Установка для моделювання процесу забруднення протічної річкової води

Реферат: Установка для моделювання процесу забруднення протічної річкової води, яка містить ємність, яка виконана з хімічно інертного матеріалу, причому на ємності встановлено лічильник витрати води, де ємність виконана у формі прямокутника й розділена на два відсіки, де відсіки є сполученими послідовно один з одним, перший відсік - є відсіком для первинного змішування забруднювача з водою, другий відсік - є робочою частиною, причому на ємності встановлено патрубки для подачі й відведення води. UA 123043 U (12) UA 123043 U UA 123043 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до водної токсикології, екології й методів дослідження водних розчинів, зокрема до пристроїв для моделювання процесу забруднення протічної річкової води, і може бути використана для визначення забруднювачів у природних водах, контролю процесів водоочистки та для наукових досліджень, більш детально - для стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води у річці, для контролю швидкість руху води, якісного та кількісного складу забруднювача та складу донного наповнювача (піщано-глинистого матеріалу або реальних зразків донних відкладів), що дозволяє оцінити сукупну та специфічну токсичну дію органічних та неорганічних забруднювачів і їх сумішей у природних водах. Відомий пристрій для визначення нітратів у морських екосистемах ("Измерение содержания нитратов в северо-западной части Японского моря с использованием компактного спектрофотометра" - Д.Д. Каплуненко, В.Б. Лобанов, П.Я. Тищенко, А.Ю. Лазарюк, В.И. Звалинский // Подводные исследования и роботехника. - 2012. - № 1(13). - С. 68-73). Пристрій для визначення нітратів у морських екосистемах містить джерело УФ-світла, чутливий датчик з оптичним зворотнім зв'язком, спектрометр з високою роздільною здатністю, вимірювальну комірку та контролер з достатньо великим об'ємом пам'яті для реєстрації результатів. Робота пристрою полягає в наступному. Аналізовану пробу води поміщають у вимірювальну комірку, опромінюють УФ-світлом дейтерієвої лампи за допомогою оптичних волокон у діапазоні довжин хвиль 200-240 нм. Проходячи через зразок води, промінь світла відбивається від дзеркала комірки і знову, проходячи через об'єм води, повертається на друге оптичне волокно та направляється на спектрограф. Розкладене у спектр світло попадає на екран з набором великої кількості фотодіодів, кожний з яких відповідає певній довжині хвилі. Сканування за спектром відбувається послідовим опитуванням фотодіодів. Для компенсації можливих змін інтенсивності джерела світла передбачений промінь порівняння з окремим датчиком. В подальшому відбувається комп'ютерна обробка сигналу виміру і сигналу порівняння. Відомий пристрій забезпечує ефективне визначення нітратів. До недоліків цього рішення належать складність пристрою, відсутність можливості стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води, відсутність можливості контролювати швидкість руху води. Відомий пристрій для визначення нітратів у питній воді (UA, патент 101854, опубл. 13.05.2013). Як пристрій для визначення нітратів використовують реєструючий спектрофотометр SPECORD UV VIS, що містить модуль з джерелом УФ-випромінювання, який складається з дейтерієвої лампи та лампи розжарювання, монохроматор з призмою з синтетичного кварцу, кювету, фотоприймач та самописець для реєстрації на листовому папері формату А4. Як фотоприймач використовують фотоелектронний помножувач. Пристрій працює наступним чином. Визначення концентрації нітратів проводили як у прозорих модельних розчинах, так і у розчинах з підвищеною кольоровістю. Прозорі модельні розчини готували на дистильованій воді, змінюючи концентрацію нітрату. При цьому використовували попередньо висушений при 105 °C, KNO3 (х.ч.). Модельні розчини з підвищеною кольоровістю (40 і 50°) готували, додаючи до розчинів з заданою концентрацією нітратів попередньо розраховану масу гумінових або фульвових кислот. Для визначення нітратів беруть воду із вмістом останніх 0,53 3 15,0 мг/дм . Попередньо готують аналізовану пробу. Для цього у ємкість місткістю 50 см 3 -3 вносять 25 см нітратвмісної води та (1,0-2,0)·10 М пероксидисульфату. Як пероксидисульфат використовують пероксидисульфат калію або пероксидисульфат натрію, або пероксидисульфат амонію. Створюють рН проби 2-3 і нагрівають до кипіння, кип'ятять 4-6 хв., додають етилового спирту в кількості 0,04-0,10 М, так що молярне співвідношення пероксидисульфату до етилового спирту 50 становить 1:(40-50) й продовжують кип'ятіння протягом 4-5 хв., 3 охолоджують, переносять у мірну колбу місткістю 25 см , доводять дистильованою водою