СИСТЕМА ДЛЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ДЕЗИНФЕКЦИИ СТОЧНОЙ ВОДЫ И ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, СОДЕРЖАЩАЯ ОЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
SYSTEM FOR UV DISINFECTION OF EFFLUENTS AND DRINKING WATER INCLUDING CLEANING DEVICE

Настоящее изобретение относится к системе для ультрафиолетовой дезинфекции сточной воды и питьевой воды, включающей в себя очистительное устройство, характеризующееся признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения.
В течение длительного периода времени было известно, что микробиологически насыщенные жидкости, такие как сточная вода и питьевая вода, могут быть обработаны с помощью ультрафиолетового излучения. В этом случае даже осветленная сточная вода может быть продезинфицирована до такой степени, что она может сливаться в реки и водоемы, предназначенные для купания. Питьевая вода может быть продезинфицирована с помощью ультрафиолетового излучения, для того чтобы она была пригодна для употребления человеком.
Для дезинфекции используются ртутные излучатели низкого или среднего давления, которые защищены оболочкой из трубок и погружаются в воду, которая должна быть обработана. Излучатели и оболочки из трубок выполнены из проницаемого для ультрафиолетового излучения материала. На практике для этого используется кварцевое стекло. Внешняя поверхность оболочки из трубок находится в непосредственном контакте с окружающей жидкостью и является поверхностью, где материал, осаждающийся во время работы, со временем изолирует ее от окружающей жидкости. Это может быть неорганический материал, например, известь. Однако это могут быть также органические отложения.
В результате этих отложений на внешних поверхностях трубчатых оболочек ультрафиолетовое излучение, испускаемое в жидкость, будет уменьшаться. В дальнейшем будет сделан акцент на образование плотных отложений.
Для того чтобы удалять такие плотные отложения, ранее предлагалось извлекать излучатели после остановки их работы, а затем очищать трубчатые оболочки. Также предлагалось очищать излучатели в закрытых каналах в случае остановки потока жидкости за счет заполнения канала жидкостью, содержащей кислоту. Эти решения неосуществимы для больших установок. Даже приостановка работы является неблагоприятным условием.
Вследствие этого были разработаны различные подходы для автоматического очищения трубчатых оболочек. Каждое из этих решений использует кольца, которые размещаются на верхней части цилиндрических трубчатых оболочек и которые затем перемещаются вдоль трубчатых оболочек с помощью привода. Механический контакт между кольцом и трубчатой оболочкой осуществляет очистку. В зависимости от варианта применения различные решения были проверены на осуществимость. Из предшествующего уровня техники известны следующие решения.
Документ US 5418370 А показывает очистительное устройство для трубчатой оболочки излучателя, имеющей кольцевой подшипник, контактирующий с трубчатой оболочкой. Кольцо имеет камеру, которая взаимодействует с трубчатой оболочкой и в которую подается очищающая жидкость. Для перемещения кольца вдоль трубчатой оболочки предусмотрены приводные средства. В процессе перемещения очищающий агент будет постепенно входить в контакт со всей поверхностью трубчатой оболочки, и осуществлять удаление плотных отложений. Аналогичное решение известно из документа US 6013917 А. Здесь очистительное кольцо включает в себя два уплотнения, отстоящих друг от друга в осевом направлении трубчатой оболочки, которые осуществляют уплотнение камеры по отношению к окружающей жидкости. Здесь предлагается подавать очищающую жидкость в камеру через систему для пополнения жидкости, таким образом, во время перемещения очистительного кольца в осевом направлении очистительная жидкость также будет входить в контакт с поверхностью по всей длине трубчатой оболочки и отделять плотные отложения. В этом типе очистительных колец проблематичным является поведение устройства в случае известковых отложений на поверхности трубчатой оболочки. Камеры внутри колец являются зависимыми от уплотнения камеры по отношению к окружающей жидкости, при этом уплотнение должно быть настолько хорошим, насколько это возможно. Это уплотнение получает повреждение от известковых отложений, так что очистительная жидкость не может сохраняться в камере и теряется, или происходит увеличенное ее потребление. В случае вариантов применения с питьевой водой это решение также неприменимо, если существенные количества очистительной жидкости протекают в питьевую воду.
