Установка для знезаражування баластових вод та інших водних середовищ в потоці

Установка для знезаражування баластових вод та інших водних середовищ в потоці, що містить вакуумстворюючий пристрій, підвідний і відвідний трубопроводи, яка відрізняється тим, що вакуумстворюючий пристрій виконаний у вигляді 3 35346 ку й манометром, при цьому довжина вакуумної ділянки відносно діаметра його порожнини дорівнює L=(3 ¸ 15) ´ D, де L - довжина вакуумної ділянки, D - діаметр порожнини вакуумної ділянки, а довжина сопла відносно діаметра його вихідного зрізу визначається співвідношенням lc/dc — (0,7 ¸ 7), де lc - довжина сопла, dc - діаметр сопла, а співвідношення площі поперечного перетину сопла на рівні вихідної крайки до площі поперечного перетину вакуум-камери складає f = 0,2 ¸ 0,6 , F де f - площа сопла, F - площа вакуум-камери. В заявленій установці рідина подається в сопло вакуумстворюючого пристрою під тиском з подальшим надходженням її у вакуум-камеру, при цьому, відповідно до корисної моделі, що заявляється, вихідну рідину подають у вакуумстворюючий пристрій під тиском, рівним 0,3...10МПа, а на виході вакуум-камери по ходу потоку додатково створюють протитиск, що забезпечує разом з вакуумстворюючим пристроєм концентрацію енергії двофазного середовища для формування стрибка тиску й утворення однофазного середовища. При формуванні стрибка тиску формується широкий спектр коливань різної фізичної природи, у тому числі ультразвукових, електромагнітних і т.д., що сприяють сплескуванню газових бульбашок, які, у свою чергу, сплескуючись, народжують нові коливання, тобто спостерігається лавиноподібний процес сплескування газових бульбашок, що створює потужне ультразвукове поле, у результаті чого відбувається знищення мікроорганізмів в оброблюваному середовищі. Вакуумна область створюється соплом і наступною за ним вакуумною ділянкою. Довжина вакуумної ділянки відносно діаметра його порожнини дорівнює: L=(3 ¸ 15) ´ D, де: L - довжина вакуумної ділянки, D - діаметр порожнини вакуумної ділянки, а довжина сопла відносно діаметра його вихідного зрізу визначається співвідношенням: lc/dc = (0,7 ¸ 7), де: lc - довжина сопла, dc - діаметр сопла. Крім того, на виході вакуумного пристрою знаходиться регулятор протитиску, що забезпечує разом з вакуумстворюючим пристроєм умови для формування стрибка тиску необхідної інтенсивності. Інтенсивність стрибка тиску пов'язана із часом перебування оброблюваного середовища у вакуумній зоні. Більш інтенсивному стрибку відповідає менший час перебування у вакуумній зоні. Час перебування живих форм у вакуумній зоні є самостійним знезаражуючим фактором і є наслідком внутрішньоклітинного газовиділу при різкому зниженні зовнішнього тиску, що призводить до ушкодження клітин. Величина тиску насичення води залежить від температури середовища, наприклад при температурі 4°С, тиск насичення дорівнює 0,8131 кПа, при температурі 17°С цей тиск дорівнює 1,938 кПа, при температурі 22°С тиск дорівнює 2, 645 кПа. Рідина при проходженні сопла скипає. Одночасно із цим величина швидкості потоку стає бі 4 льше локальної швидкості звук у в парогазорідинній суміші. В результаті утворюється високошвидкісний двофазний потік з рівномірним по перетину розподілом обох фаз. Після ввімкнення насоса і стабілізації тиску у вакуум-камері, регулятором протитиску створюють максимально можливий протитиск, при якому глибина вакууму не змінюється. Тим самим створюються умови для стрибка тиску й переходу потоку до однофазного режиму течії. При подальшому русі потоку його швидкість знижується, а тиск зростає й досягає свого максимально можливого значення, що, як