КОМПЛЕКСНИЙ МЕТОД ЗНЕЗАРАЖУВАННЯ ЙОНАМИ СРіБЛА В УМОВАХ КАВіТАЦіЙНОГО ПЕРЕМіШУВАННЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Вивчено знезаражуючу дю йотв Ag(I) на cammapH0-n0Ka3HUK0ei мтрооргатз-ми Escherichia coli в умовах гiдродинамiч-ног кавтацп. Встановлено, що кавтацшт ефекти ттенсифшують дю малих концен-трацш Ag(I) (0,005 i 0,01мг/дм3) за рахунок синергiчного ефекту

Ключовi слова: гiдродинамiчна кавта-ця, Escherichia coli, знезаражування, йони

срiбла Ag(I)

□-□

Изучено обеззараживающие воздействие ионов Ag(I) на санитарно-показа-тельные микроорганизмы Escherichia coli в условиях гидродинамической кавитации. Установлено, что кавитационные эффекты интенсифицируют действие малих кон-центрацш Ag(I) (0,005 i 0,01мг/дм3) за счёт синергического эффекта

Ключевые слова: гидродинамическая кавитация, Escherichia coli, обеззараживание, ионы серебра Ag(I)

□-□

The inactivating action actions of silver ions Ag(I) on microorganisms of Escherichia coli in water in conditions of hydrodynamic cavitation is investigated in the article. It's shown that cavitation effects intensify action of small concentration of Ag(I) (0,005 and 0,01mg/dm3) due to synergic effects

Key words: hydrodynamic cavitation,

Escherichia coli, inactivating, silver ions Ag(I) -□ □-

УДК 666.183: 661.666.2

КОМПЛЕКСНИЙ МЕТОД ЗНЕЗАРАЖУВАННЯ ЙОНАМИ СР1БЛА В УМОВАХ КАВ1ТАЦ1ЙНОГО ПЕРЕМ1ШУВАННЯ

О.Р. Гащин

Кандидат техшчних наук, завщувач кафедрою Кафедра економлки пщприемства Терноптьський шститут со^альних та шформацтних

технолопй

вул. Танцорова, 51, м. Тернопть, УкраТна, 46008 Контактний тел.: 066-271-19-27 E-mail: gashchyn@rambler.ru

Т.М. В i т е н ь к о

Кандидат техычних наук, доцент Кафедра обладнання харчових технолопй Терноптьський нацюнальний техшчний уыверситет

iменi 1вана Пулюя вул. Руська, 56, м. Тернопть, УкраТна, 46000 Контактний тел.: (0352) 25-17-89 E-mail: vitenko@tstu.edu.ua

1. Вступ

Стрiмкий розвиток промислового виробництва та житлово-побутового будiвництва супроводжуеться дефщитом водних ресурав. Вибiр оптимальних, еко-лопчно безпечних технолопчних процеав знезаражування побутових i сичних вод, що мiстять рiзнi види патогенно! флори, набувае все б^ьшого народногоспо-дарського значення.

Аналiз дослiджень в напрямку удосконалення та штенсифжацп процеив знезаражування води за до-помогою ефектiв гiдродинамiчноi кавiтацii, засвщ-чив, що даний метод е достатньо ефективним [1, 4]. Серед вщомих пристро!в, що забезпечують кавиа-цшний режим, найбiльший технологiчний iнтерес викликають гiдродинамiчнi кавiтацiйнi пристро!. У цих пристроях, в потощ технологiчного середовища забезпечуеться мiсцеве просторове зниження тиску. За таких умов виникае гiдродинамiчна кавггащя, що супроводжуеться складними фiзико-хiмiчними про-цесами. З точки зору конструктивного, технолопчного i економiчного ршення гiдродинамiчнi кавiтацiйнi пристро! статичного типу мають ряд переваг перед

динамiчними [2]. Найпростiший пристрiй статичного типу - це послвдовно встановленi конфузор, пропчна камера i дифузор.

