Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки

Показана функциональная связь между значениями мощности лампы погружного фотореактора (световой поток), энергетической экспозиции, производительности реактора, оптической плотности жидкости,заполняющей его, и эффективного (оптимального) параметра радиуса реактора. Проведена оценка косвенных ошибок о...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Самсони-Тодоров, А.О., Гончарук, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2013
Schriftenreihe:	Химия и технология воды
Schlagworte:	Теоретические основы технологии очистки и обработки воды
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130746
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки / А.О. Самсони-Тодоров, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 1. — С. 3-17. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-130746
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1307462018-02-21T03:03:16Z Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки Самсони-Тодоров, А.О. Гончарук, В.В. Теоретические основы технологии очистки и обработки воды Показана функциональная связь между значениями мощности лампы погружного фотореактора (световой поток), энергетической экспозиции, производительности реактора, оптической плотности жидкости,заполняющей его, и эффективного (оптимального) параметра радиуса реактора. Проведена оценка косвенных ошибок определения эффективных радиусов погружных реакторов и показана их зависимость от длины лампы, используемой для УФ-излучения, и оптической плотности жидкости. Доказано, что при одинаковых значениях энергетической экспозиции радиус эффективного слоя в концентрических реакторах будет на 10 % меньшим, чем в лотковых реакторах (в которых световой поток распространяется параллельным пучком). Показано функціональний зв’язок між значеннями потужності лампи заглибного фотореактора (світловий потік), енергетичною експозиції, продуктивністі реактора, оптичною густини рідини, що заповнює його, і ефективного (оптимального) параметра радіуса реактора. Проведено оцінку непрямих похибок визначення ефективних радіусів заглиблених реакторів і показана їх залежність від довжини лампи, використовуваної для УФ-випромінювання, та оптичної густини рідини. Доведено, що при однаковому значенні енергетичної експозиції радіус ефективного шару в концентричних реакторах буде на 10 % меншим, ніж у лоткових реакторах (у які світловий потік поширюється паралельним пучком світла). Functional communication between values of capacity of radiant energy of lamps, fluence, productivity of the reactor, optical density of the liquid filling it, and effective (optimum) parameter of radius of the an annular photoreactor is shown. The assessment of indirect errors of determination of effective radiuses of an annular reactors is carried out and dependence of value of this mistake on length of a lamp used for UV-irradiation and optical density of liquid is shown. It is proved that at identical value of a fluence the radius of an effective layer in concentric reactors will be for 10 % smaller, than in reactors in which light a stream extends a parallel beam of light. 2013 Article Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки / А.О. Самсони-Тодоров, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 1. — С. 3-17. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130746 628.161.2: 547.992 ru Химия и технология воды Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теоретические основы технологии очистки и обработки воды Теоретические основы технологии очистки и обработки воды
spellingShingle	Теоретические основы технологии очистки и обработки воды Теоретические основы технологии очистки и обработки воды Самсони-Тодоров, А.О. Гончарук, В.В. Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки Химия и технология воды
description	Показана функциональная связь между значениями мощности лампы погружного фотореактора (световой поток), энергетической экспозиции, производительности реактора, оптической плотности жидкости,заполняющей его, и эффективного (оптимального) параметра радиуса реактора. Проведена оценка косвенных ошибок определения эффективных радиусов погружных реакторов и показана их зависимость от длины лампы, используемой для УФ-излучения, и оптической плотности жидкости. Доказано, что при одинаковых значениях энергетической экспозиции радиус эффективного слоя в концентрических реакторах будет на 10 % меньшим, чем в лотковых реакторах (в которых световой поток распространяется параллельным пучком).
format	Article
author	Самсони-Тодоров, А.О. Гончарук, В.В.
author_facet	Самсони-Тодоров, А.О. Гончарук, В.В.
author_sort	Самсони-Тодоров, А.О.
