Устройство для обработки воды и контроля примесей

 

Изобретение относится к технологии водообработки и анализу состава природных и сточных вод. Устройство содержит камеру-реактор с бактерицидной лампой, измерительный блок, состоящий из узла флуоресценции и нефелометрии и узла хемилюминесценции. Лампа УФ-излучения соединена гибким световодом с узлом флуоресценции и нефелометрии и гибким светонепроницаемым газопроводом с узлом хемилюминесценции. Камера-реактор, узел флуоресценции и нефелометрии и узел хемилюминесценции последовательно соединены светонепроницаемыми гибкими водоводами. Узел хемилюминесценции выполнен в двух вариантах, различающихся конфигурацией корпусов и вставленных в них ячеек. Расширение функциональных возможностей и эффективности устройства достигается за счет того, что оно позволяет одновременно использовать его для обеззараживания и деструкции примесей и для контроля их содержания на любой стадии обработки. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технологии водообработки и анализу состава природных и сточных вод, конкретно к устройствам двойного назначения, которые можно использовать как для обеззараживания и деструкции примесей, так и для контроля их содержания на любой стадии технологической обработки.

Известны [1] устройства для контроля примесей в воде, основанные на оптических методах анализа, в том числе: флуориметры, нефелометры, фотометры. Однако эти устройства пригодны для оценок только одного из показателей качества воды. Флуориметр позволяет определять содержание флуоресцирующих веществ, нефелометр - содержание взвешенных частиц в жидкости и т.д.

Известно устройство для оперативного контроля примесей, пригодное для массовых оценочных измерений, представляющее собой проточный флуориметр - нефелометр, позволяющий определять одновременно два показателя качества воды [2] . Однако известное устройство не дает обеззараживающего эффекта. В устройстве используют раздельные источники питания осветителей и фотоприемников. Вследствие этого энергоемкие источники питания используются недостаточного эффективно.

Известное устройство для обработки воды, представляющее собой комбинацию бактерицидных ламп, в кварцевых чехлах, помещенных в корпус, через который пропускается обрабатываемая вода [3].

Но такое устройство позволяет только обеззараживать воду и его нельзя использовать для оперативного контроля качества воды. Между тем, необходимость в устройствах, сочетающих технологические и контрольно-аналитические операции, давно назрела.

Наиболее перспективным и эффективным для обработки воды является устройство (прототип), сочетающее в себе обработку УФ-излучением и озоном, получаемым от бактерицидной лампы [4]. Устройство содержит камеру - реактор с бактерицидной лампой в кварцевом чехле, блок электропитания.

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, т.к. он не осуществляет контроль качества обрабатываемой воды.

Прототип работает недостаточно эффективно. Это связано с отсутствием показателей качества воды.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для обработки воды и контроля примесей, которое позволило бы: - расширить функциональные возможности устройства за счет расширения класса определяемых органических примесей и сочетания технологической водообработки с комплексным аналитическим контролем примесей в воде, включающим одновременные измерения флуоресценции, хемилюминесценции, рассеяния и пропускания света.

- повысить эффективность работы устройства за счет того, что один и тот же источник энергии (блок питания) бактерицидной лампы, одновременно используется для получения УФ-излучения и озона, используемых в водообработке, и формирования оптических эффектов в узле флуоресценции и нефелометрии и узле хемилюминесценции.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для обработки воды и контроля примесей, включающее герметичную камеру-реактор с бактерицидной лампой и блок питания, введен измерительный блок, содержащий узел флуоресценции и нефелометрии и узел хемилюминесценции, причем узел флуоресценции и нефелометрии и узел хемилюминесценции содержат встроенные фотоприемники и последовательно соединены гибким светонепроницаемым водоводом, а бактерицидная лампа соединена гибким световодом с узлом флуоресценции и нефелометрии и гибким светонепроницаемым газопроводом - с узлом хемилюминесценции.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для обработки воды и контроля примесей узел хемилюминесценции может быть выполнен в виде непрозрачного полого корпуса с раздельными вводными патрубками.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для обработки воды и контроля примесей узел хемилюминесценции может быть снабжен расположенной внутри корпуса ячейкой из проницаемого для УФ-излучения и видимого света материала.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для обработки воды и контроля примесей узел хемилюминесценции может быть соединен гибким светонепроницаемым водоводом с любым источником анализируемой воды.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для обработки воды и контроля примесей узел флуоресценции и нефелометрии может быть соединен гибким светонепроницаемым водоводом с любым источником анализируемой воды.