Шд час кавiтацiйного оброблення води, знезара-жуючий ефект пояснюють одночасним впливом фь зичних чинникiв, таких як: ударш хвилi, градiенти тиску, висою локальнi температури, кумулятивнi струминки. Водночас, у парогазовш фазi бульбаш-ки, тд час И стиснення шщжються хiмiчнi реак-цii, що призводять до утворення активних сполук: пдроксильних радикалiв ОН^, озону О3, пероксиду водню Н2О2 тощо, якi можуть здшснювати знезара-жувальну дiю [3]. Проте, даний метод оброблення води мае таю недолжи, як вщсутшсть "шслядп" та енергоемнiсть процесу. Виршити цi питання мож-на шляхом використання комплексного методу, що забезпечуе одночасну дж хiмiчних реагентiв i ка-вiтацiйних процесiв [4]. Зазвичай вибiр хiмiчного окисника здiйснюють за його характеристиками. Одним з перспективних реагенив на сьогодш е срiб-ло, застосування якого у малих концентращях дае змогу забезпечити достатню знезаражувальну дж i консервуючий ефект [5].

Тому метою дослщжень було вивчення комплексно! дп йошв срiбла рiзноí концентрацп, в умовах ка-вiтацiйного перемiшування, на санiтарно-показниковi мiкроорганiзми Escherichia coli.

3. Результати та ix обговорення

На рис. 1 подано результати щодо антимжробно1 дií йошв срiбла концентрацieю 0,005 i 0,01мг/дм3 в умовах турбулентного режиму.

2. Опис експериментальних стендш та методики експерименпв

У дослiдженнях використовували добову культуру Е.соН, вирощену на м'ясо-пептонному бульйош (МПБ) за температури 37°С протягом 18год. Кл^и-ни мiкроорганiзмiв центрифугували впродовж 10-ти хвилин, осад промивали стерильним фiзiологiчним розчином, процедуру повторювали тричi. Пiсля цен-трифугування, з отриманого осаду у бщистильова-нiй водi готували суспенз^ мiкроорганiзмiв кон-центрацieю 109ос./см3.

Вщповщний об'ем вихщно1 суспензп вносили в дистильовану воду до концентрацп 104ос./см3, що е наближеною до реальних умов забруднення рiчковоí води.

У водну суспензш бактерiй E.coli вносили розчин солi AgNOз концентрацiею 0,005 i 0,01мг/дм3. Пiд час вибору концентрацп даного реагента керувалися гранично допустимими концентращями для питно1 води, вщповщно до ГОСТ 2974-82 "Вода питьевая" ГДК Ag(I) становить 0,05 мг/дм3. Виживання мжро-органiзмiв визначали за кыьюстю КУО (колоше-утворюючих одиниць) на середовищi Ендо пiд час посiву проб, вiдiбраних через вщповщш промiжки часу, з наступним 1хшм культивуванням у термо-статi за температури 37°С впродовж 20 - 24 год. Шд час вщбирання проб йони срiбла нейтралiзовували розчином №С1.

Воду обробляли у експериментальних стендах ди-намiчного i статичного тишв [6], за оптимальних ре-жимiв роботи кавiтацiйних пристро1в, що були вста-новленi у попереднiх дослщженнях, зокрема: питома споживана енергiя пристрою динамiчного типу за таких умов становить £=100Вт/дм3, число Рейнольдса Reм=6•105. Для статичного пристрою: £=42Вт/дм3, Re=8■104.

Ефективнiсть комплексного впливу гiдродинамiч-но1 кав^ацп i йошв Ag(I) оцiнювали за сшввщно-шенням Т/Е, де Т - теоретично розрахована частка шактивованих мжрооргашзлпв, (ос./дм3); Е - експе-риментально отримаш результати. Шд час теоретичного розрахунку враховували вплив кожного 13 агенте окремо [7].

