CC BY
93
Запропоновано ефективну технологю вiброкавiтацiйного очищення стiчних вод молокопереробних виробництв. Наведено конструкцю та принцип роботи створено-го для цього електромагттного вiбрацiй-ного кавтатора. Показано, що стльною дieю вiброкавiтацii та азоту при очищен-т стотв молокозаводу досягаеться вищих ступетв очищення вiд бiологiчних i оргашч-них забруднень, тж дiею цих чиннитв оыбно Ключовi слова: кавтащя, вiбрацiйний електромагттний кавтатор, стiчнi води, хiмiчне споживання кисню, мшрооргатзми, знезараження
Предложена эффективная технология виброкавитационной очистки стоков молокоперерабатывающих производств. Приведена конструкция и принцип работы созданного для этого электромагнитного вибрационного кавитатора. Показано, что общим действием виброкавитации и азота при очистке стоков молокозавода обеспечивается более высокая степень очистки от биологических и органических загрязнений, чем при их раздельном действии
Ключевые слова: кавитация, вибрационный электромагнитный кавитатор, сточные воды, химическое потребление кислорода, микроорганизмы, обеззараживания
УДК 66.084.2 : 66.086.4
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ АЗОТУ НА ЕФЕКТИВН1СТЬ ПРОЦЕСУ В1БРОКАВ1ТАЦ1ЙНО1 ОБРОБКИ СТОК1В МОЛОКОЗАВОДУ
Л . I. Шевчук
Кандидат техычних наук, доцент* E-mail [email protected] I. С. Афтаназ^ в
Доктор техшчних наук, професор** E-mail: [email protected] О. I. Строган 1нженер I категори** E-mail: [email protected] Л. М. Предзимiрськ а Астрант* E-mail: [email protected] *Кафедра технологи оргашчних продуклв 1нститут xiMii та хiмiчноT технологи Нацюнальний ушверситет <^bBiBCb^ полЬехшка» пл. Св. Юра 3/4, м. Львiв, УкраТна, 79013 **Кафедра нарисноТ геометри i графки 1нститут математики i фундаментальних наук Нацюнальний ушверситет полiтехнiка»
вул. С. Бандери, 12, м. Львiв, УкраТна, 79013
1. Вступ
Прискорений розвиток харчових шдприемств, у тому чи^ i молокопереробних, призводить до утво-рення значних обсягiв спчних вод (СВ), переважна бiльшiсть яких на даний час скидаеться неочищеними у природнi водойми, створюючи ввдчутне екологiчне навантаження на навколишне середовище. Скидання СВ е основною причиною забруднення водойм, що призводить до рiзкого попршення 1х гiдрохiмiчного режиму, а отже, i умов життедiяльностi водних ор-ганiзмiв (гiдробiонтiв). Надходження СВ у водойми призводить до засмiчення 1х нерозчинними речови-нами, погiршення фiзико-хiмiчних властивостей води i кисневого режиму, змши рН води, пiдвищення мь нералiзацii i вмiсту органiчних речовин, отруення водних мешканщв токсичними речовинами, що веде до порушення процесу самоочищення водойм [1]. Та-кий тдхщ до використання водних ресурав е вкрай нерацiональним в умовах зростаючого дефiциту та низькоi якосп питноi води, а також зростаючих та-рифiв на воду.
ПоНршення якостi води в природi свщчить про те, що методи очищення СВ, як використовують
промисловi шдприемства, не вiдповiдають сучас-ним вимогам. Проблема очищення виробничих стокiв вщ розчинених у водi органiчних речовин е одшею з найбiльш важливих i одночасно важ-ко розв'язуваних. Через шдвищене забруднення джерел водопостачання традицшш технологii, що застосовуються для обробки води, стали у бшь-шост випадкiв недостатньо ефективними. Най-частiше традицiйна схема очищення не вщповщае якостi води джерела водопостачання. Тому розро-блення i застосування б^ьш досконалих методiв очищення сичних вод е комплексним завданням винятковоi ваги.
Однiею з актуальних задач при очищенш про-мислових i побутових стокiв е застосування тех-нологiй, що не використовують хiмiчнi реагенти, тобто технологiй, що не призводять до утворення в процес знезараження токсичних сполук (як у випадку застосування сполук хлору i хлорвмш-них речовин) при одночасному повному знищенш патогенно'Т мiкрофлори i деструкцii органiчних забруднень. Найб^ьш безпечними з безреагентних способiв знезараження е фiзичнi методи очищення води.
