專利名稱：紫外輻射水消毒裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于凈化和飲用水處理過程中消毒的水處理領域。
更準確地說，本發明涉及通過紫外輻射給敞開的通道中的水消毒。
背景技術：
用這種技術，待消毒的水通過敞開的通道的上面部分，在上述敞開的通道內部安排一排或幾排燈，這些燈施加波長在200nm和300nm之間，而通常是254nm的紫外輻射，這些排燈組織成若干相互平行的豎直模塊，每個模塊都包括一個或幾個豎直的UV(紫外線)燈系列，上述UV燈用石英外罩保護，該外罩安排在通道中待消毒的水流動方向上。
這些UV燈排這樣安排在通道中，以使所有燈都浸沒在通過通道的水中。每個模塊都通過一個梁保持在適當位置，所述梁具有支承件，該支承件把燈保持在它們的可穿透UV射線的外罩中。燈通常這樣安排，以使它們的縱向軸線基本上平行于通道中的水流方向。水消毒通道裝備幾排燈，所述幾排燈一個接一個地安排在通道中。
這種在敞開的通道中的紫外輻射殺菌技術已存在大約20年了。UV燈的功率已隨著技術進步而增加，尤其是由于低壓UV燈技術，利用所述低壓UV燈技術每個燈排都可以處理越來越大的水量。
這種技術的一個缺點是當水在通道中通過期間，在水與燈排接觸的位置處，有一個水頭損失。隨著UV燈技術改進，這種水頭損失已變成限制這類技術總體效率的一個因素。
在過去，已經提出了兩種類型的解決方案來減少隨著水通過UV殺菌通道而在水中觀察到的這種水頭損失。
第一種解決方案包括加工UV燈的支承件，以便改善水流。
另一種解決方案包括設計連接器，當把燈連接構件安裝到保護燈的石英外罩內部的支承件上時，連接器具有低的流體阻力，及將這些構件與各支承件組合成重量很輕的結構。
這些解決方案的缺點是它們比較貴。
另外，它們不能使燈處于最佳距離，這樣不利于每個燈排的總體效率。
各燈的間距對反應器的總體效率非常重要。
尤其是，當處理污水時，紫外輻射的透射率低。實際上，由于這類污水的高濃度，在1cm厚的水流中這種透射率可以下降50％。因此，尤其是對于具有低UV透射率的水來說，各UV反應器燈之間的距離越短，則它們越有效。然而，隨著這些UV燈之間的距離減小，水可以通過的各燈排內部可用的空間變得更小，并因此壓力損失變得更高。
幾厘米的水頭損失對包括幾排UV裝置的總體效率可能有災難性的結果。實際上，如果這種壓力損失變得太高，則在第一排處的水位可能增加，因此處理不好的細菌可以濃集在表面上。
同時，沿著水流方向在下一個排中的上面的燈可能不總是被淹沒。不淹沒這些燈可能很有害，因為它引起燈過熱，并大大縮短了它們的壽命。
因此，可以理解，這種水頭損失問題特別重要。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種簡單的解決方案，它可以部分地解決在敞開的通道里用UV輻射的常規水消毒裝置所觀察到的這種水頭損失問題。
尤其是，本發明的一個目的是提出這種技術解決方案，所述解決方案不包括對消毒模塊設計的基本修改，上述消毒模塊如上所述通過疊置一些UV燈成豎直的排而形成，上述這些UV燈用石英外罩保護。
這些目的通過本發明的涉及一種通過紫外輻射進行的水消毒裝置而實現，所述水消毒裝置設計成用于安裝在一個通過紫外輻射進行水消毒的設備中的敞開的通道里，在該敞開的通道中待消毒的水沿著一個方向D流動。上述裝置包括多個形成UV燈的縱向構件。每個縱向構件都包括一個UV燈，一個保護外罩和若干連接器。所述外罩用一種UV射線可穿透的材料制成。所述連接器基本上在縱向上沿著上述方向D設置，并分布在多個豎直的模塊中。每個模塊都包括一個梁。形成上游和下游豎直支承件的構件固定到上述梁上。上述支承件支持至少一個上述形成燈的構件的豎直系列。所述形成燈的構件位于上述梁的下方，且一個在另一個上方。
其特征在于，上述形成上游支承件的構件安裝在基本上垂直于上述方向D的幾個平面中，此處n為大于1。
應該注意，在本發明范圍內，術語“上游”和下游相對于在裝置通道中沿方向D的水流方向定義。
盡管上游支承件構件可以錯位而形成燈的構件不相應的錯位，但形成燈的這些構件的上游端優選的是也位于P個平面中，此處P大于或等于n。
因此，按照本發明，形成上游支承件的構件不全是在通道里垂直于水流方向的同一平面中。這樣，這種水就不會同時遇到所有上游支承件構件，并因此不會同時遇到所有形成燈的構件，而是首先遇到它們之中的一部分，和然后至少遇到它們之中的另一部分。因此，水在它接觸消毒裝置時所觀察到的水頭損失減少很多。
