36
существует диапазон требований к минимальной
эффективной дозе
ультрафиолетового облучения, который варьируется от 16 до 40 мДж/см
2
.
В данной главе рассматривается математическое описание процесса
обеззараживания и общие принципы расчета облучающих установок.
Ультрафиолетовые лучи в воде распространяются в виде электромагнитных
волн, которые поглощаются приемниками (бактерии, вирусы) в виде квантов
энергии. Эффективность поглощения зависит от вида субъекта обработки
(микроорганизмов), качества воды, толщины обработки, степени поглощения
квантов и т.д. Большое разнообразие факторов, влияющих на процесс
обеззараживания,
практически не
позволяет
представить
единую
математическую
модель,
адекватно
описывающую
воздействие
ультрафиолетовых лучей на бактерии. Поэтому для аналитического описания
процесса обеззараживания воды от бактерий и вирусов используются
различные допущения, что приближенно позволяет понять этот процесс. В
главе исследовались фундаментальные
математические модели, а также
альтернативные подходы к моделированию процесса УФ -обеззараживания и
проектированию соответствующих обеззараживающих установок. Указанные
уравнения являются теоретической основой, на которой базируется
стремление к улучшению эффективности процесса УФ -обеззараживания.
Достижение необходимого эффекта объемного облучения воды УФ потоком
зависит от того, получит ли каждый элементарный объем
э
V
, обрабатываемой
среды дозу облучения
уд
V
Q
, при которой наступает гибель болезнетворных
микроорганизмов. С увеличением толщины слоя воды и, следовательно,
повышением расхода ультрафиолетового потока, потери энергии в слое
также увеличиваются.
Исследованы следующие технологические схемы облучения:
с двумя плоскостями облучателей,
между которыми протекает вода;
кольцевой облучатель, внутри которого протекает определенный объем
жидкости;
с коллинеарным направлением векторов скорости движения воды и
потока УФ -излучения.
Технологические схемы с двухсторонним и кольцевым облучением
позволяют достичь необходимого качества обеззараживания среды только в
жидких средах с постоянным значением показателя поглощения
а,
для
которых они рассчитаны. В схемах с коллинеарным направлением движения
векторов скорости движения облучаемой среды
и УФ-потока, при
соблюдении
условия
a h
>5
достигается
полное
использование
облучательного потока
Ф
0
. Установлено, что в
установках открытого типа
минимальная относительная энергоемкость
э
Q
=4,012 достигается при
a h
=0,75 в то время как в установках обеззараживания закрытого типа
минимальная энергоемкость
э
Q
=4,007 достигается при
a h
=0,4, поэтому.
Толщина слоя жидкости
h
может
быть меньше, чем в установках
открытого типа. Примечательно, что схему обеззараживания воды в
установках закрытого типа можно применять для облучения воды с
37
непостоянным во времени коэффициентом ослабления ультрафиолетового
потока
а,
что значительно расширяет возможности их использования.
Полученные результаты
позволяют сделать вывод, что наиболее
оптимальным сценарием является направление потока жидкости вниз по
отношению к направлению распространения ультрафиолетового излучения.
Объемная плотность энергии, поглощенной в верхних слоях, существенно
увеличивается, что играет важную роль в обеспечении необходимого уровня
переработки жидкой среды.
Важно
отметить также, что данная схема
обладает универсальностью и способна успешно применяться для обработки
различных жидких сред с вариабельными оптическими характеристиками, не
требуя дополнительных модификаций ультрафиолетовой установки.
В третьей главе диссертации
