DE69412500T2 - Uv-gerät zur behandlung einer flüssigkeit - Google Patents

Uv-gerät zur behandlung einer flüssigkeit

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Description

  • Die Erfindung betrifft die Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere, aber nicht beschränkt auf ein System zum Sterilisieren von Wasser oder Abwasser.
  • Häufig wird unbehandeltes Abwasser in die See und in Flüsse gepumpt. Derartiges Abwasser kann schädliche Mikroorganismen und Bakterien wie z. B. Hepatitis enthalten, welche in die Nahrungskette gelangen können und welche auch an Personen weitergegeben werden können, die mit dem verschmutzten Wasser in Kontakt kommen.
  • Es ist bekannt, daß ultraviolettes (UV)-Licht von hoher Intensität germizide Eigenschaften aufweist, welche dazu benutzt werden können, Wasser zu sterilisieren. In EP-A-0202891 ist ein Gerät zur Behandlung von Flüssigkeiten offenbart, welches sich diese germiziden Eigenschaften zunutze macht und welches einen länglichen röhrenförmigen Kanal mit Einlaß- und Auslaßöffnungen an seinen bzw. im Bereich seiner entgegengesetzten Enden, eine sich entlang der Achse des Kanals erstreckende längliche Lichtquelle sowie eine Leitschaufel, welche spiralenförmig an der Innenwand des Kanals zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen entlangläuft, umfaßt.
  • Wasserwerke verwenden UV-Sterilisatoren der oben genannten Art nicht gern, da sie nicht alles Wasser effektiv behandeln.
  • Dies ist der Fall, da konventionelle Ultraviolett-(UV)-Licht- Wasserbehandlungsgeräte nur dann effektiv arbeiten, wenn die behandelte Flüssigkeit optisch klar ist. Ist die behandelte Flüssigkeit zum Beispiel trüb oder stark verwirbelt, wird das UV- Licht erheblich gedämpft weg von der nahen Umgebung der Lichtquelle, so daß Klumpen von Mikroben, welche nicht in die nahe Umgebung der UV-Lichtquelle gelangen, keine zu ihrer Abtötung ausreichende Dosis UV-Strahlung erhalten. Außerdem neigen Mikroben dazu, sich in Klümpchen zu sammeln, wodurch Mikroben im Inneren der Klumpen hinsichtlich des UV-Lichts im Schatten der Mikroben an der Außenseite der Klumpen liegen.
  • Hier vorgeschlagen wird ein Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit der oben beschriebenen Art, welches die oben beschriebenen Probleme überwindet, und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Kommunikation zwischen benachbarten Windungen des durch die Schaufel beschriebenen Flußweges der Flüssigkeit in der Leitschaufel Öffnungen ausgeformt sind.
  • Im Betrieb fließt die zu behandelnde Flüssigkeit durch den Kanal von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung den spiralenförmigen Weg entlang. Der spiralenförmige Fluß erzeugt eine kontrollierte Turbulenz, welche sicherstellt, daß das behandelte Wasser oder die sonstige behandelte Flüssigkeit während der Behandlung sämtlichst in die unmittelbare Nähe der Lichtquelle gelangt. Den Weg entlangfließende Flüssigkeit kann durch die Öffnungen zwischen benachbarten Windungen des spiralenförmigen Weges hindurchtreten. Treten Klumpen von Mikroben durch die Öffnungen hindurch, werden sie in einzelne Mikroben aufgelöst, welche effektiver behandelt werden können.
  • Die Öffnungen in der Leitschaufel umfassen vorzugsweise radial verlaufende Schlitze, so daß durch diese Schlitze strömende Flüssigkeit nicht im Schatten in bezug auf die Lichtquelle liegt.
  • Vorzugsweise erstreckt sich axial entlang des Kanals zwischen der Lichtquelle und der radial inneren Kante der Leitschaufel ein zweiter Flüssigkeits-Flußweg. Die Flüssigkeitsströme der beiden Wege beeinflussen einander, so daß ein verwirbelter Flüssigkeitsfluß erzeugt wird, welcher sich spiralenförmig den Kanal entlangbewegt. Diese Verwirbelung verstärkt die Turbulenz in dem Kanal weiter, wodurch sich das Wasser auf kontrollierte doppelt spiralenförmige Weise bewegt.
  • Vorzugsweise sind an der Innenwand des Kanals im wesentlichen längs verlaufende Schaufeln vorgesehen, um den Fluß von Flüssigkeit durch die Öffnungen in der spiralenförmigen Leitschaufel zu fördern. Die spiralenförmige Leitschaufel ist vorzugsweise geformt durch Ausschneiden einer Reihe von Schlitzen entlang einer spiralenförmigen Linie an der Wand des Kanals und Einfügen einzelner Segmente der Schaufel in die Schlitze in der Wand.
