WO2000040511A1 - Uv-bestrahlungsvorrichtung, insbesondere zur desinfektion von flüssigkeiten mit verminderter uv-transmission - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur UV-Bestrahlung, wobei jedes UV-Modul (14) als Tauchstrahler ausgebildet und jeweils aus einem als Quecksilber-Niederdruckstrahler ausgebildeten runden UV-Strahler (26) gebildet ist, der von einem für UV-Strahlen durchlässigen runden Hüllrohr (28) umgeben ist, wobei jedem UV-Modul (14) ein Bestrahlungsraum (24) mit quadratischem Querschnitt zugeordnet ist, dessen Mittelpunkt zugleich der Mittelpunkt (18) des UV-Strahlers (26) ist und der sich vom Mittelpunkt (18) ausgehend jeweils bis zur Hälfte des Abstandes zu den benachbarten UV-Modulen (14) ertreckt, wobei die Mittelpunkte (18) von vier benachbarten UV-Modulen (14) die Eckpunkte eines Quadrates (20) bilden, dessen Fläche der Summe der Querschnittsfläche (F1) eines UV-Moduls (14) und der Querschnittsfläche (F2) des Bestrahlungsraumes (24) eines UV-Moduls entspricht, und dass der Abstand der UV-Module (14) voneinander so gewählt ist, dass die Querschnittsfläche (F2) des Bestrahlungsraumes (24) jedes UV-Moduls (14) um nicht mehr als das 10-fache grösser ist als die Querschnittsfläche (F1) des UV-Moduls (14) selbst.
Description
UV-BESTRAHLUNGSVORRICHTUNG , INSBESONDERE ZUR DESINFEKTION VON FLÜSSIGKEITEN MIT VERMINDERTER UV-TRANSMISSION
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur UV- Bestrahlung, insbesondere zur Desinfektion, von strömenden Flüssigkeiten mit verminderter UV- Transmission . Die Vorrichtung besitzt einen oder mehrere Halterahmen mit einer Vielzahl von UV-Modulen, die jeweils einen Quecksilber-Niederdruckstrahler enthalten . Die UV-Module sind durch die Halterahmen im wesentlichen parallel im Abstand voneinander gehalten und erstrecken sich in Strömungsrichtung der strömenden Flüssigkeit , bei der es sich insbesondere um gereinigtes Abwasser handelt .
Vorrichtungen dieser Art werden insbesondere bei
Kläranlagen eingesetzt, denn das gereinigte Abwasser von Kläranlagen muss heute immer öfter vor der Einleitung in natürliche Gewässer desinfiziert werden. Zu diesem Zweck wird das durch die Kläranlage gereinigte Abwasser einer ultravioletten Strahlung (UV-Bestrahlung) ausgesetzt. Die dabei verwendeten UV-Module mit Quecksilber- Niederdruckstrahlern erzeugen eine UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 200 nm bis 300 nm mit einem Maximum bei 253,7 nm.
Die UV-Module sind als UV-Tauchstrahler ausgebildet und umfassen jeweils einen Quecksilber-Niederdruckstrahler, welcher von einem für UV-Strahlung durchlässigen Hüllrohr umgeben ist. Entsprechende Vorrichtungen der soweit beschriebenen Art zur UV-Bestrahlung sind beispielsweise aus den Dokumenten EP 0687201, DE 3270676, US 4,757,205, US5,019,256, US 4,482,809, EP 0080780 und EP 0249450 bekannt .
