Очистка и обеззараживания воды на основе электрофизической ионизации

3.3 Очистка и обеззараживания воды на основе электрофизической ионизации

В настоящее время ощущается нехватка и уменьшение в будущем запасов чистой воды. Поэтому сохранение и увеличение запасов чистой воды является актуальной задачей. Известны более 2000 способов очистки воды. К очистке воды с помощью процессов, происходящих на атомном уровне, можно отнести химические методы очистки воды. В этих методах очистка воды производится на основе известного расхода используемого вещества и их применения. Поэтому при очистке воды направления использование веществ и уменьшения человеческого труда целесообразны. Этим направлением очистки воды можно отметить предлагаемый нами способ электрофизической ионизации [17,18]. Известно, что энергия ионизации соответствует работу выхода электрона, т. е. энергии необходимой, для того чтобы удалить электрон из молекулы воды на бесконечность. Каждый химический элемент обладает потенциалом ионизации. Поэтому, зная потенциал ионизации химического элемента можно возбудить его атом при подаче соответствующего внешнего напряжения. Эксперименты по очистке воды с использованием электроионизационного (электроактивационного) метода и последующий анализ качества очищенной воды показывают, что бактерицидное действие электрического поля в воде проявляется отчётливо уже при энергии 1,63 эВ, то есть при энергии 2,61 10^-19 Дж. При более высоких энергиях электрического поля бактерицидное действие проявляется во всём генерируемом диапазоне электрической энергии. Электрическое поле эффективно разрушает всех бактерий, вирусов и других видов микроорганизмов, присутствующих в природных и сточных водах. Для достижения необходимого обеззараживания воды электрическим полем требуется несколько секунды, тогда как при обработке хлором и озоном тратится от 15 до 30 минут. Эффект обеззараживания воды достигается при малых энергиях электрического поля, но кроме обеззараживания важно добиться электронно-химической трансформации многих загрязняющих веществ. Принцип электроактивационной очистки воды от загрязняющих её примесей состоит в том, что под действием электронов, обладающих достаточной энергией, происходит радиолиз воды по схеме:

H₂O + быстрые электроны = H₂O+ + e -,

H₂O+ + H₂O = H₃O+ + “.OH”,

где “.OH” - гидроксильный радикал, который является сильнейшим окислителем. Далее:

e ^- +( H₂O)n = e^-,

где e^- - электрон в сольватной оболочке, который с высокой эффективностью восстанавливает окислы. При прохождении электрического тока через очищаемую воду основным очищающим эффектом является результат воздействия активных агентов, т.е. гидроксильного радикала и электрона в сольватной оболочке, на примеси. В воде, например, могут протекать реакции восстановления и окисления:

Fe³ + e^- = Fe²⁺,

Cu²⁺ + e^- = Cu⁺,

“OH” + 2Cl = 2OH^- + Cl₂.

В результате восстановленные металлы выпадают в осадок, а газообразные соединения улетучиваются из воды. Те активные химические реагенты, которые образуются в воде при электроактивации, воздействуют на микроорганизмы и бактерии, уничтожают их, т.е. происходит стерилизация очищаемой воды. Установлено, что при этом не образуются новые токсичные вещества.

Основной элемент электроактиватора - набор плоскопараллельных железных пластин (анодов и катодов). В зависимости от объёма очищаемой воды, может быть один или несколько блоков электроактиваторов. Удельные затраты электроэнергии могут быть снижены за счёт оптимизации размеров электродов и расстояния между ними, а также плотности тока в зависимости от степени загрязнения раствора.

Таким образов в основе метода лежит процесс анодного растворения металлов под действием проходящего через жидкость электрического тока. Перешедшие в воду катионы металла (алюминия, железа и др.) гидролизуются с образованием гидроксидов металлов и служат активными коагулянтами для коллоидно-дисперсных примесей. В результате взаимодействия частиц примесей с частицами электрогенерированного коагулянта образуются агрегаты частиц, которые в зависимости от плотности тока выпадают в осадок или всплывают на поверхность жидкости в виде пены. При электроактивации водных растворов большую роль играет материал анода. Мы разработали и изготовили электроактиваторы с железными и алюминиевыми анодами. Эксперименты показали более высокую эффективность железных электродов. После электроактивационной очистки воды образуются осадки, состоящие из гидроксидов металлов преимущественно железа.

Перед нами стоит задача разработки технологии формирования анодов для их использования в электроактивационных устройствах и выявления влияния различных примесей, добавок на электрические свойства активной массы.

Очистка воды данным способом имеет ряд преимуществ:

·  при электрофизической ионизации конструкция установки очистки воды очень простая (состоит из алюминиевых колец) и надежная в работе;

·  установка очистки воды небольшого размера, отличается легкостью и удобством перестановки и перемещения;

·  процессы очистки воды производятся на наноуровне;

·  потребление электроэнергии небольшое;

·  необходимую для установки очистки воды электрическую энергию можно вырабатывать на установке электрофизической ионизации жидкого раствора;

·  для ионизации 1 литра воды в 1 секунду расходуется алюминиевый электрод с площадью поверхности 1 м² (считая для одного электрода);

·  удобство изменения объема устройства очистки воды при любой скорости воды;

·  возможность очистки любой массы воды в секунду посредством получения при электрофизической ионизации нового осадочного вещества из веществ в составе воды, увеличивая количество или высоту алюминиевых колец в устройстве очистки воды;

·  возможность применения полученного при очистке воды электрофизической ионизацией новых осадочных веществ в качестве сырья.

