Применение ультразвуковой установки как способ обеззараживания в технологической схеме очистки сточных вод мясокомбината. Обеззараживание воды ультразвуком
Очистка и обеззараживание воды ультразвуком
Удаление из воды вредных и опасных примесей производится в настоящее время с использованием разных технологий. Изучим подробнее, что такое очистка и обеззараживание воды ультразвуком. В данной статье мы рассмотрим не только особенности данного способа, но и проверим иные альтернативные решения подобного действия. Сравнительный анализ поможет сделать правильные выводы при проектировании специализированного оборудования.
Что такое ультразвук и как его используют для выполнения отдельных функций?
Ультразвуковые волны – это колебания высокой частоты. Чаще всего используется порог 20 кГц. Этот уровень определяется границей слышимости человеческого уха. Очистка и обеззараживание воды ультразвуком работает при кавитации, возникновении в объеме большого количества образованных газом пузырьков. При их быстром росте и последующем разрушении в жидкой среде возникают резкое локальное увеличение давления и температуры. Именно эти воздействия используются для получения необходимых результатов.
Они разрушают оболочки микроорганизмов, твердые примеси, осевшие в виде слоев на поверхностях труб, иных деталей и узлов. Дополнительные полезные функции выполняют образующиеся при кавитации активные радикалы. Эти соединения ускоряют процессы окисления. При создании излучателя соответствующего типа следует учитывать, что не следует чрезмерно увеличивать частоту. Кавитация происходит интенсивнее в диапазоне от 18 000 до 50 000 Гц. Чтобы обеззараживание жидкости было эффективным необходимо обеспечить высокую плотность поля, от 1,5 до 2 Вт на 1 см. куб. объема. Также потребуется высокая мощность для разрушения слоев механических загрязнений.
Обеззараживание воды ультразвуком: сравнение с другими технологиями
Уничтожение микроорганизмов ультразвуком в воде довольно долго производится с использованием хлора. Такой метод эффективен, не сопряжен с излишними затратами на реагенты, отличается пролонгированным действием. Только в последние годы появились доказательства опасности хлорных соединений. Их избыточная концентрация вредна для человеческого организма. Она же способна ухудшить работоспособность различных технических устройств. В частности, производители установок обратного осмоса обязательно указывают предельно допустимые концентрации данного вещества с целью предотвратить повреждение полупроницаемых мембран.
.jpg)
Озонирование также небезопасно. Сам газ, используемый в данной технологии, токсичен. Обеззараживание воды ультразвуком использовать надо с повышенной осторожностью, что ограничивает сферу применения. Принудительная или естественная аэрация также обладают существенными недостатками. Такие технологии сложно применять в быту. Длительное кипячение воды, дистилляция – данные методики сопровождаются повышенными затратами энергии и времени.
Именно поэтому, из-за наличия существенных недостатков имеющихся технологий, появились новые исследования в данной области и как итог – альтернативные решения. Наиболее приемлемой, с учетом всех важных параметров, является ультрафиолетовое обеззараживание воды. Сравним ее далее с ультразвуковым излучением.
Для создания излучения в нужном диапазоне спектра используются специальные лампы. Чтобы получить необходимый обеззараживающий эффект (на опытном образце с определенной концентрацией биологических примесей), десять литров жидкости необходимо облучать в течение часа. При этом затрачено было около 0,5 Вт электроэнергии. Такой же результат был получен с использованием примерно 800 Вт и ультразвукового излучателя. Чрезмерные затраты – это первый основной недостаток метода. Следует отметить, что экспериментально было подтверждено увеличение количества микроорганизмов при низких значениях времени обработки, интенсивности излучения. В таких случаях наблюдалось обратное, позитивное влияние на их жизнедеятельность.
Иногда правильное использование методики обеззараживания воды ультразвуком способно обеспечить наличие так называемого синергетического эффекта, то есть существенное совместное улучшение полезных параметров. Если произвести ультразвуковую обработку перед облучением ультрафиолетом, то можно будет разрушить крупные механические частицы. В последующем губительное воздействие облучением на микроорганизмы (размещенные перед этим внутри подобных фракций) будет сильнее. Но подобные включения гораздо проще и дешевле задержать магистральными фильтрами.
Ультрафиолетовые лампы обладают одним существенным недостатком. Их эффективность снижается существенно при закреплении на внешней поверхности непрозрачных загрязнений. Такие образования возникают, например, если в исходной жидкости присутствуют соединения кальция и магния, определяющие уровень жесткости воды. При нагреве они преобразуются в накипь.
Разрушение ее, а также удаление ржавчины и других слоев производится иногда с использованием ультразвукового оборудования. Методика эта не нова и она отработана довольно хорошо. Но ее применение сопряжено со следующими трудностями:
- Отсутствие точной локализации. Чтобы уничтожение вредных отложений происходило быстро, приходится увеличивать мощность излучения. Оно воздействует подобным разрушительным образом на сварные соединения, пайку, окрасочные, защитные и декоративные слои;
- Невозможность точного контроля. Так ка большинство подобных операций производится в закрытых для визуального доступа областях, то проверять ход рабочих процессов будет невозможно. Соответственно, нельзя оптимизировать длительность, интенсивность обработки, иные параметры.
Для очистки поверхностей ультрафиолетовых ламп в быту используются простейшие механические методики, а в коммерческих и промышленных установках – специальные химические реагенты. Предварительная обработка ультразвуком может ускорить эти процессы, но затраты на ее произведение будут слишком велики. Если же изучить разнообразные реальные проблемы, то надо помнить о том, что иногда приходится удалять такие виды загрязнений, которые не разрушаются ультразвуком.
Очистка и обеззараживание воды ультразвуком ограничена также нормами отечественных действующих стандартов безопасности. При эксплуатации установок, использующих излучение в соответствующем частотном диапазоне, регламентируется мощность, расстояние до рабочего места, иные параметры. Общим требованием является необходимость исключения контакта человека с поверхностью, по которой может передаваться ультразвук.
Технологии ультразвуковой очистки воды с небольшими и минимальными ограничениями
Из приведенных выше сведений можно понять, что очистка и обеззараживание воды ультразвуком сопровождаются повышенными затратами, множеством ограничений. Но есть методики, которые позволяют получить необходимый результат с меньшими трудностями.
Если предполагается подготовка воды для питья, то здесь можно использовать специализированные фильтры или же электрохимическую очистку воды. Простейшие устройства ультразвуковой очистки воды, в виде кувшинов, можно перемещать в нужные пользователям места. Они не присоединяются к водопроводу и другим инженерным сетям.
Когда необходима стационарная обработка большого количества жидкости ежедневно, а степень загрязнения велика, то нет ничего лучше, чем современная установка очистки воды ультразвуком. В таком оборудовании используются мембраны с мелкими порами. Они не пропустят химические соединения и биологические примеси, превышающие размерами молекулу воды. Чтобы предотвратить последующее вторичное заражение подобную систему дополнительно можно укомплектовать блоком с встроенной УФ-лампой. Кстати, в этом варианте, будет обеспечено предварительное обеззараживание питьевой воды, поэтому не потребуется периодическая очистка корпуса прибора.
Также следует изучить возможности профессиональной серии магнитных преобразователей, таких как «АкваЩит Pro». Их потребляемая мощность невелика, составляет около 20-ти Ватт в час. Но ее достаточно для изменения электрических потенциалов на оболочках микроорганизмов, сто впоследствии приводит к их уничтожению. Пригодятся и основные функции приборов: изменение структуры и формы соединений кальция и магния, делающие невозможным последующее образование накипи.
vodopodgotovka-vodi.ru
Ультразвук в водоподготовке
Ультразвук в системах водоснабжения применяется для обнаружения трещин и других повреждений на трубопроводах и технологическом оборудовании с помощью методов ультразвуковой дефектоскопии, находит также применение в контрольно-измерительных приборах для определения уровня жидкости в резервуарах и для установления скорости течения воды в напорных и безнапорных каналах (ультразвуковые водосчетчики). Ультразвуковая обработка оборудования используется для удаления минеральных отложений. В водоподготовке ультразвук применяется для обеззараживания питьевой воды и удаления из нее примесей и загрязнений.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
По своей физической сущности ультразвук представляет собой упругие волны наподобие обычных звуковых волн, но с большими частотами от 15 кгц до 106 кгц. Такие частоты колебаний придают ультразвуку уникальные возможности по своему распространению и затуханию в воде. Это проявляется в дисперсии звука, а также в образовании зон разряжений и уплотнений. Эти зоны образуют своеобразную дифракционную решетку, на которой происходит дифракция световых волн в оптически прозрачных средах, например, чистой воде.
Другая особенность ультразвука – большая интенсивность колебаний при небольших амплитудах. Это приводит к высокой плотности потока энергии, которая вызывает в воде явление кавитации – рост пузырьков газа в воде. В этих пузырьках возникают области высоких давлений и локальных разряжений. Кавитация в воде наступает уже при частоте колебаний 20 кгц и плотности потока энергии 0,3 Вт/см2. При больших частотах – 100–10 000 кгц и интенсивности в несколько Вт/см2 происходит образование фонтана или тумана.
Ультразвук получают с помощью генераторов, которые можно условно разбить на две группы. К первой группе относятся механические излучатели, однако они обладают невысоким КПД и широким спектром излучаемых частот, что сильно ограничивает область их использования. Ко второй, основной группе ультразвуковых генераторов относятся все виды преобразователей, которые тем или иным способом преобразуют электрические колебания в механические.
