Расчет бактерицидной установки

Существует два основных типа аппаратов для УФ-облучения: аппараты с погруженными и непогруженными источниками УФ-лучей. Аппараты с погруженными источниками отличаются высоким коэффициентом использования мощности радиации, но конструктивно они сложны, особенно при большой производительности. Аппараты с непогруженными источниками конструктивно очень просты, но в них непроизводительно теряется часть бактерицидной мощности вследствие рассеивания лучей, поглощения их отражательными поверхностями и др. Поэтому на практике нашли применение аппараты первого типа.

Процесс отмирания бактерий описывается уравнением:

Р = Р₀∙ε^-ε^t^/К,

где P – число бактерий в единице объема, оставшиеся живыми после бактерицидного облучения;

Р₀ – начальное число бактерий в единице объема;

ε – интенсивность потока бактерицидных лучей, Вт;

t – продолжительность облучения;

К = 2500 – коэффициент сопротивляемости бактерий

Микроорганизмы, находящиеся в воде, имеют различную степень сопротивляемости действию бактерицидных лучей, и значение коэффициента К зависит от вида бактерий. Коэффициент сопротивляемости различных видов вегетативных патогенных бактерий практически не превышает коэффициента сопротивляемости коли-бактерий, равного приблизительно 2500, что и принимают при расчетах необходимого количества бактерицидной энергии для обеззараживания. При определении бактерицидной энергии следует учитывать ее поглощение при прохождении потока лучей через слой воды. Для воды поверхностных источников водоснабжения, прошедшей очистку не на очистных сооружениях, величина поглощения бактерицидной энергии принимается равной 0,2-0,3 см^-1. Эти значения приняты с запасом с учетом возможных отклонений показателей качества воды по мутности и цветности от предъявляемых требований.

При проектировании установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами используют формулу Соколова В.Ф.:

F_Р = qαKlg(Р/Р₀)/(1563,4η_оη_n),

где F_Р – расчетный поток бактерицидной энергии, Вт;

q – расход обеззараживаемой воды, м³/ч;

α – коэффициент поглощения, см^-1;

К – коэффициент сопротивляемости бактерий, принимаемый равным 2500 мкВт∙с/см²;

Р₀ – коли-индекс воды до облучения;

Р – коли-индекс воды после облучения, принимается согласно ГОСТ 2874 не более 3 при оборотном водопотреблении или согласно требованиям для сброса сточных вод в канализацию или водоем;

η_о – коэффициент использования бактерицидного потока, учитывающий поглощение лучей отражателем (в аппаратах с непогружными источниками) или в кварцевых чехлах (в аппаратах с погружными источниками);

η_n - коэффициент использования бактерицидного потока, учитывающий поглощение лучей отражателем (в аппаратах с непогружными источниками) или в кварцевых чехлах (в аппаратах с погружными источниками).

Значение коэффициентов зависит от типа аппарата, для предварительных расчетов они могут быть принятыми равным 0,9.

Необходимое количество бактерицидных ламп n определяют по формуле:

n = F_Р/ F_Л,

где F_Л – расчетный бактерицидный поток лампы (табл. 1).

Таблица 1. Основные расчетные параметры бактерицидных ламп

Тип лампы	Поток бактерицидной энергии, Вт	Потребляемая мощность, Вт
УВ-30	2	30
БУВ-60П	6,5	60
ПРК-7	35	1000
РКС-2,5	-	6000

Расход электроэнергии (S, Вт∙ч/ м³) на обеззараживание воды вычисляется по формуле:

S = N∙n/q,

где N – потребляемая мощность, Вт (табл.1).

Наиболее распространенными источниками бактерицидного излучения являются ртутно-кварцевые лампы высокого давления ПРК и низкого давления РКС-2,5. Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (0,05-0,1 МПа) с температурой оболочки при горении лампы 250-300⁰С являются мощными источниками видимого света и УФ-лучей с максимумом излучения в области длин волн 365-366,3 нм. Процент излучаемой этими лампами бактерицидной энергии невелик, но при их значительной электрической мощности (до 2,5 кВт) достигается значительный бактерицидный эффект.

Более экономичными являются специальные аргоно-ртутные лампы низкого давления типа БУВ, называемые бактерицидными лампами. В трубке лампы из увиолевого стекла под давлением порядка 399-532 Па находится смесь паров ртути и аргона. Температура колбы при горении лампы составляет 40 ⁰С. Около 70 % всей излучаемой мощности этих ламп приходится на невидимую область УФ-лучей с длинами волн 253,7-306,6 нм, из них около 60 % падает на излучение с длиной волны 253,7 нм. Благодаря высокому бактерицидному потоку КПД ламп типа БУВ в несколько раз превышает КПД ртутно-кварцевых ламп высокого давления.

Относительно небольшая мощность изготавливаемых промышленностью аргоно-ртутных ламп позволяет применять их в установках небольшой производительности при оборотных системах водопотребления на отдельных технологических процессах, например, при охлаждении консервов непосредственно в автоклаве.

Ртутно-кварцевые лампы высокого давления, хотя и менее экономичны, чем аргоно-ртутные, но могут применяться для обеззараживания воды в больших количествах при ее незначительном бактериальном загрязнении. Их использование оказывается все равно более экономичным, чем обеззараживание путем хлорирования.

У большинства современных установок предусматриваются средства автоматического контроля интенсивности УФ излучения или длительности горения лампы. В бактерицидных установках предусматриваются различные устройства для очистки кварцевого чехла от налета взвешенных веществ: скребки, щетки и др., а также автоматически работающие либо от напора воды, либо от специального привода.

В таблице 2 представлены основные типы установок, применяемых для обеззараживания воды бактерицидными УФ-лучами.

Таблица 2. Типы бактерицидных установок и их характеристики

Тип установки	Производи-тельность по воде, м³/ч	Предельное давление воды, МПа	Тип лампы	Число ламп	Потребляемая мощность Установки, Вт
ОВ- 1П	3	0,5	БУВ–60П	1	0,06
ОВ-АКХ-1 двухкамерная	60	0,5	ПРК– 7М	2	2,0
ОВ-АКХ трехкамерная	90	0,5	ПРК –7М	3	3,0
ОВ-1П-РКС	50 - 70	1,0	РКС – 2,5	1	6,0
ОВ-3П-РКС	150 - 200	1,0	РКС – 2,5	3	18,0