應該注意，本發明包括所有形成燈用上游支承件的構件的布置。按照本發明，這些支承件是設置在幾個平面中而不是在單一平面中，因此，平面數n可以是2或3或甚至更多。
這樣，按照本發明，形成上游支承件的構件相互錯位，當水接觸構成消毒裝置的模塊時，該形成上游支承件的構件可以使水流放慢。
另外，應該注意，如果形成裝置的燈的構件的上游支承件的構件按照本發明相互錯位，則包括在形成燈的構件中的燈的上游端優選的是只位于一個上游平面中，下游端只位于一個下游平面中。因此，這些形成燈的構件的有用區域不會減少，在上述有用區域中由不同燈的輻射被組合。按照一個這樣的特點，對于形成燈的構件來說，用紫外輻射可穿透的材料制成的、保護燈的外罩的長度，必需制成比它們按照現有技術制成的長度更長，不過燈自身保持同樣的長度。
如上所述，形成上游支承件的構件所處的平面數n為2個或3個或多個。同樣，形成燈的構件的末端所處的平面數P可以等于2或3或更多。然而，按照一個優選的實施例，平面數n將等于2，平面數P也將等于2。
這兩種錯位平面也可以有不同的距離，這視它們的實施例而定。然而，按照一個優選的變型，這個距離δ將是在約5和約30cm之間。
還應該注意，如果形成按照本發明所述的上游支承件的構件位于至少兩個不同的平面中，則形成下游支承件的構件可以只位于一個平面中或位于不同的平面中。然而，按照一個優選實施例，當形成上游支承件的構件設置在n個平面中時，形成下游支承件的構件也設置在n個平面中。
本發明在消毒裝置中提供比用先有技術可能達到的更好的水流。由于這種更好的水流，可以將形成燈的構件所分開的距離減小，以便得到同等有效的消毒。實際上，不同的形成燈的構件的軸線之間的中心距可以是在約6cm和15cm之間。
同時，也可能為形成燈的構件提供具有大直徑的保護外罩，以便減少在該形成燈的構件之間通過的水流。實際上，按照本發明所述的這些外罩的直徑可以是在約2cm和6cm之間。
盡管在不同模塊中的梁可以具有在不同平面中的上游端和在不同平面中的下游端，但這些梁優選的是具有設置在橫斷通道中水流方向的同一平面中的上游端和設置在橫斷通道中水流方向的同一平面中的下游端。
本發明還包括任何利用紫外輻射的水消毒設備，所述利用紫外輻射的水消毒設備包括一個敞開的通道，在該敞開的通道中待消毒的水沿著一個方向D流動，其特征在于，它包括至少一個象如上所述那樣的裝置。
在看了下面參照附圖所作的非限制性實施例給出的說明之后，將更容易理解本發明及其具有的優點，其中圖1示出在按照本發明的一種消毒裝置安裝后的剖視圖；圖2示出按照圖1所示裝置的縱向剖面圖AA’；圖3示出按照圖1所示裝置的縱向剖面圖BB’；圖4示出圖1中所示裝置的頂視圖；圖5和6分別是用按照先有技術的裝置和用按照圖1-4所示裝置所觀察到的水頭損失的曲線圖。
具體實施例方式
參見圖1，一種水消毒設備包括一個混凝土通道1(或者一種用任何其它材料，例如不銹鋼制造的通道)，所述通道1在它的頂部敞開，而待消毒的水在其中流動。
按照本發明所述的水消毒裝置安裝在通道1中，以便給在這個通道中通過的水消毒。
對于本發明場合，這個裝置2包括一種由6個消毒模塊3形成的組合，所述6個消毒模塊3相互平行排列。該技術的技術人員習慣上用術語“排”來表示這種消毒模塊的組合。
每個模塊都包括一個梁4，支承件5(每個梁有2個支承件)連接到上述梁4上，同時附有兩個豎直系列的形成燈的構件6。
在這個非限制性實施例范圍內，各燈的長度為大約150cm，而它們的功率為130WUVC(短波紫外線UVC的瓦數，此處UVC是具有波長在200和300nm之間的紫外線)。
各形成燈的構件之間的中心間距C/C為9cm，而保護燈的外罩的直徑為3.5cm。
在圖1中以下游的剖視圖示出的該裝置在圖2中和圖3中用一縱向剖視圖表示。箭頭D在這些圖中限定通道中的水流方向。
圖2是裝置沿著圖1中平面AA’的剖視圖，圖3是裝置沿著圖1中平面BB’的剖視圖。
圖2和3示出模塊3的側視圖，這個模塊包括一個水平梁4，該水平梁4連接到兩個豎直支承件5，亦即5，5’上，上述兩個支承件5，5’支持形成UV燈的構件6。按照現有技術，這些形成許多UV燈的構件6分別包括一個用外罩6b保護的發射紫外輻射的燈6a和燈的每一端部處的連接器(為清楚起見，在圖中未示出)，所述外罩6b用一種紫外輻射可穿透的材料制成，這里是用石英制成。