Im Gegensatz zu einem sauberen unbeeinflussten Wasser besitzt das zu desinfizierende Abwasser eine stark verminderte UV-Transmission, die in der Regel im Bereich von 40% bis 60% pro 1 cm Schichtdicke liegt. Dies bedeutet, daß bereits in einer 1 cm dünnen Wasserschicht 40% - 60% der applizierten UV-Strahlung absorbiert werden (zum Vergleich: reines Trinkwasser hat eine Transmission im Bereich von etwa 90% bis 98%, die Absorptionsverluste betragen folglich nur 2% bis 10% pro cm Schichtdicke) . Die schlechte UV-Transmission solcher Medien hat zur
Folge, daß man nur relativ dünne Schichten des Abwassers rings um das Hüllrohr herum effektiv bestrahlen kann, weil die wirksame Eindringtiefe der UV-Strahlung so gering ist. Für weiter vom Hüllrohr entfernt liegende Schichten muß die Bestrahlungszeit lang sein, was eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit bedingt. Die bekannten Vorrichtungen zur UV-Behandlung von Abwasser können in einer Zeiteinheit daher nur geringe Abwassermengen desinfizieren.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte UV-Desinfektion von größeren Abwassermengen mit verminderter UV-Transmission zu ermöglichen.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Abstand der UV-Module voneinander so gewählt ist, daß der Querschnitt des Bestrahlungsraumes, der sich für jedes UV-Modul ergibt, um nicht mehr als das zehnfache größer als der Querschnitt des UV-Moduls ist. Insbesondere sollen die Quecksilber-Niederdruckstrahler der UV-Module eine Bestrahlungsstärke oder Intensität von größer/gleich 60 mW/cm2 auf der Hüllrohroberfläche des Hüllrohres im Bereich von 200 - 280 nm emittieren. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Bestrahlungsraumes eines UV-Moduls um nicht mehr als das 7,5-fache größer als der Querschnitt des UV-Moduls selbst.
Der Begriff "Hochleistungs-Quecksilber-Niederdruckstrahler" bezieht sich auf Strahler, die eine elektrische
Leistung von mehr als 150 Watt pro Meter Strahlerlänge aufweisen und/oder (im Neuzustand) eine Strahlungsleistung von mehr als 50W pro Meter Strahlerlänge im UV- C-Bereich abgeben. Der Begriff "Bestrahlungsraum", der sich für jedes UV-Modul ergibt, wird nachfolgend näher erläutert .
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine erfindungsgemäße UV-Vorrichtung in einer schematischen perspektivischen Darstellung; sowie
Fig. 2: eine elektrische Beschaltung zur Regelung der UV-Strahler.
In der Figur 1 ist in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine UV-Vorrichtung 10 mit Rahmen 12 gezeigt, welche UV-Module 14 tragen. Jedes UV- Modul 14 umfaßt einen Hochleistungs-Quecksilber- Niederdruckstrahler 26, der in an sich bekannter Weise von einem Hüllrohr 17 umgeben ist.
Die Vorrichtung 10 ist in einem nicht näher dargestellten Gerinne angeordnet, in welchem das Abwasser in Richtung des Pfeiles A fließt, und welches einen Gerinneboden 16 besitzt. Die waagerecht verlaufenden UV-Module 14 sind in der Weise angeordnet, daß ihre Mittelpunkte 18 die
Eckpunkte eines gedachten Quadrates 20 bilden. Sämtliche UV-Module 14 befinden sich in der Zeichnung im Abwasser unterhalb der Wasseroberfläche 22.
Jedem UV-Modul 14 ist ein Bestrahlungsraum 24 zugeordnet, der durch einen um ein UV-Modul 14 gedachten Raum gebildet ist, in dem sich als Mittelpunkt das UV-Modul 14 befindet. Der Bestrahlungsraum 24 ist im Querschnitt quadratisch ausgebildet und erstreckt sich von einem UV- Modul 14 ausgehend jeweils bis zur Hälfte des Abstandes zu den benachbarten UV-Modulen und entspricht in seiner Querschnittsfläche dem Querschnitt des gedachten Quadrates 20.
Bei der Erfindung ist der Abstand der UV-Module 14 derart gewählt, daß die Querschnittsfläche F2 des Bestrahlungsraumes jedes UV-Moduls 14 um nicht mehr als das 10-fache - insbesondere nicht mehr als das 7,5-fache - größer ist als die Querschnittsflache Fl des betreffenden UV-Moduls 14. Es gilt somit der Zusammenhang F2 kleiner/gleich 10 x Fl (bzw. vorzugsweise F2 kleiner/gleich 7,5 x Fl) .
Die Hochleistungs-Quecksilber-Niederdruckstrahler 26 mit ihrer großen Strahlungsleistung bewirken auf der Hüllrohroberfläche eine hohe Bestrahlungsstärke von größer/gleich 60 mW/cm2 . Dabei kommen Hüllrohre 17 mit vergleichsweise großem Außendurchmesser von mindestens 3,0 cm zum Einsatz . Trotz der relativ großen Oberfläche
des Hüllrohres wird wegen der erwähnten Hochleistungs- Quecksilber-Niederdruckstrahler gleichwohl auf der Oberfläche pro cm2 eine erhöhte Leistung erreicht.
