RU2708585C1 - Устройство для обеззараживания питьевой воды УФ излучением - Google Patents
Устройство для обеззараживания питьевой воды УФ излучением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708585C1 RU2708585C1 RU2019122325A RU2019122325A RU2708585C1 RU 2708585 C1 RU2708585 C1 RU 2708585C1 RU 2019122325 A RU2019122325 A RU 2019122325A RU 2019122325 A RU2019122325 A RU 2019122325A RU 2708585 C1 RU2708585 C1 RU 2708585C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- housing
- holder
- hollow
- ultraviolet
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 title claims abstract description 12
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 title claims abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 abstract description 22
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 9
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 241000193755 Bacillus cereus Species 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- 241000588747 Klebsiella pneumoniae Species 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000607142 Salmonella Species 0.000 description 1
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032770 biofilm formation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 210000004777 protein coat Anatomy 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
- C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
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
Изобретение относится к области обработки воды с целью ее обеззараживания. Устройство для обеззараживания питьевой воды ультрафиолетовым излучением включает корпус 1 цилиндрической формы с входной трубкой 2 для ввода воды и выходной трубкой 3 для вывода обработанной воды, а также установленные внутри корпуса ультрафиолетовые светодиоды 7. В корпусе 1 дополнительно установлена кварцевая колба 4 с зазором 5, образованным между внутренними стенками корпуса 1 и внешними стенками колбы 4, для создания ламинарного потока воды в тонком вихревом тангенциальном слое. Внутри кварцевой колбы 4 вдоль ее вертикальной оси установлен полый многогранный держатель 6 ультрафиолетовых светодиодов 7, которые закреплены с внешней стороны каждой грани держателя 6. Грани держателя 6 развернуты относительно друг друга под углом, равным углу рассеивания ультрафиолетового излучения. Входная трубка 2 для подвода воды подсоединена по касательной к верхней части корпуса 1, а выходная – по касательной к нижней боковой части корпуса 1 и в виде змеевика пропущена через нижнее основание корпуса 1 и внутри полого держателя 6 ультрафиолетовых светодиодов 7. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обеззараживания питьевой воды до 99,9%. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области обработки воды с целью ее обеззараживания, в частности, к установкам для обеззараживания ультрафиолетовым излучением питьевой воды, которая может быть использована для получения качественной питьевой воды из подземных и поверхностных источников водоснабжения.
В процессе эксплуатации трубопроводы и иные элементы системы водоснабжения изнутри покрываются биопленкой, что представляет особую опасность при ее эксплуатации. Устранение биообрастаний обеспечивают за счет регулярно проводимых мероприятий по дезинфекции систем водоснабжения. Однако при благоприятных условиях время образования биопленок составляет от нескольких суток до нескольких часов, что приводит к высокой вероятности их появления в процессе эксплуатации. При отрыве биопленки количество микробов в воде резко увеличивается, поэтому обеззараживание воды необходимо проводить непосредственно перед ее подачей потребителю.
Основной проблемой при обеззараживании воды является высокая концентрация микроорганизмов в биопленке, которая может достигать 106 КОЕ/мл и более. При этом микроорганизмы в биопленке обладают устойчивостью как к химическим (хлор, озон и т.п.), так и физическим (УФ излучение) методам обеззараживания.
В результате проведенных исследований установлено, что УФ обеззараживание поверхностей, зараженных эталонными штаммами Staphilococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella, Klebsiella pneumoniae, Bacillus cereus в белковой оболочке, обладающие типичными морфологическими и тинкториальными свойствами биопленок достигается при бактерицидной дозе УФ излучения на обрабатываемых поверхностях не менее 80 мДж/см2 и его эффективность не превышает 99%, в то время как обеззараживание свободно находящихся в воде микроорганизмов с эффективностью 99,9% достигается уже при бактерицидной дозе 25-40-мДж/см2.
Известна система обеззараживания ультрафиолетовыми лучами воды (KR20100078398, кл. A61L2/10; C02F1/32, опубл. 08.07.2010), включающая автоматический запорный клапан, избирательно блокирующий неочищенную воду, подаваемую из водопроводной трубы, при этом с задней стороны автоматический запорный клапан соединен с фильтрующим устройством сырой воды, а также стерилизационную камеру с излучающей ультрафиолет частью для фильтрования сырой воды, УФ-датчик, детектирующий освещенность УФ-светом и панель управления с возможностью открывать и закрывать автоматический запорный клапан.
