УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Настоящая полезная модель относится к устройству обеззараживания воды ультрафиолетовым (УФ) излучением.
Для обеззараживания воды используются три метода: химический, физический и комбинированный. Физические методы дезинфекции воды делятся на термический метод, метод обработки УФ-излучением и метод дезинфекции ультразвуком. Метод обеззараживания УФ-излучением основан на способности излучения приводить к фотохимическим реакциям в структуре молекул ДНК и РНК, следствием чего является их необратимые повреждения. В МУ 2.1.4.719-98 «Санитарный надзор за применением ультрафиолетового излучения в технологии подготовки питьевой воды доза» приведены дозы УФ-облучения для подготовки питьевой воды. В настоящее время существуют изобретения УФ-облучателей, имеющие промышленное применение для очистки воды, в основе которых используются газоразрядные лампы (например, УОВ 11W Philips, GPH356T5L-17W Full Sun, T5L10W Wonder Light). Недостатком таких устройств является низкий срок службы, высокое энергопотребление и механическая хрупкость.
Существуют изобретения для обеззараживания воды на основе полупроводниковых излучающих в УФ-диапазоне длин волн диодов.
В патенте США № 6579495 от 17 июня 2003 г. описано ручное, переносное устройство для обеззараживания воды, содержащее сосуд с водой, УФ-диоды и аккумуляторную батарею. Для обеззараживания воды устройство необходимо перемещать вручную, перемешивая воду, для обеспечения доступа УФ-излучения ко всему объему воды.
Недостатком данного технического решения является необходимость перемещения устройства вручную и сложность конструкции.
Известно изобретение (патент РФ № 2397146 от 20 августа 2010 г.), суть которого заключается в том, что излучение вводят в обеззараживаемый объем через оптическое окно водовода или ряд оптических окон, прозрачных для ультрафиолетового излучения светоизлучающих полупроводниковых диодов, с обеспечением рассеивания излучения светоизлучающих полупроводниковых диодов на гофрированных участках водовода, причем на внутреннюю поверхность водовода наносят покрытие с коэффициентом отражения 0,6-0,7.
Недостатком данного технического решения является отсутствие экспресс-анализа на наличие оставшихся после облучения микроорганизмов. Загрязнение оптических систем УФ-диодов при многократном использовании устройства приведет к снижению дозы бактерицидного облучения, что, в свою очередь, может привести к недостаточной дезинфекции.
Наиболее близкой является полезная модель (патент РФ №204740 U1 от 08 июня 2021 г.), суть которой заключается в том, что устройство для обеззараживания воды УФ-излучением, содержащее емкость для воды, имеющую отверстие с клапаном для ввода воды, по меньшей мере одно отверстие, в которое герметично установлено кварцевое стекло и по меньшей мере один ультрафиолетовый диод, излучающий в диапазоне оптического спектра 265-275 нм поток бактерицидного излучения не менее 700 мВт, причем устройство содержит блок управления, блок электропитания и электронасос, установленный в отверстие для вывода воды, отличается тем, что в отверстии, в котором герметично установлено кварцевое стекло, установлен фотодатчик, подключенный к блоку питания и блоку управления, при этом блок управления выполнен с возможностью при помощи фотодатчика фиксировать отсутствие спектров излучения, отличных от спектра излучения ультрафиолетового диода, причем блок управления выполнен с возможностью включать электронасос для вывода обеззараженной воды.
Известно, что срок службы и КПД полупроводниковых приборов напрямую зависят от температуры (это наглядно показано на графиках в работе Анализ срока службы светодиодных излучающих элементов / В. С. Солдаткин, Ю. В. Ряполова, К. Н. Афонин [и др.] // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2015. - № 3(37). - С. 55-61). Недостатком прототипа (патент РФ №204740 U1 от 08 июня 2021 г.) является отсутствие охлаждения УФ-диодов.
Целью полезной модели является повышение КПД и срока службы устройства для обеззараживания УФ-излучением за счет отвода тепла от УФ-диодов.
Техническим результатом является снижение времени облучения, повышение качества обеззараживания воды и повышение срока службы устройства для обеззараживания УФ-излучением.
Для достижения указанного технического результата в настоящей полезной модели предложено устройство, содержащее герметичный корпус в форме трубы (1), в отверстие с клапаном (2) поступает вода, в корпусе на опорах размещен реактор (3) для обеззараживания воды из теплопроводящего материала (например, алюминия, меди, теплопроводящей керамики), содержащий по меньшей мере один УФ-диод (4), излучающий в диапазоне оптического спектра (265-275) нм поток бактерицидного излучения не менее 700 мВт на теплопроводящей подложке, механически связанной с корпусом реактора (например, методом пайки, приклеивания, ввинчивания), фотодатчик (5), измеряющий спектральную характеристику в видимой области оптического диапазона, в реакторе герметично закреплена труба из кварцевого стекла (6), внутри которой протекает вода, труба из кварцевого стекла отделяет УФ-диоды и фотодатчик от воды. УФ-диод, фотодатчик электрически соединены с блоком питания и управления (7) и электронасосом (8), установленным в отверстие реактора для вывода воды. Известно, что все микроорганизмы имеют спектры флуоресценции в видимой области оптического диапазона при воздействии на них УФ-излучения. Обеззараживание воды проводится до тех пор, пока блок управления при помощи фотодатчика не зафиксирует отсутствие спектров излучения, отличных от спектров излучения УФ-диодов. После обеззараживания блок управления включает электронасос для вывода обеззараженной воды.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежами.
Фигура - схематический вид конструкции устройства для обеззараживания воды и жидкостей ультрафиолетовым излучением.
1 - герметичный корпус,
2 - клапан для ввода воды,
3 - реактор,
4 - УФ-диод,
5 - фотодатчик,
6 - труба из кварцевого стекла,
7 - блок питания и управления,
8 - электронасос.
Для подтверждения технического результата проведены исследования. В соответствии с ГОСТ 31861-2012 «Вода. Общие требования к отбору проб» взяты пробы речной воды. С помощью цифрового микроскопа Levenhuk в пробе воды были обнаружены 277 единицы микроорганизмов. С помощью макета предлагаемого устройства проведено обеззараживание пробы воды. После обеззараживания под микроскопом не было обнаружено микроорганизмов. Для проверки полученного результата пробы воды были нанесены на питательную среду агара. Образцы выдержаны при температуре (37±0,5)°С в течение (24±2) часов. После выдержки под микроскопом проверено наличие колоний микроорганизмов, колоний микроорганизмов обнаружено не было. Для статистики, десять раз были проведены повторные исследования с разными пробами воды.
Вывод: установлено, что предлагаемое в полезной модели устройство обеспечивает максимальное обеззараживание воды.