В документе DE 10010127 А1 предлагается очистительное кольцо, в котором поверхность трубчатой оболочки окружается вспененным материалом с открытыми порами. Очистительная жидкость подается в этот вспененный материал. Здесь эластичность вспененного материала гарантирует, что очистительное кольцо будет постоянно оставаться в хорошем контакте с поверхностью трубчатой оболочки. В силу того, что поры являются открытыми, очистительная жидкость в значительных объемах не может попадать в окружающую воду. Это техническое решение доказало свою полезность для водных объектов, которые особенно сильно подвержены известковым отложениям. Однако в случае продолжительной работы существует риск, что трубчатые оболочки будут поцарапаны.
Существуют также дополнительные варианты для трубчатых оболочек, которые работают без подачи очистительной жидкости. Эти очистительные кольца осуществляют чисто механическую очистку поверхности трубчатой оболочки. Известна излучающая система, обрабатывающая воду прудов для разведения рыбы, известная из документа US 5942109 А. Здесь предлагается очистительное кольцо для трубчатой оболочки ультрафиолетового излучателя, которое имеет щетки в его внутренней части. Щетки упираются в поверхность трубчатой оболочки и очищают эту поверхность трубчатой оболочки за счет осевого перемещения. Для использования в области питьевой воды или сточной воды такое решение до настоящего времени не предлагалось. Однако в случае продолжительной работы здесь также можно ожидать износ щеток и повреждение поверхности трубчатой оболочки.
Документ DE 60019106 Т2 показывает очистительные элементы, имеющие кольца из эластомера и камеру, которая формируется, соответственно, между двумя кольцами, при этом в кольца должен подаваться очищающий агент.
Документ DE 60312598 Т2 показывает очистительное устройство, содержащее очистительные элементы, выполненные из проволочного материала. Очистительные элементы упруго смещаются в контакте с поверхностью трубчатой оболочки и во время очистительной операции приводятся в движение в осевом направлении трубчатой оболочки, а также для дополнительного вращения вокруг продольной оси.
И, наконец, DE 10125507 А1 показывает чисто механическое действие очистительного кольца, содержащего направляющую камеру и лопасти, ориентированные вертикально относительно поверхности трубчатой оболочки в направляющей камере. Лопасти выполнены в виде винтового кольца, которое с упругим контактом проходит вокруг поверхности трубчатой оболочки и благодаря своей упругости опирается на поверхность. Это очищающее устройство саморегулируется для компенсирования какого-либо износа. Здесь достигается высокое поверхностное давление очистительного кольца на поверхность трубчатой оболочки. Однако при работе с водными объектами, имеющими тенденцию вызывать сильные отложения на трубчатых оболочках, воздействие со временем уменьшается.
Поэтому не существует систем ультрафиолетовой дезинфекции, известных из техники существующего уровня, в которых поверхность трубчатой оболочки может быть очищена во время ее функционирования с равномерной эффективностью, даже в случае высокой тенденции к образованию отложений.
Задачей настоящего изобретения является создание системы ультрафиолетовый дезинфекции, в которой поверхность трубчатой оболочки может быть очищена во время ее функционирования с эффективностью, которая остается постоянной даже после длительного периода времени.
Эта задача достигается с помощью системы, охарактеризованной признаками п.1 формулы изобретения.
Поскольку имеются средства подачи, подающие жидкость под повышенным давлением от источника давления к кольцу скребка в направлении трубчатой оболочки, то может быть достигнуто равномерное высокое контактное давление на поверхность трубчатой оболочки, которое дополнительно может регулироваться в зависимости от величины давления.
Если имеется несколько трубчатых оболочек с общим держателем и общим источником питания для нагнетаемой под давлением жидкости, например, через трубопроводы, проходящие в держатель, то для большей системы, имеющей множество излучателей, могут быть использованы источник общего давления и общий привод.