Однако указанная система обеззараживания ультрафиолетовыми лучами обеспечивает бактерицидную дозу только в пределах 25-40 мДж/см2, поэтому концентрация микроорганизмов в биопленках может в десятки тысяч раз превосходить предельно допустимую для питьевой воды (не более 50 КОЕ/мл), что приводит к неэффективному предотвращению вторичного бактериального загрязнения в системах водоснабжения. Кроме того, при отрыве биопленок происходит локальное ухудшение коэффициента пропускания жидкостью УФ излучения (до 50% на 1 см и ниже), что еще более снижает эффективность УФ обеззараживания.
Известно устройство для очистки и обеззараживания воды (RU 189130, кл. C02F 11/00, опубл. 13.05.2019), включающее корпус, выполненный в форме полого цилиндра, снабженный крышкой с уступами на ее нижней поверхности и установленные на ее внутренней поверхности ультрафиолетовые светодиоды. Отстойник выполнен в форме полой полусферы, обращенной центром вниз, в центре которого установлен входной штуцер. В крышке корпуса установлен выходной патрубок, соединенный через штуцер с перфорированной трубкой, снабженной дефлектором и установленной в корпусе вертикально. Фильтрующий элемент выполнен в форме цилиндра, диаметр которого равен внутреннему диаметру корпуса. На дефлекторе, выполненном в форме логарифмической спирали, дном вниз установлена тарелка с перфорированными краями, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса. На внутренней поверхности корпуса на равном расстоянии друг от друга установлены излучатели ультразвука.
Недостатком устройства является низкая эффективность ультрафиолетового обеззараживания воды из-за локального ухудшения коэффициента пропускания жидкостью ультрафиолетового излучения (до 50% на 1 см и ниже) в процессе отрыва биопленок в системе водоснабжения, приводящей к вторичному бактериальному загрязнению.
Проблемой полезной модели является создание устройства для обеззараживания питьевой воды ультрафиолетовым излучением в условиях риска вторичного загрязнения из-за образования биопленок в распределительной системе.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обеззараживания питьевой воды ультрафиолетовым излучением
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что устройство для обеззараживания питьевой воды ультрафиолетовым излучением включает корпус цилиндрической формы с входной трубкой для ввода воды и выходной трубкой для вывода обработанной воды, а также установленные внутри корпуса ультрафиолетовые светодиоды. Согласно изобретению в корпусе дополнительно установлена кварцевая колба с зазором, образованным между внутренними стенками корпуса и внешними стенками колбы, для создания ламинарного потока воды в тонком вихревом тангенциальном слое. Внутри кварцевой колбы вдоль ее вертикальной оси установлен полый многогранный держатель ультрафиолетовых светодиодов, которые закреплены с внешней стороны каждой грани держателя. Грани держателя развернуты друг относительно друга под углом, равным углу рассеивания ультрафиолетового излучения. Входная трубка для подвода воды подсоединена по касательной к верхней части корпуса, а выходная – по касательной к нижней боковой части корпуса, и, в виде змеевика, пропущена через нижнее основание корпуса и внутри полого держателя ультрафиолетовых светодиодов.
Держатели ультрафиолетовых светодиодов и выходная трубка выполнены из материалов, обладающих высокой теплопроводностью, преимущественно из алюминия или меди, разрешенных в водоподготовке и позволяет обеспечить эффективный теплоотвод через трубку змеевика к проходящей через нее воде.
Полый многогранный держатель ультрафиолетовых светодиодов выполнен в виде полых многогранных призм, скрепленных между собой основаниями и развернутых друг относительно друга на угол от 30° до 120о, при этом их количество, в зависимости от угла рассеивания ультрафиолетовых светодиодов варьируется от 1 до 10, для обеспечения равномерности облучения воды внутри корпуса.
Пространство между держателями ультрафиолетовых светодиодов и выходной трубкой заполнено теплопроводящей термопастой. Использование теплопроводящей термопасты обеспечивает эффективный теплоотвод от кристалла светодиода к держателю и от держателя к проходящей внутри его по отводящей трубки в виде змеевика воде.
Установка в корпусе устройства кварцевой колбы с зазором от его внешних стенок создает ламинарное движение воды в тонком вихревом тангенциальном слое и обеспечивает адгезию на поверхности внутренних стенок корпуса не менее 99% микроорганизмов биопленки, что значительно увеличивает время пребывания в устройстве микроорганизмов биопленки и, как следствие, высокой (40 мДж/см2 и более) дозы УФ излучения за время прохода через устройство как свободно от живущих микроорганизмов, так и микроорганизмов биопленки.
