增強紫外線系統中的紊流混合的製作方法

2023-12-02 08:33:16 1

專利名稱：增強紫外線系統中的紊流混合的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用紫外線光滅菌的系統，更具體地說涉及經過該系統的細菌受到的紫外線輻射劑量。
眾所周知，紫外光可用於消毒水，包括消毒廢水。紫外光可以抑制水或廢水中的所有致病微生物的繁殖。最近有人提出用光殺滅電廠使用過的湖、河水中的ZEBRA病毒和相關的貝類。
用紫外光燈滅微生物或貝類的關鍵在於有機質要吸收足夠的紫外光劑量，從而不能生存。有機物吸收的劑量由下式確定劑量＝強度×時間其中時間為給定有機物暴露在紫外光下的秒數，強度以W/cm2量度，從而劑量以W·sec/cm2量度。對於給定的紫外燈功率輸出，強度隨距燈的徑向距離增加而削弱。
用紫外光燈滅廢水消毒系統中的有機物的一個例子說明於美國專利5,019,256(簡稱256專利)，該專利發表於1991年5月28日，並授予與本發明受讓人有關的受讓人。該系統有一個其上安裝一或多個標準燈架的框架。每個燈架有一個一或多個燈單元的陣列。每個燈單元由一個石英套管包圍的紫外燈組成。每個燈僅在一端有連接電源用的接觸裝置，石英套管在一端封閉。
燈單元組裝得使石英套管的封閉端在燈的沒有電源連接接觸的一端。每一個燈架有兩個相對而立的支架。支架之一有兩或多個安裝在其上的擺動套管。每個擺動套管各與一個燈單元相聯。石英套管封閉端的一部分居擺動套管之中。
在256專利所述的紫外線系統中，在圖7C中點2處的強度最小。如果在通過燈陣列時，有機體呆在中線附近，那麼與以不規則的紊流路徑通過燈陣列的有機體所接受的紫外線劑量相比較，它所經受的紫外線劑量要減少。紊流的路線使這些有機質靠近石英套管，也就是靠近燈。
因此希望增加已經存在於系統中在有機物經過燈陣列時的紊流混合。由於石英套管的成本與其長度相關，還希望以減少其長度的方式增加紊流混合。進一步還希望，保證在有機物經過系統時，在整個紫外線系統燈陣列中都有紊流混合。
一種增加浸入液體的紫外線系統中的紊流混合的方法，該系統至少有一個燈單元。此方法包括在燈單元的外表面預定位置安裝一個環形處裝置的步驟。
一種浸入液體中的紫外線系統。該系統至少有一個燈單元。該系統還有一個位於燈單元的外表面上第一預定位置處的環形裝置。
一種浸入液體中的紫外線系統。該系統有一個安裝在上遊和下遊端支承座之間的紫外燈單元。該系統還有安裝在靠近燈單元的上遊端支承座上的環形裝置。
下面參照


本發明的實施方案，其中圖1所示為256專利的紫外線系統的透視圖；圖2所示為具有五個燈架的紫外線系統浸入液流槽路的上遊端視圖；圖3為圖2所示槽路的側截面圖；圖4為圖2所示槽路的側截面圖，其中浸入了根據本發明一個實施方案的紫外線系統；
圖5為內有根據本發明另一個實施方案的紫外線系統的槽路的上遊端；圖6a所示為用於檢測本發明的槽路的側截面和中性漂浮染料注射入槽路處的橫向位置；圖6b所示為圖6a的槽路的橫截面圖；圖6c所示為三個染料注射點的放大視圖；圖7a所示為用於檢測圖4的實施方案的槽路的側截面圖及進行測速處的軸向位置；圖7b所示為用於檢測圖5的實施方案的槽路的側截面圖及進行測速處的軸向位置；而圖7c所示為圖7a和圖7b中每個軸線的進行測速處的兩個橫向位置。
參見圖1，所示為在256專利說明的紫外線系統100的透視圖。系統100有一或多個標準燈架10，每個燈架有一個水平的吊杆11。在上遊端掛在吊杆11上的是豎直的金屬杆12，而掛在下遊端掛在吊杆11上的豎直的金屬導管15。導管15起電纜的防水通道的作用。
樞軸地安裝在杆12等間隔點上的是金屬套管13，每根金屬套管13中有一個子彈形帽蓋。每根套管均可在水平面內擺動。沿面對套管13的方向上安裝在導管15上的是連接器16，它們各容納一個燈座。
延伸於套管13和對應的連接器16之間的是燈單元17。每個燈單元的上遊端滑動地收容於相關的套管中，而下遊端以領域內公知的方式容放於相關的連接器中。
