Установка бактерицидного знезараження питної води

Реферат: UA 71953 U UA 71953 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв для знезараження питної води за допомогою ультрафіолетового випромінювання, і може бути використаний для фінішної обробки питної води в комунальному господарстві, медицині, в хімічній промисловості, сільському господарстві і т.п. Установка бактерицидного знезараження питної води укомплектована дуговою ртутною лампою - опромінювачем. Лампа є джерелом ультрафіолетового випромінювання, яке пагубно діє на бактерії, віруси та інші мікроорганізми. Установка складається із циліндричної камери, в порожнині якої розміщена бактерицидна лампа, пульт управління, кріплення. В нижній частині камери є вхідний, а в верхній частині вихідний патрубок. Знезараження води здійснюється під час її протікання через камеру завдяки ультрафіолетовому опроміненню. Пульт управління складається із пускорегулючої апаратури для лампи та сигналізації у випадку відхилення від заданого режиму. В процесі підготовки до використання з допомогою верхнього вентиля встановлюється необхідна пропускна спроможність установки. Для її визначення використовується водяний лічильник або мірна ємність та секундомір. Відбір знезараженої води може здійснюватися через 2 хвилини після пуску установки (час, необхідний для знезараження первинного об'єму води в камері опромінення). Відомо, що знезараження води ультрафіолетовим опроміненням належить до числа фізичних, так званих безреагентних методів. Ці методи мають ряд істотних переваг перед хімічними реагентними методами, головним з яких є відсутність змін складу і властивостей води. У практиці для знезараження питної води застосовують установки з "не зануреними" і з "зануреними" джерелами бактерицидного випромінювання. Установки з не зануреними джерелами мають деякі переваги (розміщення джерел над вільною поверхнею води, без чохлів та відносно проста їх конструкція), але не позбавлені недоліків (менший коефіцієнт використання потоку бактерицидного випромінювання, так як наявний у них відбивач частково поглинає його). В установках для знезараження води ультрафіолетовим опроміненням з зануреними джерелами досягається більш високе використання бактерицидного випромінювання. Лампи в таких установках розміщують у спеціальних кварцових чохлах, прозорих для бактерицидних променів [Руководство по гигиене водоснабжения. Под ред. Черкинского С.Н. - М.: Медицина, 1975. с. 173-177]. Основною метою створюваних нових технічних рішень є підвищення ефективності бактерицидного знезараження води. Проте досягнення цієї мети супроводжується, як правило, ускладненням конструкції, збільшенням експлуатаційних витрат. Відомий спосіб обробки водних середовищ, що містять органічні домішки [патент РФ 2142915, 1999 p., C02F 1/32]. У патенті описаний спосіб знезараження водних середовищ шляхом обробки ультрафіолетовим випромінюванням, що генерується ультрафіолетовою лампою. Установка для реалізації запропонованого способу містить джерело ультрафіолетового випромінювання, джерело живлення. Джерело випромінювання являє собою вакуумну ультрафіолетову лампу на бар'єрному розряді, наповнену ксеноном, що випромінює монохроматичний пучок з довжиною хвилі 172 нм, розміщену всередині реактора, що містить внутрішній та зовнішній електроди, з'єднані з джерелом живлення. У зазор між внутрішньою стінкою реактора і лампою поміщають оброблюване водне середовище, в яке подають повітря під тиском. Описаний спосіб може бути застосований для очищення води від органічних з'єднань. Відзначимо недоліки такого способу знезараження води: 1. При використанні в установці для знезараження води вакуумної ультрафіолетової лампи на бар'єрному розряді, що випромінює монохроматичний пучок з довжиною хвилі 172 нм, бактерицидний ефект дуже малий, тому що спектри дії мають виражений максимум при довжинах хвиль 260 265 нм. 2. Відомо, що, кварцове скло добре пропускає випромінювання з довжиною хвилі більше 200 нм, але або повністю, або частково поглинає вакуумне ультрафіолетове випромінювання. Таким чином, для виготовлення вакуумних ультрафіолетових ламп, необхідно використовувати спеціальне кварцове скло з високим коефіцієнтом пропускання УФвипромінення в області вакуумного ультрафіолету. Таке кварцове скло виготовляють з сировини високої чистоти, що істотно збільшує вартість лампи, у противному випадку ККД лампи буде дуже низьким. Відомий пристрій для знезараження води, що містить корпус з підвідними та відвідними патрубками, бактерицидну лампу ультрафіолетового випромінювання, що розміщена в захисному чохлі з кварцового скла [Опис до авт. св. 1225819, М.