Для получения низкочастотных колебаний используются электрические излучатели, работающие на основе эффекта магнитострикции с сердечниками из никеля, ферритов и других сплавов. Магнитострикционные излучатели представляют собой цилиндрические или кольцевые сердечники с обмоткой, на которую подается переменный электрический ток определенной частоты. Получение ультразвука средней и высокой частот производится главным образом за счет пьезоэффекта при использовании кристаллов кварца, ниобата лития и дигидрофостфата калия. Такие излучатели представляют собой пластины из этих материалов, к которой подведены электрические провода для подачи переменного электрического тока. Во всех видах излучателей для увеличения интенсивности излучения применяют ультразвуковую фокусировку, а для увеличения амплитуды – концентраторы ультразвукового излучения.
Очистка воды от примесей
На кавитации, вызываемой ультразвуковым воздействием, основан метод удаления из воды примесей железа, марганца, а также растворенных газов. В нем применяется механический ультразвуковой генератор, выполненный в виде эжектора. При протекании воды через этот эжектор образуется паровоздушная смесь со скоростью распространения, превышающей звуковой барьер. Это вызывает кавитацию и приводит к дроблению воды до субмикронных размеров с резким уменьшением, вплоть до 1 мин, времени окисления кислородом воздуха двухвалентного железа (Fe +2) до трехвалентного (Fe +3). При этом также окисляются примеси марганца. Это связано с тем, что скорость распространения звуковых волн в водновоздушной среде сильно падает и достигает минимума при 27 м/с (около 97 км/ч). Поэтому сверхзвуковые скорости в эжекторе, разработанном фирмой «Тензор» (Дубна, Московская обл.), могут быть достигнуты при невысоких давлениях в водонапорной линии, которые обычно составляют всего 2,5–3,0 атм.
Ультразвуковое обеззараживание
Одним из способов обеззараживания воды в процессе водоочистки и обработки стоков является ультразвуковая обработка, которая основана также на использовании кавитации, вызванной ультразвуком. Образование высоких давлений при протекании кавитации приводят к разрыву оболочек клеток микроорганизмов и их дальнейшей гибели. Важной особенностью ультразвукового обеззараживания питьевой воды является то, что бактерицидное действие ультразвука чрезвычайно сильно зависит от интенсивности колебаний. Для полного уничтожения патогенной микрофлоры, включая ряд споров и грибков, необходимы достаточно большие дозы поглощенной энергии. В ряде случаев это очень затруднительно, и поэтому для широкого практического применения используется комбинированное воздействие на воду, включающее ультразвуковое и УФ облучение. Примером может служить серия установок «Лазурь–М» производства компании «Сварог» (Москва), в которой использовано УФ излучение с максимумами 253,7 и 185 нм совместно с ультразвуковым воздействием. Эти установки выпускаются в модульном исполнении производительностью от 0,5 до 50 м3/ч и используются как в отдельных коттеджей, так и в населенных пунктах и на промышленных предприятиях.
Разрушение органических загрязнений воды
Недавно в университете Purdue (США) был разработан эффективный метод использования ультразвука для очистки воды, который заключается в разрушение примесей органического происхождения под действием кавитации, сопровождающейся сонолюминесценцией. Суть этого явления заключается в том, что в лопающемся пузырьке при высоких температурах и давлении находится газ, который светится. Этого излучения в сочетании с температурным и манометрическим воздействием оказывается достаточно для разрушения примесей органического происхождения. Предполагается, что ультразвуковые технологии в будущем будут удачной альтернативой традиционным методам, использующим хлор и озон. Дело в том, что под воздействием этих соединений происходит обеззараживание и очистка воды, но также образуются различные органические соединения, обладающие токсичностью. Ожидается, что в результате такой обработки органические примеси распадаются на относительно безвредные компоненты. Разработчики считают несомненными преимуществами этого метода отсутствие химических реагентов и легкость его применения на практике.
Рис. 1 Ультразвуковые преобразователи, применяющиеся в составе ультразвуковых водосчетчиков.
Рис. 2 Ультразвуковой противонакипной аппарат «ЗЕВСОНИК В-2»
Рис. 3 Установка для обеззараживания воды комбинированным воздействием ультразвука и ультрафиолетового облучения «Лазурь М 250».
Статья из журнала «Аква-Терм» ноябрь-декабрь, № 6 (88), 2015. Рубрика «Водоснабжение и водоподготовка»
Опубликовано: 04 декабря 2015 г.
вернуться назад
Читайте так же:
aqua-therm.ru
Применение ультразвука в системах для обеззараживания воды Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»
ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ
Л.М. Василяк
ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В СИСТЕМАХ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ
Объединённый институт высоких температур РАН, ул. Ижорская, 13, строение 2, г. Москва, 125412, Россия, [email protected]
До конца ХХ века дезинфекция воды фактически отождествлялась с хлорированием. В 70-х годах было обнаружено, что образующиеся при хлорировании побочные продукты, в основном гало-генорганические соединения, в питьевой воде представляют опасность для здоровья людей, а в сточных водах наносят серьезный ущерб экологии водоемов [1, 2]. Это послужило мощным толчком к развитию альтернативных методов обеззараживания. Среди множества химических и физических методов, обладающих бактерицидным действием, практическое применение в промышленных масштабах получило весьма ограниченное их число: из реагентных - применение озона, диоксида хлора, гипохлорита натрия и перекиси водорода, из физических методов - обеззараживание УФ излучением. Другие методы обеззараживания, такие как бромирование, йодирование, термообработка, обработка ионами некоторых металлов, у-излучением, высоковольтными разрядами, переменным электрическим током, ультразвуком (УЗ), используются редко из-за их высокой энергоемкости или сложности аппаратуры, а также из-за возможности образования в процессе обработки воды побочных продуктов [1-3]. Тем не менее интерес к этим способам обеззараживания сохраняется, так как необходимо обеззараживать различные типы сточных и питьевых вод. Вместе с тем полностью отказаться от хлорирования питьевой воды, подготавливаемой из поверхностных водоисточников, не представляется возможным, поскольку хлорагенты обладают пролонгированным действием, необходимым для консервации питьевой воды в процессе транспортировки до потребителя. Сочетание физических и химических методов обеззараживания позволяет значительно повысить эпидемическую безопасность питьевой воды и минимизировать образование побочных продуктов.
Ограничением применения УФ метода является сильное поглощение УФ излучения некоторыми типами вод, содержащих большое количество минеральных солей или взвешенных частиц. Если размер частиц превышает 50 мкм, то эффективность обеззараживания УФ излучением микроорганизмов, находящихся внутри, существенно падает [4, 5]. В том случае, когда требуемая УФ доза становится высокой, возникает вопрос, есть ли способы уменьшения УФ дозы либо эксплуатационных и капитальных затрат при одновременном использовании двух или нескольких методов.
Для повышения эффективности обеззараживания некоторые производители оборудования предлагают применять дополнительную обработку воды ультразвуком. В частности, на российском рынке представлено промышленное оборудование для обеззараживания воды, сочетающее в себе обработку УФ излучением и ультразвуком. В качестве преимущества такого оборудования перед традиционными системами УФ облучения анонсируются более выраженный эффект обеззараживания и отсутствие необходимости в очистке кварцевых чехлов. Рассмотрим возможности применения ультразвука в системах обеззараживания воды.
Обеззараживание воды ультразвуком
Ультразвук - это упругие колебания и волны, частота которых выше 15-20 кГц [6-8]. При воздействии ультразвука на жидкость возникают специфические физические, химические и биологические эффекты, такие как кавитация, капиллярный эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, обеззараживание, локальный нагрев и многие другие [6-11]. Биологическое действие УЗ известно давно [6, 7, 10, 11]. Эффект воздействия УЗ на микроорганизмы зависит от интенсивности УЗ воздействия и может быть диаметрально противоположным. При низких интенсивностях и малых временах воздействия ультразвук может стимулировать активность и рост микроорганизмов [7, 10-13]. Именно это свойство УЗ используют при кратковременной обработке активного ила на
© Василяк Л.М., Электронная обработка материалов, 2010, № 5, С. 106-111.
станциях аэрации, что позволяет ускорить биологические и химические процессы в аэротенках при первичной очистке сточной воды [14-16]. Однако такие процессы в очищенной или обеззараженной воде крайне нежелательны и могут привести к неприятным последствиям. Например, согласно исследованиям [17], обработка упакованной питьевой воды ультразвуком с частотой 22 или 35 кГц в течение 15 с никак не влияла на ОМЧ, однако при увеличении времени экспозиции до 30 секунд ОМЧ увеличилось более чем в 10 раз [17].
При больших интенсивностях ультразвук подавляет и разрушает микроорганизмы. Длительная обработка воды ультразвуком большой мощности приводит к обеззараживанию [7, 10-13]. Бактерицидное действие УЗ в основном связано с кавитацией. Кавитация - это возникновение в жидкости массы пульсирующих газовых пузырьков. При воздействии УЗ колебаниями в течение всего отрицательного полупериода давления и части положительного наблюдается рост кавитационного пузырька до некоторого максимального размера. Затем пузырек захлопывается, создавая ударные волны с импульсным давлением до нескольких тысяч атмосфер и температурой до 5000 К. Если ударная волна встречает на своем пути препятствие, то она разрушает его поверхность. Кроме того, в кавита-ционном пузырьке возникают активные радикалы, например радикал ОН, являющийся сильнейшим окислителем. Кавитация возникает при интенсивностях звукового поля выше порогового значения 0,3-1 Вт/см2. Увеличение частоты приводит к повышению порогового значения интенсивности, соответствующего началу кавитации. С ростом частоты УЗ размеры пузырьков уменьшаются, а их количество растет. При частоте 30 кГц характерный размер кавитационных пузырьков составляет 100 мкм. Чем ниже частота, тем легче получить кавитацию, и тем более агрессивное воздействие оказывает последняя на обрабатываемый объект, поэтому во многих устройствах используют УЗ с частотой 20-22 кГц [6-9].
