RU2233243C1

RU2233243C1 - Method and device for disinfecting liquids with ultraviolet radiation

Info

Publication number: RU2233243C1
Application number: RU2002135313/15A
Authority: RU
Inventors: Роберт М. ЛАНТИС (US); Роберт М. ЛАНТИС
Original assignee: Лайтстрим Текнолоджиз, Инк.
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2004-07-27
Also published as: ZA200205034B

Abstract

FIELD: treatment of waste water.

SUBSTANCE: method includes the use of pulses of ultraviolet radiation in the automatic pumping system which controls flow rate and radiation power in each rector module in real time. The state of initial water is adjusted to the radiation dose necessary for the production of water with a required purification quality.

EFFECT: enhanced efficiency of purification.

26 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к способу и устройству для обеззараживания жидкостей, а более точно к способу и устройству для обеззараживания жидкостей, в том числе сточных вод, с помощью импульсов ультрафиолетового (УФ) излучения переменной длительности.The invention relates to a method and apparatus for disinfecting liquids, and more specifically, to a method and apparatus for disinfecting liquids, including wastewater, using pulses of ultraviolet (UV) radiation of variable duration.

За последнее столетие запасы недорогой, пригодной для использования воды значительно сократились. В связи с ростом населения и загрязнения окружающей среды ожидается резкое увеличение потребления водных ресурсов. Во всем мире промышленность и правительства тратят все больше усилий для создания современных водоочистных сооружений, которые отвечают потребностям общества, и устанавливают строгие нормативы, необходимые для создания более чистой окружающей среды. Потребность в экономичной, экологически приемлемой промышленной очистке сточных вод быстро приближается к критической точке.Over the past century, the supply of inexpensive, usable water has been significantly reduced. Due to population growth and environmental pollution, a sharp increase in water consumption is expected. All over the world, industry and governments are spending more and more efforts to create modern wastewater treatment plants that meet the needs of society and set strict standards necessary to create a cleaner environment. The need for economical, environmentally sound industrial wastewater treatment is rapidly approaching a critical point.

Сточные воды (включая промышленные и муниципальные сточные воды) часто содержат загрязнения, например микроорганизмы и токсичные органические соединения, которые могут представлять опасность при последующем использовании воды. В сточных водах нередко можно обнаружить бактерии, споры, дрожжи или грибки, водоросли и т.д., а также вирусы и бактериофаги. Среди токсичных органических соединений, часто встречающихся в сточных водах, можно указать канцерогенные ароматические соединения и многочисленные соединения галогенов, в частности соединения хлора, например хлорированные фенолы и т.д.Wastewater (including industrial and municipal wastewater) often contains contaminants, such as microorganisms and toxic organic compounds, which can be hazardous with subsequent use of water. In wastewater, bacteria, spores, yeast or fungi, algae, etc., as well as viruses and bacteriophages can often be found. Among the toxic organic compounds often found in wastewater, carcinogenic aromatic compounds and numerous halogen compounds, in particular chlorine compounds, for example chlorinated phenols, etc. can be mentioned.

Известны разнообразные методы дезинфекции сточных вод, в том числе с использованием химических или физических реагентов, механических средств и УФ-излучения. Традиционный метод дезинфекции предусматривает применение химических реагентов, в частности хлора. Хотя применение хлорной дезинфекции в Соединенных Штатах позволило на протяжении многих лет значительно снизить заболеваемость от водной инфекции, растущее беспокойство по поводу безопасности хлорирования и его влияния на окружающую среду побудило службы очистки сточных вод рассмотреть возможности применения других методов дезинфекции.A variety of wastewater disinfection methods are known, including using chemical or physical reagents, mechanical means and UV radiation. The traditional method of disinfection involves the use of chemicals, in particular chlorine. Although the use of chlorine disinfection in the United States has significantly reduced the incidence of waterborne infections over the years, a growing concern about the safety of chlorination and its environmental impact has prompted wastewater treatment services to consider using other disinfection methods.

Наиболее перспективной альтернативой хлорной дезинфекции является ультрафиолетовая (УФ) дезинфекция.The most promising alternative to chlorine disinfection is ultraviolet (UV) disinfection.

УФ-излучение может вызывать фотодиссоциацию органических токсинов за счет разрушения химических связей. Конкретное вещество имеет характерную кривую фотодиссоциации, которая определяет энергии и длины волны УФ-излучения, при которых данное вещество претерпевает фотодиссоциацию. Для эффективной фотодиссоциации необходима определенная энергия или энергии УФ-излучения, соответствующие кривой фотодиссоциации нужного вещества.UV radiation can cause the photodissociation of organic toxins due to the destruction of chemical bonds. A particular substance has a characteristic photodissociation curve that determines the energy and wavelength of UV radiation at which the substance undergoes photodissociation. For effective photodissociation, a certain energy or the energy of UV radiation is required, corresponding to the photodissociation curve of the desired substance.

Что касается микроорганизмов, дезинфекция осуществляется за счет взаимодействия УФ-света с молекулами дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которых хранится генетическая информация для репликации клеток. Под действием света между соседними подгруппами в структуре ДНК образуются двойные связи, препятствующие нормальной репликации молекул ДНК, что приводит к инактивации микроорганизма.As for microorganisms, disinfection is carried out through the interaction of UV light with molecules of deoxyribonucleic acid (DNA), which stores genetic information for cell replication. Under the influence of light between neighboring subgroups, double bonds are formed in the DNA structure that impede normal replication of DNA molecules, which leads to inactivation of the microorganism.

Известно также, что импульсные УФ-лампы могут вырабатывать импульсы высокой мощности, которые эффективны для различных применений фотодиссоциации, включая дезинфекцию и очистку жидкостей.It is also known that flash UV lamps can produce high power pulses that are effective for various photodissociation applications, including disinfection and cleaning of liquids.

Использование ультрафиолетового излучения для уничтожения микроорганизмов и/или фотодиссоциации органических соединений в сточных водах раскрыто, например, в патентах США №№4661264, 4816145, 5144146, 4400270, 4336223, 5368826, 4464336, 5230792, 5547590, 5900211, 1670217, 2338388, 4769131, 5504335, 4296066, 4317041, 5768853, 5597482, 5322569, 5536395, 5915161, 5208461, 5364645, 5925885, 5503800, 3485576, 3814680, 3637342, 3924139, 4103167 и 4767932, 4204956, 4471225, 4621195, 4676896, 4909931, 5624573, 5626768, 5660719, 5725757, 5738780, 4757205, 5290439, 5925240, 4880512, 4246101, 5151252, 4274970, 4230571, 4304996, 5480562. См. также Legan, R.W., “Ultraviolet Light Takes on CPI Role”, Chemical Engineering, стр. 95-100 от 22 января 1982 г.The use of ultraviolet radiation to kill microorganisms and / or the photodissociation of organic compounds in wastewater is disclosed, for example, in US Pat. 5504335; 4296066; 4317041; 5768853; 5597482; 5322569; 5536395; 5915161; 5208461; 5364645; 5660719, 5725757, 5738780, 4757205, 5290439, 5925240, 4880512, 4246101, 5151252, 4274970, 4230571, 4304996, 5480562. See also Legan, RW, “Ultraviolet Light Takes on CPI Role”, Chemical Engineering, pp. 95-1-100-1. January 22, 1982

Есть еще одна статья по этой тематике: Hanzon, B.D., Vigilia, Rudy, “Just the Facts: UV Disinfection”, Water Environment & Technology Magazine, ноябрь 1999 г.There is another article on this subject: Hanzon, B.D., Vigilia, Rudy, “Just the Facts: UV Disinfection”, Water Environment & Technology Magazine, November 1999.

Весьма желательно направлять УФ-излучение на мишень таким образом, чтобы одновременно обеспечивать высокую эффективность процесса, экономичность и возможность применять его всякий раз при всех необходимых расходах жидкости. Чрезмерная дозировка УФ приводит к излишним затратам, а недостаточная дозировка УФ связана с опасностью.It is highly desirable to direct UV radiation to the target in such a way as to simultaneously ensure high process efficiency, economy and the ability to apply it every time for all necessary fluid flow rates. Excessive dosage of UV leads to unnecessary costs, and an insufficient dosage of UV is associated with danger.

Идеальная система дезинфекции воды УФ-излучением обладает рядом преимуществ.An ideal UV water disinfection system has several advantages.

Например, идеальная система дезинфекции воды УФ-излучением позволяет точно дозировать УФ всякий раз (в реальном времени), а не иногда, или, по большей части, вне зависимости от уровня пропускания УФ неочищенной жидкостью или колебаний давления или расхода неочищенной жидкости.For example, an ideal UV water disinfection system allows you to accurately dose UV every time (in real time), and not sometimes, or, for the most part, regardless of the level of UV transmission by the crude liquid or pressure fluctuations or the flow rate of the crude liquid.

Кроме того, идеальная система дезинфекции воды УФ-излучением дополнительно может подтверждать правильность рабочих параметров. Например, система обеспечивает активную, управляемую в режиме реального времени обратную связь по уровню выхода базовой линии УФ-лампы и по коэффициенту пропускания УФ и расходу неочищенной жидкости. Благодаря обратной связи система может динамически и в широком диапазоне реагировать, регулируя в режиме реального времени выходную мощность УФ-света и расход неочищенной жидкости.In addition, an ideal UV water disinfection system can additionally confirm the correct operating parameters. For example, the system provides active, real-time, controlled feedback on the output level of the base line of the UV lamp and on the UV transmittance and the flow rate of the crude liquid. Thanks to the feedback, the system can dynamically and in a wide range respond by adjusting in real time the output power of UV light and the flow rate of untreated liquid.

Идеальная система УФ-дезинфекции также обладает автоматической компенсационной адаптивностью к любому отклонению от заданных рабочих параметров в одной или нескольких секциях УФ-реактора, используемого в системе, что позволяет системе активно в режиме реального времени реагировать на такие отклонения и обеспечивать правильное протекание процесса, например, не выпуская очищенную жидкость, не соответствующую нормативам.An ideal UV disinfection system also has automatic compensatory adaptability to any deviation from specified operating parameters in one or more sections of the UV reactor used in the system, which allows the system to actively respond to such deviations in real time and ensure the correct process, for example, not releasing purified liquid that does not comply with the standards.

Были предприняты попытки разработать систему УФ-дезинфекции с усовершенствованной регулировкой дозирования. Подобные системы раскрыты, например, в патентах США №№4317041, 4336223, 5144146, 5208461, 5364645, 5547590 и 5925885. Однако известные системы не обладают всеми желаемыми характеристиками, присущими идеальной системе УФ-дезинфекции. Недостатки таких систем можно обобщить, сгруппировав их следующим образом.Attempts have been made to develop a UV disinfection system with improved dosage control. Such systems are disclosed, for example, in US patent No. 4317041, 4336223, 5144146, 5208461, 5364645, 5547590 and 5925885. However, known systems do not have all the desired characteristics inherent in an ideal UV disinfection system. The disadvantages of such systems can be generalized by grouping them as follows.

Например, один недостаток известных систем УФ-дезинфекции состоит в использовании ламп непрерывного действия. Большинство ламп непрерывного действия требуют времени для разогрева перед работой. Кроме того, большинство ламп непрерывного действия портятся от постоянного включения и выключения, происходит чрезмерное засорение кожуха, не работают эффективно в широком диапазоне выходной мощности.For example, one drawback of known UV disinfection systems is the use of continuous lamps. Most continuous lamps require time to warm up before use. In addition, most continuous lamps deteriorate from constant on and off, excessive clogging of the casing occurs, and do not work effectively in a wide range of output power.

