УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
APPARATUS FOR DISINFECTING WATER USING ULTRAVIOLET RADIATION

Изобретение относится к устройствам для обработки бытовых, промышленных и сточных вод с помощью ультрафиолетового излучения и может быть использовано в системах водоснабжения.
Известно устройство для очистки и обеззараживания водных сред [патент РФ №2031850, 1993 г., C02F 1/32], содержащее цилиндрический корпус, выполненный из материала, непрозрачного для ультрафиолетового излучения, снабженный входным и выходным патрубками для пропускания обрабатываемой жидкости, установленный продольно в корпусе источник ультрафиолетового излучения в виде трубки из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, заполненной инертным газом или воздухом, источник питания. Трубка служит источником ультрафиолетового излучения, представляя собой импульсную газоразрядную лампу. Концы трубки снабжены электродами, подключенными к блоку питания. Блок питания содержит высоковольтный импульсный генератор. Разряд осуществляется в атмосфере воздуха или инертном газе. Лампа имеет сплошной спектр излучения.
Главным недостатком аналога является то, что только малая часть энергии, излучаемой импульсной лампой, селективно поглощается органическими соединениями, тогда как большая часть энергии расходуется впустую. КПД данной установки при обеззараживании воды очень мал.
Известен способ обработки водных сред, содержащих органические примеси [патент РФ №2142915, 1999 г., C02F 1/32]. В патенте описан способ обеззараживания водных сред путем обработки ультрафиолетовым излучением, генерируемым ультрафиолетовой лампой. Установка для реализации предложенного способа содержит источник ультрафиолетового излучения, источник питания. Источник излучения представляет собой вакуумную ультрафиолетовую лампу на барьерном разряде, наполненную ксеноном, излучающую монохроматический пучок с длиной волны 172 нм, размещенную внутри реактора, содержащую внутренний и внешний электроды, соединенные с источником питания. В зазор между внутренней стенкой реактора и лампой помещают обрабатываемую водную среду, в которую подают воздух под давлением.
Описанный способ может быть применен для очистки воды от органических соединений.
В качестве недостатков такого способа применительно к задаче обеззараживания воды можно отметить следующее.
1. При использовании в установке для обеззараживания воды вакуумной ультрафиолетовой лампы на барьерном разряде, излучающей монохроматический пучок с длиной волны 172 нм, бактерицидный эффект очень мал, т.к. спектры действия летального эффекта имеют выраженный нуклеиновый максимум при длинах волн
260-265 нм.
2. Известно, что, как правило, кварцевое стекло хорошо пропускает излучение с длиной волны более 200 нм, но либо полностью, либо частично поглощает вакуумное ультрафиолетовое излучение. Таким образом, для изготовления вакуумных ультрафиолетовых ламп, описанных в патенте, необходимо использовать специальные сорта кварцевого стекла очень высокой чистоты, что существенно увеличивает стоимость лампы, в противном случае КПД лампы будет очень низким.
Выбранным в качестве прототипа является устройство «Безэлектродная газоразрядная система для обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением» [патент US 6162406, 1999 г., A61L 2/10; C02F 1/32; B01J 019/08], содержащее безэлектродную газоразрядную лампу низкого давления, имеющую кварцевую газоразрядную колбу, заполненную инертным газом и парами ртути, канал для протекания обеззараживаемой воды вокруг лампы, высокочастотный источник питания. Полость, расположенная внутри газоразрядной колбы, содержит индуктор для создания переменного магнитного поля при подключении к источнику переменного тока таким образом, что разряд имеет тороидальную форму. Канал для протекания обеззараживаемой воды вокруг лампы представляет собой кварцевую трубку в виде одного или нескольких витков вокруг лампы или множество параллельных трубок для протекания воды через них.