Для обеззараживания необходима интенсивность УЗ более 2 Вт/см2 при частоте 20-50 кГц [7, 10-13]. Исследования УЗ обеззараживания сточной воды [18-21] показали, что для уменьшения e-тоН, или фекальных колиформ, на три порядка необходима обработка воды ультразвуком в течение 60 мин при плотности УЗ мощности 400 Вт/л. Для сравнения: аналогичный эффект обеззараживания УФ облучением обеспечивается при энергетических затратах порядка 0,02-0,04 Вт-час/л. Согласно работе [19], если принять моноэкспоненциальное уменьшение микроорганизмов по времени, то наблюдаемое уменьшение соответствует обеззараживанию УФ излучением с облученностью 1 мкВт/см2. Полученные затраты энергии в несколько тысяч раз выше, чем при УФ обеззараживании сточных вод.
В настоящее время не определены такие важные параметры, как зависимость степени инактивации от мощности УЗ воздействия для различных групп микроорганизмов и условия, при которых обеспечивается эффективное обеззараживание УЗ обработкой. Для практического применения любого метода обеззараживания необходимо иметь критерии и способы контроля эффективности процесса. Для химических методов обеззараживания таким критерием является остаточная концентрация реагента, при УФ обеззараживании контролируется доза облучения при помощи специальных датчиков. Для УЗ обеззараживания отсутствуют критерии и методы контроля процесса, а также нормативные документы, регламентирующие использование ультразвука для обеззараживания питьевой или сточной воды.
Большие энергетические затраты, отсутствие нормативных документов, регламентирующих применение метода, делают способ УЗ обеззараживания неконкурентоспособным для промышленного использования.
Использование ультразвука с УФ излучением или окислителями для обеззараживания
воды
Совместное использование разных методов обеззараживания целесообразно в случаях, если один из методов не обладает необходимым свойством (например, УФ облучение не обеспечивает последействия, а хлор недостаточно эффективен в отношении вирусов и простейших) или если совместное использование обеспечивает синергетический эффект и таким образом позволяет интенсифицировать процесс. Интересным вопросом является возможность применения ультразвука совместно с другими методами. УЗ обработка воды повышает эффективность хлорирования [22-24], озонирования [25, 26] или использования химических веществ [26], таких как перекись водорода Н2О2 или TiO2 [27]. Вероятными механизмами УЗ воздействия являются разрушение взвешенных частиц, доставка новых порций окислителя в частицы, перемешивание воды у поверхности кристаллов TiO2 и повреждение микроорганизмов при возникновении кавитации, что уменьшает их сопротивляемость по отношению к окислителям.
Совместное применение УФ и УЗ обработки не обладает синергетическим эффектом [19, 20, 28]. Вклад УЗ в инактивацию микроорганизмов по сравнению с УФ воздействием незначителен. Механизм влияния УЗ обработки сточной воды до стадии УФ обеззараживания заключается в том, что УЗ разрушает большие взвешенные частицы, и эффективность обеззараживания УФ излучением микроорганизмов, которые находились внутри, возрастает [19, 20]. Этот эффект не является си-нергетическим, поэтому УЗ обработку можно провести до обработки УФ излучением. Обработка воды ультразвуком после УФ обеззараживания не дает дополнительного эффекта. В сточной воде содержатся взвешенные частицы в количестве 1-10 мг/л, причем в отличие от питьевой воды частицы с размерами более 50 мкм могут составлять основную часть, например в работе [19] их было 63%. УЗ обработка сточной воды в течение 5 с уменьшала количество взвешенных частиц с размерами более 50 мкм на 25% при объемной мощности УЗ 50 Вт/л (затраченная энергия 250 Дж/л) и на 60% при 310 Вт/л (энергия 1550 Дж/л). Однако, как следует из этих исследований, энергетические затраты на дополнительную УЗ обработку в несколько раз превышают затраты на УФ обеззараживание. Для современных станций УФ обеззараживания сточной воды столь большие энергетические затраты на дополнительную УЗ обработку экономически не оправданы. УЗ обработка питьевой воды вообще не имеет смысла, поскольку в ней содержится мало частиц с большими размерами.
Использование ультразвука для очистки кварцевых чехлов в УФ оборудовании
Использование ультразвука в жидкости для очистки поверхностей известно достаточно давно [6-9]. В системах очистки в основном применяют УЗ низкочастотного диапазона 16-100 кГц, иногда до 1000 кГц. Поскольку мелкие частицы лучше очищаются УЗ более высокой частоты, то в микроэлектронике применяют частоты 60-80 кГц. При УЗ очистке и обеззараживании воды наиболее важными механизмами являются акустические течения, механические напряжения и кавитация. Действие ультразвука при очистке поверхностей в основном сказывается на ускорении процесса растворения загрязнений в растворителях, доставке свежих порций растворителя к загрязнённым поверхностям и удалении отделившихся частиц загрязнений из зоны очистки [6-9]. Таким образом, УЗ обработка скорее интенсифицирует процесс химической очистки и облегчает удаление загрязнения, а не заменяет самостоятельно эти процессы. Очищаемые объекты не должны экранировать друг друга от воздействия ультразвука. Твердые материалы обычно обладают хорошей звукопроводностью и не экранируют объект очистки. Если вблизи поверхности возникает кавитация, то она агрессивно действует на поверхность. При этом будет происходить не только очистка поверхности, но и эрозия кварцевого чехла, и неизбежное дальнейшее загрязнение поверхности, и снижение пропускания УФ излучения. Дальнейшая химическая промывка или механическая очистка таких кварцевых чехлов с шероховатой загрязненной поверхностью будет неэффективна. Следует также отметить, что расстояние между минимальной и максимальной интенсивностями УЗ в воде при частоте 20 кГц составляет 3,5 см, что сопоставимо с диаметром кварцевого чехла (4 см), поэтому различные области кварцевого чехла будут в разных условиях, причем некоторые из них всегда будут находиться в областях с низкой интенсивностью УЗ, поэтому очистить чехол будет невозможно. Объекты очистки нужно постоянно ориентировать или вращать их во время очистки. Длина чехла составляет 1,5 м, поэтому вдоль чехла также невозможно обеспечить достаточную для очистки интенсивность ультразвука. В реальных условиях обеззараживания сточных вод элементы установок и кварцевые чехлы загрязняются водорослями и другими достаточно крупными элементами, на которые ультразвук не действует, но зато они хорошо убираются механической очисткой. При других условиях возможность УЗ очистки станет определяться индивидуальными свойствами воды и типом загрязнений. При образовании на поверхности кварцевых чехлов тонкой плотной пленки из неорганических веществ, которые имеют большую энергию связи с поверхностью, УЗ очистка также не эффективна, поскольку такие пленки являются кавитационно стойкими. Если неорганические или органические загрязнения образуют рыхлый слой, то проще и дешевле применять механическую очистку. В настоящее время все ведущие производители УФ оборудования для обеззараживания воды не применяют УЗ для очистки чехлов, а используют механическую очистку и химическую промывку. Российские методические указания по использованию УФ излучения для обеззараживания воды [29, 30] рекомендуют только химическую и механическую очистку кварцевых чехлов, в руководстве США [31] по разработке УФ оборудования в качестве основного метода очистки чехлов советуют применять химическую промывку. Использование ультразвука может повысить эффективность химической промывки, но практической необходимости в этом нет.
Эффективность ультразвуковой обработки для предотвращения загрязнения кварцевых чехлов УФ ламп или их очистки не доказана. Ни один из ведущих производителей УФ оборудования не использует ультразвук для очистки кварцевых чехлов.
Эксплуатация ультразвукового оборудования
При применении УЗ следует также принимать во внимание процессы, которые могут повлиять на конструкцию установок, режим эксплуатации, эксплуатационные расходы, на требования к размещению и к обслуживающему персоналу и т.д. При этом необходимо обратить внимание на повышенную эрозию под воздействием кавитации и возможное повышенное разрушение конструкционных материалов. Малая длина волны (менее нескольких сантиметров) обусловливает лучевой характер распространения УЗ волн. Вблизи излучателя ультразвук распространяется в виде пучков, по размеру близких к размеру излучателя. Попадая на неоднородности в среде, УЗ пучок ведёт себя как световой луч, испытывая отражение, преломление, рассеяние. Отметим, что УФ лампы низкого давления, применяющиеся в большинстве систем УФ обеззараживания, являются сложными электровакуумными приборами, которые не проходят испытания по воздействию ультразвука, поэтому ресурс УФ ламп может снизиться. Эти процессы разрушения могут усиливаться в концентрированных пучках УЗ волн, слабо расходящихся после излучателя, что хорошо видно на фотографиях УЗ полей, представленных на сайте компании «Сварог-УФ» [32].
Ресурс существующих УЗ излучателей имеет срок службы, примерно соответствующий сроку службы УФ ламп, поэтому к эксплуатационным расходам на замену ламп добавятся расходы по замене УЗ излучателей и генераторов.
