DE4030021A1

DE4030021A1 - Desinfektionsanlage zum desinfizieren von wasser mittels elektronenstrahlen

Info

Publication number: DE4030021A1
Application number: DE4030021A
Authority: DE
Inventors: Masaki Kondo; Yasuhiko Seike; Nobuki Ito; Teijiro Miyata; Hidehiko Arai
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1991-04-04
Also published as: JP2757213B2; FR2652348A1; JPH03109986A; FR2652348B1; US5072124A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Desinfektionsanlage zur Verwendung zum Desinfizieren von Stadtabwasser, um desinfi ziertes Wasser zu erhalten, aus dem Erreger entfernt sind.

Im allgemeinen wird Chlor dem undesinfizierten Wasser zuge geben (das nachstehend lediglich als Wasser bezeichnet wird), um desinfiziertes Wasser zu erhalten. In diesem Zusammen hang ist es bekannt, daß ein Trihalomethan, welches ein Karzinogen ist, häufig im desinfizierten Wasser erzeugt wird, wenn Chlor zur Desinfektion eingesetzt wird. Daher ist es erwünscht, Wasser mittels einer anderen Verfahrensweise zu desinfizieren. Hierzu wurden Untersuchungen im Hinblick auf die Bestrahlung des Wassers mittels eines Elektronenstrahls vorgenommen, um Wasser zu desinfizieren. Praktisch gibt es eine Desinfektionsvorrichtung, welche Wasser durch Bestrah len mittels Elektronenstrahlen desinfiziert.

Eine übliche Desinfektionsanlage ist in einer Veröffentlichung angegeben, die in Radiat. Phys. Chem. Vol. 24, No. 1 (1984) Seiten 179 bis 190 unter dem Titel "Elektronenstrahlbehandlungs weisen zur Behandlung von Abfallstoffen und die wirtschaftliche Machbarkeit der Verfahrensweisen" abgedruckt ist. Bei der übli chen Desinfektionsanlage wird ein Wasserstrom von einem Wasser kanal auf ein Abgabeteil fallen gelassen, das unterhalb des Wasserkanals liegt. Während des Strömens des Wasserstroms oder während dessen Falls wird ein Elektronenstrahl auf den Wasser strom von einer hornförmigen bzw. trichterförmigen Abtastein richtung gerichtet, um den Wasserstrom zu desinfizieren und einen desinfizierten Wasserstrom zu erhalten.

Eine weitere übliche Desinfektionsanlage ist in der US-PS 38 91 855 angegeben. Bei dieser Desinfektionsanlage wird ein Konus teil um seine Drehachse derart gedreht, daß das Wasser zu ei nem Wasserfilm längs einer Innenwand des Konus hinsichtlich der Bewegung umgewandelt wird. Ein Elektronenstrahl wird von einem hornförmigen bzw. trichterförmigen Abtastteil auf den Wasserfilm gerichtet, um den Wasserfilm zu desinfizieren und ein desinfiziertes Wasser zu erhalten.

Nebenbei bemerkt hat der Elektronenstrahl einen sehr kurzen Eindringweg, wenn er in das Wasser gerichtet wird. Beispiels weise ist der Übertragungsweg 10 mm selbst dann lang, wenn der Elektronenstrahl mittels einer Beschleunigungsspannung von 2 MeV beschleunigt wird. Daher ist es erforderlich, den Wasserfilm auszubilden, um das Wasser effektiv zu desinfi zieren und desinfiziertes Wasser zu erhalten.

Jedoch ist es schwierig, den breiten Wasserstromfilm aus zubilden, und es ist daher schwierig, eine große Wassermenge mit einer hohen Geschwindigkeit bei den üblichen Desinfek tionsanlagen zu desinfizieren.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Desinfektionsanlage be reitzustellen, welche eine große Wassermenge mit einer hohen Geschwindigkeit desinfizieren kann.

Ferner soll nach der Erfindung eine Desinfektionsanlage be reitgestellt werden, welche eine große Wassermenge stabil und gleichmäßig sowie zuverlässig desinfizieren kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachste henden Beschreibung.