На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 - схема узла флуоресценции и нефелометрии, на фиг. 3 - схемы вариантов узла хемилюминесценции. Устройство (фиг. 1) содержит камеру-реактор 1 с бактерицидной лампой 2, измерительный блок 3, включающий узел флуоресценции и нефелометрии 4 и узел хемилюминесценции 5 с проточной ячейкой, блок питания 6, световод 7, газопровод озон-воздушной смеси 8, светонепроницаемые водоводы 9 и 10.

Узел флуоресценции и нефелометрии (фиг. 2) содержит непрозрачный корпус 11, светофильтры на входе возбуждающего потока света 12, узлы регистрации световых эффектов: рассеянного света 13, прошедшего света 14, флуоресценции 15, проточную ячейку 16, изготовленную из проницаемых для УФ-излучения и видимого света материалов, а также штуцеры ввода и вывода исследуемой жидкости.

Узел флуоресценции и нефелометрии снабжен набором сменных светофильтров, формирующих потоки света заданной длины волны на входе и на выходе.

Узел хемилюминесценции может быть выполнен в двух вариантах, различающихся конфигурацией корпусов и вставленных в них ячеек. Варианты узла хемилюминесценции представлены на фиг. 3. В обоих вариантах узел хемилюминесценции содержит непрозрачный корпус 17, фотоприемник 18, проточную ячейку 19 из проницаемого для УФ-излучения и видимого света материала со штуцерами для ввода и вывода анализируемой жидкости. Причем фотоприемники могут быть соединены или не соединены, в зависимости от их типа, с источником питания.

При этом камера-реактор непосредственно связана световодом 7 и водоводом 9 с узлом флуоресценции и нефелометрии. Кроме того, камера-реактор связана водоводом 10 с узлом хемилюминесценции непосредственно или через узел флуоресценции и нефелометрии и газопроводом 8 для транспорта озоно-воздушной смеси.

Благодаря использованию гибких световодов узел флуоресценции и нефелометрии может быть подключен к любой другой аппаратуре, имеющей источник света и вход электрических сигналов, кроме того, для него можно использовать солнечное освещение.

Устройство работает следующим образом. Исходная вода поступает в камеру-реактор 1, где обрабатывается УФ-излучением от бактерицидной лампы 2. Реактором для УФ-обработки может служить любой аппарат, снабженный проницаемым для УФ-излучения чехлом, создающим полость для прокачки газа вблизи лампы.

Затем вода по светонепроницаемому водоводу 9 проходит в узел флуоресценции и нефелометрии 4. Сюда же по гибкому световоду 7 через систему фильтров и конденсор подается свет. Интенсивность светового потока в узле флуоресценции и нефелометрии подбирают, варьируя интенсивность возбуждающего светового потока таким образом, чтобы обеспечить флуоресценцию, соответствующую порогу обнаружения органического вещества, эквивалентную 10^-12 моль/л красителя уранина.

Генерируемые светом эффекты (флуоресценция, рассеивание света) могут быть зарегистрированы измерительной аппаратурой и по фототоку оценена концентрация соответствующих примесей. В качестве УФ-излучения используют бактерицидную лампу с оптимальным для образования озона излучением световых волн длиной 190-260 нм.

Дальше вода по водоводу 10 проходит в узел хемилюминесценции 5. В первом варианте использования этого узла (фиг. 3а) вода и озон подаются в рабочую зону вместе. Поэтому они перемешиваются и происходит взаимодействие между ними по всему объему, приводящее к объемной хемилюминесценции. Интенсивность последней регистрируется фотоприемником 18 и по фототоку оценивают объемные концентрации примесей.