Наряду с этим, используя устройства электроионизационной очистки питьевой воды, можно определить количества ионизированных атомов в различных химических элементах, имеющихся в воде в 1 секунду и массу твердых осадков, полученных в процессе ионизации.

Результаты этих исследований с применением электроионизационного очистного устройства приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Из таблицы 3.1 видно, что при увеличении площади электродов электроионизационного устройства с 17.56см² до 4115.8 см² масса твердого осадка при очистке питьевой воды возрастает от 0.017мг до 4 мг, т.е масса осадка увеличится в 235 раза. Это означает, что масса осадка, полученное в процессе очистки питьевой воды электроионизационным способом имеет прямую зависимость от площади электродов.

Исходя из таблицы 3.1 определим объем воды, который можно очистить электроионизационным способом при заданных размерах электродов устройства. Для этого скорость воды примем равной 6,25 см/с. Принимая во внимание 3 – 4 – графы таблицы 1 и то, что объем передаваемой населению города Ош воды равен 18000 м³ в сутки, произведены соответствующие расчеты показателей ионизации воды в процентных соотношениях в 1 секунду. Если населению города Ош из ВОС с. Мады подается вода плотностью  по трубам поперечным сечением S со скоростью , то очевидно, что масса передаваемой населению воды в единицу времени будет равна произведению S [3]. Поэтому, увеличив скорость передаваемой населению воды и определив высоту ионизирующего устройства относительно величины, равной расстоянию прохождения воды в секунду, можно определить общую площадь поверхности электродов.

Полученные результаты приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Таким образом, для полной очистки питьевой воды с помощью электроионизационного устройства, поступающий в г. Ош требуется увеличить площадь одного электрода до 289 м ².

После такой высокой очистки питьевой воды необходимость кипячения воды перед употреблением отпадает. Тогда применение очищенной воды к употреблению уже приведет к экономии электрических ресурсов. Приняв к сведению о том, что при кипячении воды на основании закона сохранения энергии затрачивается известное количество теплоты на прогревание вещества (графы 9, 10, и 11 таблицы 3), можно определить количество энергии ненужной затраты. Для определения этой энергии, равной этому количеству теплоты, необходимо произвести расчетное определение количества электрической энергии или угля, газа, дров (Q = c *m * (T – T₀ )).

Результаты этих расчетов приведены в таблице 3.3. и 3.4. Как видно из таблицы, если состав кипятимой воды в достаточной мере очищен, то не будет излишнего расхода энергии. Также не было бы появления осадков веществ на дне кипятимой емкости и соответственно, экономилась бы энергия.

Таблица 3.3.

Таблица 3.4

Наряду с этим можно отметить, что полученные в результате электрофизической ионизации осадочные вещества из питьевой воды применяются в соответствующем виде в различных отраслях народного хозяйства и рассматривать их в качестве дополнительного очищенного сырья.

Вышеуказанные показатели рассматриваются как одно из направлений экономии энергетических ресурсов и производства соответствующего сырья.

На основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:

1. Увеличивается производительность очищения воды водоочистителем при увеличении площади поверхности электродов устройства электрофизической ионизации.

2. Получение новых осадочных веществ при электрофизической ионизации веществ, имеющихся в составе питьевой можно рассматривать как сырье для дальнейшего практического применения.

3. Использование способа электроионизационного способа очистки питьевой воды можно считать как одно из направлений экономии энергетических ресурсов и уменьшения вредного экологического влияния на организм человека.

Заключение

Сегодня многие просто даже и не задумываются о том, насколько важно для организма употребление качественной питьевой воды. Качество питьевой воды напрямую влияет на наше здоровье. Достаточно сказать о том, что более половины всех болезней связаны с употреблением некачественной питьевой воды. Плохая вода – одна из основных причин многих заболеваний, а зачастую диагностируют и лечат уже последствия. Все чаще водопроводная вода по своему составу напоминает химическую и бактериологическую смесь, опасную для нашего здоровья. В ней очень много самых разных твердых частиц, солей тяжелых металлов, мельчайшей ржавчины, органических соединений, нефтепродуктов, опасных микроорганизмов, различных химических соединений, многие из которых являются сильными канцерогенами (например, некоторые соединения хлора с органикой).

Многое из того, что перечислено это результат «вторичного загрязнения» воды в водопроводных сетях. Серьезный износ и плохое состояние водопроводных сетей стали главной причиной «вторичного загрязнения». А постоянное хлорирование воды на водоочистных станциях – прямая связь с возникновением злокачественных опухолей. Только представьте себе – хлорированная вода на 30 % ускоряет процесс старения. А, по мнению ученых, питьевая вода хорошего качества способна увеличить среднюю продолжительность жизни на 20-25 лет!