Следует отметить, что при использовании УЗ необходимо применять дополнительные меры по защите персонала от воздействия УЗ вибраций и высокочастотного шума. Нормирование ультразвука на рабочих местах в Российской Федерации осуществляется согласно санитарным нормам и правилам 33 и требованиям ГОСТ 34, 35. Отдельно нормируются воздушный (распространяется по воздуху) и контактный ультразвук (распространяется при соприкосновении рук или других частей тела человека с источником ультразвука). Ввиду особой опасности контактного воздействия ультразвука на людей технологический процесс УЗ обработки должен полностью исключать возможность такого воздействия. Установки должны быть сертифицированы на применение ультразвука. Ультразвуковое оборудование должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.051 36. Все наружные поверхности установок ультразвуковой обработки следует покрывать звукоизоляционным слоем. Но даже при этом ультразвук может распространяться по металлическим конструкциям на большие расстояния, особенно по системам с хорошими контактными соединениями, например по системам питьевой или оборотной воды. Ультразвук по этим системам может проникать в помещения с людьми и вызывать головную боль, быструю утомляемость с падением кровяного давления и другие нежелательные последствия. По этим причинам применение ультразвука при обеззараживании сточных вод УФ излучением в открытых каналах практически невозможно.
Выводы
1. При обеззараживании воды ультразвуком энергетические затраты в несколько тысяч раз превышают затраты энергии при УФ методе, что делает самостоятельное использование УЗ метода неконкурентоспособным.
2. Воздействие малых доз ультразвука имеет противоположный обеззараживанию эффект -стимулирует увеличение общего числа микроорганизмов в воде.
3. В настоящее время использование метода УЗ обработки для обеззараживания воды в коммунальных системах невозможно, поскольку отсутствуют критерии контроля этого процесса и нормативные документы, регламентирующие его применение.
4. Совместное использование УФ и УЗ обработки с целью повышения надежности обеззараживания нецелесообразно. Одновременное применение этих методов не дает синергетического эффекта, используемые дозы УФ облучения и так обеспечивают требуемую степень обеззараживания как сточных, так и природных вод.
5. Применение ультразвука для предотвращения загрязнения или очистки кварцевых чехлов УФ ламп не может заменить традиционно используемые химическую или механическую очистки. В связи с этим ни один из ведущих производителей УФ оборудования не использует УЗ для очистки кварцевых чехлов. Отсутствуют данные о влиянии УЗ на срок службы УФ ламп.
6. При эксплуатации оборудования, имеющего блоки ультразвуковой обработки, необходимо обеспечить защиту персонала от воздействия ультразвука в соответствии с нормативами.
7. Использование ультразвука дополнительно к ультрафиолетовому облучению не дает преимуществ, а приводит к необоснованному увеличению энергетических затрат и усложняет мероприятия по обеспечению безопасности эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пахомов А.Н., Козлов М. Н., Данилович Д.А., Белов Н.А. Развитие систем обеззараживания сточных вод на московских станциях // Водоснабжение и санитарная техника. 2005. № 12. Ч. 1. С. 28-32.
2. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П. Образование токсичных продуктов при использовании различных окислителей для очистки воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 2. С. 9-14.
3. Гончарук В. В., Потапченко Н. Г. Современное состояние проблемы обеззараживания воды // Химия и технология воды. 1998. Т. 20. № 2. С. 191-217.
4. Madge B.A, Jensen J.N. Ultraviolet disinfection of fecal coliform in municipal wastewater: effects of particle size // Water Environ Res. 2006. V. 78. N 3. P. 294-304.
5. Jolis D., Lam C., Pitt P. Particle effects on ultraviolet disinfection of coliform bacteria in recycled water // Water Environ Res. 2001. V.73. N 2. P. 233-236.
6. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике / Пер. с немец. М.: Иностр. лит., 1957. 726 с.
7. Ультразвук. Энциклопедия / Под ред. И.П. Голяминой. М.: Изд-во. Советская энциклопедия, 1979.
8. Основы физики и техники ультразвука: Учеб. пособие для вузов / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, Н.Н. Хавский, Г.И. Эскин. М.: Высш. шк., 1987. 352 с.
9. Келлер О.К., Кратыш Г.С., Лубяницкий Г.Д. Ультразвуковая очистка. Л.: Машиностроение (Ле-нингр. отделение), 1977. 184 с.
10. ЭльпинерИ.Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие. М., 1963. 420 c.
11. Frizzell L. A. Biological Effects of Acoustic Cavitation, in Ultrasound: Its Chemical, Physical and Biological Effects, Suslick, K. S. (Ed.), VCH Publishers, New York, 1988.
12. Joyce E., Mason T.J., Phull S.S. and Lorimer J.P. The development and evaluation of ultrasound for the treatment of bacterial suspensions // Ultrasonics Sonochemistry. 2002. Vol. 10. P. 315-318.
13. Mason T.J., Joyce E., Phull S.S. and Lorimer J.P. Potential uses of ultrasound in the biological decontamination of water // Ultrasonics Sonochemistry. 2003. Vol. 10. P. 319-324.
14. Zhang Guangming, Zhang Panyue, Chen Yanming. Ultrasonic Enhancement of Industrial Sludge Settling Ability and Dewatering Ability // Tsinghua science and technology. 2006. Vol. 11. N 3. P.374-378.
15. Sangave P.C., Pandit A.B. Ultrasound and enzyme assisted biodegradation of distillery wastewater // J. Environ Manage. 2006. V.80. N 1. P. 36-46.
16. Tiehm A., Nickel K., Zellhorn M. and Neis U. Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization // Water Research. 2001. Vol. 35. No. 8. P. 2003-2009.
17. Перевалов В.Д., Рвачев А.П. Ультразвуковая обработка воды // VIII Международный форум "Мир чистой воды - 2006", VIII Международная конференция " Вода, напитки, соки, технологии и оборудование", Москва, 26-29 сентября 2006 г. Сборник материалов конференции. М., 2006. Издательский комплекс МГУПП, 2006. 104 с. (с.91-93).
18. Madge B.A., Jensen J.N. Disinfection of wastewater using a 20-kHz ultrasound unit // Water Environ Res. 2002. V. 74. N. 2. P. 159-169.
19. Blume T., Neis U. Improved Waste Water Disinfection by Ultrasonic Pre-treatment // Ultrasonics Sonochemistry. 2004. Vol. 11. N 5. P. 333-336.
20. Blume T., Martínez I., Neis U. Wastewater disinfection using ultrasound and UV light // TU HamburgHarburg Reports on Sanitary Engineering. 2002. V. 35. P. 117-128. Neis U. (ed): Ultrasound in Environmental Engineering.
21. Hua I. and Thomson J.E. Inactivaton of Escherichia coli by sonication at discrete ultrasonic frequencies // Water Res. 2000. Vol. 34. N 15. P. 3888-3893.
22. Blume T., Neis U. Improving chlorine disinfection of wastewater by ultrasound application // Water Sci Technol. 2005. Vol. 52. N 10-11. P. 139-144.
23. Duckhouse H., Mason T.J., Phull S.S., Lorimer J.P. The effect of sonication on microbial disinfection using hypochlorite // Ultrason Sonochem. 2004. Vol. 11. N 3-4. P. 173-176.
24. Rodgers S.L, Ryser E.T. Reduction of microbial pathogens during apple cider production using sodium hypochlorite, copper ion, and sonication // J. Food Prot. 2004. Vol. 67. N.4. P. 767-771.
25. Hua I. and Hoffmann M.R.. Optimization of ultrasonic irradiation as an advanced oxidation technology // Environ .Sci.Technol. 1997. V. 31. P. 2237-2243.
26. Jyoti K.K., Pandit A.B. Hybrid cavitation methods for water disinfection: simultaneous use of chemicals with cavitation // Ultrason Sonochem. 2003. V. 10. N 4-5. P. 255-264.
27. Dadjour M.F., Ogino C., Matsumura S., Nakamura S., Shimizu N. Disinfection of Legionella pneumophila by ultrasonic treatment with TiO2 // Water Res. 2006. Vol. 40. N. 6. P. 1137-1142.
28. Joyce. The Effects of Ultrasound in Combination with UV Radiation or Electrolysis on the Biological Decontamination of Potable Water. Ph.D. thesis Coventry University, 2003.
29. Санитарный надзор за применением ультрафиолетового излучения в технологии подготовки питьевой воды: Методические указания 2.1.4.719-98. М.: Федеральный центр госсанэпидемнадзора Минздрава России, 1998. 16 с.
30. Санитарно-эпидемиологический надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением: Методические указания 2.1.5.732-99. М.: Федеральный центр госсанэпидемнадзора Минздрава России, 1999. 16 с.
31. Design Manuel Municipal Wastewater Disinfection. EPA/525/1-86/021.32. http://www.svarog-uv.ru
32. СанПиН 2.2.4./2.1.8.582-96 «Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения» 3435.36.
Поступила 14.05.10
Summary
The analytical analysis of possibilities of application of ultrasound together with УФ radiation or oxidizers is made. Mechanisms of rising of efficiency are surveyed at a decontamination of sewage with the big weighed particles. Application of additional sonication of potable water it is not meaningful. Possibilities of clearing of quartz covers are discussed.
cyberleninka.ru
1.9.Применение ультразвука для обеззараживания воды[12;13;14]
Для обеззараживания воды необходима его интенсивность более 2 Вт/см² при частоте 20-50 кГц [3-6]. Исследования обеззараживания сточной воды ультразвуком показывают . что для уменьшения количества Е.coli или фекальных колиформ на три порядка необходима обработка воды ультразвуком в течение 60 мин при плотности ультразвуковой мощности 400 Вт/л. Для сравнения аналогичный эффект обеззараживания УФ-облучением обеспечивается при энергетических затратах порядка 0,02-0,04 Вт·ч/л. Получается, что затраты энергии при обеззараживании сточных вод ультразвуком в несколько тысяч раз выше , чем при УФ-облучении. При малом времени воздействия или при низких интенсивностях ультразвука количество микроорганизмов может увеличиться.
