专利名称：增强紫外线系统中的紊流混合的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用紫外线光灭菌的系统，更具体地说涉及经过该系统的细菌受到的紫外线辐射剂量。
众所周知，紫外光可用于消毒水，包括消毒废水。紫外光可以抑制水或废水中的所有致病微生物的繁殖。最近有人提出用光杀灭电厂使用过的湖、河水中的ZEBRA病毒和相关的贝类。
用紫外光灯灭微生物或贝类的关键在于有机质要吸收足够的紫外光剂量，从而不能生存。有机物吸收的剂量由下式确定剂量＝强度×时间其中时间为给定有机物暴露在紫外光下的秒数，强度以W/cm2量度，从而剂量以W·sec/cm2量度。对于给定的紫外灯功率输出，强度随距灯的径向距离增加而削弱。
用紫外光灯灭废水消毒系统中的有机物的一个例子说明于美国专利5,019,256(简称256专利)，该专利发表于1991年5月28日，并授予与本发明受让人有关的受让人。该系统有一个其上安装一或多个标准灯架的框架。每个灯架有一个一或多个灯单元的阵列。每个灯单元由一个石英套管包围的紫外灯组成。每个灯仅在一端有连接电源用的接触装置，石英套管在一端封闭。
灯单元组装得使石英套管的封闭端在灯的没有电源连接接触的一端。每一个灯架有两个相对而立的支架。支架之一有两或多个安装在其上的摆动套管。每个摆动套管各与一个灯单元相联。石英套管封闭端的一部分居摆动套管之中。
在256专利所述的紫外线系统中，在图7C中点2处的强度最小。如果在通过灯阵列时，有机体呆在中线附近，那么与以不规则的紊流路径通过灯阵列的有机体所接受的紫外线剂量相比较，它所经受的紫外线剂量要减少。紊流的路线使这些有机质靠近石英套管，也就是靠近灯。
因此希望增加已经存在于系统中在有机物经过灯阵列时的紊流混合。由于石英套管的成本与其长度相关，还希望以减少其长度的方式增加紊流混合。进一步还希望，保证在有机物经过系统时，在整个紫外线系统灯阵列中都有紊流混合。
一种增加浸入液体的紫外线系统中的紊流混合的方法，该系统至少有一个灯单元。此方法包括在灯单元的外表面预定位置安装一个环形处装置的步骤。
一种浸入液体中的紫外线系统。该系统至少有一个灯单元。该系统还有一个位于灯单元的外表面上第一预定位置处的环形装置。
一种浸入液体中的紫外线系统。该系统有一个安装在上游和下游端支承座之间的紫外灯单元。该系统还有安装在靠近灯单元的上游端支承座上的环形装置。
下面参照
本发明的实施方案，其中图1所示为256专利的紫外线系统的透视图；图2所示为具有五个灯架的紫外线系统浸入液流槽路的上游端视图；图3为图2所示槽路的侧截面图；图4为图2所示槽路的侧截面图，其中浸入了根据本发明一个实施方案的紫外线系统；
图5为内有根据本发明另一个实施方案的紫外线系统的槽路的上游端；图6a所示为用于检测本发明的槽路的侧截面和中性漂浮染料注射入槽路处的横向位置；图6b所示为图6a的槽路的横截面图；图6c所示为三个染料注射点的放大视图；图7a所示为用于检测图4的实施方案的槽路的侧截面图及进行测速处的轴向位置；图7b所示为用于检测图5的实施方案的槽路的侧截面图及进行测速处的轴向位置；而图7c所示为图7a和图7b中每个轴线的进行测速处的两个横向位置。
参见图1，所示为在256专利说明的紫外线系统100的透视图。系统100有一或多个标准灯架10，每个灯架有一个水平的吊杆11。在上游端挂在吊杆11上的是竖直的金属杆12，而挂在下游端挂在吊杆11上的竖直的金属导管15。导管15起电缆的防水通道的作用。
枢轴地安装在杆12等间隔点上的是金属套管13，每根金属套管13中有一个子弹形帽盖。每根套管均可在水平面内摆动。沿面对套管13的方向上安装在导管15上的是连接器16，它们各容纳一个灯座。
延伸于套管13和对应的连接器16之间的是灯单元17。每个灯单元的上游端滑动地收容于相关的套管中，而下游端以领域内公知的方式容放于相关的连接器中。
