在污水/循环水紫外消毒系统中混合部件的使用方法和装置的制造方法
【专利说明】在污水/循环水紫外消毒系统中混合部件的使用方法和装
[0001]本申请是2009年11月25日递交的申请号为200980147526.X、发明名称为“在污水/循环水紫外消毒系统中混合部件的使用方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
[0002]对相关申请的交叉引用:本申请要求2008年11月16日递交的美国临时申请序列N0.61/200,292的先前递交日期在35U.S.C.§ 119(e)下的权益，其内容通过引用被并入本申请。
技术领域
[0003]本发明总地涉及使用紫外(UV)光来控制生物体的系统，并且具体地涉及对在使用UV光进行流体消毒的系统中的流体的混合。
【背景技术】
[0004]污水处理厂在开放式通道(open channel)中通常使用照射器机架(lamp rack)在流动方向上水平导向。所述照射器发射使致病的微生物失活的紫外光(UV)，使水安全以排放至接收水的主体或用于水的再利用(灌溉、间接适于饮用的再利用、工业使用、用于不适于饮用使用的杂排水等)。所述机架将照射器保持在分布于通道的截面上的阵列中，使得向下流过该通道的水都不会太过远离任何一个照射器。已知的开放式通道流体处理设备通过以下内容被示出，例如，美国专利N0.4，482，809和N0.5，006，244，其公开内容通过引用被并入本申请。
[0005]对水可以远离照射器多远而仍得到充分的消毒有实际的限制。图1是示出随着与照射器的距离的增加水中的UV辐照下降的曲线图，其中UV的透射率为55% T和65% T0
[0006]典型的使用低压汞弧照射器的UV系统具有在方形阵列中间隔约7.5cm(厘米)的照射器。具有直径为2.5cm的石英管，这意味着与任一照射器的最大距离约为4cm。这为水提供了足够的空间以流过照射器之间而没有过度的水头损失，并且接近到足以对所有区域达到充分的UV穿透，并且从而充分消毒。这些低压系统具有总功耗低于100瓦并且UVC (杀菌UV)输出低于50瓦的照射器。
[0007]照射器技术的更近期的改进已生产出具有更高输出的低压照射器。更高的照射器输出意味着每个照射器可以消毒更多的水，并且从而水流必须与照射器的UVC输出成比例地增加。然而由于跨照射器组(a bank of lamps)的水头损失限制(过高的水头损失意味着该组的上游水位必须提高，并且一部分水将会溢出该照射器组的顶部而不会被充分地处理)，所述照射器间距必须被增加以适应更大的水流。例如，具有250瓦用电量以及约100瓦UVC输出的照射器，必须被容纳在具有1cm照射器间距的阵列中。用于水流动的附加区域限制速度，并且由此限定跨该照射器组的水头损失。如图2所示，这导致离所有照射器最远点处的UV辐照降低。
[0008]离照射器最远点处的该降低的辐照导致与该更大照射器间距相关的性能效率上的一些降低，尤其是在低UV透射率(55% T)时，但能够使用较少的照射器的优势克服了所导致的用电量的增加。
[0009]甚至更高功率照射器(500瓦，具有200W的UVC输出)的更近期的发展将潜在地导致所需的照射器的数目被减少到采用250W照射器的系统的一半。然而，这意味着每个照射器处的流动必须加倍，导致跨照射器组的水头损失翻两番(水头损失与速度的平方成比例)，除非照射器的间距增加更多。然而，增加间距超过1cm导致处理效率进一步降低，否定了较少高功率照射器的潜在优势。
[0010]克服这一点的一种方式是封闭照射器组的顶部，使得水无法溢出该照射器组的顶部并被迫以较高的速度流动，并且造成通过具有较小的4英寸或更低的照射器间距的照射器的压力损失。这已被成功地用在使用高得多的供电的中等压力(MP)照射器(2500瓦/照射器，370瓦UVC)的场合(美国专利N0.5，590，390，其公开内容通过引用被并入本申请)，并且被用在采用具有甚至更大间距的三角形或三角翼(delta wing)混合部件以及5000瓦照射器(750瓦UVC)的系统中(美国专利N0.6，015，229，其公开内容通过引用被并入本申请)。即使美国专利N0.6，015，229中所公开的系统具有封闭的顶部，照射器间距仍必须被增加以降低整体速度和水头损失。在美国专利N0.6，015，229中所公开的系统中，该5000瓦MP照射器是相对短的(60cm长)。在美国专利N0.6，015, 229中所公开的系统的一个缺点是，如果使用较长的照射器，由该三角翼生成的涡旋(vortice)消失，并且有效性降低。因此，在美国专利N0.6，015, 229中所公开的系统最好与相对短的MP照射器(为60cm长，相对于LP照射器的典型的1.Sm(米)长)一起使用。
