CC BY
22
УДК 534.29:66.084 Астр. Л.М. Предзимiрськаl;
доц. Л.1. Шевчук, канд. техн. наук; проф. В.Л. Старчевський2, д-р техн. наук; доц. Н.С. Леочко2, канд. техн. наук
ЕФЕКТИВН1СТЬ КАВ1ТАЦ1ЙНОГО ОБРОБЛЕННЯ СТОК1В СПИРТОВОГО ВИРОБНИЦТВА З ВМ1СТОМ ГАЗ1В Р1ЗНО1 ПРИРОДИ
Дослщжено метод штенсифжаци процесу очищення стокiв спиртово! промис-ловостi з використанням ультразвуку в атмосферi газiв рiзноl природи. Встановлено, що залежно вiд природи газу, в присутност якого озвучуеться стiчна вода, досяга-ються рiзнi ступенi очищення. Обчисленням ефективних констант швидкостей вщ-мирання бактерiальних кл^ин визначено, що найвищу ефективнiсть проявляе озву-чення промислових стокiв у присутност аргону.
Ключовг слова: ультразвук, виробничi стоки, мiкробне число, знезараження, природа газу.
Актуальшеть досл1дження. Питання штенсифжацп процешв очищення спчних вод постае особливо актуальним через незадовшьну роботу очисних споруд у мютах 1 населених пунктах кра!ни. Якють очищення стоюв в юнуючих спорудах не вщповщае нормативам, а скидання недоочищених спчних вод у вщкрип водоймища призводить до попршення еколопчного стану навколишнього середовища.
Спиртова промисловють - одна з лщируючих галузей нацюнально! економжи за кшьюстю утворюваних вщпадюв 1 спчних вод у харчовш галу-з1 Промислов1 стоки спиртових виробництв характеризуются високим вмю-том бюлопчних забруднень. Мелясна барда, як один з вщпадюв спиртового виробництва, на бшьшост завод1в не утил1зуеться 1 без очищення разом з1 стчними водами скидаеться у вщстшники, де загнивае, забруднюючи Грунто-в1 води та повпря.
Ультразвук у харчовш промисловост набувае дедал1 бшьшого поши-рення для шактивацп мжрооргашзм1в у харчових продуктах. Ультразвукове оброблення вбивае вегетативш мжрооргашзми 1 деяк спори, проте !! ефек-тивнють залежить вщ температури 1 часу оброблення. Залежно вщ викорис-товувано! частоти й амплпуди застосовуваних звукових хвиль можна спосте-р1гати ф1зичш, х1м1чш та бюх1м1чш ефекти, що дае змогу застосування !х в р1зних галузях харчово! промисловосп [1].
Анал1з останн1х досл1джень 1 публжацш. Ультразвукове оброблення мае здатшсть контролювати процес зростання мжрооргашзм1в у системах охолодження води. Дослщження впливу потужносп ультразвукових сили 1 частоти на ВасШшзиЫШз (сшна паличка) показало значне збшьшення вбитих мжрооргашзм1в з1 збшьшенням тривалосп впливу та штенсивносп ультразвуку в низьких д1апазонах (20 1 38 кГц) [2].
Ультразвук мае потенцшне застосування в дезшфекцп р1зних водних потоюв, зокрема суднових баластних вод. Окр1м цього, вш е ефективним у
1 НУ "Льв1вська поттехшка";
2 1вано-Франювський нацюнальний медичний ушверситет
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
дезшфекци бактерш i зоопланктону морсько! води з меншими витратами. За умови впливу ультразвуку на V. Cholerae (холерного вiбрiона) досягаеться 90 %-ве i E. Coli (кишкова паличка) на 40 %-ве зниження життездатностi при 45 °С. Сумiсний вплив штенсивносп ультразвуку та температури призводить до вщмирання зоопланктону (Artemia). Час, необхщний, щоб убити 90 % Ar-temia за низько! iнтенсивностi (10 Вт / см2), i 30 °C i 40 °C був близько 2 хв, i зниження приблизно на 1 хв за високо! штенсивносп (20 Вт / см2) [3].
Комбшований метод оброблення УЗ i озонування проявив сильний вплив на мжрооргашзми типу кишкових i фекальних бактерiй, порiвняно з окремим !х використанням [4]. До переваг ультразвуково! кавиацп можна вщнести такi: широкий спектр антимжробно! ди, вiдсутнiсть негативного впливу на органолептичнi властивостi води, незалежнiсть бактерицидно! ди вiд основних фiзико-хiмiчних параметрiв води, можливiсть автоматизаци процесу [5].
Мета дослщження. Це дослiдження проводили з метою покращення якостi очищення станих вод шляхом стимулювання процесiв знешкодження мiкроорганiзмiв, застосовуючи вплив ультразвукових коливань на сташ води.
Матер1али та методи дослщження. Об'ектом дослщження була стана вода апаратного вщдшення Струтинського спиртозаводу. Очищення води вщбувалося в атмосферi гелiю, аргону, вуглекислого газу, кисню з використанням ультразвуку i без при Т=298 К, Р=1-105Па, v=22 кГц. Значною мiрою швидкiсть мжробно! загибелi залежить вiд природи газу, яким насичують дослiджувану воду i пiддають ди ультразвуку, оскiльки для рiзних газiв цей вплив неоднаковий.