правило, менше величини тиску, створюваного насосом в 1,8...2,5 рази. На кресленні зображена принципова схема установки. (Фіг.) Установка містить вакуум-камеру 1, подавальний насос 2, підвідний 3 і відвідний 4 трубопроводи, вакуумстворюючий пристрій, виконаний у вигляді сопла 5, вмонтованого в передню торцеву стінку 6 вакуум-камери 1, і регулятор протитиску 7, що підключений до задньої торцевої стінки 8 вакуум-камери 1. Мановакуумметр 9 з'єднаний з порожниною вакуум-камери 1 у її передній частині. Довжина L вакуум-камери 1 перевищує діаметр D її порожнини в 3-15 разів. Контролюючі прилади установки - витратомір 10, термометр 11 і манометр 12 включені в підвідний трубопровід 3, між подавальним насосом 2 і вакуумстворюючим пристроєм, виконаним у вигляді сопла 5. Перед подавальним насосом 2 установлений фільтр 13, а підвідний 3 і відвідний 4 трубопроводи мають засувки 14, 15, 16. У відвідний трубопровід 4 між регулятором протитиску 7 і задньою торцевою стінкою 8 вакуум-камери 1 підключений манометр 17. Робота установки здійснюється в такий спосіб. Рідина, призначена для обробки, через засувку 14 і фільтр 13 надходить до подавального насоса 2. Після подавального насоса 2 тиск рідини підтримують у межах 2,0 ¸ 2,5 МПа. Манометром 12, термометром 11 і витратоміром 10 вимірюють відповідно тиск, температур у й витрату ви хідної рідини на робочій ділянці від подавального насоса 2 до вакуум-камери 1. При пуску установки засувки 14, 15, 16 перебувають у відкритому положенні. Необхідну величину розрідження у вакуум-камері 1 контролюють мановакуумметром 9, з'єднаним з порожниною передньої частини вакуум-камери 1. Ця величина визначається насиченням рідини. Для води, наприклад, цей тиск становить 0,00182...0,00234 МПа при температурах 16-20°С відповідно. Регулятором протитиску 7 створюють максимально можливий протитиск, а саме тиск, при якому вакуум по мановакуумметру 9 не змінюється. Цей тиск, як правило, становить 0,3...0,8 від величини тиску, створюваного подавальним насосом 2. Для формування стрибка тиску повинно бути дотримане співвідношення: 5 35346 R2 > 15, R1 де: Р1 - тиск до стрибка; Р2 - тиск після стрибка. Установлено, що такий стрибок тиску можливий при співвідношенні площі поперечного перетину сопла 5 на рівні вихідної крайки до площі поперечного перетину вакуум-камери, рівному: f = 0,2 ¸ 0,6 F де: f- площа сопла; F - площа вакуум-камери. Приклади здійснення. Приклад 1 Вихідну воду, що являє собою рідке однофазне робоче середовище, подають у сопло 5 під тиском 2,4 МПа. Внаслідок пережаття струменя, за вихідною крайкою сопла 5 створюється вакуум, рівний тиску насичення вихідної води при даній температурі. Величина тиску насичення води при температурі 22°С дорівнює 2,645 кПа, за рахунок чого в зоні відриву струменя утворюється парогазова фаза. Рідина при проходженні сопла 5 скипає. Одночасно із цим величина швидкості потоку стає більше локальної швидкості звук у в парогазорідинній суміші. В результаті утворюється високошвидкісний двофазний потік з рівномірним по перетину розподілом обох фаз. Після ввімкнення насоса 2 і стабілізації тиску у вакуум-камері 1, регулятором 7 протитиску створюється максимально можливий протитиск, при якому глибина вакуум у не змінюється. Тим самим створюються умови для стрибка тиску й переходу потоку до однофазного режиму течії. При подальшому русі потоку його швидкість знижується, а тиск зростає й досягає свого максимально можливого значення, що, як правило, менше величини тиску, створюваного подавальним насосом 2, в 1,8...2,5 рази. Приклад 2 Вихідну морську воду, що являє собою рідке однофазне робоче середовище, подають