一种带前置多孔导流板的紫外线辐射流体处理系统的制作方法

一种带前置多孔导流板的紫外线辐射流体处理系统
【技术领域】
1.本发明涉及一种污水处理设备，特别是涉及一种带前置多孔导流板的紫外线辐射流体处理系统


背景技术：

2.在紫外线辐射流体处理系统中，被处理流体中微生物对紫外线辐射的反应取决于它们在流体流过流体处理系统的过程中所接受的紫外线辐射剂量。紫外线辐射剂量定义为紫外线辐射强度和受辐射时间的乘积。如果紫外线辐射强度和流体流速都在流体处理区域内呈均匀分布，则流体中所有的微生物在流体流过流体处理系统的过程中都接受到相同的辐射剂量。优化设计紫外线辐射流体处理系统的目的就是要尽可能实现这种理想的紫外线辐射剂量均匀分布，使所有被处理流体在流过流体处理系统的过程中受到尽可能接近灭活存在于流体中的任何微生物所要求的紫外线辐射剂量的辐射。但是，由于流体流动特性和紫外线辐射强度都在流体处理区域的三维空间内变化，因而导致连续运行的紫外线辐射流体处理系统的紫外线辐射剂量的不均匀分布和紫外线辐射流体处理系统产生的紫外线辐射能量的利用不充分。
3.现有紫外线辐射流体处理技术和装置采用优选紫外线辐射源的排列位置和根据辐射源的排列位置在流体处理区域中设置导流板两种方式及其组合来争取实现这种理想的紫外线辐射剂量在流体处理区域的均匀分布。在现有紫外线辐射流体处理处理系统中紫外线辐射源的排列方式可分为在垂直于流动方向的平面内单行排列或在多个这样位于不同平面的单行相互交错排列，沿圆周环向排列，即紫外线辐射源沿圆心在流体处理区域轴线上的大致圆形设置和按v形依流体流动方向对称排列三种。所有这些紫外线辐射源布置方式的实质都是使紫外线辐射源在流体处理区域中垂直于流动方向的平面上的投影均匀分布，从而使流体在通过流速均匀分布的流体处理区域的过程中受到剂量大致均匀的辐射。但是，由于常见的流体处理区域多为轴线垂直于流动方向的圆柱体形状的三维空间，过流断面面积为一系列长度相等宽度沿程不断变化的矩形。因此，流体处理区域的流速分布并不均匀，流体通过流体处理区域所受到的辐射剂量也就难于大致均匀。使流动的流体接受到一定紫外线辐射剂量的另一种方法是在流体处理区域中根据辐射源的排列方式设置开口边与紫外线辐射源平行的挡板。挡板位于紫外线辐射源之间，引导流体向相对靠近一个或多个紫外线辐射源的方向流动。这种方法除了增加通过反应器的流动阻力损失外，还会造成挡板背面几乎没有流动的静流区，导致这些区域的紫外线辐射剂量大幅增加，从而使整个流体处理区域的紫外线辐射剂量更加不均匀。
4.综上所述，由于紫外线辐射强度随着距离辐射源的距离增加而迅速降低，流体接受辐射的时间又与流体处理区域的流速分布有关，因而导致流体流动速度有可能在辐射强度最低的区域内最高。在这种情况下，其中一些微生物在相对短的时间内暴露于低紫外线辐射强度，从而导致它们仅在接受到相对低的紫外线辐射剂量后就离开了流体处理区域。这就是紫外线辐射流体处理系统潜在的工艺过程限制。因此，还有必要结合流体处理区域
的流体动力学特性和紫外线辐射强度分布，进一步探索和找到一种构造简单，用料经济，结构优化的紫外线辐射流体处理系统设计。


