CC BY
34
П.Д Викулин, В.Е. Цой
УДК 543.3
ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИИ НА ИЗМЕНЕНИЕ ц - ПОТЕНЦИАЛА ВОДНОЙ СРЕДЫ
П.Д Викулин, В.Е. Цой
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский
Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация Ключевые слова:
В статье рассмотрено влияние ультразвуковой кавитации на изменение водная среда; ультразвуковая кави-
с; - потенциала водной среды. Приведены экспериментальные данные. тация; (, - потенциал, водоснабжение,
Получено изменение с - потенциала от ультразвуковой обработки коагуляция, очистка воды, эффект
осаждения
История статьи:
Дата поступления в редакцию 22.02.18
Дата принятия к печати 24.02.18
Электрокинетический потенциал является характеристикой водной среды, в которой происходит явление коагуляции. Процесс коагуляции относится к физико-химической очистке природных и сточных вод [1, 2].
Известно, что ; - потенциала есть критерий оценки явления коагуляции. Образование ; - потенциала характеризуется двойным электрическим слоем, который находится в динамическом равновесии со средой [1].
Изменение динамического равновесия осуществляется физическими и химическими воздействиями на среду. Ультразвуковые колебания относятся к физическим методам воздействия на среду. Исследования ; -потенциала является актуальным в технологии очистки воды [3].
Цель работы заключается в установлении влияния ультразвукового поля на ; - потенциал среды.
Задача работы состоит в определении значений ; - потенциала среды в ультразвуковом поле.
Аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований [1, 4].
Использовалась ультразвуковая аппаратура УЗГ — 2 — 4 в комплекте с ПМС — 6 — 22
Основные технические характеристики ультразвукового генератора УЗГ-2-4
Мощность генератора выходная, кВт 4,5 ± 0,5
Напряжение выходное, В 360 ± 80
Частота выходная (регулируемая), кГц 16,8 — 19,2 20,5 — 23,5
Коэффициент полезного действия, %, не менее 75
Напряжение питания (трёхфазное, с нейтральным проводом), В 360 ± 5%
Частота напряжения питания, Гц 50
Масса, кг, не более 250
Габаритные размеры, мм 720 х 580 х 1350
Основные технические характеристики преобразователя магнитострикционного ПМС—6—22
Потребляемая мощность, не более 2,5 кВт
Напряжение питание 360 ± 80 В
Рабочая частота 22 ± 1,65 кГц
Масса, не более 11 кг
Габаритные размеры 300 х 300 х 191 мм
Для проведения экспериментальных исследований о влиянии ультразвуковых колебаний на процессы очистки воды в НИУ МГСУ на кафедре Водоснабжение и водоотведение изготовлен ультразвуковой реактор, из нержавеющей стали марки Х18Н1СТ с введением акустических колебаний снизу вверх, через толщу жидкости, находящейся в объёме реактора при атмосферном давлении на поверхность воды.
Ультразвуковой реактор прямоугольной формы, оснащён магнитострикционным преобразователем ПМС — 6 — 22, размеры реактора в плане 400мм х 400мм (размер мембраны 300мм х 300мм), глубина жидкости в реакторе достигает 300мм. Преобразователь акустических колебаний размещается в нижней части реактора, под слоем жидкости. Схема экспериментальной установки обработки жидкости в ультразвуковом поле представлена на рисунке 1.
воды
Рис. 1. Схема экспериментальной установки
1. Реактор из нержавеющей стали марки Х18Н1СТ;
2. Мембрана, излучающая ультразвуковые волны с низу в верх; 3. Магнитострикционный преобразователь ПМС - 6 - 22; 4. Обрабатываемая жидкость; 5. Герметичные (резиновые) прокладки; 6. Охлаждающая жидкость.
В основе процессов ультразвукового воздействия на жидкостную среду лежит режим кавитации.
Контроль за процессом была осуществлена с помощью цитоферометра-микроскопа для измерения элек-трофоретической подвижности частиц. Основой цитоферометра является прибор Кёна [1, 5].