до мітки і перемішують. Підготовлену пробу поміщають у кювету з товщиною шару 1 см і вимірюють оптичну густину розчину в ультрафіолетовому випромінюванні при довжинах хвиль 220 нм (А1), 230 нм (А2) і 240 нм (A3). Розраховують ΔА за формулою. По величині ΔА за градуювальним графіком знаходять концентрацію нітратів у пробі. Основними недоліками цього пристрою для визначення концентрації нітратів є: складність пристрою, відсутність можливості стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води, відсутність можливості контролювати швидкість руху води, що обмежує галузь його використання. Відомий також пристрій для реєстрації біолюмінесценції (Прибор экологического контроля "Биотоке-ЮМ" / ТУ-446-У-028-00-ОТУ. - Сертификат RU.C.31.003.A № 21703.), що містить, як і прилад, що заявляється, фотоелектронний перетворювач, оптичний вхід якого з'єднаний через прозоре віконце з світлоізольованим кюветним відсіком, пристосованим для розміщення змінної стандартної пробірки, де відбувається біохімічна реакція, а також дисплей результатів вимірювання і блок живлення, при цьому аналоговий вихідний сигнал перетворювача трансформується в цифровий код, який відображується на дисплеї. При проведенні біохімічного 1 UA 123043 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 аналізу в кюветний відсік почергово встановлюються пробірка з дистильованою водою, що слугує еталоном, та пробірка з досліджуваною пробою. В обидві пробірки добавляється розчин біосенсора. В результаті біохімічних реакцій в біосенсорах виникає люмінесценція. Потік світлових квантів, що утворюються при цьому, перетворюється перетворювачем фотоелектронним помножувачем у послідовність електричних імпульсів, середня кількість яких за певний час пропорційна інтенсивності світлового випромінювання. Ці імпульси на протязі фіксованого часу, що визначається таймером, поступають через ключ на вхід лічильника, який формує на своєму виході цифровий код, що відповідає рівню біолюмінесценції. Різниця рівнів біолюмінесценції в еталонній пробірці та в пробірці з пробою відповідає рівню токсичності проби. Ці дані підраховуються й порівнюються електронною схемою, а результат вимірювань видається на дисплей. До недоліків цього рішення належать складність пристрою, відсутність можливості стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води, відсутність можливості контролювати швидкість руху води, що обмежує галузь його використання. Відомий пристрій для відбору проб води (Патент України № 63263, опубл. 10.10.2011), що містить корпус з підпружиненим клапаном та фіксатором, гнучкий порожнистий трос, у внутрішній порожнині якого розміщена нитка для відкриття клапана. Недоліком цього відомого пристрою є недостатня точність відбору проби, обумовлена необхідністю контролю занурення пристрою по довжині гнучкого порожнього троса та коливанням пристрою по глибині, наприклад, під впливом течії, а також складність підготовки пристрою до роботи, обумовлена необхідністю спеціального обладнання для закачування повітря в його порожнину з заданим тиском. До недоліків цього рішення належать складність пристрою, відсутність можливості стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води, відсутність можливості контролювати швидкість руху води, що обмежує галузь його використання. Відомий пристрій для відбору проб води (Патент України № 85035, опубл. 11.11.2013), що містить корпус з додатковим вантажем та штуцером для закачування повітря, клапан, закріплений на штоку з поршнем та еластичний трос. Недоліками цього пристрою є складність підготовки його до роботи, значна маса та недостатня точність відбору проб. Вказані недоліки обумовлені наступним. Для підготовки пристрою до роботи необхідно мати або компресор, або ємність для зберігання повітря під високим тиском, апаратуру для контролю за згаданим тиском та приєднувальну арматуру. Наявність у пристрої, що підготовлений до роботи, двох герметичних порожнин, заповнених повітрям потребує для його занурення на глибину додаткового вантажу, який суттєво збільшує масу пристрою. Недостатня точність відбору проби обумовлена тим, що під час занурення пристрою тиск води змінюється пропорційно глибині, і клапан, що нерухомо зв'язаний з поршнем та являється чутливим елементом, відкривається поступово, залежно від положення поршня. Проба також заповнює порожнину пристрою поступово, а при підніманні пристрою вверх - частина її буде витіснена поршнем, що опускається. Ще до недоліків цього рішення належать складність пристрою, відсутність можливості стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води, відсутність можливості контролювати швидкість руху води, що обмежує галузь