Eine Desinfektionsanlage, auf die sich die vorliegende Erfin dung bezieht, ermöglicht die Desinfektion eines Wasserstroms, um einen desinfizierten Wasserstrom zu erhalten. Die Desin fektionsanlage weist ein Kanalteil auf, in dem der Wasser strom strömt, weist ferner eine Desinfektionseinrichtung zum desinfizieren des Wasserstroms auf, um den desinfizierten Wasserstrom zu erhalten, und sie weist ein Aufnahmeteil auf, das von dem Kanalteil in einer vertikalen Richtung entfernt liegt, wobei eine vorbestimmte Höhe zwischen dem Kanalteil und dem Aufnahmeteil eingehalten wird, welches den desinfi zierten Wasserstrom aufnimmt. Nach der Erfindung weist das Kanalteil eine Leitung auf, die eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung für die Führung des Wasserstroms von der Ein laßöffnung zu der Auslaßöffnung hat, und eine Formungsein richtung auf, die mit der Auslaßöffnung verbunden ist, um den Wasserstrom zu einem Wasserstromfilm zu formen, so daß der Wasserstromfilm in Richtung der Aufnahmeeinrichtung ab spritzt. Die Leitung hat in vertikaler Richtung eine Höhe, die größer als die vorbestimmte Höhe ist. Die Desinfektions einrichtung weist eine Bestrahlungseinrichtung zum Bestrahlen des Wasserstromfilms mit Elektronenstrahl auf, um den Wasser strom mittels dem Elektronenstrahl zu desinfizieren und hier durch einen desinfizierten Wasserstrom zu erhalten.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt.

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer üblichen Des infektionsanlage,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Desinfektions anlage gemäß einer bevorzugten Ausführungs form nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Ansicht zur Verdeutlichung eines Düsen teils, das bei der Desinfektionsanlage nach Fig. 2 zur Anwendung kommt,

Fig. 4 eine Ansicht zur Verdeutlichung eines Beispiels einer Bestrahlung mittels eines Elektronen strahls, und

Fig. 5 eine Ansicht zur Verdeutlichung eines weiteren Beispiels zur Bestrahlung mittels eines Elektro nenstrahls.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine übliche Desinfektions anlage zum besseren Verständnis der Erfindung vorab erläutert.

Die dargestellte Desinfektionsanlage dient zur Desinfektion eines Wasserstroms, um einen desinfizierten Wasserstrom oder einen sauberen Wasserstrom dadurch zu erhalten, daß der Was serstrom mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird. Die Des infektionsanlage weist einen Wasserkanal 11, ein Desinfek tionsteil 12 und ein Austrittsteil 13 auf. Der Wasserkanal 11 verläuft in horizontaler Richtung insbesondere von einer lin ken Seite zu einer rechten Seite in Fig. 1. Das Auslaßteil 13 ist von dem Wasserkanal 11 in einer vertikalen Richtung um eine vorbestimmte Höhe von beispielsweise 1 m bis 2 m ent fernt. Das Desinfektionsteil 12 ist zwischen dem Wasserkanal 11 und dem Auslaßteil 13 angeordnet.

Der Wasserkanal 11 ist mit einem ersten Vorratsraum (nicht ge zeigt) verbunden. Der Wasserstrom strömt längs des Wasserkanals 11 von einer linken Seite zu einer rechten Seite in Fig. 1. Der Wasserstrom fällt als ein Wasserstromfilm von einer rech ten Kante des Wasserkanals 11 nach unten zu dem Auslaßteil 13, wie dies mit einem Pfeil mit einer durchgezogenen Linie dar gestellt ist. Wenn der Wasserstromfilm nach unten tropft oder fällt, wird in dem Desinfektionsteil 12 der Wasserstrom mit einem Elektronenstrahl beschossen. Als Folge hiervon wird der Wasserstromfilm desinfiziert, und man erhält einen desinfi zierten Wasserstrom, der mittels der Bestrahlung mit Hilfe des Elektronenstrahls desinfiziert ist, und dieser Wasserstrom geht in den Auslaßteil 13, der für den desinfizierten Wasser strom bestimmt ist. Der desinfizierte Wasserstrom wird von dem Auslaßteil 13 zu einem zweiten Vorratsraum (nicht gezeigt) geleitet.