В случае большего количества плотных отложений преимущественной является компоновка, в которой очистительное кольцо имеет определенное количество сопел в осевом направлении, находящихся поблизости от кольца скребка, при этом сопла, направленные вертикально или перпендикулярно к поверхности трубчатой оболочки, располагаются в круговом направлении относительно очистительного кольца на некотором расстоянии одно от другого и с интервалом от поверхности трубчатой оболочки, поскольку, таким образом, любые скопления грубых загрязнений могут быть сразу удалены бесконтактным образом, а это означает, что они не подвергнут какому-либо напряжению очистительное кольцо. Таким образом, будет достигаться более долгий срок службы очистительного кольца, и любое царапание трубчатых оболочек за счет перемещения со скоблящим эффектом будет уменьшено. Здесь существует особое преимущество, заключающееся в том, что если привод очистительных колец имеет положение покоя в конечной позиции в осевом направлении трубчатых оболочек и сопла перемещаются впереди от очистительного кольца относительно перемещения из этой конечной позиции, то в случае начальной активизации после долгого перерыва в работе грубые отложения будут удаляться в первую очередь, перед тем как кольцо скребка будет скользить по поверхности трубчатой оболочки.
Если сопла находятся во взаимодействии с подающими средствами, используемыми для подачи нагнетаемой под повышенным давлением жидкости, может быть использован общий источник давления для сопел и для контактного давления кольца скребка.
Можно полностью обходиться без любых компонентов электрического привода, если привод очистительных колец в осевом направлении трубчатых оболочек выполняется гидравлически, например, с помощью гидравлического цилиндра.
Привод может осуществляться электрически или гидравлически, если в качестве привода используется вращательный привод. Привод, в частности, может осуществлять подачу с помощью нагнетаемой под давлением жидкости.
В частности, для вариантов применения в области питьевой воды предпочтительным является использование воды в качестве нагнетаемой под давлением жидкости.
Ниже описаны варианты осуществления настоящего изобретения с помощью чертежей, на которых:
фиг.1 - вид в перспективе очистительного кольца в соответствии с изобретением, содержащим кольцо скребка и разбрызгивающее кольцо;
фиг.2 - продольная секция очистительного кольца в соответствии с фиг.1 с обозначенной трубчатой оболочкой;
фиг.3 - увеличенный вид элемента III по фиг.2;
фиг.4 - вид в перспективе грязесъемного узла, включающего в себя объединенный с ним держатель и подающие трубопроводы для трех излучателей; и
фиг.5 - грязесъемный узел в соответствии с фиг.4 с электрическим приводом и средствами подачи жидкости, объединенный в закрытый канал для облучения с тремя излучателями.
На фиг.1 очистительное кольцо, в целом, обозначено ссылочной позицией 1. Очистительное кольцо 1 содержит состоящий из двух частей корпус 2, имеющий базовую часть 3 и обойму 4. Обойма 4 закрепляется на базовой части 3 с помощью винтов 5. Корпус 2 имеет первый фитинг 6 для нагнетаемой под давлением жидкости. Обойма 4 поддерживает кольцо 7 скребка, выполненное из пластичного материала, при этом вышеуказанное кольцо скребка удерживается в первом желобе 15 в обойме 4. Секция 8, имеющая уменьшенный диаметр по сравнению с диаметром корпуса 2, выполнена таким образом, что она располагается противоположно обойме 4. Секция 8 имеет желоб для размещения в нем зажимного кольца 9, используемого для удерживания очистительного кольца 1 в устройстве.
Внутри корпуса 2 расположены сопла 10, выполненные в виде сквозных отверстий, открытых в направлении внутрь. В целом, очистительное кольцо 1 является осесимметричным относительно оси, проходящей вертикально на фиг.1, и окружает кольцеобразное отверстие, в которое направлены сопла 10.
Фиг.2 показывает продольную секцию очистительного кольца 1 вдоль продольной оси 11. Идентичные компоненты обозначаются одинаковыми ссылочными позициями.
Обойма 4 имеет первый желоб 15, который открыт в направлении продольной оси 11. Первый желоб 15 имеет прямоугольное поперечное сечение. Кольцо 7 скребка вставляется в первый желоб 15 таким образом, что оно может совершать в нем радиальное перемещение, герметизирует стенки желоба. Базовая часть 3 очистительного кольца 1 также имеет непрерывный второй желоб 16, который открыт в направлении продольной оси 11. Второй желоб 16 закрыт на его внутренней стороне вставкой 17, которая соосно располагается в базовой части 3 относительно продольной оси 11. Вставка 17 содержит сопла 10 в виде радиальных сквозных отверстий, сообщающихся с одной стороны со вторым желобом 16, а с другой стороны - с внутренним пространством, окруженным очистительным кольцом 1. Вставка 17 дополнительно имеет секцию 8, имеющую конусовидное сечение с зажимным кольцом 9.