Кипячение и отстаивание, к сожалению, не решают всех проблем, а многие даже усугубляют. А бутилированная вода часто ничем не лучше, чем вода из во допроводного крана.

Метод электрической ионизации позволяет очищать питьевую воду до высочайшего уровня качества.

Степень очистки это еще не единственный плюс. Благодаря от применения эффекта электрической активации вода обеззараживается и приобретает еще ряд целебных свойств – структурируется, в ней сохраняются многие полезные соли и микроэлементы.

Литература

1. Эмомото М. Послания воды: Тайные коды кристаллов льда. София, 2005.-95с.

2.Эмомото М. Энергия воды для самопознания и исцеления. София, 2006.-96с.

3. Бембель Е.И. Память воды. Савременный взгляд на эффект памяти воды. ООО «Геофон», Тюменский государственнгый нефтегазовый университет. // www.geofon.ru/art/art_26_geofon.doc

4. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология. М: Стройиздат, 1983.-345с.

5. Аксенов С.И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. М.: Наука, 1990.-120с.

6. Белая М.Л., Левадный В.Г. Молекулярная структура воды. М.: Знание, 1987.-64с.

7. Эйзенберг Д., Кауцман В. Строение и свойства воды. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - с.

8. С.В. Зенин. Структурированное состояние воды как основа управления поведением и безопасностью живых систем. Диссертация. Доктор биологических наук. Государственный научный Центр «Институт медико-биологических проблем» (ГНЦ «ИМБП»). Защищена 1999. 05. 27. УДК 577.32:57.089.001.66.207 с. Библиогр.: 213 назв.

9. М.В.Курик. О фрактальности питьевой воды. //Физика сознания и жизни, космология и астрофизика. 2001. №3.

10. Беспамятнов Г.П.,Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде Л.: Химия 1987.-245с.

11. Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации. М: Стройиздат, 1977.-278с.

12. Абрамович С.Ф. Раппорт Я.Д. Тенденции развития водоснабжения городов за рубежом. Обзор М.: ВНИИИС, 1987.-187с.

13. А.с. SU 1223956 (1986.04.15). Установка для очистки воды.

14. ГОСТ Р 51871-2002. Устройства водоочистные. Общие требования к эффективности и методы ее определения.

15. Унифицированные методы исследования качества воды. 2-е издание СЭВ. Москва. 1974. -380с.

16. Нанотехнологии в очистке питьевой воды: за и против. Расчёты, испытания, отчёты, экспертизы. - http://vik-nik-2009.narod.ru/VODA_june.pdf.

17. Ташполотов Ы. Акматов Б. Ж. Очистка электрофизической ионизацией подаваемой населению города Ош воды из ВОС с. Озгур//Научно-технический журнал Кыргызско-Узбекского ун-та. Наука.Образование. Техника, 2010, №2.

18. Акматов Б. Ж. Суюк аралашманын курамындагы химиялык элементтердин толук оздук массаларын электрофизикалык ионизациялоо ыкмада аныктоо. // Наука и новые технологии, 2010, №1.

19. Шангин-Березовский Г.Н., Лазарева Н.Ю. Возможность замены минеральных удобрений на воду с памятью о них для развития растений. Москва. МНТЦ ВЕНТ. 1991. Препр.№9.

21. Бембель Е.И.. Шантарин В.Д. Практическое использование свойства «памяти» воды. Материалы 4-ой региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Новые технологии – нефтегазовому региону.Тюмень,ТюмГНГУ, 2005.

22. Бембель Е.И., Шантарин В.Д. Использование свойства памяти воды для энергозащиты человека.Международная конференция… Москва,2006.

Похожие работы

Механический способ очистки воды, его развитие благодаря нанотехнологиям

Скачать

11835

0

0

... дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами [1]. 1. Что представляет собой механический способ очистки воды Механический способ фильтрации. Представим себе стеклянную трёхлитровую банку или кастрюлю, накрытую марлей, через которую наливается вода. Это простейший механический фильтр, но он может остановить только ...

Нанотехнологии в машиностроении России

Скачать

86786

0

6

... полностью соответствовать модели новой экономической формации, где единственным предметом обмена станет информация. 2.3. Проблемы и перспективы развития нанотехнологий в машиностроении   2.3.1. Перспективы развития нанотехнологий в машиностроении Стратегическими национальными приоритетами Российской Федерации, изложенными в утвержденных 30 марта 2002 г. Президентом Российской Федерации « ...

Применение нанотехнологий в различных отраслях народного хозяйства

Скачать

38658

0

0

... для их обнаружения требуется облучение светом лишь определенной частоты, поскольку различные красители отражали различные частоты спектра. Следовательно, для одновременного исследования нескольких препаратов требовалось столько же источников света. Данную проблему удалось решить с помощью нанотехнологий, а точнее – квантовых точек. Квантовые точки – это полупроводниковые кристаллы нанометрового ...