К.т.н. Гордєєв
А.І., к.т.н. Урбанюк., Мігаль В.Г.
Хмельницький
національний університет
устаткування для знезараження водних
потоків
Водні ресурси України на даний час перевищують рівень
водоспоживання, проте вже сьогодні в багатьох південно-східних районах країни
відчувається значний дефіцит води. Тому важливого значення набуває проблема
раціонального використання прісної води, особливо, очищення зростаючих об'ємів
стічних вод, а також організація замкнених систем водоспоживання в
промисловості, сільському та комунальному господарствах.
Авторами розроблено ряд вібраційних установок для обробки
води з використанням гідрокавітації [1,2] та проведено дослідження зміни
властивостей та складу води після такої обробки [3,4].
В
експериментальній установці використаний кулачковий вібропривод, завдяки чому
при проведенні різних експериментальних досліджень є можливість її
переналагодження. Загальний вигляд установки наведений на рис.1.
Рис.1- Схема
кавітаційної установки:
1-кулачок, 2-корпус, 3-кулачковий вібропривід, 4-мембрана,
5-камера, 6-насадка, 7-циліндрична ємність, 8-стержень, 9-пластина, 10-двигун
Установка працює наступним чином: при
русі мембрани 4 вниз у камері 5 створюється розрідження і рідина із циліндра
втягується в камеру через насадку 6. При русі мембрани вверх тиск у камері 5
зростає і рідина через насадку потрапляє в циліндричну ємність 7. При
протіканні рідини через насадку утворюється кільцева ізольована порожнина,
руйнування якої призводить до виділення розчиненого у рідині повітря у вигляді
газових пухирців, тобто виникає гідрокавітація.
Проби води об’ємом 1,2 літра була взята
з річки Південний Буг у травні 2006 року. Обробка проб на установці проводилась
протягом 10, 20 та 30 хвилин, після чого зразки були досліджені у лабораторії
Хмельницькводоканалу згідно ГОСТ 18963-73. Сутність його методу полягає у
визначені в 1 мл води кількості мезофільних, мезотрофних аеробів і
факультативних анаеробів, що вирощуються на споживчому агарі даного складу при
температурі 37
0,5 ºС протягом 242 год. При цьому вони
утворюють колонії, які видно при 2-5 кратному збільшені. Порівнювалась
їх кількість на контрольному зразку та зразках, оброблених гідрокавітацією при
різній тривалості. Фотографії зразків наведені на рис.2.
а б
Рис.2 – Інтенсивність росту колоній мікробів: а - контрольний зразок,
б – зразок після обробки протягом 30 хв
Результати проведених дослідів свідчать,
що після гідрокавітаційної обробки спостерігається знезараження води, або у
кількісному виразі зменшення кількості колоній з 63 до 3 колоній. Отриманий
результат базується на тому, що при закритті кавітаційних пухирців виникає
світлове випромінювання, високий миттєвий тиск та температура. Такі умови
приводять до гомолітичного розриву ковалентних зв’язків у молекулі води та
утворення радикальних частинок Н
, ОН¯, О, які мають підвищену приєднувальну
здатність. Іони Нзавдяки високій рухливості шляхом дифузії можуть швидко
виходити із потоку, хоча значна частина їх залишається у потоці. Іони ОН¯
також накопичуються, що приводить до зростання рівня pH. При
імпульсному проходженні рідини через насадок 6 завдяки втягуванню рідини у
камеру 5 утворюється миттєва зона розрідження, у якій спори бактерій, не
витримуючи різкого перепаду тиску, руйнуються. Інтенсивність кавітаційного
впливу на рідинне середовище зростає із зменшенням діаметра пухирців за рахунок
збільшення коефіцієнта кумуляції. Суттєво інтенсифікує кавітаційний вплив
підвищення як загального статичного тиску, так і тиску в пухирцевій порожнині
за рахунок різкого зменшення об’єму
кавітаційних пухирців. Такий вплив у вібраційному обладнанні здійснюється імпульсно із тривалістю, що визначається
швидкістю дифузії газу та його випарювання у порожнину пухирця. Після розривного
імпульсу при зміні напрямку руху рідини завдяки гідроудару іде імпульс стискання
рухомою мембраною, що призводить до інтенсифікації процесу.
Запропоноване вібраційне обладнання
можна застосовувати для попереднього безреагентного знезараження стічних водних
потоків.
Література:
1. Патент України. № 484000
А Сілін Р.І., Гордєєв А.І, Павлик В.І.
Пристрой для очистки стічної води. Від 15.08.2002, Опубл. в Бюл. №8. 2002.
2. Деклараційний патент на корисну
модель. №10347. Устаткування для обробки
води. Силин Р.И., Гордєєв А.І., Сорока І.І., Третько В.В. Опубл.15.11.2005.
Бюл. №11
3. Сілін Р.І., Гордєєв А.І., Третько В.В., Сорока І.І. Кавітаційна обробка та її вплив на склад води. Вісник ТУП. №3, 2002., с. 253-257.
4. Сілін Р.І., Гордєєв А.І. Вібраційне обладнання для зміни властивостей
води. Машинознавство Всеукраїнський науково-технічний і виробничий журнал.
Львів. №4 2005, с 32-36.