DE3739966A1 - Appliance for disinfecting water by UV irradiation - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method and an appliance for disinfecting water by UV irradiation, the irradiation intensity and the flowrate of the water being measured and a signal corresponding to the UV dose being formed therefrom. Thus direct monitoring of the UV irradiation treatment is possible.

Description

Translated fromGerman

Die Qualität von Trinkwasser kann durch die Anwesen­heit gelöster und ungelöster Wasserinhaltsstoffe unterschiedlich beeinflußt werden. Diese Wasserin­haltsstoffe beeinträchtigen auch in unterschiedlichem Maße die Wirkung der UV-Bestrahlung zum Zwecke der Desinfektion.The quality of drinking water can be determined by the propertydissolved and undissolved water constituentsare influenced differently. This waterinIngredients also affect in different waysMeasure the effect of UV radiation for the purpose ofDisinfection.

Die großtechnische Anwendung der UV-Bestrahlung zur Desinfektion von Wasser hat sich bisher deshalb noch nicht durchgesetzt, weil geeignete, einfache Meßeinrichtungen fehlen, mit denen die Wirksamkeit der UV-Bestrahlung nachgewiesen werden kann.The large-scale application of UV radiationhas so far been used to disinfect waternot yet enforced because suitable, simpleMeasuring devices are missing with which the effectivenessUV radiation can be detected.

Aktinometrische Messungen und andere chemische Ver­fahren erfordern einen großen apparativen Aufwand. Die Feststellung der bakteriologischen Wirksamkeit durch Entnahme von Wasserproben, Bebrütung und Aus­zählung der verbliebenen Reizkeimzahl bedingt einen Zeitaufwand von etwa 48 Stunden und ermöglicht damit keine unverzügliche Überprüfung der Wirksamkeit der UV-Bestrahlung.Actinometric measurements and other chemical verdriving require a lot of equipment.The determination of the bacteriological effectivenessby taking water samples, incubation and offcounting the remaining number of stimuli requires oneTime expenditure of about 48 hours and thus enablesno immediate review of effectivenessUV radiation.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die es bei der Desinfektion von Wasser durch UV-Be­strahlung gestatten, die wirksame Durchführung der UV-Bestrahlung sofort zu überprüfen.The invention is therefore based on the objectto create a method and an apparatuswhich it is in the disinfection of water by UV-Beallow radiation to be carried out effectivelyCheck UV radiation immediately. 

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst.This object is achieved by the kennDrawing features of claims 1 and 3 solved.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­stand der Unteransprüche.Appropriate embodiments of the invention are opposedstood the subclaims.

Zur Erzielung einer ausreichenden Desinfektionslei­stung ist es notwendig, die dem UV-Verfahren zugrunde liegenden Einflußgrößen zu kennen.To achieve a sufficient level of disinfectionIt is necessary to base the UV processknowing the influencing factors.

Die Desinfektionsleistung der UV-Strahlen wird durch das Einwirken einer UV-Mindestdosis auf den Mikroor­ganismus erzielt.The disinfection performance of the UV rays is due tothe action of a minimum UV dose on the microorGanism achieved.

Die Art des Mikroorganismus, der physiologische Zu­stand seiner Zellen sowie die Umgebungsfaktoren bestimmen seine UV-Empfindlichkeit. Zum Abtöten von Bakterien und Viren genügen im allgemeinen geringere Bestrahlungsdosen, als sie für Pilze und Hefen erfor­derlich sind. Unterschiede im Ernährungszustand und in der Wachstumsphase machen sich ebenso bemerk­bar wie unterschiedliche physikalische und chemische Parameter im Bestrahlungsmilieu.The type of microorganism, the physiological Zustood its cells as well as the environmental factorsdetermine its UV sensitivity. To killBacteria and viruses generally suffice lessIrradiation doses as they are used for mushrooms and yeastsare such. Differences in nutritional statusand in the growth phase make themselves felt as wellbar like different physical and chemicalParameters in the radiation environment.