  • Vorzugsweise sind die einzelnen Schaufelsegmente vor dem Einsetzen vorgeformt, so daß die Segmente im zusammengesetzten Zustand eine Spirale beschreiben.
  • Ein weiterer Nachteil bekannter UV-Licht-Flüssigkeitsbehandlungsgeräte ist, daß diese regelmäßig gereinigt werden müssen, um Schleim und sonstige Abfallrückstände zu entfernen, welche sich vor der UV-Lampe abgelagert haben. Üblicherweise ist die UV-Lampe von der Flüssigkeit durch eine Glaswand getrennt, und so ist vorgeschlagen worden, Wischmechanismen vorzusehen, welche das Glas automatisch reinigen. Derartige Wischmechanismen sind kompliziert und schwierig zu warten.
  • Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, eine Wand aus Polytetrafluorethylen (PTFE) vorzusehen, um die UV-Lampe von dem Abwasser zu trennen. PTFE weist haftungsmindernde Eigenschaften auf, welche die Ablagerung von Schleim und Abfallrückständen vor der UV-Lampe verhindern. PTFE ist teilweise durchlässig für UV- Licht mit Wellenlängen (245-265 nm), die germizid sind; allerdings wird ein großer Anteil des UV-Lichtes durch das PTFE absorbiert. Diese Absorption von UV-Licht kann durch eine Verminderung der Dicke der Wand reduziert werden. Allerdings ist PTFE ein nachgiebiges Material, so daß die Wand dick sein muß, um dem hohen Druck innerhalb der Wasserbehandlungskammer zu widerstehen.
  • Die Lichtquelle wird also vorzugsweise durch eine transparente Wand des Kanals hindurch auf die Flüssigkeit in dem Flußweg gerichtet, wobei die transparente Wand durch eine von der transparenten Wand getragene Schicht relativ haftungs- resistenten Materials von der Flüssigkeit getrennt ist, wobei die Schaufel einen turbulenten Fluß der Flüssigkeit innerhalb des Flußweges der Flüssigkeit über der Schicht bewirkt.
  • Die Schicht relativ haftungs-resistenten oder nicht haftenden Materials verhindert die Ablagerung von Schleim und Abfallrückständen auf der transparenten Wand. Die transparente Wand ist vorzugsweise selbst ausreichend fest, dem Flüssigkeitsdruck im Flußweg zu widerstehen. Die transparente Wand kann ein Glas material umfassen. Das Glasmaterial ist vorzugsweise ein Quarzglas, welches eine extreme Festigkeit aufweist, so daß die Dicke der Wand minimiert werden kann, um eine Absorption des Lichtes durch das Glas zu vermindern.
  • Die Schicht des nicht haftenden Materials wird vorzugsweise durch Aufsprühen auf die transparente Wand aufgebracht.
  • Die Lichtquelle ist vorzugsweise im Inneren einer transparenten Umüllung angebracht, welche sich durch den Flüssigkeitsflußweg hindurch erstreckt.
  • Die Schicht nicht haftenden Materials kann auf die transparente Umüllung aufgebracht werden, indem eine Röhre des nicht haftenden Materials über die transparente Umüllung gestülpt wird.
  • Die Röhre des nicht haftenden Materials umfaßt vorzugsweise eine durch Hitze schrumpfbare Röhre, welche auf die Umhüllung aufgebracht wird.
  • Vorzugsweise werden im Inneren des Flüssigkeitsflußweges Schaufeln vorgesehen, um einen turbulenten Flüssigkeitsfluß zu erzeugen. Dieser turbulente Flüssigkeitsfluß erzeugt ein Schrubben, welches auf der Oberfläche der nicht haftenden Schicht möglicherweise abgelagerte Rückstände entfernt.
  • Die nicht haftende Schicht ist vorzugsweise 15-150 nm dick. Die nicht haftende Schicht umfaßt vorzugsweise ein Silizium-Fluorkarbon-Polymer wie z. B. PTFE.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen dieser Erfindung nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
  • Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems zur Behandlung von Wasser gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ultraviolett-Wasserbehandlungsgerätes des Systems nach Fig. 1;
  • Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2; und
  • Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Ultraviolett-Wasserbehandlungsgerätes des Systems nach Fig. 1.
  • Fig. 1 der Zeichnungen zeigt ein System zur Behandlung von Wasser mit einem elektrostatischen Wasserbehandlungsgerät 10, welches über einen Kanal 13 mit einem Ultraviolett-(UV)-Licht- Wasserbehandlungsgerät 11 verbunden ist. Das UV-Licht- Wasserbehandlungsgerät 11 ist über einen Kanal 14 mit einem Gerät 12 verbunden, welches das Wasser in dem Kanal mit einem von einem Generator 15 erzeugten oxidierenden Gas durchlüftet.
