Спосіб знезаражування баластових вод та інших водних середовищ в потоці

1. Спосіб знезаражування баластових вод та інших водних середовищ в потоці, що передбачає гідродинамічну обробку, який відрізняється тим, що гідродинамічну обробку здійснюють шляхом формування двофазного рідинно-парогазового 3 35888 застосуванням в окремих випадках понижених доз реагентів. Поставлена задача вирішена в способі знезаражування баластових вод і інших водних середовищ в потоці, що передбачає гідродинамічну обробку тим, що гідродинамічну обробку здійснюють шляхом формування двофазного рідиннопарогазового середовища з наступним створенням стрибка тиску при русі його по профільованому каналу. Формування двофазного рідиннопарогазового середовища здійснюють шляхом створення вакуумної області в профільованому потоці при об'ємному співвідношенні рідкої й парогазової фаз рівному 1: (0,8 - 2,0), відповідно. Процес знезаражування ведуть при співвідношенні тисків оброблюваного середовища на вході в профільований канал і після гідродинамічної обробки рівним 1: (0,1- 0,7). Крім того, формування двофазного рідинно-парогазового середовища й наступне створення стрибка тиску здійснюють в одному або декількох ділянках профільованого каналу. Оброблюване середовище попередньо насичують повітрям під надлишковим тиском. Перед формуванням двофазного рідинно-парогазового середовища з наступним створенням стрибка тиску, під час або після, оброблюване середовище піддають електророзрядному впливу при амплітуді 36-25000 В і частоті 0, 5-500кГц. Перед формуванням двофазного рідиннопарогазового середовища з наступним створенням стрибка тиску, під час або після, в оброблюване середовище в разі необхідності можна вводити знезаражуючий реагент. Спосіб передбачає подачу під тиском рідини в сопло вакуумстворюючого пристрою з подальшим надходженням її у вакуум-камеру, при цьому, відповідно до корисної моделі, що заявляється, вихідну рідину подають 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 дво фазного 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. 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 4 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 0,8131кПа, при температурі 17°С цей тиск дорівнює 1,938кПа, при температурі 22°С тиск дорівнює 2,645кПа. Рідина при проходженні сопла 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 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. Заявлений спосіб реалізується в установці, принципова схема якої зображена на кресленні. (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. Контролюючі прилади установки - витратомір 10, термометр 11 і манометр 12 включені в підвідний трубопровід 3, між подавальним насосом 2 і 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. Приклади здійснення заявленого способу Приклад 1 Вихідну воду, що являє собою рідке однофазне робоче середовище, подають у сопло 5 під тиском 2,4МПа. 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 2,645кПа, 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. 5 35888 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 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 меншим за величину 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 2,0МПа. 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 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, яке, як правило, є 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, заявлений спосіб має летальну дію на всі види мікроорганізмів (за винятком їхніх стадій, які перебувають у стані спокою і покриті щільною захисною оболонкою) і є перспективним, а також екологічно чистим. 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 3,0МПа 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. 6 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 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, що подає, 2, в 1,8...2,5 рази. Результати обробки стічної води на експериментальній установці при початковому тиску перед вакуумстворюючим пристроєм 3МПа, представлені в таблиці 6. Таким чином, спосіб діє на всі види організмів і є перспективним, а також екологічно чистим. 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 3,0МПа і при температурі 22°С. Одночасно подають рідкий хлор пониженої дози 0,5г/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, 645кПа. 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. Після ввімкнення насоса 2 і стабілізації тиску у вакуум-камері 1, 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 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 2,0г/м 3. 7 35888 8 Таблиця 1 Зведений протокол випробувань на культурах морських організмів № Тест-об'єкт Стадія розвитку Температура °С 1 Cerioodaphnia affinis ювеніси й дорослі особини 21,4¸24,2 Cyprinus salinus 2 3 ювеніси й дорослі особини ювеніси дорослі особини Artemia Salina 20,6¸23,0 20,2¸22,5 активовані яйця 4 дорослі особини Brachionus plicatilis 5 Prorocentrum cordatum 6 латентні яйця Культура в експонентній фазі росту Platymonas viridis -// Смертність і характер ушкодження організмів на виході з установки 100%-ва загибель. Повне руйнування тест-організмів -// 20,5¸22,8 19,5¸21,8 19,3¸21,5 -//-//-//65% 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 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 пе- Проба після обробки на устарвинних відстійників) новці 55 40 121,3 120 19 9 5,6 4,0 4,9 4,6 23×106 24×105 85 тис. 76 тис. 41,5 тис. 35 тис. 6,84 6,95 Таблиця 3 Протокол випробувань на культурі одноклітинних планктонних водоростей Prorocentrum cordatum Дата 3.09.04 Тиск перед Експозиція після модулем, аті випробувань годин 20 0,1 Проба Вихідна Оброблена Середня чисельність, n×106 кл×мл-1 Рухливі клітини Нерухливі клітини 0,41±0,07 0,17±0,06 9 35888 10 Таблиця 4 Протокол випробувань на культура х одноклітинних водоростей Platymonas viridis (6.08.2004p.) і Dunaliella salina (1.10.2004p.) Дата Тиск перед Експозиція після модулем, аті випробувань, годин 6.08.04 20 1.10.04 Проба Вихідна Оброблена Вихідна Оброблена Вихідна Оброблена 1 8 1 1 Середня чисельність, n×106кл×мл-1 Рухливі клітини Нерухливі клітини 1,26 ±0,17 1,23 ±0,25 2,50 ± 0,40 1,6 ±0,12 0,76 ± 0,07 0,67 ± 0,08 Таблиця 5 Протокол випробувань установки на культурі ракоподібних Cerioodaphnia affinis 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 на культурі ракоподібних Artemia Salina Середня чисельність організмів, экз. ×л-1 Умови проведення випробувань Дата 27.08.04 Тиск перед модулем аті 20 Експозиція після випробувань, годин Вихідна 1 Оброблена Проба Живі 1370 Зруйновані* + 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 Л. Купенко 35888 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