2. Аналiз лггературних джерел i постановка проблеми
Одним i3 ефективних фiзичних методiв штен-сифiкацii хiмiко-технологiчних процеав у рiдинах е кавiтацiйний вплив на оброблюване середовище. При кавиацшнш обробцi рiдина пiддаеться потуж-ному енергетичному впливу, який супроводжуеться появою в рщит напружень розтягу високого градiен-ту, що зумовлюють руйнування мiжмолекулярних зв'язкiв у рiдинi та формування i3 наявних в рщит зародкiв кавiтацii кавiтацiйних бульбашок. Одночас-но внаслiдок колапсу бульбашок мае мшце вид^ен-ня енергii у мiжфазовому шарi рiдини, що оточуе бульбашку. Миттеве тимчасове накопичення енергп у мiжфазовому шарi рiдини швдюе протiкання у потоцi рiдинного середовища рiзноманiтних ефектiв [2]. Кавiтацiя в рщинах, i3 помiж iншого, шщше рiзнi фiзико-хiмiчнi явища; сонолюмiнесценцiю (свтн-ня рiдин); хiмiчнi ефекти (звуко-хiмiчнi реакцii); ерозiю твердого тiла (руйнування поверхш);дис-пергування (здрiбнювання твердих часток у рщиш) i емульгування (змшування i гомогенiзацiя рiдин, що не змшуються) [3]. Цi кавiтацiйнi явища широко ви-користовуються в промисловост для iнтенсифiкацii технологiчних процесiв [4].
При забезпечент якостi води фахiвцi стикаються з проблемою мiкробiологiчного забруднення води, адже навггь вода з тдземних джерел може мiстити одинич-нi клiтини патогенних мiкроорганiзмiв. Застосування кавиацп призводить до дезiнфекцii води ввд мжроор-ганiзмiв Escherichia coli [5-8], Legionella pneumophila [5], Salmonella typhi [4, 7], Corynebacterium diphtheriae [4], Staphylococcus aureus [7], Bacillus subtilis [4, 9]. Пдрок-сильш радикали утвореш при схлопувант кавгтацш-них пухирщв ушкоджують, насамперед, тонку клиинну стiнку: атакують клiтинну мембрану, що веде до лiзису клииншл стiнки, вiдбуваеться розрив цитоплазматич-но' мембрани; втрата структурноi цiлiсностi клiтинноi стiнки i витiк внутрiшньоклiтинних компоненпв е го-ловними причинами загибелi клiтин [8].
Однак аналiз лиературних першоджерел засвiдчив, що стандартного промислового обладнання, придатного для ефективноi кавиацтил обробки значних обсягiв виробничих стоюв, якими е i стоки молокоперероб-них виробництв, не iснуе. Ультразвуковi технологи в промислових виробництвах використовуються рiдко. Великi енергетичнi витрати, ввдсутшсть нормативних документiв, що регламентують використання методу, роблять споаб УЗ знезараження неконкурентоспромож-ним для промислового використання [10]. Бшьше того, навiть наявш зразки дослiдного кавiтацiйного устат-кування, створеш у рiзноманiтних науково-дослiдних установах, за своiми параметрами та конструктивною будовою не ввдповвдають тим вимогам, що висуваються у сьогодент до якосп та високого ступеня очищення та знезараження слчних вод. I одшею iз найвагомiших причин, що обмежують промислове застосування очисних УЗ-технологш, е притаманнi '¿м доволi ввдчутш питомi (на одиницю об'ему обробленоi рiдини) енергозатрати.
Враховуючи, що затрати енергп на утворення паро-газовоi фази в кавiтацiйному полi близью до третини загального тдведеного ii обсягу, цiлком доречним видаеться пошук шляхiв пониження затрат енергii на самозбурення i стабiльне пiдтримання кавиацш-
ного процесу в оброблюванiй рвдиш. Тим бiльше, що кавiтацiйну обробку рщин здiйснюють переважно в кавиаторах закритого типу, тобто як правило, без доступу атмосферного повиря, що в процеа обробки стрiмко знижуе кiлькiсть розчинених у рiдинi повггря та газiв, молекули яких постають зародками кавиацш-них мiкробульбашок. Даний процес супроводжуеться стрiмким зменшенням в нш кiлькостi зародкiв кавиа-цп, i як наслiдок, пониженням штенсивност кавиа-цiйного поля та ефективносп кавiтацiйноi обробки. А наявнiсть газових включень в рiдинi мае домшуючий вплив на збурення кавiтацiйних явищ [3]. Тому пра-вомiрним е твердження, що поеднання кавиацшного та одночасного реагентного оброблення сприятиме суттевому прискоренню окисно-вiдновних реакцii та полшшенню якостi очищеноi води [11].
