СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ СИНЕРГЕТИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ Российский патент 2012 года по МПК C02F1/36 C02F1/50 C02F103/04 C02F103/42 

Изобретение относится к области обеспечения безопасности жизнедеятельности человека, а именно к обеззараживанию как питьевой, так и сточной воды, может быть использовано при обработке воды бассейнов и других как открытых, так и закрытых резервуаров.

Известен способ обеззараживания воды, при котором в проточных объемах осуществляют синергетическое воздействие на обеззараживаемый поток, осуществляя гидродинамическую обработку и последующую обработку ультрафиолетовым излучением (см. заявку Франции №2637582 от 13.04.90).

К недостаткам этого способа относится невысокая эффективность гидродинамической обработки, которую осуществляют кавитацией, путем возбуждения турбулизацией потока кавитационных явлений без дополнительных побуждающих кавитацию приемов.

Известен также способ обеззараживания воды синергетическим воздействием, при котором осуществляют предварительную гидродинамическую обработку потока воды в кавитационном реакторе проточного типа с последующей обработкой ультрафиолетовым излучением (см. патент РФ №2209772 от 10 августа 2003 года).

Однако существует возможность повторного заражения воды микробиологическими объектами после проведенной обработки воды.

Перед разработчиками была поставлена задача: создать способ комплексного обеззараживания воды с эффектом последействия на первом этапе воздействия - гидродинамической кавитации, при которой обеспечивают разрушение колоний микробных клеток до уровня единичных клеток и дальнейшего разрушения наружной оболочки каждой клетки, на втором этапе воздействия - серебром - металлом, обладающим олигодинамическими свойствами, обеспечивая окончательную стерилизацию потока и эффект консервации путем адсорбции металла клеточной поверхностью с последующей блокировкой им ферментных систем клетки, что в дальнейшем обуславливает ее гибель, а наличие в жидкости диспергированных частиц металла, образовавшихся в результате кавитационного разрушения, обуславливает защиту воды от повторного заражения.

Цель изобретения - повышение уровня обеззараживания и консервация воды за счет диспергирования серебра при кавитационной обработке воды.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обеззараживания воды синергетическим воздействием, при котором осуществляют предварительную гидродинамическую обработку потока воды в кавитационном реакторе проточного типа с последующей окончательной стерилизацией потока, предложено окончательную стерилизацию потока воды производить в резервуаре диспергированными частицами серебра, получаемыми в результате прохождения потока через камеру кавитационного реактора, состоящую из прямоугольного канала шириной b и высотой h, связанных соотношением

внутри которого по центру канала располагают цилиндрический возбудитель кавитации и две листовые подложки, закрепленные за основаниями возбудителя по ходу движения потока, связанные между собой соотношениями:

где H - высота возбудителя кавитации, м,

D - диаметр возбудителя кавитации, м,

В - ширина подложки, м,

L - длина подложки, м,

при этом возбудитель кавитации и подложка выполнены из

серебросодержащего металла.

Сущность происходящих процессов поясняется следующим. Негативный эффект кавитации - гидроабразивный износ металлов - в предлагаемом способе использован как положительный эффект и играет две функции. Во-первых, он направлен на разрушение защитных барьеров клеток микроорганизмов, что способствует в дальнейшем повышению эффективности обеззараживания воды. Во-вторых, происходит разрушение и одновременное диспергирование в потоке жидкости металла, находящегося в зоне кавитации. Размеры диспергированных частиц находятся в пределах от 10^-4 до 10^-8 м. В результате образуется высокодисперсная система с сильно развитой межфазной поверхностью.