Присоединение входной и выходной трубки тангенциально обеспечивает создание ламинарного тангенциального слоя воды, повышая тем самым интенсификацию обеззараживания воды от микроорганизмов.
Выполнение выходной трубки в виде змеевика таким и прохождение ее через нижнее основание корпуса и внутри держателя ультрафиолетовых светодиодов позволяет повысить эффективность работы и срок службы УФ светодиодов за счет постоянного теплоотвода от светодиодов посредством охлаждении обработанной водой.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен внешний вид устройства для обеззараживания ультрафиолетовым излучением питьевой воды, на фиг. 2 – вид сбоку в разрезе, на фиг. 3 – вид сверху предлагаемого устройства.
В представленном устройстве используются светодиоды с углом расходимости УФ излучения 60о, что определяет их количество (шесть штук) и способ размещения на держателе, а также выбор формы держателя.
Устройство для обеззараживания ультрафиолетовым излучением питьевой воды включает корпус 1 цилиндрической формы с входной трубкой 2, подсоединенной по касательной к корпусу 1 для ввода воды и выходной трубкой 3, также подсоединенной к корпусу 1 по касательной, для вывода обработанной воды. В корпусе 1 установлена кварцевая колба 4 с зазором 5, образованным между внутренними стенками корпуса 1 и внешними стенками колбы 4 для обеспечения ламинарного движения воды в тонком вихревом тангенциальном слое. Ширина зазора 5 между корпусом 1 и кварцевой колбой 4 подбирается так, чтобы движение воды было ламинарным, поскольку условия ламинарности потока зависят от скорости движения воды и ширины зазора.
Внутри кварцевой колбы 4 вдоль ее вертикальной оси установлен полый держатель 6 ультрафиолетовых светодиодов 7. Держатель 6 выполнен из меди. Форма держателя 6 для иллюстрации устройства выполнена в виде треугольных призм, расположенных одна над другой и скрепленных между собой основаниями. Призмы развернуты друг относительно друга на 45º. Ультрафиолетовые светодиоды 7 закреплены на каждой грани треугольного призматического держателя 6 с внешней стороны с помощью теплопроводящей термопасты 8. Выходная трубка 3 в виде змеевика проходит через нижнее основание корпуса 1 внутри полых держателей 6.
Устройство работает следующим образом.
Под напором вода поступает по входной трубке 2 в полость зазора 5 между внутренними стенками корпуса 1 и кварцевой колбой 4 и далее движется по тангенциальной траектории в ламинарном режиме. При таком движении воды происходит адгезия на поверхности корпуса 1загрязняющих ее биопленок. Одновременно происходит обеззараживание воды с помощью создаваемого ультрафиолетовыми светодиодами 7 высокой дозы излучения (40 мДж/см2) за счет максимального охватывания всего объема воды внутри корпуса 1. Эффективность работы и срок жизни светодиодов 7 очень сильно зависят от их температуры (перегрев недопустим) Для термостабилизации светодиодов 7 обработанная вода проходит по выходной трубке 3 в виде змеевика через нижнее основание корпуса 1 и между держателем 6 ультрафиолетовых светодиодов 7 для обеспечения постоянного теплоотвода от светодиодов за счет охлаждения обрабатываемой воды. Термопаста 8 облегчает отвод тепла от светодиодов 7 к проходящей внутри держателя 6 выходной трубке 3.
Изобретение не ограничивается представленным описанием и может быть дополнено в пределах формулы изобретения. Например, форма держателя светодиодов может быть и другая, главное, чтобы поток ультрафиолетового излучения максимально охватывал весь объем корпуса и проходящую через него воду. Поэтому держатель может быть выполнен и в виде полой призмы с другим количеством граней или в виде граней, расположенных по спирали.
Устройство для обеззараживания воды в настоящее время прошло опытно-промышленные испытания и показало высокую эффективность 99,9% обеззараживания, готовится внедрение указанного устройства в оборудование по обеззараживанию воды на действующих установках.
