CC BY
149
тоненко и др. - М.: ВИМ, 1990. - 28 с.
2. Патент РФ № 2265305. Способ посева пропашных культур / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.12.2005 г. Бюл. № 34.
3. Патент РФ № 2443094. Способ возделывания пропашных культур / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 27.02.2012 г. Бюл. № 6.
4. Патент РФ № 2435353. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл.
10.12.2011 г. Бюл. № 34.
5. Патент РФ № 110218. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл.
20.11.2011 г. Бюл. № 32.
6. Патент РФ № 110898. Гребневая сеялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл.
10.12.2011 г. Бюл. № 34.
7. Патент РФ № 101610. Гребневая се-
ялка / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл.
27.01.2011 г. Бюл. № 3.
8. Патент RU 113110. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.02.2012 г. Бюл. № 4.
9. Патент RU 113910. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.03.2012 г. Бюл. № 7.
10. Патент RU 113908. Рабочий орган культиватора / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.03.2012 г. Бюл. № 7.
11. Патент RU 2409921. Каток-гребне-образователь / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 27.01.2011 г. Бюл. № 3.
12. Патент RU 2405290. Каток-гребне-образователь / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин; Опубл. 10.12.2010 г. Бюл. № 34.
УДК 628.16.08
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ВОДЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Курдюмов Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и энергетика»
Твердунов Павел Сергеевич, аспирант кафедры «Безопасность жизнедеятельности и энергетика»
ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина»
432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1 т. 8 (84231) 5-17-78 e-mail: tverdunovps@gmail.com
Ключевые слова: обеззараживание воды, ультрафиолет, устройство для очистки воды, кишечная палочка
Дано описание лабораторного комплекса для проведения исследований разработанного устройства для очистки и обеззараживания воды. Представлены результаты лабораторных исследований процесса обработки воды ультрафиолетовым излучением в устройстве для очистки и обеззараживания воды.
Водная стратегия агропромышленного комплекса России на период до 2020 года предусматривает создание и внедрение инновационных технологий водоподготов-ки, очистки водопроводных, сточных и коллекторно-дренажных вод. Реализация этой стратегии возможна благодаря разработке и внедрению в производство современных технологий очистки и обеззараживания воды и средств для их эффективного осу-
ществления.
Практика показывает, что потребление сельскохозяйственными животными воды согласно установленным нормам и требуемого качества - основа получения высокой продуктивности сельскохозяйственных животных и одно из важных условий сохранения здорового поголовья.
Применяемые в настоящее время в сельскохозяйственном водоснабжении тех-
10 11
6 7
7__
9
8 шш ■Л
4_ і ***
Рис. 1 - Лабораторный стенд для исследования средств очистки и обеззараживания воды: 1 - металлический каркас с регулируемыми опорами; 2 - горизонтальная панель; 3 - вертикальная панель; 4 - столешница; 5 - бак; 6 - погружной центробежный насос; 7 - гидросистема; 8 - шаровый кран; 9 - ротаметр; 10 - электронный расходомер; 11 - устройство для очистки и обеззараживания воды
нологии водоподготовки не всегда обеспечивают установленные нормативами требования по качеству воды для поения сельскохозяйственных животных. Кроме того, анализ конструкций технических средств для очистки и обеззараживания воды показал, что большинство из них ресурсо- и энергозатратны, материалоемки и являются узкоспециализированными, что приводит к конструктивному усложнению технологической линии водоподготовки животноводческих предприятий и, как следствие, удорожанию её технического обслуживания. Поэтому задача создания высокоэффективных, универсальных и экологически безопасных технических средств обработки воды, предназначенных для животноводческих комплексов и небольших фермерских хозяйств, является актуальной, важной и имеющей существенное значение для развития страны.
Нами предложено новое устройство для очистки и обеззараживания воды [1, 2],
которое имеет небольшую материалоемкость, экологически безопасно и эффективно в работе. Конструкция устройства позволяет очищать и обеззараживать воду с низкими эксплуатационными затратами. Для оптимизации его конструктивно-режимных параметров были проведены исследования устройства в лабораторных условиях.
Исследования проводили на стенде (рисунок 1), разработанном на кафедре «Безопасность жизнедеятельности и энергетика» ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина», с применением современного контрольно-измерительного оборудования.
Лабораторный стенд представляет собой сборно-разборный металлический каркас с регулируемыми опорами 1. На каркасе 1 закреплена горизонтальная 2 и вертикальная 3 панели, а также столешница 4. На горизонтальной панели 2 установлен бак
5 с погружным центробежным насосом 6.
Г
Столешница 4 снабжена установочным отверстием и отверстием для сливного шланга. На вертикальной панели 3 закреплены гидросистема 7 (подводящие и сливные шланги), запорно-регулирующая и измерительная аппаратура (шаровой кран 8, ротаметр 9, электронный расходомер 10). Устройство для очистки и обеззараживания воды 11 подключают к стенду посредством быстроразъемных муфт, которые монтируют на входной патрубок и выходной штуцер устройства.
