A calculation model of the photochemical reactor based on a pulse xenon lamp and intended for water treatment from microbiological or chemical pollutants has been developed and realized. The model includes several calculation modules, each one describes the basic physical processes ongoing in the photochemical reactor: current’s form calculation module, pollutant’s particles trajectories calculation module, pulse lamp’s radiating characteristics calculation module, module for photometric calculation, determining an energy radiation dose of pollutant particles. Calculation of lamp’s radiating characteristics is based on ideas of gas discharge physics and on a number of empirical dependences, for calculation of other parameters has been used the numerical simulation. Model verification has been carried out by comparison of calculated and experimental efficiencies for two types of photochemical reactors’ designs with use of the known pollutant. The developed calculation model allows perform multi-parameter optimization for designs and regime parameters of pulse photochemical reactors for the purpose of increase their energy efficiency, and level of water treatment from various chemical and biological pollutants.
pulse xenon lamp, photochemical reactor, ultra-violet radiation, water treatment
1. Введение
Фотохимическая обработка воды, осуществляемая при ее облучении ультрафиолетовым (УФ) излучением, рассматривается в настоящее время как один из наиболее эффективных и экологичных методов очистки и обеззараживания питьевой воды и жидких техногенных стоков [1, 2]. Эффективность такой обработки определяется энергетической дозой облучения (Дж/см2), равной произведению интенсивности излучения в актуальном спектральном диапазоне (Вт/см2) и времени воздействия (с) [3].
С биологической точки зрения ультрафиолетовое обеззараживание воды основано на способности волн определенной длины проникать сквозь мембраны (оболочки) клеток и воздействовать на нуклеиновые кислоты РНК и ДНК. Поглощая высокоэнергетичные фотоны УФ-диапазона, нуклеиновые кислоты получают значительные повреждения, в результате которых клетка теряет способность к делению. Кроме того, УФ-излучение наносит повреждение белковым структурам и мембранам клеток, что неизбежно приводит к их гибели. Также хорошо известно, что УФ-излучение способно разрушать широкий спектр органических веществ [1, 2]. Очистка воды при помощи УФ-ламп может осуществляться за период времени порядка нескольких секунд, поэтому производительность такого процесса может быть значительной [2].
1. Kamrukov A. S., Kozlov N. P., Seliverstov A. F., Yalovik M. S. Fotokhimicheskaya ochistka vody shirokopolosnym impul´snym UF-izlucheniem. Bezopasnost´ v tekhnosfere. 2006. № 1. S. 38-44; № 2. S. 21-26; № 3. S. 17-23.
2. Karmazinov F. V., Kostyuchenko S. V., Kudryavtsev N. N. Ul´trafioletovye tekhnologii v sovremennom mire: Kollektivnaya monografiya. Dolgoprudnyy: Intellekt, 2012. 392 s.
3. Wols B. A. CFD in drinking water treatment. Gildeprint drukkerijen, 2010. 176 pp.
4. Sanitarno-epidemiologicheskiy nadzor za obezzarazhivaniem stochnykh vod UF izlucheniem: MU 2.1.5.732-99. Moskva: Minzdrav Rossii, 1999
5. Veb-sayt kompanii Light Stream UV: [sayt]. URL: http://www.lightstreamuv.com/products (data obrashcheniya: 05.09.2015).
6. Kamrukov A. S., Kulebyakina A. I. Inzhenernye metody rascheta impul´snykh ksenonovykh lamp. M.: OOO NITs «Inzhener» (Soyuz NIO), 2010. 222 s.
7. Andreev S. I., Ivasenko N. F. Osnovy rascheta impul´snykh ksenonovykh lamp. Tomsk: Izdatel´stvo Tomskogo universiteta, 1982. 153 s.
8. Garbaruk A. V., Strelets M. Kh., Shur M. L. Modelirovanie turbulentnosti v raschetakh slozhnykh techeniy. Sankt-Peterburg: Izdatel´stvo Politekhnicheskogo universiteta, 2012. 88 s
9. Ho C., Khalsa S., Wright H., Wicklein E. Computational Fluid Dynamics Based Models for Assessing UV Reactor Design and Installation. Water Research Foundation, 2011. 166 pp.
10. Wilcox D. Turbulence Modeling for CFD. 2nd ed. Anaheim: DCW Industries, 1998. 174 pp.
11. COMSOL. Heat Transfer Module User’s Guide. 2014. 374 pp.