Тому кавиацшну обробку рiдин, у тому чи^ i очищення стоюв, доречно здшснювати при подачi на дшян-ку обробки газу, рiзновид якого обирають залежно вiд виду оброблюваноi рiдини та характеру технолопчного процесу обробки. Тим самим не пльки пiдвищують якiсть кiнцевого продукту, а i понижують тривалiсть обробки завдяки вищш iнтенсивностi кавиацшного поля. При цьому, завдяки скороченню тривалостi обробки, зменшуються енергозатрати на здшснення технолопч-ного процесу, а головне, понижуеться ввдсоток затрат енергп на формування в рвдиш парогазовоi фази, яка передуе сомозародженню кавиацп i невпинно супро-воджуе кавиацшне поле. Адже молекули розчинених у рвдиш повiтря та газiв суттево понижують мщшсть мо-лекулярних зв'язюв води в цiлому, постаючи причиною мiкронадривiв ii суцiльностi, якi у подальшому на рiвнi iз твердими зваженими домшками та мжровключен-нями формуються у зародки кавiтацii. I зрозумшо, що чим бiльша юльюсть в рiдинi зародкiв кавiтацii, в тому чи^ i молекул розчинених газiв, тим нижча мiцнiсть прошарюв та струменiв води, тим менша кiлькiсть енер-гii витрачаеться на формування в рщиш парогазовоi фази, тобто на стабшьне пiдтримування кавиацшного поля. I навпаки, по мiрi дегазацii оброблюваноi води в закритому вщ доступу повiтря чи шших газiв кавиацш-ному полi, його штенсившсть понижуеться, а тривалiсть обробки зростае.
Таким чином, iз вище викладеного слщуе, що про-цеси кавiтацiйноi обробки водних розчишв доречно здiйснювати при неперервнш подачi на дiлянку обробки певного газу, розчинеш мжробульбашки якого поставатимуть зародками кавiтацii, понижуватимуть мщшсть прошарюв оброблюваноi води, и опiр розриву суцiльностi. Завдяки цьому понижуватиметься рiвень енергii, необхiдний для збурення кавиацп, зменшува-тиметься i повнiше використовуватиметься пiдведена на дiлянку обробки зовнiшня енергiя, спрямована на стабшьне пiдтримування кавiтацiйного процесу. Подача найб^ьш ефективного газу в кавиацшне поле, сприятиме i тдвищенню ефективностi процесу очищення та знезараження вщ органiчних та бюлопчних забруднень стокiв молокопереробних виробництв.
3. Мета i задачi дослiдження
Метою даного дослщження е створення ефективного способу кав^тациного очищення стоюв харчових
виробництв та обладнання для його промислового використання.
У задачi дослщження входило:
- розробка конструкцп придатного для обробки значних обсяпв р1дин вiбрацiйного кавiтатора;
- визначення основних технолопчних параметрiв вiброкавiтацiйноi очисно! обробки та !х впливу на показники якостi очищення стокiв молокопереробних виробництв;
- п1д^р ефективних для бiологiчного знезаражен-ня супутшх кавiтацiйнiй обробцi газiв;
- встановлення вщповщноот кiнетики акустично! кавггацп щодо специфiки вiброкавiтацii для вияв-лення можливостi практичного використання даних вiброкавiтацiйних пристро!в.
4. Конструкцiя та принцип роботи електромагштного вiбрацiйного кавттора
У НУ «Львiвська полгтехшка» створено спо^б вЬ брорезонансно! кавiтацiйноi обробки р1дин, специфiч-ною особливiстю якого е органiчне поеднання високо! штенсивноот формованого кавiтацiйного поля iз знач-ною продуктивнiстю обробки. Для його реалiзацii тут розроблено новi конструкцп вiброкавiтаторiв, якi про-стi за своею конструктивною будовою, енергоощаднi та зручш у експлуатацп та обслуговуванш. У загальному в цих електромагштних вiбрацiйних кавiтаторах збуд-никами кавггацп, тобто твердими тшами, що пере-мiщаються в потоцi води, являються коливнi деки ia пронизуючими !х поверхню крiзними отворами, при прот^анш крiзь якi iз високою швидюстю в оброблю-ванiй рiдинi формуються розтягувальш напруження високого градiенту. Щ напруження зумовлюють руй-нування мiжмолекулярних зв'язюв у рiдинi та фор-мування iз завжди наявних в р1диш зародкiв кавгтащ! кавiтацiйних бульбашок, лавиноподiбне наростання кiлькостi яких власне i формуе кавгтацшне поле.