Claims (5)
1. Устройство для обеззараживания питьевой воды ультрафиолетовым излучением, включающее корпус цилиндрической формы с входной трубкой для ввода воды и выходной трубкой для вывода обработанной воды, а также установленные внутри корпуса ультрафиолетовые светодиоды, отличающееся тем, что в корпусе дополнительно установлена кварцевая колба с зазором, образованным между внутренними стенками корпуса и внешними стенками колбы, для создания ламинарного потока воды в тонком вихревом тангенциальном слое, внутри кварцевой колбы вдоль ее вертикальной оси установлен полый многогранный держатель ультрафиолетовых светодиодов, которые закреплены с внешней стороны каждой грани держателя, при этом грани держателя развернуты относительно друг друга под углом, равным углу рассеивания ультрафиолетового излучения, входная трубка для подвода воды подсоединена по касательной к верхней части корпуса, а выходная – по касательной к нижней боковой части корпуса и в виде змеевика, пропущена через нижнее основание корпуса и внутри полого держателя ультрафиолетовых светодиодов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что держатели ультрафиолетовых светодиодов и выходная трубка выполнены из материалов, обладающих высокой теплопроводностью.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полый многогранный держатель ультрафиолетовых светодиодов выполнен в виде полых многогранных призм, скрепленных между собой основаниями и развернутых относительно друг друга на угол от 30° до 120о.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что количество полых многогранных призм, установленных одна на другую, от 1 до 10.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пространство между держателями ультрафиолетовых светодиодов и выходной трубкой заполнено теплопроводящей термопастой.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019122325A RU2708585C1 (ru) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | Устройство для обеззараживания питьевой воды УФ излучением |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019122325A RU2708585C1 (ru) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | Устройство для обеззараживания питьевой воды УФ излучением |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2708585C1 true RU2708585C1 (ru) | 2019-12-09 |
Family
ID=68836395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019122325A RU2708585C1 (ru) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | Устройство для обеззараживания питьевой воды УФ излучением |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2708585C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU87693U1 (ru) * | 2009-07-16 | 2009-10-20 | Анатолий Александрович Янковский | Установка для обеззараживания воды |
| KR20100078398A (ko) * | 2008-12-30 | 2010-07-08 | 삼건세기(주) | 자외선 살균 시스템 및 그 동작 제어 방법 |
| WO2013043047A1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-03-28 | Stichting Wetsus Centre Of Excellence For Sustainable Water Technology | Device and method for disinfecting a liquid with acoustic waves and uv radiation |
| RU156915U1 (ru) * | 2015-06-29 | 2015-11-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Устройство для очистки и обеззараживания воды |
-
2019
- 2019-07-16 RU RU2019122325A patent/RU2708585C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100078398A (ko) * | 2008-12-30 | 2010-07-08 | 삼건세기(주) | 자외선 살균 시스템 및 그 동작 제어 방법 |
| RU87693U1 (ru) * | 2009-07-16 | 2009-10-20 | Анатолий Александрович Янковский | Установка для обеззараживания воды |
| WO2013043047A1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-03-28 | Stichting Wetsus Centre Of Excellence For Sustainable Water Technology | Device and method for disinfecting a liquid with acoustic waves and uv radiation |
| RU156915U1 (ru) * | 2015-06-29 | 2015-11-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Устройство для очистки и обеззараживания воды |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11203534B2 (en) | Method, system and apparatus for treatment of fluids | |
| US11000616B2 (en) | Disinfection apparatus having submersible UV light devices | |
| JP4809482B2 (ja) | 水を消毒する装置 | |
| EP3354288B1 (en) | Sterilization apparatus | |
| CN113203241B (zh) | 用于借助表层水来冷却流体的冷却装置 | |
| US20190142986A1 (en) | Flowing fluid disinfectors and submersible uv light devices | |
| AU2006292890B2 (en) | Ultraviolet radiation treatment system | |
| EP3676459B1 (en) | Drain valve, a method and use thereof | |
| JP2019076879A (ja) | 紫外線殺菌装置 | |
| RU2708585C1 (ru) | Устройство для обеззараживания питьевой воды УФ излучением | |
| RU2395461C2 (ru) | Способ обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением и устройство для его реализации | |
| RU22781U1 (ru) | Устройство для обработки питьевой воды | |
| US7767978B1 (en) | Ultraviolet water treatment device | |
| WO2017060088A1 (en) | Flow cell for reducing viable microorganisms in a fluid | |
| RU204740U1 (ru) | Устройство для обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением | |
| RU2144002C1 (ru) | Устройство для стерилизации жидкости | |
| US20250248372A1 (en) | Uv led device for treating fluids | |
| KR20250115605A (ko) | 정수용 자외선 살균장치 | |
| RU2182119C1 (ru) | Установка для обеззараживания воды | |
| US20230373822A1 (en) | Compact ultraviolet fluid disinfection device and method | |
| RU2057719C1 (ru) | Камера стерилизации | |
| WO2018223543A1 (zh) | 杀菌器 |