3
Недостатками прототипа являются небольшая мощность безэлектродной газоразрядной лампы низкого давления (20 Вт), малый поток бактерицидного ультрафиолетового излучения и, соответственно, невысокая пропускная способность обеззараживающего модуля (менее 0,25 м/ч). Описанный способ генерации безэлектродного газового разряда требует применения высокочастотных источников питания с частотой тока ~10 МГц и выше, что может привести к возникновению высокого уровня помех в радиочастотном диапазоне.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение производительности установки, упрощение конструкции установки, повышение безопасности.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом устройстве, содержащем безэлектродную газоразрядную лампу низкого давления, имеющую кварцевую газоразрядную колбу, заполненную инертным газом и парами ртути, канал для протекания обеззараживаемой воды вокруг лампы, высокочастотный источник питания, согласно изобретению безэлектродная газоразрядная лампа низкого давления герметично размещена внутри кварцевого цилиндрического кожуха, предохраняющего лампу от попадания воды, который установлен внутри внешнего цилиндрического корпуса из нержавеющей стали с тангенциальным вводом и выводом воды и трубками для промывки системы с обеспечением протекания обеззараживаемой воды между внутренним кварцевым цилиндрическим кожухом и внешним цилиндрическим корпусом из нержавеющей стали, а кварцевая газоразрядная колба выполнена в виде тора с одним или несколькими ферритовыми сердечниками с первичной обмоткой, выполненной в виде одного или нескольких витков, подключенной к высокочастотному источнику питания, при этом ферритовые сердечники включены параллельно или последовательно.
Тороидальная форма кварцевой газоразрядной колбы позволяет получить разряд, используя высокочастотные источники питания, где частота тока не превышает 1 МГц. Таким образом обеспечивается безопасность работы установки.
Мощность ультрафиолетового излучения лампы варьируется (50-500 Вт) путем изменения объема кварцевой тороидальной газоразрядной колбы, количества ферритовых сердечников и мощности источника питания в широких пределах (от 10 Вт, верхнего предела нет).
Расположение и форма внутреннего кварцевого цилиндрического кожуха, предохраняющего лампу от попадания воды, упрощает конструкцию установки.
3
За счет высокой мощности источника излучения, а также расположения и формы внутреннего кварцевого цилиндрического кожуха, предохраняющего лампу от попадания воды, обеспечивается высокая производительность установки (от 10 м/ч).
На чертеже представлен общий вид установки. Установка для обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением содержит внешний цилиндрический корпус из нержавеющей стали 1, внутренний кварцевый цилиндрический кожух 2, предохраняющий лампу от попадания воды, кварцевую тороидальную газоразрядную колбу 3, ферритовые сердечники 4, «окно» для контроля интенсивности ультрафиолетового излучения 5, трубку для подвода обеззараживаемой воды 6, трубки для промывки системы 7, трубку для вывода обеззараживаемой воды 8.
Устройство работает следующим образом.
Вода поступает в установку тангенциально через входную трубку 6 и проходит по зазору между внутренним кварцевым цилиндрическим кожухом (диаметр 250 мм) 2, предохраняющим лампу от попадания воды, и внешним цилиндрическим корпусом из нержавеющей стали (диаметр 285 мм) 1. При этом вода обрабатывается ультрафиолетовым излучением, создаваемым безэлектродной газоразрядной лампой низкого давления. Безэлектродная газоразрядная лампа низкого давления, основными элементами которой являются кварцевая тороидальная газоразрядная колба (диаметр 40 мм) 3 и ферритовые сердечники 4 с первичной обмоткой (не показано на чертеже), подключенной к высокочастотному источнику питания, излучает линию 253,7 нм. Ультрафиолетовое излучение проходит через внутренний кварцевый цилиндрический кожух 2 и проходит через воду. Обеззараженная вода выходит из установки через выходную трубку 8. В конструкции также предусмотрены дополнительные трубки 7, предназначенные для промывки системы. «Окно» из кварцевого стекла 5 используется для контроля плотности потока ультрафиолетового излучения.
Мощность ультрафиолетового излучения варьируется (50-500 Вт) путем изменения объема кварцевой тороидальной газоразрядной колбы, количества ферримагнитных сердечников и мощности источника питания в широких пределах (от 10 Вт, верхнего предела нет).
Тороидальная форма индукционной лампы позволяет получить разряд с применением высокочастотных источников питания с частотой тока не выше 1 МГц.
Как видно из описания установки, в сравнении с известными устройствами ее конструкция существенно проще, производительность больше, безопасность выше.