СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 2002 года по МПК C02F1/48 C02F103/04 

Изобретение относится к технологии обеззараживания питьевой воды, воды для плавательных бассейнов, природных грунтовых вод, сточных вод.

Известен способ обеззараживания жидкой среды, который предусматривает облучение потока текучей среды излучением оптического диапазона в импульсном режиме, причем каждый объем текучей среды облучают серией из не менее чем двух импульсов длительностью в интервале 1-10 с, с суммарной энергией в серии, обеспечивающей концентрацию энергии в текучей среде 1-10 Дж/см в диапазоне длин волн 0,2-4,5 мкм (Свиридов В.А., Хохлов Н.П., Волощук С.С., Маркин В.Н., Денькин В.В. Способ обеззараживания жидкой среды, C 02 F 1/32, 94001950/12, 10.12.1999).

Известен способ обеззараживания жидкой среды, заключающийся в обработке воды лазерным пучком мощностью 0,03-0,07 мВт/см² в ультрафиолетовой области при толщине слоя воды 3-6 см в течение 3-5 мин (Беличенко Ю.П., Гордеев Л.С. , Комисаров Ю.А. Способ обеззараживания природных и сточных вод, 5058732/26, C 02 F 1/32, 04.10.1995).

К недостаткам вышеперечисленных способов относится необходимость использования оптических источников излучения и в связи с этим невозможность обработки оптически непрозрачных жидкостей и сред.

Известно устройство для подготовки воды для питьевого и технического водоснабжения, которое содержит корпус, расположенные в нем электроды, патрубки для подвода и отвода воды, патрубок для подвода кислородосодержащего газа и патрубок для отвода отработанного озоносодержащего газа, высоковольтный и заземленный электроды. Очистка и обеззараживание воды осуществляются за счет окисления примесей, находящихся в воде, озоном, атомарным кислородом, возбужденными молекулами кислорода, образующимися при электрических разрядах в кислородосодержащем газе и воде (Рязанов Н.Д., Рязанов К.Н. Устройство для очистки и обеззараживания воды 98110868/25, 06.01.1998, C 02 F 1/46).

К недостаткам этого способа относится необходимость использования высоких напряжений для создания озона.

Наиболее близким из аналогов к заявляемому относится способ обработки воды сверхвысокочастотным электромагнитным полем на частоте 2375 МГц и при интенсивности более 1 Вт/см² и длительности обработки 10 мин (Н.Г. Потапченко, О.С. Савлук. Антимикробное действие электромагнитных излучений и обеззараживание воды. Химия и технология воды, 1990, т. 12, 10, с.939-951).

Недостатком известного способа является малая глубина проникновения в воду радиоволн в сверхвысокочастотном диапазоне (порядка нескольких миллиметров), в связи с этим невозможность обработки больших объемов единовременно (не более 0,1 м³ воды, за 10 мин) и значительная энергоемкость из-за низкого кпд источников СВЧ-излучения, порядка 30-50 Вт•ч при выходной мощности подаваемой на излучатель более 1 Вт/см².

Технический результат изобретения заключается в обработке большего объема жидкости и снижении энергозатрат на процесс обеззараживания жидких сред.

Этот результат достигается тем, что производится обработка жидкости электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона (3-30 Гц) или электромагнитным полем, амплитудно-модулированным, или частотно-модулированным, или фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона, при этом величина магнитной индукции каждого указанного электромагнитного поля составляет 0,5-50 мТл, а длительность воздействия 5-120 мин.

Как показал обзор патентно-технической литературы, нигде раньше для обработки жидкости не применялось электромагнитное поле, амплитудно-модулированное колебаниями крайне низкочастотного диапазона, или электромагнитное поле, частотно-модулированное колебаниями крайне низкочастотного диапазона, или электромагнитное поле, фазомодулированное колебаниями крайне низкочастотного диапазона, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ заключается в следующем. Вода подается в заземленную камеру, выполненную из стали. В камере находится излучатель, расположенный так, чтобы максимальное число линий магнитной индукции пронизывало объем обрабатываемой жидкости. На излучатель подаются электрические колебания. При этом создается электромагнитное поле крайне низкочастотного диапазона (3-30 Гц) или амплитудно-модулированное, или частотно-модулированное, или фазомодулированное электромагнитное поле колебаниями крайне низкочастотного диапазона, при этом величина магнитной индукции каждого указанного электромагнитного поля составляет 0,5-50 мТл, а длительность воздействия 5-120 мин.