Разрушению подвергаются возбудитель кавитации и две листовые подложки, находящиеся в зоне кавитации. Материал, из которого они изготовлены, - металл с большой массовой долей серебра. Состав металла по содержанию серебра является ноу-хау авторов. Серебро обладает сильным олигодинамическим эффектом. Тонкое диспергирование его в потоке жидкости позволяет увеличить удельную поверхность контакта с микроорганизмами, а следовательно, и количество сорбированных ионов серебра в поврежденных кавитацией клеточных оболочках. При сорбировании избыточного их количества, серебро проникает внутрь клетки и задерживается цитоплазматической мембраной. В цитоплазматической мембране расположены основные ферментные системы клетки. Серебро блокирует бактериальные ферменты, в результате чего клетка гибнет (см. Кульский Л.А. Серебряная вода. Киев: Наукова думка, 1987. - 136 с.).

При поступлении на обработку гидродинамической кавитацией поток воды сужают до достижения скорости потока 19,0÷28,0 м/с, далее возбуждают кавитационные процессы, обеспечивая образование мощных ударных волн, кумулятивных микроструй воды и высокотемпературных тепловых импульсов.

Максимум биоцидного воздействия кавитации приходится на значение стадии кавитации λ=2÷3 (см. Гидродинамическая кавитация обеззараживает воду / Флегентов И.В., Дегтерев Б.И., Беляев А.Н., Акчурин Р.Ю. - Экология и промышленность России. - 2000. - №11. - С.14-15), которая находится по формуле

,

где l - длина зоны кавитации, м,

D - диаметр возбудителя кавитации, D=3÷12 мм.

Воздействие гидродинамической кавитации на микроорганизмы является наиболее эффективным при достижении скорости потока жидкости в канале кавитационного реактора 19,0-28,0 м/с. При скорости потока менее 19,0 м/с энергии, высвобождающейся при прохождении кавитационных процессов, недостаточно для нарушения защитных барьеров микробных клеток. При скорости более 28,0 м/с, как показали исследования, значительно увеличивается гидравлическое сопротивление проходящему потоку за счет сильной турбулизации зоны сжатого сечения, что приводит к снижению энергии потока, направленной на разрушение клеток (см. патент РФ №2209772 от 10 августа 2003 года).

На фиг.1 представлена технологическая схема осуществления предлагаемого способа, на фиг.2 и фиг.3 - схема проточного кавитационного реактора в 2-х сечениях для использования его в способе комплексной биоцидной обработки воды. Позициями обозначены: 1 - резервуар; 2 - насос; 3, 5 - регулирующие задвижки; 4 - проточный объем (кавитационный реактор); 6 - расходомер; 7 - корпус кавитационного реактора; 8 - возбудитель кавитации; 9 - листовые подложки; 10 - съемные крышки кавитационного реактора.

Способ осуществляют следующим образом.

Поток обеззараживаемой воды направляют в проточный объем 4, в котором производятся процессы биоцидной обработки жидкости и получения высокодисперсной системы на основе частиц серебра, обладающей олигодинамическими свойствами. Здесь происходит разрушение материалов, контактирующих с зоной кавитации, в том числе и микроорганизмов находящихся в воде, гибель части живых и ослабленных микроорганизмов, срыв специфических защитных барьеров микробных клеток в целом. Окончательную обработку воды производят в потоке и резервуаре последующим контактом поврежденных и ослабленных клеток с тонкодисперсными частицами серебра, находящимися в жидкости и полученными в результате кавитационной эрозии возбудителей кавитации и подложек.

Обрабатываемая вода из резервуара 1 насосом 2 подается через задвижку 3, обеспечивающую необходимую скорость потока 19,0÷28,0 м/с, поступает в проточный объем 4, выполненный в виде кавитационного реактора, в корпусе 7 которого выполнен канал прямоугольного сечения шириной b и высотой h. По оси канала расположен цилиндрический возбудитель кавитации 8 диаметром D. За основаниями возбудителя по ходу движения потока находятся листовые подложки 9, которые вмонтированы в крышки реактора 10 и вместе с ними образуют противоположные стенки канала. Необходимое противодавление в системе для изменения длины зоны кавитации создается задвижкой 5, которая обеспечивает регулирование гидравлического сопротивления в проточном объеме 4. Контроль режимов работы системы осуществляется посредством расходомера 6. После обработки гидродинамической кавитацией поток воды поступает обратно в резервуар 1, где происходит окончательная стерилизация потока.

