CC BY
22
УДК 628.16.03
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ ВОДЫ
А.Н.Бирзуль1, В.С.Абрамец2
Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.
Выделены и описаны важные аспекты проблемы активации водных растворов, которые необходимо учитывать при широком использовании данного метода обработки в современных технологиях очистки воды. Библиогр. 10 назв.
Ключевые слова: активация; вода; водные растворы; очистка воды; очистные сооружения.
SOME ASPECTS OF THE APPLICATION OF ACTIVATED SOLUTIONS IN WATER TREATMENT PROCESSES A.N.Birzul, V.S.Abrametz
Far Eastern State University of Railway Engineering, 47 Seryshev St., Khabarovsk, 680021.
The authors distinguished and described important aspects of the problem of aqueous solution activation that must be considered under the wide use of this treatment method in modern water purification technologies. 10 sources.
Key words: activation; water, aqueous solutions; water purification; treatment plants.
В последние годы в различных организациях проводятся работы по созданию и внедрению технологий очистки воды, основанных на рациональном использовании физических и химических эффектов активации. Без сомнения, это большая прикладная задача, она ставит перед специалистами, профессионально занимающимися изучением систем водоснабжения и водоотведения, целый комплекс до сих пор нерешенных вопросов. До настоящего времени нет четких и однозначных ответов, на каком этапе очистки природных и сточных вод целесообразно использование эффектов активации, что необходимо активировать: обрабатываемую воду или растворы применяемых химических реагентов, какой метод активации предпочтительнее, как осуществлять контроль режимов акти-вационных процессов и качества конечного продукта очистки, каким образом сделать управление и эксплуатацию подобных систем экономичными, эффективными и качественными. Этот далеко не полный перечень вопросов требует глубокого знания фундаментальных основ многих наук, что вызывает у названных специалистов неизбежные трудности в проведении исследований и формулировке обоснованных научных рекомендаций и предложений по технологическому применению активации. В этой связи интересны обзорные работы, посвященные научной методологии изучения данной проблемы.
По нашему мнению, для успешного решения проблемы использования эффектов активации в практике водоснабжения и водоотведения необходимо обращать внимание на следующие важные аспекты:
1. Терминологический. Приведенную в научной литературе терминологию нельзя назвать общепринятой и устоявшейся, поскольку она либо используется
различными авторами лишь для удобства изложения и восприятия материала, либо совсем ими игнорируется. Отсутствие единой трактовки понятия «активация» вызывает вполне естественные разночтения в понимании данного явления. Так, в обзоре [1] представлено семь частных определений активированного состояния, некоторые из которых отличаются друг от друга весьма существенно. Чаще всего под активацией водных сред понимают вызванный внешним воздействием переход воды в неравновесное состояние. Приведенная формулировка охватывает слишком широкую область исследования и, по всей видимости, требует дополнительного ограничения, поскольку известно, что вода практически никогда не бывает в термодинамическом равновесии с окружающей средой [1]. Кроме того, название и само содержание термина подвержено закономерным историческим изменениям и трансформациям. Наглядным примером этого является эволюция понятия электрохимической активации (ЭХА), технически сводящейся к обработке воды в мембранном электролизере. Сначала этот процесс назывался низковольтной поляризацией, затем электролитической активацией, в настоящее время встречается термин «диафрагменный электрический разряд». За более чем тридцатилетнюю историю изучения данного процесса наполнение понятия также претерпело несколько принципиальных корректировок: от процесса перевода водно-солевой системы в метастабильное состояние в электрическом поле [2] до направленного электрохимического и электрофизического воздействия на воду [3]. Ясно, что основной недостаток раннего определения заключается в возможности отнесения к данному определению далеких от электрохимии видов активации. Во
1Бирзуль Алексей Николаевич, аспирант, тел.: (4212) 407507, e-mail: birzul@list.ru Birzul Alexey Nikolayevich, a postgraduate student, tel.: (4212) 407507, e-mail: birzul@list.ru
2Абрамец Валерия Сергеевна, аспирант, тел.: (4212) 407507, e-mail: abckhv@mail.ru Abrametz Valeriya Sergeevna, a postgraduate student, tel.: (4212) 407507, e-mail: abckhv@mail.ru
втором приведенном определении уже конкретно названы использованные методы воздействия, хотя требуются дополнительные уточнения.
Необходимость учета терминологического аспекта очевидна, поскольку в противном случае велика вероятность попадания исследования в область ненаучных понятий, полного непонимания со стороны специалистов и сложностей в поиске и анализе литературных источников.