Другой недостаток известных систем УФ-дезинфекции состоит в использовании УФ-ламп, расположенных большими батареями, образующими единый реактор. При такой компоновке ламп, образующих единый реактор, случайные колебания интенсивности УФ от лампы к лампе в широких пределах могут приводить к существенным изменениям дозировки на разных участках такого реактора. Еще важнее то, что практически невозможно точно контролировать выходную мощность на базовой линии каждой лампы, поскольку для этого каждую лампу нужно снабдить отдельным детектором УФ. Поэтому выход УФ и, соответственно, производительность такого реактора можно оценивать лишь в отдельных контрольных точках, которые позволяют судить о состоянии отдельных небольших участков реактора. Производительность каждой отдельной лампы не поддается оценке.Another disadvantage of the known UV disinfection systems is the use of UV lamps arranged in large batteries forming a single reactor. With this arrangement of lamps forming a single reactor, random fluctuations in UV intensity from lamp to lamp over a wide range can lead to significant changes in dosage in different parts of such a reactor. More importantly, it is practically impossible to precisely control the output power on the baseline of each lamp, because for this each lamp needs to be equipped with a separate UV detector. Therefore, the UV yield and, accordingly, the productivity of such a reactor can only be assessed at separate control points, which make it possible to judge the state of individual small sections of the reactor. The performance of each individual lamp is not measurable.

Еще один недостаток известных систем УФ-дезинфекции состоит в использовании пассивных устройств регулирования расхода (например: водосливов, задвижек, клапанов и т.п.) и безнапорного потока. Регулирование расхода в таких системах сводится к ограничению максимально возможного расхода жидкости в реакторах, используемых в этих системах. Потери гидростатического напора перекрывают расчетные параметры, что ограничивает производительность реактора. Регулирование расхода осуществляется сравнительно медленно, и, кроме того, регулирование расхода в одном из реакторов может приводить к нежелательному изменению расхода в соседних реакторах.Another disadvantage of the known UV disinfection systems is the use of passive flow control devices (for example: weirs, valves, valves, etc.) and pressureless flow. Flow control in such systems comes down to limiting the maximum possible fluid flow in the reactors used in these systems. The loss of hydrostatic pressure overlaps the design parameters, which limits the performance of the reactor. Flow control is relatively slow, and in addition, flow control in one of the reactors can lead to an undesirable change in flow in neighboring reactors.

Известные системы дезинфекции не являются действительно активными, работающими в режиме реального времени или независимыми, они зависят от медленно действующих, пассивных средств контроля и регулирования рабочих параметров. В таких системах множество реакторов, образующих промышленную установку, взаимодействуют между собой, из-за чего их рабочие параметры сильно зависят друг от друга. Эти системы не допускают точного дозирования УФ и не способны регулировать параметры в порядке оптимизации эффективности.Known disinfection systems are not really active, working in real time or independent, they depend on slow-acting, passive means of control and regulation of operating parameters. In such systems, many reactors forming an industrial plant interact with each other, because of which their operating parameters are highly dependent on each other. These systems do not allow accurate UV dosing and are not able to adjust parameters in order to optimize efficiency.

Потребности водного хозяйства и водоочистки в повышении эффективности систем и снижении общих эксплуатационных затрат заставляют усовершенствовать традиционные системы УФ-дезинфекции.The needs of water management and water treatment to increase the efficiency of systems and reduce overall operating costs force the improvement of traditional UV disinfection systems.

На фиг.1 представлена известная система УФ-обеззараживания.Figure 1 presents the known system of UV disinfection.

Согласно известному способу обеззараживания воды с помощью УФ-излучения для перемещения воды, подлежащей очистке, используют канал или резервуар 2 неочищенной жидкости. Несколько трубопроводов 4 неочищенной жидкости связаны с резервуаром 2. Подпотоки (не показаны) воды проходят через трубопроводы 4 неочищенной жидкости в указанных стрелками направлениях. Трубопроводы 4 содержат безнапорные водосливы или задвижки 6, обеспечивающие механическую регулировку расхода. Из трубопроводов 4 подпотоки неочищенной воды текут в указанных направлениях, проходя через батареи 8 импульсных УФ-ламп. Подпотоки очищенной воды, облученные ультрафиолетовым светом, излучаемым батареями 8 импульсных ламп, текут через трубопроводы 10 очищенной жидкости, которые также содержат водосливы или задвижки 6. Из трубопроводов 10 подпотоки очищенной жидкости поступают в канал или резервуар 12 очищенной жидкости, откуда очищенную жидкость можно отбирать и доставлять по назначению. В резервуаре 2 неочищенной жидкости, в батареях 8 импульсных УФ-ламп и в резервуаре 12 очищенной жидкости размещены расходомеры 16. Внутри резервуара 2 неочищенной жидкости размещен также датчик мутности 17. Способ дополнительно предусматривает применение системы 18 управления.According to a known method of disinfecting water using UV radiation, a channel or reservoir 2 of untreated liquid is used to move the water to be purified. Several crude liquid pipelines 4 are connected to the reservoir 2. Water flows (not shown) pass through the raw liquid pipelines 4 in the directions indicated by arrows. Pipelines 4 contain pressureless spills or valves 6, providing mechanical flow control. From pipelines 4, untreated water substreams flow in the indicated directions, passing through 8 batteries of flash UV lamps. The purified water substrates irradiated with ultraviolet light emitted by the batteries of 8 flash lamps flow through the purified liquid pipelines 10, which also contain weirs or gate valves 6. From the pipelines 10, the purified liquid substreams flow into the channel or reservoir 12 of the purified liquid, from which the purified liquid can be removed and deliver as directed. In the tank 2 of the raw liquid, in the batteries 8 of the pulsed UV lamps and in the tank 12 of the cleaned liquid, flow meters 16 are located. Inside the tank 2 of the raw liquid is also placed a turbidity sensor 17. The method further comprises applying a control system 18.

Недостатком известной системы является использование пассивных механических средств регулировки расхода, т.е. водосливов или задвижек 6, для которых характерны высокая стоимость, громоздкость, медленное регулирование и ограниченные пропускная способность и/или пределы регулирования. Средства регулирования обычно работают в сочетании со вспомогательными батареями УФ-ламп непрерывного действия (в отличие от импульсных), которые либо оставляют в ряду, либо удаляют по необходимости. Система обычно работает по принципу безнапорного потока, вследствие чего оказывается весьма чувствительной к потере гидростатического напора. Несмотря на теоретические возможности такой системы на практике эти возможности регулирования расхода весьма ограничены. Любая попытка регулирования потока в одной батарее ламп, канале или трубопроводе путем регулирования выхода лампы и/или температуры лампы, пропускания УФ, уровней загрязнения или расхода неочищенной жидкости может неблагоприятно повлиять на расход и производительность УФ-реактора в других ветвях системы. Эта межреакторная зависимость дополнительно ограничивает диапазон условий эксплуатации. Для ввода таких систем в эксплуатацию требуются масштабные строительные работы и модификация водоочистных сооружений, а также долгосрочная программа пусконаладочных работ.A disadvantage of the known system is the use of passive mechanical means of flow control, i.e. spillways or gate valves 6, which are characterized by high cost, bulkyness, slow regulation and limited throughput and / or regulation limits. Controls usually work in conjunction with auxiliary batteries of continuous UV lamps (as opposed to pulsed ones), which are either left in a row or removed as necessary. The system usually operates on the principle of a free flow, which makes it very sensitive to the loss of hydrostatic pressure. Despite the theoretical capabilities of such a system, in practice, these flow control options are very limited. Any attempt to regulate the flow in one lamp battery, channel or pipe by controlling the lamp output and / or lamp temperature, UV transmission, pollution levels or the flow rate of crude liquid can adversely affect the flow and performance of the UV reactor in other branches of the system. This interreactor dependence further limits the range of operating conditions. The commissioning of such systems requires large-scale construction work and modification of water treatment facilities, as well as a long-term commissioning program.

Задачей настоящего изобретения является создание надежной и экономичной системы, т.е. способа и устройства для бесхимикатного обеззараживания воды, в том числе сточных вод, которая способна быстро регулировать выходную мощность УФ-реакторов в широких пределах и, таким образом, быстро регулировать дозирование УФ по мере необходимости.An object of the present invention is to provide a reliable and economical system, i.e. a method and device for chemical-free disinfection of water, including wastewater, which is able to quickly adjust the output power of UV reactors over a wide range and, thus, quickly adjust the dosage of UV as necessary.

Еще одной задачей изобретения является создание системы обеззараживания УФ-излучением, в которой используется один источник УФ-излучения в каждом УФ-реакторе, что позволяет однозначно и точно оценивать производительность реактора на основании производительности одного источника УФ-излучения.Another objective of the invention is the creation of a UV disinfection system that uses one source of UV radiation in each UV reactor, which allows you to uniquely and accurately evaluate the performance of the reactor based on the performance of one source of UV radiation.

Другой задачей изобретения является создание системы обеззараживания УФ-излучением, в которой в каждом УФ-реакторе в любой момент времени можно точно определить выход УФ-излучения на базовой линии каждого источника УФ-излучения и фактическое пропускание УФ-излучения.Another objective of the invention is the creation of a UV disinfection system in which in each UV reactor at any time it is possible to accurately determine the yield of UV radiation on the baseline of each source of UV radiation and the actual transmission of UV radiation.

Еще одной задачей изобретения является создание системы обеззараживания УФ-излучением, в которой в каждом УФ-реакторе можно управлять расходом неочищенной жидкости в соответствии с командами, быстро и точно регулировать рабочие параметры в очень широких пределах, причем реакторы отличаются нулевыми потерями гидростатического напора, и, кроме того, вышеупомянутые операции можно осуществлять на каждом УФ-реакторе независимо и не влияя на другие УФ-реакторы, причем система содержит средства контроля и обратной связи, позволяющие активно в режиме реального времени оптимизировать рабочие параметры каждого из УФ-реакторов, образующих систему, полностью независимо от других реакторов и точно и без сбоев оптимизировать дозу УФ во всем диапазоне условий эксплуатации, с которыми обычно приходится сталкиваться крупномасштабным применениям УФ-фотодиссоциации.Another objective of the invention is the creation of a UV disinfection system in which in each UV reactor it is possible to control the flow of untreated liquid in accordance with the commands, quickly and accurately control the operating parameters within a very wide range, and the reactors are characterized by zero loss of hydrostatic pressure, and, in addition, the aforementioned operations can be carried out at each UV reactor independently and without affecting other UV reactors, moreover, the system contains monitoring and feedback means that allow active in real time, optimize the operating parameters of each of the UV reactors that make up the system, completely independently of other reactors, and accurately and without failures, optimize the UV dose over the entire range of operating conditions that large-scale UV photodissociation applications typically encounter.

Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention

Поставленные задачи решаются путем создания системы обеззараживания УФ-излучением, которая уничтожает микроорганизмы и подвергает фотодиссоциации органические загрязнения в жидкостях, например в воде и сточных водах. В системе обеззараживания, согласно настоящему изобретению, используются импульсы УФ-излучения переменной длительности в автоматической конфигурации, которая раздельно и в режиме реального времени регулирует каждый модуль реактора в отношении расхода жидкости и мощности УФ (средней и пиковой интенсивности), чтобы работать в широком диапазоне изменяющихся условий неочищенной жидкости, обеспечивая на выходе качество жидкости, необходимое оператору. Управление процессом осуществляется на основе системы обратной связи по пропусканию УФ и действительно активной и независимой регулировки каждого модуля УФ-реактора.The tasks are solved by creating a UV disinfection system that destroys microorganisms and exposes organic pollutants to liquids, for example, water and wastewater, in photodissociation. The disinfection system according to the present invention uses pulses of UV radiation of variable duration in an automatic configuration that separately and in real time adjusts each module of the reactor with respect to liquid flow and UV power (medium and peak intensities) to operate in a wide range of varying untreated liquid conditions, providing the liquid quality required by the operator at the outlet. The process control is based on a feedback system for UV transmission and truly active and independent adjustment of each module of the UV reactor.

Согласно изобретению, предложены способ и устройство обеззараживания жидкостей УФ-излучением, например воды и сточных вод, зараженных микроорганизмами и/или загрязненных органическими соединениями, чувствительными к УФ.According to the invention, a method and apparatus for disinfecting liquids with UV radiation, for example, water and wastewater contaminated with microorganisms and / or contaminated with UV-sensitive organic compounds, is provided.

Устройство, согласно изобретению, содержит один модуль УФ-реактора или несколько модулей УФ-ректора, каждый из которых содержит трубопровод неочищенной жидкости;The device according to the invention comprises one UV reactor module or several UV reactor modules, each of which contains a crude liquid pipe;

насос переменной скорости, расположенный в трубопроводе неочищенной жидкости, скорость вращения которого определяется сигналом управления скоростью насоса;a variable speed pump located in the pipeline of the crude liquid, the rotation speed of which is determined by the pump speed control signal;

УФ-реактор, расположенный в трубопроводе неочищенной жидкости после насоса переменной скорости, причем УФ-реактор имеет внутреннюю камеру, содержащуюUV reactor located in the pipeline of the crude liquid after the variable speed pump, moreover, the UV reactor has an inner chamber containing

канал реактора, имеющий вход и выход, расположенный после трубопровода неочищенной жидкости и связанный с ним;a reactor channel having an inlet and an outlet located after the crude liquid pipe and connected with it;

импульсную УФ-лампу, расположенную в канале реактора и способную испускать один или несколько импульсов ультрафиолетового излучения с длиной волны в диапазоне UV-C, предпочтительно, от 200 до 300 нанометров, причем интенсивность и длительность одного или нескольких импульсов УФ определяется сигналом управления выходом лампы;a pulsed UV lamp located in the reactor channel and capable of emitting one or more pulses of ultraviolet radiation with a wavelength in the UV-C range, preferably from 200 to 300 nanometers, the intensity and duration of one or more UV pulses being determined by the lamp output control signal;

по меньшей мере один детектор пропускания УФ, расположенный в канале реактора в том месте, где можно измерять коэффициент пропускания УФ-участка потока жидкости, проходящего вблизи места размещения детектора, причем выходной сигнал детектора указывает измеренный коэффициент пропускания УФ,at least one UV transmittance detector located in the reactor channel at the point where the transmittance of the UV portion of the liquid flow passing near the detector location can be measured, the output signal of the detector indicating the measured UV transmittance,

устройство содержит также модуль общего управления системой, имеющий независимую электрическую связь с каждым модулем УФ-реактора и предназначенный для генерирования сигнала управления скоростью насоса и сигнала управления выходом лампы и приема выходного сигнала коэффициента пропускания УФ, а также генерирования дополнительных сигналов управления скоростью насоса и сигналов управления выходом лампы в соответствии с сигналом коэффициента пропускания УФ, чтобы последующие участки потока, облучаемые одним или несколькими импульсами ультрафиолетового излучения, получали надлежащую дозу УФ.the device also contains a general system control module having independent electrical communication with each module of the UV reactor and designed to generate a pump speed control signal and a lamp output control signal and receive the UV transmittance output signal, as well as generate additional pump speed control signals and control signals the output of the lamp in accordance with the UV transmittance signal so that subsequent sections of the flux irradiated by one or more pulses and ultraviolet radiation, received the proper dose of UV.

В предпочтительном варианте осуществления устройства, согласно изобретению, каждый модуль УФ-реактора дополнительно содержит блок управления реактором на основе микропроцессора (например программируемый логический контроллер (ПЛК), микрокомпьютер, специализированную плату с логическими схемами), электрически связанный с модулем общего управления системой и с насосом переменной скорости, импульсную УФ-лампу и детектор пропускания УФ-модуля реактора.In a preferred embodiment of the device according to the invention, each UV reactor module further comprises a microprocessor-based reactor control unit (for example, a programmable logic controller (PLC), a microcomputer, a specialized circuit board with logic circuits) electrically connected to the general system control module and to the pump variable speed, a pulsed UV lamp and a detector for transmitting the UV module of the reactor.

Способ, согласно изобретению, заключается в том, чтоThe method according to the invention is that

1) используют устройство, согласно изобретению, причем модуль управления предварительно программируют на подачу первого сигнала управления скоростью насоса на насос каждого модуля УФ-реактора, чтобы обеспечить скорость вращения насоса, достаточную для обеспечения заранее определенного первого расхода через трубопровод неочищенной жидкости и канал реактора, при этом модуль управления предварительно программируют так, что по мере протекания потока жидкости через канал реактора модуль управления подает первый сигнал управления выходом лампы на импульсную УФ-лампу каждого модуля УФ-реактора, для обеспечения испускания импульсной лампой одного или нескольких импульсов ультрафиолетового излучения с заранее определенной первой интенсивностью УФ и с заранее определенной длительностью импульса, причем один или несколько импульсов ультрафиолетового излучения имеют длину волны в диапазоне UV-C, который обеспечивает уничтожение микроорганизмов и фотодиссоциацию органических соединений), предпочтительно от 200 до 300 нм;1) using the device according to the invention, the control module being pre-programmed to supply a first pump speed control signal to the pump of each UV reactor module to provide a pump rotation speed sufficient to provide a predetermined first flow rate through the crude liquid pipe and the reactor channel, the control module is pre-programmed so that as the fluid flows through the reactor channel, the control module supplies the first output control signal m of lamp per pulsed UV lamp of each module of the UV reactor, to ensure that the pulsed lamp emits one or more pulses of ultraviolet radiation with a predetermined first UV intensity and a predetermined pulse duration, wherein one or more pulses of ultraviolet radiation have a wavelength in the UV range -C, which provides for the destruction of microorganisms and the photodissociation of organic compounds), preferably from 200 to 300 nm;

2) направляют поток жидкости через трубопровод неочищенной жидкости, с заранее определенным первым расходом;2) direct the flow of liquid through the pipeline of the crude liquid, with a predetermined first flow rate;

3) направляют поток через канал реактора от входа к выходу, при этом поток проходит вблизи импульсной УФ-лампы и вблизи детектора пропускания УФ с определенным первым расходом, участок потока облучают одним или несколькими импульсами ультрафиолетового излучения импульсной УФ-лампой, в соответствии с первым сигналом управления выходом лампы, генерируемым модулем управления, детектором пропускания УФ измеряют коэффициент пропускания УФ-участка потока, проходящего вблизи детектора, и передают на модуль управления выходной сигнал коэффициента пропускания УФ, указывающий измеренный коэффициент пропускания УФ, причем модуль управления предварительно программируют на анализ сигнала коэффициента пропускания УФ, чтобы определять, получил ли участок потока, облученный одним или несколькими импульсами ультрафиолетового излучения, нужную дозу УФ, при этом, если участок потока не получил нужной дозы УФ, то модуль управления выдает или второй сигнал управления скоростью насоса для обеспечения второго расхода в трубопроводе неочищенной жидкости и канале реактора и/или второй сигнал управления выходом лампы для обеспечения испускания одного или нескольких импульсов ультрафиолетового света со второй интенсивностью УФ и/или второй длительностью импульса, причем второй расход и/или вторая интенсивность УФ и/или вторая длительность импульса таковы, что последующие участки потока, облученные одним или несколькими импульсами ультрафиолетового излучения, получают нужную дозу УФ.3) direct the flow through the reactor channel from the entrance to the exit, while the flow passes near the pulsed UV lamp and near the UV transmission detector with a certain first flow rate, the flow section is irradiated with one or more pulses of ultraviolet radiation by a pulsed UV lamp, in accordance with the first signal control the lamp output generated by the control module, the UV transmittance detector, measure the transmittance of the UV portion of the stream passing near the detector, and transmit the coefficient output signal to the control module a UV transmittance indicating the measured UV transmittance, the control module being pre-programmed to analyze the UV transmittance signal to determine if the portion of the stream irradiated with one or more pulses of ultraviolet radiation received the desired dose of UV, while if the portion of the stream did not receive of the required dose of UV, the control module provides either a second pump speed control signal to provide a second flow rate in the crude liquid pipe and the reactor channel and / or the second a lamp exit control signal for emitting one or more pulses of ultraviolet light with a second UV intensity and / or a second pulse duration, wherein the second flow rate and / or the second UV intensity and / or the second pulse duration are such that subsequent portions of the stream irradiated by one or more pulses of ultraviolet radiation, get the right dose of UV.

Устройство, согласно настоящему изобретению, может содержать один модуль УФ-реактора или несколько модулей УФ-реактора. Предпочтительно устройство содержит несколько модулей УФ-реактора, размещенных по параллельной схеме или по последовательной схеме, предпочтительно по параллельной схеме.The device according to the present invention may comprise one UV reactor module or several UV reactor modules. Preferably, the device comprises several UV reactor modules arranged in parallel or in series, preferably in parallel.

Устройство и способ, согласно изобретению, обеспечивают надежную и экономичную систему бесхимикатного обеззараживания воды, сточных вод и других жидкостей, загрязненных субстанциями, чувствительными к УФ. Модуль общего управления системой, используемый в настоящем изобретении, раздельно и в режиме реального времени регулирует расход воды и/или выходную мощность УФ в каждом модуле реактора, что позволяет работать в широком диапазоне изменяющихся условий подачи неочищенной жидкости. Варианты осуществления устройства, согласно которым импульсная УФ-лампа размещена коаксиально по отношению к трубопроводу неочищенной жидкости и каналу реактора, упрощают облучение УФ и обеспечивают упрощенный подход для точного расчета производительности.The device and method according to the invention provide a reliable and economical system for the chemical-free disinfection of water, wastewater and other liquids contaminated with UV sensitive substances. The general system control module used in the present invention separately and in real time controls the water flow rate and / or UV output power in each reactor module, which allows operating in a wide range of changing conditions for the supply of crude liquid. Embodiments of the device, according to which a pulsed UV lamp is placed coaxially with respect to the crude liquid pipe and the reactor channel, simplify UV irradiation and provide a simplified approach for accurate performance calculation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которыхThe invention is further explained in the description of the preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which

фиг.1 изображает известную систему обеззараживания УФ-излучением для использования в крупномасштабных установках с высокой пропускной способностью;figure 1 depicts a well-known UV disinfection system for use in large-scale installations with high throughput;

фиг.2 изображает схему предпочтительного варианта осуществления устройства обеззараживания УФ-излучением согласно изобретению;2 is a diagram of a preferred embodiment of a UV disinfection apparatus according to the invention;

фиг.3 изображает подробную схему модуля УФ-реактора, используемого в системе, согласно изобретению;figure 3 depicts a detailed diagram of the module of the UV reactor used in the system according to the invention;

фиг.4 изображает схему альтернативного варианта осуществления модуля УФ-реактора, в котором модуль УФ-реактора содержит блок программируемого логического контроллера на основе микропроцессора согласно изобретению.4 is a diagram of an alternative embodiment of a UV reactor module in which the UV reactor module comprises a microprocessor-based programmable logic controller unit according to the invention.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Очистке подлежат жидкости, загрязненные микроорганизмами и органическими соединениями, чувствительными к УФ.Liquids contaminated with microorganisms and organic compounds that are sensitive to UV are subject to cleaning.