Розроблений нами низькочастотний вiбрацiйний електромагнiтний кавгтатор резонансно! дп зображе-ний на рис. 1, а, на рис. 1, б - вщображено його попе-речний перерiз А-А.
До його складу входять (рис. 1, а) завантажувальна 6, робоча 9 та вщвщна 14 камери. Робоча камера 9 з'ед-нана iз завантажувальною 6 та вщвщною 14 iз можлив!-стю вiдносних перемщень через гнучкi гофри 8 та 12. На робочш камерi 9 закршлено набраний iз листового залiза кiльцевий якiр 10, а камера та яюр через крон-штейни 2 та цилiндричнi пружнi стержш 5 з'еднаш ia закрiпленими на трубах завантажувально! 6 та вщвщ-но! 14 камер реактивних масах 11. Стввюно якорев1 10 до кожно! iз закрiплених на завантажувальнш 6 та вiдвiднiй 14 камерi реактивних масах 11 прикрiплено корпус 4 електромагшта. У корпусi 4 стввюно якорев1 10 розташованi кiльцевi статор 15 iз котушкою обмотки 3. Кожен iз статорiв 15 iз котушкою обмотки 3 та сшльним якорем 10 формують два симетрично розм^ щених вщносно якоря 10 електромагнiти. Обмотки електромагнтв шд'еднаш до мережi змiнноi напруги живлення iз змiщенням по фаз^ таким чином, що у пер-шому пiвперiодi синусоидально'! змiнноi напруги якр притягуеться до одного iз крайнiх електромагнiтiв, а у другому пiвперiодi - до iншого електромагшту.
а б
Рис. 1. Низькочастотний в1брац1йний електромагн1тний кав1татор резонансноТ дм для очисноТ обробки ст1чних вод в1д орган1чних та б1олог1чних забруднювач1в: а — принципова схема в1брац1йного електромагн1тного кав1татора резонансноТ дм; б — поперечний перер1з А-А в1брац1йного електромагн1тного кав1татора резонансноТ дм
Сшввюно розташованi статори 15 iз котушками обмоток 3 та якiр 10 з робочою камерою 9 утворюють кшьцевий електромагштний вiброзбудник iз двома електромагштами та спiльним якорем. Електромагштний вiброзбудник у поеднаннi iз прикрiпленими до реактивно! маси пружними стержнями 5 формують двомасну резонансну коливну систему. Перша з колив-них мас - наповнена оброблюваною рщиною робоча камера 9 iз прикршленим до не! якорем 10 та деками 7, друга - статори 15 iз обмотками 3, реактивш маси 11 iз масивними трубами завантажувально! 6 та вщвщно! 14 камер.
До якоря та статора жорстко прикршлеш деки 7 та 13 - збурювачi кавгтацп iз рiвномiрно розташованими по всiй !х плошд отворами для протiкання оброблюва-но! рiдини. Дiаметри отворiв у деках 7 та 13 рiвнi ам-плiтудi коливань робочо! камери, а вщдаль мiж сусщ-нiми отворами - потршному значенню амплiтуди. Пари прикршлених до якоря та статора дек розмщеш симетрично на входi та виходi робочо! камери 9.
В1д потрапляння стороннiх предметiв до коливних систем електромагштний вiброзбудник захищено за-хисним кожухом 1.