技术实现要素：

5.为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种紫外消毒设备，既能方便更换灯管，避免进水问题又能均匀辐射，避免消毒死角，有效提高紫外消毒设备的整体消毒效果。
6.本发明的具体技术方案如下：提供一种带前置多孔导流板的紫外线辐射流体处理系统，由流体处理腔室，前置多孔导流板和紫外线辐射源组件等组成；流体处理腔室为平面四通管状结构，其中位于同一轴线上的两个开口分别为流体进口和流体出口，另外两个位于同一轴线上的开口则由设有紫外线辐射源组件安装孔的相互平行的挡板封闭，从而构成轴线与流体的进出口端的轴线基本垂直的流体处理区域；紫外线辐射源组件设置在所述的流体处理区域中，包括至少两个细长形紫外线辐射源和保护套管；所述辐射源组件相互平行且与流体流动方向基本垂直。
7.优选地，所述前置多孔导流板至少有两个孔，设置在流体处理腔室内流体处理区域的上游，与流体处理腔室的内壁相连接，对称设置在由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面两侧，并与由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面构成25度至85度的夹角且向流体进口侧倾斜。
8.优选地，在所述流体处理区域设有导流板，导流板的一边在通过流体处理区域轴线且垂直于由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面的平面与流体处理区域的内壁面的交线处与流体处理区域的内壁面相连接，自流体处理区域内壁面向流体出口侧倾斜延伸，与由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面构成25度至90度的夹角；导流板对称设置在流体处理区域内由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面两侧，两端分别与安装固定紫外线辐射源组件的挡板相连接。
9.优选地，其中所述紫外线辐射源包括中压紫外线灯，低压高输出紫外线灯，脉冲紫外线灯，紫外线发光二极管及其组合。
10.本发明有益的技术效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供的带前置多孔导流板的紫外线辐射流体处理系统，包括一种用多束射流来增强流体处理区域中流体的紊动混合程度从而使流体处理区域中紫外线辐射剂量的变化区间更小或分布更均匀的前置多孔导流板和一种导流板设计、布置和实施例，这种导流板设计和布置既使流体在紫外线辐射源附近流动从而改善紫外线辐射剂量分布，又在不增加流体处理腔室材料用量或材料强度的条件下充分利用导流板的材料来显著增强流体处理腔室的整体结构强度和稳定性，具有结构紧凑和造价相对较低等优点。用于处理流体如饮用水的紫外线辐射反应器的设计和实施例。
【附图说明】
11.图1表示本发明在流体流动方向的截面图；
12.图2是本发明的等轴视图；以及
13.图3为本发明在流体流动方向的端面视图。
【具体实施方式】
14.下面以紫外消毒设备为例并结合说明书附图对本发明的固定辐射源插座的安装座和固定辐射源组件底端的底座作进一步的详细的阐述和说明。
15.请参阅图1，本发明提供一种带前置多孔导流板的紫外线辐射流体处理系统，由流体处理腔室，前置多孔导流板和紫外线辐射源组件等组成；流体处理腔室为平面四通管状结构，其中位于同一轴线上的两个开口分别为流体进口和流体出口，另外两个位于同一轴线上的开口则由设有紫外线辐射源组件安装孔的相互平行的挡板封闭，从而构成轴线与流体的进出口端的轴线基本垂直的流体处理区域；紫外线辐射源组件设置在所述的流体处理区域中，包括至少两个细长形紫外线辐射源和保护套管；所述辐射源组件相互平行且与流体流动方向基本垂直。
16.优选地，所述前置多孔导流板至少有两个孔，设置在流体处理腔室内流体处理区域的上游，与流体处理腔室的内壁相连接，对称设置在由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面两侧，并与由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面构成25度至85度的夹角且向流体进口侧倾斜。
17.优选地，在所述流体处理区域设有导流板，导流板的一边在通过流体处理区域轴线且垂直于由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面的平面与流体处理区域的内壁面的交线处与流体处理区域的内壁面相连接，自流体处理区域内壁面向流体出口侧倾斜延伸，与由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面构成25度至90度的夹角；导流板对称设置在流体处理区域内由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面两侧，两端分别与安装固定紫外线辐射源组件的挡板相连接。
18.优选地，其中所述紫外线辐射源包括中压紫外线灯，低压高输出紫外线灯，脉冲紫外线灯，紫外线发光二极管及其组合。
19.如图1～图3所示，本发明的容纳流体的密闭腔体包括流体入口10，用于处理流体的区域11和流体出口12，经过处理的流体经流体出口12流出。在流体处理区域11中配置有包括21和28-a，28-b共3个辐射源的紫外线辐射源组件，这些紫外线辐射源彼此平行且垂直于流体流动方向，