Die Inaktivierung der Mikroorganismen erfolgt durch photochemische Reaktionen mit den bakteriziden UV-C-Strahlen. Die Strahlen von 240 bis 280 nm werden von den Nucleinsäuren absorbiert. Es kommt dabei insbesondere zur Bildung von Dimeren, bevorzugt an den Thyminbasen. Diese Veränderung blockiert sofort die Bindungsmöglichkeit zu den Adeninbasen und macht eine weitere Zellvermehrung und damit den Stoffwechsel unmöglich. Die UV-Desinfektion erfordert daher nur eine kurze Kontaktzeit, wobei das desinfizierte Wasser sofort nach Verlassen der UV-Anlage ohne Nachbehandlung ablaufen kann.The microorganisms are deactivated byphotochemical reactions with the bactericidal UVC rays. The rays will be from 240 to 280 nmabsorbed by the nucleic acids. It happensespecially preferred for the formation of dimerson the thymine bases. This change blocksimmediately the possibility of binding to the adenine basesand does another cell proliferation and so onmetabolism impossible. UV disinfection therefore requires only a short contact time, wherebythe disinfected water immediately after leaving theUV system can run without post-treatment.

Die UV-Dosis ist die für die Desinfektion maßgebende physikalische Größe der UV-Bestrahlung. Sie ist das Produkt aus Bestrahlungsdauer und Bestrahlungs­stärke.The UV dose is the decisive one for disinfectionphysical quantity of UV radiation. she isthe product of radiation duration and radiationStrength.

Die Bestrahlungsdauer stellt die Expositionszeit der Wasserinhaltsstoffe am Strahler dar und wird durch die Durchflußgeschwindigkeit und die Geometrie in der Strahlungskammer beeinflußt. Dabei muß gewähr­leistet werden, daß die maximale Durchflußgeschwin­digkeit nicht überschritten wird, damit die Bakterien ein genügende UV-Dosis erhalten.The radiation duration represents the exposure timeof the water constituents on the radiatorthrough the flow rate and the geometryinfluenced in the radiation chamber. It must guaranteebe achieved that the maximum flow ratenot exceed the bacteriareceive a sufficient UV dose.

Die Bestrahlungsstärke als zweite Einflußgröße der UV-Bestrahlungsdosis ist der Quotient der auf eine Fläche auftreffenden Strahlungsleistung und dieser Fläche. Maßgebend für die Bestrahlungsstärke ist die UV-C-Leistung des Strahlers, die z. B. bei Queck­silber-Niederdruckstrahlern ca. 40% der elektischen Leistungsaufnahme des Strahlers beträgt. Höhere Stromaufnahmen der Strahler und schwankenden Fließge­schwindigkeiten führen schon bei Trinkwasser mit höheren Härtegraden zur Belagsbildung auf den Quarz­schutzrohren.The irradiance as the second influencing variable of theUV radiation dose is the quotient of oneArea incident radiation power and thisArea. The decisive factor for the irradiance isthe UV-C power of the lamp, the z. B. at Quecksilver low pressure lamps approx. 40% of the electrical onesPower consumption of the radiator is. HigherCurrent consumption of the spotlights and fluctuating flowdizziness is already present in drinking waterhigher degrees of hardness for depositing on the quartzprotection tubes.

Erfindungsgemäß wird somit die wirksame Bestrahlungs­stärke sowie die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch die UV-Bestrahlungszone gemessen und aus beiden Meßwerten ein Signal ermittelt, das der UV-Dosis entspricht und das zur Anzeige gebracht und/oder zur Steuerung von Wasserdurchfluß und/oder wirksamer UV-Bestrahlungsleistung verwendet wird.According to the invention, the effective radiationstrength and the flow rate of the watermeasured by the UV radiation zone and from bothMeasured values determined a signal that the UV dosecorresponds and displayed and / orto control water flow and / or more effectivelyUV radiation power is used. 

