein. Weiter können Reihen von Lampeneinheiten gekreuzt angeordnet werden, beispielsweise abwechselnd horizontal und vertikal. Bei mit relativ hohem Druck beaufschlagten Betongerinnen kann vorgesehen sein, daß die Seitenwände 3, 4 gegeneinander mit Zugankern abgestützt werden, die quer durch den Strahlungsraum verlaufen und beispielsweise parallel zu den Lampeneinheiten 13 ausgerichtet sind. Diese Zuganker sorgen neben einer verbesserten Druckfestigkeit auch für eine gute Verwirbelung des strömenden Fluids, so daß eine gleichmäßige Bestrahlung aller in dem Fluid enthaltenen Teilchen sichergestellt ist. Auch die Zuganker können zur Abstützung der Boden- und Deckenwand vertikal oder gekreuzt ausgerichtet werden. Mit den beschriebenen Zugankern wird auch bei relativ dünnwandigen Gerinnen aus Beton je nach Auslegung eine gute Druckfestigkeit erreicht.
Ein wesentlicher Vorteil der insoweit beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß nahezu der gesamte Bestrahlungsraum bis auf die mit den Flanschplatten 9, 10 verbundenen Bauelemente in Beton oder sonstigen nichtmetallischen Werkstoffen relativ preiswert vorgefertigt werden kann und sich die relativ teuren, korrosionsbeständigen Einbauten, die üblicherweise aus Edelstahl gefertigt werden, auf ein Minimum reduzieren lassen. Hierdurch wird insbesondere beim Neubau von Abwasser- oder Trinkwasserbestrahlungsvorrichtungen eine erhebliche Vereinfachung erzielt.
Die Dimensionierung der entsprechenden Vorrichtungen insbesondere zur Erzielung der vorgesehenen Strahlungsdosis zur Desinfektion von Abwasser oder Trinkwasser ist an sich bekannt. Die Lampeneinheiten weisen vorzugsweise eine Entladungslänge von mindestens 800 mm (etwa entsprechend dem Abstand zwischen den Seitenwänden 3 und 4) auf. Bevorzugt werden längere UV- Strahlungsquellen mit Entladungslängen von 1,20 m oder gar 1,60 m. Die Module weisen dabei bevorzugt einen Durchmesser von mehr als 30 mm auf. Der Abstand der UV-Module innerhalb einer Reihe soll so gewählt sein, daß sich Wasserschichtdicken von mindestens 60 mm ergeben. Die Bestrahlungskammer weist dabei einen freien Querschnitt von mindestens 0,6 m² auf.

Claims

1. UV-Bestrahlungsvorrichtung für die Behandlung von Fluiden, insbesondere von Wasser oder Abwasser,
mit einer von dem Fluid in einer Strömungsrichtung durchströmbaren Bestrahlungskammer, die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und von zwei Seitenwänden sowie von einer Bodenwand und einer Deckenwand begrenzt ist,
mit einer Anzahl von Lampeneinheiten, die jeweils eine Strahlungsquelle und ein die Strahlungsquelle umgebendes Hüllrohr aufweisen, wobei die Lampeneinheiten im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind, und wobei
die Lampeneinheiten in wenigstens einer Querrichtung zu der Strömungsrichtung angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest die Seitenwände und die Bodenwand aus einem nichtmetallischen Werkstoff gefertigt sind und
der Abstand zweier sich in der Querrichtung gegenüberliegender Wände kleiner oder gleich der Entladungslänge der Strahlungsquelle ist.

2. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampeneinheiten von Flanschplatten gehalten werden, die bündig und abdichtend in Aussparungen der Wände eingesetzt sind.

3. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampeneinheiten von sich gegenüberliegenden Flanschplatten gehalten werden.

4. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reihen von Lampeneinheiten in Querrichtung mit gleichförmigem gegenseitigem Abstand angeordnet sind und dass in Strömungsrichtung mehrere Reihen hintereinander vorgesehen sind.

5. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in Strömungsrichtung aufeinander folgende Reihen gekreuzt zueinander ausgerichtet sind.

6. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Lampeneinheiten einer Reihe einen Abstand von der nächsten benachbarten Wand aufweisen, der kleiner oder gleich dem halben Abstand zweier benachbarter Lampeneinheiten voneinander ist.

7. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr jeder Lampeneinheit dichtend zumindest in der anschlußseitigen Flanschplatte angeordnet ist und dass die Strahlungsquelle ohne Demontage des Hüllrohres ein- und ausbaubar ist.

8. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungskammer im Betrieb mit einem Überdruck beaufschlagt ist.

9. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Seitenwände, vorzugsweise auch die Deckenwand und die Bodenwand mit quer durch den Bestrahlungsraum verlaufenden Zugankern gegeneinander abgestützt sind.

10. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker über die gesamte Länge der Bestrahlungskammer vorgesehen sind.

11. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker gekreuzt, insbesondere horizontal und vertikal angeordnet sind.

12. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Reihen von Lampeneinheiten gegeneinander versetzt sind.

13. UV-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellen mit Haltemitteln in den Lampeneinheiten gehalten und über einen elektrischen Anschluß versorgt sind und dass die Haltemittel nur dann zugänglich sind, wenn der elektrischen Anschluß von der Strahlungsquelle abgekoppelt ist.