В настоящее время не определены такие важные параметры, как зависимость степени инактивации от мощности ультразвукового воздействия для различных групп микроорганизмов и условия, при которых обеспечивается эффективное обеззараживание ультразвуковой обработкой. Для практического применения любого метода обеззараживания необходимо иметь критерии и способы контроля эффективности процесса. Для химических методов обеззараживания таким критерием является остаточная концентрация реагента, при УФ-обеззараживании контролируется доза облучения при помощи специальных датчиков. Для обеззараживания ультразвуком отсутствуют критерии и методы контроля процесса, а также нормативные документы, регламентирующие его использование для обеззараживания сточной воды.
Совместное использование ультразвука и УФ-облучения для обеззараживания воды. Совместное использование разных методов обеззараживания целесообразно в случаях, когда один из методов не обладает необходимым свойством (например, УФ - облучение не обеспечивает последствия, а хлор недостаточно эффективен в отношении вирусов и простейших) или совместное использование обеспечивает синергетический эффект и таким образом позволяет интенсифицировать процесс. Совместное использование УФ - облучения и ультразвуковой обработки не обладает синергетическим эффектом. Вклад ультразвуковой обработки в инактивацию микроорганизмов по сравнению с УФ-облучением незначителен. Механизм влияния ультразвуковой обработки сточной воды до УФ - облучения заключается в том, что ультразвук разрушает крупные взвешенные частицы, и эффективность обеззараживания УФ - облучением микроорганизмов, которые находились внутри, возрастает. Однако, как следует из этих исследований, энергетические затраты на дополнительную ультразвуковую обработку в несколько раз превышают затраты на УФ - обеззараживание. Для современных станций УФ - обеззараживания сточной воды столь большие энергетические затраты на ультразвуковую обработку экономически не оправданы.
Использование ультразвука в УФ - оборудовании для очистки кварцевых чехлов.
Действие ультразвука сказывается на ускорении процесса растворения загрязнений в растворителях, доставке свежих порций растворителя к загрязненным поверхностям и удалении отделившихся частиц загрязнений из зоны очистки. Таким образом, ультразвуковая обработка скорее интенсифицирует процесс химической очистки и облегчает удаление загрязнения, а не заменяет эти процессы. В реальных условиях обеззараживания сточных вод элементы установок и кварцевые чехлы загрязняются водорослями и другими достаточно крупными элементами, на которые ультразвук не действует, но они хорошо удаляются механически. При образовании на поверхности кварцевых чехлов тонкой плотной пленки из неорганических веществ, которые имеют большую энергию связи с поверхностью, ультразвуковая очистка также будет неэффективной. Если неорганические или органические загрязнения образуют рыхлый слой, то проще и дешевле применять механическую очистку. В настоящее время все ведущие производители УФ - оборудования для обеззараживания воды не применяют ультразвук для очистки чехлов, а используют механическую очистку и химическую промывку. В российских методических указаниях по использованию УФ-излучения для обеззараживания воды [12;13] рекомендуется химическая и механическая очистка кварцевых чехлов, в руководстве США [14] в качестве основного метода применяется химическая промывка. Использование ультразвука может повысить эффективность химической промывки, но практической необходимости в этом нет.
Эксплуатация ультразвукового оборудования. При применении ультразвука следует обращать внимание на процессы, которые могут влиять на конструкцию установок, режим эксплуатации, эксплуатационные расходы, на требования к размещению и к обслуживанию персоналу и т. д. Из возможных последствий применения ультразвука особо негативными являются повышенная эрозия под воздействием кавитации и интенсивное разрушение конструктивных материалов. УФ-лампы низкого давления, применяемые в большинстве систем УФ-обеззараживания, являются сложными электровакуумными приборами, которые не проходят испытания на воздействие ультразвука, поэтому ресурс УФ-ламп может снизиться . ресурс существующих ультразвуковых излучателей имеет срок службы, соответствующий сроку службы УФ-ламп, поэтому к эксплуатационным расходам на замену ламп добавятся расходы по замене ультразвуковых излучателей и генераторов.
При использовании ультразвука необходимо применять дополнительные меры по защите персонала от воздействия его вибраций и высокочастотного шума. Нормирование ультразвука на рабочих местах осуществляется согласно СанПиН 2.2.4./2.1.8.582-96 «Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения», а также ГОСТ 12.1.001-89 «Ультразвук. Общие требования безопасности» и ГОСТ 12.2.007.10-87 «Установки, генераторы и нагреватели, индукционные для электротермии, установки и генераторы ультразвуковые. Требования безопасности. » Ультразвуковое оборудование должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.051 «Система стандартов безопасности труда. Оборудование технологическое ультразвуковое. Требования безопасности». Все наружные поверхности установок ультразвуковой обработки следует покрывать звукоизоляционным слоем.
Следовательно, при обеззараживании воды ультразвуком энергетические затраты в несколько тысяч раз превышают затраты энергии при УФ-облучении, что делает самостоятельное использование ультразвукового метода неконкурентоспособным. Воздействие малых доз ультразвука имеет противоположный обеззараживанию эффект – стимулирует увеличение общего количества микроорганизмов в воде. В настоящее время ультразвуковая обработка воды в коммунальных системах невозможна, поскольку отсутствуют критерии контроля этого процесса и нормативные документы, регламентирующие его применение. Совместное использование УФ-облучения и ультразвуковой обработки воды с целью повышения надежности обеззараживания нецелесообразно. Одновременное применение этих методов не дает синергетического эффекта, используемые дозы УФ-облучения и так обеспечивают требуемую степень обеззараживания сточных вод. Применение ультразвука для предотвращения загрязнения или очистки кварцевых чехлов УФ-ламп не может заменить традиционно используемые химическую или механическую очистки. Данные о влиянии ультразвука на срок службы УФ-ламп отсутствуют. При эксплуатации оборудования, имеющего блоки ультразвуковой обработки, необходимо обеспечить защиту персонала от воздействия ультразвука в соответствии с нормативами. Использование ультразвука дополнительно к УФ-облучению не дает преимуществ, а приводит к необоснованному увеличению энергетических затрат и усложнению мероприятий по обеспечению безопасности эксплуатации.
studfiles.net
Применение ультразвуковой установки как способ обеззараживания в технологической схеме очистки сточных вод мясокомбината
Печенюк Юлия Андреевна студентка (бакалавр)
Мурашов И.Д. Профессор, к.т.н. Научный руководитель кафедра «Пищевая безопасность» Московский государственный университет пищевых производств, г. Москва E-mail: [email protected]
Аннотация: В данной статье рассмотрены основные штаммы сточных вод мясокомбината. Исходя из выявленных пагубных организмов в стоках, была рассмотрена технологическая схема отчистки и предложен способ ультразвукового обеззараживания. Приведен пример, таблица эффективности обеззараживания, а так же плюсы и минусы выбранного метода.
Ключевые слова: Escherichia coli, Enterococcus, Enterococcus faecalis, Salmonella typhi, Shigella dysenteriae, технологическая схема отчистки сточных вод, обеззараживание воды, ультразвуковое излучение.
Обеззараживание воды является заключительной стадией в очистке сточных вод. В настоящее время на промышленных объектах пользуются разными методами обеззараживания стоков. Благодаря им удается не только снизить потенциальную опасность выбросов, но и полностью ее ликвидировать [1].
Сточные воды предприятий мясной промышленности имеют высокую степень бактериальной обсемененности. В сточной воде мясокомбинатов можно выявить следующие микроорганизмы:
Escherichia coli. Грамотрицательная палочковидная бактерия, широко встречается в нижней части кишечника теплокровных организмов. Вызывает пищевые отравления из-за выделяемых ими токсинов[2].
Enterococcus. Грамположительные кокки, часто представлены парами (диплококки) или короткими цепочками, трудноотличимы от стрептококков по физиологическим характеристикам. Вызывают многие клинически важные инфекции, такие как: инфекции мочевыводящих путей, бактериемию, бактериальный эндокардит, дивертикулит и менингит.
Enterococcus faecalis. Может являться возбудителем различных инфекций: мочевыводящих путей, интраабдоминальных, органов малого таза, раневых, эндокардита. Фекальные энтерококки, наряду с энтерококками вида фэциум являются наиболее патогенными видами среди энтерококков.
Salmonella typhi. Подвижная грамотрицательная палочка с закругленными концами, хорошо окрашиваемая всеми анилиновыми красителями. Вырабатывает эндотоксин, патогенный только для человека. Возбудитель заболеваний человека, в том числе, брюшного тифа, паратифа, сальмонеллеза.
Shigella dysenteriae. Вид мелких грамотрицательных палочковидных бактерий. Является возбудителем бактериальной дизентерии.[2].
Для того чтобы предотвратить сброс в систему канализации пагубных организмов нужно усовершенствовать систему обращения отчистки стоков.
Стандартная технологическая схема отчистки состоит из стадии механической очистки и один или несколько физико-химических методов (к примеру, реагентная обработка и напорная флотация).[3] Если требования к очищаемой воде строгие, дополнительно применяют биологические методы доочистки и обеззараживание очищенной воды.
Схема № 1 (Технологическая схема отчистки сточных вод)
Изучив подробно все существующие методы обеззараживания воды, был выбран наиболее перспективный метод обеззараживания сточных вод — ультразвуковое излучение.