Damit wird verhindert, daß infolge verringerter Transmission (Trübung oder Absorption) des Wassers, Belagsbildung auf dem Quarzschutzrohr und kleinerer Strahlerleistung due UV-Bestrahlungsstärke so weit absinkt, daß in Abhängigkeit der Durchflußge­schwindigkeit die UV-Dosis zu gering und das Wasser nicht mehr ausreichend desinfiziert wird.This prevents that due to reducedTransmission (turbidity or absorption) of water,Deposit formation on the quartz protective tube and smallerLamp output due to UV irradianceso far that depending on the Durchflußgethe UV dose is too low and the wateris no longer sufficiently disinfected.

Die Strahlerleistung ist abhängig von der Strahler­nutzungsdauer. Nach der vom Hersteller garantierten Nutzungsdauer ist die zur Erreichung der Mindestdosis erforderliche Bestrahlungsstärke unterschritten und der Strahler muß ausgetauscht werden.The lamp power depends on the lampuseful life. According to the one guaranteed by the manufacturerThe service life is the time required to reach the minimum dosethe irradiance is below the required leveland the radiator must be replaced.

Die Transmission des Wasser ist definiert als das Verhältnis von durchgelassener Strahlungsleistung zur auffallenden Strahlungsleistung.The transmission of water is defined as thatRatio of transmitted radiation powerto the striking radiation power.

Die Annahme, daß die UV-Bestrahlung nur in klarem Wasser wirksam ist, trifft nur teilweise zu. Richtig ist, daß gelöste Stoffe, wie z. B. organischer Verbin­dungen und Salze, eine Abnahme der Strahlungsstärke durch Absorption bewirken.The assumption that UV radiation is only clearWater is only partially effective. Correctis that solutes, such as. B. organic verbdoses and salts, a decrease in radiation intensityby absorption.

Suspendierte Partikel absorbieren jedoch im Gegensatz zu den gelösten Stoffen die auf die Teilchen auftref­fende UV-Strahlung nur zum Teil. Der wesentliche Teil des UV-Lichtes wird von den Partikeln gestreut und geht so für die Keimreduktion nicht verloren. Deshalb werden bei trübem Wasser erheblich bessere Keimreduktionen erzielt, als dies aufgrund der reinen Transmissionsmessung zu erwarten ist.In contrast, suspended particles absorb in contrastto the solutes that hit the particlesUV radiation only partially. The essentialPart of the UV light is scattered by the particlesand is not lost for the germ reduction.Therefore, cloudy water will be significantly betterGerm reduction achieved as a result of the pureTransmission measurement is to be expected. 

Die im Markt befindlichen Überwachungsgeräte verwen­den nur einen Photosensor für die Messung der Be­strahlungsstärke, nicht aber gleichzeitig ein Durch­flußmeßgerät, so daß nicht die wirksame UV-Dosis gemessen werden kann.Use the monitoring devices on the marketthe only one photosensor for measuring the loadingradiance, but not a through at the same timeflow meter so that not the effective UV dosecan be measured.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.An embodiment of the invention is in theIllustrated drawing.

Die dargestellte Anlage zur Desinfektion von Wasser durch UV-Bestrahlung enthält eine vom Wasser durch­strömte Bestrahlungskammer (Fließrichtung gemäß Pfeil1).The system shown for the disinfection of water by UV radiation contains an irradiation chamber through which water flows (flow direction according to arrow1 ).

In dieser Bestrahlungskammer (4) ist wenigestens ein UV-Strahler (5) angeordnet, der von einem Quarz­schutzrohr (5a) umhüllt ist. Die Anordnung weiterer Strahler ist beliebig. Der Anschluß des UV-Strahlers (5) erfolgt beliebig über elektrische Zuleitung (6), die zur Bestrahlungskammer abgedeckt oder abge­dichtet ist.In this radiation chamber (4 ) at least one UV lamp (5 ) is arranged, which is enveloped by a quartz protective tube (5a) . The arrangement of further emitters is arbitrary. The UV lamp (5 ) is connected as desired via an electrical feed line (6 ) which is covered or sealed to the radiation chamber.

