RU2172484C2

RU2172484C2 - Apparatus for controlling parameters of process for disinfecting liquid by uv-irradiation

Info

Publication number: RU2172484C2
Application number: RU99111985/28A
Authority: RU
Inventors: С.В. Костюченко; К.М. Горкушенко; Г.А. Куркин; В.И. Жуков; С.А. Васильев; А.В. Красночуб; В.В. Ахмадеев; А.В. Якименко; Ю.В. Иванов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Лаборатория импульсной техники" ("ЛИТ, ЗАО")
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: systems for treating liquid by means of UV-irradiation, namely for controlling parameters of processes of sterilizing and disinfecting liquids. SUBSTANCE: apparatus includes two similar photodetectors receiving irradiation with wave length 254 nm, oriented to the same irradiation source and spaced by different distance from said source. Photodetectors are electrically connected with unit for power supply and signal processing and they are arranged inside cylindrical casing made of material transmitting UV-irradiation. Diameter of one part of said casing is different from its main diameter. Photodetectors are arranged in casing parts having different diameters. Apparatus provides enhanced reliability and information content at controlling parameters of water disinfection process with use of UV-irradiation. EFFECT: simplified design, enlarged using range of apparatus. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки жидкостей УФ излучением и предназначено для контроля параметров процесса стерилизации и дезинфекции жидкостей указанным способом. The invention relates to the field of processing liquids with UV radiation and is intended to control the parameters of the process of sterilization and disinfection of liquids in this way.

Процесс дезинфекции и стерилизации жидкостей заключается в облучении жидкости УФ излучением с длиной волны 240-280 нм, обладающим бактерицидным действием. При этом эффективность воздействия УФ излучения на микроорганизмы определяется его интенсивностью и временем воздействия. Произведение интенсивности излучения на время воздействия называется дозой облучения (мДж/см³). Доза облучения является основной мерой бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизмам, и важнейшим параметром процесса дезинфекции. Устойчивый эффект обеззараживания обеспечивается только в том случае, если величина дозы облучения будет не ниже установленного значения. Однако по причине старения ламп, загрязнения защитных ламповых чехлов, а также ухудшения качества жидкости, может произойти снижение уровня интенсивности излучения и падение величины дозы облучения ниже допустимого уровня. В связи с этим необходим постоянный контроль уровня интенсивности УФ излучения в процессе обеззараживания жидкости.The process of disinfection and sterilization of liquids consists in irradiating the liquid with UV radiation with a wavelength of 240-280 nm, which has a bactericidal effect. In this case, the effectiveness of exposure to UV radiation on microorganisms is determined by its intensity and exposure time. The product of the radiation intensity and the exposure time is called the radiation dose (mJ / cm ³ ). The dose of radiation is the main measure of bactericidal energy communicated to microorganisms, and the most important parameter of the disinfection process. A stable effect of disinfection is provided only if the dose is not lower than the set value. However, due to aging of the lamps, contamination of the protective lamp covers, and also deterioration in the quality of the liquid, a decrease in the level of radiation intensity and a drop in the dose level below the permissible level can occur. In this regard, constant monitoring of the level of UV radiation intensity in the process of liquid disinfection is necessary.

Известна установка для дезинфекции воды УФ излучением, в которой предусмотрена система контроля уровня интенсивности УФ излучения (патент ЕР 0202891, C 02 F 1/32, 1986 г.), включающая в себя два одинаковых фотоприемника, один из которых измеряет интенсивность излучения УФ лампы через кварцевое стекло, пропускающее излучение бактерицидного диапазона, а другой - через боросиликатное стекло, не пропускающее указанное излучение. Интенсивность излучения бактерицидного диапазона при этом пропорциональна разностному сигналу двух фотоприемников. Уровень интенсивности указывается стрелочным индикатором. A known installation for disinfecting water with UV radiation, which provides a system for controlling the level of UV radiation intensity (patent EP 0202891, C 02 F 1/32, 1986), which includes two identical photodetectors, one of which measures the intensity of UV lamp radiation through silica glass, transmitting radiation of the bactericidal range, and the other through borosilicate glass, not transmitting the specified radiation. The radiation intensity of the bactericidal range is proportional to the difference signal of the two photodetectors. The intensity level is indicated by a dial indicator.

