[go: up one dir, main page]

RU2646438C1 - Photochemical treatment unit for water purification and disinfection plants - Google Patents

Photochemical treatment unit for water purification and disinfection plants Download PDF

Info

Publication number
RU2646438C1
RU2646438C1 RU2016150459A RU2016150459A RU2646438C1 RU 2646438 C1 RU2646438 C1 RU 2646438C1 RU 2016150459 A RU2016150459 A RU 2016150459A RU 2016150459 A RU2016150459 A RU 2016150459A RU 2646438 C1 RU2646438 C1 RU 2646438C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cascade
control unit
irradiation
photochemical
pulsed
Prior art date
Application number
RU2016150459A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Павлович Архипов
Александр Семенович Камруков
Кирилл Ильич Малков
Михаил Андреевич Мишаков
Дмитрий Олегович Новиков
Михаил Степанович Яловик
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2016150459A priority Critical patent/RU2646438C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2646438C1 publication Critical patent/RU2646438C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry; optics.
SUBSTANCE: invention relates to purification and disinfection of water using ultraviolet radiation. Photochemical treatment unit for water purification and disinfection plants contains a cascade of continuous irradiation in the form of photochemical reactor 2 on the basis of one or more ultraviolet lamps on mercury vapor and a control unit connected to the lamps via commutator 5. In the treated water stream, there is at least one pulse irradiation cascade, connected to control unit 24, and contaminant analyzer 23. Pulsed irradiation cascade comprises photochemical reactor 2 based on ultraviolet radiation sources in the form of pulsed xenon lamps 8, power supply unit 9 with charging device 11, storage capacitor 10, ignition unit 12 and synchronization circuit 13. Contaminant analyzer 23 is configured to monitor the concentration of contaminants and transmit the output signals to control unit 24. Control unit 24 is configured to generate control pulses to the pulsed irradiation cascades with the possibility of increasing or decreasing their frequency, and also with the possibility of changing the frequency of the control pulses to pulsed irradiation cascades with a delay relative to the previous change in the frequency of the control pulses by an amount tset, which is chosen from inequality
Figure 00000010
, where Vi∑ – total volume of photochemical reactors and connecting pipelines from the i-th pulsed irradiation cascade to the contaminat analyzer, m3; Q – volumetric flow of treated water, m3/s.
EFFECT: invention allows to increase the productivity, degree of water disinfection and purification, and also to increase the device functionality.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологиям и устройствам для очистки и обеззараживания воды с помощью ультрафиолетового (УФ) излучения.The invention relates to technologies and devices for cleaning and disinfecting water using ultraviolet (UV) radiation.

Известно устройство для очистки и обеззараживания воды, содержащее фотохимический реактор в виде герметичного корпуса со штуцерами, внутри которого размещена УФ-лампа в кварцевом кожухе (Полезная модель RU 150233).A device for cleaning and disinfecting water, containing a photochemical reactor in the form of a sealed enclosure with fittings, inside which is placed a UV lamp in a quartz casing (Utility model RU 150233).

Известное устройство обладает невысокой производительностью и может быть использовано лишь для обработки воды с неизменными характеристиками загрязнений и расхода.The known device has a low productivity and can be used only for water treatment with constant pollution and flow characteristics.

Известно устройство для обеззараживания проточной воды по патенту RU 2288192, которое принято за прототип и может быть использовано для обеззараживания воды от патогенной микрофлоры и очистки от растворенных примесей органического характера за счет фотохимического инициирования окислительных реакций. Известное устройство представляет собой каскад непрерывного облучения, включающий фотохимический реактор на основе одного или нескольких источников излучения в виде ультрафиолетовых ламп на парах ртути низкого давления и блок управления, подключенный к источникам излучения через коммутатор в виде пуско-регулирующего аппарата (ПРА).A device for disinfecting running water according to the patent RU 2288192, which is taken as a prototype and can be used to disinfect water from pathogenic microflora and purify dissolved organic impurities due to the photochemical initiation of oxidative reactions. The known device is a cascade of continuous irradiation, including a photochemical reactor based on one or more radiation sources in the form of ultraviolet lamps on low-pressure mercury vapor and a control unit connected to the radiation sources through a switch in the form of a ballasts (ballasts).

Известное устройство, в отличие от аналога, может изменять величину потока УФ-излучения путем изменения количества одновременно работающих ламп.The known device, in contrast to the analogue, can change the magnitude of the flux of UV radiation by changing the number of simultaneously operating lamps.

Недостатки известного устройства состоят в следующем.The disadvantages of the known device are as follows.

Во-первых, производительность известного устройства невелика вследствие того, что использованные лампы на парах ртути низкого давления (даже самые мощные амальгамные лампы) генерируют непрерывное узкополосное УФ-излучение с низкой интенсивностью (до 0,1 Вт/см2), что, в свою очередь, приводит к низкой скорости протекающих фотохимических окислительный реакций и, в результате, к невысокой производительности и степени очистки и обеззараживания обработанной воды;Firstly, the performance of the known device is small due to the fact that the used lamps using low-pressure mercury vapor (even the most powerful amalgam lamps) generate continuous narrow-band UV radiation with low intensity (up to 0.1 W / cm 2 ), which, in its in turn, it leads to a low rate of ongoing photochemical oxidative reactions and, as a result, to low productivity and the degree of purification and disinfection of treated water;