In Versuchen hat sich überraschend gezeigt, daß mit der Erfindung eine wesentlich höhere Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers von mehr als 0,25 m/s möglich ist, und daß pro Zeiteinheit entscheidend größere Abwassermengen desinfiziert werden können, wodurch der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ein Vielfaches verbessert wird. In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung besitzen die UV-Strahler 26 einen Außendurchmesser von etwa 22 mm bis 32 mm, wobei der Ringspalt zwischen den UV-Strahlern und dem umgebenden Hüllrohr mindestens 3 mm und vorzugsweise 4 bis 6 mm beträgt .
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung werden zur Erzielung einer hohen Strahlungsleistung amalgamdotierte Hochleistungs-Quecksilber- Niederdruckstrahler verwendet. In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung werden diese Niederdruckstrahler zur Erzielung hoher Strahlungsleistungen bei hohen Wirkungsgraden mit elektronischen Vorschaltgeräten betrieben, wie sie beispielsweise durch das Dokument DE 196 37 906 AI bekannt sind. Dabei können bis zu zwei Niederdruckstrahler mit einem gemeinsamen elektronischen Vorschaltgerät betrieben werden.
Hierzu zeigt die Figur 2 in einer schematischen Darstellung eine Anordnung von Strahlermodulen 14 entsprechend Fig. 1 mit einem Strahlungssensor 30, einer Steuerung 31 und elektronischen Vorschaltgeräten 32, die zur Ansteuerung der UV-Strahler 26 vorgesehen sind. Der Strahlungssensor 30 mißt die in einem definierten Abstand von dem Hüllrohr 28 einfallene Strahlungsintensität in mW/cm2 und übermittelt den Meßwert über eine elektrische Leitung 33 an die Steuerung 31. Dort wird der Meßwert mit der vorgesehenen Strahlungsintensität, die für einen effektiven Betrieb der Anlage erforderlich ist, verglichen. Die über die elektronischen Vorschaltgeräte 32 an die Strahler 26 abgegebene elektrische Leistung wird dann so geregelt, daß im wesentlichen nicht mehr und nicht weniger als dieser optimale Wert der Strahlungsintensität erreicht wird.
Dabei ergibt sich als weiterer Vorteil eine Regelbarkeit der Strahler, die je nach Transmission des Mediums eine geringere als die maximal mögliche Strahlungsleistung einstellbar macht.
Der Alterungsprozeß von Hg-Niederdruckstrahlern im Betrieb bewirkt außerdem, daß die eingangs erwähnte Strahlungsleistung von beispielsweise 50W UV-C pro Meter Strahlerlänge absinkt, wobei die Leistungsaufnahme etwa gleich bleibt. Die Regelbarkeit der UV-Strahler ermöglicht deshalb erstmals eine Konfiguration, die auf einen sicheren Betrieb mit ausreichendem Wirkungsgrad am
Ende der planmäßigen Standzeit ausgelegt ist, also z.B. mit 20W UV-C pro Meter Entladungslänge ausreichende Desinfektion gewährleistet. Diese Strahlungsleistung kann dann am Beginn der Nutzungsdauer mit der Regelung eingestellt werden. Hierzu wir die zugeführte elektrische Leistung von z.B. 200W auf 100W pro Meter Strahlerlänge reduziert. Mit zunehmender Alterung kann dann die Strahlungsleistung konstant gehalten werden, indem die zugeführte elektrische Leistung angehoben wird. Diese Regelung kann über UV-Sensoren 30 erfolgen, die die tatsächlich abgegebene Strahlungsleistung messen und über einen Regelkreis bedarfsgerecht anpassen.
Mit der vorliegenden Konfiguration von Strahlern und Hüllrohren ist eine solche Regelung erstmals möglich, da der Ringspalt zwischen dem Strahler und dem Hüllrohr mit mehr als 3,0 mm so groß dimensioniert ist, daß auch bei gegenüber der Maximalleistung abgesenkter Leistungsaufnahme der Strahler nicht unter seine minimal erforderliche Betriebstemperatur abkühlt.
