Электроимпульсный способ обеззараживания жидкости

 

Использование: для снижения бактериальной зараженности сточных вод общегородских, ливневых, предприятий пищевой промышленности, поселков, ферм и т. п. , в процессе подготовки питьевой воды для дачных участков, поселков, предприятий пищевой промышленности и т. п., для обеззараживания жидких пищевых продуктов (соков, молока и др.). Сущность изобретения: способ включает в себя операции подачи жидкости при равномерном профиле распределения скорости, зарядку накопителя электроэнергии в режиме постоянной мощности, инициирование электрического разряда в жидкости при скорости нарастания переднего фронта напряжения не менее 10¹⁰ В/с, усиление эффекта разрушения микроорганизмов за счет формирования волн растяжения при отражении волн сжатия, образованных электрическим разрядом от свободной поверхности жидкости, подавление или гашение ударных волн в подводящих и отводящих жидкость магистралях. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к обеззараживанию жидкостей, включая питьевую и сточную воды, и может быть использовано для снижения бактериальной зараженности сточных вод, в процессе подготовки питьевой воды, для обеззараживания жидких пищевых продуктов (соков, молока и др.).

Наиболее близким к изобретению является способ, состоящий в разрушении микроорганизмов, содержащихся в жидкости, импульсным электрическим зарядом. Разрушение микроорганизмов достигается тем, что зараженную жидкость (воду) подают в электроразрядную камеру, одновременно производят зарядку конденсаторов суммарной емкостью более 5 мкФ, инициируют разряд между электродами, погруженными в жидкость, заполняющую электроразрядную камеру. В результате электрического разряда в жидкости происходит разрушение микроорганизмов, и таким образом жидкость обеззараживается. Обеззараженную жидкость отводят из электроразрядной камеры. Удельный расход энергии, потребной для полного уничтожения микроорганизмов, составляет 0,20 кВтч/м³.

Основным преимуществом таких способов является экологическая чистота, возможность использования в больших объемах жидкости.

Однако эти способы имеют ряд недостатков, в частности относительно высокую энергоемкость 0,2-1 кВтч/м³.

Основная цель изобретения разработка электроимпульсного способа обеззараживания жидкости с низкой энергоем- костью.

Цель достигается тем, что при подаче жидкости в рабочий объем формируют поток с равномерным профилем скорости. Под равномерным профилем скорости подразумевается такой профиль ламинарного течения (в данном случае, число Рейнольдса 500), при котором средняя скорость жидкости отличается от максимальной скорости на обрабатываемом разрядом участке не более, чем на 7% Такую равномерность можно получить с помощью сопла Виташинского, сеток или хонякомбов. Одновременно с формированием потока жидкости осуществляют зарядку накопителя электроэнергии в режиме постоянной мощности. Затем производят инициирование электрических разрядов, генерирующих волны сжатия в жидкости импульсами напряжения со скоростью нарастания переднего фронта не менее 10¹⁰ В/с, а за счет отражения волн сжатия от свободной поверхности жидкости формируют волны растяжения, усиливающие эффект обеззараживания.

Для исключения разрушения магистралей подачи и отведения жидкости осуществляют подавление и гашение волн сжатия на входе и выходе из камеры обработки. Погасить волны сжатия можно путем установления на их пути большого гидравлического сопротивления или, в частности разрывом потока жидкости (например, организацией стока жидкости в резервуар через трубу, расположенную над уровнем жидкости).

Кроме того, в частном случае возможно инициирование электрических разрядов в объеме, отделенном от рабочего объема средой, сохраняющей или увеличивающей амплитуду волн сжатия. При переходе из одной среды в другую, которые имеют близкие значения акустической жесткости ρc (ρ плотность среды; с скорость звука), значение амплитуды волн напряжения сохраняется, при переходе в среду с большей акустической жесткостью увеличивается. Примером материала, являющегося средой, сохраняющей амплитуду волны на границе с водой, может быть пенополистирол (для воды ρс 1000 кг/м³˙1700 м/с1,7˙10⁶ кг/м³˙с, для пенополистирола ρ˙с 1046 кг/м³ 1880 м/с 1,96 10⁶ кг/м²˙с). Возможность использования разделяющей среды позволит расширить область применения предполагаемого способа и распространить его на жидкие пищевые продукты (соки, молоко и т.п.), поскольку в этом случае будет исключено термическое и прочие воздействия на продукты в зоне разряда.

Предполагаемый способ был реализован для обеззараживания модельных растворов с кишечной палочкой 1257, а также сточной воды Курьяновской станции аэрации. Кроме того, изучалась эффективность обеззараживания электроимпульсным методом в зависимости от концентрации микроорганизмов, размеров электроразрядной камеры при фиксированных условиях проведения импульсного электрического разряда.

Экспериментальная проверка электроимпульсного способа была проведена при использовании малоиндуктивного накопителя емкостью 72 мкФ, напряжения 20 кВ, электроразрядной камеры (ЭРК) в виде цилиндрической трубы диаметром 150 мм и длиной от 150 до 1050 мм, воды, зараженной кишечной палочкой 1257.

Полученные результаты приведены в таблице.

На основании этих результатов был определен радиус обеззараживающего действия R для рабочей камеры в виде узкого мелкого лотка, широкого мелкого лотка и цилиндрической трубы большого диаметра. Он составил соответственно более 1050, 520 и 425 мм.

Расход электроэнергии на один разряд в опытах составил ≈ 20 кДж. Возможный объем воды, который может быть обработан в цилиндрической рабочей камере, равен 4/3 TR3 0,32 м³. При КПД зарядки накопителя ≈ 0,5 удельный расход электроэнергии (энергоемкость) составил не более 0,035 кВт ч/м³, т.е. значительно ниже указанных в прототипе и аналоге (0,2-1 кВт ч/м³).

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЙ СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКОСТИ, заключающийся в подаче жидкости в рабочий объем, зарядке накопителя электроэнергии, инициировании одного или серии импульсных электрических разрядов в жидкости и отведении обеззараженной жидкости из рабочего объема, отличающийся тем, что при подаче жидкости в рабочий объем формируют поток с равномерным профилем скорости, причем рабочий объем заполняют с воздушным промежутком, одновременно осуществляют зарядку накопителя электроэнергии в режиме постоянной мощности, затем производят инициирование электрических разрядов, генерирующих волны сжатия и растяжения в жидкости, импульсами напряжения со скоростью нарастания переднего фронта не менее 10¹⁰ В/с, при этом в магистралях для подачи и отведения жидкости обеспечивают подавление и гашение волн сжатия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инициирование электрических разрядов осуществляют в объеме, отделенном от рабочего объема средой, сохраняющей или увеличивающей амплитуду волн сжатия.