Спосіб електроімпульсної обробки води

Изобретение относится к способам электроимпульсной обработки воды путем воздействия на нее совокупностью физических полей и излучений (электромагнитным, ультрафиолетовым, тепловым, фотонным и другими) и может быть использовано для получения бактерицидно стойкой воды с целью исключения ее хлорирования, для очистки воды от токсичных включений и подавления вредных микроорганизмов. Полученная вода приобретает адсорбционные свойства и может быть использована для восстановления функционирования органов живых организмов с эффектом их самоочищения и повышения их иммунной самозащиты от воздействия неблагоприятных факторов, для ускорения прорастания семян растений с целью уменьшения применения гербицидов. В последние годы широкое применение во многих технологических процессах получил искровой разряд в жидкости, известный еще под названием ''электрогидравлического эффекта". Электрический разряд в жидкости осуществляется в результате подачи высокого напряжения (3-100 кВ), запасаемого на конденсаторах, на погруженные в жидкость электроды. В результате происходит пробой межэлектродного промежутка и образование плазменного канала разряда, который способствует мгновенному испарению воды и образованию парогазовой полости, быстро расширяющейся во все стороны от канала разряда, в результате чего по воде распространяются ударные волны и волны сжатия. Ввиду периодичности выделения энергии в канале разряда происходит пульсация парогазовой полости, которая завершается ее схлопыванием по окончании выделения электрической энергии. Весь этот процесс длится от десятков до сотен микросекунд и сопровождается мощными импульсными электромагнитными полями, интенсивными световым, тепловым, ультрафиолетовым, иифра-ультразвуковым и гамма излучениями, происходит многократная ионизация соединений и элементов, содержащихся в воде, наблюдается высокий знакопеременный градиент температур и давлений. Все это оказывает фунгицидное, бактерицидное воздействие на находящиеся в воде микроорганизмы, изменяет их наследственные характеристики. Известен способ электроимпульсной обработки воды [1], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому. Он включает обработку воды импульсным электромагнитным полем с длительностью импульса 10-5-10-7 мкс и мгновенной мощностью импульса 50-1000 МВт. При атом структура, например, воды, обогащается молекулами "талой воды", возникающими обычно при таянии льда, резко возрастают химическая и биологическая активность воды. Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает полной и равномерной обработки больших объемов воды, а при малых объемах наблюдается значительный перерасход энергии. Кроме того, прототип не учитывает степени загрязнения воды ионами металла в результате эрозии электродов. Так, при многократной импульсной обработке воды, от каждого импульса в воду попадает определенное количество ионов металла, определяемое множеством факторов, например: мощность и длительность импульса, материал электродов. В случае, когда электроды изготовлены из стали, вода после обработки приобретает коричневатый цвет, а в ней во взвешенном состоянии находится большое количество мелкодисперсных частиц металла, которые после отстаивания образуют на дне емкости слой осадка. А для получения стойких бактерицидных свойств воды определяющим параметром является не мгновенная мощность импульса, а плотность энергии. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ электроимпульсной обработки воды так, чтобы при ее обработке происходила полная и равномерная обработка всего объема воды, последняя приобретала бы стойкие бактерицидные свойства при отсутствии ее излишнего загрязнения продуктами эрозии электродов, путем изменения материала электродов, выбора плотности энергии при обработке и регулирования степени насыщенности воды ионами металла в результате эрозии электродов при разряде. Поставленная задача решается тем, что в способе электроимпульсной обработки воды путем обработки ее импульсным электромагнитным полем в замкнутом объеме воды осуществляют импульсные электрические разряды таким образом, чтобы удельная плотность энергии от разряда составляла не менее 5 кДж/л, а уровень воздействия на воду продуктами эрозии электродов в объеме воды не более 100 мг/л, при этом в качестве материала электродов используют титан. Для реализации данного способа, согласно изобретению, определяется величина плотности энергии от разряда, представляющая собой отношение энергии, запасаемой батареей конденсаторов к объему обрабатываемой воды. Эта величина должна быть не менее 5 кДж/л. Численное значение этой величины выбрано исходя из того, что при плотности энергии, достигающей такого значения значительно повышаются бактерицидные свойства воды, которые сохраняются затем в течение 4 мес. Следовательно, если при обработке воды плотность энергии менее 5 кДж/л, то не происходит полного и равномерного воздействия на весь объем воды, вследствие чего она не приобретает стойких бактерицидных свойств. Для снижения излишнего загрязнения поды продуктами эрозии электродов, согласно изобретению, предложено в качестве материала электродов использовать титан, который имеет более