Wenn die vorbestimmte Höhe gleich H ist, ergibt sich als Fallgeschwindigkeit v des Wasserstroms gemäß der Gleichung (1) theoretisch die folgende Größe am Auslaßteil 13.

v = (2gH)^1/2 (1)

wobei g die Erdbeschleunigung darstellt.

Der Wasserstrom führt jedoch zu einer turbulenten Strömung, wenn der Wasserstrom mit einer hohen Geschwindigkeit nach unten fällt. Insbesondere ist es schwierig, in stabiler Weise einen Wasserstromfilm zu bilden, wenn der Wasserstrom mit hohen Geschwindigkeit nach unten fällt. Als Folge hiervon ist es schwierig, den Wasserstrom effektiv zu desinfizieren, um einen desinfizierten Wasserstrom zu erhalten. Um den Wasser strom effizient zu desinfizieren, wird die Fallgeschwindigkeit v praktisch in einer Größenordnung zwischen 2 und 3 Metern pro Sekunde vorgegeben. Eine derartige Fallgeschwindigkeit macht die Desinfektion einer großen Wassermenge schwierig.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine Desinfektionsanlage ge mäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung er läutert. Die dargestellte Desinfektionsanlage weist ähnliche Teile wie voranstehend beschrieben auf und diese sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 2 weist der Wasserkanal 11 ein Kanalteil 21, einen Lei tungsabschnitt 22 und einen Formungsabschnitt 23 auf. Das Ka nalteil 21 ist etwas in horizontaler Richtung in Fig. 1 nach rechts geneigt und mit dem ersten Vorratsraum verbunden, bei dem es sich um ein abschließendes Absetzbecken einer Abwas serbehandlungsanlage (nicht gezeigt) handeln kann. Der Lei tungsabschnitt 22 hat eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöff nung und ist mit dem Kanalteil 22 an der Einlaßöffnung ver bunden. Das Leitungsteil 22 hat eine Höhe H_m, die höher als die vorbestimmte Höhe H ist. Der Wasserstrom, der längs des Kanalteils 21 strömt, wird längs des Leitungsabschnittes 22 von der Einlaßöffnung zu der Auslaßöffnung geleitet.

Das Formungsteil 23 ist mit dem Leitungsabschnitt 22 an dessen Auslaßöffnung verbunden. Das Formungsteil 23 weist einen hori zontalen Leitungsteil 24, der in horizontaler Richtung ver läuft, und ein Düsenteil 25 auf, das mit dem horizontalen Leitungsteil 24 unter einem Neigungswinkel zwischen 60° und 85°, vorzugsweise unter einem Neigungswinkel zwischen 75° und 85° verbunden ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 weist das Düsenteil 25 einen Düsenkörper 26 und eine Düse 27 auf, die an der Vorderseite des Düsenkörpers 26 ausgebildet ist. Die Düse 27 hat einen Schlitz 27a, der sich von der vorderen Fläche zu der Rück seite gemäß Fig. 2 erstreckt. Die Düse 27 hat ein Stellventil 27b. Die Breite des Schlitzes 27a ist mit Hilfe des Stellven tils 27b verstellbar.

Das Desinfektionsteil 12 hat ein Abtasttrichterteil oder ein Abtasthornteil 12a, das zu der Düse 27 nach rechts weist. Das Abtasthornteil 12a ist mit einem Beschleuniger (nicht gezeigt) über eine Abtastkammer (12b) verbunden. Somit wird ein Elek tronenstrahl über das Abtasthornteil 12a auf den Wasserstrom gerichtet.

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 2 strömt der Wasserstrom längs des Kanalteils 21 von dem ersten Vorratsraum und wird von der Einlaßöffnung zu der Auslaßöffnung über das Leitungsteil 22 geleitet. In der Auslaßöffnung hat der Wasserstrom eine po tentielle Energie entsprechend der Höhe H_m. Der Wasserstrom wird durch das horizontale Leitungsteil 24 zu dem Düsenteil 25 geleitet. Der Wasserstrom wird dann an dem Schlitz 27a der Düse 27 zu einem Wasserstromfilm verspritzt und gelangt auf Grund der potentiellen Energie zu dem Auslaßteil 13.