Во-вторых, такие лампы требуют значительного времени (до 10 минут) на разогрев и выход на оптимальный режим работы, а какая-либо регулировка мощности УФ-излучения изменением параметров электрического режима работы практически невозможна, поскольку лампа работает в очень узком диапазоне электрических параметров и тепловых режимов. По этой причине в известном устройстве изменение общего потока УФ-излучения осуществляется изменением количества работающих ламп, что не позволяет оперативно изменять излучаемую дозу УФ-излучения при изменении характеристик воды на входе в устройство.Secondly, such lamps require considerable time (up to 10 minutes) to warm up and reach the optimum operating mode, and any adjustment of the UV radiation power by changing the parameters of the electrical operating mode is practically impossible, since the lamp operates in a very narrow range of electrical parameters and thermal conditions. For this reason, in the known device, the change in the total flux of UV radiation is carried out by changing the number of working lamps, which does not allow you to quickly change the emitted dose of UV radiation when changing the characteristics of the water at the entrance to the device.

Задача, решаемая предложенным устройством, состоит в обеззараживании и очистке воды от различных растворенных органических примесей.The problem solved by the proposed device is to disinfect and purify water from various dissolved organic impurities.

Технический результат, достигаемый при использовании предложенного устройства, заключается в повышении производительности и степени обеззараживания и очистки воды за счет увеличения глубины и интенсификации фотохимических окислительных реакций, а также в расширении функциональных возможностей устройства.The technical result achieved by using the proposed device is to increase the productivity and degree of disinfection and purification of water by increasing the depth and intensification of photochemical oxidative reactions, as well as expanding the functionality of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что в потоке обрабатываемой воды дополнительно установлены по крайней мере один каскад импульсного облучения, подключенный к блоку управления, и анализатор загрязнений, при этом каскад импульсного облучения содержит фотохимический реактор на основе источников ультрафиолетового излучения в виде импульсных ксеноновых ламп, блок питания с зарядным устройством, накопительным конденсатором, блоком поджига и схемой синхронизации, при этом анализатор загрязнений выполнен с возможностью контроля концентрации загрязнений и передачи выходных сигналов в блок управления, а блок управления выполнен с возможностью формирования управляющих импульсов на каскады импульсного облучения, с возможностью увеличения или снижения их частоты, а также с возможностью изменения частоты управляющих импульсов на каскады импульсного облучения с задержкой относительно предыдущего изменения частоты управляющих импульсов на величину tзад, которая выбрана из неравенстваThe specified technical result is achieved by the fact that at least one cascade of pulsed irradiation connected to the control unit and a pollution analyzer are additionally installed in the stream of treated water, and the cascade of pulsed irradiation contains a photochemical reactor based on ultraviolet radiation sources in the form of xenon flash pulses, a unit power supply with a charger, storage capacitor, ignition unit and synchronization circuit, while the pollution analyzer is configured to monitoring the concentration of contaminants and transmitting the output signals to the control unit, and the control unit is configured to generate control pulses on the cascades of pulsed irradiation, with the possibility of increasing or decreasing their frequency, as well as the ability to change the frequency of the control pulses on cascades of pulsed irradiation with a delay relative to the previous change the frequency of the control pulses by the value of t ass , which is selected from the inequality

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- суммарный объем фотохимических реакторов и соединительных трубопроводов от i-го каскада импульсного облучения до анализатора загрязнений, м3;Where
Figure 00000002
- the total volume of photochemical reactors and connecting pipelines from the i-th cascade of pulsed irradiation to the pollution analyzer, m 3 ;

Q - объемный расход обрабатываемой воды, м3/с.Q - volumetric flow rate of treated water, m 3 / s.

В варианте исполнения в потоке обрабатываемой воды может быть дополнительно установлен расходомер, подключенный к блоку управления.In an embodiment, a flow meter connected to a control unit may be additionally installed in the flow of treated water.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена принципиальная блок-схема устройства фотохимической обработки для установок очистки и обеззараживания воды, на фиг. 2 - эпюры сигналов, иллюстрирующих работу предложенного устройства:The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows a schematic block diagram of a photochemical treatment device for water treatment and disinfection plants; FIG. 2 - plot signals illustrating the operation of the proposed device:

а) концентрация загрязнений воды Свх на входе в устройство;a) the concentration of water pollution With I at the entrance to the device;

б) концентрация загрязнений воды Свых на выходе из устройства;b) the concentration of water pollution With output at the exit of the device;

в) суммарная по всем каскадам средняя мощность излучения P;c) the total average radiation power P ная over all stages;

г) средняя мощность излучения каскада непрерывного облучения Рнепр;g) the average radiation power of the cascade of continuous exposure P nep ;

д) средняя мощность излучения первого каскада импульсного облучения Римп.1;d) the average radiation power of the first cascade of pulsed irradiation P imp 1 ;

е) средняя мощность излучения второго каскада импульсного облучения Римп.2 e) the average radiation power of the second stage of pulsed irradiation P imp. 2

В соответствии с формулой изобретения устройство фотохимической обработки для установок очистки и обеззараживания воды может быть реализовано в многокаскадном исполнении. В качестве примера выполнения на фиг. 1 показана блок-схема устройства, состоящего из 3-х каскадов, первый из которых - каскад непрерывного облучения, а второй и третий - каскады импульсного облучения, причем второй и третий каскады выполнены на источниках импульсного УФ-излучения разного типа.In accordance with the claims, a photochemical treatment device for water purification and disinfection systems can be implemented in a multi-stage design. As an example of execution in FIG. 1 shows a block diagram of a device consisting of 3 cascades, the first of which is a cascade of continuous irradiation, and the second and third cascades of pulsed irradiation, and the second and third cascades are made on different types of pulsed UV radiation sources.