  • Im Betrieb fließt Wasser durch das elektrostatische Wasserbehandlungsgerät 10, durch den Kanal 13 und in das UV-Licht- Wasserbehandlungsgerät 11 hinein und durch dieses hindurch. Aus dem Gerät 11 heraus und durch den Kanal 14 hindurchtretendes Wasser wird mit oxidierendem Gas von dem Generator 12 durchlüftet.
  • Bezug nehmend auf Fig. 2 und 3 der Zeichnung, umfaßt das UV- Licht-Wasserbehandlungsgerät 11 einen aus Edelstahl geformten länglichen röhrenförmigen Kanal 30 mit an seinen gegenüberliegenden Enden angebrachten Einlaß- und Auslaßkanälen 13, 14. Eine längliche Ultraviolett-Lampe 31 ist innerhalb einer Quarzglasumhüllung 32 angebracht, welche entlang der Achse des Kanals 30 verläuft. Die Umhüllung 32 ist an ihren entgegengesetzten Enden gegenüber den Endwänden des röhrenförmigen Kanals 30 versiegelt, so daß im Betrieb das behandelte Wasser von der Oberfläche der Lampe 31 isoliert ist.
  • Eine Leitschaufel 33 ist an der Innenwand des Kanals 30 angeordnet, um das durch das Gerät fließende Wasser zu leiten. Die Leitschaufel 33 umfaßt eine radial nach innen ragende Wand, die spiralenförmig um die Innenwand des Kanals zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen 13, 14 gewunden ist. Schlitze 34 sind radial in der Leitschaufel 33 in regelmäßigen Abständen entlang ihrer Gesamtlänge ausgebildet. Die Schlitze 34 sind vorzugsweise 5 mm breit.
  • Die Leitschaufel 33 wird geformt durch Ausformen einer Reihe von Schlitzen entlang einer spiralenförmigen Linie an der Wand des Kanals 30. Kleine rechteckige Metallteile, auf dieselbe Länge wie die Schlitze geschnitten, werden sodann an ihren gegenüberliegenden Enden präzise verdreht, um Segmente 35 der Schaufel zu bilden. Die Walzrichtung der zur Formung der Segmente 35 verwendeten Metallteile fördert die Annahme der korrekten Form durch die Teile. Die geformten Metallteile werden dann in die in die Wand des Kanals 30 geschnittenen Schlitze eingesetzt, woraufhin sie dort festgeschweißt werden. Die radial innere Kante der Leitschaufel 33 ist von der äußeren Oberfläche der Quarzglasumhüllung 32, welche parallel zur Achse des Kanals 30 verläuft, beabstandet.
  • Eine Vielzahl länglicher Schaufeln 36 sind axial an der Innenwand des Kanals 30 angebracht. Das stromab liegende Ende einer jeden länglichen Schaufel 36 läuft auf die spiralenförmige Leitschaufel 33 neben einem ihrer Schlitze 34 zu.
  • Im Betrieb fließt Wasser den Kanal 30 entlang von dem Einlaßkanal 13 zum Auslaßkanal 14. Die Leitschaufel 33 wirkt primär, indem sie das Wasser spiralenförmig um die UV-Lampe 31 herumführt. Allerdings neigt ein Strahl des Wassers auch dazu, axial den Kanal entlang zu fließen, und zwar in dem Zwischenraum zwischen der inneren Kante der Leitschaufel 33 und der äußeren Oberfläche der Quarzglasumhüllung 32. Diese beiden Wasserflüsse interagieren miteinander und führen zu einem verwirbelten Fluß S, welcher sich spiralenförmig den Kanal entlangbewegt, wie durch die Pfeile H angedeutet. Dieser doppelspiralenförmige Wasserfluß stellt sicher, daß alles durch den Kanal 30 fließende Wasser zu irgendeiner Zeit während seiner Passage durch das Gerät in die unmittelbare Nähe der UV-Lampe 31 kommt. Damit erhalten alle Bakterien oder Mikroben in dem Wasser tödliche Dosen UV-Strahlung von der Lampe 31.
  • Zudem drückt die Zentrifugalbewegung des verwirbelten Wassers alle größeren Klumpen von Mikroben oder Bakterien an die Außenseite des verwirbelten Flusses S. Die Schlitze 34 in der Leitschaufel 33 erlauben den Durchfluß einer geringen Menge Was sers zwischen benachbarten Windungen des spiralenförmigen Flußweges. Dies bewirkt, daß Mikroben und Bakterien an der Außenseite des verwirbelten Flusses durch die Schlitze 34 gepreßt werden. Die Schaufeln 36 bewirken eine Förderung des Wasserflusses durch die Schlitze 34. Bewegen sich nun die Klümpchen von Mikroben und Bakterien von der Zone höheren Drucks auf einer Seite des Schlitzes 34 zu der Zone niedrigen Drucks auf der anderen Seite des Schlitzes, werden sie in einzelne Bakterien und Mikroben aufgelöst. Eine derartige Verteilung verhindert eine Abschattung von Mikroben von dem UV-Licht durch andere Mikroben. In der Schaufel 33 werden anstelle von Öffnungen Schlitze 34 benutzt, so daß in dem Kanal keine Abschattung vom UV-Licht auftritt.