у сопло 5 пристрою під тиском 2,0 МПа. Внаслідок пережаття струменя, за вихідною крайкою сопла 5 створюється вакуум, глибина якого визначається станом насичення і залежить від температури оброблюваної води. Рідина при проходженні сопла 5 скипає. У результаті утворюється високошвидкісний двофазний потік з рівномірним по перетині розподілом обох фаз. Після ввімкнення насоса 2 і стабілізації тиску у вакуум-камері 1, регулятором протитиску 7 створюється максимально можливий протитиск, при якому глибина вакуум у не змінюється. Тим самим створюються умови для стрибка тиску й переходу потоку до однофазного режиму течії. При подальшому русі потоку його швидкість знижується, а тиск зростає й досягає свого максимально можливого значення, яке, як правило, є 6 меншим за величину тиску, створюваного подавальним насосом 2, в 1,8...2,5 рази. Результати дослідження життєздатності тесторганізмів після обробки води в експериментальній установці при початковому тиску перед вакуумстворюючим пристроєм 20 аті представлені в таблиці 5. Таким чином, в заявленій установці гинуть всі види мікроорганізмів (за винятком їхніх стадій, які перебувають у стані спокою і покриті щільною захисною оболонкою) заявлена установка є перспективною, а також екологічно чистою. Приклад 3 Стічна вода після первинних відстійників Люберецької станції аерації (м. Москва), що представляє собою рідке однофазне робоче середовище, подається у сопло 5 пристрою під тиском 3,0 МПа і при температурі 22°С. Внаслідок пережаття струменя, за вихідною крайкою сопла 5 створюється вакуум, рівний тиску насичення вихідної води при даній температурі. Рідина при проходженні сопла 5 скипає. Одночасно із цим величина швидкості потоку стає більше локальної швидкості звук у в парогазорідинній суміші. В результаті утворюється високошвидкісний двофазний потік з рівномірним по перетину розподілом обох фаз. Після ввімкнення насоса 2 і стабілізації глибини тиску у вакуумі, регулятором протитиску 7 створюють максимально можливий протитиск, при якому глибина вакуум у не змінюється. Тим самим створюються умови для стрибка тиску й переходу потоку до однофазного режиму течії. При подальшому русі потоку його швидкість знижується, а тиск зростає й досягає свого максимально можливого значення, що, як правило, менше величини тиску, створюваного насосом, що подає, 2, в 1,8...2,5 рази. Результати обробки стічної води на експериментальній установці при початковому тиску перед вакуумстворюючим пристроєм 3 МПа, представлені в таблиці 2. Таким чином, в заявленій установці гинуть всі види організмів. Установка є перспективною, а також екологічно чистою. Приклад 4 Стічна вода після первинних відстійників Люберецької станції аерації (м. Москва), що являє собою рідке однофазне робоче середовище, подають у сопло 5 пристрою під тиском 3,0 МПа і при температурі 22°С. Одночасно подають рідкий хлор пониженої дози 0,5 г/м 3. Внаслідок пережаття, струменя за вихідною крайкою сопла 5 створюється вакуум, рівний тиску насичення вихідної води при даній температурі. Величина тиску насичення води при температурі 22°С дорівнює 2, 645 кПа. Рідина при проходженні сопла 5 скипає. Одночасно із цим величина швидкості потоку стає більше локальної швидкості звук у в парогазорідинній суміші. У результаті утворюється високошвидкісний двофазний потік з рівномірним по перетину розподілом обох фаз. 7 35346 Після ввімкнення насоса 2 і стабілізації тиску у вакуум-камері 1, регулятором протитиску 7 створюється максимально можливий протитиск, при якому глибина вакуум у не змінюється. Тим самим створюються умови для стрибка тиску й переходу потоку до однофазного