Входной трубопровод 1 соединен с корпусом 2 фотохимического реактора на основе источника непрерывного УФ-излучения постоянной интенсивности в виде, например, амальгамной ртутной лампы 3. Лампа 3 помещена в прозрачный для УФ-излучения герметичный кварцевый цилиндрический кожух 4. Электроды ламы 3 подключены к коммутатору 5, в качестве которого применяется пускорегулирующий аппарат (ПРА).The inlet pipe 1 is connected to the casing 2 of a photochemical reactor based on a source of continuous UV radiation of constant intensity in the form, for example, of an amalgam mercury lamp 3. Lamp 3 is placed in a sealed quartz cylindrical casing transparent to UV radiation 4. The electrodes of llama 3 are connected to the switch 5 , which is used as a ballast (PRA).

Фотохимический реактор с корпусом 2, лампой 3, кожухом 4 и коммутатором 5 образуют каскад непрерывного облучения.A photochemical reactor with a casing 2, a lamp 3, a casing 4, and a switch 5 form a cascade of continuous irradiation.

Трубопровод 6 соединяет выход фотохимического реактора 2 со входом фотохимического реактора 7 на основе источника импульсного УФ-излучения широкого спектра в виде импульсной ксеноновой лампы 8 трубчатого типа с внутренним диаметром 7 мм и длиной межэлектродного промежутка 300 мм. Внутренняя полость лампы 8 заполнена инертным газом ксеноном при начальном давлении 200…450 мм рт.ст.The pipeline 6 connects the output of the photochemical reactor 2 with the input of the photochemical reactor 7 based on a wide spectrum pulsed UV radiation source in the form of a tube-type xenon lamp 8 with an inner diameter of 7 mm and an interelectrode gap of 300 mm. The inner cavity of the lamp 8 is filled with an inert gas xenon at an initial pressure of 200 ... 450 mm Hg.

Электроды импульсной ксеноновой лампы 8 подключены к блоку питания 9, состоящего из накопительного конденсатора 10 емкостью, например, 100 мкФ, зарядного устройства 11, блоком поджига 12 и схемой синхронизации 13.The electrodes of a pulsed xenon lamp 8 are connected to a power supply 9, consisting of a storage capacitor 10 with a capacity of, for example, 100 μF, a charger 11, an ignition unit 12, and a synchronization circuit 13.

Зарядное устройство 11 выполнено в виде, например, преобразователя «напряжение-ток». В составе зарядного устройства имеется схема контроля напряжения зарядного напряжения конденсатора 10.The charger 11 is made in the form of, for example, a voltage-current converter. As part of the charger there is a circuit for monitoring the voltage of the charging voltage of the capacitor 10.

Блок поджига 12 разряда может быть выполнен различным образом, например, в виде тиристорного ключа-коммутатора или в виде импульсного повышающего трансформатора, вторичная повышающая обмотка которого включена в разрядный контур «накопительный конденсатор 10 - лампа 8».The ignition unit 12 of the discharge can be made in various ways, for example, in the form of a thyristor switch key or in the form of a pulse step-up transformer, the secondary step-up winding of which is included in the discharge circuit "storage capacitor 10 - lamp 8".

Фотохимический реактор с корпусом 7, лампой 8 и блоком питания 9 образуют первый каскад импульсного облучения.A photochemical reactor with a housing 7, a lamp 8 and a power supply 9 form the first cascade of pulsed irradiation.

Трубопровод 14 соединяет выход фотохимического реактора 7 со входом фотохимического реактора 15 на основе источника импульсного УФ-излучения широкого спектра в виде импульсной короткодуговой ксеноновой лампы 16 шарового типа с межэлектродным промежутком 7 мм. Внутренняя полость шаровой лампы 16 заполнена ксеноном при начальном давлении 6…7 атм.A pipe 14 connects the output of the photochemical reactor 7 to the input of the photochemical reactor 15 based on a wide spectrum pulsed UV radiation source in the form of a pulsed short-arc xenon lamp 16 of a spherical type with an electrode gap of 7 mm. The inner cavity of the ball lamp 16 is filled with xenon at an initial pressure of 6 ... 7 atm.

Электроды импульсной ксеноновой шаровой лампы 16 подключены к блоку питания 17 из накопительного конденсатора 18 емкостью, например, 4 мкФ, зарядного устройства 19, блоком поджига 20 и схемой синхронизации 21.The electrodes of a pulsed xenon ball lamp 16 are connected to a power supply 17 from a storage capacitor 18 with a capacity of, for example, 4 μF, a charger 19, an ignition unit 20, and a synchronization circuit 21.

Выполнение зарядного устройства 19, блока поджига 20 и схемы синхронизации 21 в принципе аналогично выполнению компонентов 11, 12, 13 в блоке питания 9, различия состоят лишь в выборе номиналов характеристик комплектующих элементов и конкретных технических параметров компонентов (мощность, рабочее напряжение и т.д.).The implementation of the charger 19, the ignition unit 20 and the synchronization circuit 21 is basically similar to the implementation of the components 11, 12, 13 in the power supply 9, the differences are only in the choice of ratings of the components and specific technical parameters of the components (power, operating voltage, etc. .).

Фотохимический реактор 15 с импульсной шаровой лампой 16 и блоком питания 17 образуют второй каскад импульсного облучения.The photochemical reactor 15 with a pulsed ball lamp 16 and a power supply 17 form a second cascade of pulsed irradiation.