Вщповщно до прийнято! класифжацп, за Т/Е<1 спостер1гаеться антагонютичний вплив знезаражую-чих агент1в, за Т/Е=1 - адитивний, за Т/Е < 1 - синер-гшний.

Константи швидкост вщмирання мжрооргашзлпв (К) розраховували за р1внянням:

10

20

30

40

50

60

K =

lg(Nt/N0)

(1)

де ^(№/N0)- десятинний логарифм вщношен-ня кiлькостi мiкроорганiзмiв, що вижили до 1хньо1 початково!' юлькост^ t - час оброблення (експози-цiя), с.

0

-0,5 -1 -1*5 -2

1

/

г

1

t, хв

-2*5 1д (Г^/Мо)

Рис. 1. 1нактивац1я м1крооргашзм1в Е.соП у вод1 п1д д1ею йон1в ср1бла концентрац1ею:1 - 0,005 мг/дм3;

2 - 0,01 мг/дм3 На рис. 2 наведено знезаражуючу дш Ag(I) вищев-казаних концентрацш в умовах кавiтацiйного пере-м^ування та вплив кожного iз чинниюв окремо. Кiнетику шактивацп мiкроорганiзмiв Е.соЬ пiд час оброблення суспензп у пристро1 динамiчного типу подано на рис. 2, а, а в пристро1 статичного типу - на рис. 2, б.

200

400

600

800

-0,4

-0,8

■1,2

■1,6

-2

-2,4

-2,8

' 1

\ \ \ Ч

2

t, с

lg(Nt/N0)

а))

1

\ >

3 / 7

-2,5 |д( Nt/N0)

t. хв

б

Рис. 2. Логарифм1чна залежнють 1нактивац1Т Е.соП у кав1тац1йних пристроях динам1чного (а) 1 статичного (б)

тишв: 1 — вплив ефеклв гщродинам1чноТ кав1тац1Т; 2 — сумюна д1я Ад(1) 0,005мг/дм3 1 кавггацп; 3 — вплив Ад(1) 0,01мг/дм3 1 кав1тац1Т

t

1з наведених експериментальних даних спостерь гаеться пiдсилення антимiкробноi дп йонiв Ag(I) в умовах кавiтацii та усунення "хвостових" ефектiв на кривiй вщмирання мiкроорганiзмiв пiд впливом Ag(I) концентращею 0,005 мг/дм3 (крива 1). Так, константа швидкоси iнактивацii E.coli в динамiчному пристроi за Яем=6105 мае значення 0,002с-1, за умови внесення 0,005мг/дм3 Ag(I) вона збiльшуеться до 0,0038с-1, а внесення йошв срiбла концентрацiею 0,01мг/дм3 збшь-шуе константу майже на порядок - К=0,028с-1. Така ж закономiрнiсть спостерiгаеться i за умови знезаражу-вання в статичному пристро!.

Iнтенсифiкуючу дiю гiдродинамiчноi кавiтацii можна пояснити послабленням клиинних бар'ерiв та руйнуванням оболонок клиини внаслiдок ло-кальних градiентiв тисюв. В робочому об'емi утво-рюеться велика кiлькiсть парогазових бульбашок (розмiром =10-6м), якi перiодично сплескуються i створюють умови нестацiонарностi, що сприяе швид-кому проникненню срiбла всередину клиини i ура-женню життево важливих центрiв. Оскiльки, в умовах кавиацшного поля у водi утворюеться пероксид водню [3], то в присутноси йонiв Ag(I) вщбуваеться реакцiя Фентона, що призводить до утворення ра-дикалiв ОН\ Змша рН води в лужну сторону також активiзуе бактерицидний ефект срiбла [5].