Робота вiбрацiйного електромагнiтного кавгтатора здiйснюеться наступним чином. По трубi завантажу-вально! камери 6 в робочу камеру 9 тд незначним тиском або самотоком подають оброблювану рщину. Одночасно на обмотки 3 котушок електромагнiтiв ia вище вщзначеним змiщенням по фазi подають напругу. Електромагшти почергово притягують до себе яюр 10 ia наповненою оброблюваною рщиною робочою камерою 9, прогинаючи при цьому пружш цилiндричнi стержш 5 (рис. 1, б). Прогин та пружшсть цилшдричних стерж-шв 5 розраховано таким чином, що вони забезпечують резонансш коливнi режими робочо! камери 9 та уне-можливлюють спiввдаряння якоря 10 та статорiв 15 мiж собою. Почергове протягування якоря 10 до електро-магнiтiв 15 трансформуеться у направлен плоскопара-лельш коливнi перемiщення наповнено! оброблюваною рщиною робочо! камери 9. Цi коливання вщбуваються iз певними розрахунковими амплгтудами та частотою, рiвною подвоенiй частой подачi напруги на котушки кшьцевих електромагнiтних вiброзбудникiв. Так, при частой змiнноi напруги мережi живлення обмоток 3
електромагнтв 50 Гц частота коливань po6o4o'i камери 9 буде рiвною 100 Гц. Разом i3 коливною робочою камерою 9 плоскопаралельнi перемщення здiйснюють i прикрiпленi до камери деки 7 i3 отворами, пересжаючи потiк неперервно поступаючоï в цю камеру оброблю-ваноï рiдини. По мiрi наближення коливних дек 7 до нерухомих дек 14 тиск рщини мiж деками наростае, що сприяе проштовхуванню оброблюваноï рiдини ^i3b отвори у нерухомих деках 14 i3 швидкiстю, рiвнiй швид-косп перемiщень дек 7.
При рекомендованш амплiтудi коливань дек А=1,5-2 мм i частой f=100 Гц максимальна швид-кiсть, з якою дека перетинае потж рiдини, становить V=4-fA=4-100-2-10-3=0,8 м/с, чого достатньо для формування кавггацшного поля. Спiввiсним розташуванням коливних та нерухомих дек, що здшснюють коливнi рухи назустрiч одна однш, забезпечуеться пiдвищення тиску та швидкост гiдравлiчних потокiв оброблюва-toï рiдини при ïï протiканнi крiзь отвори, якi облашто-ванi у деках-збурювачах кавiтацiï. У наслiдок цього струмет рiдини втрачають щiльнiсть та мщшсть, а i3 завжди наявних у рщиш зародкiв кавiтацiï лавино-подiбно зароджуються, збiльшуються у своему об'емi та сплескують кавiтацiйнi бульбашки, якi i формують кавiтацiйне поле високоï iнтенсивностi. Рiвномiрним розташуванням отворiв в деках 7 та 14 забезпечуеться рiвномiрнiсть iнтенсивностi кавiтацiйного поля по всш площi поперечного перерiзу робочоï камери 9, тобто рiвномiрнiсть обробки рiдини.
Завдяки симетричному розташуванню дек-збурю-вачiв кавiтацiï протжаючи через робочу камеру 9 рщина двiчi пiддаеться кавiтацiйнiй обробцi. Шсля проходження в робочiй камерi подвiйноï кавiтацiйноï обробки рiдина через вщвщну камеру 14 подаеться для подальшого цiльового використання.
Основними регульованими технолопчними параметрами даного кавiтатора для вiброкавiтацiйноï обробки рiдин е:
- залежна вщ амплiтуди та частоти '¿х коливань швидкiсть просторових перемщень дек-збурювачiв кавiтацiï у оброблюваному рщинному потоцi;
- потужнiсть електромагнтв приводу коливних рухiв збурювачiв кавиацп;
- тиск та швидкiсть потоку оброблюваноï рiдини;
- наявнiсть, рiзновид та кiлькiсть поданого на дшянку обробки супутнього газу;
- тривалшть перебування оброблюваноï рiдини на дшянщ кавiтацiйноï обробки.
Кожен iз цих параметрiв легко пiддаеться регулю-ванню регулюючою електро-, гiдро- чи пневмоапара-турою, надаючи можливiсть за юнцевими параметрами обробки та енергозатратами на ïï здшснення обрати оптимальш режими кавиацшшл обробки певних рь дин.
Залежно вiд дiаметра робочоï камери та трубопро-водiв подачi рщини, величини яких обирають iз дiапа-зону вiд 5 до 10 дюймiв, продуктивнiсть кавiтацiйноï обробки в режимi неперервноï подачi оброблюваноï рщини становить 1,5-2,0 м3 /год.
Основною перевагою вiбрацiйного електромагшт-ного кавиатора порiвняно iз вiдомими е висока про-дуктивнiсть, придатнiсть для обробки значних обсяпв рiдин в неперервному ïх потоцi у поеднаннi iз забезпе-ченням високоï якостi та рiвномiрностi обробки рiдин.
