Спосіб ультразвукового кавітаційного знезараження рідини

Реферат: Спосіб ультразвукового кавітаційного знезараження рідини, згідно з яким в заражену рідину перед ультразвуковим опроміненням додають дрібнодисперсного абразивного матеріалу, а після завершення опромінення, в разі необхідності, абразивний матеріал видаляють з рідини, наприклад, фільтруванням. UA 74120 U (12) UA 74120 U UA 74120 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технологічного використання ультразвукової енергії і може бути використана в різних галузях промисловості та побуті при знезараженні рідин від шкідливих та небезпечних мікроорганізмів та вірусів. Для інтенсифікації технологічного процесу інактивації мікроорганізмів в рідині широко відоме використання ультразвукових коливань, інтенсивність яких перевищує поріг кавітації [Луговской А.Ф., Мовчанюк А.В., Гришко И.А. Оценка методов обеззараживания воды. Вестник Национального технического университета Украины "Киевский политехническийский институт". Серия машиностроение. Вип. 52, - Київ, 2008, с. 103-111]. Відомо, що знезараження рідини за рахунок ультразвукової кавітації відбувається згідно з наступними механізмами: - руйнівна дія кумулятивних струменів, що утворюються при захлопуванні кавітаційних бульбашок, які знаходяться в безпосередній близькості від мікрорганізму; - термічний вплив за рахунок локального підвищення температури при захлопуванні кавітаційних бульбашок; - знешкодження за рахунок перепаду тиску по довжині ультразвукової хвилі; - активізація окислювальних процесів в кавітаційній області. Ефективність зазначеного використання ультразвукових коливань значною мірою залежить від режимів випромінювання ультразвукової енергії та особливостей побудови технологічного обладнання, що реалізує вказані технології. Відомий сонофотолітичний знезаражувач води (А.с. ЧСФР № 261765, МПК A61L 2/02, 1988), в якому застосований спосіб знезараження рідини, що полягає в транспортуванні рідини через камеру, в якій відбувається сумісне ультразвукове та ультрафіолетове опромінення. При цьому застосовується ультразвук малої інтенсивності. Вказаний спосіб знезараження є малоефективним, оскільки використовує малий рівень інтенсивності ультразвуку, що не дозволяє знешкодити велику кількість різновидів мікроорганізмів. Такий рівень інтенсивності дозволяє тільки кавітаційно очищувати ультрафіолетову лампу від колоній мікроорганізмів та водоростей, що активно розмножуються на теплій скляній поверхні лампи. Вода, що протікає, при цьому біля лампи тільки малою мірою кавітаційно знезаражується. Крім того, якість обробки рідини при застосуванні бактерицидної ультрафіолетової лампи залежить від ступеня прозорості води та товщини шару рідини, що обмежує можливість застосування вказаного способу знезараження. Відомий пристрій для ультразвукової обробки рідини в протоці [патент України № 55279А, МПК С02 1/36, С02 F 1/48, A61L 2/02, 2003]. В цьому пристрої застосовується спосіб знезараження рідини, який полягає в транспортуванні рідини через проточну кавітаційну камеру, в якій здійснюється ультразвукове опромінення рідини коливаннями великої інтенсивності. Просте підвищення потужності ультразвуку не призводить до бажаного підвищення рівня кавітації, оскільки підвищення інтенсивності коливань призводить лише до утворення на поверхні, що випромінює ультразвукові коливання двофазного кавітаційного прошарку, який внаслідок поглинання та розсіювання перешкоджає проходженню ультразвукових коливань в об'єм кавітаційної камери. Найбільш близьким до запропонованого є пристрій для ультразвукової кавітаційної обробки рідини [патент України № 81605, МПК C02F 1/36 (2006.01), A61L 2/02, C02F 1/48, 25.01.2008]. В даному випадку також застосований спосіб чисто ультразвукового кавітаційного знезараження рідини в потоці. Вказаний спосіб також вимагає тільки подальшого збільшення інтенсивності коливань за рахунок доробки конструкції. Такий шлях не дозволяє знешкодити значну кількість відомих шкідливих мікроорганізмів. Збільшення часу обробки за рахунок багатократного проходження рідини через кавітаційну камеру бажаного результату не дає, оскільки інтенсивність ультразвукових коливань залишається на тому ж рівні. Подальше збільшення інтенсивності ультразвукових коливань для підвищення ефективності знезараження пов'язано із значними технічними складнощами. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення ефективності способу ультразвукового кавітаційного знезараження рідини шляхом застосування додаткового механізму руйнівного впливуна мікроорганізми. Для вирішення поставленої задачі в способі ультразвукового кавітаційного знезараження рідини, згідно з яким заражену або насичену мікроорганізмами та водоростями рідину піддають опроміненню ультразвуковими коливаннями, інтенсивність яких перевищує поріг виникнення в рідині кавітації, в заражену рідину перед ультразвуковим опроміненням додають 1 UA 74120 U 5 10 15 20 25 30 35 дрібнодисперсного абразивного матеріалу, а після завершення опромінення, в разі необхідності, абразивний матеріал видаляють з рідини, наприклад, фільтруванням. Введення в заражену рідину дрібнодисперсного абразивного матеріалу дозволяє застосувати для знешкодження шкідливих мікроорганізмів додатковий механізм - механічне пошкодження мікроорганізмів при контакті з активно вібруючими в ультразвуковому полі абразивними частинками, які, за принципом наждачного паперу, легко і швидко руйнують навіть тверді панцерні оболонки мікроорганізмів. Здійснення запропонованого способу ультразвукового кавітаційного знезараження рідини відбувається наступним чином. В потік зараженої або насиченої мікроорганізмами та водоростями рідини додають дрібнодисперсного абразивного матеріалу, наприклад, карбіду бору або дрібного піску. Після цього в отриману суміш вводять ультразвукові коливання, інтенсивність яких перевищує поріг виникнення в рідині кавітації. Після кавітаційної обробки суміші в ультразвуковому полі її виливають, наприклад, у природні водоймища (при знезараженні стоків промислових підприємств) або, в разі необхідності, наприклад, при необхідності видалення із знезараженої суміші дорогого карбіду бору, суміш спочатку фільтрують, а вже потім зливають для подальшого безпечного використання. Запропонований спосіб дозволяє підвищити ефективність технологічного процесу знезараження рідин від шкідливих мікроорганізмів та бактерій. Застосування абразивного матеріалу спільно з явищем ультразвукової кавітації в технологічному процесі знезараження дозволяє знешкодити дуже стійкі види мікроорганізмів. Новий спосіб знезараження були застосовані на практиці при знезараженні води, яку було заражено штамом Escherichia coli 3 ATCC № 25922 з концентрацією 2×10 мікроорганізмів на 1 мл води. як абразивний матеріал було використано карбід бору з дисперсністю 12 мкм. При застосуванні чисто кавітаційного способу знезараження, тобто без додавання карбіду бору, повне знешкодження мікроорганізмів відбулося за 6 хвилин кавітаційної обробки при підведенні до ультразвукового кавітаційного пристрою 600 Вт споживаної потужності. При додаванні до зараженої води 6 % карбіду бору за тих же умов повне знезараження було досягнуто за 2 хвилини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб ультразвукового кавітаційного знезараження рідини, згідно з яким заражену або насичену мікроорганізмами та водоростями рідину піддають опроміненню ультразвуковими коливаннями, інтенсивність яких перевищує поріг виникнення в рідині кавітації, який відрізняється тим, що в заражену рідину перед ультразвуковим опроміненням додають дрібнодисперсного абразивного матеріалу, а після завершення опромінення, в разі необхідності, абразивний матеріал видаляють з рідини, наприклад, фільтруванням. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2