流体处理系统和流体处理方法技术方案

通常希望在高流体速度下操作紫外（ＵＶ）水处理系统，例如当需要低的紫外剂量时，被处理的水的紫外透射率是高的时候，或者当使用高强度辐射源时。明渠紫外流体处理系统在高流速下的操作导致不成比例量的水穿过顶部灯之上的较低强度区域。这样导致了不均匀的紫外剂量传送以及不好的反应器性能。在本发明专利技术的一个实施方案中，通过将通向流体处理系统的辐射区的入口相对于出口升高，可以减少穿过顶部灯之上的水量，改善系统整体性能。升高的部件可以包括渠道内的台阶和斜坡，或两者的结合。根据升高的幅度，可以获得大约两倍的最大流速。实践中，必须设置防止在低流量期间升高的排的暴露的辐射源损坏的部件。这可以由在检测到低水位或高温的时候关闭受影响的灯的机构、或灯冷却部件构成。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一方面涉及一种流体处理系统，尤其是明渠中的紫外线(UV)水处理系统，当该系统在高流体速度下操作时，通过减少在通过最上部辐射源(例如UV辐射灯)之上的反应器低密度区域的流量，来改善该系统的性能。在本专利技术的另一方面，通过对系统上游端和下游端之间的高度差进行设计，并且避免或减少低流量期间最上部辐射源(例如UV辐射灯)由于暴露导致的过热，来解决上述问题。明渠通常利用重力运输或传送大量的流体，并且一般由水泥制成。利用重力来避免高的泵送成本，后者在传送渠关闭并且被加压的时候会出现。通过开放的顶部而具有通向渠道的通路使得路线清洁维护更容易。因此在某些应用中，对紫外消毒系统进行设计，以利用传统的流体明渠来减少反应器成本并易于维护，同时仍保持重力流动方式以避免泵送成本，这样是有利的。用于水处理的明渠紫外消毒系统一般由多个横跨流体渠道宽度而平行设置的模块组件(现有技术中也称为“辐射源模块”)构成(US4482809、未决美国专利申请S.N.09/185813(1998年11月3日提交)以及未决美国专利申请S.N.09/258143(1999年2月26日提交))。这种组件的一个实例如附图说明图1所示。这些组件可以由多个辐射源模块(1)构成，例如封装在石英套管中的紫外辐射灯，它们基本平行于流体流动的方向。模块可以从渠道升起，用于路线维护，例如套管清洁和灯泡更换。在某些情况下，有自动清洁机构，它由擦拭罐(2)和驱动机构(3)构成。流体在重力的作用下以相对自由的方式流过模块，在上游端和下游端之间的水位需要略有不同，以使得水经过浸没的几何结构。该水位差异取决于一些因素，包括浸没几何机构的复杂性、模块之间的水平距离、流体速度等。明渠紫外处理系统的效率很大程度上取决于它将达到目标消毒水平所需的紫外剂量送至每个流体元件的能力。紫外剂量定义为紫外强度与反应器滞留时间的乘积，通常以mWs/cm2表示。微生物的失活遵循着与紫外剂量成比例的第一级动力表达式(Jagger，J.Introduction toresearch In ultraviolet photobiology.Englewood Cliffs，New Jersey；Prentice-Hall Inc.，1967；69-73页)。因此，在经过反应器时向所有微生物传送均匀的剂量能够改善反应器效率。在紫外光经过流体时，它在给定点的强度取决于所涉及波长的流体透射率。最通常使用的杀菌波长是254nm，因为该波长能利用传统的低压汞弧光灯而有效地生成。废水通常具有低的杀菌波长透射率，从而在光从灯发出时，导致了紫外强度的下降。这样形成了灯之间的最低紫外强度区域。根据水的质量和灯的类型，需要一定的间距，以确保适当剂量的传送和反应器的性能。适当剂量传送所需停留时间取决于紫外强度。对于差的水质，紫外透射率和平均紫外强度低，就通常需要在反应器内的相对较长的停留时间，以保持适当的剂量。这通常是通过设计带有连续设置的成排紫外模块的紫外消毒系统来实现的。反之，对于好的水质或者高强度辐射源，通常减少停留时间以得到同样的剂量。这通常是通过设计较窄的流体渠、减少与宽的渠道所安装的系统相比所需紫外设备量来实现。这样导致流体以较高速度经过模块，在系统的上游端和下游端之间水位形成明显差异。由于每个灯发出的紫外辐射只穿过一段距离进入流体，因此每个灯能有效地处理它周围的一层水，通常大致等于灯之间间距的一半。