Известен также прибор для стерилизации воды УФ излучением и контроля параметров процесса (патент США 4304996, 250/373, 1981 г.), выбранный за прототип предлагаемого устройства, содержащий корпус, через который проходит поток воды, в котором расположены источник излучения (УФ лампа, заключенная в защитный кварцевый чехол) и два одинаковых чувствительных к излучению 254 нм фотоприемника. Фотоприемники установлены внутри корпуса прибора колинеарно, направлены на одну и ту же УФ лампу, причем находятся по разные стороны от нее. Расстояние от лампы до одного из фотоприемников меньше, чем до другого. There is also known a device for sterilizing water with UV radiation and controlling process parameters (US patent 4304996, 250/373, 1981), selected for the prototype of the proposed device, containing a housing through which a stream of water passes, in which the radiation source (UV lamp, enclosed in a protective quartz case) and two identical 254 nm radiation sensitive photodetectors. Photodetectors are installed inside the device collinearly, directed to the same UV lamp, and are located on opposite sides of it. The distance from the lamp to one of the photodetectors is less than to the other.

Выход первого фотоприемника, находящегося на "коротком" расстоянии от лампы, соединен с ВЧ импульсным источником питания (обратная связь), подающим также питание на лампу. Таким образом, за счет обратной связи поддерживается постоянное значение интенсивности излучения на первом фотоприемнике. С выхода второго фотоприемника снимается усиленный сигнал, возникающий из-за разности хода при различном расположении датчиков от лампы, и пропорциональный пропусканию УФ излучения в воде. Внутри корпуса прибора установлены перегородки для уменьшения отражения от его поверхности и снижения ошибки измерения интенсивности. На основе полученных измерений определяют коэффициент поглощения УФ излучения в воде, по которому судят о ее параметрах. The output of the first photodetector located at a "short" distance from the lamp is connected to an RF switching power supply (feedback), which also supplies power to the lamp. Thus, due to the feedback, a constant value of the radiation intensity at the first photodetector is maintained. An amplified signal is produced from the output of the second photodetector, which arises due to the difference in travel for different locations of the sensors from the lamp, and is proportional to the transmission of UV radiation in water. Partitions are installed inside the device to reduce reflection from its surface and reduce the error in measuring intensity. Based on the measurements obtained, the absorption coefficient of UV radiation in water is determined, by which its parameters are judged.

Однако известное устройство имеет следующие недостатки:
- расположение основных элементов (входного, выходного фотоприемников и УФ лампы) относительно направления потока воды создает неэквивалентные условия их загрязнения, что отражается на результатах измерений и приводит к недостоверному контролю:
- требует отдельного водоотведения и подключения к установке, что усложняет контроль в рабочих условиях и не позволяет получить достоверную информацию о степени загрязнения чехлов и уменьшении светоотдачи ламп непосредственно в зоне облучения;
- не позволяет проводить измерения в различных точках зоны облучения, что снижает информативность контроля процесса дезинфекции, особенно для многоламповых установок;
- может применяться только для относительно чистой питьевой воды и не может быть использовано для сточных вод с низким коэффициентом пропускания УФ излучения.However, the known device has the following disadvantages:
- the location of the main elements (input, output photodetectors and UV lamps) relative to the direction of the water flow creates nonequivalent conditions for their pollution, which affects the measurement results and leads to unreliable control:
- requires a separate drainage and connection to the installation, which complicates monitoring under operating conditions and does not allow to obtain reliable information about the degree of contamination of covers and a decrease in light output of lamps directly in the irradiation zone;
- does not allow measurements at various points in the irradiation zone, which reduces the information content of the disinfection process control, especially for multi-tube installations;
- can only be used for relatively clean drinking water and cannot be used for wastewater with a low transmittance of UV radiation.

Технический результат, достигаемый за счет использования предложенного изобретения, заключается в повышении достоверности и информативности контроля параметров процесса дезинфекции жидкости УФ излучением, а также его упрощении и расширении возможностей применения. The technical result achieved through the use of the proposed invention is to increase the reliability and information content of the control parameters of the process of disinfection of a liquid with UV radiation, as well as its simplification and expansion of application possibilities.