In der Wand (8), die die UV-Bestrahlungskammer (4) umschließt, ist wenigstens ein Photosensor (9) ange­ordnet, der die wirksame Bestrahlungsstärke mißt. Dieser Photosensor (9) erfaßt damit die von einem oder mehreren UV-Strahlern abgegebene Strahlung, und zwar entweder direkt oder indirekt über Spiegel. Der Photosensor (9) berücksichtigt dabei die jewei­lige Situation, die sich aus der Leistung des Strah­lers, einer etwaigen Belagbildung auf dem Quarz­schutzrohr (5) und der Transmission des Wassers ergibt.In the wall (8 ) which surrounds the UV radiation chamber (4 ), at least one photosensor (9 ) is arranged, which measures the effective irradiance. This photosensor (9 ) thus detects the radiation emitted by one or more UV emitters, either directly or indirectly via mirrors. The photosensor (9 ) takes into account the respective situation, which results from the performance of the radiator, any build-up on the quartz protective tube (5 ) and the transmission of the water.

In der Rohrleitung (2) ist ferner ein Durchflußmen­genmeßgerät (10) angeordnet, das die Durchflußge­schwindigkeit des Wassers (und damit die Durchfluß­menge pro Zeiteinheit) ermittelt. Für dieses Durch­flußmengenmeßgerät (10) können die verschiedensten handelsüblichen Durchflußmeßgeräte eingesetzt werden, jedoch aus spezielle magnetische, mechanische oder auf Ultraschallbasis arbeitende Geräte. Das Durch­flußmengenmeßgerät kann dabei wahlweise auf der Zulauf- oder Auslaufseite der UV-Bestrahlungszone angeordnet werden.In the pipeline (2 ) a Durchflußmen genmeßgerät (10 ) is also arranged, which determines the Durchflußge speed of the water (and thus the flow rate per unit of time). For this flow meter (10 ), a wide variety of commercially available flow meters can be used, but from special magnetic, mechanical or ultrasonic devices. The flow meter can be arranged either on the inlet or outlet side of the UV radiation zone.

Die Meßsignale des Photosensors (9) und des Durch­flußmengenmeßgerätes (10) werden einem Mikroprozessor (11) zugeführt, der unter Verwendung einer geeigneten Software aus den beiden Meßwerten ein der UV-Dosis entsprechendes Signal ermittelt. Dieses Signal kann beispielsweise in der Einheit mJ/cm² oder einer geeigneten anderen Einheit auf einem Anzeigeinstru­ment (12) zur Anzeige gebracht und/oder einem Schrei­ber (13) zugeführt werden.The measurement signals of the photosensor (9 ) and the flow meter (10 ) are fed to a microprocessor (11 ) which, using suitable software, determines a signal corresponding to the UV dose from the two measured values. This signal can, for example, be displayed in the unit mJ / cm² or a suitable other unit on a display element (12 ) and / or be fed to a recorder (13 ).

Der Mikroprozessor (11) kann ferner weitere Steuer­signale (Leitung14) abgeben, durch die bei Unter­schreiten eines Mindestwertes der UV-Dosis der Was­serdurchfluß mittels Absperrschieber (15) geschlossen wird, damit nicht ungenügend bestrahltes Wasser, dem eine zu geringe Desinfektionsleistung abgegeben wurde, zum Verbraucher gelangt.The microprocessor (11 ) can also give further control signals (line14 ) through which when the minimum UV dose falls below what the water flow is closed by means of a slide valve (15 ), so that insufficiently irradiated water, which is given too little disinfection has reached the consumer.

Weiterhin können durch diese vom Mikroprozessor (11) abgegebenen Steuersignale elektrische Schaltein­richtungen gesteuert werden, die die Anzahl der eingeschalteten UV-Strahler verringern oder vergrö­ßern, um die UV-Dosis dem tatsächlichen Bedarf anzu­passen und eine Überdosierung zu vermeiden.Furthermore, by means of these control signals emitted by the microprocessor (11 ), electrical switching devices can be controlled which reduce or enlarge the number of UV lamps switched on in order to adapt the UV dose to the actual need and to avoid overdosing.