Работу источника ультрафиолетового излучения контролировали с помощью прибора Sper Scientific UVC Light Meter (Model 850010), который предназначен для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения в бактерицидной области спектра с длиной волн от 220 до 275 нм (рисунок 2). Сенсор прибора позволяет контролировать излучение малой (1...9999 мкВт/см2) и большой (0,01...40,00 мВт/см2) интенсивностей с погрешностью измерения ± 4 %.
Для определения мутности воды использовали нефелометр Lutron TU-2016 (рисунок 3). Основными техническими характеристиками нефелометра являются: измерительный диапазон 0.1000 NTU; объем измерительной кюветы - 10 мл; напряжение питания постоянного тока 9 В; время отклика 1.10 с; рабочий диапазон температур
0.50 °С. Погрешность измерения нефелометра ± 5 %.
Водородный показатель воды и её температуру измеряли прибором PH-009(III) (рисунок 4). Основные технические характеристики прибора PH-009(III): диапазон измерения pH 0,00.14,00; диапазон измерения температуры 0.50 °С; напряжение питания постоянного тока = 6 В. Погрешность прибора: ± 0,1 pH, ± 1 °С.
Остальные физико-химические показатели качества обрабатываемой воды (цветность, содержание марганца, содержание общего железа и др.) контролировали с помощью тест-комплектов производства НПО ЗАО «Крисмас+». Также пробы обработанной воды отдавали на анализ в ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Ульяновской области».
Рис. 2 - Прибор для измерения интенсивности бактерицидного излучения Sper Scientific UVC Light Meter (Model 850010): 1
- сенсор; 2 - кожух; 3 - корпус; 4 - дисплей;
5 - кнопки управления
В качестве модельного микроорганизма была выбрана культура бактерий вида Escherichia coli № 23 - непатогенный штамм из музея кафедры «Микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ветеринарно-санитарной экспертизы» ФГБОУ ВПО «Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина».
Перед началом экспериментов всю систему (рисунок 1) в течение 5 часов обрабатывали раствором дезинфицирующего средства «Jasol solid» с концентрацией активного хлора 78.84 мг/л. После чего в течение
6 часов систему промывали водопроводной водой и брали пробу для анализа на активный хлор. В последующем перед каждым экспериментом внутреннюю поверхность устройства обрабатывали ультра- Рис. 3 - Нефело-фиолетовым излу- метр Lutron TU-2016
Рис. 4 - Прибор РН-009(Ш) для измерения pH и температуры воды
чением лампы предлагаемого устройства в течение 1 часа, а внутреннюю поверхность бака - при помощи бактерицидного облучателя открытого типа ОБН-150.
Контроль качества обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением проводили с учетом рекомендаций МУ 2.1.4.71998.
Последовательность проведения опытов была следующей: в бак 5 (рисунок 1) ёмкостью 90 л по мере его наполнения водой вносили суточную бульонную культуру бактерий вида E.coli № 23 и тщательно перемешивали образовавшуюся суспензию. Затем с помощью шарового крана 8 устанавливали требуемый расход воды (исследуемый режим), проходящей через установку. После чего включали насос 6 и устройство для очистки и обеззараживания воды 11 в сеть переменного тока (220 В, 50 Гц) и через 1.2 минуты отбирали в стерильную посуду емкостью 500 мл пробы воды для бактериологических анализов непосредственно до и после устройства. Кроме того, отбирали пробы для контроля физико-химических показателей качества обеззараживаемой воды. Воду, прошедшую обработку в устройстве, собирали в отдельную ёмкость и перед сбросом её в водосток обеззараживали с применением средства «Jasol solid». Для новой серии экспериментов изменяли расход воды и повторяли опыт. Расход воды, про-
г) д) е)
Рис. 5 - Колонии микроорганизмов, выросшие на мясопептонном агаре:
а), б), в) - посевы образцов воды до обработки её ультрафиолетовым излучением;
г), д), е) - посевы образцов воды после обработки её ультрафиолетовым излучением
Таблица 1
Результаты лабораторных исследований процесса обработки воды ультрафиолетовым излучением
Расход воды, л/ мин Коли-индекс, КОЕ/л Коэффициент инактивации Мутность, мг/ дм3 Цветность, градусы Содержание железа, мг/дм3
до обработки после обра- ботки до об-работки после обра- ботки до об-работки после обра- ботки до об-работки после обра- ботки
4 20000 400 0,98 2,5 0,25 13,0 2,0 0,50 0,1
4 10000 200 0,98 2,2 0,32 10,0 2,6 0,40 0,1
4 5000 100 0,98 2,3 0,28 10,0 2,0 0,39 0,2
8 30000 100 0,99 2,1 0,23 10,0 2,2 0,45 > 0,1
8 20000 200 0,99 2,0 0,3 10,0 2,0 0,40 > 0,1
8 10000 50 0,99 2,5 0,32 13,0 1,8 0,40 > 0,1
12 10000 2000 0,8 2,0 0,33 13,0 2,0 0,45 > 0,1
12 7000 1000 0,85 2,2 0,2 13,0 2,0 0,45 > 0,1
12 3000 500 0,83 2,3 0,24 10,0 1,8 0,39 > 0,1
16 300000 90000 0,7 2,2 0,25 10,0 2,0 0,40 > 0,1
16 200000 61000 0,69 2,0 0,22 10,0 1,8 0,40 > 0,1
16 200000 63000 0,68 2,6 0,2 13,0 1,4 0,43 > 0,1
ходящей через устройство, регулировали в пределах от 4 л/мин до 16 л/мин с интервалом 4 л/мин.