Исходная вода обрабатывалась воздействием кавитации на экспериментально лабораторной установке приведённой на рис. 1. Продолжительность кавитационного воздействия осуществлялась в следующей последовательности: 10 секунд, 30 секунд, 1 минута, 5 минут. Затем проба отбиралась, и определялся электрокинетический потенциал по методике, приспособленной к цитоферометру.
П.Д Викулин, В.Е. Цой
Таблица 1.
Изменение ц - потенциала под влиянием кавитации
№ п/п Время озвучивания, t, с. Z - потенциал, мв
-13,5
1 0 -14,0
-13,2
2 10 0,00
+0,05
3 30 +30,0
+30,0
4 60 -5,8
-5,8
5 300 -24,0
-24,5
Проводилось считывание количества частиц с помощью цитоферометра. В таблице 1 представлены полученные результаты.
Удельное сопротивление пробы составило 4986 ом-см, как видно из таблицы 1 происходит изменение значение потенциала от -24,25 до + 30,00. Известно, что наибольший эффект осаждения наблюдается при ( - потенциале близком 0. И так очевидно, что происходит изменение ( - потенциала коллоидной системы под воздействием кавитации, по сравнению с исходной (необработанной). Например, при осаждении в гравитационном поле (^ = 0) (пот =-13,567 мв, а при воздействии кавитации 10 секунд (пот ^ 0. С увеличением продолжительности воздействия кавитации на объект происходит сначала переход на положительные значения (пот^ +30 мв, а затем опять переходит на отрицательные. Так, при (^ = 5минут) С =-24,25 мв,
пот
40 30 20 | ю
i
Р
о
-20 -30
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Время воздействия кавитации, сек.
Рис. 2. Изменение Z - потенциала при ультразвуковой обработке.
На рисунке 2, показано изменение Z - потенциала под влиянием кавитации. Как видно из графика на рис. 2 кривая Z - потенциала пересекает ось х, т.е. стремится к нулю в двух временных точка, а именно, 10 секунд и 43 секунды, что подтверждает предположение влиянии кавитации на Z - потенциал. И в этот период осуществляется наибольший эффект осаждения, который наблюдается при Z - потенциале ■ 0.
Исследования показали, что ультразвуковое воздействие в режиме кавитации оказывает влияние на физико-химические процессы при очистке воды.
Максимальный эффект коагуляции достигается при продолжительности ультразвукового воздействии на воду 10 с и 43 с.
ЛИТЕРАТУРА
1. Голямина И. П. (1979). Ультразвук. Маленькая энциклопедия Москва, М.; Советская энциклопедия. 400 с.
2. Под редакцией Розенберга Л. Д. (2012). Физика и техника мощного ультразвука. т. 2. Москва, М.; Книга по Требованию, 268 с. ISBN: 978-5-458-41381-7.
3. Викулин П. Д. (2004). Монография. Физико-химические проявления акустического поля в технологиях кондиционирования воды. Москва, М.; АСВ.
4. Сиротюк М.Г. (2008) Акустическая кавитация. — М.: Наука, 271 с.
5. Хмелев В.Н. и др. (2012) Контроль параметров кавитирующих жидких сред, подвергаемых ультразвуковому воздействию. АГТУ Ползуновский вестник №2/1. с.154-159.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
П. Д Викулин, В. Е. Цой. влияние ультразвуковой кавитации на изменение с; - потенциала водной среды. — Системные технологии. — 2018. — № 26. — С. 150—153.
THE EFFECT OF ULTRASONIC CAVITATION ON THE CHANGE IN
q - POTENTIAL OF THE AQUATIC ENVIRONMENT
P. D. Vikulin, V. E. Tsoi.
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)
Abstract Keywords:
The article deals with the influence of ultrasonic cavitation on the change of water medium; ultrasonic cavitation; q -
water environment q - potential. Experimental data are given. The change of potential, water supply, coagulation, water
the q -potential from ultrasonic treatment is obtained. purification, the effect of deposition
Date of receipt in edition:22.02.18
Date of acceptance for printing: 24.02.18