Патентуемое устройство для контроля параметров процесса дезинфекции жидкости включает в себя два одинаковых чувствительных к излучению 254 нм фотоприемника, направленных на один и тот же участок источника излучения и расположенных на разном расстоянии от него. Фотоприемники электрически соединены с блоком обработки сигнала и питания. A patented device for monitoring parameters of a liquid disinfection process includes two identical 254 nm radiation sensitive photodetectors aimed at the same section of the radiation source and located at different distances from it. Photodetectors are electrically connected to the signal processing and power supply unit.

Согласно изобретению фотоприемники помещены внутри цилиндрического чехла, выполненного из материала, прозрачного для УФ излучения, диаметр одной из частей которого отличается от основного, причем фотоприемники расположены в частях с различными диаметрами и направлены на один и тот же участок источника УФ излучения. На фиг. 1 представлен общий вид устройства для контроля параметров процесса дезинфекции воды УФ излучением, где показаны чехол 1, держатель 2, фотоприемники 3, 4, печатная плата 5, кожух 6, заглушка 7. According to the invention, the photodetectors are placed inside a cylindrical case made of a material transparent to UV radiation, the diameter of one of the parts of which differs from the main one, the photodetectors being located in parts with different diameters and directed to the same section of the UV radiation source. In FIG. 1 shows a General view of a device for monitoring the parameters of the process of disinfection of water with UV radiation, which shows the case 1, holder 2, photodetectors 3, 4, printed circuit board 5, casing 6, plug 7.

На фиг. 2, 3 и 4 представлены графические зависимости измеренных и расчетных параметров процесса. In FIG. Figures 2, 3, and 4 show the graphical dependences of the measured and calculated process parameters.

Чехол устройства представляет собой кварцевый цилиндр, диаметр одной части которого меньше другой. В чехле на держателе размещены два одинаковых чувствительных к излучению 254 нм SiC фотоприемника, причем один из них расположен в части с меньшим диаметром. Фотоприемники направлены на УФ лампу в установке таким образом, что на фотоэлементы падает излучение с одного и того же участка лампы в пределах их угла зрения. Фотоприемники электрически связаны с блоком обработки сигнала и блоком питания посредством печатной платы, защищенной от УФ излучения металлическим кожухом. Чехол с торцов закрыт пылезащитными заглушками. Чехол предлагаемого устройства имеет такой же размер, как и стандартный защитный чехол УФ ламп, использующихся в установке, что позволяет легко помещать его в любую точку установки на место любой из ламп. The device case is a quartz cylinder, the diameter of one part of which is smaller than the other. In the case on the holder are placed two identical radiation sensitive 254 nm SiC photodetectors, one of which is located in the part with a smaller diameter. Photodetectors are directed to the UV lamp in the installation in such a way that radiation from the same portion of the lamp falls within the angle of view on the photocells. The photodetectors are electrically connected to the signal processing unit and the power supply by means of a printed circuit board protected from UV radiation by a metal casing. The cover from the ends is closed with dust caps. The cover of the proposed device has the same size as the standard protective cover of the UV lamps used in the installation, which makes it easy to place it at any point in the installation in place of any of the lamps.

Контроль параметров процесса дезинфекции при помощи данного устройства осуществляют следующим образом. Monitoring the parameters of the disinfection process using this device is as follows.

При измерении УФ интенсивности фотоприемником, его показания имеют линейную и нелинейную составляющие и равны произведению этих составляющих. Линейная составляющая (характеризующая снижение светоотдачи ламп, загрязнение кварцевых чехлов) прямо пропорциональна изменению средней интенсивности УФ облучения в установке. Нелинейная составляющая имеет сложную степенную зависимость от коэффициента пропускания воды. Предложенное устройство позволяет раздельно определять линейную и нелинейную составляющие излучения, выделять причины снижения интенсивности и более достоверно измерять среднюю интенсивность УФ излучения. When measuring the UV intensity with a photodetector, its readings have linear and nonlinear components and are equal to the product of these components. The linear component (characterizing the decrease in light output of lamps, pollution of quartz covers) is directly proportional to the change in the average intensity of UV radiation in the installation. The nonlinear component has a complex power law dependence on the water transmittance. The proposed device allows to separately determine the linear and nonlinear components of the radiation, highlight the reasons for the decrease in intensity and more reliably measure the average intensity of UV radiation.