5. Результати експериментальних дослiджень впливу Bi6p0pe30HaHCH0Ï кавгтацШно! обробки на очищення стiчних вод
Дослщження впливу вiброрезонансноï кавиацш-toï обробки на показники якостi очищення спчних вод проводили на стоках молокозаводу ТОВ «Кременецьке молоко». Очисну обробку здшснювали дискретною у вiброкавiтаторi з об'емом робочоï камери 1,5 дм3 при амплiтудi коливань дек-збурювачiв кавiтацiï А=1,5 мм та резонанснш частотi f=75 Гц. Ступiнь очищення стiчноï води оцiнювали за змшами загальноприй-нятих показникiв органiчного забруднення сичтл води - хiмiчного споживання кисню ХСК, мг/дм3, та ïï бiологiчного забруднення, яке вiдображае загальне мжробне число МЧ, КУО/см3. Обробку здшснювали при неперервнш подачi у кавиацшну зону iнертного газу азоту iз витратою 15 см3/л, яка вщповщае закону Генрi-Дальтона розчинноси газiв у водi. Перевагу азоту iз помiж iнших рiзновидiв газiв було надано iз мiркувань найефективнiшоï його знезаражувальноï ди на властивi стiчними водами молокопереробних виробництв мжрооргашчш забруднювачi у поеднаннi iз доступною його вартштю.
Результати експериментальних дослщжень представлено на рис. 2 та рис. 3 i в табл. 1. Вихщш зна-чення показниюв забруднення дослiджуваноï стiчноï води становили ХСКо=10000 мг/дм3 та МЧ0= =2,5105 КУО/см3, що властиво переважаючш бшь-шостi молокозаводiв. Для порiвняння ефективностi рiзних умов очисноï обробки на графжах представлено експериментальш кривi, що вiдповiдають очи-щенню СВ при барботуваннi самого лише газу азоту, при вiброкавiтацiйнiй обробщ без подачi азоту та при сумшнш дiï барботування азоту i вiброкавiтацiï (рис. 2). Встановлено, що барботування азоту впродовж перших 30 хвилин очисноï обробки дозволяе понизити рiвень ХСК на 20 %. За аналогiчноï тривалостi осiбноï вiброкавiтацiйноï обробки цей показник понижуеться на 35 %, а за сумiсноï ди вiброкавiтацiï та азоту - на 60 %. Досягнутий при цьому мжмальний рiвень ХСК становить 4000 мг/дм3, що знаходиться в межах допу-стимих для стоюв молокозаводiв норм. По мiрi наро-стання тривалостi обробки у вах трьох випадках рiвень ХСК пропорцшно понижуеться, сягнувши у кiнцевому тсля 1,5 год. для барботування азоту його зменшення на 35 %, для осiбноï вiброкавiтацiйноï обробки - на 75 %, для сумiсноï дiï вiброкавiтацiï та азоту - на 90-95 %.
Вплив барботування азоту та сумiсноï дiï азоту i вь брокавiтацiï на бюлопчне знезараження вiдображено на рис. 3. Як i у попередньому випадку, барботуванням азоту за 30 хв. обробки досягаеться зменшення мжроб-ного числа на 10 %, а тсля дослiджуваноï тривалосп обробки 1,5 год. - на 25-30 %. Значно ефектившшою для бюлопчного знезараження е сумкна дiя азоту i вь брокавiтацiï. Вже за першi 30 хв. такоï обробки мжроб-не число зменшуеться на 70 %, що вiдповiдае вимогам норм бюлопчного забруднення стокiв молокозаводiв. Шсля пiвторагодинноï обробки бiологiчне забруднення тут практично усуваеться повшстю.
При розрахунку ефективних констант швидкостей руйнування оргашчних сполук, було встановлено, що ^Mi спрямляються в координатах 1пХСК/ХСК0 - t. Тобто процес руйнування оргашчних сполук за умов
вiброкавiтацiйноï обробки вщбуваеться за реакцiею першого порядку аналопчно, як i за умов акустичноï кавiтацiï. Був встановлений синерпзм дп вiброкавi-тацiï в присутноси газу, що пiдтверджено розрахова-ними значеннями ефективних констант руйнування оргашчних сполук:
kвiбро/N2>>kN2+kвiбро(4,4.10-4 с-1>>0,71х х10-4 с-1+2,02.10-4 с-1).
ХСК.