每个灯单元有一长形管状紫外灯。每一个灯保护性地收容在对灯的紫外线辐射透明的石英套管中。石英套管的上游端是封闭的。套管的开口的下游端以可密封开口端的方式收容于连接器中。导管15中的电缆经过连接器从而在相关套管的开口端连接着各灯。
现参见图2，图中所示为液流槽路的上游端，槽路中浸入了具有五个灯架10的系统100。每个灯架有四个灯单元，灯单元延伸在安装在杆12上的一个相关套管13和相关的下游端连接器(未示)之间。图3所示为液流槽路20的侧截面图，其中浸入有图2所示的系统100。
为了增加系统100中每个灯架10的紊流混合，在每个灯单元的石英套管上套装有垫片之类的环形装置。在一个实施方案中，每个石英套管上套装有两个同样尺寸的垫片。图4所示为液流槽路20的侧截面，其中浸有系统100，而灯架中每个灯单元的石英套管上安装有两个垫片22a和22b。
一个垫片安装在灯架上游端到下游端距离的三分之一处，另一个垫片安装在灯架上游端到下游端距离的三分之二处。每个垫片由一个位在垫片紧后方的橡胶环(未示)保持在位。垫片还可以用领域内一般技术人员所公知的其它方法固定在位，例如，压靠着但不压坏石英套管的金属部件。
现参见图5，图中示出液流槽路的上游端视图，其中浸入有系统100中各个灯架的另一实施例。此实施方案中紊流混合是用杆24和环26加强的，它们取代了256专利中所述的上游端的杆12和金属套管13。环26焊在杆24上，环26固定各灯单元的上游端。
256专利中所述系统用的每个灯架的长度为1.61米，而图5的系统的每个灯架的长度为1.56米。因此图5的系统不仅增加了紊流混合，而且减少了石英套管的长度，即降低了石英套管的成本。
系统100中五个灯架中每个灯架的又一个实施例(未示)是，通过把图4所示实施方案的垫片22a、22b与图5所示的杆24和环26结合起来来增加紊流混合。
图4和5所示实施方案及其组合，均进行了检测以确定紊流混合的增强。这些检测是通过把各实施例浸入宽38.89厘米，深46厘米，长约12米的槽路中进行检测的。在液流中注入中性漂浮红染料，从而能进行紊流混合和液流图象的视象记录。如领域内一般技术人员所公知，中性漂浮染料是与槽路中的水温度相同的染料。
红色染料在选定点注入槽路。图6a表示槽路的侧面及染料注入处的横向位置。染料注入点的轴向位置定在各组垫片上游5厘米处。图6b表示槽路的横截面和染料注入点，而图6c表示染料注入点1、2和4的近视图。
结合上述红染料，还在灯架上作了测速。速度测量使用了由Sontek生产的声学多普勒测速仪(ADV)。多普勒测速仪用改造的赤道镜支架固定在位的。由于水温的变化引起水中声速的改变，槽路的水温用水银温度计或其它适用的仪器进监测。
对于图4所示的实施方案，速度检测是在图7a中标号1-27的27个轴向位置采样的。27个轴向位置中的24个在灯架内。对于图5所示的实施方案，速度检测是在图7b中标号1-12的12个轴向位置采样的。12个轴向位置有9个在灯架内。
在图7a和图7b所示的每个轴向位置，速度测量是在图7c标示1和2的两个横向位置得到的。位置1在相邻的竖直和水平灯的中线间，而位置2在与四个石英套管等距离处，此处紫外线强度最低。
检测表明，与256专利相比，图4所示带有垫片的灯架的上游端的混合尽管要么相同要么略低，在整个系统的其余部分混合有明显的增加。检测还表明图4所示带有垫片的灯架，与装备256专利所示灯架的系统相比较，提高了平均紊流强度。检测还进一步表明，平均紊流强度随垫片的尺寸加大而提高。检测进一步表明，图5所示的灯架，与装备256专利所示灯架的系统相比较，也提高了平均紊流强度。
上述对装备图4所示灯架的系统的检测结果是系统中的所有垫片的直径全都相同的系统的。该系统对垫片采用五个不同直径之一进行检测，以说明不同速度的原因。这些垫片直径是3.18厘米、4.13厘米、4.45厘米、4.76厘米和5.08厘米。