Бактериологические исследования исходной и обработанной ультрафиолетовым излучением воды проводили в соответствии с ГОСТ 18963-73, МУК 4.2.1018-01. Для этого из каждой пробы воды (до и после установки), с целью предотвращения размножения микроорганизмов, быстро готовили ряд последовательных десятикратных разведений в физиологическом растворе.
Из каждого десятикратного разведения делали посев глубинным способом (по 1 см3 на чашку Петри). Затем чашки Петри помещали в термостат и инкубировали при температуре 37°С в течение 24 часов. После чего чашки с посевами просматривали и подсчитывали выросшие колонии (рисунок 5). Число колоний в последней положительной чашке умножали на десять в степени, соответствующей номеру разведения.
Результаты бактериологического исследования выражали числом кишечных палочек в 1 л необработанной и пропущенной через установку воды.
В ходе исследований содержание бактерий вида Escherichia coli № 23 в обезза-
раживаемой воде колебалось в пределах (2...300)х103 кишечных палочек в 1 л воды.
Интенсивность излучения ультрафиолетовой лампы устройства составляла 11989 мкВт/см2. За период проведения лабораторных исследований отложений на поверхности кварцевого чехла ультрафиолетовой лампы, способных снижать качество её работы, выявлено не было.
Для оценки эффективности обеззараживания воды в разработанном устройстве был выбран коэффициент инактивации [3, 41:
N -М
и _ 1У0 1У
11 N '
1У0
где N0 - коли-индекс воды до обеззараживания, N - коли-индекс воды после ее обеззараживания.
При условии, что в воде, прошедшей обработку ультрафиолетовым излучением, бактерий не будет обнаружено, ки = 1. Этот коэффициент является универсальным и позволяет оценить качество обеззараживания воды в устройствах аналогичного типа.
Результаты лабораторных исследований процесса обработки воды ультрафиолетовым излучением в разработанном устройстве для очистки и обеззараживания воды
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
7 / f К
12
16
Q, л/мин
Рис. 6 - Зависимость коэффициента инактивации ки бактерий вида Escherichia coli № 23 от расхода воды Q в устройстве
представлены в таблице 1.
Зависимость коэффициента инактивации бактерий вида Escherichia coli № 23 от расхода воды в предлагаемом устройстве для очистки и обеззараживания воды представлена на рисунке 6.
Таким образом, для создания оптимальных условий обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением в разработанном устройстве для очистки и обеззараживания воды необходимо обеспечить расход воды 8 л/мин.
Исследования устройства для очистки и обеззараживания воды в производственных условиях показали, что при оптимальных параметрах, выявленных в процессе лабораторных исследований, коэффициент инактивации составляет 0,98.0,99, что соответствует требованиям, предъявляемым к качеству воды по микробиологическим показателям.
Следовательно, использование перспективной конструкции устройства для очистки и обеззараживания воды с оптимизированными режимными параметрами позволяет обеспечить требования, предъ-
являемые к качеству воды для поения сельскохозяйственных животных, по основным физико-химическим и микробиологическим показателям. Это, в свою очередь, позволяет снизить риск возникновения заболеваний сельскохозяйственных животных, передаваемых через воду.
Библиографический список
1. Патент RU 2465211. Устройство для очистки и обеззараживания воды / В.И. Кур-дюмов, П.С. Твердунов; Опубл. 27.10.2012. Бюл. № 30.
2. Патент RU 2465212. Устройство для очистки и обеззараживания воды / В.И. Кур-дюмов, П.С. Твердунов; Опубл. 27.10.2012. Бюл. № 30.
3. Hassan A. Munshi. Evaluation of ultraviolet radiation disinfection on the bacterial growth in the SWRO pilot plant / Hassan A. Munshi, N. Sasikumar, A.T. Jamaluddin, Kither Mohammed // Bahrain, the 4th Gulf Water Conference, Feb. 13-17 of 1999, P. 2086-2102.
4. The ultraviolet disinfection handbook / James R. Bolton, Christine A. Cotton // American Water Works Association, 2008, 168 p.