Die Spritzgeschwindigkeit v_m des Wasserstromfilms ist durch die Höhe H_m und den Gesamtdruckverlust ΔP in dem Leitungsteil 22 und dem Düsenteil 23 bestimmt. Insbesondere läßt sich die Spritzgeschwindigkeit v_m durch folgende Gleichung (2) dar stellen:

V_m = (2g(H_m - ΔP))^1/2 (2)

Der Gesamtdruckverlust ΔP ist niedriger als die vorbestimmte Höhe H. Insbesondere sind das Leitungsteil 22 und das Düsen teil 23 derart ausgelegt, daß der Gesamtdruckverlust oder der Gesamtdruckabfall ΔP einen Wert annimmt, der kleiner als die vorbestimmte Höhe H ist.

Wie vorstehend angegeben ist, wird der Wasserstromfilm von der Düse 27 aus in Richtung zu dem Auslaßteil 13 mit einer Spritzgeschwindigkeit v_m verspritzt. Wenn der Wasserstromfilm verspritzt wird, wird der Elektronenstrahl von dem Abtasthorn teil 12a auf den Wasserstromfilm gerichtet, um den Wasserstrom film zu desinfizieren und einen desinfizierten Wasserstrom zu erhalten. Der desinfizierte Wasserstrom tritt in das Auslaß teil 13 ein. Der desinfizierte Wasserstrom wird von dem Aus laßteil 13 zu dem zweiten Vorratsraum weitergeleitet.

Die Länge des Schlitzes 27a entspricht der Breite des Wasser stromfilms. Die Breite des Wasserstromfilms stimmt im wesent lichen mit der Breite des Abtasthornteils 12a überein. Bei spielsweise beläuft sich die Länge des Schlitzes 27a auf 1 Meter bis 4 Meter. Wenn Elektronen beschleunigt werden, um den Elek tronenstrahl zu bilden, und zwar mittels einer Beschleunigungs spannung von 5 MeV, wird die Breite des Schlitzes 27a so ge wählt, daß sie kleiner als ein Wert zwischen 18 mm und 25 mm ist.

Nunmehr erfolgt eine Beschreibung im Hinblick auf die Wasser menge, die mit Hilfe der Desinfektionsanlage desinfiziert werden kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird angenommen, daß die vorbe stimmte Höhe H zwischen dem Kanalteil 21 und dem Auslaßteil 23 gleich 2 Meter ist. Wenn man ferner annimmt, daß die Höhen differenz H_m zwischen dem Kanalteil 21 und dem Düsenteil 23 gleich 4 Meter mißt, ist die Breite des Schlitzes 27a gleich 10 mm und die Länge des Schlitzes 27a ist gleich 2 Meter. Der Zusammenhang zwischen dem Gesamtdruckabfall ΔP und der Spritzgeschwindigkeit v_m läßt sich durch folgende experimen tell bestimmte Gleichung (3) darstellen.

ΔP = 0,003 v_m² (3)

Aus den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich die Spritzge schwindigkeit v_m gemäß folgender Gleichung (4).

v_m = (2gH_m/(1 + 0,003 × 2g))^1/2 (4)

Wie vorstehend angegeben ist, ist die Höhe H_m gleich 4 Me ter und g ist 9,8 m/s². Somit ist v_m gleich 8,6 m/s. Wenn der Wasserstromfilm von der Düse 27 mit einer Spritzgeschwin digkeit von 8,6 m/s verspritzt wird, ist das verspritzte Wasservolumen pro Sekunde gleich 0,172 m³/s (der Querschnitt des Schlitzes 27a ist gleich 0,02 m²). Somit ist das ver spritzte Wasservolumen pro Tag gleich 14 861 m³.

Es wird angenommen, daß die Spritzhöhe H_j ist, wenn der Was serstromfilm von der Düse 27 verspritzt wird und der Neigungs winkel mit R wiedergegeben ist. Die Spritzhöhe H_j läßt sich gemäß folgender Gleichung (5) darstellen.