Термины “обеззараживание”, “обеззараживать” и “обеззараживающий” относятся к уничтожению микроорганизмов и фотодиссоциации органических соединений. Вышеупомянутые термины означают, что способ и устройство позволяют уничтожать существенную часть микроорганизмов, имеющихся в очищаемой жидкости, или препятствовать их воспроизводству и обеспечивают фотодиссоциацию существенной части органических токсичных соединений в очищаемой жидкости, в результате чего получают нетоксичные конечные продукты. Таким образом, термин “обеззараживание” включает в себя как фотодиссоциацию, так и химическую дезинфекцию.The terms “disinfecting”, “disinfecting” and “disinfecting” refer to the destruction of microorganisms and the photodissociation of organic compounds. The above terms mean that the method and device allows you to destroy a significant part of the microorganisms present in the liquid to be purified, or to prevent their reproduction and provide photodissociation of a substantial part of the organic toxic compounds in the liquid to be purified, resulting in non-toxic end products. Thus, the term “disinfection” includes both photodissociation and chemical disinfection.

Что касается жидкостей, очищаемых согласно заявленному способу, термин “загрязненная” означает, что жидкость содержит нежелательное количество микроорганизмов, чувствительных к УФ, и/или органических соединений.As for liquids being cleaned according to the claimed method, the term “contaminated” means that the liquid contains an undesirable amount of UV-sensitive microorganisms and / or organic compounds.

Термин “чувствительный к УФ” в отношении микроорганизмов и органических соединений, загрязняющих жидкость, означает, что микроорганизмы разрушаются, а органические соединения претерпевают фотодиссоциацию под действием УФ-излучения.The term “UV sensitive” to microorganisms and organic compounds contaminating a liquid means that microorganisms are destroyed and organic compounds undergo photodissociation under the influence of UV radiation.

В настоящем описании представлено обеззараживание сточных вод. Однако следует понимать, что данное изобретение можно использовать для обеззараживания других жидкостей.In the present description, disinfection of wastewater is provided. However, it should be understood that this invention can be used to disinfect other liquids.

В изобретении используют спектры излучения импульсных УФ-ламп в различных комбинациях средней и пиковой интенсивности. Предпочтительно, чтобы использовались импульсные лампы с диапазоном выходной мощности с коэффициентом 30 или более.The invention uses emission spectra of pulsed UV lamps in various combinations of medium and peak intensities. Preferably, flash lamps with a power output range with a coefficient of 30 or more are used.

Импульсные УФ-лампы, используемые в настоящем изобретении, способны испускать импульсы ультрафиолетового света высокой интенсивности и малой длительности. Импульсные газонаполненные импульсные лампы наподобие тех, что используются в настоящем изобретении, вырабатывают широкополосное излучение при прохождении через импульсную лампу импульса электрического тока, который ионизирует газ и порождает интенсивный импульс излучения с непрерывным и линейным спектром в широком диапазоне длин волны. В таких импульсных лампах обычно применяются инертные газы, например ксенон или криптон, поскольку они обеспечивают высокую эффективность преобразования электрической энергии в оптическую. В отдельных областях применения возможно или предпочтительно использовать другие газы или газовые смеси и газоразрядные системы.Pulsed UV lamps used in the present invention are capable of emitting pulses of ultraviolet light of high intensity and short duration. Gas-filled pulsed pulsed lamps, like those used in the present invention, generate broadband radiation when an electric current pulse passes through the pulsed lamp, which ionizes the gas and generates an intense radiation pulse with a continuous and linear spectrum in a wide wavelength range. Inert lamps, such as xenon or krypton, are usually used in such flash tubes, since they provide high efficiency for converting electrical energy into optical energy. In certain applications, it is possible or preferable to use other gases or gas mixtures and gas-discharge systems.

Импульсные УФ-лампы и соответствующие схемы формирования импульсов, используемые в настоящем изобретении, описаны, например, в патентах США №№4871559, 4910942 и 5034235.Pulsed UV lamps and corresponding pulse shaping circuits used in the present invention are described, for example, in US Pat. Nos. 4,871,559, 4,910,942 and 5,034,235.

Импульсные УФ-лампы, используемые в настоящем изобретении, способны излучать ультрафиолетовый свет, длина волны которого находится в диапазоне UV-C, предпочтительно от 200 до 300 нанометров (нм). УФ-излучение такой длины волны особенно эффективно для фотодезинфекции, поскольку микроорганизмы обладают максимальной чувствительностью в этом диапазоне.Pulsed UV lamps used in the present invention are capable of emitting ultraviolet light whose wavelength is in the UV-C range, preferably from 200 to 300 nanometers (nm). UV radiation of this wavelength is especially effective for photo-disinfection, since microorganisms have maximum sensitivity in this range.

Каждый из импульсов ультрафиолетового излучения высокой интенсивности и малой длительности, излучаемых импульсной УФ-лампой, предпочтительно имеет интенсивность, по меньшей мере, 0,01 джоуль на квадратный сантиметр, более предпочтительно, от 0,01 до 50 джоуль на квадратный сантиметр. Длительность каждого импульса, предпочтительно, составляет от 0,001 до 100 миллисекунд.Each of the high intensity and short duration ultraviolet pulses emitted by the UV pulsed lamp preferably has an intensity of at least 0.01 joules per square centimeter, more preferably from 0.01 to 50 joules per square centimeter. The duration of each pulse is preferably from 0.001 to 100 milliseconds.

Частота повторения импульсов излучения предпочтительно составляет от 0,5 до 30 герц.The pulse repetition rate of the radiation is preferably from 0.5 to 30 hertz.

Каждая импульсная лампа выдает в диапазоне UV-C примерно от 1 миллиона до 6 миллионов ватт пиковой мощности на импульс.Each flash lamp delivers approximately 1 million to 6 million watts of peak power per pulse in the UV-C range.

Каждая импульсная УФ-лампа заключена в водонепроницаемый защитный корпус, например прозрачную для УФ кварцевую трубку. Корпус (или кожух), сам по себе, является холодным, чтобы неорганические загрязнения не оседали на него.Each pulsed UV lamp is enclosed in a waterproof protective housing, such as a transparent quartz tube for UV. The case (or casing), in itself, is cold so that inorganic contaminants do not settle on it.

Модули реактора могут быть выполнены из металла, устойчивого к УФ, например из нержавеющей стали или других материалов, устойчивых к УФ.The reactor modules may be made of UV resistant metal, for example stainless steel or other UV resistant materials.

Преимущество перемещаемой, модульной конфигурации устройства, согласно изобретению, состоит в активном, независимом и точном регулировании расхода в режиме реального времени с помощью насосов для каждого модуля УФ-реактора, что позволяет работать в чрезвычайно широком диапазоне с минимальным воздействием на инфраструктуру очистных сооружений. Каждый модуль реактора содержит встроенный насос переменной скорости, предпочтительно поршневой насос, который обеспечивает точную индикацию расхода в режиме реального времени. Это обеспечивает не только возможность положительной отсечки, но также практический выходной диапазон в пределах значений коэффициента 15 или более. Эта методика сочетается с быстрым регулированием мощности УФ импульсных ламп с диапазоном выходной мощности с коэффициентом 30 или более. Такой способ позволяет регулировать расход в любом модуле УФ-реактора, не вызывая изменение расхода в другом модуле УФ-реактора. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что в устройстве, согласно настоящему изобретению, изменение расхода в каком-либо модуле УФ-реактора не приводит к необходимости снижения производительности ни одного другого модуля УФ-реактора. Поэтому все модули УФ-реактора, используемые в устройстве, способны независимо достигать оптимального дозирования УФ.An advantage of the movable, modular configuration of the device according to the invention is the active, independent and accurate control of flow in real time using pumps for each module of the UV reactor, which allows working in an extremely wide range with minimal impact on the treatment plant infrastructure. Each reactor module contains an integrated variable speed pump, preferably a piston pump, which provides an accurate indication of the flow rate in real time. This provides not only the possibility of a positive cut-off, but also a practical output range within the range of a factor of 15 or more. This technique is combined with fast power control for UV flash lamps with a power output range with a factor of 30 or more. This method allows you to adjust the flow in any module of the UV reactor without causing a change in flow in another module of the UV reactor. An advantage of the present invention is that in the device according to the present invention, a change in flow rate in any module of the UV reactor does not lead to the need to reduce the performance of any other module of the UV reactor. Therefore, all modules of the UV reactor used in the device are able to independently achieve optimal UV dosing.

Контроль и управление обеспечиваются интеллектуальной системой управления, т.е. модулем 28 управления (фиг.2 и 3) или модулем 28 управления совместно с блоком 62 ПЛК (фиг.4), которая вычисляет оптимальный режим работы для любого набора условий неочищенной жидкости, независимых условий работы модуля(ей) УФ-реактора и необходимых выходных условий очищенной жидкости. Система управления активно и независимо регулирует расход, выходную мощность УФ или оба эти параметра в каждом модуле УФ-реактора.Control and management are provided by an intelligent control system, i.e. control module 28 (FIGS. 2 and 3) or control module 28 in conjunction with PLC block 62 (FIG. 4), which calculates the optimal operating mode for any set of crude liquid conditions, independent operating conditions of the UV reactor module (s) and the required output conditions of the purified liquid. The control system actively and independently regulates the flow rate, the output power of the UV, or both of these parameters in each module of the UV reactor.

На фиг.2 показан предпочтительный вариант осуществления способа и устройства обеззараживания жидкостей с помощью ультрафиолетового излучения.Figure 2 shows a preferred embodiment of the method and device for the disinfection of liquids using ultraviolet radiation.

Устройство 20 (фиг.2) обеззараживания содержит канал или резервуар 22 неочищенной жидкости для удержания и/или перемещения неочищенной жидкости F, подлежащей обеззараживанию. В резервуаре 22 размещен датчик 24 уровня жидкости, подключенный к модулю 28 управления устройством на основе микропроцессора со встроенным программным обеспечением. Что касается модуля 28 управления, он управляет всеми модулями УФ-реактора. Сбоку к резервуару 22 подключен трубопровод 26 неочищенной жидкости, по которому поток F1 неочищенной жидкости F течет в указанном направлении. В соответствии с командами (сигналами), поступающими от модуля 28 управления по шине управления 30, поток F1 жидкости делится на подпотоки F2 жидкости, которые текут из трубопровода 26 в трубопроводы 32 неочищенной жидкости. По трубопроводам 32 подпотоки F2 текут в указанном направлении в параллельную структуру независимо регулируемых модулей 34 УФ-реактора. Заметим, что, хотя модули УФ-реактора размещены по параллельной схеме, модули УФ-реактора можно альтернативно размещать по последовательной схеме.The disinfection device 20 (FIG. 2) comprises a channel or a reservoir 22 of crude liquid for holding and / or moving the crude liquid F to be disinfected. A liquid level sensor 24 is located in the reservoir 22 and is connected to the microprocessor-based device control module 28 with integrated software. As for the control module 28, it controls all the modules of the UV reactor. On the side of the reservoir 22, a crude liquid conduit 26 is connected, through which the flow F1 of the crude fluid F flows in the indicated direction. In accordance with the commands (signals) received from the control unit 28 via the control bus 30, the liquid flow F1 is divided into liquid substreams F2, which flow from the pipe 26 to the raw liquid pipes 32. Through pipelines 32, the substreams F2 flow in the indicated direction into a parallel structure of independently adjustable UV reactor modules 34. Note that although the UV reactor modules are arranged in parallel, the UV reactor modules can alternatively be arranged in series.