В выходном трубопроводе 22 установлен анализатор загрязнений 23. В зависимости от конкретных условий и особенностей анализатор загрязнений 23 может быть установлен непосредственно в выходной трубопровод 22, либо в байпасное ответвление (как это показано на фиг. 1).A pollution analyzer 23 is installed in the output pipe 22. Depending on the specific conditions and features, the pollution analyzer 23 can be installed directly in the output pipe 22, or in a bypass branch (as shown in Fig. 1).

В качестве анализатора загрязнений 23 могут быть использованы различные фотоэлектрические, электрохимические и другие приборы, обеспечивающие контроль концентрации загрязнений волы в режиме реального времени. В конкретном примере выполнения устройства фотохимической обработки для установок очистки и обеззараживания воды могут быть использованы погружные спектрометры фирмы S::CAN (http://www.s-can.at/), определяющие оптическое поглощение загрязненной воды на разных длинах волн, что позволяет вычислить концентрацию загрязнителя с известными оптическими свойствами поглощения, а в некоторых случаях становится возможным определение и качественного состава загрязнителей.As a pollution analyzer 23, various photoelectric, electrochemical, and other devices can be used to monitor the concentration of oxen contamination in real time. In a specific example of the implementation of a photochemical processing device for water purification and disinfection systems, S :: CAN (http://www.s-can.at/) immersion spectrometers can be used that determine the optical absorption of contaminated water at different wavelengths, which allows calculate the concentration of a pollutant with known optical absorption properties, and in some cases it becomes possible to determine the qualitative composition of pollutants.

Каскад непрерывного облучения, первый и второй каскады импульсного облучения, а также анализатор загрязнений 23 подключены к блоку управления 24, который может быть выполнен, например, на базе микропроцессора и периферийных блоков: согласующих узлов, формирователей импульсов, пороговых устройств, исполнительных устройств и т.д. Конкретное техническое исполнение блока управления должно обеспечивать реализацию функциональных признаков, приведенных в формуле изобретения.The cascade of continuous irradiation, the first and second cascades of pulsed irradiation, as well as the pollution analyzer 23 are connected to a control unit 24, which can be performed, for example, on the basis of a microprocessor and peripheral units: matching nodes, pulse shapers, threshold devices, actuators, etc. d. A specific technical implementation of the control unit should ensure the implementation of the functional features described in the claims.

В конкретном примере выполнения устройства фотохимической обработки для установок очистки и обеззараживания воды во входном трубопроводе 1 размещен расходомер 25, в качестве которого может быть применен водосчетчик с датчиком измерительных импульсов. Количество импульсов, вырабатываемое таким прибором за интервал времени, пропорционально объемному расходу воды Q. Расходомер 25 подключен к блоку управления и может быть установлен в любом другом месте устройства, например, в трубопроводах 6, 14 или 22.In a specific example of a photochemical treatment device for water purification and disinfection, a flow meter 25 is placed in the inlet pipe 1, which can be used as a water meter with a measuring pulse sensor. The number of pulses generated by such a device for a time interval is proportional to the volumetric flow rate of water Q. The flow meter 25 is connected to the control unit and can be installed anywhere in the device, for example, in pipelines 6, 14 or 22.

Устройство фотохимической обработки для установок очистки и обеззараживания воды работает следующим образом.A photochemical treatment device for water purification and disinfection works as follows.

Сточная вода от технологического объекта (например, химическое, фармацевтическое и др. производство) поступает во входной трубопровод 1 и далее последовательно протекает через расходомер 25, корпус 2 каскада непрерывного облучения, трубопровод 6, корпус 7 первого каскада импульсного облучения, трубопровод 14, корпус 15 второго каскада импульсного облучения, выходной трубопровод 22 с установленным в нем анализатором загрязнений 23.Waste water from a technological object (for example, chemical, pharmaceutical and other production) enters the inlet pipe 1 and then flows sequentially through a flow meter 25, body 2 of the continuous irradiation cascade, pipeline 6, housing 7 of the first pulse irradiation cascade, pipeline 14, housing 15 the second cascade of pulsed irradiation, the output pipe 22 with the installed pollution analyzer 23.

Начальный уровень концентрации загрязнений снимается работающим каскадом непрерывного облучения (корпус 2, кварцевый кожух 4, ртутная амальгамная лампа 3, подключенная через коммутатор 5 к блоку управления 24. Ультрафиолетовое излучение лампы 3 с мощностью излучения Рнепр инициирует в обрабатываемой вод фотохимические реакции окисления содержащихся в ней примесей. До момента t1 концентрация загрязнения невелика и каскад непрерывного облучения вполне справляется с разложением загрязнений. Первый и второй каскады импульсного облучения выключены. Концентрация загрязнений на выходном трубопроводе непрерывно контролируется анализатором загрязнений 23 и не превышает установленного порогового значения Спор. 1.The initial level of pollution concentration is removed by a working cascade of continuous irradiation (building 2, quartz casing 4, mercury amalgam lamp 3, connected through switch 5 to control unit 24. Ultraviolet radiation of lamp 3 with radiation power P np initiates photochemical oxidation reactions contained in it in water impurities up to the moment t 1, the concentration of pollution is low and the cascade of continuous irradiation completely copes with the decomposition of pollutants. The first and second cascades of pulsed irradiation in The concentration of contaminants in the outlet pipe is continuously monitored by the pollution analyzer 23 and does not exceed the set threshold value From p. 1 .