його використання. Як найближчий аналог, вибрана конструкція установки для біологічної оцінки токсичності вод, яка містить резервуар з досліджуваною водою і тест-організмами, верхня частина якого виконана у вигляді зрізаного конуса, лічильну камеру, одним кінцем прикріплену у верхній частині резервуара, і клапан, відповідно до винаходу, додатково забезпечено джерелом світла, діафрагмою і світлозахисними екраном, при цьому рахункова камера і стінки резервуара виконані прозорими, а нижня частина останнього виконана у вигляді рухомого елемента, на якому розміщено джерело світла, клапан встановлений з можливістю знімання на вільному кінці лічильної камери, а діафрагма розміщена під клапаном, світлозахисні екран установлено на світлопрозорих стінках резервуара, нижня частина резервуара виконана у вигляді поршня, а клапан - пелюстковим (SU 1507275 А1). Даний пристрій застосовується для аналізу стічних вод. До недоліків цього рішення належать складність пристрою, точність дослідження складу води з забруднювачами є недостатньою, відсутність можливості стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води, відсутність можливості контролювати швидкість руху води, що обмежує галузь його використання. Отже, існує потреба у створенні такої установки, в якій реалізована можливість стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води, можливість контролю швидкості руху води, якісного та кількісного складу забруднювача та складу донного наповнювача (піщано-глинистого матеріалу або реальних зразків донних відкладів). В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення установки для моделювання процесу забруднення протічної річкової води, в якій шляхом модернізації, основаної на новій сукупності, розташуванні конструктивних елементів та взаємозв'язку між ними, усувається 2 UA 123043 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 необхідність додаткового складного обладнання, досягається спрощення пристрою, підвищення точності дослідження води, досягається можливість стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води, можливість контролю швидкості руху води, якісного та кількісного складу забруднювача та складу донного наповнювача (піщано-глинистого матеріалу або реальних зразків донних відкладів). Поставлена задача вирішується за рахунок того, що установка для моделювання процесу забруднення протічної річкової води, яка містить ємність, яка виконана з хімічно інертного матеріалу, причому на ємності встановлено лічильник витрати води, де ємність виконана у формі прямокутника й розділена на два відсіки, де відсіки є сполученими послідовно один з одним, перший відсік - призначений для первинного змішування забруднювача з водою, другий відсік - є робочою частиною, причому на ємності встановлено патрубки для подачі й відведення води. Враховуючи те, що заявлене технічне рішення може бути модифіковане та мати альтернативні варіанти виконання, наведений далі опис приведено, як приклад для характеристики його суті та можливості здійснення. Має бути очевидним, що наданий детальний опис не призначений для обмеження заявленого рішення наведеними окремими варіантами втілення, а навпаки, включає всі модифікації, еквіваленти та альтернативи, які підпадають під суть та обсяг патентної охорони, визначеної формулою заявленого рішення конструкції установки. Хімічно інертним матеріалом, з якого виконано установку, є пластик. Розміри ємності установки складають: довжина - 2,0 м, ширина - 0,2 м, глибина - 0,3 м. Розміри першого відсіку складають: довжина - 0,2 м, ширина - 0,2 м, глибина - 0,3 м. Розміри робочої частини складають: довжина - 1,8 м, ширина - 0,2 м, глибина - 0,3 м. Патрубок для подачі води з міської мережі встановлено з торця першого відсіку, патрубок для відведення води у міську каналізацію встановлено з торця робочого відсіку. Установку заповнено на 50 % піщано-глинистим матеріалом, що є досліджуваним донним осадом. Установка для моделювання процесу забруднення протічної (річкової) води, у вигляді ємності (1) з хімічно інертного матеріалу (пластику), прямокутної форми, довжиною 2,0 м, шириною 0,2 м, глибиною 0,3 м, поділеної на сполучені послідовно відсіки: перший (2) розміром 0,2×0,2×0,3 м, для первинного змішування забруднювача з водою; другий (3) - робоча частина розміром 1,8×0,2×0,3 м (імітація русла річки), заповнена на 50 % піщано-глинистим матеріалом (досліджуваними донними осадами); до ємності під'єднано подачу води з міської мережі через торець першого відсіку (з обліком витрати за допомогою лічильника (4)) і відведення води у міську каналізацію (з торця робочого відсіку); установка призначена для фізичного моделювання зміни концентрацій