Спосіб віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень

Реферат: Спосіб віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень, що включає занурення в оброблювану рідину збурювачів гідродинамічної кавітації, подачу напруги на обмотки котушок електромагнітів віброприводу для надання збурювачам кавітації коливань у низькочастотному діапазоні частот, що кратні частотам коливань наявних в оброблюваній рідині зародків кавітації, формування в рідині газорідинної суміші, причому для компенсації дегазації оброблюваної рідини обробку здійснюють при подачі у кавітаційну зону розчинних у оброблюваній рідині інертних газів із витратами, що регламентуються законом розчинності газів Генрі-Дальтона, та при амплітуді коливань збурювачів кавітації, що вдвічі перевищує максимальні розміри наявних в оброблюваній рідині колоній біологічних забруднювачів. UA 94991 U (54) СПОСІБ ВІБРОРЕЗОНАНСНОЇ КАВІТАЦІЙНОЇ ОЧИСНОЇ ОБРОБКИ РІДИН ВІД БІОЛОГІЧНИХ ЗАБРУДНЕНЬ UA 94991 U UA 94991 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель на спосіб віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень належить до галузі кавітаційних хіміко-технологічних процесів, зокрема до групи фізико-хімічних методів кавітаційного ініціювання та активації окисно-відновних реакцій у рідинах енергією кавітаційного поля. Даний спосіб може бути застосований, наприклад, для водоочищення, знезараження питної води, стоків хімічних, харчових та переробних підприємств від різноманітних органічних забруднень, у тому числі і біологічних. Відомий спосіб віброкавітаційної обробки рідин, згідно з яким оброблюваною рідиною заповнюють робочу камеру із встановленими в ній коливними збурювачами кавітації, виконаними у формі пласких дек із отворами для перетікання оброблюваної рідини [Патент України № 104571 Низькочастотний віброрезонансний кавітатор / В.Л. Старчевський, Л.І. Шевчук, І.С. Афтаназів, О.І. Строган заявл.11.06.2013; реєстраційний номер а 201307399, опубл. 10.02.2014 бюл. № 3]. Збурювачам кавітації надають плоско паралельних коливних переміщень в потоці оброблюваної рідини із амплітудою, рівною радіусу отворів у деці, крізь які перетікає оброблювана рідина. Частоту коливань розташованим у рідині декам-збурювачам кавітації призначають на підставі експериментальних даних досліджень її впливу на продуктивність кавітаційної обробки конкретної рідини. Завдяки інтенсивному утворенню хімічно активних радикалів-окиснювачів даний спосіб придатний і для очищення рідин від біологічних забруднювачів, клітини яких руйнуються утвореними кавітаційним полем окиснювачами. Певним обмеженням у використанні даного способу кавітаційної обробки рідин при використанні його для біологічного знезараження є непродуктивні часові затрати під час експериментального визначення оптимальних частот коливань збурювачів кавітації, потреба у їх дублюванні при переході на обробку інших рідин чи при технологічних змінах фізичних параметрів або агрегатного стану оброблюваних рідин. Найбільш близьким до корисної моделі є спосіб віброрезонансної кавітаційної обробки рідин, згідно з яким кавітаційну обробку рідини, що наповнює робочу зону віброкавітатора, здійснюють при плоско паралельних коливних переміщень в потоці оброблюваної рідини декзбурювачів кавітації із частотами, що кратні резонансним частотам коливань наявних у рідині зародків кавітації [Патент України № 75274 Спосіб кавітаційної обробки рідин / В.Л. Старчевський, Л.І. Шевчук, І.С. Афтаназів, О.І. Строган заявл. 18.05.2012; реєстраційний номер u 201206022, опубл. 26.11.2012 бюл. № 22]. Оптимальні технологічні параметри обробки рідини призначають на підставі експериментального визначення мінімальних енергозатрат процесу, мінімум яких властивий супутньому кавітаційному полю формуванню в ньому газорідинних сумішей. Однак, оброблювана рідина під час обробки тут активно дегазовується, що понижує інтенсивність кавітаційного поля, нарощує енергозатрати на його стабільне підтримування, а відповідно, і тривалість обробки при використанні даного способу для біологічного знезараження рідин. У основу корисної моделі поставлено задачу створення способу віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень, який, завдяки запобіганню дегазації оброблюваної рідини, забезпечуватиме скорочення тривалості очисної обробки, підвищення ступеня очищення, пониження енергозатрат на її здійснення. Поставлена задача вирішується тим, що в способі віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень, що включає занурення в оброблювану рідину збурювачів гідродинамічної кавітації, подачу напруги на обмотки котушок електромагнітів віброприводу для надання збурювачам кавітації коливань у низькочастотному діапазоні частот, що кратні частотам коливань наявних в оброблюваній рідині зародків кавітації, формування в рідині газорідинної суміші, згідно з корисною моделлю, для компенсації дегазації оброблюваної рідини обробку здійснюють при подачі у кавітаційну зону розчинних у оброблюваній рідині інертних газів із витратами, що регламентуються законом розчинності газів Генрі-Дальтона, та при амплітуді коливань збурювачів кавітації, що вдвічі перевищує максимальні розміри наявних в оброблюваній рідині колоній біологічних забруднювачів. Подача в зону кавітаційного поля в процесі віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень саме інертного газу розширює її технологічні можливості, оскільки створює передумови для здійснення очисної обробки рідин, забруднених не тільки анаеробними, а і аеробними мікроорганізмами. Адже на противагу кисневмісним газам, інертні не тільки не сприяють життєдіяльності аеробних бактерій, а і істотно протидіють їх розмноженню. Регламентована законом розчинності Генрі-Дальтона витрата газу, при цьому оптимально компенсує дегазацію оброблюваної рідини, що забезпечує стабільну інтенсивність сформованого кавітаційного поля. Очисна обробка при амплітуді, що вдвічі більша максимальних розмірів наявних в оброблюваній рідині колоній біологічних забруднювачів, 1 UA 94991 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 забезпечує інтенсивне механічне руйнування оболонок бактеріальних клітин ініційованими кавітаційним полем ударними мікрохвилями. У сумарному це скорочує тривалість очисної обробки рідин, підвищує продуктивність та ступінь очищення, понижує енергозатрати на її здійснення. Ефективність запропонованого способу віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин перевіряли на очищенні природної води від ціанобактерій, які, через активне поглинання з води розчинених в ній повітря та кисню, провокують літні замори риби. Дані бактерії належать до роду Oscillatoria (О. brevis) з родини Oscillatoriaceae (клас - Cyanophyceae). Це представники синьо-зелених водоростей, що спричиняють "цвітіння" води, надають їй голубовато-зелений колір, неприємні присмак і запах. Продуктами життєдіяльності ціанобактерій є сильнодіючі токсини ціаніди, які у великих концентраціях та дозах викликають цероз печінки та вражають внутрішні органи травлення. У природних умовах ціанобактерії формують колонії та агломерати (безформні скупчення), розміри котрих сягають 450-500 мкм, які вітром та течіями активно мігрують мілинами водойм, забруднюючи все нові ділянки водного плеса. Найвідчутнішої шкоди ціанобактерії завдають риборозплідним господарствам, особливо при вирощуванні молоді риби. Обробку забрудненої ціанобактеріями природної води здійснювали у низькочастотному 3 віброкавітаторі з об'ємом робочої камери 1,5 дм у неперервному режимі подачі в робочу зону оброблюваної води та інертного газу азоту. Розхід оброблюваної води становив 100 л/год., 3 витрата азоту - 15 см /л. Обробку води здійснювали при резонансній частоті коливань збурювачів кавітації 70-75 Гц та амплітуді 1,0-1,1 мм. Контрольованим параметром обробки був регламентований санітарно-гігієнічними нормами ступінь очищення води від біологічного забруднення ε=(95-97)%, продуктивність очисної обробки П, л/год. та питомі (на одиницю об'єму оброблюваної води) енергозатрати на її здійснення Е, Вт/дм3. Обробку забрудненої ціанобактеріями води проводили при атмосферному тиску та температурі 20 °C. За вищевказаних оптимальних технологічних параметрів кавітаційної очисної обробки забезпечується ступінь очищення води від забруднення ціанобактеріями ε=(96±0,5)%, продуктивність очисної обробки П=(95±1,5) л/год. при питомих енергозатратах E=(8±0,5) Вт/дм3. При змінах витрат поданого у кавітаційну зону азоту на 10-15 % від оптимальних, розрахованих згідно з законом розчинності Генрі-Дальтона, значень при аналогічній продуктивності очисної обробки ступінь очищення води понижується на ε=(3,5-3,8)%, питомі енергозатрати зростають до Е=8,5-9,0) Вт/дм3. Аналогічне погіршення якості обробки спостерігається і при змінах оптимальних значень амплітуди коливань збурювачів кавітації. Так при зменшенні амплітуди коливань до 8,85-0,9 мм, хоч питомі енергозатрати і понижуються до Е=(7,5-7,8) Вт/дм3, досяжний ступінь очищення води становить лише ε=(85-88)%. При збільшенні амплітуди коливань збурювачів кавітації на 15 і більше відсотків від оптимальних ступінь очищення води знаходиться в рекомендованих межах ε=(95,5±0,5)%, однак стрімко до Е=(9,5-10) Вт/дм3 наростають питомі енергозатрати на здійснення очисної обробки. Таким чином, одержані експериментальні дані підтверджують наявність оптимальних значень таких технологічних параметрів віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень, як рекомендовані значення виду та витрат супутнього обробці газу та амплітуди коливань збурювачів кавітації. Перевагою даного способу віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень, порівняно із відомими, є підвищення продуктивності та якості очисної обробки у поєднанні із зниженням енергозатрат на її здійснення. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень, що включає занурення в оброблювану рідину збурювачів гідродинамічної кавітації, подачу напруги на обмотки котушок електромагнітів віброприводу для надання збурювачам кавітації коливань у низькочастотному діапазоні частот, що кратні частотам коливань наявних в оброблюваній рідині зародків кавітації, формування в рідині газорідинної суміші, який відрізняється тим, що для компенсації дегазації оброблюваної рідини обробку здійснюють при подачі у кавітаційну зону розчинних у оброблюваній рідині інертних газів із витратами, що регламентуються законом розчинності газів Генрі-Дальтона, та при амплітуді коливань збурювачів кавітації, що вдвічі перевищує максимальні розміри наявних в оброблюваній рідині колоній біологічних забруднювачів. 2 UA 94991 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 3