В момент времени t1 концентрация загрязнений, например, в результате залпового сброса, начинает расти. В момент t2 концентрация загрязнения достигает порогового значения Спор. 1, анализатор загрязнений 23 фиксирует достижения порога и передает соответствующий сигнал в блок управления 24.At time t 1, the concentration of contaminants, for example, as a result of volley discharge, begins to increase. At time t 2, the concentration of pollution reaches the threshold value With then. 1 , the pollution analyzer 23 records the threshold and transmits the corresponding signal to the control unit 24.

Блок управления 24 формирует последовательность управляющих импульсов на первый каскад импульсного облучения с начальной частотой, например, 0,5 Гц. Каждый поступивший на схему синхронизации 13 импульс вызывает включение зарядного устройства 11, по достижении заданного зарядного напряжения (в примере выполнения 2,7 кВ) зарядное устройство 11 выключается. Схема синхронизации 13 включает блок поджига 12, который вырабатывает высоковольтный (15…20 кВ) импульс, обеспечивающий первичный электрический пробой межэлектродного промежутка импульсной ксеноновой лампы 8 и образование первичного разрядного канала. Через проводящий первичный канал разряжается накопительный конденсатор 10 с образованием электроразрядной плазмы ксенона, интенсивно излучающей в УФ-диапазоне спектра (в максимуме импульса излучения яркостная температура составляет 8000…8400 К, максимальная плотность излучения в спектральном диапазоне 200…400 нм на поверхности лампы (7…9,2)⋅103 Вт/см2, длительность импульса излучения на полувысоте 100…140 мкс). Такое излучение оказывает мощное воздействие на обрабатываемую воду, активизирует и интенсифицирует фотохимические реакции окисления примесей. В результате такого воздействия концентрация загрязнений в обработанной воде сразу после момента времени t2 уменьшается, но затем вследствие растущей концентрации Свх на входе устройства снова возрастает и концентрация Свых на выходе, фиксируемая анализатором загрязнений 23. В момент времени t3 выходная концентрация загрязнений снова достигает порогового значения Спор. 1, блок управления 24 снова получает сигнал от анализатора загрязнений 23 и увеличивает частоту повторения управляющих импульсов, поступающих на вход схемы синхронизации 13. Соответственно, циклы заряда-разряда в блоке питания 9 и импульсы УФ-излучения от лампы 8 в фотохимическом реакторе 7 повторяются с увеличенной частотой, в результате чего непосредственно после момента t3 концентрация Свых снижается.The control unit 24 generates a sequence of control pulses to the first cascade of pulsed irradiation with an initial frequency of, for example, 0.5 Hz. Each pulse received at the synchronization circuit 13 causes the charger 11 to turn on, upon reaching a predetermined charging voltage (in the example of 2.7 kV), the charger 11 is turned off. The synchronization circuit 13 includes an ignition unit 12, which generates a high-voltage (15 ... 20 kV) pulse, which provides a primary electrical breakdown of the interelectrode gap of a pulsed xenon lamp 8 and the formation of a primary discharge channel. A storage capacitor 10 is discharged through the primary primary channel with the formation of an electric discharge xenon plasma that is intensively emitting in the UV range of the spectrum (at the maximum of the radiation pulse, the brightness temperature is 8000 ... 8400 K, the maximum radiation density in the spectral range is 200 ... 400 nm on the lamp surface (7 ... 9.2) ⋅10 3 W / cm 2 , the duration of the radiation pulse at half maximum 100 ... 140 μs). Such radiation has a powerful effect on the treated water, activates and intensifies the photochemical reactions of the oxidation of impurities. As a result of this effect, the concentration of contaminants in the treated water immediately after time t 2 decreases, but then, due to the increasing concentration of C in at the inlet of the device, it again increases and the concentration of C out at the output recorded by the pollution analyzer 23. At time t 3, the output concentration of contaminants again reaches a threshold value C then. 1 , the control unit 24 again receives a signal from the pollution analyzer 23 and increases the repetition rate of the control pulses supplied to the input of the synchronization circuit 13. Accordingly, charge-discharge cycles in the power supply 9 and UV radiation pulses from the lamp 8 in the photochemical reactor 7 are repeated with increased frequency, resulting in immediately after the moment t 3 the concentration of C o decreases.

Но поскольку концентрация Свх продолжает расти, по аналогичному алгоритму происходит увеличение частоты управляющих импульсов и в момент времени t4. В момент времени t4 средняя мощность УФ-излучения Римп.1, вырабатываемого первым каскадом импульсного облучения, достигает своего максимума (в конкретном примере выполнения это соответствует частоте 2.5…3 Гц) и больше увеличиваться не может. Поэтому в момент времени t5, соответствующий следующему достижению порогового значения концентрации загрязнения Спор. 1, блок управления 24 включает второй каскад импульсного облучения из фотохимического реактора 15 с импульсной шаровой ксеноновой лампой 16 и блоком питания 17 с компонентами 18…21 (при этом первый каскад импульсного облучения из компонентов 7-9 продолжает работать с максимальной мощностью). Для второго каскада импульсного облучения характерны параметры: зарядное напряжение 4 кВ, яркостная температура в максимуме импульса излучения 14000…16000 К, максимальная плотность излучения в спектральном диапазоне 200…400 нм на поверхности тела свечения (1…1,7)⋅105 Вт/см2, длительность импульса излучения на полувысоте 7…14 мкс, частота повторения импульсов излучения - до 500 Гц.But since the concentration of C in continues to increase, according to a similar algorithm, an increase in the frequency of control pulses occurs at time t 4 . At time t 4, the average power of UV radiation P imp . 1 generated by the first cascade of pulsed irradiation reaches its maximum (in a specific example, this corresponds to a frequency of 2.5 ... 3 Hz) and cannot increase anymore. Therefore, at time t 5 , corresponding to the next achievement of the threshold value of the concentration of pollution With then. 1 , the control unit 24 includes a second cascade of pulsed irradiation from a photochemical reactor 15 with a pulsed xenon ball lamp 16 and a power supply 17 with components 18 ... 21 (while the first cascade of pulsed irradiation from components 7-9 continues to operate at maximum power). The second cascade of pulsed irradiation is characterized by parameters: a charging voltage of 4 kV, a brightness temperature at the maximum of a radiation pulse of 14000 ... 16000 K, a maximum radiation density in the spectral range of 200 ... 400 nm on the surface of the luminous body (1 ... 1.7) ⋅10 5 W / cm 2 , the duration of the radiation pulse at half maximum 7 ... 14 μs, the repetition frequency of the radiation pulses is up to 500 Hz.