При воздействии электромагнитного поля с указанными параметрами происходит резонансное поглощение энергии поля атомами щелочных и щелочно-земельных элементов и изменение спиновой ориентации валентных электронов этих атомов. В результате происходит изменение скоростей химических реакций, протекающих на мембранах клеток микроорганизмов (Кузнецов А.Н., Ванаг В.К. Механизм действия магнитных полей на биологические системы. Серия биологическая 6, 1987. С. 814-825). Обмен веществ замедляется и после израсходования питательных веществ внутри клеток наступает их гибель.

Ввиду того что электромагнитное поле крайне низкочастотного диапазона в водной среде убывает практически так же, как в вакууме, то возможна обработка значительных объемов жидкости. Так, при создании вблизи излучателя поля порядка 50 мТл возможно обработать объем жидкости, равный 10 м³.

Пример 1. Берут объем, равный 10 м³ 0,85%-ного раствора NaCl (физиологический раствор), в котором концентрация культуры E.coli (коли-индекс) составляет 10000, и подают его в камеру для обработки. На излучатель, представляющий собой многослойную катушку с индуктивностью L=0,3 Гн, подают электромагнитные колебания крайне низкочастотного диапазона, при этом создается электромагнитное поле, величина магнитной индукции которого составляет 50 мТл, воздействие которым производят в течение 5 минут. Энергопотребление установки составляет 10 Вт•ч. После обработки коли-индекс равен 0.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1 (объем физиологического раствора равен 0,1 м³), на излучатель поступают амплитудно-модулированные колебания с частотой несущей 10 кГц и модулирующей частотой, лежащей в крайне низкочастотном диапазоне. В результате создается электромагнитное поле, магнитная индукция которого 0,5 мТл. Воздействие производят в течение 120 мин. При этом глубина модуляции составляет 70%. Энергопотребление установки составляет 2 Вт•ч. После обработки коли-индекс равен 3.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1 (объем физиологического раствора равен 10 м³), на излучатель поступают частотно-модулированные колебания с частотой несущей 10 кГц и модулирующей частотой, лежащей в крайне низкочастотном диапазоне. В результате создается электромагнитное поле, магнитная индукция которого 50 мТл. Воздействие производят в течение 5 мин. При этом девиация частоты составляет 250 Гц. Энергопотребление установки составляет 10 Вт•ч. После обработки коли индекс меньше 3.

Пример 4. Способ осуществляют аналогично примеру 1 (объем физиологического раствора равен 0,1 м³), на излучатель поступают фазомодулированные колебания с частотой несущей 10 кГц и модулирующей частотой, лежащей в крайне низкочастотном диапазоне. В результате создается электромагнитное поле, магнитная индукция которого 0,5 мТл. Воздействие производят в течение 5 мин. При этом девиация фазы составляет 150^o. Энергопотребление установки составляет 2 Вт•ч. После обработки коли-индекс меньше 3.

Данные показатели по коли-индексу соответствуют государственным стандартам на дезинфицированную или стерилизованную воду.

Среднее энергопотребление в предложенном способе меньше, чем в прототипе, в 5 раз при обработке объема жидкости, большего на порядок.

Таким образом, предложенный способ позволяет обрабатывать значительные объемы жидкости при низких энергозатратах.

Изобретение относится к обеззараживанию питьевой воды, воды для плавательных бассейнов, природных грунтовых и сточных вод. Жидкость обрабатывают электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона 3-30 Гц, или электромагнитным полем, частотно-модулированным, или амплитудно-модулированным, или фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона. Величина магнитной индукции каждого поля составляет 0,5-50 мТл, а длительность воздействия 5-120 мин. Технический результат состоит в возможности обработки значительного объема жидкости при низких энергозатратах.

Способ обеззараживания жидких сред, заключающийся в том, что производится обработка жидкости электромагнитным полем, отличающийся тем, что производится обработка жидкости электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона (3-30 Гц) или электромагнитным полем амплитудно-модулированным или частотно-модулированным, или фазомодулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона, при этом величина магнитной индукции каждого указанного электромагнитного поля составляет 0,5-50 мТл, а длительность воздействия 5-120 мин.