title	Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки
title_short	Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки
title_full	Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки
title_fullStr	Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки
title_full_unstemmed	Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки
title_sort	моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами уф-излучения для водоочистки
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Теоретические основы технологии очистки и обработки воды
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130746
citation_txt	Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки / А.О. Самсони-Тодоров, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 1. — С. 3-17. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT samsonitodorovao modelirovaniepogružnyhfotoreaktorovsoptimalʹnymiparametramiufizlučeniâdlâvodoočistki AT gončarukvv modelirovaniepogružnyhfotoreaktorovsoptimalʹnymiparametramiufizlučeniâdlâvodoočistki
first_indexed	2025-07-09T14:09:58Z
last_indexed	2025-07-09T14:09:58Z
_version_	1837178763301879808
fulltext	ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 3 А.О. САМСОНИ-ТОДОРОВ, В.В. ГОНЧАРУК, 2013 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ И ОБРАБОТКИ ВОДЫ УДК 628.161.2: 547.992 А.О. Самсони-Тодоров, В.В. Гончарук МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОГРУЖНЫХ ФОТОРЕАКТОРОВ С ОПТИМАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ВОДООЧИСТКИ Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, г. Киев Показана функциональная связь между значениями мощности лампы погруж- ного фотореактора (световой поток), энергетической экспозиции, произво- дительности реактора, оптической плотности жидкости,заполняющей его, и эффективного (оптимального) параметра радиуса реактора. Проведена оценка косвенных ошибок определения эффективных радиусов погружных ре- акторов и показана их зависимость от длины лампы, используемой для УФ- излучения, и оптической плотности жидкости. Доказано, что при одинаковых значениях энергетической экспозиции радиус эффективного слоя в концент- рических реакторах будет на 10 % меньшим, чем в лотковых реакторах (в которых световой поток распространяется параллельным пучком). Ключевые слова: облученность, оптическая плотность жидкости, световой поток, энергетическая экспозиция, эффективный радиус фотореактора. Введение. Традиционные методы очистки воды в существующих схемах водоподготовки, включающих стадию хлорирования, способству- ют образованию в питьевой воде чрезвычайно токсических и канцеро- генных хлорорганических производных [1]. Как правило, основные орга- нические примеси природных вод – гумусовые вещества (ГВ) недостаточно полно удаляются при использовании традиционных мето- дов очистки воды, включая коагулирование и флотацию [2], что обус- ловливает актуальность поиска новых эффективных методов очистки воды. Одним из таких методов является фотокатализ, эффективное при- менение которого зависит от качества воды, подбора соответствующего типа кислородсодержащего окислителя, применяемого для очистки (озон, пероксид водорода, кислород, сама вода), источника УФ-излучения, тех- нологических параметров процесса окисления и др. Оптимальные режимы очистки и обеззараживания модельных и при- родных вод фотокаталитическим способом сильно зависят от геометри- 4 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 ческих параметров фотореактора, подачи реагентов и катализаторов, под- бора спектров облучения и рационального использования реактора [3]. Несмотря на многочисленные исследования, посвященные модели- рованию систем фотокаталитического окисления, в литературе недоста- точно освещен факт довольно существенного влияния вакуумного ульт- рафиолетового излучения на процессы, протекающие в реакторе. В то же время с развитием новых источников света (эксимерные, ксеноновые источники света, новое поколение кварцевых ламп типа ДРБ) задача