Модулями 34 УФ-реактора можно управлять независимо. В модулях 34 (фиг.3) УФ-реактора подпотоки F2 подвергаются обработке ультрафиолетовыми лучами, которые уничтожают микроорганизмы и/или вызывают фотодиссоциацию токсичных органических соединений, присутствующих в подпотоках.Modules 34 of the UV reactor can be controlled independently. In modules 34 (FIG. 3) of the UV reactor, the F2 substreams are treated with ultraviolet rays that kill microorganisms and / or cause photodissociation of toxic organic compounds present in the substreams.

По завершении очистки подпотоков F2 в модулях 34 УФ-реактора полученные обеззараженные подпотоки Е2 вытекают из модулей 43 в указанном направлении и попадают в трубопроводы 36 очищенной жидкости. Подпотоки Е2 очищенной жидкости текут через трубопроводы 36 в трубопровод 38 очищенной жидкости, где подпотоки очищенной жидкости могут объединяться в единый поток Е1 очищенной жидкости. При желании поток очищенной жидкости можно потом транспортировать в указанном направлении в пункт 40 отбора очищенной жидкости, откуда очищенную жидкость Е можно отбирать и доставлять в пункт назначения.Upon completion of the cleaning of the substreams F2 in the modules 34 of the UV reactor, the obtained disinfected substreams E2 flow from the modules 43 in the indicated direction and enter the pipelines 36 of the purified liquid. The sub-streams E2 of the purified liquid flow through pipelines 36 to the pipe 38 of the purified liquid, where the sub-streams of the purified liquid can be combined into a single stream E1 of the purified liquid. If desired, the stream of purified liquid can then be transported in the indicated direction to point 40 for the selection of purified liquid, from where the purified liquid E can be taken and delivered to the destination.

Подпоток F2 неочищенной жидкости поступает в модуль 34 (фиг.3) УФ-реактора в указанном направлении через трубопровод 32 неочищенной жидкости. Подпоток F2, поступающий в модуль 34, имеет расход, зависящий от скорости вращения встроенного насоса 42 переменной скорости. Скорость вращения насоса 42 задается модулем управления 28 посредством шины 30 управления. Модуль 28 управления передает команду скорости вращения на насос 42 через контроллер 44 насоса переменной скорости. При расходе, установленном модулем 28 управления и выполняемом насосом 42, подпоток F2 проходит через трубопровод 46 в указанном направлении во внутреннюю камеру 48 УФ-реактора 50. Внутри камеры 48 УФ-реактора 50 коаксиально расположена линейная импульсная лампа 52, излучающая импульсный ультрафиолетовый свет в соответствии с командой (т.е. сигналом управления выходом лампы), выдаваемой модулем 28 управления и поступающей через шину 30 управления и схему 54 запуска импульсной лампы. Схема 54 запуска содержит цепь формирования импульсов (не показана) и источник питания (не показан). Подпоток F2 неочищенной жидкости наполняет камеру 48 снаружи импульсной лампы 52. На внутренней стенке 48а камеры 48 находится один или несколько детекторов 56 пропускания УФ, предпочтительно установленных в направлении линии прямого обзора импульсной лампы 52.The raw liquid substream F2 enters the module 34 (FIG. 3) of the UV reactor in the indicated direction through the raw liquid conduit 32. The substream F2 entering the module 34 has a flow rate depending on the rotation speed of the built-in variable speed pump 42. The rotation speed of the pump 42 is set by the control module 28 via the control bus 30. The control unit 28 transmits the rotation speed command to the pump 42 through the variable speed pump controller 44. At the flow rate set by the control unit 28 and executed by the pump 42, the substream F2 passes through the pipe 46 in the indicated direction to the inner chamber 48 of the UV reactor 50. A linear flash lamp 52 coaxially located inside the chamber 48 of the UV reactor 50 emits pulsed ultraviolet light in accordance with a command (i.e., a lamp output control signal) issued by the control unit 28 and supplied via the control bus 30 and the flash lamp start circuit 54. The trigger circuit 54 comprises a pulse shaping circuit (not shown) and a power source (not shown). The raw liquid substream F2 fills the chamber 48 outside of the flash lamp 52. On the inner wall 48a of the camera 48 is one or more UV transmittance detectors 56, preferably mounted in the direction of the forward line of sight of the flash lamp 52.

По команде модуля 28 управления, поступающей через соединитель 31 интерфейса модуль управления/реактор, схема 54 запуска импульсной лампы формирует посредством своей цепи формирования импульсов и посылает на импульсную лампу 52 короткий электрический импульс с высокой пиковой мощностью, который ионизует газ (например ксенон), содержащийся в импульсной лампе 52, с образованием высокотемпературной плазмы, которая испускает импульс УФ-излучения. Импульс УФ-излучения облучает наполненный жидкостью объем камеры 48 УФ-реактора 50. Это излучение частично поглощается компонентами подпотока F2, например взвешенными твердыми частицами и растворенными в воде веществами. Интегральная плотность потока УФ, воспринятая детектором(ами) 56 пропускания УФ, преобразуется интерфейсом 58 детектора в соответствующий сигнал, который поступает на модуль 28 управления по шине 30 управления. Модуль 28 управления анализирует сигнал, полученный от интерфейса 58 детектора, любым из нескольких приемлемых методов дифференциального измерения и выдает данные, представляющие “коэффициент пропускания УФ” того конкретного слоя (т.е. подпотока F2) неочищенной жидкости, который попал под действие данного импульса УФ-излучения.By the command of the control module 28, which is supplied through the control module / reactor interface connector 31, the flash lamp trigger circuit 54 generates a short electric pulse with high peak power, which ionizes the gas (e.g. xenon), contained in the pulse lamp circuit 52 and sends to the flash lamp 52 in a flash lamp 52, with the formation of a high-temperature plasma, which emits a pulse of UV radiation. A UV radiation pulse irradiates a liquid-filled volume of the chamber 48 of the UV reactor 50. This radiation is partially absorbed by the components of the sub-stream F2, for example, suspended solids and substances dissolved in water. The integrated UV flux density received by the UV transmit detector (s) 56 is converted by the detector interface 58 into a corresponding signal, which is supplied to the control module 28 via the control bus 30. The control unit 28 analyzes the signal received from the detector interface 58 with any of several suitable differential measurement methods and provides data representing the “UV transmittance” of that particular layer (i.e., the substream F2) of the crude liquid that has been exposed to this UV pulse -radiation.

При этом один импульс УФ-света также облучил большой процент микроорганизмов и/или органических соединений. На основании 1) объема камеры 48 УФ-реактора 50, 2) известной пиковой мощности УФ в расчете на импульс и 3) известного пропускания УФ для этого импульса, модуль 28 управления вычисляет дозу УФ (Дж_UV-C/м³), полученную камерой 48 от этого импульса УФ-излучения. Эта доза УФ не является повременной мощностью дозы, а дискретной величиной. Сравнивая единичную дозу УФ с нужной дозой, выбранной оператором, модуль 28 управления вычисляет количество импульсных доз УФ-излучения, необходимое для данного объема жидкости при данном расходе, и осуществляет эту операцию для каждого импульса. Модуль 28 управления может регулировать рабочие параметры в любой момент по мере необходимости.Moreover, a single pulse of UV light also irradiated a large percentage of microorganisms and / or organic compounds. Based on 1) the volume of the chamber 48 of the UV reactor 50, 2) the known peak UV power per pulse and 3) the known UV transmission for this pulse, the control unit 28 calculates the UV dose (J _UV-C / m ³ ) obtained by the camera 48 from this pulse of UV radiation. This UV dose is not a time-dependent dose rate, but a discrete value. Comparing a unit dose of UV with the desired dose selected by the operator, the control unit 28 calculates the number of pulsed doses of UV radiation needed for a given volume of liquid at a given flow rate and performs this operation for each pulse. The control unit 28 may adjust the operating parameters at any time as necessary.

При прохождении подпотока F2 через камеру 48 УФ-реактора 50 подпоток получает дозу УФ-излучения, которую назначает оператор, а затем задает и проверяет модуль 28 управления. После этого поток Е2 очищенной жидкости вытекает из камеры 48 УФ-реактора 50 и поступает в трубопровод 38 очищенной жидкости.When passing the substream F2 through the camera 48 of the UV reactor 50, the substream receives a dose of UV radiation, which is assigned by the operator, and then sets and checks the control module 28. After that, the stream E2 of the purified liquid flows from the chamber 48 of the UV reactor 50 and enters the pipeline 38 of the purified liquid.

Предпочтительный вариант осуществления интерфейса 58 детектора предусматривает использование в каждом модуле 34 УФ-реактора один или несколько вспомогательных детекторов 60 уровня загрязнения, предназначенных для контроля количества организмов или соединений. Один детектор 60 (фиг.3) расположен на входном (т.е. находящемся выше по течению) конце камеры 48, а другой детектор 60 расположен на выходном (т.е. находящемся ниже по течению) конце камеры 48. Основное преимущество такой схемы размещения (т.е. схемы детектирования “до очистки – после очистки”) детекторов 60 состоит в обеспечении обратной связи по замкнутому циклу, которая позволяет дополнительно повысить точность и эффективность крупномасштабных вариантов применения УФ-фотодиссоциации.A preferred embodiment of the detector interface 58 provides for the use in each module 34 of the UV reactor one or more auxiliary detectors 60 of the level of contamination, designed to control the number of organisms or compounds. One detector 60 (FIG. 3) is located at the upstream (ie, upstream) end of the chamber 48, and another detector 60 is located at the upstream (ie, upstream) end of the chamber 48. The main advantage of such a circuit placement (ie, the detection scheme “before cleaning - after cleaning”) of the detectors 60 is to provide closed loop feedback, which further improves the accuracy and efficiency of large-scale applications of UV photodissociation.

Датчик 24 (фиг.2) уровня жидкости размещен внутри резервуара 22 неочищенной жидкости. Датчик 24 уровня выдает информацию скорости изменения уровня жидкости на модуль 28 управления, который использует эту информацию для вычисления необходимого расхода неочищенной жидкости путем вычитания суммарного расхода модулей 34 УФ-реактора. В любой момент модуль 28 управления знает суммарный расход системы обеззараживания, поскольку скорость вращения встроенного насоса 42 переменной скорости, входящего в состав каждого модуля 34 реактора, определяет расход для соответствующего модуля 34 реактора, и модуль 28 управления устанавливает эту скорость вращения. Передача данных между модулем 28 управления и модулями 34 реактора осуществляется по шине 30 управления и через соединитель 31 интерфейса модуль управления/реактор.The sensor 24 (figure 2) of the liquid level is placed inside the reservoir 22 of the crude liquid. The level sensor 24 provides information on the rate of change of the liquid level to the control module 28, which uses this information to calculate the required flow rate of the crude liquid by subtracting the total flow rate of the UV reactor modules 34. At any time, the control unit 28 knows the total flow rate of the disinfection system, since the rotation speed of the integrated variable speed pump 42 included in each reactor module 34 determines the flow rate for the respective reactor module 34, and the control unit 28 sets this rotation speed. Data is transferred between the control module 28 and the reactor modules 34 via the control bus 30 and through the control module / reactor interface connector 31.