Ebenfalls können die Steuersignale dazu verwendet werden, mittels eines motorisch angetriebenen Ab­sperrschiebers (15) die Durchflußgeschwindigkeit so zu verringern, daß bei maximaler Strahlereinschal­tung trotz der verschlechterten Wasserqualität noch eine ausreichende UV-Dosis zur Desinfektion abgegeben wird, ohne daß der Durchfluß ganz gesperrt wird.The control signals can also be used to reduce the flow rate by means of a motor-driven slide valve (15 ) so that a sufficient UV dose for disinfection is emitted at maximum lamp switching in spite of the deteriorated water quality, without the flow being completely blocked .

Claims (4)

Translated fromGerman

1. Verfahren zur Desinfektion von Wasser durch UV-Bestrahlung in einer durchströmten UV-Bestrah­lungszone (4),dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Bestrah­lungsstärke sowie die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch die UV-Bestrahlungszone (4) gemessen und aus beiden Meßwerten ein der UV-Dosis entsprechendes Signal gebildet wird, das zur Anzeige gebracht und/oder zur Steuerung von Wasserdurchfluß und/oder wirksamer UV-Bestrah­lungsleistung verwendet wird.1. A method for disinfecting water by UV radiation in a UV irradiation zone (4 ),characterized in that the effective irradiation strength and the flow rate of the water through the UV radiation zone (4 ) are measured and one of the two measured values UV dose corresponding signal is formed, which is displayed and / or used to control water flow and / or effective UV irradiation power.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß die wirksame Bestrahlungsstärke mittels wenigstens eines Photosensors (9) ermittelt wird, der die von einem UV-Strahler (5) abgegebene Strahlung nach Hindurchtritt durch eine Schicht des strömenden Wassers mißt.2. The method according to claim 1, characterized in that the effective irradiance is determined by means of at least one photosensor (9 ) which measures the radiation emitted by a UV lamp (5 ) after passing through a layer of the flowing water.3. Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser durch UV-Bestrahlung in einer mit wenigstens einem UV-Strahler (5) versehenen, durchströmten UV-Be­strahlungszone (4), gekennzeichnet durch folgende Bauelemente:

• a) eine erste Einrichtung (9) zur Messung der wirksamen Bestrahlungsstärke,
• b) eine zweite Einrichtung (10) zur Messung der Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch die UV-Bestrahlungszone (4),
• c) einen Mikroprozessor (11), der aus den von den beiden Einrichtungen (9, 10) gelieferten Meßwerten ein der UV-Dosis entsprechendes Signal ermittelt,
• d) an den Mikroprozessor (11) angeschlossene Anzeige- und/oder Steuereinrichtungen zur Anzeige der eingesetzten UV-Dosis und/oder zur Steuerung des Wasserdurchflusses und/oder der wirksamen UV-Bestrahlungsleistung.

3. Device for the disinfection of water by UV radiation in a UV radiation radiation zone (4 ) provided with at least one UV radiator (5 ) and characterized by the following components:

• a) a first device (9 ) for measuring the effective irradiance,
• b) a second device (10 ) for measuring the flow rate of the water through the UV radiation zone (4 ),
• c) a microprocessor (11 ) which determines a signal corresponding to the UV dose from the measured values supplied by the two devices (9, 10 ),
• d) to the microprocessor (11 ) connected display and / or control devices for displaying the UV dose used and / or for controlling the water flow and / or the effective UV radiation power.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­net, daß die Einrichtung zur Messung der wirk­samen Bestrahlungsstärke wenigstens einen Photo­sensor (9) enthält, der an der entferntesten Stelle zum Strahler an der Wand (8) einer die UV-Bestrahlungszone (4) umschließenden Bestrahlungs­kammer angeordnet ist, wobei sich zwischen diesem Photosensor (9) und einem UV-Strahler (5) eine Schicht strömenden Wassers befindet.4. The device according to claim 3, characterized in that the device for measuring the effective irradiance contains at least one photo sensor (9 ) which at the most distant point to the radiator on the wall (8 ) one of the UV radiation zone (4 ) enclosing irradiation chamber is arranged, there is a layer of flowing water between this photosensor (9 ) and a UV lamp (5 ).