Во втором варианте (фиг. 3б) вода и озон подаются раздельно со скоростью, достаточной для взаимодействия озона с компонентами поверхностного слоя, в котором сосредотачиваются легкие фракции примесей. Поэтому происходит хемилюминесценция в поверхностном слое. Интенсивность последней регистрируется фотоприемником 18.

УФ-излучение и фотолитический озон, вырабатываемые бактерицидной лампой, используются как для технологической обработки воды в реакторе, так и для создания оптических эффектов в измерительном блоке, применяемых в качестве аналитических сигналов. Вместе с тем один и тот же источник энергии питает бактерицидную лампу и может быть использован для питания фотоприемников.

Благодаря представленному сочетанию узлов устройства удается устранить дублирование в цепочке "водообработка - анализ" одинаковых узлов аппаратуры, использовать для получения и возбуждения хемилюминесценции озон, получаемый попутно при работе источника УФ-излучения, а не отдельного генератора озона.

Измерение интенсивностей флуоресценции и хемилюминесценции позволяет расширить класс определяемых органических примесей и тем самым расширить функциональные возможности устройства.

Выполнение узла хемилюминесценции с раздельными вводами воды и озона приводит только к поверхностному взаимодействию между ними, которое вызывает поверхностную хемилюминесценцию и позволяет анализировать легкие несмешивающиеся с водой вещества. При введении внутрь корпуса проточной ячейки с общим патрубком для ввода озона и обрабатываемой воды происходит их перемешивание по всему объему, приводящее к объемной хемилюминесценции. Это позволяет расширить класс определяемых веществ и таким образом расширить функциональные возможности устройства.

Таким образом, технический эффект от использования предлагаемого устройства достигается за счет того, что оно позволяет одновременно выполнять технологическую обработку природных и сточных вод УФ-излучением и озонированием, а также контроль содержания примесей на любой стадии технологической обработки. При этом узлы измерительного блока можно использовать вместе или независимо друг от друга, перемещать в нужное место рабочего пространства, в том числе внутрь исследуемой жидкой среды (вариант погружного зонда).

Источники информации 1. Андреев В.С., Попечителев Е.П. Лабораторные приборы для исследования жидких сред: - Л.: Машиностроение, 1981, 312 с.

2. Лапшин А.И., Жуков Б.Д. Простой проточный узел флуоресценции и нефелометрии: Сб. тезисов конференции ПМГИ-92, "Проблемы метрологии гидрофизических измерений". - М., 1992, 189 с.

3. Николадзе Г.И. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 1989, 281 с.

4. Медриш Г. Л. , Басин Д.Л., Семенова М.А., Попов В.В. Воздействие на воду УФ-лучами и фотолитическим озоном. - Водоснабжение и санитарная техника. 1990, N 11, 3 c.

Формула изобретения

1. Устройство для обработки воды и контроля примесей, включающее герметичную камеру-реактор с бактерицидной лампой и блок питания, отличающееся тем, что в него введен измерительный блок, содержащий узел флуоресценции и нефелометрии и узел хемилюминесценции, причем узел флуоресценции и нефелометрии и узел хемилюминесценции содержат встроенные фотоприемники и последовательно соединены гибким светонепроницаемым водоводом, а бактерицидная лампа соединена гибким световодом с узлом флуоресценции и нефелометрии и гибким светонепроницаемым газопроводом - с узлом хемилюминесценции.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел хемилюминесценции выполнен в виде непрозрачного полого корпуса с раздельными вводными патрубками.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что узел хемилюминесценции снабжен расположенной внутри корпуса ячейкой из проницаемого для УФ-излучения и видимого света материала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел хемилюминесценции соединен гибким светонепроницаемым водоводом с любым источником анализируемой воды.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел флуоресценции и нефелометрии соединен гибким светонепроницаемым водоводом с любым источником анализируемой воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3