Для комплексно'! оцiнки ефективноси та штен-сивностi дослiджуваних методiв оброблення необхщ-но визначити час для досягнення потрiбного ефекту. Час, необхщний для iнактивацii 99% мiкроорганiзмiв (lgNt/No=-2) визначали за кiнетичними кривими вщ-мирання E.coli (рис. 1, 2). Результати розрахунюв подано в табл. 1.

Таблиця 1

Час (хв), необхщний для знезаражування E.coli у водi на 99% шд дieю йонiв срiбла, ефектiв riдродинамiчно'í кав^аци та !'хнього поеднання

Методи знезаражування Концентра-цiя реагенту, CAg(I), мг/дм3

0 0,005 0,01

Ag(I) (кавггацшний вплив вщсут-нш) Ag(I) + кавиащя (статичний пристрш) Ag(I) + кавиацГя (динамiчний пристрш) 42 14 63 28 7 10 3 1

(сумарний чи синергiйний вплив). Для цього розрахо-вували значення Т/Е за рiзних варiантiв дослщжень. Результати розрахункiв для кавiтацiйного пристрою динамiчного типу подано в таблищ 2, а для статичного - в табл. 3.

Таблиця 2

Результати комплексно!' дм (Т/Е) Ag(I) i кавiтацiйних ефектiв на E.coli (пристрш динамiчного типу)

С, мг/дм3 Тривалють оброблення, с

Ag(I) 40 80 120 240 360 600

0,005 2,43 2,64 3,07 4,82 9,6 50,8

0,01 11,43 193 вщс. вщс. вщс. вщс.

Таблиця 3

Результати комплексно!' дм (Т/Е) Ag(I) i кавiтацiйних ефектiв на E.coli (пристрш статичного типу)

С, мг/дм3 Тривашсть оброблення, хв

Ag(I) 2 5 8 12 20 30

0,005 1,73 2,06 2,92 3,48 7,06 35,7

0,01 8,6 182 вщс. вщс. вщс. вщс.

Даш табл. 2 i 3 засвщчують змшу майже адитивно-го характеру взаемодп Ag(I) i ефектiв гiдродинамiчноï кавiтацiï за мало! концентрацiï (0,005мг/дм3) i коротко! експозицiï, на синергшний, який пiдсилюeться 3i зб^ьшенням тривалостi знезаражування i концентращею йонiв Ag(I). Максимальне значення Т/Е=193 зафiксовано при знезаражуваннi E.coli йонами срiбла концентрацiею 0,005мг/дм3 в умовах кавиацшного перемiшування в пристро! динамiчного типу за час експозицГ! 80с.

4. Висновки

Отримаш результати тдтвердили перспективнiсть комбiнування гiдродинамiчноi кавiтацii i йонiв срiбла в практицi знезаражування води, осюльки за вiдповiдних умов досягаеться високий стутнь знезаражування за коротший промiжок часу, нiж при використанш кожного з чинниюв окремо. Завданням подальших дослiджень е встановлення оптимальних концентрацш йонiв Л£(1) i режимiв гiдродинамiчного кавiтацiйного поля для до-сягнення максимального знезаражувального ефекту.

Аналiз даних, поданих у таблищ засвщчив, що введення йошв Ag(I) дае змогу значно скоротити час оброблення у кавГтацшних пристроях. Слщ заува-жити, що у пристро'! динамiчного типу процес знезаражування йонами срiбла вщбуваеться у 7-10 разiв швидше (шж при знезаражуваннi лише Ag(I)), а у пристро! статичного типу дещо пов^ьшше (у 3 рази скорочуеться час експозицГ!). Це можна пояснити тим, що у пристро! динамiчного типу генеруеться б^ьший об'ем парогазово! фази, яка забезпечуе ефектившсть кавиацшно! дii.

З практично! точки зору важливо визначити характер взаемодп дослщжуваних знезаражуючих агентiв

Лiтература

1. Гащин, О.Р. Особенности кинетики обеззараживания воды, содержащей E.coli в условиях гидродинамической кавитации / О.Р. Гащин, Т.Н. Витенько // Химия и технология воды.- 2008. - №5 - С.56-575.