мг/дм 10000
8000 6000 4000 2000 0
NN
X
-х-N2 —N2.'Biöpo —е— ei&po
1800
3600
5400 Час.с
Рис. 2. Залежнють змши ХСК вiд часу вiброкавiтацшноï обробки СВ молокозаводу в атмосферi азоту
Рис. 3. Залежнють змши МЧ вщ часу вiброкавiтацшноT обробки СВ молокозаводу в атмосферi азоту
Рiзке зменшення МЧ у вiброкавiтацiйних умовах за наявностi азоту (рис. 3) ще раз тдтверджуе ефектив-нiсть даного процесу руйнування МО у СВ молокозаводу iз ефектившстю 98,1 %. Отже, вiброкавiтацiйний вплив на рiдке середовище, за рахунок вищезазначе-них ефекпв, дозволяе досягти iстотноi iнтенсифiкацii хiмiчних перетворень у водних потоках.
При обробщ СВ ТОВ «Кременецьке молоко» в ат-мосферi самого лише азоту спостертлося незначне зменшення ХСК (рис. 2) та МЧ (рис. 3). Стушнь руй-
нування оргашчних сполук становив лише 36 %. При проведенш дослщжень у вiброкавiтацiйних умовах в присутноси азоту протягом двох годин обробки було досягнуто ступеня очищення 96,5 %. Значен-ня ХСК в кшщ процесу становило 350 мг/дм3, що у 18 раз нижче порiвняно iз обробкою самим газом та у 7 раз нижче вiброкавiтацiйноï обробки без засто-сування газу.
Значення ефективних констант швидкостей руй-нування МО та оргашчних домшок представлено у табл. 1, де спостержаеться ефектившсть сумiсноï дп азоту та вiброкавiтацiï, осюльки значення констант для даного дослщжуваного об'екту е на порядок ви-щими, порiвняно iз вiдповiдними константами при барботуванш самого лише газу.
Таблиця 1
Залежнють змши ефективно'| константи швидкосп вiдмирання МО та руйнування оргашчних сполук в атмосферi азоту при вiброкавiтацiйнiй обробцi СВ
Умови процесу к.104,с-1
по МЧ по ХСК
N2 0,6 0,71
N2/вiбрO 6,28 4,4
Як показали результати проведених дослщжень, використання азоту дозволяе зб^ьшити швидюсть перебжу процесiв, глибину хiмiчних перетворень та одержати високий стушнь очищення спчних вод.
5. Висновки
Створено споиб вiброрезонансноï кавiтацiйноï обробки рщин i для його реалiзацiï розроблено вiбра-цiйний електромагнiтний кавиатор резонансноï дiï, основною перевагою якого е висока продуктившсть, придатнiсть для обробки значних обсяпв рiдин у неперервному '¿х потоцi у поеднанш iз забезпеченням рiвномiрностi обробки рщин.
Експериментально пщтверджено, що використання азоту в вiброкавiтацiйних умовах пщвищуе швид-кiсть очищення стокiв молокозаводу вщ органiчних та бiологiчних забруднень на порядок. Пщтвердженням ефективностi сумiсноï дп газу та вiброкавiтацiï е даш щодо розрахунку ступеня руйнування мiкроорганiзмiв та органiчних складових. Розроблена технолопя за-безпечуе високу ефектившсть очищення спчних вод молокозаводу: вщ органiчних забруднень за ХСК -96,5 %, при значеннях показника ХСК на входi -10000 мг/дм3 i вщ бюлопчних забруднень - 98,1 %, при початковш юлькосп мiкроорганiзмiв - 2,5105 КУО/см3.
Наведен експериментальнi данi показали дощль-нiсть та ефективнiсть використання вiброкавiтацiï в присутностi азоту для штенсифжацп очистки стiчних вод промислових пщприемств, що мае велике значення для охорони довкшля та екологп гiдросфери.
Лiтература
1. Кульский, Л. А. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод [Текст] / Л. А. Кульский, В. Ф. Накорчевекая. - К.: Вища школа. Головное изд-во, 1983. - 240 с.
2. Федоткин, И. М. Кавитация. Кавитационная техника и технология, их использование в промышленности [Текст] / И. М. Федоткин, И. С. Гулый. - К.: Полиграфкнига, 1997. - Ч. 1. - 839 с.
3. Сиротюк, М. Г. Акустическая кавитация [Текст]: монография / М. Г. Сиротюк; отв. ред.: В. А. Акуличев, Л. Р. Гаврилов. -М.: Наука, 2008. - 271 с.
4. Хмелев, В. Н. Применение ультразвука высокой интенсивности в промышленности [Текст] / В. Н. Хмелев, А. Н. Сливин, Р. В. Барсуков, С. Н. Цыганок, А. В. Шалунов. - Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. - 203 с.