ис- пользования вакуумного излучения становится технически выполнимой. Цель данной работы – разработка модели расчета эффективных па- раметров облученности и энергетической экспозиции как функции оп- тической плотности обрабатываемой жидкости и радиуса реактора с по- гружными источниками света. Модель установки с погружными источниками облучения (рисунок) можно представить в виде коаксиальных цилиндров длиной L (длина УФ- лампы) и радиусами r, R1, R, где r – радиус УФ-лампы; R1 – радиус защит- ного кожуха УФ-лампы; R – радиус концентрического слоя обрабатывае- мой воды, R0 – радиус реактора, см. Поверхность концентрического слоя обрабатываемой воды УФ-лампа радиусом r Защитный кожух R L R0 R1 Cхема установки с погружными источниками УФ-излучения. В соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера облученность пуч- ка монохроматического света по мере прохождения через слой воды из- меняется следующим образом: 0 0 1exp( ) exp( ( ))i i i i iE E A X E A R R      , (1) ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 5 где iE 0 – величина облученности света при длине волны i на внешней поверхности кожуха R1, Вт; iE – облученность в слое Х, Вт см-2; 0 1X = R R – толщина облучаемого слоя, см; iA – коэффициент поглоло- щения раствора при длине волны i, см-1. Уравнение (1) применимо при условии малого изменения поверхно- сти концентрических слоев среды, окружающей кожух лампы, когда пу- чок света можно считать параллельным, т.е. при условии 1 1  R R R . (2) Учитывая изменения поверхности концентрических слоев среды, окружающей кожух лампы, вследствие рассеивания света линейных ис- точников изменение облученности при i описывается выражением 1 1 0 exp( ( ))    i i i R A R R E E R (3) а среднее значение облученности Еср при заданной толщине концентри- ческого слоя обрабатываемой воды 0 1R R можно рассчитать по уравне- нию [4] λ 1 0 λ 0 1 λ ср 2 2 λ 0 1 2 1 exp( ( )) ( )      i i i i R E A R R E A R R , (4) где λ 0 iE – величина облученности света при длине волны i; λ cp iE – сред-д- нее значение облученности света при длине волны i, Вт·см-2. Общий световой поток монохроматического света 0 iI  , Вт с длиной волны i, прошедший через защитный кожух радиусом R1, равен произ- ведению облученности 0 iE на величину его площади S1: 0 0 1 1 02πi i iI E S R LE    , (5) где L – расстояние, которое проходит вода под облучением, равное длине источника облучения, см. 6 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 С учетом (5) уравнение для среднего значения облученности Еср при- нимает вид: 0 1 cp 0 0 1 1 exp( ( )) π ( i i i 2 2 i A R R E I LA R R )         , (6) или в единицах оптической плотности 2,303i iA D  : 0 1(- ( ) cp 0 2 2 0 1 (1 10 ) 2,303π ( ) iD R R i i i E I LD R R       , (7) где iD – оптическая плотность раствора при длине волны i, см-1. Величину светового потока 0 iI  , прошедшего через защитный кожух с коэффициентом пропускания k1, можно описать как 0 oб.пов 1 i iI I k  , (8) где λ oб.пов iI – общий световой поток с длиной волны i, падающий на внеш- нюю поверхность защитного кожуха. В качестве материала для защитного кожуха, как правило, использу- ют кварцевое стекло марок КУ и КВ-Р с коэффициентом пропускания k1  0,8 для ультрафиолетового света в диапазоне длин волн 250 – 400 нм, а в случае применения кварца марки КУ-1 или супрасила (зарубежный аналог кварца марки КУ-1) – k1  0,8 в диапазоне длин волн 180 – 400 нм [5]. Следует учитывать, что коэффициент k1 включает в себя коэффици- ент пропускания кварцевого стекла, а также коэффициент отражения от внутренней поверхности кварцевого чехла. Величина светового потока, падающего на поверхность защитного кожуха лампы, функционально зависит от зазора между поверхностями лампы и кожуха. Если потерями от отражения, светорассеивания и лю- минесценции пренебрегают, то функции изменения освещенности и све- тового потока считаются идентичными [6], т.е. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 7 oб.пов oб.