H_j = (v_msinR)²/2g (5)

Wenn R gleich 75° ist, ist H_j gleich 3,52 Meter. Somit kann der Wasserstromfilm das Auslaßteil 13 erreichen, da ein Ab stand zwischen dem Düsenteil 27 und dem Auslaßteil 13 gleich 2 Meter ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 kann der Düsenkörper 27b ein Öffnungsteil 271 haben, das sich von der Vorderseite zu der Rückseite gemäß Fig. 5 erstreckt. Das Öffnungsteil 271 ist mit einer Metallfolie 272, wie einer Titanfolie, bedeckt, so daß ein Bestrahlungsfenster 27c durch das Öffnungsteil 271 und die Metallfolie 272 gebildet wird. Insbesondere wird das Bestrahlungsfenster 27c auf dem Düsenkörper 27b ausge bildet.

Das Abtasthornteil 12a ist dem Bestrahlungsfenster 27c zuge wandt. Somit wird der Elektronenstrahl von dem Abtasthornteil 12a auf den Wasserstromfilm unter Durchgang durch das Bestrah lungsfenster 27c gerichtet. Der Wasserstromfilm wird mit Hilfe des Elektronenstrahls desinfiziert und man erhält einen des infizierten Wasserstrom.

Nebenbei bemerkt ist es möglich, heutzutage ein Abtasthorn teil herzustellen, das eine Bestrahlungsöffnung mit einer Länge von höchstens 4 Meter hat. Ferner ist es möglich, zwei Abtasthornteile mit einem Elektronenbeschleuniger zu verbin den. Folglich kann man einen Wasserstrom von etwa 50 000 m³ pro Tag desinfizieren, wenn zwei Abtasthornteile mit dem Elektronenbeschleuniger verbunden sind.

Wenn man den Elektronenbeschleuniger unterirdisch anordnet, lassen sich in einfacher Weise Röntgenstrahlen abschirmen, die in geringfügiger Weise bei der Erzeugung des Elektronen strahls erzeugt werden.

Claims

1. Desinfektionsanlage zum Desinfizieren eines Wasser stroms, um einen desinfizierten Wasserstrom zu erhalten, wo bei die Desinfektionsanlage ein Kanalteil (21) längs dem der Wasserstrom strömt, eine Desinfektionseinrichtung (12) zum Desinfizieren des Wasserstroms zur Erzeugung eines des infizierten Wasserstroms und ein Aufnahmeteil (13) von dem Kanalteil (21) in einer vertikalen Richtung entfernt auf weist, wobei eine vorbestimmte Höhe (H) zwischen dem Kanal teil (21) und dem Aufnahmeteil (13) zur Aufnahme des des infizierten Wasserstroms vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalteil (21) aufweist:
eine Leitung (22), die eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung zum Leiten des Wasserstroms von der Einlaß öffnung zu der Auslaßöffnung hat, wobei die Leitung (22) in vertikaler Richtung eine Höhe (H_m), die größer als die vor bestimmte Höhe (H) ist, und
eine Formungseinrichtung (23), die mit der Auslaß öffnung zur Formung des Wasserstroms zu einem Wasserstrom film verbunden ist, und den Wasserstromfilm in Richtung zu dem Aufnahmeteil (13) zu spritzen, und
daß die Desinfektionseinrichtung aufweist: eine Bestrahlungseinrichtung (12) zum Bestrahlen des Wasserstromfilmes mittels eines Elektronenstrahls, um den Wasserstromfilm mittels des Elektronenstrahls zu des infizieren und hierdurch einen desinfizierten Wasserstrom zu erhalten.

2. Desinfektionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungseinrichtung aufweist:
ein Düsenteil (25), das einen schlitzförmigen Spritzendabschnitt hat, von dem aus der Wasserstromfilm verspritzt wird, und
eine Verstelleinrichtung (27b) zum Verstellen einer Dicke des Wasserstromfilms.

3. Desinfektionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungseinrichtung aufweist:
ein Düsenteil (25), das einen Düsenkörper (26) und einen schlitzförmigen Spritzendabschnitt (27a) hat, von dem aus der Wasserstromfilm abgespritzt wird, wobei der Düsenkörper (26) ein Bestrahlungsfenster (271, 272) hat, durch den der Elektronenstrahl geht, um den Wasserstromfilm mit dem Elektronenstrahl in dem Bestrahlungsfenster (271, 272) zu beschießen.