一般地，每個模塊3還包括刮擦構件7，所述刮擦構件7安裝成在梁4上和在形成該模塊的燈的構件6上沿著一個運動距離滑動，上述運動距離相應于燈6a的長度。這種類型的刮擦構件7可以定期地用來清潔形成燈的構件6的外罩并消除各種雜質，這些雜質可能降低由裝在這些外罩中的燈所發射的UV輻射的擴散作用。
按照本發明，形成圖2所示模塊的上游支承件5的構件設置在一個平面N中，該平面N與含有形成圖3所示的模塊上游支承件5的構件的平面N’不同。結果，形成圖2所示模塊中的燈的構件6的上游端處在一個平面P中，該平面P與形成圖3所示模塊中燈的構件6的上游端所處的平面P’不同。
在這個實施例中，兩平面N和N’之間的距離δ為15cm。
形成排2的不同模塊的形成上游支承件5的構件交替地設置在平面N中和平面N’中。
更準確地說，參見圖1，豎直的燈排3a、3b、3e、3f、3i、3j表示設置在平面N中的上游支承件的構件，而豎直的燈排3c、3d、3g、3h、3k和31表示設置在平面N’中的上游支承件的構件。
這樣，在通過通道的水中的水頭損失，由于形成上游支承件的構件位置彼此相對錯位而降低。
形成下游支承件5’的構件也設置在錯位的平面N1和N1’中。
應該注意，在所有模塊中所有形成燈的構件6都是相同的長度。因此，如在圖2和3中可看到的它們的下游端也位于相互錯位的平面P1和P1’中。
然而，為了優化形成燈的構件6的效率，所有的燈6a都具有相同的長度，并且在它們的整個長度上全都相互平行。因此，所有燈6a的上游端都處于同一平面P2中，而它們的下游端全都處于同一平面P2’中。因此，形成燈的構件6具有一不對稱的構造，因為燈的各端與保護它們的石英外罩的各端之間的距離，在上游端和下游端處不同。
如在圖2，3和4中可以看到的，不同燈模塊6的梁4的上游端和下游端都處在同一平面P3和P3’中。
上述裝置已被用于將水消毒。
用同樣的水試驗了按照現有技術的具有不錯位的燈的構件的裝置，這些不錯位的燈具有與圖1-4所示的裝置完全相同的功率。
用按照本發明所述的裝置和用按照現有技術的裝置測量所觀察到的水頭損失(PdC)，通過用模塊上游側相對于一個基準的水位高度h1減去模塊下游側相對于同一基準的水位高度h2，進行測量(PdC＝h1-h2)。這些測量是在兩種情況下(本發明和先有技術)將恒定的輸入水流流到裝置(172.5m3/h和180m3/h)以及用可變流量進行。在不同時間里對每種裝置進行幾次測量。
結果在下面表1-6中列出。
表1涉及用按照先有技術的裝置所有的結果，換句話說，形成支承件的構件沒有任何錯位，同時水恒定流量為172.5m3h。
表1從9個讀數中取平均值，觀察到的水頭損失為2.39cm+/-0.28cm。
表2涉及用按照本發明所述的裝置得到的結果，換句話說，表明也在172.5m3/h的恒定流量下，形成支承件的構件錯位。
從8個讀數中取平均值，觀察到的水頭損失為1.62cm+/-0.30cm，它比先有技術中的水頭損失好47％。
表2還用180m3/h的水流量試驗了按照本發明所述的裝置。所觀察到的水頭損失在下面所列的表3中示出。
表3從7個讀數中取平均值，觀察到的水頭損失為1.16cm+/-0.11cm。
還在變動的輸入流量Q下試驗了按照先有技術的裝置和按照本發明所述的裝置。
表4和5分別表示在變動的輸入流量Q情況下，用按照先有技術的裝置(模塊不錯位)和按照本發明所述的裝置觀察到的水頭損失。在這些試驗期間，裝置下游側上的水位能改變。
表4
表5按照表4和5所列的數據在圖5的曲線上示出。對這些數據進行多項式內插，并以曲線形式清楚地顯示本發明的優點。表示在應用本發明期間所收集數據的曲線顯然是在表示用按照先有技術的裝置所收集數據的曲線下方，同時表明水頭損失大大減少。
表6和7表示在用可變輸入流量的情況下，分別用按照先有技術的裝置(模塊不錯位)和按照本發明所述的裝置(模塊錯位)所觀察到的水頭損失。在這些試驗期間使各裝置下游側上的水位保持近似恒定不變。
表6
表7按照表6和7中所列的數據在圖6中的曲線上示出。也對這些數據進行多項式內插，并且這也顯示出由本發明所提供的優點。
最后，應該注意，本發明還通過使由微生物所接收的劑量分布更均勻，改善了裝置殺菌效率。
權利要求
1.一種利用紫外輻射的水消毒裝置，該裝置設計成能安裝在利用紫外輻射的水消毒設備中的一個敞開的通道(1)里，待消毒的水在該敞開的通道中沿著一個方向D流動，上述裝置包括多個形成UV燈的縱向構件(6)，每個縱向構件(6)都由一個UV燈(6a)，一個保護外罩(6b)和連接器組成，上述保護外罩(6b)用一種UV射線可穿透的材料制成，上述連接器基本上是在縱向上沿著上述方向D設置并分布在多個豎立的模塊(3)中，每個模塊都包括一個梁(4)，至少兩個形成豎直支承件(5)的構件固定到上述梁(4)上，上述支承件(5)的構件用于保持至少一個系列的上述形成燈的構件(6)，上述形成燈的構件(6)位于上述梁(4)的下方，一個構件在另一個構件的上方，其特征在于，上述形成上游支承件的構件安裝在n個分開的平面(N，N’，N”等)中，上述n個分開的平面(N，N’，N”等)基本上垂直于上述方向D，此處n大于1。