还检测了另一种装备图4所示灯架的系统，每个灯架具有在每个灯单元的石英套上安装着的，有两个不同直径的垫片。一个5.08厘米直径的垫片位于沿灯架下游方向距邻近杆12的上游入口三分之一长度处。另一个3.81厘米直径的垫片位于沿灯架下游方向距上游入口三分之二长度处。该系统也表明，与装备256专利所示灯架的系统相比较，提高了平均紊流强度。
检测表明，与装备256专利所示灯架的系统相比较，采用本发明实施例灯架的系统滞留时间稍有下降。但是与滞留时间的小小下降相比较，具有根据本发明实施的灯架的所有系统中，紊流的增加是相当大的。
尽管与256专利所示系统相联系说明了本发明，而且这里说明的是具有多个灯单元的多个灯架，应当注意，在由采用本发明的环的单灯单元组成的系统中紊流混合也可增加。还应当注意，尽管本发明用表明在每个灯单元上安装两个环的实施方案，以及在固定灯单元的灯架的上游杆上安装单环的其它实施方案加以说明，通过不论位于灯单元的上游还是下游的单环紊流也可以增加。
应当理解，对优选实施方案的描述只是用于说明，而不是用于穷尽描述本发明。在不偏离权利要求书定义的本发明精神及其范围的条件下，一般技术人员可以对所揭示主题的实施方案进行一定的补充、栅减、及/或修改。
权利要求
1.一种增加浸入液体的紫外线系统中的紊流混合的方法，所述系统至少有一个灯单元，所述方法包括步骤在所述灯单元的外表面预定位置处安装一个环形装置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为，进一步包括步骤在所述灯单元的外表面另一预定位置处安装另一个环形装置。
3.一种浸入液体中的紫外线系统，所述该系统具有至少一个紫外线灯单元；和一个位于所述灯单元的外表面上第一预定位置处的环形装置。
4.如权利要求3所述的系统，其特征为，进一步有一个位于所述灯单元的外表面上第二预定位置处的环形装置。
5.如权利要求4所述的系统，其特征为，所述环形装置有基本上相同的直径。
6.如权利要求4所述的系统，其特征为，所述环形装置有不相同的直径。
7.如权利要求3-6任一项所述的系统，其特征为，进一步具有至少一个灯架，在所述灯架上安装至少一个所述紫外灯。
8.如权利要求7所述的系统，其特征为，所述至少一个灯单元被所述灯架支持在其上游端和下游端。
9.如权利要求8所述的系统，其特征为，所述环形装置安装在所述灯架邻近所述灯单元的上游端。
10.权利要求9所述的系统，其特征为，所述灯单元的邻近所述上游支座的尾端收容于安装在所述灯架上游端上的所述环形装置中
11.一种浸入液体中的紫外线系统，具有(a)一个安装在上游和下游端支座之间的紫外灯单元；和(b)一个安装在邻近所述灯单元的所述上游端支座上的环形装置。
12.如权利要求11所述的系统，其特征为，所述灯单元的邻近所述上游支座端收容在所述环形装置中。
13.如权利要求11或12所述的系统，其特征为，进一步包括一个位在所述灯单元上离开所述上游端支座的第一预定位置处的环形装置。
14.如权利要求13所述的系统，其特征为，进一步有一个位在所述灯单元的外表面上第二预定位置处的环形装置。
15.如权利要求14所述的系统，其特征为，所述环形装置有基本上相同的直径。
16.如权利要求14所述的系统，其特征为，所述环形装置有不同的直径。
全文摘要
通过在系统中每个灯单元的外表面的一或多个预定的位置安置一或多个垫片之类的环形装置加强系统中的紊流混合。垫片可直径相同也可直径不同。紊流混合还可以仅通过把每个灯单元的上游端支持在一个环形装置中加强,也可以通过结合如上所述的在每个灯单元的外表面上安置垫片加强。
文档编号C02F1/32GK1243497SQ98801664
公开日2000年2月2日 申请日期1998年1月5日 优先权日1997年1月3日
发明者G·埃利奥特·惠特比, 马克·理查德·洛温, 皮耶路易吉·科齐 申请人:特洛伊人技术公司