[0011]在一个三角翼阵列被放置于LP照射器组的起始端的情况下，涡旋在约40cm后基本上消失。这已使用计算流体动态学(CFD)模型来建模，并且被示于图3和图4中。图3是示出三角翼下游2cm处的涡旋的速度涡旋图。图4是示出三角翼下游40cm处的涡旋的速度涡旋图。
[0012]该旋转速度以及由此造成的能在离照射器最远的水中混合的涡旋的能力由图3和图4中的速度矢量表征，因此其中较长的箭头表征贴近该照射器后(图3)的较高的旋转速率，并且因而较短的箭头表征三角翼下游40cm处的较低的旋转速率。
【发明内容】
[0013]本发明提供一种用于混合至少一种流经流体系统的流体的装置，所述装置包括:细长构件的行和列的阵列，其中每个细长构件与相邻列中的细长构件水平排齐，并且与细长构件的相邻行中的细长构件垂直排齐，并且其中每个细长构件的轴线基本上与流体流动方向一致；以及多个混合部件阵列，所述多个混合部件阵列沿每个细长构件的长度以隔开的间隔排列，其中所述多个混合部件阵列在每个细长构件周围创建四个涡旋，形成方形涡旋阵列。
[0014]在实施方案中，每个细长构件是紫外光源。
[0015]在实施方案中，所述混合部件包括具有三角形的混合部件，所述三角形具有指向上游的一个顶点的并且与所述流动方向成一角度。
[0016]在实施方案中，所述混合部件包括具有半三角形的混合部件，并且其中所述半三角形混合部件在所述装置不被四个细长构件包围的区域中沿所述细长构件排列。
[0017]在实施方案中，所述流体系统是开放式通道系统，并且其中混合部件被安装在水平支撑杆上。
[0018]在实施方案中，所述流体系统是开放式通道系统，并且其中混合部件被安装在垂直支撑杆上。
[0019]在实施方案中，所述流体系统是开放式通道系统，并且其中所述细长构件被垂直排列在机架上，以用于从所述通道移除，并且所述混合部件被安装在分别可从所述机架移除的垂直支撑杆上。
[0020]在实施方案中，每个机架包括具有空间分隔垂直条的支架，其中所述空间分隔垂直条在所述细长构件周围创建开放区域。
[0021]在实施方案中，所述混合部件包括具有先导顶点被移除的三角形的混合部件。
[0022]在实施方案中，所述流体系统是封闭式通道系统，所述系统具有被设置在圆柱形容器中的所述装置。
[0023]本发明还提供一种用于混合至少一种流经流体系统的流体的方法，所述方法包括:将细长构件的行和列的阵列浸没在所述流体流中，其中每个细长构件与相邻列中的细长构件水平排齐，并且与细长构件的相邻行中的细长构件垂直排齐，并且其中每个细长构件的轴线与流体流动方向一致；将多个混合部件阵列沿每个细长构件的长度以隔开的间隔排列，其中所述多个混合部件阵列在每个细长构件周围创建四个涡旋，形成方形涡旋阵列。
[0024]在实施方案中，每个细长构件是紫外光源。
[0025]在实施方案中，所述混合部件包括具有三角形的混合部件，所述三角形具有指向上游的一个顶点并且与所述流动方向成一角度。
[0026]在实施方案中，所述混合部件包括具有半三角形的混合部件，并且其中所述半三角形混合部件在所述装置不被四个细长构件包围的区域中沿所述细长构件排列。
[0027]在实施方案中，所述流体系统是开放式通道系统，并且其中混合部件被安装在水平支撑杆上。
[0028]在实施方案中，所述流体系统是开放式通道系统，并且其中混合部件被安装在垂直支撑杆上。
[0029]在实施方案中，所述流体系统是开放式通道系统，并且其中所述细长构件被垂直排列在机架上，以用于从所述通道移除，并且所述混合部件被安装在分别可从所述机架上移除的垂直支撑杆上。
[0030]在实施方案中，每个机架包括具有空间分隔垂直条的支架，其中所述空间分隔垂直条在所述细长构件周围创建开放区域。
[0031]在实施方案中，所述混合部件包括具有先导顶点被移除的三角形的混合部件。
[0032]在实施方案中，所述流体系统是封闭式通道系统，所述系统具有被设置在圆柱形容器中的所述装置。
[0033]本发明的实施方案包括用于混合至少一种流经流体系统的流体的装置和方法，包括细长构件的行和列的阵列，其中每个细长构件与相邻列中的细长构件水平排齐，并且与细长构件的相邻行中的细长构件垂直排齐，并且其中每个细长构件的轴线与流体流动方向一致；以及多个混合部件阵列，所述多个混合部件阵列沿每个细长构件的长度以隔开的间隔排列，其中所述多个混合部件阵列在每个细长构件周围创建四个涡旋，形成方形涡旋阵列。本发明的实施方案包括，其