Claims
P a t ent an sp rü c he
Vorrichtung (10) zur UV-Bestrahlung, insbesondere zur Desinfektion, von strömenden Flüssigkeiten in Form von gereinigtem Abwasser, wobei die Vorrichtung (10) in einer Bestrahlungskammer angeordnet ist und mindestens einen Halterahmen (12) mit einer Vielzahl von UV-Modulen (14) umfaßt, die parallel zueinander in Strömungsrichtung (A) des gereinigten Abwassers angeordnet sind, und wobei jedes UV-Modul (14) als Tauchstrahler ausgebildet und jeweils aus einem als Quecksilber-Niederdruckstrahler ausgebildeten UV- Strahler (26) gebildet ist, der von einem für UV- Strahlen durchlässigen Hüllrohr (28) umgeben ist, d a du rch ge k e nn z e i c hne t , daß j edem UV-Modul (14) ein Bestrahlungsraum (24) mit vieleckigem Querschnitt zugeordnet ist, dessen Mittelpunkt zugleich der Mittelpunkt (18) des UV- Strahlers (26) ist und der sich vom Mittelpunkt (18) ausgehend jeweils bis zur Hälfte des Abstandes zu den benachbarten UV-Modulen (14) erstreckt, wobei die einzelnen UV-Module (14) derart angeordnet sind, daß die Mittelpunkte (18) einer Anzahl benachbarter UV- Module (14) die Eckpunkte eines Vielecks (20) bilden, dessen Fläche der Summe der Querschnittsfläche (Fl) eines UV-Moduls (14) und der Querschnittsfläche (F2) des Bestrahlungsraumes (24) eines UV-Moduls entspricht, und daß der Abstand der UV-Module (14) voneinander so gewählt ist, daß die
Querschnittsfläche (F2) des Bestrahlungsraumes (24) jedes UV-Moduls (14) um nicht mehr als das 10-fache größer ist als die Querschnittsfläche (Fl) des UV- Moduls (14) selbst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Querschnittsfläche (F2) des Bestrahlungsraumes (24) jedes UV-Moduls (14) um nicht mehr als das 7,5-fache größer ist als die Querschnittsfläche (Fl) des dem Bestrahlungsraum (24) zugeordneten UV-Moduls (14) ist .
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
UV-Module (14) jeweils einen Hochleistungs-UV- Strahler (26) enthalten, welcher eine Entladungslänge von mindestens 1,2 m besitzt und eine
Strahlungsleistung von mehr als 50 Watt UV-C pro 1 m Entladungslänge erzeugt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Strömungsgeschwindigkeit des die Bestrahlungsräume (24) durchfließenden gereinigten Abwassers größer als 0,25 m pro Sekunde ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadu rc h g e ke nn z e i c hne t , daß die
Bestrahlungsräume (24) bei geringen Mengen von dem anfallenden gereinigten Abwasser laminar mit parallel verlaufenden Strömungslinien durchflössen werden.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der UV-Strahler (26) eines UV-Moduls (14) einen Außendurchmesser zwischen 22 mm und 32 mm und insbesondere einen Außendurchmesser von 30 mm besitzt .
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Innendurchmesser der Hüllrohre (28) der UV-Module (14) so bemessen ist, daß zwischen dem UV-Strahler (26) und dem Hüllrohr (28) ein Ringspalt von größer als 3 mm, insbesondere ein Ringspalt von 4 mm, gebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die UV-Strahler (26) mit einem regelbaren elektronischen Vorschaltgerät betrieben sind, mit welchem die elektrische Leistung der UV-Strahler (26) regelbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens zwei UV-Strahler (26) mit einem gemeinsamen elektronischen Vorschaltgerät betrieben sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h
_* - g e k e n n z e i c h n e t , daß der
Innendurchmesser der Hüllrohre (28) bei Betrieb der UV-Strahler (26) mit elektronischen Vorschaltgeräten so bemessen ist, daß der Ringspalt zwischen dem UV- Strahler (26) und dem Hüllrohr (28) größer als 3,0 mm, vorzugsweise größer als 4,5 mm ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bestrahlungsraum als Viereck oder Sechseck, insbesondere als Quadrat oder regelmäßiges Sechseck ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Leistung der UV-Strahler (26) so geregelt ist, daß eine über die Zeit konstante Strahlungsleistung im UV-Bereich erzeugt wird.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Leistung der UV-Strahler (26) in Abhängigkeit von der UV-Transmission der Flüssigkeit geregelt ist.
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