кл. C02F1/32, від 11.01.85], який забезпечений ежектором, встановленим на підвідному патрубку, і двома трубками, опущеними на різні рівні в чохол, причому одна з трубок з'єднана з атмосферою, а інша - з вакуумною порожниною ежектора. 1 UA 71953 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Ускладнення конструкції установки за рахунок ежектора і трубок виконано для того, щоб отримати додатково до ультрафіолетового випромінювання озон і використовувати його знезаражувальні властивості. І хоча відмічено відсутність озону в закритому приміщенні через 12 год. безперервної роботи, але установка вимагає додаткових заходів безпеки при її обслуговуванні. Відома також установка для знезараження води, що включає корпус з патрубками для підведення вихідної води і відведення обробленої води, бактерицидну лампу ультрафіолетового випромінювання з захисним кварцовим чохлом [Опис до авт. св. 1798317, М. кл. С 02 F 1/32, 1/78, від 26.07.90], в якій встановлено ежектор на патрубку підведення води, порожнину чохла з'єднану з джерелом повітря та вакуумною порожниною ежектора, забезпечену деаератором, встановленим на патрубку відведення обробленої води. Порожнина деаератора з'єднана з ежектором, на чохлі лампи встановлено пристосування з можливістю обертання для його очищення, що включає щітки, виконані з світлопроникного матеріалу, що пропускає світло різної довжини хвилі. У розглянутій установці підвищується ефективність знезараження води за рахунок одночасного впливу на оброблювану воду озону та імпульсного потоку УФ-променів з різною довжиною хвилі. Однак, як і в попередньому випадку, використання озону веде до ускладнення конструкції установки і додаткових витрат при її обслуговуванні. Крім того, конструкція установки не дозволяє створювати значний надлишковий тиск, що істотно обмежує її продуктивність. Найбільш близьким аналогом до заявленої корисної моделі за призначенням, технічній сутності та досягнутим результатом при використанні є установка для знезараження води, що включає корпус з патрубками для підведення вихідної води і відведенням обробленої води, бактерицидну лампу ультрафіолетового випромінювання з захисним кварцовим чохлом [Соколов В.Ф. Обеззараживание воды бактерицидными лучами. - Μ.: Изд-во литературы по строительству, 1964, с. 166-185]. З метою підвищення ефективності опромінення установка забезпечена додатковим пристроєм для створення турбулентного режиму потоку води під час опромінення, а також пристроєм для очищення кварцового чохла, що істотно ускладнює її. Однак, як показує практика, таке ускладнення установки не дає відповідного внеску в підвищення ефективності знезараження. В корисній моделі поставлена задача спрощення конструкції і зниження витрат на обслуговування при збереженні ефективності знезараження води. В відомих конструкціях установок продуктивність і розміри опромінювальної камери розраховуються по стандартним методикам [Вассерман А.