2. Каштацшш пристро! в харчовш, переробнш та фармацеф-тичнш промисловост / О.А. Литвиненко, О.1. Некоз, П.М. Немирович, З. Кондрат . - К. : РВЦ УДУХТ, 1999. - 87с.

3. Гащин О.Р. Исследование химического фактора гидро-

динамической кавитации в процессах обеззараживания

воды / О.Р. Гащин, Т.Н. Витенько // Екотехнологии и ресурсосбережение. - 2007. - №3 - С.44-48.

4. Гащин О.Р. Гщродина1шчна кавiтацiя в процесах знезараження шд дieю хiмiчних окислювачiв / О.Р. Гащин, Т.М. BiTeHbKO // Вiсник Схiдноукраïнського нащонального унiверситету iMeHi Володимира Даля. - Луганськ, 2007. - №3(109). - С.49--53.

5. Интенсификация процессов обеззараживания воды. / под ред. Л.А. Кульского. - К. : Наук. думка, 1978. — 96с.

6. Гащин О.Р. Ощнка ефективност та штенсивност роботи каштацшних пристро'1в у технологи водотдготовки. / О.Р. Гащин, Т.М. В^енько // Енергетика та електрифжащя. - 2009. - № 1. - С. 49-52.

7. Потапченко Н.Г. Обеззараживание воды при совместном использовании пероксида водорода и ионов серебра / Н.Г. Потап-ченко, В.Н. Косинова, В.В. Илляшенко [и др.] // Химия и технология воды. - 1995. — Т. 17, № 3. - С. 311-316.

Дана загальна характеристика мето-die i моделей для кшьтсного опису процесу розповсюдження викиду газоподiбних речо-вин в атмосферi. Наведет критерй границь ураження небезпечною хiмiчною речовиною (НХР). Обгрунтовано застосування гаусо-вих моделей розповсюдження нейтрального газу

Ключовi слова: НХР, модель, вибухоне-

безпечна зона, отруення

□-□

Дана общая характеристика методов и моделей для количественного описания процесса распространения выброса газообразных веществ в атмосфере. Приведены критерии пределов границ поражения опасным химическим веществом (ОХВ). Обоснованно применение гауссовых моделей распространения нейтрального газа

Ключевые слова: ОХВ, модель, взрывоопасная зона, отравления

□-□

The article gives general characteristic of methods and models for quantitative description of the dispersion process of gaseous substances in the atmosphere. Criteria of boundary ejection limits of hazardous chemical substance (HCS) affecting are given. The application of Gaussian models of neutral gas dispersion has been substantiated

Keywords: HCS, model, explosive area, poisonings

УДК 004.942:519.876

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРАЖЕНИЙ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ТОКСИЧНОЙ ПРИМЕСИ В АТМОСФЕРЕ

С.А. Сафонова

Старший преподаватель Кафедра компьютерной инженерии Технологический институт Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля пр. Советский, 59 а, г. Северодонецк, Луганськая обл.,

Украина, 93400 Контактный тел.: (0645) 70-22-92 E-mail: safonovasa@ukr.net

1. Введение Индия 1984 г (число жертв до 18 тысяч человек), взрыв

на химическом заводе компании «Нипро Кемикл

Одним из наиболее опасных проявлений аварий в Плант» г. Фликсборо, Великобритания 1974 г. (число

промышленности является выброс ОХВ в парогазовой жертв взрыва более 60 человек, мощные разрушения),

фазе и распространение их в атмосфере. Крупнейшие взрыв и ядовитое облако в г. Севезо, Италия 1976г.

техногенные катастрофы, такие как авария на химиче- стали причиной уничтожения целого города, а также

ском заводе Union Carbide в индийском городе Бхопал, толчком для появления в 1982 г. «директивы Севезо»,