Определение средней интенсивности УФ излучения осуществляется по показаниям измерений интенсивности двух фотоприемников, один из которых (P1) расположен в части чехла с диаметром 20 мм, а другой (P2) - с диаметром 38 мм. Толщина прослойки воды, через которую проходит УФ излучение, определяется расстоянием между чехлами ламп и соответственно составляет L = 51 мм для P1 и L = 42 мм для P2. The average UV radiation intensity is determined from the readings of the intensity measurements of two photodetectors, one of which (P1) is located in the part of the case with a diameter of 20 mm and the other (P2) with a diameter of 38 mm. The thickness of the water layer through which the UV radiation passes is determined by the distance between the lamp covers and, accordingly, is L = 51 mm for P1 and L = 42 mm for P2.

Вначале, по отношению показаний интенсивности определяют коэффициент пропускания воды и соответственно нелинейную составляющую интенсивности. Затем из абсолютных показаний датчиков исключают расчетную нелинейную составляющую и определяют линейную составляющую. По обеим составляющим определяется средняя интенсивность УФ излучения в установке, а с учетом расхода воды и реальная доза облучения. First, the transmittance of water and, accordingly, the nonlinear component of intensity are determined from the ratio of the readings of the intensity. Then, the calculated nonlinear component is excluded from the absolute readings of the sensors and the linear component is determined. Both components determine the average intensity of UV radiation in the installation, and taking into account the flow of water and the real dose of radiation.

Калибровку фотоприемников осуществляют сразу после промывки установки. В блок обработки сигнала вносятся показания фотоприемников и текущий коэффициент пропускания воды. Полученные значения указанных параметров принимают за начальные и все дальнейшие измерения проводят относительно этих начальных показаний. Calibration of photodetectors is carried out immediately after flushing the installation. In the signal processing unit, the readings of the photodetectors and the current transmittance of water are entered. The obtained values of these parameters are taken as initial and all further measurements are carried out relative to these initial readings.

Результаты измерений представлены в виде графических зависимостей, показанных на фиг. 2, 3 и 4. The measurement results are presented in the form of graphical dependencies shown in FIG. 2, 3 and 4.

На фиг. 2 представлена временная зависимость изменения интенсивности УФ излучения на фотоприемниках. In FIG. Figure 2 shows the time dependence of changes in the intensity of UV radiation at photodetectors.

На фиг. 3 представлена расчетная зависимость коэффициента пропускания воды от времени. In FIG. Figure 3 shows the calculated time transmittance of water.

На фиг. 4 представлена расчетная зависимость загрязнения ламповых чехлов и изменения светоотдачи ламп от времени (в процентах). In FIG. Figure 4 shows the calculated dependence of the pollution of lamp covers and changes in light output of lamps on time (in percent).

Таким образом, при помощи патентуемого устройства можно достоверно контролировать такие важнейшие параметры процесса дезинфекции жидкости, как доза облучения, степень загрязнения ламповых чехлов, уменьшение светоотдачи ламп и коэффициент прозрачности жидкости непосредственно в рабочих условиях. Устройство можно использовать в многоламповых системах и оперативно размещать в любой точке ламповой зоны без дополнительных технологических затрат. Thus, with the help of a patented device, it is possible to reliably control such important parameters of the liquid disinfection process as the radiation dose, the degree of contamination of the lamp covers, the decrease in the light output of the lamps, and the liquid transparency coefficient directly under the operating conditions. The device can be used in multi-tube systems and quickly placed anywhere in the lamp zone without additional technological costs.

Claims

A device for monitoring the parameters of a liquid disinfection process using UV radiation sources, containing two 254 nm radiation-sensitive photodetectors aimed at the same radiation source located at different distances from it and electrically connected to signal and power processing units, characterized in that the photodetectors are enclosed in a cylindrical case made of two parts and of a material transparent to UV radiation, the diameter of one of the parts differs from the diameter of the other, and the photodetectors located in parts with different diameters.