пов oб oб i i i i I Е I Е     , (9) где λ об iI – общий световой поток полосы излучения лампы при длине волны i, Вт; λ oб iЕ и λ oб.пов iЕ – облученность света при длине волны i на поверх- ности лампы и на внутренней поверхности защитного кожуха, Вт·см-2. Тогда, согласно (3), выражение для светового потока, падающего на внешнюю поверхность защитного кожуха, имеет вид: 1- ( ) 1 oб.пов oб oб 1 1 exp( ( )) 10 r i r D R r i i i i r A R r rI I I R R         , (10) где λ r iA – коэффициент поглощения; λ r iD – оптическая плотность раство-о- ра или газа в зазоре между лампой и кожухом, см-1. Из (10) следует, что, варьируя газовым или жидкостным наполнени- ем зазора между лампой и поверхностью кожуха, можно использовать его в качестве светофильтра, а также для получения озона при излучении лампы светом при длине волны 210 нм. При минимальном зазоре между лампой и защитным кожухом R1 r выражение для величины общего светового потока на внешней поверх- ности защитного кожуха запишем следующим образом: oб.пов oб i iI I  , (11) 0 oб 1 i iI I k   . (12) В общем случае уравнение (7) принимает вид: oб.пов 1 0 1 cp 2 2 0 1 1 exp ( ( )) π ( ) i i i i I k A R R E LA R R          , (13) 8 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 или для всего спектра излучения: oб.пов 1 0 1 cp 2 2 0 1 1 exp( ( )) π ( ) i i i i I k A R R E LA R R            . (14) Среднюю энергетическую экспозицию УФ-излучения ( λ cp iF , Дж·см-2), прошедшего через реактор, для монохроматического света с длиной вол- ны i за время tср запишем как λ λ cp cp рi iF E t . (15) Величину энергетической экспозиции при длине волны 254 нм мож- но считать дозой бактерицидного излучения, и она является определяю- щей характеристикой при обеззараживании воды и воздуха ультрафио- летовыми лучами [7, 8]. Учитывая, что продолжительность облучения раствора tcp в секун- дах составляет 2 2 0 1 cp π ( )L R Rt Q   (16) (здесь Q – расход воды, см3/с), средняя энергетическая экспозиция УФ- излучения, прошедшего через реактор, принимает вид: oб.пов 1 0 1 cp (1 exp( ( )))i i i i I k A R R F A Q       . (17) В результате величина полной энергетической экспозиции (F) будет представлять собой сумму таковых величин для всех длин волн спектра излучения: ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 9 oб.пов 1 0 1(1 exp( ( )))i i i i I k A R R F A Q        , (18) или в единицах оптической плотности: 0 1- ( ) oб.пов 1(1 10 ) 2,303 iD R Ri i i I kF D Q       . (19) Следует отметить, что величина F является одной из самых важных характеристик фотохимического реактора. Из (19) видно, что среднюю энергетическую экспозицию λ λ cp cp cрi iF E t излучения для монохромати- ческого света с длиной волны i можно определить как величину свето- вого потока, поглощенного жидкостью с коэффициентом поглощения 2,303 Di см-1 в протоке при расходе воды Q, см3/с. Если сравнить целесообразность применения уравнений (3), (15) и (19) для расчета облученности и энергетической экспозиции, то можно заметить, что уравнение (3) наиболее удобно к применению в случае воз- можности экспериментального измерения величины облученности 0 iE на поверхности защитного кожуха для света с длиной волны i или для суммарных световых потоков. Уравнения (15) и (19), учитывая (10), целесообразно применять при эмпирическом расчете доз УФ-излучения, используя известные (пас- портные) данные спектрального распределения энергии для конкрет- ной лампы. Из (19) следует, что при 0R  энергетическую экспозицию облу- ченности можно представить упрощенно: oб.пов 1 2,303 i i i I k F D Q     . (20) При этом функция 0 1- ( - ) 0 (1 10 )iD R Rk   , котоорую часто называют коэф- фициентом использования облученности [4], будет стремиться к едини- це. Так, при длине волны 185 нм и толщине облучаемого концентричес- кого слоя воды 12,6 мк, k0 = 0,9 [9]. Преобразуя (19), получим выражение для определения производи- 10 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 тельности фотохимического реактора в зависимости от оптической плот- ности раствора, заданной энергетической экспозиции излучения и ради- уса реактора: 0 1- ( ) oб.