С дальнейшим ростом концентрации Свх аналогичным образом происходит увеличение частоты повторения импульсов излучения, вырабатываемых вторым каскадом импульсного облучения (на фиг. 2 это момент времени t6).With a further increase in the concentration of C in, a similar increase in the repetition rate of radiation pulses generated by the second cascade of pulsed irradiation occurs (in Fig. 2 this is time t 6 ).

Далее в момент t7 рост концентрации загрязнений прекращается, режим работы устройства стабилизируется на достигнутых значениях суммарной средней мощности УФ-излучения, вырабатываемого всеми каскадами устройства, концентрация загрязнений на выходе устанавливается на уровне ниже порога Спор.1.Further, at time t 7, the increase in the concentration of pollution ceases, the operation mode of the device is stabilized at the achieved values of the total average power of UV radiation generated by all stages of the device, the concentration of pollution at the output is set below the threshold C pore 1 .

Такая картина сохраняется вплоть до момента t8, когда залповый сброс загрязнений прекращается и концентрация на входе начинает снижаться. При этом концентрация загрязнений на выходе устройства Свых также снижается и доходит до нижнего порогового уровня Спор.2, что фиксируется анализатором загрязнений 23 и через блок управления 24 приводит к последовательному снижению частоты работы второго каскада импульсного облучения из компонентов 15-17 в моменты t9 и t10, а затем и первого каскада импульсного облучения из компонентов 7-9 в моменты времени t11, t12 и t13 вплоть до полного отключения сначала второго, а затем и первого каскадов импульсного облучения.This pattern persists until t 8 , when the salvo discharge of pollutants ceases and the concentration at the inlet begins to decrease. In this case, the concentration of contaminants at the output of the device With o also decreases and reaches the lower threshold level C por.2 , which is recorded by the pollution analyzer 23 and through the control unit 24 leads to a sequential decrease in the frequency of operation of the second cascade of pulsed irradiation from components 15-17 at times t 9 and t 10 , and then the first cascade of pulsed irradiation from components 7-9 at time instants t 11 , t 12 and t 13 until the first and then the first cascades of pulsed irradiation are completely turned off.

Т.о., при работе предложенного устройства концентрация загрязнений на выходе автоматически поддерживается в пределах, заданных пороговыми значениями Спор.1 и Спор.2. При этом изменение частоты управляющих импульсов, вырабатываемых блоком управления 24, может осуществляться как ступенчато, так и непрерывно, с постоянной скоростью изменения или пропорциональной скорости изменения входной концентрации Свх, и т.д.Thus, during the operation of the proposed device, the concentration of contaminants at the outlet is automatically maintained within the limits specified by the threshold values C pore 1 and C pore 2 . In this case, the change in the frequency of control pulses generated by the control unit 24 can be performed both stepwise and continuously, with a constant rate of change or proportional to the rate of change of the input concentration C in , etc.

Для упрощения понимания на эпюрах фиг. 2 и в предыдущем описании работы не учитывалась предусмотренная формулой изобретения задержка момента изменения частоты управляющих сигналов на каждый каскад импульсного облучения относительно момента предыдущего изменения частоты управляющих сигналов. В конкретном примере выполнения предложенного устройства фотохимической обработки для установок очистки и обеззараживания воды блок управления 24 изменяет частоту управляющих импульсов с задержкой относительно момента предыдущего изменения частоты управляющих импульсов в соответствии с неравенством (1), в котором:To simplify the understanding in the diagrams of FIG. 2 and in the previous description of the work, the delay of the moment of changing the frequency of the control signals to each cascade of pulse irradiation provided for by the claims was not taken into account relative to the moment of the previous change in the frequency of the control signals. In a specific example of the implementation of the proposed photochemical processing device for water treatment and disinfection, the control unit 24 changes the frequency of the control pulses with a delay relative to the moment of the previous change in the frequency of the control pulses in accordance with inequality (1), in which:

Figure 00000003
- суммарный объем фотохимического реактора 7, трубопровода 14, фотохимического реактора 15 и трубопровода 22;
Figure 00000003
- the total volume of the photochemical reactor 7, pipe 14, photochemical reactor 15 and pipe 22;

Figure 00000004
- суммарный объем фотохимического реактора 15 и трубопровода 22.
Figure 00000004
- the total volume of the photochemical reactor 15 and the pipe 22.