5. Evora, V. F. Ultrasonic Disinfection of Water Suspensions of Escherichia Coli and Legionella Pneumophila [Тех^ / V. F. Evora, G. J. Kavarnos // NUWC-NPT Technical Report 11,086, 1999. - 18 р.
6. Коваль, I. З. Ефективна дiя ультразвуку на бактерп групи кишково! палички [Текст] : зб. наук. пр. / I. З. Коваль, Л. I. Шевчук, В. Л. Старчевський // Хiмiя, технолопя речовин та !х застосування. Видавництво Нащонального ушверситету «Льв1в-ська тоштехшка». - 2010. - № 667 - С. 234-237.
7. Евстигнеев, В. В. Кавитация в технологиях очистки сточных вод [Текст] / В. В. Евстигнеев, В. А. Кулагин // В мире научных открытий. -2010. - № 5 (11), Ч. I. - С. 87-90.
8. Центер, И. М. Обеззараживание поверхности стекла высокочастотным ультразвуком [Текст] / И. М. Центер // Вестник ВСГУТУ. - 2013. - № 4 (43). - С. 174-177.
9. Joyce, E. The development and evaluation of ultrasound for the treatment of bacterial suspensions. A study of frequency, power and sonication time on cultured bacillus us species [Тех^ / E. Joyce, S. S. Phull, J. P. Lorimer, T. J. Mason // Ultrasonics Sonochemistry. - 2003. - № 10. - P. 315-318.
10. Василяк, Л. М. Применение ультразвука для обеззараживания воды [Текст] / Л. М. Василяк и др. // Водоснабжение и санитарная техника. - 2007. - № 8. - С. 6-9.
11. Некоз, О. I. Каштацшна технолопя очищення сйчних вод вщ токсичних речовин [Текст] / О. I. Некоз, О. А. Литвиненко, Р. В. Логвшський // Вiбрацп в техшщ та технолопях. - 2012. - № 2. - С. 112-115.
-□ □-
Описано математичну модель для розрахунку щiльностi упаковки наповнювачiв рiзноi дисперсностi. Показано вплив щiльностi упаковки наповнювачiв на експлуатацшш властивостi покриттiв з водно-дис-персшних фарб. Встановлено, що найбшьшу мщшсть на розрив i стштсть до волого стирання мають покриття, отримаш з водно-дисперсшних фарб iз сумшшю наповнювачiв, що забезпечуе максимальну щтьтсть упаковки частинок у покриттi
Ключовi слова: водно-дисперсшш фарби, покриття, наповнювачi, карбонати, щшьна упаковка части-
нок, математична модель
□-□
Описана математическая модель для расчета плотности упаковки наполнителей различной дисперсности. Показано влияние плотности упаковки наполнителей на эксплуатационные свойства покрытий из водно-дисперсионных красок. Установлено, что наибольшую прочность на разрыв и стойкость к влажному истиранию имеют покрытия, полученные из водно-дисперсионных красок со смесью наполнителей, которая обеспечивает максимальную плотность упаковки частиц в покрытии
Ключевые слова: водно-дисперсионные краски, покрытия, наполнители, карбонаты, плотная упаковка частиц, математическая модель -□ □-
УДК 667.647.22
ВПЛИВ Щ1ЛЬНОСТ1 УПАКОВКИ НАПОВНЮВАЧ1В НА ЕКСПЛУАТАЦ1ЙН1 ВЛАСТИВОСТ1 ВОДНО-ДИСПЕРСШНИХ ПОКРИТТ1В
Т. А. Караваев
Кандидат техшчних наук, доцент Кафедра товарознавства та експертизи непродовольчих товарiв Кшвський нацюнальний торговельно-економнчний ушверситет вул. Кюто, 19, м. Кшв, УкраТна, 02156 E-mail: [email protected]
1. Вступ
Питаниям тдвищення експлуатацшних власти-востей лакофарбових покритт1в прид1ляеться значна увага науковщв i практиюв. Одним 1з шлях1в розвитку у цьому напрямi е забезпечення максимально! шдль-
ност упаковки частинок наповнювача у полшернш матриц лакофарбового покриття. Це дозволяе тдви-щити ряд експлуатацшних властивостей покритпв, знизивши при цьому собiвартiсть фарби.
Актуальшсть стати полягае у тому, що створення щдльно! упаковки частинок здшснювалося у покрит-