высокие, чем у стали температуры плавления, кипения и минимальное количество легирующи х элементов и примесей (см. табл. 1), Так как при подводном электроразряде температура в канале разряда может достигать в импульсе около 15000°С, то неизбежно происходит частичное плавление электродов и эрозионный перенос их частиц в воду, поэтому чем выше температура плавления материала, из которого выполнены электроды, тем меньше продуктов их эрозии попадет в воду. На этот процесс также оказывает влияние величина непокрытой изоляцией оголенной поверхности электродов, соприкасающихся с водой. Чрезмерное увеличение этой величины ведет кроме повышенного эрозионного износа электродов еще и к нарастанию предпробивных потерь и нарушает стабильность выделяемой при разряде энергии. Экспериментально установлено, что при равной величине неизолированной поверхности электродов, износ стальных электродов происходит быстрее, чем титановых. Так в среднем за 1 разряд вес титановых электродов уменьшается на 35 мг, в то время, как стальные электроды в среднем за 1 разряд теряют в весе 72 мг. Таким образом, степень воздействия от эрозии электродов увеличивается прямо пропорционально количеству произведенных разрядов и обратно пропорционально обрабатываемому объему воды. Физико-химические исследования водопроводной воды, обработанной с использованием электродов из нержавеющей стали и титана, проведенные в лаборатории физико-химических методов исследований Днепропетровского госуниверситета приведены в табл.2 Атомо-адсорбционный анализ этой же воды позволяет судить о содержании различных металлов после обработки (табл. 3). Таким образом, анализ результатов физико-химического исследования воды позволяет определить, исходя из предельно-допустимых концентраций, уровень воздействия на воду ионами металла в результате эрозии электродов при разряде, который равен 100 мг/л. Лаборатория биогеотехнологии Днепропетровского госуниверситета провела бактериологическую экспертизу эффективности заявляемого способа электроимпульсной обработки воды. Были исследованы две пробы воды: 1. Отстоявшаяся в течение суток водопроводная вода, зараженная бактериями группы Enterobacter (штамм Е cloa ceae 182). 2. Обработанная водопроводная вода, зараженная штаммом Е cloa ceae 182 перед обработкой. В исследуемых пробах было изучено количество жизнеспособных клеток микроорганизмов методом серийных разведений с высевом на плотные питательные среды. В табл. 4 представлены данные о динамике изменения количества жизнеспособных бактериальных клеток после обработки, а также в течение 8 сут после эксперимента. Заключение лаборатории: предлагаемый метод обеззараживания воды обеспечивает высокую эффективность обеззараживания, достигающую 99,89%. Эффект обеззараживания сохранялся на протяжении всего исследуемого периода. Пример конкретного осуществления способа. В камеру с размещенными внутри титановыми электродами линейной геометрии объемом 2,4 л, заливают до верхней кромки камеры воду и закрывают крышкой с резиновой прокладкой, крышку крепят болтами к корпусу. В межэлектродном промежутке, расположенном в камере, осуществляется 3 электрических разряда с параметрами разрядного контура: напряжение 6 кВ, емкость конденсаторной батареи 800 мкФ. При этом энергия, выделяющаяся в канале разряда составляет 14,4 кДж, а удельная энергия или плотность анергии составляет 18 кДж/л. При этом воздействие на воду продуктами эрозии электродов составляет 105 мг на 3 разряда или 43,75 мг/л. В результате обработки таким способом получена вода с повышенной биоэнергетической активностью. В Днепропетровской медицинской академии выполнен комплекс научно-исследовательских работ по теме: "Исследование безопасности и эффективности биоэнергетической воды и препаратов на ее основе" [3]. Исследования, проведенные на биоматериале (мышах, крысах и кроликах) подтвердили, что достигнута цель, которая поставлена в изобретении, а именно, что предлагаемый способ повышает биоэнергетическую активность воды. В частности, морфологические исследования внутренних органов подопытных животных показали, что биоэнергетическая вода вызывает повышение сосудистой проницаемости микроциркуляторного русла, происходит улучшение микроциркуляции в органах и тканях. Биоэнергетическая вода стимулирует желудочную секрецию, активизирует эндокринный аппарат почки, оказывает позитивное действие на белок синтетическую продуктивную функцию печени и способствует активизации процесса выделения вредных шлаков, в частности, продуктов распада белковых соединений, хлоридов и мочевой кислоты. Кроме того, биоэнергетическая вода обладает иммунотропным действием, повышает защитные свойства организма и при этом не обладает аллергенными свойствами и не вызывает токсических сдвигов в живом организме. Связь плотности энергии от одного разряда, объема воды, материала электродов и уровня воздействия на воду продуктами эрозии электродов в условиях подводного электроимпульсного разряда для регулирования степени обработки воды составляет новизну заявляемого технического решения - способа. Указанное принципиальное положение не нашло своего применения до предложенного решения в способах электроимпульсной обработке воды.