Канал 12, расположенный параллельно продольной оси 11, соединяет желоба 15 и 16. На фиг.2 первый фитинг 6 из фиг.1 не показан. Этот фитинг сообщается со вторым желобом 16 и, следовательно, с первым желобом 15.
Фиг.2 дополнительно показывает секции трубчатой оболочки 18, которая располагается концентрично продольной оси 11, и которая во время работы окружает ультрафиолетовый излучатель, который также ориентирован концентрично продольной оси 11. Ультрафиолетовый излучатель здесь не показан, чтобы увеличить ясность изложения. Кольцо 7 скребка упирается во внешнюю поверхность трубчатой оболочки 18 двумя непрерывными контактными кромками 19 уплотнения. Между вставкой 17 и поверхностью трубчатой оболочки 18 имеется кольцевой зазор.
Фиг.3 показывает увеличенный вид III фигуры 2. Идентичные компоненты обозначаются одинаковыми ссылочными позициями. Трубчатая оболочка 18 на этом виде не показана.
Базовая часть 3 герметизируется относительно обоймы 4 в области отверстия 12 с помощью кольцевого уплотнения 20. Аналогичным образом, вставка 17 герметизируется относительно базовой части 3 с помощью двух дополнительных кольцевых уплотнений 21. Второй желоб 16 сообщается, как уже описывалось, с соплами 10 и с первым фитингом 6. Первый желоб 15 герметизируется радиально внутри с помощью кольца 7 скребка, опирающегося на стенки желоба. Таким образом, формируется пространство внутри очистительного кольца 1, открытое в направлении наружу только через первый фитинг 6 и сопла 10, в результате чего может поддерживаться давление в первом фитинге 6, во втором желобе 16 и в первом желобе 15. Жидкость протекает через сопла 10 в радиальном направлении внутрь, в зазор между вставкой 17 и трубчатой оболочкой 18. Соответствующее увеличение давления в первом желобе 15 создает силу, которая поджимает кольцо 7 скребка радиально внутрь в направлении трубчатой оболочки 18.
Фиг.4 показывает устройство, в котором имеется девять очистительных колец 1, располагающихся в общем держателе 25. Держатель 25 содержит соединительную трубку 26, удерживающие элементы 27 и соединительные элементы 28. Удерживающие элементы 27 имеют одинаковую конструкцию, и каждый из них удерживает три очистительных кольца 1, при этом они располагаются на таком расстоянии друг от друга, что одно очистительное кольцо 1 каждого удерживающего элемента 27 соосно второму и третьему очистительным кольцами 1. Соединительные элементы 28 поддерживают удерживающие элементы 27 в таком положении, чтобы они были параллельны друг другу.
Внутри соединительной трубки 26 располагается канал, в который подается жидкость под давлением через второй фитинг 29. Соединительная трубка 26 является пустотелой и сообщается с соответствующими каналами в удерживающих элементах 27, которые, в свою очередь, сообщаются с первыми фитингами 6 очистительных колец 1. В результате давление во второй фитинг 29 приводит к описанному выше процессу, когда кольца 7 скребка прижимаются в радиальном направлении внутрь и нагнетаемая под давлением жидкость выходит из сопел 10.
В ходе этого процесса нагнетаемая под давлением жидкость протекает через компоненты 26, 27 и 29, которые используются как средства для подачи жидкости от источника давления к очистительному кольцу 1.
Интегрирование описанного устройства в систему для облучения воды в закрытом канале 34 для облучения, выполненном из нержавеющей стали, показано на фиг.5. Соединительная трубка 26 располагается здесь ниже удерживающих элементов 27. Также как показано на фиг.4, каждый из удерживающих элементов 27 поддерживает три очистительных кольца 1, из которых только два, соответственно, можно увидеть на этом виде. Внутри канала 34 для облучения установлены три ультрафиолетовых излучателя 30, каждый из которых расположен внутри трубчатой оболочки 18. Таким образом, ультрафиолетовые излучатели 30 защищены от прямого контакта с водой, которая присутствует в канале 34 для облучения. Однако внешние поверхности трубчатых оболочек 18 находятся в непосредственном контакте с водой.