Результати досл1дження. Пiд час дослщження впливу природи газу на процес знезараження промислових стоюв спиртозаводу було встановлено, що найбiльшого ефекту досягаеться з використанням гелш (рис. 1), при про-дуваннi яким вода очищаеться в 1,43 раза, порiвняно з початковим значенням.
0 1800 3600 5400 7200 час, с Рис. 1. Залежшсть вiдношення м^обного числа ст1чно1' води вид часу в атмосферi рiзних газiв
Подiбного результату було досягнуто тд час барботування вуглекислого газу - м^обне число зменшилося в 1,16 раза. Шд час застосування аргону спостер^али значний рют мiкроорганiзмiв на початковш стадп процесу, протягом перших 30 хв мжробне число зросло в 7,18, але тривала дiя призве-ла до поступового зменшення 1х кiлькостi. Продування кисню через воду призводить до поступового збшьшення мiкроорганiзмiв у 8,66 раза, що можна пояснити наявшстю у водi переважаючо1 бiльшостi аеробних бактерш.
Проте подальша дiя кисню веде до вщмирання мiкрооргашзмiв, але його зас-тосування е економiчно невипдним, оскiльки потребуе великих затрат часу i газу для досягнення високого ступеня знезараження.
Дослщжуючи сумюний вплив ультразвуку i газу на виробничi стоки (рис. 2), найбшьшого знезаражуючого ефекту було досягнуто пiд час барбо-тування аргону через озвучувану воду. При ди УЗ/Аг було досягнуто в 2,5 рази вищо1 ефективносп, нiж при ди УЗ/Не. Оброблення гелiем в умовах акус-тично1 каштацп веде до зниження мжробного числа в 2,3 раза, що в 7 разiв краще, шж за умови продування самим гелiем При ди кисню в ультразвуковому полi кiлькiсть мiкроорганiзмiв зростае протягом перших 30 хв - в 1,3 раза, але подальше оброблення призводить до значного зниження 1х кон-центрацп у вод^ через 2 год 1х вмют зменшуеться в 3,14 раза.
Рис. 2. Залежтсть вiдношення мтробного числа стгчног води вiд часу озвучування в атмосферi р1зных газiв
Спшьний вплив УЗ/О2 в 14,72 раза перевищуе ефектившсть самос-тшного впливу кисню на очищення води. До ди вуглекислого газу в ультразвуковому полi мiкроорганiзми були бшьш стiйкими, спостерiгали незначний знезаражуючий ефект - в 1,54 раза порiвняно з початковим значенням.
Ефект вщ застосування ультразвукового опромшення визначаеться тим, що внаслщок оброблення стiчних вод утворюються мiкроцентри кавиа-цп у виглядi пухирцiв i газу, в яких температура сягае понад 4700 оС i тиск -до 50 МПа; пiд час сплескування таких пухирцiв збуджуються хвилi пдро-удару, що деструктують забруднення [6]. Визначеш ефективнi константи швидкостi вкотре тдтверджують, що для знезараження спчних вод найефек-тивнiшим е використання ультразвуку з барботуванням ^зь дослщжувану воду аргону.
Ефективна константа швидкосп вiдмирання мiкроорганiзмiв (табли-ця) в атмосферi аргону становить 4,79-10-4 с-1, проти константи швидкост -2,36-10-4 с-1 пiд дiею гелiю.
Табл. Зведена таблиця ефективних констант швидкостей вiдмирання
Дослвджуваний газ к-104, с-1
з УЗ без УЗ
Гелш 2,36 -
Аргон 4,79 0,73
Вуглекислий газ 0,57 0,27
Кисень 1,38 -
Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши
Чим меншою е константа швидкостi вiдмирання мiкроорганiзмiв, тим повiльнiше вiдбуваеться очищення води ^ вiдповiдно, навпаки. Щодо кисню, то константа становить 1,38-10-4 с-1, для вуглекислого газу значення констан-ти шактиваци на порядок нижче - 0,57-10-4 с-1. Отриманi дат свщчать про бiльшу ефективнiсть дп iнертного газу на процес знезараження води, порiв-няно з кисневмюними.
Внаслiдок проведених дослiджень можна зробити висновок, що найбiльшу ефективнiсть протягом перших 30 хв на зменшення мжрооргашз-мiв впливае гелiй, оскшьки за цей час гине найбшьша частина бактерiальних клiтин (рис. 3). Гелш за короткий промiжок часу може зруйнувати велику кшьюсть бактерш. Його ступiнь очищення води за цей час становить 60,00 %. Отже, як в УЗ пол^ так i без нього варто зазначити про доцшьшсть його ви-користання пiд час знешкодження мiкробiв за короткий вiдлiк часу.