Помимо задания необходимого расхода модуль 28 управления имеет встроенные интеллектуальные функции для контроля и анализа условий эксплуатации каждого модуля 34 реактора, которые позволяют ему определять оптимальную настройку управления для каждого модуля 34 реактора, чтобы обеспечивать необходимый чистый суммарный выход всей системы обеззараживания. Анализ для модуля 34 реактора осуществляется на основании следующих факторов: уровня выхода на базовой линии импульсной УФ-лампы в расчете на импульс, уровня выхода фильтрованного УФ в расчете на импульс импульсной УФ-лампы, пропускания УФ в неочищенной жидкости в расчете на импульс, дозы УФ в расчете на импульс, частоты повторения импульсов, расхода через камеру 48 УФ-реактора 50, средней дозы УФ в расчете на модуль реактора (Дж_UV-C/м³) и предупреждений, оповещений и эксплуатационной готовности в каждом модуле 34 реактора. Анализ для модуля 28 управления осуществляется на основании следующих факторов: необходимого расхода системы, необходимой дозы УФ для согласования обеззараживания (Дж_UV-С/м³), вычислений и/или таблиц поиска расчетных параметров обеззараживания, критериев эксплуатации применительно к местоположению, ограничений системы обеззараживания, предупреждений, извещений и плана готовности, базы данных по истории эксплуатации и обслуживания и внешних связей для контроля, дистанционной эксплуатации и обслуживания.In addition to setting the required flow rate, the control module 28 has built-in intelligent functions for monitoring and analyzing the operating conditions of each reactor module 34, which allow it to determine the optimal control setting for each reactor module 34 to provide the necessary net net output of the entire disinfection system. The analysis for the reactor module 34 is carried out on the basis of the following factors: the output level on the baseline of a pulsed UV lamp per pulse, the output level of filtered UV per pulse of a pulsed UV lamp, UV transmission per crude liquid per pulse, UV doses per pulse, pulse repetition rate, flow rate through the chamber 48 of the UV reactor 50, the average dose of UV per reactor module (J _UV-C / m ³ ) and warnings, alerts and availability in each module 34 of the reactor. The analysis for the control module 28 is carried out on the basis of the following factors: the required flow rate of the system, the required UV dose to coordinate disinfection (J _UV-C / m ³ ), calculations and / or search tables for the calculated disinfection parameters, operating criteria for the location, disinfection system limitations , warnings, notices and preparedness plan, a database on the history of operation and maintenance and external relations for monitoring, remote operation and maintenance.

Если какой-либо модуль 34 реактора в какой-либо момент выходит за пределы установленного диапазона рабочих параметров, то устройство может немедленно и в реальном времени автоматически отключиться от выхода, что гарантирует полную согласованность в любой момент времени. Кроме того, конструкция “нулевых потерь гидростатического напора” устройства не только представляет преимущество истинно независимой работы модулей реактора с изоляцией по давлению, но также позволяет гарантировать для всего устройства УФ-обеззараживания обеспечение практически нулевых потерь гидростатического напора в водоочистном сооружении.If any module 34 of the reactor at any moment falls outside the established range of operating parameters, the device can immediately and in real time automatically disconnect from the output, which guarantees complete consistency at any time. In addition, the design of “zero hydrostatic pressure loss” of the device not only represents the advantage of truly independent operation of pressure-insulated reactor modules, but also allows guaranteeing virtually zero hydrostatic pressure loss for the entire UV disinfection device in a water treatment plant.

На фиг.4 изображен предпочтительный вариант осуществления модуля(ей) УФ-реактора, используемого в настоящем изобретении. Согласно этому варианту каждый модуль 34 реактора дополнительно содержит блок 62 управления реактором на основе микропроцессора. Блок 62 управления реактором имеет электрическую связь с модулем 63 управления системой и контроллером 44 насоса переменной скорости, схемой 54 запуска импульсной УФ-лампы и интерфейсом 58 детектора.Figure 4 shows a preferred embodiment of the module (s) of the UV reactor used in the present invention. According to this embodiment, each reactor module 34 further comprises a microprocessor-based reactor control unit 62. The reactor control unit 62 is in electrical communication with the system control module 63 and the variable speed pump controller 44, the UV flash lamp trigger circuit 54, and the detector interface 58.

Использование блока 62 управления реактором позволяет в значительной степени перераспределить вычислительные мощности и функции микропроцессора модуля общего управления системой. Благодаря использованию блока управления реактором в каждом модуле последний может осуществлять большую часть контрольных и вычислительных функций реактора, тем самым снижая трафик ввода-вывода на шине управления и требования системы управления к зависящим от времени одновременно выполняемым на множественных модулях реактора контрольным и вычислительным функциям. Таким образом, модуль 63 (фиг.4) управления системой выполняет меньше вычислений, чем модуль 28 (фиг.2, 3) управления системой. Вариант осуществления, представленный на фиг.4, все же оставляет модулю 63 управления общие функции высших уровней иерархии управления системой. Модуль 63 управления принимает сигналы контроля производительности реактора и аварийные сигналы от каждого независимого модуля 34 реактора, оценивает и определяет оптимальную конфигурацию системных параметров и передает каждому модулю 34 реактора назначенные рабочие параметры соответствующего модуля 34 реактора. Блок 62 управления на основе микропроцессора более низкой мощности, находящийся в каждом модуле 34 реактора, принимает от модуля 63 управления сигналы управления параметрами, предназначенные для соответствующего модуля 34 реактора, вычисляет и устанавливает дозировку УФ в соответствии с внутренне контролируемыми данными (пропускание УФ, выход УФ, расход и т.п.), контролирует и регулирует, после чего передает выход реактора обратно на модуль 63 управления.The use of the reactor control unit 62 allows a significant redistribution of computing power and microprocessor functions of the general system control module. Thanks to the use of the reactor control unit in each module, the latter can carry out most of the control and computational functions of the reactor, thereby reducing I / O traffic on the control bus and the requirements of the control system for time-dependent control and computational functions performed on multiple reactor modules. Thus, the system control module 63 (FIG. 4) performs less computation than the system control module 28 (FIG. 2, 3). The embodiment of FIG. 4 still leaves the control module 63 with the common functions of higher levels of the system control hierarchy. The control module 63 receives the reactor performance monitoring signals and alarms from each independent reactor module 34, evaluates and determines the optimal configuration of the system parameters, and transmits to each reactor module 34 the assigned operating parameters of the corresponding reactor module 34. A control unit based on a lower power microprocessor located in each reactor module 34 receives, from the control module 63, parameter control signals intended for the corresponding reactor module 34, calculates and sets the UV dosage in accordance with internally controlled data (UV transmission, UV output , flow rate, etc.), controls and regulates, after which it transfers the reactor output back to the control module 63.

Поскольку способ и устройство УФ-обеззараживания, согласно изобретению, идеально пригодны для параллельной работы модулей реактора, устройству можно придавать размер, соответствующий требованиям водоочистных сооружений, просто выбирая количество одинаковых и перемещаемых модулей реактора, удовлетворяющее этим потребностям.Since the UV disinfection method and apparatus according to the invention is ideally suited for parallel operation of reactor modules, the device can be sized to meet the requirements of a water treatment plant simply by selecting the number of identical and movable reactor modules satisfying these needs.

Преимущество устройства обеззараживания состоит в обеспечении независимой и точной регулировки расхода, осуществляемой в реальном времени с помощью насоса в каждом модуле УФ-реактора, что позволяет работать в чрезвычайно широком диапазоне состояния неочищенной жидкости с минимальным воздействием на инфраструктуру очистных сооружений. Каждый модуль реактора содержит встроенный насос переменной скорости, что позволяет регулировать расход одного модуля УФ-реактора, не оказывая влияния на расход любого другого модуля УФ-реактора. Таким образом, в отличие от известного устройства обеззараживания, изменение расхода в каком-либо модуле УФ-реактора не приводит к снижению производительности ни одного другого модуля УФ-реактора. В результате, все модули УФ-реактора, используемого в устройстве, способны независимо достигать оптимальной УФ дозировки.The advantage of the disinfection device is that it provides independent and accurate flow control in real time by means of a pump in each module of the UV reactor, which allows working in an extremely wide range of untreated liquids with minimal impact on the treatment plant infrastructure. Each reactor module contains an integrated variable speed pump, which allows you to adjust the flow rate of one module of the UV reactor without affecting the flow rate of any other module of the UV reactor. Thus, unlike the known disinfection device, a change in flow rate in any module of the UV reactor does not lead to a decrease in the performance of any other module of the UV reactor. As a result, all modules of the UV reactor used in the device are capable of independently achieving optimal UV dosage.

Несмотря на большие различия ламп непрерывного действия при расчете дозы УФ оказалось, что удобнее всего рассматривать дозу УФ как произведение средней интегральной плотности потока на время облучения (в секундах). В технике используют в качестве единиц измерения мВт·с/см² (милливатт-секунда на квадратный сантиметр). Проще всего выразить это следующим уравнением:Despite the large differences between continuous lamps when calculating the dose of UV, it turned out that it is most convenient to consider the dose of UV as the product of the average integral flux density by the exposure time (in seconds). In engineering, mW · s / cm ² (milliwatt-second per square centimeter) is used as the unit of measurement. The easiest way to express this is with the following equation:

где D - доза УФ (мВт·с/см²), I - средняя интенсивность бактерицидного УФ (мВт/см²), t - время облучения (с).where D is the dose of UV (mW · s / cm ² ), I is the average intensity of bactericidal UV (mW / cm ² ), t is the exposure time (s).

Фактическую интегральную плотность потока УФ в обычном реакторе с несколькими источниками в виде ламп непрерывного действия рассчитать очень сложно, поскольку помимо учета изменчивости гидравлического расхода, обычно используют приближение “суммирования по множественным точкам источника”, чтобы отразить заметное изменение выхода УФ по объему реактора. Поле интенсивности света вокруг гипотетического точечного источника вдоль оси лампы НВ можно описать следующим уравнением:The actual integral UV flux density in a conventional reactor with several sources in the form of continuous lamps is very difficult to calculate, since in addition to taking into account the variability of hydraulic flow, the approximation of “summation over multiple points of the source” is usually used to reflect a noticeable change in the UV yield over the reactor volume. The light intensity field around a hypothetical point source along the axis of the HB lamp can be described by the following equation:

где r, z - радиальная и продольная координаты (соответственно) в цилиндрической системе координат, ось которой совпадает с осью одного конца лампы,where r, z are the radial and longitudinal coordinates (respectively) in a cylindrical coordinate system, the axis of which coincides with the axis of one end of the lamp,

I(r, z)_i - интенсивность в точках с координатами (r,z) применительно к i-му точечному источнику,I (r, z) _i is the intensity at points with coordinates (r, z) as applied to the i-th point source,

Р - выходная мощность лампы,P is the output power of the lamp,

n - количество точечных источников, используемых для представления лампы,n is the number of point sources used to represent the lamp,

ρ - расстояние от точечного источника до точек с координатами (r, z),ρ is the distance from a point source to points with coordinates (r, z),

a_q - коэффициент поглощения кварцевой оболочки,a _q is the absorption coefficient of the quartz shell,

t_q - толщина кварцевой оболочки,t _q is the thickness of the quartz shell,

a_l - коэффициент поглощения воды,a _l is the absorption coefficient of water,

r_l - радиус лампы.r _l is the radius of the lamp.