забруднювача в просторі (по руслу річки) і в часі. У випадку стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води у річці дослідник має змогу контролювати швидкість руху води, якісний та кількісних склад забруднювача та склад донного наповнювача (піщано-глинистого матеріалу або реальних зразків донних відкладів). Суть заявленої корисної моделі пояснюється схематичним кресленням, яке жодним чином не обмежує можливість реалізації заявленого рішення конструкції установки та ймовірні інші варіанти її втілення в межах розкритого у формулі. Наведені креслення пояснюють суть реалізації рішення за допомогою умовного матеріального об'єкта, якому властиві включені до формули ознаки. На кресленні зображено схематичне виконання установки. Під наведеними позиціями на кресленні слід розуміти наступне: 1 - ємність з хімічно інертного матеріалу, 2 - перший відсік, 3 другий відсік, 4 - лічильник. Заявлена корисна модель може бути застосована в дослідних установках для моделювання процесу забруднення протічної (річкової) води, для випадку стаціонарного фізичного моделювання процесів забруднення води у річці, де дослідник має змогу контролювати швидкість руху води, якісний та кількісних склад забруднювача та склад донного наповнювача (піщано-глинистого матеріалу або реальних зразків донних відкладів). Як показано на кресленні, установка містить ємність (1), яка виконана з хімічно інертного матеріалу, причому на ємності встановлено лічильник витрати води (4), де ємність виконана у формі прямокутника й розділена на два відсіки, де відсіки є сполученими послідовно один з одним, перший відсік (2) - призначений для первинного змішування забруднювача з водою, другий відсік (3) - є робочою частиною, причому на ємності встановлено патрубки для подачі й відведення води. Принцип роботи корисної моделі пояснюється наступним прикладом. Даний приклад не є таким, що обмежує суть корисної моделі, слугує для розуміння фахівцем її суті. Процес 3 UA 123043 U 5 10 моделювання забруднення протічної (річкової) води проводять таким чином: у до першого відсіку (2) ємності (1) через патрубок подають воду й подають забруднювач. Забруднювач змішується з водою. У робочій камері, яка є другим відсіком (3) й імітує русло річки й яка заповнена на 50 % піщано-глинистим матеріалом (досліджуваними донними осадами) знаходиться потік воді із забруднювачем. До ємності під'єднано подачу води з міської мережі через торець першого відсіку, облік витрати води проводять за допомогою лічильника (4). З торця робочого відсіку відбувається відведення води у міську каналізацію, таким чином, дослідник процесу забруднення протічної (річкової) води контролює зміни концентрацій забруднювача в просторі (по руслу річки) і в часі, швидкість руху води, склад донного наповнювача (піщано-глинистого матеріалу або реальних зразків донних відкладів). Установка дозволяє відтворити стаціонарне фізичне моделювання процесів забруднення води у річці. Для фахівців в даній галузі техніки очевидні можливі подальші модифікації заявленого об'єкта, що охоплюється суттю та межами заявленого об'єкта, як це розкрито у формулі. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Установка для моделювання процесу забруднення протічної річкової води, яка містить ємність, яка виконана з хімічно інертного матеріалу, причому на ємності встановлено лічильник витрати води, де ємність виконана у формі прямокутника й розділена на два відсіки, де відсіки є сполученими послідовно один з одним, перший відсік - є відсіком для первинного змішування забруднювача з водою, другий відсік - є робочою частиною, причому на ємності встановлено патрубки для подачі й відведення води. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що хімічно інертним матеріалом є пластик. 3. Установка за будь-яким з пп. 1-2, яка відрізняється тим, що розміри ємності складають: довжина - 2,0 м, ширина - 0,2 м, глибина - 0,3 м. 4. Установка за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що розміри першого відсіку складають: довжина - 0,2 м, ширина - 0,2 м, глибина - 0,3 м. 5. Установка за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що розміри робочої частини складають: довжина - 1,8 м, ширина - 0,2 м, глибина - 0,3 м. 6. Установка за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що патрубок для подачі води з міської мережі встановлено з торця першого відсіку, патрубок для відведення води у міську каналізацію встановлено з торця робочого відсіку. 7. Установка за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що її заповнено на 50 % піщаноглинистим матеріалом, що є досліджуваним донним осадом. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4