当大的水位差导致顶部灯之上的水层超过了该临界值时，该过量的水就穿过了相对较低紫外强度的区域，以比适当剂量低的剂量离开辐射区。这种流体“短路”带来不均匀的剂量分布，导致微生物基本未经处理就流出，从而使整体反应器性能不好。理想的是，反应器能够在较宽范围的水质和流速内可以避免和减少会导致顶部灯之上的“短路”的水位差异。浸没的几何结构是由模块组件设计所固定的，通常在不导致设备功能性的改变的情况下就不容易被改变。在不产生反应器内低紫外强度区域的情况下，水平间距通常不会增加。因此对于好的水质或高强度辐射源，由于上述原因，通常重要的是以高流速操作紫外消毒系统。当流体处理系统利用反应器上游端和下游端之间的高度差以高流体速度操作时，理想的是能够避免和减少紫外消毒系统的顶部灯之上的“短路”效应。因此在本专利技术的一个方面，提供一种流体处理系统，包括设置在敞开辐射区中的至少一个辐射源，该辐射区具有相对于流体出口升高的流体入口。在本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种流体处理系统，包括设置在明渠中的辐射源阵列，靠近该阵列上游端的明渠上游端相对于靠近该阵列下游端的明渠下游端被升高。在本专利技术的另一个方面，提供一种流体处理系统，包括彼此以不同高度设置的第一辐射区和第二辐射区，从而流体水位相对于第一辐射区和第二辐射区中的每个的顶部来说基本是标准化的。在本专利技术的另一个方面，提供一种流体处理系统，包括多个连续设置的辐射区，它们相对于彼此升高，从而相对于每个辐射区的顶部来说使得流体水位基本标准化。在本专利技术的另一个方面，提供一种流体处理系统，包括彼此以不同高度设置的第一辐射区和第二辐射区，从而流体水位相对于第一辐射区和第二辐射区中的每个的顶部来说基本是标准化的。在本专利技术的另一个方面，提供一种流体处理系统，包括用于容纳要被处理的流体的沟渠、第一上游辐射区和相对于第一上游辐射区成阶梯状的第二下游辐射区。由多排液压串联的模块组件构成的紫外消毒系统可以利用不同高度的每个排构成。这一点可以通过对上游排使用台阶和/或将两排设置在斜坡上而实现。流体流过浸没体导致的水位差(“水头损失”)从固定的水位点例如闸门、堰等向上游传播。在一个实施方案中，台阶将上游排相对于下游排升高，以防止上游排的顶部灯之上的过高水位。优选的是，该台阶包括的高度范围大约是0.5-7.0英寸，更优选是约0.5-5.0英寸，进一步优选的是约1.0-4.0英寸，最优选的是约1.0-3.0英寸。可以使用斜坡来提供上游排的升高，从而水位需要很少或不需要变化而导致流体流动。优选的是，斜坡表面包括的斜率至少大约是0.2％，更优选是约0.2％-6.0％，进一步优选是约0.2％-3.0％，进一步更优选的是约0.5％-2.5％，最优选的是约1.0％-2.0％。该领域的技术人员可以知道，通过用斜坡表面的升高量除以斜坡表面的投影长度可以容易的确定“斜率”。通过对给定处理系统结合速度和浸没几何结构的设计，可以选择台阶的尺寸或斜坡的角度。随着速度的增加或浸没几何结构变得更受限制，流体流动需要的势能增加，就需要较大的台阶高度或斜坡角度。当流速下降低于设计值时，升高排的顶部灯可以暴露出来，导致高的灯温度，以及灯过早的损坏。可以通过将流体例如水或空气引导流过灯来实现受影响的灯的冷却，由此带走热量并降低灯的温度。或者，可以关掉受影响的灯，以减少能量损耗，并防止发生过早的高温损坏。优选的是，在辐射区内容中使用的“流体入口”一词表示位于辐射源上游的任何平面，流体可以穿过它流动。在辐射区内容中使用的“流体出口”一词表示位于辐射源下游的任何平面，流体可以穿过它流动。辐射源可以相对于穿过辐射区的流体流动方向基本平行或基本横向(包括竖直或水平横向)设置。如下详细描述，本专利技术的特别优选的实施方案涉及以下的结合(i)辐射源的取向基本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体处理系统，包括设置在敞开辐射区的至少一个辐射源，该辐射区具有相对于流体出口而升高的流体入口。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特AH布鲁奈特，乔治特劳本贝格，毛铁，费雷兹侯赛因，
申请(专利权)人：特洛伊人技术公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]