Для любых координат (r, z) суммарная интенсивность представляет собой сумму вкладов всех точечных источников в системе, что выражается следующим уравнением:For any coordinates (r, z), the total intensity is the sum of the contributions of all point sources in the system, which is expressed by the following equation:

Уравнения (2) и (3) представляют собой модель суммирования по точечным источникам. Поскольку эта модель обеспечивает пространственно-зависимую информацию о поле интенсивности света, эту информацию можно использовать для прогнозирования дозы излучения, накопленной каждой частицей в потоке неочищенной жидкости. Такое прогнозирование иллюстрирует следующее уравнение:Equations (2) and (3) are a model of summation over point sources. Since this model provides spatially dependent information about the light intensity field, this information can be used to predict the dose of radiation accumulated by each particle in the crude liquid stream. Such forecasting illustrates the following equation:

где доза_i - доза УФ, полученная i-ой частицей,where dose _i is the dose of UV received by the i-th particle,

I(t) - интенсивность УФ, зависящая от времени,I (t) - UV intensity, depending on time,

t - время,t is the time

τ - время нахождения частицы в облучаемом объеме.τ is the time spent by the particle in the irradiated volume.

Инактивация бактерий исторически была аппроксимирована кинетическими характеристиками первого порядка, и считается точной для “идеальных” условий, согласно закону Чика (Chik, 1908)Inactivation of bacteria has historically been approximated by first-order kinetic characteristics, and is considered accurate for “ideal” conditions, according to Chik's law (Chik, 1908)

где N - концентрация бактерий после облучения УФ-светом,where N is the concentration of bacteria after irradiation with UV light,

N₀ - начальная концентрация бактерий,N ₀ - the initial concentration of bacteria,

k - постоянная скорости инактивации (см²/Вт·с)k - constant inactivation rate (cm ² / W · s)

I - интенсивность УФ-света (Вт/см²)I - UV light intensity (W / cm ² )

t - время облучения (с).t is the exposure time (s).

В попытках построить расчетные модели УФ-обеззараживания практики разработали более сложные модели, которые должны включать многочисленные параметры, полученные эмпирическим путем. Эти модели легли в основу прогнозирования производительности системы. В круг задач настоящего изобретения не входит обсуждение существующих разногласий по поводу того, какая модель в настоящее время является наилучшей для прогнозирования производительности обеззараживания. Прекрасная работа Блэтчли и др. (Ernest R. Blatchly III, [1998] “Optimization of Process Performance in Ultraviolet Disinfection Systems”, Water Environment Federation Proceedings, Disinfection ’98 The Latest Trends in Wastewater Disinfection: Chlorination vs. UV Disinfection) “Оптимизация производительности процесса в системах ультрафиолетовой дезинфекции”, Протоколы Федерации водной среды, Дезинфекция 98: Последние тенденции в дезинфекции сточных вод: хлорирование или УФ-дезинфекция).In an attempt to build computational models of UV-disinfection, practitioners developed more complex models, which should include numerous parameters obtained empirically. These models formed the basis for predicting system performance. It is not within the scope of the present invention to discuss existing disagreements about which model is currently the best for predicting disinfection performance. The excellent work of Blatchley et al. (Ernest R. Blatchly III, [1998] “Optimization of Process Performance in Ultraviolet Disinfection Systems”, Water Environment Federation Proceedings, Disinfection '98 The Latest Trends in Wastewater Disinfection: Chlorination vs. UV Disinfection) “Optimization process performance in ultraviolet disinfection systems ”, Aquatic Federation Protocols, Disinfection 98: Recent trends in wastewater disinfection: chlorination or UV disinfection).

Однако чтобы провести различие между заявленным способом и известными способами, использована модель, описанная в Инженерном справочнике по дезинфекции сточных вод, 1986 Управления охраны окружающей среды США и упомянутая в Справочнике по дезинфекции сточных вод (Федерация контроля загрязнения воды, 1986). Эту модель иллюстрирует следующее уравнениеHowever, to distinguish between the claimed method and known methods, the model used is described in the US Environmental Protection Agency Engineering Guide for Wastewater Disinfection, 1986 and mentioned in the Wastewater Disinfection Guide (Water Pollution Control Federation, 1986). The following equation illustrates this model.

где u - скорость протекания сточных вод через реактор (см/с),where u is the flow rate of wastewater through the reactor (cm / s),

х - среднее расстояние, проходимое водой, облучаемой УФ-светом (см),x is the average distance traveled by water irradiated with UV light (cm),

Е - коэффициент рассеяния (см²/с),E is the scattering coefficient (cm ² / s),

К - постоянная скорости инактивации (с^-1).K is the constant inactivation rate (s ^-1 ).

Скорость К инактивации, является оценкой, основанной на эмпирическом соотношенииInactivation Speed K is an empirical ratio based estimate

где I_ср - средняя интенсивность УФ-света в реакторе,where I _cf is the average intensity of UV light in the reactor,

a, b - эмпирические коэффициенты для состояния сточных вод.a, b are empirical coefficients for the state of wastewater.

Этот способ совместно с большинством других расчетов дезинфекции, необходимых для процессов с использованием ламп непрерывного действия, следует рассматривать применительно к терминам, обычно относящимся к реактору и времени, например времени облучения, времени нахождения частицы, скорости воды в реакторе и интенсивности УФ, зависящей от времени.This method, together with most other disinfection calculations necessary for processes using continuous lamps, should be considered in terms of the terms usually related to the reactor and time, for example, exposure time, particle residence time, water velocity in the reactor, and time-dependent UV intensity .

Согласно настоящему изобретению использование одной импульсной лампы в каждом реакторе упрощает как точную доставку, так и определение дозы УФ. Причина в том, что способ дискретной доставки импульсной энергии, применяемый в технологии импульсных УФ-ламп, позволяет устранить из вычислений элемент, зависящий от времени. Зная расход реактора (в м³/с) и с учетом того, что изобретение предусматривает наличие этой информации в любой момент, термины “средняя интегральная плотность потока” и “время облучения” можно заменить произведением “энергия УФ (Дж_UV-C) на импульс” и “частота повторения импульсов” (Гц). Это дает возможность просто и более удобно измерить дозу UV-C применительно к средней энергии UV-C на кубический метр (Дж/м³) и основать модель(и) дезинфекции на этой точно измеренной переменной.According to the present invention, the use of one flash lamp in each reactor simplifies both accurate delivery and UV dose determination. The reason is that the method of discrete delivery of pulsed energy, used in the technology of pulsed UV lamps, allows you to eliminate the element that depends on the time. Knowing the reactor flow rate (in m ³ / s) and taking into account that the invention provides for the availability of this information at any time, the terms “average integral flux density” and “irradiation time” can be replaced by the product “UV energy (J _UV-C ) by pulse ”and“ pulse repetition rate ”(Hz). This makes it possible to simply and more conveniently measure the dose of UV-C in relation to the average energy of UV-C per cubic meter (J / m ³ ) and to base the disinfection model (s) on this precisely measured variable.

Кроме того, коаксиальное размещение внутри реактора одного линейного источника света (импульсной УФ-лампы высокой интенсивности) дополнительно упрощает доставку УФ-света и обеспечивает менее громоздкий подход к точному расчету производительности. Преимущество состоит также в расчете фактической производительности УФ-реактора в режиме реального времени вместо того, чтобы основывать реальную работу способа обработки (и в основном) на прогнозах производительности реактора. Способ реализует это важное различие.In addition, the coaxial placement of one linear light source (high-intensity pulsed UV lamp) inside the reactor further simplifies the delivery of UV light and provides a less cumbersome approach to accurate performance calculation. The advantage also lies in calculating the actual performance of the UV reactor in real time instead of basing the actual operation of the processing method (and mainly) on the forecasts of reactor performance. The method implements this important difference.

Общеизвестно, что различные операции УФ-дезинфекции могут более эффективно достигать нужного результата путем определения оптимальных условий доставки УФ в конкретном процессе. Этот процесс зависит от трех основных параметров: расхода жидкости, состояния жидкости (уровней загрязнения и характеристик пропускания УФ) и величины мощности УФ, поданной на мишень в виде организма или соединения. Поскольку эти три параметра доминируют в процессе и в большой степени определяют эффективность процесса, это те три фактора, с которыми оперирует изложенный здесь способ.It is well known that various UV disinfection operations can more effectively achieve the desired result by determining the optimal conditions for UV delivery in a particular process. This process depends on three main parameters: fluid flow rate, fluid state (pollution levels and UV transmission characteristics) and the amount of UV power applied to the target in the form of an organism or compound. Since these three parameters dominate the process and to a large extent determine the efficiency of the process, these are the three factors with which the method described here operates.

Хотя в патенте США №5144146 изложены идеи, относящиеся к конструкции, в которой токсичные вещества могут разрушаться под действием света импульсных УФ-ламп (применительно к ширине полосы, средней и пиковой интенсивностям и т.д.), эти идеи являются простым суммированием граничных условий, в которых почти все успешные процессы УФ-диссоциации были открыто проведены в течение последних нескольких декад. Граничные условия, указанные в патенте, действительно охватывают большое количество реальных и потенциальных операций обработки, которые совершенно не конкретизированы. То есть, переменную выходную мощность импульсных ламп можно настроить на соответствие нужным условиям УФ, оптимизированным для конкретного процесса фотодиссоциации. Если задать диапазон различных режимов доставки энергии (например среднюю и пиковую мощность и т.д.), которые полезны для всех процессов фотодиссоциации на основе импульсных УФ-ламп, то диапазон будет теми условиями, которые указаны в этом патенте.Although US Pat. No. 5,144,146 sets forth ideas regarding a design in which toxic substances can be destroyed by the action of UV light (as applied to bandwidth, average and peak intensities, etc.), these ideas are simply a summation of the boundary conditions in which almost all successful UV dissociation processes have been openly carried out over the past few decades. The boundary conditions indicated in the patent really cover a large number of real and potential processing operations that are completely unspecified. That is, the variable output power of flash lamps can be adjusted to meet the necessary UV conditions optimized for a particular photodissociation process. If you specify a range of different modes of energy delivery (for example, average and peak power, etc.) that are useful for all photodissociation processes based on pulsed UV lamps, then the range will be the conditions specified in this patent.

В настоящем изобретении применяются спектры выхода импульсных ламп в различных комбинациях средней и пиковой интенсивности (и даже вне, т.е. при частоте повторения импульсов <5 Гц) в рабочих границах, указанных в патенте.In the present invention, the output spectra of pulsed lamps are used in various combinations of average and peak intensities (and even outside, i.e., at a pulse repetition rate <5 Hz) within the operating limits indicated in the patent.

В патенте США №4336223 Хиллмана, использовали детекторы мутности в схеме обратной связи. Мутность определяется как снижение прозрачности воды по причине наличия взвешенных частиц. Мутность является одним из факторов, влияющих на способность УФ-света проходить через объем реактора, или пропускание УФ. Ничтожные количества обычно встречающихся промышленных отходов могут значительно снижать процент пропускания УФ, хотя измерения мутности в той же жидкости могут свидетельствовать о низком уровне мутности. Когда дозу УФ определяют посредством считывания низкой мутности, последовательно неточные приближения приводят к неадекватной дозе УФ.In US Pat. No. 4,336,223 to Hillman, turbidity detectors were used in a feedback circuit. Turbidity is defined as a decrease in the transparency of water due to the presence of suspended particles. Turbidity is one of the factors affecting the ability of UV light to pass through the reactor volume, or UV transmission. A negligible amount of commonly found industrial waste can significantly reduce the percentage of UV transmission, although measurements of turbidity in the same liquid may indicate a low level of turbidity. When the dose of UV is determined by reading low turbidity, successively inaccurate approximations lead to an inadequate dose of UV.