20.为了增强流体处理区域的流体紊动混合，在如实施例所述的紫外线辐射源组件的上游设有前置多孔导流板16-a和16-b。前置多孔导流板与流体处理腔室的内壁相连接，分别与由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面构成25度至85度的夹角并向流体进口侧倾斜，对称设置在由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面两侧。在前置多孔导流板上设有导流孔18，通过导流孔18的多束射流29与由两前置多孔导流板开口边之间进入流体处理区域的主流方向成一夹角，多股不同流向的流体之间的剧烈混合有助于增强流体处理区域的流体的紊动程度，减小或消除在现有紫外线辐射流体处理装置的流体处理区域中广泛存在的静流区，从而改变流体处理区域的紫外线辐射剂量的分布。
21.前置多孔导流板的位置与流体处理区域直径d有关。合理选择前置多孔导流板的安装角和前置多孔导流板的开口边与通过流体处理区域轴线且垂直于由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面的平面15之间的距离可以将混合区控制在流体处理区域的适当位置。优选地，前置多孔导流板的开口边与通过流体处理区域轴线且垂直于由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面的平面15之间的距离在3d/8和3d/4之间，
导流孔直径在8毫米到32毫米之间，孔与孔之间的距离不小于15毫米，孔数按前置多孔导流板的弓形面积确定。
22.由于在流体处理区域中紫外线辐射强度随着与辐射源的距离的增加而迅速下降，因而有必要在如图1所示的实施例所述的流体处理区域11中设置导流板19-a与19-b以避免出现因为在较低辐射强度区域中出现较高速度的流动而导致的低于要求紫外线辐射剂量的区域。导流板的作用是将来自靠近流体处理区域边壁的低辐射强度区域的流体引导到紫外线辐射源附近的高辐射强度区域。从而使紫外线辐射剂量分布均匀，即在流体处理区域11内既不出现明显的低辐射剂量区域，也不出现明显超过要求辐射剂量的区域。但是，导流板也具有增加流体处理系统流动阻力的缺点。因此，在流体处理系统设计中应通过仔细选择紫外线辐射源的数量，导流板的安装角及导流板之间的开口面积等来满足流体处理工艺过程的阻力损失特性要求。
23.在如图1所示的实施例中，导流板19-a与19-b对称设置在如实施例所述的流体处理区域11内由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面两侧，其一边在通过流体处理区域轴线且垂直于由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面的平面15与流体处理区域的内壁面的交线处与流体处理区域的内壁面相连接，两端分别与安装固定紫外线辐射源组件的挡板相连，分别与由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面构成25度至90度的夹角，自流体处理区域内壁面向流体出口侧倾斜延伸，导流板开口边之间的距离与流体处理区域直径d有关，由最靠近导流板的两个紫外线辐射源28-a和28-b之间的距离，相应的流动特性和允许的流动阻力损失确定。优选地，导流板开口边之间的距离在5d/8和7d/8之间。
24.由结构应力分析可知如图2所示的等径四通流体处理腔体壁面在内部流体压力作用下所产生的最大应力位于通过流体处理区域轴线且垂直于由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面的平面15上四个等径管段的交点周围。导流板在通过该点的平面上与流体处理腔体内壁面连接会显著增加四通流体处理腔体的结构强度，减小最大应力。由此可见，本发明表示的导流板设计和位置及结构除了满足在流体处理区域内紫外线辐射剂量均匀分布所要求的流动条件之外，还具有在不增加流体处理腔室边壁厚度或材料强度的条件下显著增加流体处理四通腔室的结构强度的优点。
25.本发明与现有技术关于位于流体处理区域的导流板的区别在于：本发明所述的导流板19-a和19-b总是从通过流体处理区域轴线且垂直于由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面的平面15与流体处理腔体壁面的交线处向流体出口侧倾斜延伸，即导流板19-a和19-b的起始位置与紫外线辐射源的位置无关，靠近导流板的紫外线辐射源的位置则由导流板的开口边的位置确定；而在现有技术中导流板的位置则由最靠近导流板的紫外线辐射源的位置确定，因而不能保证导流板的起始边位于通过流体处理区域轴线且垂直于由流体进出口轴线和流体处理区域轴线所决定的平面的平面15与流体处理腔体壁面的交线处，也就不能充分利用导流板的材料来增加等径四通流体处理腔体的连接强度。
26.在如上所述的流体处理装置中，所述紫外线辐射源可以是中压紫外线灯，也可以是低压高输出紫外线灯，脉冲紫外线灯，紫外线发光二极管及其组合等能够产生紫外线的其它光源。
27.本发明的实质在于利用由前置多孔导流板产生的与主流流动方向不同的多股射
流来增强流体处理区域的紊动混合，使流体处理区域的紫外线辐射剂量分布均匀化，并通过将位于流体处理区域内的导流板置于流体处理腔体的最大应力处，充分利用导流板的材料来增加流体处理腔体的结构强度。尽管在附图中仅表示了包含3个紫外线辐射源的实施例并且用这个实施例对本发明进行了详细说明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的在不背离本发明的实质的情况下进行的任何改变和修改，例如使用其它数量的紫外线辐射源等并不违背本发明的实质，也没有超出本发明专利的保护范围。