режиму течії. При подальшому русі потоку його швидкість знижується, а тиск зростає й досягає свого максимально можливого значення, що, як правило, ме 8 нше величини тиску, створюваного подавальним насосом 2, в 1,8...2,5 рази. У результаті комбінованої обробки води з пониженою дозою активного хлору на протязі трьох діб в пробах не вдалося виявити живих мікроорганізмів. При цьому концентрація активного хлору була знижена на 75 %. Необхідна концентрація активного хлору яка забезпечує аналогічний ефект при реагентному знезаражуванні стічної води становить 2,0 г/м 3. Таблиця 1 Зведений протокол випробувань установки на культурах морських організмів № Тест-об'єкт Стадія розвитку Температура °С 1 Cerioodaphnia affinis ювеніси й дорослі особини 21,4 ¸ 24,2 2 Cyprinus salinus ювеніси й дорослі особини ювеніси дорослі особини 20,6 ¸ 23,0 3 Artemia Salina 20,2 ¸ 22,5 активовані яйця Brachionus plicatilis дорослі особини 5 Prorocentrum cordatum латентні яйця Культура в експонентній фазі росту 6 Platymonas viridis 4 20,5 ¸ 22,8 19,5 ¸ 21,8 19,3 ¸ 21,5 Смертність і характер ушкодження організмів на виході з установки 100 %-ва загибель. Повне руйнування тест-організмів -II-II-II-II65 % живих яєць. Через добу інтенсивний викльов науплиусів 100%-ва загибель. Повне руйнування тест-організмів 57 % живих яєць. Викльов Знерухомість, руйнування клітин, загибель культури Клітини водоростей знерушувались, але через 30-40 хвилин після обробки відновлювали рухливість Таблиця 2 Протокол випробувань установки на стічній воді Люберецької станції аерації № Обумовлені величини Одиниці виміру 1 2 3 4 5 6 7 8 9 БПК5 ХПК Зважені речовини Твердість загальна Лужність Коли-Індекс МП А ЭНДО рН мг/л мг/л мг/л мг-екв/л мг-екв/л к.о.е./мл к.о.е./мл Проба вихідна (після первинних відстійників) 55 121,3 19 5,6 4,9 23-106 85 тис. 41,5 тис. 6,84 Проба після обробки на установці 40 120 9 4,0 4,6 24.105 76 тис. 35 тис. 6,95 9 35346 10 Таблиця 3 Протокол випробувань установки на культурі одноклітинних планктонних водоростей Prorocentrum cordatum Дата Тиск перед модулем, аті Експозиція після випробувань годин Проба 3.09.04 20 0,1 Вихідна Оброблена Середня чисельність, n.106 кл.мл-1 Рухливі клітини Нерухливі клітини 0,41 ±0,07 0,17 ±0,06 Таблиця 4 Протокол випробувань установки на культурах одноклітинних водоростей Platymonas viridis (6.08.2004 p.) і Dunaliella salina (1.10.2004р.) Дата Тиск перед модулем, аті Експозиція після випробувань, годин 6.08.04 20 1 1.10.04 8 Проба Вихідна Оброблена Вихідна Оброблена Вихідна Оброблена 1 1 Середня чисельність, n.106кл.мл-1 Рухливі клітини Нерухливі клітини 1,26 ±0,17 2,50 ± 0,40 0,76 ± 0,07 1,23 ±0,25 1,6 ±0,12 0,67 ± 0,08 Таблиця 5 Протокол випробувань установки на культурі ракоподібних Cerioodaphnia afflnis Дата Тиск перед модулем, аті Експозиція після випробувань, годин 10.08.04 20 1 13.08.04 20 1 24.09.04 20 1 Проба Вихідна Оброблена Вихідна Оброблена Вихідна Оброблена Середня чисельність організмів, экз..л-1 Живі самки Зруйновані самки 435 ±21 163 ±15 2190 ±185 261 ±11 350 220 Таблиця 6 Протокол випробувань установки на культурі ракоподібних Artemia Salina Дата 27.08.04 Умови проведення випробувань Тиск перед модулем аті Експозиція після випробувань, годин 20 1 Проба Середня чисельність організмів, экз..л-1 Живі Вихідна Оброблена Зруйновані* 1370 + Примітка: * - плюсом позначені проби, у яких організми представлені гомогенізованими тканинами і по цій причині не може бути підрахована чисельність організмів в обробленій пробі. 11 Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 35346 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601