Ультразвук представляет собой упругие колебания частотой 20÷106 кГц. Особенность этого метода заключается в очень большой колебательной скорости при маленькой амплитуде, что и вызывает кавитацию уже при частоте 20 кГц и плотности потока энергии 0,3 Вт/см2. Разрушение мембран происходит при достаточно большой интенсивности ультразвука Облучение ультразвуком с интенсивностью 0,3×10 Вт/м (т.е. выше порога кавитации) используют для разрушения имеющихся в жидкости бактерий и вирусов. Так разрушают тифозные и туберкулезные палочки, стрептококки. Облучение ультразвуком с интенсивностью менее порога кавитации может привести к повышению жизнедеятельности клеток и к увеличению числа микроорганизмов, что вместо положительного эффекта приведет к отрицательному[4].
Ультразвуковое обеззараживание имеет ряд преимуществ, которые позволяют активно развивать и внедрять его на производстве.
1. Отсутствие зависимости от прозрачности и качественного состава воды — даже при полной нулевой прозрачности воды или жидкости, независимо от ее химического состава, ультразвук уничтожает микроорганизмы.
2. Неограниченный ресурс работы — если для производства излучателей используют малые потребляемые мощности (до 100Вт), то ультразвуковые приборы в состоянии работать в беспрерывном режиме многие годы.
3. Широкий диапазон воздействия ультразвука на исследуемый микроорганизм независимо от расстояния биообъекта.
4. Эффективность обеззараживания.
В таблице № 1 приведены данные эффективности обеззараживания микроорганизмов на примере кишечной палочки при изменении частоты ультразвуковых колебаний. Данные были получены опытным путём с использованием ультразвуковой ванны Сапфир 1,3 л.
Таблица № 1 (эффективность обеззараживания микроорганизмов на примере кишечной палочки при изменении частоты ультразвуковых колебаний)
| Частота ультразвуковых колебаний, кГц | Тест-культуры | Эффективность обеззараживания, % |
| 25 | Escherichia coli | 97,92 |
| 30 | 98,27 | |
| 35 | 98,54 | |
| 40 | 98,60 | |
| 45 | 98,71 | |
| 50 | 98,78 | |
| 55 | 98,75 | |
| Плотность заражения, КОЕ/ см2 | 5*105 | |
Ультразвуковой метод отчистки сточных вод является наиболее перспективным. Когда необходима стационарная обработка большого количества жидкости ежедневно, а степень загрязнения велика, то нет ничего лучше, чем современная установка очистки воды ультразвуком. В таком оборудовании используются мембраны с мелкими порами. Они не пропустят химические соединения и биологические примеси, превышающие размерами молекулу воды. Чтобы предотвратить последующее вторичное заражение подобную систему дополнительно можно укомплектовать блоком с встроенной УФ-лампой.[5]
Список литературы
- МГУПП. Сборник материалов конференции VIII Заочная научно-техническая конференция «Безопасность и качество продуктов питания. Наука и образование». Статья Мурашов И.Д., Печенюк Ю.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД МЯСОКОМБИНАТОВ, страница 112.
- Ветеринарно-санитарный контроль продуктов питания на наличие энтеропатогенных бактерий Еscherichia coli серотипа О157Молофеева Н.И., Золотухин С.Н., Васильев Д.А. Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения. 2012. Т. 1. С. 299-303.
- Колесников, В. А.Анализ, проектирование технологий и оборудования для очистки сточных вод/В. А. Колесников, Н. В. Меньшутин. — М.: ДеЛи принт, 2005. — 285 с.
- Ультразвук. [Электронный ресурс]. Режим доступа: studopedia.ru/3_94584_ultrazvuk.html.
- Отчистка и обеззараживание воды ультразвуком. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://vodopodgotovka-vodi.ru/ochistka-vody/ochistka-i-obezzarazhivanie-vody-ultrazvukom.
journalpro.ru
Очистка сточных вод ультразвуком — реферат
Обеззараживание воды ультразвуком
Одним из способов обеззараживания сточных вод считается воздействие на воду ультразвука. Механизм бактерицидного воздействия ультразвука на потенциально опасные микроорганизмы крайне прост: ультразвук наносит живой клетке механические повреждения, в следствии чего происходит ее постепенное разрушение и гибель. Преимуществом использования ультразвука перед многими другими средствами обеззараживания сточных вод служит его нечувствительность к таким факторам, как высокая мутность воды, характер и количество микроорганизмов, а также наличие в воде растворенных веществ. Единственный фактор, который влияет на эффективность обеззараживания сточных водультразвуком — это интенсивность ультразвуковых колебаний. Ультразвук — это звуковые колебание, частота которых находится значительно выше уровня слышимости. Частота ультразвука от 20000 до 1 миллион Гц, следствием чего и является его способность губительным образом сказываться на состоянии микроорганизмов. Обеззараживание и очистка воды ультразвуком считается одним из новейших методов дезинфекции, ультразвуковое воздействие на потенциально опасные микроорганизмы не часто применяется в фильтрах обеззараживания сточных вод, однако его высокая эффективность позволяет говорить о перспективности этого метода обеззараживания воды.
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ УЛЬТРАЗВУКОМ Ультразвук (УЗ) — это упругие колебания и волны, частота которых выше 15-20 кГц. При воздействии УЗ на жидкость возникают специфические физические, химические и биологические эффекты, такие, как кавитация, капиллярный эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, обеззараживание, локальный нагрев и многие другие. Бактерицидное действие ультразвукового излучения в основном связано с кавитацией. Кавитация — это возникновение в жидкости массы пульсирующих газовых пузырьков. В течение всего отрицательного полупериода давления и части положительного при УЗ воздействии наблюдается рост кавитационного пузырька до некоторого максимального размера. Затем пузырек схлопывается, создавая ударные волны с импульсным давлением до нескольких тысяч атмосфер и температурой до 5000 К. Если ударная волна встречает на своем пути препятствие, то она разрушает его поверхность. Кроме того, в кавитационном пузырьке возникают активные радикалы, например, радикал ОН, являющийся сильнейшим окислителем. Кавитация возникает при интенсивностях звукового поля выше порогового значения 0,3-1 Вт/см2. Увеличение частоты приводит к повышению порогового значения интенсивности, соответствующего началу кавитации. Чем ниже частота, тем легче получить кавитацию, и тем более агрессивное воздействие оказывает кавитация на обрабатываемый объект, поэтому во многих устройствах используют УЗ с частотой 20-22 кГц. Биологическое действие УЗ известно давно [4,5,8]. Для обеззараживания необходима интенсивность ультразвука более 2Вт/см2 при частоте 20-50 кГц. Исследования УЗ обеззараживания сточной воды показали, что для уменьшения e-coli или фекальных колиформ на три порядка необходима обработка воды ультразвуком в течение 60 мин. при плотности УЗ мощности 400Вт/л. Для сравнения аналогичный эффект обеззараживания обеспечивается УФ-облучением с мощностью 2 мкВт/см2. Обычно затраты электроэнергии при УФ-обеззараживании питьевых и сточных вод не превышают 0,02-0,04 Вт·час/л. Полученные в затраты энергии при УЗ обеззараживании воды в несколько тысяч раз выше, чем при УФ-обеззараживании. При малом времени воздействия или при низких интенсивностях УЗ может стимулировать увеличение числа микроорганизмов. Например, согласно исследованиям, обработка упакованной питьевой воды ультразвуком с частотой 22 или 35 кГц в течение 15 секунд никак не влияла на ОМЧ, однако при увеличении времени экспозиции до 30 секунд ОМЧ увеличилось более чем в 10 раз. В настоящее время не определены такие важные параметры, как зависимость степени инактивации от мощности УЗ-воздействия для различных групп микроорганизмов и условия, при которых обеспечивается эффективное обеззараживание УЗ-обработкой. Для практического применения любого метода обеззараживания необходимо иметь критерии и способы контроля эффективности процесса. Для химических методов обеззараживания таким критерием является остаточная концентрация реагента через определенное время контакта, при УФ-обеззараживании контролируется доза облучения при помощи специальных датчиков. Для УЗ-обеззараживания отсутствуют критерии и методы контроля процесса, а также нормативные документы, регламентирующие использование ультразвука для обеззараживания питьевой или сточной воды. Большие энергетические затраты, отсутствие нормативных документов, регламентирующих использование метода, делают способ УЗ-обеззараживания неконкурентоспособным для промышленного использования.
СОВМЕСТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКА И УЛЬТРАФИОЛЕТА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ Совместное использование разных методов обеззараживания целесообразно в случаях, если один из методов не обладает необходимым свойством (например, УФ-облучение не обеспечивает последействия, а хлор недостаточно эффективен в отношении вирусов и простейших) или если совместное использование обеспечивает синергетический эффект, и таким образом позволяет интенсифицировать процесс. Совместное использование УФ- и УЗ-обработки не обладает синергетическим эффектом. Вклад ультразвука в инактивацию микроорганизмов по сравнению с УФ незначителен. Механизм влияния УЗ-обработки сточной воды до УФ-обработки заключается в том, что УЗ разрушает большие взвешенные частицы, и эффективность обеззараживания УФ-излучением микроорганизмов, которые находились внутри, возрастает. Однако, как следует из этих исследований, энергетические затраты на дополнительную УЗ-обработку в несколько раз превышают затраты на УФ-обеззараживание. Возможно, для некоторых специфических условий УЗ-обработку можно применять, но для современных станций УФ-обеззараживания сточной воды столь большие энергетические затраты на УЗ-обработку экономически не оправданы. Для питьевой воды УЗ-обработка вообще не имеет смысла, поскольку количество частиц с большими размерами мало.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В УФ-ОБОРУДОВАНИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ КВАРЦЕВЫХ ЧЕХЛОВ Использование ультразвука в жидкости для очистки поверхностей также известно достаточно давно. Действие ультразвука при очистке поверхностей в основном, сказывается на ускорении процесса растворения загрязнений в растворителях, доставке свежих порций растворителя к загрязненным поверхностям и удалении отделившихся частиц загрязнений из зоны очистки. Таким образом, ультразвуковая обработка скорее интенсифицирует процесс химической очистки и облегчает удаление загрязнения, а не заменяет самостоятельно эти процессы. В реальных условиях обеззараживания сточных вод элементы установок и кварцевые чехлы могут загрязняться водорослями и другими достаточно крупными элементами, на которые УЗ не действует, но зато они хорошо убираются механической очисткой. При других условиях возможность УЗ-очистки будет определяться индивидуальными свойствами воды и типом загрязнений. При образовании на поверхности кварцевых чехлов тонкой плотной пленки из неорганических веществ, которые имеют большую энергию связи с поверхностью, УЗ-очистка также не будет эффективной. Если неорганические или органические загрязнения образуют рыхлый слой, то проще и дешевле применять механическую очистку. Возможно, в каких-то специальных задачах либо конструкциях ультразвук может быть полезен (например, для очистки внутренней поверхности труб), но в настоящее время все ведущие производители УФ-оборудования для обеззараживания воды не применяют УЗ для очистки чехлов, а используют механическую очистку и химическую промывку. Российские методические указания по использованию УФ-излучения для обеззараживания воды рекомендуют только химическую и механическую очистку кварцевых чехлов, в руководстве США по разработке УФ-оборудования в качестве основного метода очистки чехлов рекомендуется применять химическую промывку. Использование УЗ может повысить эффективность химической промывки, но практической необходимости в этом нет. Эффективность УЗ-обработки для предотвращения загрязнения кварцевых чехлов УФ-ламп или их очистки не доказана. Ни один из ведущих мировых производителей УФ-оборудования (Wedeco, Trojan, Bernson, Hanovia и др) не использует УЗ для очистки кварцевых чехлов в своих системах обеззараживания природных и сточных вод.
ВЫВОДЫ:
- Обеззараживание воды ультразвуковым излучением требует затрат энергии в несколько тысяч раз превышающих затраты, необходимые для обеспечения аналогично эффекта УФ-облуче-нием, что делает самостоятельное использование метода неконкурентоспособным.
- Воздействие малых доз ультразвука имеет противоположный обеззараживанию эффект — стимулирует увеличение общего числа микроорганизмов в воде.
- В настоящее время использование метода УЗ-обработки для обеззараживания воды в коммунальных системах невозможно, поскольку отсутствуют критерии контроля этого процесса и нормативные документы, регламентирующие его применение.
- Совместное использование УФ- и УЗ-обработки с целью повышения надежности обеззараживания нецелесообразно. Одновременное применение этих методов не дает синергетического эффекта, используемые дозы УФ-облучения и так обеспечивают требуемую степень обеззараживания как для сточных, так и для природных вод.
- Применения ультразвука для предотвращения загрязнения или очистки кварцевых чехлов УФ-ламп не может заменить традиционно используемые химическую или механическую очистки. В связи с этим, ни один из ведущих производителей УФ-оборудования не использует УЗ для очистки кварцевых чехлов.
- Эксплуатация оборудования, имеющего блоки ультразвуковой обработки, связана с необходимостью обеспечить защиту персонала от воздействия УЗ в соответствии с нормативами. Отсутствуют данные о влиянии УЗ на срок службы УФ-ламп.
- Использование ультразвука дополнительно к ультрафиолетовому облучению не дает никакого преимущества, а приводит к необоснованному увеличению энергетических затрат и усложняет мероприятия по обеспечению безопасности эксплуатации.
В современном мире особенно актуальной является проблема очищения промышленных выбросов от синтетических поверхностно-активных веществ, использование которых с каждым годом становится всё активнее. Одним из наиболее эффективных способов обеззараживания сбросов таких производств является очистка сточных вод с помощью ультразвука.
Данная технология предполагает использование широко известного механизма бактерицидного действия ультразвуковых колебаний на опасные микроорганизмы. Суть очистки сточных вод ультразвуковыми генераторами состоит в том, что колебания наносят механические повреждения живым клеткам микроорганизмов, приводя к их разрушению и гибели.
Основным преимуществом данного метода является его устойчивость к таким факторам, как количество и особенности микроорганизмов, мутность раствора и наличие в нем посторонних примесей.
Единственным фактором, влияющим на уровень эффективности обеззараживания и водоочистки стоков ультразвуковым методом, является интенсивность колебаний. Их частота находится выше уровня слухового восприятия, а в диапазоне от 20 000 до 1 000 000 Гц является губительной для микроорганизмов. Именно эта особенность и используется при водоочистке стоков ультразвуком.
В первый раз данный способ был предложен в 1928 году. Механизм действия ультразвука до конца пока еще не изучен. Есть некие предположения:
- ультразвук вызывает образование пустот в завихренной части, это и приводит к разрыву клеточных стенок бактерий; – ультразвук вызывает выделение растворенного в воде газа, а пузырьки от газа, оказавшиеся в бактериальной клетке, вызывают разрыв клетки. Превосходством применения ультразвука перед остальными методами обеззараживания сточных вод является его нечувствительность к таким моментам, как высокая мутность и цветность воды, количество микроорганизмов и присутствие в воде растворенных веществ. Единственный момент, который оказывает большое влияние на обеззараживание сточных вод ультразвуком является - интенсивность ультразвуковых колебаний. Ультразвук — представляет собой звуковые колебания, частота которых существенно выше уровня частоты слышимости человеческого уха. Частота ультразвука от 20000 до 1000000 Гц, в следствие чего и появилась способность, которая губительным образом отражается на состоянии микроорганизмов. Бактерицидное влияние ультразвука различной частоты очень существенно и зависит от интенсивности звуковых колебаний.
Обеззараживание и очищение воды ультразвуком считается одним из самых современных способов дезинфекции. Ультразвуковое воздействие не часто используется в фильтрах обеззараживания питьевой воды, однако эффективность данного метода позволяет говорить о перспективности метода обеззараживания воды ультразвуком, даже несмотря на его дороговизну.
Глава 3. Использование низкочастотного ультразвука для интенсификации процесса биологической очистки
Особенность илов зрелого возраста, а именно устойчивость к изменению условий внешней среды и низкий прирост обусловливают целесообразность их применения при биоочистке токсичных сточных вод непостоянного состава, что характерно для промстоков химической промышленности. Однако многокомпонентность, наличие ксенобиотиков, токсичных примесей и существенные колебания концентраций загрязнителей в сточных водах диктуют необходимость повышения их ферментативной активности.
Проведенные ранее исследования [1,2] показали, что дегидрогеназная активность илов (ДАИ), сформированных на водах производств органического синтеза, 0,9 — 2,8 мг/г, поэтому следует ожидать низкого качества очищенных стоков, особенно при залповых сбросах поллютан-тов различной природы.
Низкочастотное ультразвуковое воздействие (УЗ В) различной интенсивности на иловую суспензию в стационарных условиях оказывает значительное влияние на дегидрогеназную активность низконагружаемых промышленных илов (рис. 8) [1].
Экспериментально полученные закономерности позволяют отдать предпочтение двум режимам УЗВ с интенсивностью 6 и 8 Вт/см2 при продолжительности обработки 2 и 0,5 мин соответственно.
Однако при выборе эффективного режима с целью его реализации в производственных условиях должны быть учтены деструкционные процессы, наблюдаемые в иловой суспензии, приводящие к частичному разрушению флокул активного ила и бактериальных клеток и обогащению среды ростовыми веществами (см. таблицу).
Приведенные результаты показывают целесообразность обработки активного ила в поле ультразвуковых волн при интенсивности 6 Вт/см2 в течение 0,5 — 1 мин, обеспечивающей двух-трехкратное повышение ДАИ при минимально возможной деструкции микробиальных клеток. Следует также отметить дополнительное обогащение среды биологически активными веществами, что очень важно для практического применения, потому что снижаются затраты на биогенные элементы, необходимые для эффективного протекания биохимических процессов.
Совокупность экономических и биотехнологических факторов (ожидаемый рост энергозатрат при внедрении УЗВ иловой суспензии, снижение эффективной дозы биоагента вследствие деструкционных процессов при кавитации, повышение ферментативной активности илов и концентрации ростовых веществ, а, следовательно, необходимость существенного повышения окислительной мощности очистных сооружений (особенно в случае залповых сбросов) ксенобиотиков и экотоксикантов) свидетельствует о перспективности УЗВ на часть циркулирующего ила в стационарных условиях, как одного из вариантов реализации предлагаемого приема интенсификации процесса биологической очистки вод в условиях продленной аэрации.
Рис.8 Закономерности изменения ДЛИ после УЗВ
Необходимость изучения динамики изменения ДАИ после УЗВ в процессе ассимиляции трудноокисляемых поллютантов многокомпонентных сточных вод диктуется отсутствием информации в этой области и, как следствие, невозможностью прогнозирования эффективности биохимических процессов, протекающих в аэротенке.