  • Fig. 4 der Zeichnungen zeigt eine alternative Ausführungsform eines UV-Licht-Wasserbehandlungsgerätes, und gleiche Teile sind mit identischen Bezugszahlen gekennzeichnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Quarzglasumhüllung 32 mit einer Schicht PTFE 37 überzogen, welche das behandelte Wasser von der Oberfläche der Glasumhüllung 32 isoliert.
  • Im Betrieb fließt Wasser den Kanal 30 entlang zwischen Einlaß- und Auslaßkanal 13, 14. Der turbulente Wasserfluß bewirkt ein Schrubben, welches Rückstände entfernt, die sich auf der beschichteten Oberfläche der Umhüllung ablagern können. Das emittierte Licht tötet Mikroorganismen in dem Wasser ab, so daß dieses ohne Schaden in die See oder Flüsse gepumpt werden kann. Zudem verhindert die PTFE-Schicht 37, daß in dem Wasser enthaltendes Eisen oder Mangan mit der Quarzglasumhüllung 32 reagiert. Eine derartige Reaktion würde die Transparenz der Quarzglasumhüllung vermindern.

Claims (15)

1. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit mit einem länglichen röhrenförmigen Kanal (30) mit Einlaß- und Auslaßöffnungen (13, 14) an seinen bzw. im Bereich seiner entgegengesetzten Enden, einer sich entlang der Achse des Kanals (30) erstreckende länglichen Lichtquelle (31) sowie einer Leitschaufel (33), welche spiralenförmig an der Innenwand des Kanals (30) zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen (13, 14) entlangläuft, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kommunikation zwischen benachbarten Windungen des durch die Schaufel (33) beschriebenen Flußweges der Flüssigkeit in der Leitschaufel (33) Öffnungen (34) ausgeformt sind.
2. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (34) in der Leitschaufel (33) radial verlaufende Schlitze umfassen.
3. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Flußweg, welcher axial entlang des Kanals (30) zwischen der Lichtquelle (31) und der radial inneren Kante der Leitschaufel (33) verläuft.
4. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des Kanals (30) im wesentlichen längs verlaufende Schaufeln (36) vorgesehen sind, um den Fluß von Flüssigkeit durch die Öffnungen (34) in der spiralenförmigen Leitschaufel (33) zu fördern.
5. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmige Leitschaufel (33) eine Vielzahl von einzelnen Schaufelsegmenten (35) umfaßt, welche in Entsprechende einer Serie von Schlitzen eingefügt sind, welche entlang einer Spirallinie an der Wand des Kanals (30) ausgebildet sind.
6. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schaufelsegmente (35) vor dem Einsetzen vorgeformt sind, so daß die Segmente (35) im zusammengesetzten Zustand eine Spirale beschreiben.
7. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (31) durch eine transparente Wand (32) des Kanals (30) hindurch auf die Flüssigkeit in dem Flußweg gerichtet wird, wobei die transparente Wand (32) durch eine von der transparenten Wand (32) getragene Schicht (37) relativ haftungs resistenten Materials von der Flüssigkeit getrennt ist, wobei die Schaufel (33) einen turbulenten Fluß der Flüssigkeit innerhalb des Flußweges der Flüssigkeit über der Schicht (37) bewirkt.
8. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Wand (32) ein Glas-Material umfaßt.
9. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas-Material der Wand (32) ein Quarzglas ist.
10. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (31) innerhalb einer Umhüllung (32) mit transparenten Wänden angebracht ist, welche durch den Kanal (30) verläuft.
11. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (37) relativ haftungs-resistenten Materials eine Röhre des genannten Materials umfaßt, welche über die Umhüllung (32) mit transparenten Wänden gestülpt ist.
12. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (37) relativ haftungs-resistenten Materials eine durch Hitze schrumpfbare, auf die Umhüllung (32) aufgebrachte Röhre umfaßt.
13. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (37) relativ haftungs-resistenten Materials durch Aufsprühen auf die transparente Wand (32) aufgebracht wird.
14. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (37) relativ haftungs-resistenten Materials eine Dicke von 15 bis 150 nm aufweist.
15. Gerät zur Behandlung einer Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (37) relativ haftungs-resistenten Materials ein Silizium- Fluorkarbon-Polymer umfaßt.
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