Электрический двигатель 31 с соответствующим передаточным механизмом приводит в действие вращательный привод 32, который, в свою очередь, используется для перемещения держателя 25 параллельно оси 11.
Вода подается через соединительные фитинги 33 в канал 34 для облучения. Вода протекает вокруг трубчатых оболочек 18 и снова выходит из канала 34 для облучения на противоположном конце через соответствующий фитинг. Во время работы ультрафиолетовые излучатели 30 испускают ультрафиолетовое излучение, которое уничтожает микроорганизмы в воде. Таким образом, эта вода дезинфицируется. Поверхность трубчатых оболочек 18 загрязняется от известковых составляющих и органических веществ. Эти загрязнители наращиваются и формируют плотные отложения, которые поглощают ультрафиолетовое излучение и поэтому уменьшают эффективность устройства.
Для того чтобы удалить эти плотные отложения с поверхности трубчатых оболочек 18, очистительные кольца 1 перемещаются возвратно-поступательно в направлении продольной оси 11 через три трубчатые оболочки 18 с помощью держателя 25. Для этой цели включают электрический привод (электрический двигатель 31, вращательный привод 32). В то же время нагнетаемая под давлением жидкость, например вода, подается ко второму фитингу 29. Жидкость протекает через внутреннее отверстие соединительной трубки 26 и каналы в удерживающих элементах 27 и поступает в кольцевой второй желоб 16 через первый фитинг 6. В дальнейшем давление создается радиально снаружи кольца 7 скребка, для того чтобы контактные кромки 19 уплотнения оказывали давление на поверхность трубчатых оболочек 18. Затем жидкость протекает из сопел 10 в кольцевой зазор между вставкой 17 и трубчатой оболочкой 18, где создается турбулентный поток, обеспечивающий сдвигающее усилие, которое в значительной степени отделяет плотные отложения. Кольцо 7 скребка с контактными кромками 19 уплотнения затем соскребают ослабленные плотные отложения практически полностью с поверхности трубчатых оболочек 18.
Очистительное кольцо 1 предпочтительно вставляется в держатель 25 и в общий собранный узел в соответствии с фиг.5 таким образом, что в положении покоя вставка 17 повернута лицевой стороной в направлении трубчатой оболочки 18, которая должна очищаться. Когда система затем снова переходит к операции с начала цикла очистки, вставка 17 в этом случае перемещается вперед вместе с соплами 10 и производит первую обработку плотных отложений, тогда как кольцо 7 скребка следует за ним и может соскабливать остающиеся отложения. Таким образом, срок службы кольца 7 скребка увеличивается. Кроме того, жидкость, выходящая из сопел 10, вымывает отложения из кольцевого зазора между очистительным кольцом 1 и трубчатой оболочкой 18, которая на фиг.2 находится на левой стороне, поскольку правая сторона закрывается кольцом 7 скребка. Таким образом, плотные отложения, по меньшей мере, частично вымываются из внутреннего пространства очистительного кольца 1 с помощью нагнетаемой под давлением жидкости и, таким образом, не будут создавать какую-либо нагрузку на кольцо 7 скребка.
Более простые варианты осуществления настоящего изобретения могут быть выполнены таким образом, что в очистительном кольце 1 имеется только кольцо 7 скребка и взаимодействующий с ним первый желоб 15, в то время как вставка 17 и сопла 10 могут не использоваться. Эта конструкция позволяет реализовать режим функционирования как с традиционными очищающими кольцами, которые соскребают плотные отложения только механически. Однако улучшенный эффект также достигается, поскольку на кольцо 7 скребка оказывается радиальное нажимающее воздействие в направлении поверхности трубчатой оболочки 18, при этом кольцо 7 скребка также перенастраивается, чтобы компенсировать любой произведенный износ. Кольцо 7 скребка может быть выполнено из любого подходящего пластичного материала, например из политетрафторэтилена, который может деформироваться в значительной степени для описанного здесь варианта применения и который является стойким к ультрафиолетовому излучению.
Упрощение устройства также может состоять в том, что вместо электрического привода может использоваться гидравлический привод, использующий нагнетаемую под повышенным давлением жидкость, используемую для очистки. Это могут быть узлы типа поршень/цилиндр или вращательные приводы, работающие аналогичным турбине образом, однонаправленного или реверсивного вращения.