пов 1(1 10 ) 2,303       iD R Ri i i I kQ D F . (21) Главным (эксплуатационным) техническим параметром цилиндри- ческого реактора является его эффективный радиус, т.е. суммарное зна- чение радиуса защитного кожуха лампы и концентрического слоя воды вокруг него, где проходят основные фотохимические превращения. Со- ответствующие ему средние значения энергетической экспозиции и об- лученности можно определить при вычислении их предельных величин. Анализируя выражение (7) для предельно малых значений радиуса реактора, имеем: 0 1 0 1 0 1 (- ( ) oб.пов 1 oб.пов 1 ср 2 2 1 0 1 ср 0 (1 10 )lim lim , 2π2,303π ( ) .             iD R Ri i i R R R R i i i I k I kE LRLD R R E E (22) То есть средняя облученность на поверхности защитного кожуха равна исходной величине. Следует отметить, что упрощенного значения для средней облучен- ности ср iE при радиусах 0R  не существует. Поэтому рассмотрим ва-а- рианты значений ср iF и радиуса реактора при фиксированных величинах функции 0 1( )D R R : 1. 0,99 1( ) 2 D R R . При таком значении функции в толщине концентрического слоя 0,99 1( )R R происходит поглощение 99 % энергии излучения, т.е. коэф- фициент облученности 0,99 1- ( - ) 0 (1 10 )  iD R Rk составляет 0,99. Cредние значения энергетической экспозиции и облученности можно упростить: ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 11 oб.пов 1 0,99 1 oб.пов 1 ср0,99 0,99( )0,99 2,303 4,606      i i i I k R RI kF DQ Q , (23) б 1 ср0,99 1 0,034 1( + )     i i i I kE L R D (24) при радиусе облучаемого концентрического слоя воды 0,99 1 2=   i R R D . (25) 2. 0,9 1( ) 1D R R  . При таком значении функции в толщине концентрического слоя 0,9 1( )R R происходит поглощение 90 % энергии излучения, т.е. 0 0,9k  . Это означает, что среднюю энергетическую экспозицию можно также упростить: oб.пов 1 0,9 1 oб.пов 1 ср0,9 0,9 ( )0,9 2,303 2,303        i i i i I k R RI kF D Q Q , (26) а среднюю облученность представить как oб.пов 1 ср0,9 1 0,124 1(2 + )     i i i I kE L R D (27) при радиусе облучаемого концентрического слоя 0,9 1 1= i R R D  . (28) Абсолютную систематическую относительную ошибку косвенных 12 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 измерений для функции двух переменных (в нашем случае R1 и D) мож- но определить согласно следующим уравнениям [10]: 2 2 1 1 1 1 ( , ) ( , )( , ) f R D f R Df R D R D R D                   , (29) 2 2 1 1 1 1 1 ( , ) ln ( , ) ln ( , ) ( , ) f R D f R D f R DR D f R D R D                  , (30) где R и D – соответственно ошибки измерения радиуса и оптической плотности. Следовательно, для радиусов R0,99 и R0,9 будем иметь выражения для абсолютной ошибки: 2 2 0,99 2 2 DR R D          , (31) 2 2 0,9 2 DR R D          , (32) а для относительной ошибки – 2 2 0,9 0,99 2 2 0,9 0,99 1 R R R D R R R D        . (33) При предельном малом значении оптической плотности раствора ( 0,01D  см-1) ошибка будет максимальной: 2 0,99max 2 4R R D     , (34) ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 13 2 0,9max 2 1R R D     . (35) Необходимо отметить, что ошибка измерения диаметра штангенцир- кулем составляет 0,1 мм. Однако допуск прямолинейности для труб дли- ной до 1000 мм не должен превышать 0,4 % от длины трубы, а для труб длиной свыше 1000 мм – 0,6 % [11]. Так как допуск изготовления кварце- вого стекла значительно больше точности измерения штангенциркулем, то его можно принять за ошибку измерения. Таким образом, величина 0,004R L  составит ошибку измерения радиуса кожуха лампы для их длины до 1000 и 0,006R L  – до 10000 мм. Оптическая плотность природных вод при 254 нм составляет не ме- нее 0,2 см-1, а радиус кожуха для существующих ламп низкого давления типа ДРБ – 15 мм. В этом случае при длине лампы 500 мм относительная ошибка измерений составляет ~13 %. Оценка относительной ошибки указывает на невозможность применения для расчетов эффективного радиуса реактора R0,99, так как само