2. Теоретический. Общей теории активации в настоящее время нет [4], что отрицательно сказывается на обоснованности ее практического использования, хотя в литературе, посвященной подобной обработке воды, теоретическим вопросам уделяется большое внимание. Например, для большинства частных случаев предложены гипотезы, более или менее сносно объясняющие экспериментальные данные. В работах [1,5] некоторые из них перечислены и рассмотрены. Так, эффекты активации воды связываются с содержанием в ней растворенных примесей, образованием катализаторов или новых структур воды и влиянием естественного фона Земли. Основная, наиболее правдоподобная гипотеза, позволяющая делать разумные прогнозы развития технологического процесса, обычно выбирается по завершению экспериментальной части исследования. Естественно, описание каждого метода активации должно включать в себя сведения о предполагаемом механизме воздействия на обрабатываемую воду и об основных факторах, влияющих на его результаты. Например, по наиболее изученной в экспериментальном плане ЭХА сделан ряд обобщений относительно свойств ЭХА-растворов [6]. Выделены следующие три группы факторов, обуславливающих физико-химическую активность получаемых анолита и католита: стабильные продукты электрохимических реакций (соляная кислота, гидроокись натрия и т.д.), определяющие значения рН; высокоактивные неустойчивые продукты электрохимических реакций (например, радикал гидроксила, пероксорадикал), обуславливающие аномальные характеристики окислительно-восстановительного потенциала; долгоживущие квазиустойчивые структуры (гидратированные оболочки ионов и др.), придающие ЭХА-средам каталитические свойства. По утверждениям разработчиков [6], факторы второй и третьей групп могут быть получены только в уникальных условиях электрохимического синтеза.
3. Практический. Несмотря на имеющиеся недоработки теоретической базы, активация воды широко применяется на практике, воплощена в установках различного назначения. Освоено массовое и штучное производство разного рода активаторов, генераторов, дезинтеграторов и других устройств [1,2,3]. Подавляющее большинство из них создано практиками «вслепую», исходя из собственных интуитивных соображений, без специальных инженерных вычислений, что неприемлемо для технических работников. Авторы разработок пока не могут дать обоснованные рекомендации и сформулировать основные положения для проектирования активационных устройств и расчета их конструктивных элементов. Тем не менее,
эти обстоятельства не отталкивают их от внедрения нетрадиционных технологий очистки. Наоборот, существует широкое поле для деятельности различных научно-производственных фирм. Например, ЭХА процесс реализован во многих бытовых и промышленных установках. В настоящее время известно по 12 модификаций приборов ИЗУМРУД и СТЭЛ, четыре модификации активатора АКВАХЛОР и другие технические воплощения. В распространении указанных устройств существуют сдерживающие факторы. Так, для активного внедрения эффектов активации в практику необходимы критерии оценки возможности и целесообразности использования их в процессах очистки воды.
4. Методический. Ключевым является вопрос об индикации изменений, происходящих в воде при ее активации. Именно на данный аспект обрушивается основная научная критика, поскольку в настоящее время нет простых, точных и достаточно разработанных методов для фиксирования наблюдаемых явлений [4]. Сложившаяся ситуация усугубляется еще и тем, что для активированных водных систем характерна плохая воспроизводимость результатов экспериментов [1].
Современный уровень развития техники предоставляет исследователям широкий диапазон экспериментальных методов анализа воды. Так, в работе [7] подробно рассмотрены физические, физико-химические, химические, биологические и технологические методы индикации и связанные с ними параметры. Указанную монографию по праву можно считать методической базой изучения вопросов разных видов активации водных растворов, хотя она и посвящена вопросам магнитной обработки воды.
Проведенный нами анализ методов индикации показывает, что многие из них требуют уникальной дорогостоящей аппаратуры; методы, основанные на использовании интегральных свойств воды (электропроводимости и др.), в значительной мере зависят от внешних условий; по многим физическим и физико-химическим параметрам невозможно зарегистрировать заметные эффекты при активации воды, эти показатели меняются достаточно ощутимо лишь при фазовом переходе воды в лед [8].
Среди наиболее эффективных и перспективных направлений выделяют электрохимические методы индикации [4], а также комбинацию различных методов (сочетание рН- и редоксметрии, кондуктометрии, фотометрии с анализом активности микроорганизмов и т.д.), дающую возможность комплексного рассмотрения вопроса. В целом существующие методы индикации являются во многом поисковыми и требуют дальнейших исследований. Успех изучения данного аспекта зависит от совместной работы специалистов разного профиля, в том числе гигиенистов.