1800 3600 5400 7200
час, с
Рис. 3. Стушнь знезараження стiчноiводи тсля двох годин озвучування в атмосферiрiзних газiв
Але зi збшьшенням тривалост процесу найвищо! ефективност дося-гаеться пiд час барботування аргону ^зь озвучувану воду, шсля двох годин дослiду стушнь знезараження становить 95,7 %о, порiвняно з гелiем - 90,0 %. Найменший ефект проявляе вуглекислий газ, шсля першо! години експери-менту стушнь очищення становить 33,01 %, а подальше продування веде до збшьшення на 1-2 %.
Промiжне мюце займае кисень, оскiльки на початкових стадiях процесу вщбувалося зростання кiлькостi бактерiй, але зi збiльшенням тривалостi процесу iнтенсивнiсть очищення шдвищувалася i через 2 год дослщу ступiнь знезараження становив 68,18 %. Вивчення впливу ультразвукового оброблен-ня на стоки спиртового виробництва показало, що ультразвук штенсифжуе процес очищення води, шдвищуе ступiнь знезараження. Зпдно з експеримен-тальними даними, встановлено ряд ефективност впливу УЗ в атмосферi дос-лiджуваних газiв на процес очищення с^чно! води спиртово! промисловостi:
Аг>Не >О2>СО2.
Висновки. Завдяки здiйсненому дослiдженню виявлено, що найвищу бактерицидну дiю проявляе озвучення с^чно! води в присутностi аргону. Цей газ можна використати для шдвищення ефективност очищення стокiв спир-тових виробництв та покращення якост води, що скидаеться у вщкрш! во-дойми.
Л1тература
1. Zbigniew J. Dolatowski. Applications of ultrasound in food technology / Zbigniew J. Dola-towski, Joanna Stadnik, Dariusz Stasiak // Acta Sci. Pol., Technol. Aliment. - 2007. - 6(3). - P. 89-99.
2. Joyce E. The development and evaluation of ultrasound for the treatment of bacteria suspensions / E. Joyce, S.S. Phull, J.P. Lorimer and T.J. Mason // A studyof frequency, power, and sonicati-on time on cultured Bacillus species / Ultrasonic Sonochemistry. - 2003. - Vol. 10. - P. 315-318.
3. Robert A. Brizzolara. Disinfection of Water by Ultrasound: Application to Ballast Water Treatment / Robert A. Brizzolara, Eric R. Holm, and David M. Stamper // Naval Surface Warfare Center Carderock Division/West Bethesda / NSWCCD-61-TR-2006. - P. 16-28.
4. Гончарук В.В. Использование ультразвука при очистке воды / В.В. Гончарук, В.В. Маляренко, В.А. Яременко // Химия и технология води. - 2008. - № 3. - С. 253-275.
5. Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды / Л.А. Кульский. - К. : Изд-во "Здоровье", 1991. - С. 6-89.
6. Дичко А.О. 1нтенсифжащя процесу бюлопчного очищення спчних вод i3 застосуван-ням ультразвуку / А.О. Дичко, Ю.Ю. Мшаева. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.rusnauka.com/4._SVMN_2007/MusicaAndLife/19939.doc.htm/.
Предзимирская Л.М., Шевчук Л.И., Старчевский В.Л., Леочко Н.С. Эффективность кавитационной обработки стоков спиртового производства с содержимым газов различной природы
Исследован метод интенсификации процесса очистки стоков спиртовой промышленности с использованием ультразвука в атмосфере газов различной природы. Установлено, что в зависимости от природы газа, в присутствии которого озвучивается сточная вода, достигаются различные степени очистки. Вычислением эффективных констант скоростей отмирания бактериальных клеток определено, что наивысшую эффективность проявляет озвучивание промышленных стоков в присутствии аргона.
Ключевые слова: ультразвук, производственные стоки, микробное число, обеззараживание, природа газа.
Predzymirska L.M., Shevchuk L.I., Starchevskyy V.L., Leochko N.S. The efficiency of cavitations treatment of alcohol industry wastes with flushing of different gases
The method of intensification of alcohol industry waste water purification process sussing ultra sounding the atmosphere of different gases was investigated. Different degree of purification depending on a nature of flushing gas was achieved. The calculation of effective rate constants of the micro organism cells collapse defined, that the most effective issonication with argon flushing.
Keywords: ultrasound, wastewater, micro bial-number, disinfection, nature of gas.
УДК 674.093.26 Аспр О. €. Серган1 - НЛТУ Украши, м. Львв
ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ВАР1АНТА КОМБ1НУВАННЯ ПАКЕТА ШПОНУ З Р1ЗНИХ ПОР1Д У ФАНЕРНОМУ ВИРОБНИЦТВ1
Дослщжено (^зико-мехашчш властивост фанери, виготовлено! з використан-ням березового та вшьхового шпону. Результати показали, що стушнь спресування фанери зi зовшшшми листами з березового шпону набагато менший шж iз вшьхового. Виготовлення фанери за рацюнальним варiантом комб^вання пакета шпону мо-же дати змогу отримати матерiал з визначеними вимогами до його якосп, покращи-ти споживчу вартють деревини, забезпечити кращу мщшсть та щну.
Ключовг слова: фанера, шпон, варiант комб^вання, пакет шпону.
1 Наук. кер1вник: проф. П. А. Бехта, д-р техн. наук - НЛТУ Украши, м. Льв1в