допущение вычисления предполага- ет, что предельная ошибка расчета поглощения не превышает один про- цент, а реальная – на порядок больше. Поэтому в качестве эффективного радиуса облучаемого концентрического слоя целесообразно использовать значение R0,9, ошибка вычисления которого сопоставима с интервалом за- данной относительной погрешности в 10 %. В мировой практике для рас- чета аппаратов обеззараживания УФ-излучения также принято применять коэффициент использования облученности 0 0,9k  [4, 12]. Таким образом, уравнения (26) – (28) можно считать базовыми для упрощенного расчета геометрических и фотохимических параметров фотокаталитических радиальных реакторов и погружных бактерицид- ных установок. Выражение 0 1- ( ) oб.пов 1(1 10 ) D R RiI k  представляет собой величину по- глощенного светового потока параллельного пучка света, прошедшего через слой воды толщиной R0 – R1. Для погружных реакторов оно реально выполнимо при условии (2) малого изменения концентри- ческих слоев поверхности среды, окружающей кожух лампы, т. е. при большом радиусе кожуха R1, а также при малом радиусе, но при небольшом его отклонении от эффективного радиуса реактора R0,9, что возможно при больших значениях оптической плотности. 14 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 В остальных случаях пог пог пог 2,303 i i i i I F E t D Q       . (36) Поглощенный световой поток монохроматического света ( пог iI  ) в коль- це толщиной R0 – R1, согласно (3), равен 0 1- ( ) 1 пог oб.пов 0 101                  i i D R R i RI I k R . (37) Тогда соответствующее выражение для энергетической экспозиции при- нимает вид: 0 1- ( ) 1 oб.пов 0 пог 101 2,303             iD R R i i i RI k R F D Q . (38) Для практических целей эта формула менее информативна и менее сложна для расчета, чем выражение для величины средней экспозиции. Рассмотрим варианты значений пог iF при фиксированной величине функции 0,9 1( ) 1iD R R   . При таком значении функции и радиусе реак- тора R0,9 в толщине концентрического слоя (R0,9 – R1) происходит погло- щение не менее 90 % энергии излучения. Это означает, что энергетичес- кую экспозицию можно представить в упрощенном виде: -1 1 1 oб.пов 1 oб.пов 1 0,9 1 0,9 0,9 0,9пог 10 1 ( ) 1 10 2,303 2,303 i i i i R RI k I k R R R R F D Q Q                      . (39) ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 15 Анализируя полученное выражение, можно заметить, что при малом за- зоре R0,9 – R1 значение энергетической экспозиции, согласно (26), равно его среднему значению : 1 oб.пов 1 0,9 1 0,9 0,9пог ( ) 1 10 min 2,303          i i RI k R R R F Q oб.пов 1 0,9 1 ср0,9 0,9 ( ) 2,303   i i I k R R F Q , (40) а при большом зазоре R0,9 > R1 – 1 б 1 0,9к 1 0,9к 0,9пог ( ) 1 10 max 2,303          i i RI k R R R F Q б 1 0,9к 1 ср0,9 ( ) 1,1 2,303   i i I k R R F Q . (41) Таким образом, реальные отклонения эффективных радиусов реак- торов лоткового типа (в которых световой поток распространяется па- раллельным пучком света) и концентрических реакторов невелики и не превышают 10 %. То есть при одинаковом значении энергетической экс- позиции радиус эффективного слоя в концентрических реакторах будет на 10 % меньше, чем в лотковых. Проведенную оценку косвенной ошибки определения эффективных радиусов погружных реакторов (31) для ламп до одного метра выразим следующим образом: 2 6 2 0,9 216 10 DR L D           , (42) 16 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 для ламп свыше одного метра – 2 6 2 0,9 236 10 DR L D           . (43) Выводы. На основании уравнений (10), (26), (40), (41) показана функ- циональная связь между значениями мощности лампы погружного фо- торектора (световой поток), энергетической экспозиции, производитель- ности реактора, оптической плотности жидкости, заполняющей его, и эффективного (оптимального) радиуса реактора. В случае использова- ния широкого спектра излучения для каждой длины волны света должен быть свой эффективный радиус. Так, для области вакуумного УФ-излу- чения эта