每個燈單元有一長形管狀紫外燈。每一個燈保護性地收容在對燈的紫外線輻射透明的石英套管中。石英套管的上遊端是封閉的。套管的開口的下遊端以可密封開口端的方式收容於連接器中。導管15中的電纜經過連接器從而在相關套管的開口端連接著各燈。
現參見圖2，圖中所示為液流槽路的上遊端，槽路中浸入了具有五個燈架10的系統100。每個燈架有四個燈單元，燈單元延伸在安裝在杆12上的一個相關套管13和相關的下遊端連接器(未示)之間。圖3所示為液流槽路20的側截面圖，其中浸入有圖2所示的系統100。
為了增加系統100中每個燈架10的紊流混合，在每個燈單元的石英套管上套裝有墊片之類的環形裝置。在一個實施方案中，每個石英套管上套裝有兩個同樣尺寸的墊片。圖4所示為液流槽路20的側截面，其中浸有系統100，而燈架中每個燈單元的石英套管上安裝有兩個墊片22a和22b。
一個墊片安裝在燈架上遊端到下遊端距離的三分之一處，另一個墊片安裝在燈架上遊端到下遊端距離的三分之二處。每個墊片由一個位在墊片緊後方的橡膠環(未示)保持在位。墊片還可以用領域內一般技術人員所公知的其它方法固定在位，例如，壓靠著但不壓壞石英套管的金屬部件。
現參見圖5，圖中示出液流槽路的上遊端視圖，其中浸入有系統100中各個燈架的另一實施例。此實施方案中紊流混合是用杆24和環26加強的，它們取代了256專利中所述的上遊端的杆12和金屬套管13。環26焊在杆24上，環26固定各燈單元的上遊端。
256專利中所述系統用的每個燈架的長度為1.61米，而圖5的系統的每個燈架的長度為1.56米。因此圖5的系統不僅增加了紊流混合，而且減少了石英套管的長度，即降低了石英套管的成本。
系統100中五個燈架中每個燈架的又一個實施例(未示)是，通過把圖4所示實施方案的墊片22a、22b與圖5所示的杆24和環26結合起來來增加紊流混合。
圖4和5所示實施方案及其組合，均進行了檢測以確定紊流混合的增強。這些檢測是通過把各實施例浸入寬38.89釐米，深46釐米，長約12米的槽路中進行檢測的。在液流中注入中性漂浮紅染料，從而能進行紊流混合和液流圖象的視象記錄。如領域內一般技術人員所公知，中性漂浮染料是與槽路中的水溫度相同的染料。
紅色染料在選定點注入槽路。圖6a表示槽路的側面及染料注入處的橫向位置。染料注入點的軸向位置定在各組墊片上遊5釐米處。圖6b表示槽路的橫截面和染料注入點，而圖6c表示染料注入點1、2和4的近視圖。
結合上述紅染料，還在燈架上作了測速。速度測量使用了由Sontek生產的聲學都卜勒測速儀(ADV)。都卜勒測速儀用改造的赤道鏡支架固定在位的。由於水溫的變化引起水中聲速的改變，槽路的水溫用水銀溫度計或其它適用的儀器進監測。
對於圖4所示的實施方案，速度檢測是在圖7a中標號1-27的27個軸向位置採樣的。27個軸向位置中的24個在燈架內。對於圖5所示的實施方案，速度檢測是在圖7b中標號1-12的12個軸向位置採樣的。12個軸向位置有9個在燈架內。
在圖7a和圖7b所示的每個軸向位置，速度測量是在圖7c標示1和2的兩個橫向位置得到的。位置1在相鄰的豎直和水平燈的中線間，而位置2在與四個石英套管等距離處，此處紫外線強度最低。
檢測表明，與256專利相比，圖4所示帶有墊片的燈架的上遊端的混合儘管要麼相同要麼略低，在整個系統的其餘部分混合有明顯的增加。檢測還表明圖4所示帶有墊片的燈架，與裝備256專利所示燈架的系統相比較，提高了平均紊流強度。檢測還進一步表明，平均紊流強度隨墊片的尺寸加大而提高。檢測進一步表明，圖5所示的燈架，與裝備256專利所示燈架的系統相比較，也提高了平均紊流強度。
上述對裝備圖4所示燈架的系統的檢測結果是系統中的所有墊片的直徑全都相同的系統的。該系統對墊片採用五個不同直徑之一進行檢測，以說明不同速度的原因。這些墊片直徑是3.18釐米、4.13釐米、4.45釐米、4.76釐米和5.08釐米。