Для практического использования способа обеззараживания воды синергетическим воздействием в таблице предложены значения параметров кавитационного реактора и режимов работы технологической схемы, исходя из суточной потребности в обработке воды.

Основным направлением внедрения способа является обеззараживание воды бассейнов, как плавательных, так и используемых в индивидуальном жилищном строительстве. Способ применим также для профилактики эпидемических и других заболеваний, передающихся водным путем в условиях чрезвычайных ситуаций.

Таблица Объем
резервуара, м Расход воды, м³/ч Параметры кавитационного реактора, мм макси
мальный мини
мальный диаметр возбудителя кавитации ширина канала высота канала высота возбудителя кавитации ширина подложки длина подложки 30 1,8 1,2 3,0 6,0 3,0 3,0 6,0 10,5 50 3,2 2,2 4,0 8,0 4,0 4,0 8,0 14,0 80 5,0 3,4 5,0 10,0 5,0 5,0 10,0 17,5 110 7,3 4,9 6,0 12,0 6,0 6,0 12,0 21,0 160 9,9 6,7 7,0 14,0 7,0 7,0 14,0 24,5 200 12,9 8,7 8,0 16,0 8,0 8,0 16,0 28,0 260 16,3 11,0 9,0 18,0 9,0 9,0 18,0 31,5 320 20,2 13,7 10,0 20,0 10,0 10,0 20,0 35,0 390 24,4 16,6 11,0 22,0 11.0 11,0 22,0 38,5 470 29,0 19,7 12,0 24,0 12,0 12,0 24,0 42,0

Предложенный способ обеззараживания воды синергетическим воздействием позволяет добиться повышения уровня обеззараживания и консервация воды за счет разрушения и диспергирования серебра при кавитационной обработке воды.

Изобретение может быть использовано при обработке питьевой и сточных вод, а также воды бассейнов. Для осуществления способа обеззараживания воды синергетическим воздействием проводят предварительную гидродинамическую обработку потока воды в кавитационном реакторе проточного типа с последующей окончательной стерилизацией потока в резервуаре диспергированными частицами серебра, получаемыми в результате прохождения потока через камеру кавитационного реактора. При этом камера состоит из прямоугольного канала шириной b и высотой h, связанных соотношением b=(0,45÷0,55)h, внутри которого по центру канала располагают цилиндрический возбудитель кавитации и две листовые подложки, закрепленные за основаниями возбудителя по ходу движения потока, связанные между собой соотношениями: H=h, B=b, D=h, L=(3÷3,5)D, где H - высота возбудителя кавитации, м, D - диаметр возбудителя кавитации, м, В - ширина подложки, м, L - длина подложки, м. Возбудитель кавитации и подложка выполнены из серебросодержащего металла. Способ обеспечивает повышение уровня обеззараживания и консервацию воды. 3 ил., 1 табл.

Способ обеззараживания воды синергетическим воздействием, при котором осуществляют предварительную гидродинамическую обработку потока воды в кавитационном реакторе проточного типа с последующей окончательной стерилизацией потока, отличающийся тем, что окончательная стерилизация потока воды производится в резервуаре диспергированными частицами серебра, получаемыми в результате прохождения потока через камеру кавитационного реактора, состоящую из прямоугольного канала шириной b и высотой h, связанных соотношением b=(0,45÷0,55)h, внутри которого по центру канала располагают цилиндрический возбудитель кавитации и две листовые подложки, закрепленные за основаниями возбудителя по ходу движения потока, связанные между собой соотношениями H=h, B=b, D=h, L=(3÷3,5)D,
где H - высота возбудителя кавитации, м,
D - диаметр возбудителя кавитации, м,
В - ширина подложки, м,
L - длина подложки, м,
при этом возбудитель кавитации и подложки выполнены из серебросодержащего металла.