Л. Ультрафиолетовые бактерицидные облучатели. - Μ.: Изд-во дом света, 1999, выпуск 3(15)] з використанням експериментально визначених об'ємних доз для інактивації різних видів мікроорганізмів HV . Недоліком такого підходу є те, що об'ємна доза HV залежить від геометрії камери для опромінення і ступеня перемішування води в процесі опромінення при ламінарній течії. Шари води, які знаходяться ближче до УФ-лампи-опромінювача будуть отримувати "надлишкову" дозу, а шари води, що знаходяться біля стінок камери - недоотримають необхідної дози (при достатньому середньому значенні HV ). Для ліквідування даного недоліку пропонуються розміри камери установки (діаметр та довжина) вибирати із умов, при яких мінімальна опроміненість Emin для найменш опромінювальних ділянок камери була б достатньою для створення поверхневої дози HS , необхідної для інактивації мікроорганізмів. Інші ділянки будуть отримувати "надлишкове" опромінення, що тільки підвищує надійність знезараження. Розрахунок опромінювальної установки зводиться до визначення такої зони опромінювального простору, яка піддається мінімальній бактерицидній опроміненості Emin . Необхідна доза HS Вт см2 досягається варіацією Emin Вт м2 або часу t c : 50 HS Emin t , (1) Ефективний час t c перебування води в установці визначається формулою: t Va 3600 Q V V1 , 3600 Q (2) 2 UA 71953 U де V - об'єм опромінювальної порожнини установки, м3 ; V1 - об'єм зануреної частини зовнішньої колби лампи, м3 ; Q - продуктивність установки, м3 год 1 . Відправним пунктом розрахунку було, те що в установці має бути забезпечена необхідна для інактивації різних видів мікроорганізмів поверхнева експозиція HS опромінення для 5 найменш опромінюваних місць активного об'єму Va . Поверхнева експозиція інактивації HS , а не об'ємна HV вибрана тому, що в літературних джерелах по інактивації мікроорганізмів в основному наводяться дані щодо значень HS . Для установки, в якій лампа занурюється в воду і її довжина (див. рисунок) порівнянна з довжиною опромінювальної порожнини, мінімальна опроміненість Emin (опроміненість на 10 циліндричній поверхні радіусом R 2 ) може бути визначена з виразу: Emin 15 R2 E1 R1 , e k R1 R 2 (3) де E1 - опроміненість на поверхні радіусом R1 (на поверхні зовнішньої колби) лампи): R 2 внутрішній діаметр опромінювальної порожнини; k - показник ослаблення випромінення під час проходження через воду. Час для набуття необхідної дози HS дорівнює: HS R 2 e k R1 R 2 , E1 R1 t min (4) Мінімальна швидкість руху води в опромінювальній порожнині дорівнює: min l E1 R1 , HS R2 e k R1 R 2 (5) 20 де l - довжина розрядного стовпа бактерицидної лампи. Продуктивність установки знезараження визначається V E2 l R1 e k R1 R 2 HS R 2 R2 2 R2 , 1 (6) 35 При таких умовах, навіть в разі ламінарної течії (коли шари води не перемішуються), віддалені від лампи шари води будуть отримувати необхідну для інактивації дозу. Враховуємо той факт, що провідні мікробіологи наукових центрів Америки, Європи та Азії за останні десятиріччя підтверджують в своїх працях підвищення стійкості патогенної мікрофлори до дії озону та УФ опромінення в декілька разів (до У Φ опромінення приблизно в 4 рази). Нами в розрахунках використовувались значення мінімальної експозиції, що більш, ніж в 5 разів перевищує нормативи наведені [Матвеев А.Б., Лебедкова СМ., Петров В.И. Электрические облучательные установки фотобиологического действия. Под ред. д.т.н. С.П. Решенова - М.: МЭИ. 1989]. В економічно розвинутих країнах мінімальна експозиція -2 опромінення становить 40 мДж•см , а в разі проектування станцій знезараження води -2 встановлюється експозиція 70 400 мДж•см . Енергетична яскравість L 0 зовнішньої поверхні 40 лампи радіусом R1 визначалася експериментально за допомогою У Φ радіометра "Тензор-31" за методикою [Методика виконання вимірювань параметрів ультрафіолетового випромінювання. МВУ 11-038-2007, від 1 квітня 2007 р]. Для врахування природного спаду променевого потоку лампи протягом строку служби (~35 % до 4000 год. горіння) застосовується коефіцієнт запасу 0,65: 25 30 L1 0,65L0 , (7) Приклад реалізації технічного рішення: 3 UA 71953 U 5 10 15 20 25 Запропонована установка бактерицидного знезараження питної води проточного типу ультрафіолетовим випромінюванням, яка являє собою циліндричну опромінювальну камеру із нержавіючої сталі, в яку поміщається ртутна (з трубчастою кварцовою колбою) розрядна лампа низького тиску в кварцовому чохлі, відрізняється тим, що питома потужність випромінювання дуги лампи в бактерицидній області спектру