Закон Бира-Ламберта описывает ослабление света при наличии в жидкости любого материала, поглощающего свет. Коэффициент ослабления или коэффициент Тλ пропускания для светового пучка данной длины волны, где ослабление обусловлено, в основном, поглощением, выражается следующим уравнениемBeer-Lambert's Law describes the attenuation of light in the presence of any material that absorbs light in a liquid. The attenuation coefficient or transmittance Tλ for a light beam of a given wavelength, where the attenuation is mainly due to absorption, is expressed by the following equation

где αλ - коэффициент поглощения (см^-1) на длине волны λ,where αλ is the absorption coefficient (cm ^-1 ) at a wavelength λ,

l - длина пути (см).l is the path length (cm).

О фотохимическом процессе может свидетельствовать только поглощение фотонов средой-мишенью. Оптическая плотность относится к концентрациям поглощающих составляющих в соответствии с нижеприведенным уравнениемThe photochemical process can only be indicated by the absorption of photons by the target medium. Optical density refers to the concentration of absorbing components in accordance with the equation below

где ελ_i, c_i - молярный коэффициент поглощения (моль^-1см^-1) на длине волны λ и концентрация (моль) составляющей i в жидкости, l - длина пути (см).where ελ _i , c _i is the molar absorption coefficient (mol ^-1 cm ^-1 ) at the wavelength λ and the concentration (mol) of component i in the liquid, l is the path length (cm).

Оптическая плотность и коэффициент пропускания связаны следующим уравнениемThe optical density and transmittance are related by the following equation

илиor

Хотя взвешенные частицы способны поглощать свет и участвовать в снижении коэффициента пропускания УФ, общеизвестно, что это не всегда имеет линейный эффект и также не обязательно доминирует в процессе. В любом процессе фотодиссоциации, требующем точного дозирования УФ-излучения, измерение пропускания УФ важнее, чем мутность. Поэтому процессы, опирающиеся на контроль мутности жидкости, при определении фактической дозировки УФ могут быть весьма неточными и неэффективными.Although suspended particles are able to absorb light and participate in lowering the UV transmittance, it is well known that this does not always have a linear effect and also does not necessarily dominate the process. In any photodissociation process that requires accurate dosing of UV radiation, measuring UV transmission is more important than turbidity. Therefore, processes based on controlling the turbidity of the liquid, when determining the actual dosage of UV, can be very inaccurate and ineffective.

Преимущество способа, согласно изобретению, состоит в измерении пропускания УФ вместо измерения мутности и в наличии в каждом модуле УФ-реактора интерфейса детектора, используемого с одним или несколькими детекторами пропускания УФ. Такой интерфейс детектора также позволяет добавлять вспомогательные детекторы уровня загрязнения. Такие средства детектирования получат в будущем широкое распространение, обеспечивая индикацию в режиме реального времени различных загрязнений, например микроорганизмов и токсичных органических соединений. Способ и устройство, согласно изобретению, обеспечивают дополнительные и важные функции обратной связи по замкнутому циклу, которые позволяют дополнительно повысить точность и эффективность крупномасштабных применений УФ-фотодиссоциации.An advantage of the method according to the invention is the measurement of UV transmittance instead of measuring turbidity and the presence in each module of the UV reactor of a detector interface used with one or more UV transmittance detectors. Such a detector interface also allows the addition of auxiliary pollution level detectors. Such detection tools will be widely used in the future, providing real-time indication of various contaminants, such as microorganisms and toxic organic compounds. The method and apparatus according to the invention provides additional and important closed-loop feedback functions that can further improve the accuracy and efficiency of large-scale UV photodissociation applications.

Claims

1. The method of disinfecting a liquid contaminated with microorganisms and / or contaminated with organic compounds that are sensitive to UV radiation, which consists in using a device containing one module of a UV reactor or several modules of a UV reactor, each of which contains a crude liquid pipe, variable speed pump located in the pipeline of the crude liquid, the rotation speed of which is determined by the signal for controlling the speed of the pump, a UV reactor located in the pipeline of the crude liquid after the variable speed pump, the UV reactor having an inner chamber containing the reactor channel, having an inlet and outlet located after the crude liquid pipe and connected to it, a pulsed UV lamp located in the reactor channel and capable of emitting one or more ultraviolet pulses radiation with a wavelength in the UV-C range, and the intensity and duration of one or more UV pulses is determined by the lamp output control signal, at least one UV transmission detector is located located in the reactor channel at the place where it is possible to measure the transmittance of the UV portion of the liquid subflow passing near the specified location, and the detector output signal indicates the measured transmittance of UV, the device also contains a general system control module having independent electrical communication with each UV module -reactor and designed to generate a pump speed control signal and a lamp output control signal and receive the UV transmittance output signal, as well as a generator generating additional pump speed control signals and lamp output control signals in accordance with a UV transmittance signal, characterized in that the control module is pre-programmed to supply a first pump speed control signal to the pump of each UV reactor module to provide a pump speed sufficient for providing a predetermined first flow rate through the crude liquid pipe and the reactor channel, the control module is pre-programmed so that s, as the fluid subflow flows through the reactor channel, the control module provides the first lamp output control signal to the UV flash lamp of each UV reactor module to ensure that the flash lamp emits one or more ultraviolet pulses with a predetermined first energy per pulse, moreover one or more pulses of ultraviolet radiation have a wavelength in the UV-C range, direct the fluid flow through the pipeline of the crude liquid with a predetermined flow and direct the substream through the reactor channel from input to output, while the flow passes near the UV pulsed lamp and near the UV transmittance detector with a certain first flow rate, the flow section is irradiated with one or more pulses of ultraviolet radiation emitted by the pulsed UV lamp, in accordance with the first lamp output control signal generated by the control module, the UV transmittance detector, the transmittance of the UV portion of the subflow passing near the detector is measured and transmitted to the module the output signal of the UV transmittance indicating the measured UV transmittance, and the control module is pre-programmed to analyze the UV transmittance signal to determine if the portion of the subflow irradiated by one or more pulses of ultraviolet radiation, the desired dose of UV, while if the plot flow did not receive the desired dose of UV, then the control module issues either a second pump speed control signal to provide a second flow rate in the pipeline of the crude the bone and the reactor channel and / or a second lamp output control signal to provide emission of one or more pulses of ultraviolet light with a second UV intensity and / or a second pulse duration, the second flow rate and / or the second UV intensity and / or the second pulse duration being that subsequent sections of the subflow irradiated with one or more pulses of ultraviolet radiation receive the desired dose of UV.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the device a pulsed UV lamp is placed coaxially with the longitudinal axis of the reactor channel between the input and output of the channel.

3. The method according to claim 2, characterized in that the pulsed UV lamp is placed in the middle between the inlet and outlet of the reactor channel.

4. The method according to claim 1, characterized in that in one or more modules of the UV reactor of the device, the UV reactor is additionally equipped with at least one auxiliary detector of the level of contamination.

5. The method according to claim 4, characterized in that the use of a UV reactor, which contains two auxiliary detectors of the level of pollution, and one detector is placed at the inlet end of the reactor channel, and the other detector is placed at the output end of the reactor channel.

6. The method according to claim 1, characterized in that the device is additionally equipped with a reservoir of crude liquid for holding the liquid to be disinfected, and a pipeline of crude liquid located between the crude liquid tank and the crude liquid pipeline of each of the UV reactor modules and associated.

7. The method according to claim 6, characterized in that a crude liquid level sensor is disposed in the tank for detecting a change in the flow rate of the crude liquid and transmitting to the control module an output signal indicating a flow rate change.

8. The method according to claim 1, characterized in that the device is additionally provided with a pipeline of purified liquid, placed after the outputs of all modules of the UV reactor and associated with them.

9. The method according to claim 1, characterized in that they use the module for the overall control of the system, which contains a microprocessor with firmware.

10. The method according to claim 1, characterized in that they use a variable speed pump, which is a piston pump.

11. The method according to claim 1, characterized in that each module of the UV reactor is additionally equipped with a microprocessor-based reactor control unit, which is electrically connected to the general system control module.

12. The method according to claim 1, characterized in that the set of modules of the UV reactor is placed in parallel.

13. The method according to claim 1, characterized in that the set of modules of the UV reactor is placed in a sequential manner.

14. A device for disinfecting a liquid contaminated with microorganisms and / or contaminated with organic compounds that are sensitive to UV radiation, containing one module of a UV reactor or several modules of a UV reactor, each of which contains a crude liquid pipeline, a variable speed pump located in the pipeline crude liquid, the rotation speed of which is determined by the pump speed control signal, a UV reactor located in the pipeline of the crude liquid after the variable speed pump, p why the UV reactor has an internal chamber containing the reactor channel, having an input and output located after the crude liquid pipe and connected with it, a pulsed UV lamp located in the reactor channel and capable of emitting one or more pulses of ultraviolet radiation with a wavelength in the range UV-C, and the intensity and duration of one or more UV pulses is determined by the lamp output control signal and at least one UV transmittance detector located in the reactor channel in the place e, it is possible to measure the transmittance of the UV portion of the liquid substream passing near the location, the output signal of the detector indicating the measured transmittance of the UV, and the device also contains a module for the overall control of the system, which has independent electrical communication with each module of the UV reactor, and is designed to a signal for controlling the speed of the pump and a signal for controlling the lamp output and receiving the output signal of the UV transmittance, as well as generating additional signals Board pump speed and output control signal lamp in accordance with the signal UV transmittance to subsequent portions subflow is irradiated with one or more pulses of ultraviolet light receive adequate UV dose.

15. The device according to 14, characterized in that the pulsed UV lamp is placed coaxially with the longitudinal axis of the reactor channel between the input and output of the channel.

16. The device according to p. 15, characterized in that the pulsed UV lamp is located in the middle between the inlet and outlet of the reactor channel.

17. The device according to 14, characterized in that in one or more modules of the UV reactor, the UV reactor further comprises at least one auxiliary detector of the level of contamination.

18. The device according to 17, characterized in that the UV reactor contains two auxiliary detectors of the level of pollution, and one detector is located at the inlet end of the reactor channel, and the other detector is located at the output end of the reactor channel.

19. The device according to 14, characterized in that it further comprises a reservoir of crude liquid for accommodating the liquid to be disinfected, and a pipeline of crude liquid located between the crude liquid reservoir and the crude liquid pipeline of each of the UV reactor modules and associated with them.

20. The device according to claim 19, characterized in that the tank has a crude liquid level sensor designed to sense changes in the flow rate of the crude liquid and transmit to the control module an output signal indicating changes in flow rate.

21. The device according to p. 14, characterized in that it further comprises a pipeline of purified liquid, placed after the outputs of all modules of the UV reactor and associated with them.

22. The device according to 14, characterized in that the control module contains a microprocessor with software.

23. The device according to 14, characterized in that the variable speed pump is a piston pump.

24. The device according to 14, characterized in that each module of the UV reactor further comprises a microprocessor-based reactor control unit, which is electrically connected to the general system control module.

25. The device according to 14, characterized in that the modules of the UV reactor are placed in parallel.

26. The device according to 14, characterized in that the modules of the UV reactor are placed in series.