5. Гигиенический. При разработке технологий очистки природных вод необходимо учитывать требования СНиП 2.04.02-84*, согласно которым для подготовки воды питьевого качества могут быть приняты только те методы, по которым получены положительные гигиенические заключения. В настоящее время контроль качества воды обычно предусматривает ее
анализ по составу примесей и микробиологическим показателям, что не характеризует в полной мере активированные воды, химический состав которых в результате обработки зачастую не изменяется. До сих пор способы активации не имеют должной гигиенической оценки [9], и органы по сертификации вполне обоснованно отклоняют и не рассматривают проекты технологических схем, конечным продуктом которых является вода со свойствами, измененными в результате различных воздействий. Ведь эти воздействия в определенном диапазоне могут быть опасными для живых систем. Так, давно обнаружено, что защитный эффект талой воды, оцениваемый по резистентности (устойчивости к действию повреждающих факторов) эритроцитов человека, закономерно чередуется с эффектом поражающим [10]. Базовое образование специалистов в области водоснабжения и водоотведения не позволяет проводить самостоятельные исследования по данному вопросу. Поэтому в качестве основной базы по рассматриваемому аспекту для них служат
Библиографический список
результаты исследований, выполняемых в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН [9].
Методы активации водных растворов в настоящее время переживают второе рождение, поскольку снова возник интерес к альтернативным, по сравнению с традиционными схемами, методам обработки водных сред, имеющим большие перспективы. Возобновлены активные научные исследования данного вопроса. Происходит накопление, обобщение и анализ экспериментального материала. Еще не разработаны общепринятые теория и терминология данного процесса, нет простых и универсальных методов индикации активации, не предложены способы инженерного расчета устройств-активаторов, не решены некоторые гигиенические вопросы. В сложившихся условиях особое значение имеет выделение и рассмотрение аспектов активации водных растворов и привлечение к ним внимания всех заинтересованных специалистов.
1. Богатырев А.Е., Шушунова Л.И., Цыганов Г.М. Активирование веществ и его технологические применения. М.: Изд-во ЦНИИ Электроника, 1984. 45 с.
2. О природе электрохимической активации сред / П. А. Кирпичников [и др.] // ДАН СССР. 1986. Т. 286, №3. С. 660663.
3. Электрохимическая активация: универсальный инструмент зеленой химии / В. М. Бахир [и др.]; под ред. В.М. Ба-хира. М.: Б.и., 2005. 176 с.
4. Першина Е.Д., Каздобин К.А. Проводимость водных сред как альтернатива электронного и ионного переноса. // Химия и технология воды. 2008. Т.30, №6. С. 627-641.
5. Давидзон М. И. О действии магнитного поля на слабо-проводящие водные системы // Известия вузов. Физика. 1985. №4. С. 89-94.
6. Леонов Б.И., Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Физико-
химические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды. М.: ВНИИИМТ, 1999. 244 с.
7. Ахмеров У.Ш., Ведерников А.П., Поленов Л.Ф. Методы индикации «магнитной» воды. Казань: Изд-во Казанского университета, 1972. 74 с.
8. Семихина Л.П. Возможности диэлектрического метода для анализа состояния водных систем после физических воздействий // Вестник ТюмГУ. 2000. №3. С. 39-43.
9. Савостикова О.Н. Гигиеническая оценка влияния структурных изменений в воде на ее физико-химические и биологические свойства: автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2008. 26 с.
10. Изучение корреляции колебаний резистентности эритроцитов и геомагнитного поля / Л.К. Лайзан [и др.] // Применение магнитных полей в клинике: тезисы докладов. Куйбышев, 1976. С. 57-58.
УДК 536.7:72.025.5
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ С НИЗКОЙ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИЕЙ
Н.П.Коновалов1
Рассмотрены вопросы и направления эффективного использования тепла при реконструкции жилых зданий и
сооружений.
Ил. 3. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: тепловой режим зданий; расчёт тепловых режимов; тепловой баланс зданий.
THERMALPHYSIC STUDIES OF RESIDENTIAL CONSTRUCTIONS WITH LOW THERMAL INERTIA N. P. Konovalov
The author deals with the questions and courses of the heat effective use under the reconstruction of residential constructions and buildings. 3 figures. 4 sources.
Key words: thermal regime of buildings, calculation of thermal regimes, heat balance of buildings.
В начале третьего тысячелетия для российской экономики и жизнеобеспечения общества становятся актуальными проблемы рационального использования национальных ресурсов. По прогнозам экспертов при-
рост национального валового продукта в энергоресурсах может быть обеспечен за счёт увеличения добычи углеводородов на 50%, остальные 50% можно восполнить энергосберегающими мероприятиями.
Коновалов Николай Петрович, профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой физики, тел.: (3952)405177. Konovalov Nikolay Petrovich, a professor, a doctor of technical sciences, the head of the chair of Physics, tel.: (3952) 405177.