Выполнение блока управления 24 таким образом, чтобы формирование управляющих сигналов (импульсов) на каждый каскад импульсного облучения осуществлялось с указанной задержкой обеспечивает устойчивость работы предложенного устройства в условиях изменения характеристик исходной воды (концентрации загрязнений и расходы).The execution of the control unit 24 so that the formation of control signals (pulses) for each cascade of pulsed irradiation is carried out with the specified delay ensures the stability of the proposed device in the conditions of changing the characteristics of the source water (pollution concentrations and costs).

При этом величина задержки для каждого каскада импульсной обработки в виде фиксированной величины (определенной из неравенства (1) для минимального эксплуатационного расхода) может быть заложена в память блока управления 24, но наилучшие динамические свойства предложенного устройства будут получены в том случае, когда величина задержки рассчитывается микропроцессором блока управления 24 с учетом фактического расхода обрабатываемой воды, информация о котором содержится в выходном сигнале расходомера 25.Moreover, the delay value for each cascade of pulsed processing in the form of a fixed value (determined from inequality (1) for the minimum operating flow rate) can be stored in the memory of the control unit 24, but the best dynamic properties of the proposed device will be obtained when the delay value is calculated the microprocessor of the control unit 24, taking into account the actual flow rate of the treated water, information about which is contained in the output signal of the flow meter 25.

Предложенное устройство фотохимической обработки для установок очистки и обеззараживания воды аналогичным образом работает и при изменении расхода обрабатываемой воды. Так, при увеличении расхода воды с неизменной концентрацией загрязнений дозы УФ-излучения, приходящейся на каждый элементарный объем воды, не хватает для окисления содержащихся загрязнений и концентрация их на выходе устройства возрастает. Дальше по уже описанной логике работы происходит поочередное подключение каскадов импульсного облучения и частоты их работы, в результате чего устанавливается такой режим работы каскадов, который обеспечивает концентрацию загрязнений на выходе устройства в пределах заданных пороговых значений.The proposed photochemical processing device for water purification and disinfection plants similarly works when the flow rate of the treated water changes. So, with an increase in water flow with a constant concentration of contaminants, the dose of UV radiation per each elementary volume of water is not enough to oxidize the contained contaminants and their concentration at the output of the device increases. Further, according to the operation logic already described, the cascades of pulsed irradiation and their frequency are connected in turn, as a result of which a cascade operation mode is established that ensures the concentration of contaminants at the output of the device within the specified threshold values.

Применение предложенного устройства позволяет повысить степень обеззараживания и очистки воды от примесей за счет увеличения суммарной интенсивности УФ-излучения, что приводит к увеличению глубины и интенсификации фотохимических окислительных реакций.The application of the proposed device can increase the degree of disinfection and purification of water from impurities by increasing the total intensity of UV radiation, which leads to an increase in the depth and intensification of photochemical oxidative reactions.

Кроме того, расширяются функциональные возможности устройства в части автоматического обеспечения качества очистки воды при изменении исходной концентрации загрязнений и объемного расхода.In addition, the functionality of the device is expanded in terms of automatically ensuring the quality of water treatment when the initial concentration of pollution and volumetric flow are changed.

Предложенное устройство может быть использовано как автономный агрегат для безреагентной очистки и обеззараживания воды с автоматическим выбором режима работы, а также в составе комплексных установок обработки стоков, в том числе содержащих жидкие радиоактивные отходы (например, в составе установки по патенту RU 2560837).The proposed device can be used as a stand-alone unit for the reagent-free purification and disinfection of water with automatic selection of the operating mode, as well as as part of integrated wastewater treatment plants, including those containing liquid radioactive waste (for example, as part of the installation according to patent RU 2560837).

Claims (5)

1. Устройство фотохимической обработки для установок очистки и обеззараживания воды, содержащее каскад непрерывного облучения, включающий фотохимический реактор на основе одного или нескольких источников излучения в виде ультрафиолетовых ламп на парах ртути и блок управления, подключенный к источникам излучения через коммутатор, отличающееся тем, что в потоке обрабатываемой воды дополнительно установлены по крайней мере один каскад импульсного облучения, подключенный к блоку управления, и анализатор загрязнений, при этом каскад импульсного облучения содержит фотохимический реактор на основе источников ультрафиолетового излучения в виде импульсных ксеноновых ламп, блок питания с зарядным устройством, накопительным конденсатором, блоком поджига и схемой синхронизации, при этом анализатор загрязнений выполнен с возможностью контроля концентрации загрязнений и передачи выходных сигналов в блок управления, а блок управления выполнен с возможностью формирования управляющих импульсов на каскады импульсного облучения с возможностью увеличения или снижения их частоты, а также с возможностью изменения частоты управляющих импульсов на каскады импульсного облучения с задержкой относительно предыдущего изменения частоты управляющих импульсов на величину tзад, которая выбрана из неравенства1. A photochemical processing device for water treatment and disinfection systems, comprising a cascade of continuous irradiation, including a photochemical reactor based on one or more radiation sources in the form of ultraviolet lamps based on mercury vapor and a control unit connected to the radiation sources through a switch, characterized in that at least one cascade of pulsed irradiation connected to the control unit, and a pollution analyzer are installed in the flow of the treated water, and a cascade of impu The ice irradiation contains a photochemical reactor based on ultraviolet radiation sources in the form of flash xenon lamps, a power supply with a charger, a storage capacitor, an ignition unit and a synchronization circuit, while the pollution analyzer is configured to control the concentration of pollution and transmit output signals to the control unit, and the control unit is configured to generate control pulses in cascades of pulsed irradiation with the possibility of increasing or decreasing them often you, as well as with the possibility of changing the frequency of control pulses to cascades of pulsed irradiation with a delay relative to the previous change in the frequency of control pulses by a value of t ass , which is selected from the inequality
Figure 00000005
Figure 00000005
где Vi∑ - суммарный объем фотохимических реакторов и соединительных трубопроводов от i-го каскада импульсного облучения до анализатора загрязнений, м3;where V i∑ is the total volume of photochemical reactors and connecting pipelines from the i-th cascade of pulsed irradiation to the pollution analyzer, m 3 ; Q - объемный расход обрабатываемой воды, м3/с.Q - volumetric flow rate of treated water, m 3 / s. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в потоке обрабатываемой воды дополнительно установлен расходомер, подключенный к блоку управления.2. The device according to p. 1, characterized in that in the stream of treated water an additional flow meter is connected to the control unit.
RU2016150459A 2016-12-21 2016-12-21 Photochemical treatment unit for water purification and disinfection plants RU2646438C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150459A RU2646438C1 (en) 2016-12-21 2016-12-21 Photochemical treatment unit for water purification and disinfection plants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150459A RU2646438C1 (en) 2016-12-21 2016-12-21 Photochemical treatment unit for water purification and disinfection plants