2.按照權利要求1所述利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，上述形成燈的構件(6)的上游端位于P個分開的平面(P，P’)中，上述P個分開的平面(P，P’)基本上垂直于上述方向D，此處P大于或等于n。
3.按照權利要求1或2所述的利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，上述形成燈的構件(6)中所有燈(6a)都具有一個上游端和一個下游端，上述上游端只位于一個上游平面(P2)中，而上述下游端只位于一個下游平面(P2’)中。
4.按照權利要求1-3其中之一所述的利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，n和P等于2。
5.按照權利要求4所述的利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，兩個基本上垂直于上述方向D的平面(N，N’)相互分開一個距離，所述距離是在約5cm和約30cm之間。
6.按照權利要求1-5其中之一所述的利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，上述形成燈的構件(6)全都具有相同的長度。
7.按照權利要求1-6其中之一所述的利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，上述形成燈的構件(6)的c/c距離是在約6cm和15cm之間。
8.按照權利要求1-7其中之一所述的利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，每個上述形成燈的構件(6)都包括一個外罩，所述外罩用一種UV射線可穿透的材料(6b)制成，外罩具有的直徑在約2和6cm之間。
9.按照權利要求1-8其中之一所述的利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，上述模塊的梁(4)全都具有相同的長度，并具有上游端和下游端，上述上游端只位于一個上游橫向平面(P3)中，而上述下游端只位于一個下游橫向平面(P’3)中。
10.按照權利要求1-9其中之一所述的利用紫外輻射的水消毒裝置，其特征在于，上游支承構件(5’)安裝在n個平面(N1，N1’)中，所述n個平面基本上垂直于方向D，此處n大于1。
11.利用紫外輻射的水消毒設備，包括一個敞開的通道(1)，待消毒的水在該敞開的通道中沿著方向D流動，其特征在于，至少一個按照權利要求1-10其中之一所述的裝置，在所述裝置中形成上述形成燈的構件(6)的上游支承件(5)的構件安裝在n個分開的平面(N，N’)中，所述n個分開的平面(N，N’)基本上垂直于上述方向D，此處n大于1。
全文摘要
本發明涉及一種用于敞開的通道(1)的紫外輻射水消毒裝置，其中待消毒的水沿著一個方向D流動。裝置包括多個形成UV燈的縱向構件(6)。各個構件(6)都包括一個UV燈(6a)；一個保護罩(6b)，所述保護罩(6b)用UV可穿透的材料制成；和若干連接器。所述連接器基本上在縱向上沿著方向D設置，并分布到多個豎立的模塊(3)中。每個模塊都包括一個梁(4)，至少兩個形成豎直支承件(5)的構件固定到上述梁(4)上。所述形成豎直支承件(5)的構件安裝有至少一個系列的上述形成燈的構件(6)。這些形成燈的構件(6)設置在上述梁(4)的下方，一個構件在另一個構件上。本發明其特征在于，上述上游形成支承件的構件安裝在n個平面(N，N′，N″)中，上述n個平面(N，N′，N″)基本上垂直于上述方向D，此處n為大于1。
文檔編號C02F1/32GK1759068SQ200480006343
公開日2006年4月12日 申請日期2004年3月25日 優先權日2003年3月27日
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