Технические науки/5.Энергетика

Ахмедова О.О.

Камышинский технологический институт ФГБОУ ВПО (филиал) «Волгоградский государственный технический университет», Россия

Обоснование параметров и режимов работы электрофизической системы обеззараживания сточных вод в сельском хозяйстве

Острая проблема по борьбе с микроорганизмами сточных вод в настоящее время существует в одной из отраслей растениеводства. Причиной такого положения является постоянное и всё более увеличивающееся поступление в поверхностные водоёмы неочищенных или недостаточно очищенных, необеззараженных хозяйственно-бытовых сточных вод, количество которых составляет около 60% всего объёма сброса.

Меры, которые могли бы способствовать экономии природных ресурсов и внести существенный вклад в решение проблемы или, по крайней мере, снять её остроту, представляются следующими:

1) стимулирование сокращения потребления;

2) регенерация воды (если возможно);

3) повторное использование стоков (как правило, требует дополнительной обработки).

На вторичное использование могут направляться как бытовые стоки, так и городские и промышленные. Вторичное использование решается при условии, если будет обеспечена полная экологическая безопасность (т.е. такое использование не должно наносить ущерб сложившейся экосистеме, почве и культурным растениям), а также исключён всякий риск для местного населения в санитарно-гигиеническом отношении.

Успешное решение этой задачи возможно при комплексном подходе, основанном на разработке эффективных технологических схем и обосновании параметров и режимов работы электрофизической системы очистки сточных вод от биологически стойких органических загрязнений для вторичного использования её в системах орошения.

Для определения параметров воздействия электрофизических методов на сточные воды необходимо решить задачу оптимизации позволяющую обосновать интенсивность и время облучения.

Сведем в матрицу доли выживших микробов всех типов от найденных значений интенсивности и времени облучения всеми электрофизическими методами.

Результатами расчёта функции будет являться количество оставшихся после воздействия микроорганизмов.

Выберем критерий оптимальности и составим целевую функцию, данным критерием является потребляемая мощность электротехнического комплекса водоочистки складывающаяся из затрат на интенсивность и время облучения всеми электрофизическими методами

В результате решения задачи оптимизации, получены интенсивность и время воздействия, которые обеспечивают минимальные затраты электроэнергии электротехнического комплекса очистки сточных вод, а так же требуемую инактивацию наибольшего количества патогенных микроорганизмов. Так же при расчёте учитывалось наложения электрофизических методов друг на друга, поэтому параметры при комплексном воздействии получились ниже, чем при обеззараживании каждым электрофизическим методом в отдельности.

В данной системе очистки сточных вод применяется схема источника питания с промежуточным звеном повышенной частоты для питания устройства СВЧ воздействия (рис. 1).

Рис. 1. Схема источника питания с промежуточным

звеном повышенной частоты

Оценка поглощающей способности сточной воды, объемом 100 см³ и потери энергии за счет теплопередачи окружающему воздуху и теплового излучения показывает, что суммарные потери энергии на много меньше подводимой к образцу СВЧ энергии (рис. 2).

Рис. 2 Зависимость мощности потерь энергии СВЧ от напряженности электрического поля: 1) мощность, поглощенная микроорганизмами; 2) потери энергии за счет теплопередачи с площади поверхности микроорганизмов

В электрическом поле при напряженности 150…300 В/см, не происходит губительный нагрев одиночных микроорганизмов. Для обеспечения существенного нагрева микроорганизмов в электрическом поле СВЧ диапазона необходимо повысить его напряженность, в соответствии формулой для нахождения Е, не менее чем в десять раз. Такая напряженность электрического поля для микроорганизмов позволяет добиться примерного равенства между поглощаемой и отдаваемой за счет теплопередачи и теплового излучения энергии, т.е. в таком электрическом поле становится возможным сильный нагрев микроорганизмов.

На рис. 3 представлена имитационная модель электротехнического комплекса очистки сточных вод с выводом процентного снижения численности патогеннов при использовании оптимальных параметров воздействия

Рис. 3. Имитационная модель электротехнического комплекса очистки сточных вод с выводом процентного снижения численности патогеннов при использовании оптимальных параметров воздействия

При воздействии на сточные воды оптимальными параметрами на выходе имитационной модели наблюдается минимальное число болезнетворных микроорганизмов. При этом потребляемая мощность для каждого блока составит: озонирующая установка – 25 Вт, ультрафиолетовая установка – 85 Вт (энергопотребление при продолжительности воздействия 0,75 с и интенсивности 45 мВт/см² составит 1,7 Вт^.с/м²) , ультразвуковая установка – 1,2 Вт^.час (энергопотребление при продолжительности воздействия 2,26 с и интенсивности 1 мВт/см² составит 0,0678 Вт^.с/м²), СВЧ установка – 211,7 Вт^.час (энергопотребление при продолжительности воздействия 120 с и интенсивности 1,8 Вт/г составит – 705 Вт^.с)

Данные полученные в результате обеззараживания электротехническим комплексом, состоящим из нескольких электрофизических методов, показывают, что показатели инактивации микроорганизмов выше требуемых для очищенных сточных вод повторно используемых, а применение оптимальных доз воздействия приводит к уменьшению потребляемой мощности. Это объясняется тем, что при использовании нескольких методов воздействия на одну и ту же среду наблюдается эффект синергии, т.е. даже если электрофизический метод не инактивирует микроорганизм, то все-таки ослабляет его и для дальнейшей инактивации данного микроорганизма следующим методом уже можно использовать меньшую дозу воздействия.

Литература:

1. Степанов С.Ф., Тютьманова В.В., Кудря В.В. Анализ элементарной базы для построения высоковольтных источников питания с промежуточным звеном повышения частоты// Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2006. - №4. – с.35 – 46.

2. Кузубова Л.И., Кобрина В.Н. Химические методы подготовки воды: аналитический обзор/ ГПНТБ СО РАН. – Новосибирский институт органической химии. – Новосибирск.1996. – 131с.

3. Родионов А.И., Клушин В.Н, Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности. – Калуга.: Издательство Н. Бочкарёвой. – 2000. – 799 с.