Рис. 9
Была проведена серия испытаний пилотной установки проточного типа с аэротенком объемом Юл (рис. 9) в условиях, максимально приближенных к производственным: использование промышленных стоков и иловых суспензий, параметры процесса биологической очистки соответствовали реальным (доза ила, концентрация растворенного кислорода, продолжительность аэрации и др.).
myunivercity.ru
Ультразвуковая установка для очистки и обеззараживания воды
Изобретение относится к устройствам по очистке воды от химических и микробиологических загрязнений и может быть использовано в процессах водоподготовки при чрезвычайных ситуациях, в полевых условиях, а также в качестве войскового индивидуального водоочистного средства. Ультразвуковая установка для очистки и обеззараживания воды содержит автогенератор, выполненный на двух элементах логической микросхемы К176ЛА7, при этом частота снимаемого сигнала с выхода DA 1.2 (К176ЛА7) и поступающего на вход эмитерного повторителя, который одновременно является и усилителем сигнала, регулируется с помощью переменного резистора R1 (22кОм) в диапазоне частот 25-55 кГц. Технический результат - создание малогабаритного универсального устройства для очистки и обеззараживания воды и уменьшение энергозатрат на очистку воды. 1 ил., 1 табл.
Использование: для решения задач по снабжению войск питьевой водой из природных источников и обеспечения химической и биологической безопасности военнослужащих и гражданского персонала ВС РФ в мирное время и на особый период.
Сущность изобретения заключается в возможности реализации концепции по разработке войскового индивидуального водоочистного средства, которое бы в полной мере удовлетворяло потребность в очищенной воде для обеспечения жизнедеятельности и сохранения боеспособности военнослужащих как в мирное, так и в военное время, соответствующего современному уровню научно-технического развития и способного интегрироваться в новый облик войсковой системы технических средств специальной обработки.
Технический результат: возможность проведения обеззараживания воды из открытых источников в полевых условиях с использованием ультразвуковой установки для очистки и обеззараживания воды, включающей совокупность технических решений и функциональных возможностей по бактерицидному воздействию на микроорганизмы, позволяющего решать поставленные задачи как в мирное время, так и на особый период.
Изобретение относится к области войсковой специальной обработки и обеспечения химической и биологической безопасности личного состава Вооруженных Сил Российской Федерации (ВС РФ).
Целью изобретения является получение в кратчайшие сроки питьевой воды улучшенного качества с использованием ультразвуковой установки для очистки и обеззараживания воды.
Изобретение относится к устройствам по очистке воды от химических и микробиологических загрязнений, может быть использовано в процессах водоподготовки при чрезвычайных ситуациях (ЧС) эпидемического характера, обеззараживания воды из открытых источников в полевых условиях как составная часть системы войскового водоочистного средства.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является устройство для обеззараживания жидкости от микробиологических загрязнений (RU №85469, C02F 1/34, оп. в 2009 г.), генерирующее ультразвуковые колебания.
Известное устройство для обеззараживания и активации жидкости, содержащее камеру для обработки жидкости с вмонтированными в неё электродами, генератор импульсов тока, формирующий разрядник, при этом камера выполнена в виде трубы Вентури, содержащей конфузор, горловину, диффузор, а внутри конфузора расположены электроды, выполненные в виде полусфер.
Данное устройство предназначено для очистки промышленных стоков, исходя из конструктивных особенностей, можно сделать заключение, что оно представляет собой сложную, громоздкую конструкцию, работающую только в стационарных условиях. Кроме того, требует повышенного расхода электроэнергии.
Предлагаемая нами установка позволяет обрабатывать воду при наличии любого источника электропитания (вплоть до автомобильного).
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи - создание малогабаритного универсального устройства по очистке воды от химических и микробиологических загрязнений, обеззараживания воды из открытых источников в полевых условиях, уменьшения энергозатрат на очистку загрязненных вод за счет использования ультразвукового излучения определенной частоты.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что генератор ультразвуковой установки подает сигнал переменного тока на преобразователь, который начинает совершать колебания с резонансной частотой. Колебания передаются в жидкую среду. Во время этого процесса возникает ультразвуковая кавитация. Резкая смена физического состояния жидкости, происходящая с частотой ультразвука, разрушает микроорганизмы, находящиеся в воде.
Ультразвуковая установка для очистки и обеззараживания воды состоит из автогенератора, выполненного на двух элементах логической микросхемы К176ЛА7, вырабатывающего на выходе необходимый диапазон частот, и времязадающей цепочки, включающей следующие элементы: R1 (22кОм), R2 (1кОм) и С1 (1000Пф). С помощью переменного резистора R1 задается частота ультразвуковых колебаний в диапазоне 25-55 кГц. Сигнал, снимаемый с выхода №4 DA 1.2, поступает на вход эмитерного повторителя, собранного на транзисторе КТ315Г, который одновременно является и усилителем сигнала. Резисторы R3 (1кОм) и R4 (2кОм) устанавливают необходимое смещение для нормальной работы транзистора Т1 (КТ315Г) (элементы управления транзистором).
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема принципиальная электрическая «ультразвуковой установки для очистки и обеззараживания воды». Основу составляет стандартная логическая микросхема (DA1.1; DA1.2; R1; С1). Номера выводов микросхемы на графическом изображении обозначены цифрами (1), (2), (3), (4), (5), (6). Выбор этой микросхемы логического элемента КМОП обоснован тем, что данные элементы менее энергозатратны и устойчивы к изменению питающего напряжения. Нами дополнительно введен резистор R2 (1кОм), который дает возможность настроить генератор на постоянную начальную частоту 25 кГц. Резистор R1 (22кОм) регулирует частоты генератора в ограниченном диапазоне от 25 до 55 кГц. Вторая часть схемы R3 (1кОм) и R4 (2кОм), введенная нами дополнительно к общей схеме, представляет собой согласующие элементы между генератором и пьезоэлементом Пз1. Он играет роль согласователя и усилителя сигнала.
В наших экспериментах с применением ультразвуковой установки для очистки и обеззараживания воды было установлено, что для эффективного бактерицидного воздействия на микроорганизмы наиболее оптимальный диапазон частот от 25 до 50 кГц. Имеющийся аналог - ультразвуковая ванна может задавать постоянную частоту, которая составляет 35 кГц.
Результаты исследований процесса дезинфекции с применением ультразвуковой установки для очистки и обеззараживания воды представлены в таблице 1.
Представленные результаты показывают, что наибольшая гибель микроорганизмов наблюдалась на частоте 50 кГц. Что свидетельствует о необходимости повышения эффективности обеззараживания за счет увеличения частоты ультразвуковых колебаний по сравнению с ванной.
Так как созданная нами ультразвуковая установка для очистки и обеззараживания воды обеспечивает эффективную дезинфекцию растворов, зараженных вегетативными и споровыми формами микроорганизмов, за короткий промежуток времени она может быть использована при возникновении чрезвычайных ситуаций (ЧС) эпидемического характера, вызванных спороцидными биологическими средствами (БС), в том числе возбудителями сибирской язвы. Ни одно из имеющихся в настоящее время в арсенале химических дезинфицирующих средств не может обеспечить спороцидный эффект за короткий промежуток времени.
Тот факт, что во всех живых организмах процент содержания воды очень высок - до 85% от общего количества, мы и определили направление поиска первичных механизмов ультразвукового излучения при его воздействии на биологические объекты. Влияние физических факторов на водные растворы микробной клетки осуществляется по двум направлениям: непосредственное воздействие негативного физического фактора (процесс кавитации) и химическое взаимодействие с активными формами кислорода (процесс сонолиза). Кроме того, необходимо заметить, что вода представляет собой не совсем обычный объект. Это ассоциированная жидкость с большой диэлектрической проницаемостью и большим дипольным моментом у молекул.
Целью проведенных исследований стало определение основных параметров обработки воды ультразвуком для эффективного бактерицидного воздействия на микроорганизмы. Для изучения процессов обеззараживания воды использовали метода количественного учета микроорганизмов на плотных питательных средах (метод Коха). Суспензию микроорганизмов готовили на физиологическом растворе. Готовую суспензию брали в равных объемах и подвергали воздействию ультразвукового излучения при помощи предлагаемой нами ультразвуковой установки для очистки и обеззараживания воды, обработанную суспензию наносили на твердую питательную среду при помощи пипеток и равномерно распределяли по поверхности стеклянным шпателем Дригальского. Обсемененные образцы оставляли в чашках Петри в термостате при температуре 37°С на сутки, с последующим подсчетом числа выросших колоний. Обработка результатов экспериментов при дезинфекции воды заключалась в выявлении среднего количества колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл и пересчете на поверхностное обсеменение КОЕ/см2. Количество параллельных (повторных) измерений для подтверждения результатов - 42, количество измерений в одной точке - 6. В эксперименте получено 98% характерного эффекта из 100 повторов, это свидетельствует, что вероятность обнаружения (положительного срабатывания) предлагаемого теста заключена в границах доверительного интервала 0,95-0,99.
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что ультразвуковая установка для очистки и обеззараживания воды, предлагаемая нами, обладает бактерицидной активностью в отношении микроорганизмов вегетативной формы как в отношении грамотрицательных, так и в отношении грамположительных бактерий. Бактерицидная активность излучения проявляется и при воздействии на споровые формы микроорганизмов.
Ультразвуковая установка для очистки и обеззараживания воды, отличающаяся тем, что ее основу составляет автогенератор, выполненный на двух элементах логической микросхемы К176ЛА7, при этом частота снимаемого сигнала с выхода DA 1.2 (К176ЛА7) и поступающего на вход эмиттерного повторителя, который одновременно является и усилителем сигнала, регулируется с помощью переменного резистора R1 (22КоМ) в диапазоне частот 25-55 кГц.
www.findpatent.ru