還檢測了另一種裝備圖4所示燈架的系統，每個燈架具有在每個燈單元的石英套上安裝著的，有兩個不同直徑的墊片。一個5.08釐米直徑的墊片位於沿燈架下遊方向距鄰近杆12的上遊入口三分之一長度處。另一個3.81釐米直徑的墊片位於沿燈架下遊方向距上遊入口三分之二長度處。該系統也表明，與裝備256專利所示燈架的系統相比較，提高了平均紊流強度。
檢測表明，與裝備256專利所示燈架的系統相比較，採用本發明實施例燈架的系統滯留時間稍有下降。但是與滯留時間的小小下降相比較，具有根據本發明實施的燈架的所有系統中，紊流的增加是相當大的。
儘管與256專利所示系統相聯繫說明了本發明，而且這裡說明的是具有多個燈單元的多個燈架，應當注意，在由採用本發明的環的單燈單元組成的系統中紊流混合也可增加。還應當注意，儘管本發明用表明在每個燈單元上安裝兩個環的實施方案，以及在固定燈單元的燈架的上遊杆上安裝單環的其它實施方案加以說明，通過不論位於燈單元的上遊還是下遊的單環紊流也可以增加。
應當理解，對優選實施方案的描述只是用於說明，而不是用於窮盡描述本發明。在不偏離權利要求書定義的本發明精神及其範圍的條件下，一般技術人員可以對所揭示主題的實施方案進行一定的補充、柵減、及/或修改。
權利要求
1.一種增加浸入液體的紫外線系統中的紊流混合的方法，所述系統至少有一個燈單元，所述方法包括步驟在所述燈單元的外表面預定位置處安裝一個環形裝置。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵為，進一步包括步驟在所述燈單元的外表面另一預定位置處安裝另一個環形裝置。
3.一種浸入液體中的紫外線系統，所述該系統具有至少一個紫外線燈單元；和一個位於所述燈單元的外表面上第一預定位置處的環形裝置。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵為，進一步有一個位於所述燈單元的外表面上第二預定位置處的環形裝置。
5.如權利要求4所述的系統，其特徵為，所述環形裝置有基本上相同的直徑。
6.如權利要求4所述的系統，其特徵為，所述環形裝置有不相同的直徑。
7.如權利要求3-6任一項所述的系統，其特徵為，進一步具有至少一個燈架，在所述燈架上安裝至少一個所述紫外燈。
8.如權利要求7所述的系統，其特徵為，所述至少一個燈單元被所述燈架支持在其上遊端和下遊端。
9.如權利要求8所述的系統，其特徵為，所述環形裝置安裝在所述燈架鄰近所述燈單元的上遊端。
10.權利要求9所述的系統，其特徵為，所述燈單元的鄰近所述上遊支座的尾端收容於安裝在所述燈架上遊端上的所述環形裝置中
11.一種浸入液體中的紫外線系統，具有(a)一個安裝在上遊和下遊端支座之間的紫外燈單元；和(b)一個安裝在鄰近所述燈單元的所述上遊端支座上的環形裝置。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵為，所述燈單元的鄰近所述上遊支座端收容在所述環形裝置中。
13.如權利要求11或12所述的系統，其特徵為，進一步包括一個位在所述燈單元上離開所述上遊端支座的第一預定位置處的環形裝置。
14.如權利要求13所述的系統，其特徵為，進一步有一個位在所述燈單元的外表面上第二預定位置處的環形裝置。
15.如權利要求14所述的系統，其特徵為，所述環形裝置有基本上相同的直徑。
16.如權利要求14所述的系統，其特徵為，所述環形裝置有不同的直徑。
全文摘要
通過在系統中每個燈單元的外表面的一或多個預定的位置安置一或多個墊片之類的環形裝置加強系統中的紊流混合。墊片可直徑相同也可直徑不同。紊流混合還可以僅通過把每個燈單元的上遊端支持在一個環形裝置中加強,也可以通過結合如上所述的在每個燈單元的外表面上安置墊片加強。
文檔編號C02F1/32GK1243497SQ98801664
公開日2000年2月2日 申請日期1998年1月5日 優先權日1997年1月3日
發明者G·埃利奧特·惠特比, 馬克·理察·洛溫, 皮耶路易吉·科齊 申請人:特洛伊人技術公司