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2646438C1 true RU2646438C1 (en) 2018-03-05

Family

ID=61568653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016150459A RU2646438C1 (en) 2016-12-21 2016-12-21 Photochemical treatment unit for water purification and disinfection plants

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2646438C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773011C1 (en) * 2020-07-17 2022-05-30 Михаил Иванович Будник Device for obtaining an environmentally friendly solution of hydrogen peroxide to stimulate the growth and development of plants

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2031850C1 (en) * 1993-02-26 1995-03-27 Малое научно-производственное предприятие "Мелитта" Device for purification and disinfection of fluids
RU2099294C1 (en) * 1996-10-25 1997-12-20 Скворцов Лев Серафимович Method and apparatus for finely cleaning highly loaded waste waters
WO2000022887A1 (en) * 1998-10-09 2000-04-20 Parra Jorge M Low-voltage ballast-free energy-efficient ultraviolet material treatment and purification system and method
RU2233243C1 (en) * 1999-10-21 2004-07-27 Лайтстрим Текнолоджиз, Инк. Method and device for disinfecting liquids with ultraviolet radiation
RU2288192C1 (en) * 2005-05-14 2006-11-27 Вологодский государственный технический университет Device for the running water decontamination

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2031850C1 (en) * 1993-02-26 1995-03-27 Малое научно-производственное предприятие "Мелитта" Device for purification and disinfection of fluids
RU2099294C1 (en) * 1996-10-25 1997-12-20 Скворцов Лев Серафимович Method and apparatus for finely cleaning highly loaded waste waters
WO2000022887A1 (en) * 1998-10-09 2000-04-20 Parra Jorge M Low-voltage ballast-free energy-efficient ultraviolet material treatment and purification system and method
RU2233243C1 (en) * 1999-10-21 2004-07-27 Лайтстрим Текнолоджиз, Инк. Method and device for disinfecting liquids with ultraviolet radiation
RU2288192C1 (en) * 2005-05-14 2006-11-27 Вологодский государственный технический университет Device for the running water decontamination

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773011C1 (en) * 2020-07-17 2022-05-30 Михаил Иванович Будник Device for obtaining an environmentally friendly solution of hydrogen peroxide to stimulate the growth and development of plants

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2396092C1 (en) Air disinfection set
CN1500066A (en) Ozone generator
RU2646438C1 (en) Photochemical treatment unit for water purification and disinfection plants
US6860990B2 (en) Device for treating water
RU2472712C2 (en) Water decontaminator
JP4691004B2 (en) Inactivation treatment method by ultraviolet light
RU161633U1 (en) AUTOMATIC PLANT FOR WATER DISINFECTION
RU2031659C1 (en) Apparatus for disinfecting air and surfaces
US20170144898A1 (en) Device for the Photochemical Treatment of Polluted Water
RU2031850C1 (en) Device for purification and disinfection of fluids
RU2142915C1 (en) Method of treatment of aqueous media containing organic admixtures
KR200418654Y1 (en) Plasma discharge element
RU2559780C2 (en) Remote decontamination of objects and device to this end
RU2390498C2 (en) Apparatus for disinfecting water using ultraviolet radiation
JP4121078B2 (en) Wastewater treatment apparatus and method
RU110084U1 (en) PHOTOCHEMICAL REACTOR FOR WATER TREATMENT AND WATER TREATMENT SYSTEM
RU2001882C1 (en) Method for removal of organic matter from sewage
KR100664557B1 (en) Water treatment device using pulsed ultraviolet lamp
US20050264236A1 (en) Apparatus and method for use in triggering a flash lamp
RU200695U1 (en) Air and surface disinfection device
KR200291077Y1 (en) The equipment occurrence aniongas and ozone use disposal wastewater
RU2370850C2 (en) Method of generating pulsed ultraviolet radiation
RU2771223C1 (en) Iodine lamp excited by a capacitive discharge
WO2002024587A1 (en) Quartz glass for short wave length ultraviolet ray, discharge lamp using the same, container therefor and ultraviolet irradiation apparatus
RU119736U1 (en) DEVICE FOR DISINFECTING WATER MEDIA

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190122

Effective date: 20190122