величина определяется микронами, для бактерицидной облас- ти света – сантиметрами, а для видимой – десятками сантиметров. Предложенная модель расчета эффективных радиусов и средней энер- гетической экспозиции легла в основу проектирования и изготовления фотокаталитических реакторов и камер обеззараживания серийных ап- паратов очистки воды "Вега" ТУУ 29.2-05417348-010:2007 и установок обеззараживания воды и воздуха "Проминь" ТУУ 29.2-05417348-013:2011. Резюме. Показано функціональний зв’язок між значеннями потужності лампи заглибного фотореактора (світловий потік), енергетичною експо- зиції, продуктивністі реактора, оптичною густини рідини, що заповнює його, і ефективного (оптимального) параметра радіуса реактора. Проведе- но оцінку непрямих похибок визначення ефективних радіусів заглибле- них реакторів і показана їх залежність від довжини лампи, використову- ваної для УФ-випромінювання, та оптичної густини рідини. Доведено, що при однаковому значенні енергетичної експозиції радіус ефективного шару в концентричних реакторах буде на 10 % меншим, ніж у лоткових реакторах (у які світловий потік поширюється паралельним пучком світла). A.O. Samsoni-Todorov, V. V. Goncharuk MODELING AND DESIGN OF AN ANNULAR PHOTOREACTORS WITH A UV-IRRADIATION OPTIMUM PARAMETERS Summary Functional communication between values of capacity of radiant energy ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 17 of lamps, fluence, productivity of the reactor, optical density of the liquid filling it, and effective (optimum) parameter of radius of the an annular photoreactor is shown. The assessment of indirect errors of determination of effective radiuses of an annular reactors is carried out and dependence of value of this mistake on length of a lamp used for UV-irradiation and optical density of liquid is shown. It is proved that at identical value of a fluence the radius of an effective layer in concentric reactors will be for 10 % smaller, than in reactors in which light a stream extends a parallel beam of light. Список использованной литературы [1] Thorsen T. Membrane filtration of humic substances State of the art // Water Sci. and Technol. – 1999. – 40, N9. – P.105 – 112. [2] Herrmann J.-M. Heterogeneous photocatalysis: fundamentals and applications to the removal of various types of aqueous pollutants // Catal. Today. – 1999. – 53. – P. 115 –129. [3] Warren J. Smith. Modern Optical Engineering; the Design of Optical Systems /3rd ed. – New York: Mcgraw-Hill, 2000. – 617 p. [4] Соколов В.Ф. Обеззараживание воды бактерицидными лучами – М.: Стройиздат, 1964. – 233 с. [5] Золотарев В.М., Морозов В.М., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. – Л.: Химия, 1984. – 218 с. [6] Kuhn H.J., Braslavsky S.E., Schmidt R. Chimie pure et appliquee: Chemical actinometry (IUPAC Technical Report) // Pure and Appl. Chem.– 2004. – 76, N12. – P. 2105 – 2146. [7] Потапченко Н.Г., Савлук О.С. Использование ультрафиолетового излучения в практике обеззараживания воды // Химия и технология воды. – 1991. – 13, №12. – С.1117 – 1129. [8] Гончарук В.В., Кравець В.В., Шаповал О.Є. та ін . До питання знезаражування стічних вод інфекційних лікарень від вірусів ультрафіолетовим випромінюванням // Довкілля та здоров’я. – 2005. – №5. – С 18 – 23. [9] Пат. 96371 Україна, МПК C02F 1/32. Спосіб очистки води від поверхнево-активних речовин / В.В. Гончарук, О.О. Самсонi-Тодоров, О.О. Самсони-Тодорова, В.А. Яременко. – Опубл. 25.10.2011, Бюл. № 20. [10] Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин – Л.: Наука, 1985. – 112 с. [11] ОСТ 21-42-90. Трубы из прозрачного кварцевого стекла. – Введ. 01.01.2003. [12] Bolton J.R., Linden K.G. Standardization of Methods for Fluence (UV Dose) Determination in Bench-Scale UV Experiments // J. Environ. Eng. – 2003. – 129, N3. – Р. 209 – 215. Поступила в редакцию 26.04.2012 г.

Моделирование погружных фотореакторов с оптимальными параметрами УФ-излучения для водоочистки

Institution

Ähnliche Einträge