складає 0,1-0,3 Вт/см, внутрішній діаметр опромінювальної камери вибирається в межах 40 d 100 мм, а довжина камери l із співвідношення l 0,9 lм , де lм - міжелектродна відстань ртутної лампи. Установка бактерицидного знезараження питної води відрізняється тим, що найменша опроміненість внутрішньої поверхні камери розраховується із умов забезпечення поверхневої дози при заданому об'ємі проходження води через камеру HS 100 м Дж . см2 Установка складається з камери 1 (циліндричної труби з нержавіючої сталі), до якої приварені патрубки 9 і 3 для подачі та відведення води. Корпус з торців загерметизовано фланцями 4 та 10. Лампу 2 закріплено гумовими кільцевими ущільнювачами фланців. Вода в камеру подається через патрубок 9. Відведення знезараженої води здійснюється через патрубок 3. З мережею живлення лампа 2 з'єднується за допомогою вилки 15 з під'єднувальними дротами та дротом заземлення через автоматичний вимикач 14, електромагнітний баласт 12, дроти 8 з колодками 6. Автоматичний вимикач, електромагнітний баласт та індикаторна лампа 13 розташовані в пластмасових коробках, закріплених на рамі. Датчиком подачі напруги на лампу є індикаторна лампа, а те, що лампа горить, має показувати безмерехтливе світіння її частини, виступаючої за межі фланця 7. Мерехтіння можливе в процесі запалювання лампи під час спрацювання стартера. Внутрішній діаметр опромінювальної камери 100 мм. Довжина опромінювальної порожнини визначалася довжиною занурювальної частини зовнішньої колби лампи. Вихідні дані для розрахунку та результати розрахунку установок знезараження води 3 продуктивністю 1 та 3 м приведені в таблиці. Таблиця Назва параметру -2 Доза опромінення, м•Дж•см , не менше -2 Енергетична яскравість зовнішньої поверхні на R1 , мВт•см Радіус зовнішньої поверхні лампи R1 , мм Радіус опромінювальної R 2 , мм Довжина камери l , мм 3 1 Продуктивність Q, м •год.- , не менше 30 35 40 Величина параметру 100 975 23,5 50 400; 800 1; 3 Як видно з опису установки, в порівнянні з відомими пристроями, її конструкція суттєво спрощена, що не потребує додаткових затрат на обслуговування та більш безпечна. На основі запропонованого технічного рішення розроблена серія установок бактерицидного знезараження питної води, які успішно використовуються рядом підприємств України. Пропускна здатність установок залежить від тиску подання води і може бути від 1000 до 5000 літрів за годину. Реальна продуктивність знезараження залежить від концентрації та виду шкідливих мікроорганізмів, бажаного ступеню знезараження та швидкості пропускання води і може бути визначена дослідним шляхом за результатами мікробіологічного аналізу води. На кресленні зображена схема установки бактерицидного знезараження питної води: 1 камера; 2 - лампа; 3 - верхній патрубок; 4 - верхній фланець для лампи; 5 - ковпак; 6 - колодки; 7 - фланець з кільцевим ущільнювачем; 8 - дроти; 9 - нижній патрубок; 10 - нижній суцільний фланець; 11 - гумовий упор; 12 - електромагнітний баласт; 13 - індикаторна лампа; 14 автоматичний вимикач; 15 - вилка з під'єднувальними дротами та дротом заземлення. 4 UA 71953 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Установка бактерицидного знезараження питної води (проточного типу) ультрафіолетовим випромінюванням виконана у вигляді циліндричної опромінювальної камери, в яку поміщена ртутна, з трубчатою кварцовою колбою розрядна лампа в кварцовому чохлі, яка відрізняється тим, що питома потужність випромінювання дуги лампи в бактерицидній області спектру складає 0,1-0,3 Вт/см, внутрішній діаметр опромінювальної камери d вибирається в межах: 40 d 100 мм, а довжина камери l із співвідношення: l 0,9 lм , де lм - міжелектродна відстань ртутної лампи. 2. Установка бактерицидного знезараження питної води за п. 1, яка відрізняється тим, що мінімальна опроміненість внутрішньої поверхні камери для вибраної продуктивності проходження води через опромінювальну камеру розраховується із умов забезпечення поверхневої дози Hs 100 м Дж . см2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5