способ обеззараживания воды и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ обеззараживания воды, заключающийся в пропускании обрабатываемой воды между двумя электродами, к которым приложено электрическое напряжение, отличающий тем, что на один из электродов подают положительный потенциал и непрерывно вращают упомянутый электрод в вертикальной плоскости вокруг его оси симметрии, перпендикулярной плоскости вращения электрода, причем при изменении скорости вращения электрода от 0 до 40 об/мин, преобразуют частоту в напряжение постоянного тока, величину которого изменяют прямо пропорционально изменению частоты в диапазоне от 0 до 4 В, пропускают полученное напряжение через сумматор, на выходе которого получают постоянное напряжение, лежащее в диапазоне от 1 до 5 В, усиливают упомянутое напряжение в 10 раз и усиленное напряжение подают между вращающимся подвижным и неподвижным электродами, при этом воду в корпусе поддерживают на таком уровне, чтобы часть поверхности Sэ вращающегося электрода, лежащая в диапазоне 0,5Sп Sэ 0,4Sп, где Sп - полная площадь поверхности электрода, была постоянно погружена в воду, а на не погруженную в воду часть вращающегося электрода воздействуют ультрафиолетовым излучением.

2. Устройство для обеззараживания воды, включающее в себя сосуд для обеззараживания воды, патрубки для подвода и вывода воды и два электрода, одним из которых является сосуд, а другой размещен внутри сосуда для обеззараживания воды, отличающееся тем, что в него дополнительно введены вал, подшипник, сальники, бесконтактный индуктивный выключатель, преобразователь частота - напряжение, сумматор напряжения, усилитель постоянного тока, контактный узел, шайба, уплотняющая манжета, одна или несколько ультрафиолетовых подсветок, уплотняющие прокладки, крепежные детали, торцевые крышки и провода, при этом корпус сосуда для обеззараживания воды выполнен в виде цилиндрической трубы из проводящего материала и имеет два фланца, расположенные по торцам корпуса, фланцы имеют проточку для уплотняющей прокладки и отверстия под крепежные детали, один электрод выполнен из проводящего материала в форме круглого тела, состоящего из двух соосных цилиндрических колец разного диаметра, жестко соединенных между собой радиальными спицами, сектора между спицами и кольцами выполнены в виде сетки, на внешней окружности соосного кольца электрода большего диаметра на одинаковом расстоянии друг от друга радиально размещены плоские лопасти, которые механически прикреплены к образующей поверхности упомянутого соосного кольца электрода большего диаметра, во внутреннее цилиндрическое соосное кольцо электрода меньшего диаметра впрессован внешним кольцом шарикоподшипник, при этом во внутреннее кольцо шарикоподшипника впрессован вал, с обеих торцевых сторон шарикоподшипника установлены сальники, вал выполнен из проводящего материала в виде цилиндра, на одном торце которого выполнен фланец со сквозными отверстиями для крепежных винтов к крышке, на другом конце вала нарезана резьба для крепления контактного узла, торцевые крышки выполнены из электроизоляционного материала и герметично прикреплены к фланцам корпуса сосуда для обеззараживания воды крепежными деталями, в верхней части крышек размещены бесконтактный индуктивный датчик и ультрафиолетовые подсветки, снабженные проводами для подвода к ним электропитания, уплотняющие прокладки вставлены в проточки фланцев, в центральной части крышек выполнены гнезда для крепления вала, причем одна крышка имеет гнездо для размещения в нем уплотняющей манжеты и сквозное отверстие для вывода одного конца вала с нарезанной на нем резьбой наружу крышки, вывод указанного конца вала осуществляется через уплотняющую манжету и шайбу, на выведенный конец вала закреплен контактный узел, выполненный в виде гайки, контактный узел поджимает шайбу к уплотняющей манжете, другой конец вала жестко присоединен к другой торцевой крышке, в которой имеются глухие отверстия с резьбой, совпадающие с отверстиями во фланце, при помощи крепежных винтов, расположенных в сквозных отверстиях фланца, контактный узел соединен с выходом усилителя постоянного тока, вход усилителя постоянного тока соединен с выходом сумматора, вход которого соединен с выходом преобразователя частота - напряжение, вход преобразователя частота - напряжение соединен с выходом бесконтактного индуктивного выключателя, корпус сосуда для обеззараживания воды соединен с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения и заземлен, бесконтактный индуктивный выключатель расположен в верхней части одной из торцевых крышек на высоте, превышающей диаметр соосного кольца электрода большего диаметра, патрубки для подвода и вывода воды расположены по разные стороны корпуса сосуда для обеззараживания воды и имеют общую ось симметрии, образованную пересечением двух перпендикулярных друг дугу плоскостей, одна из которых является плоскостью, параллельной плоскости вращающегося электрода, проходящей через упомянутый электрод и делящей его на две одинаковые части, другая плоскость является горизонтальной плоскостью симметрии сосуда для обеззараживания воды, патрубки для подвода и вывода воды герметически прикреплены к корпусу сосуда для обеззараживания воды, при этом диаметр внутреннего отверстия выходного патрубка Dвых и диаметр отверстия входного патрубка Dвх связаны соотношением Dвых Dвх.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике обеззараживания воды от патогенных микроорганизмов и может найти применение в процессах водоподготовки в коммунальных службах при очистке бытовых и промышленных стоков, биотехнологии, медицине, экологии и др.

Известен способ обеззараживания воды и устройство для его реализации [1], при котором обеззараживание происходит в электрическом поле трехфазного переменного тока, когда очищаемая вода подается в зазор между электродами.

К недостаткам указанного способа обеззараживания воды и устройства для его реализации относится сложность способа обеззараживания, связанная с необходимостью использования переменного трехфазного тока и необходимостью выполнения условий техники безопасности.

Наиболее близким к заявляемому является способ обеззараживания воды и устройство для его реализации [2], при котором обеззараживание происходит в электрическом поле постоянного тока, когда в зазор между анодом и катодом подается вода, аэрированная воздухом.

Недостатком способа-прототипа является сложность способа обеззараживания, связанная с необходимостью аэрации воды воздухом. Кроме того, эффективность обеззараживания у способа-прототипа низка, так как уровень постоянного напряжения в способе-прототипе недостаточен для того, чтобы инактивировать все вредные микроорганизмы, находящиеся в воде [2]. (Инактивация микроорганизмов - это подавление их активности и способности к заражению биообъектов).

Устройство, реализующее способ-прототип [2], состоит из корпуса, входного и выходного патрубков, аэратора, электродов и источника постоянного напряжения, при этом входной и выходной патрубки соединены с корпусом, аэратор установлен перед входным патрубком и сообщается с ним, электроды установлены внутри корпуса и к ним подключен источник постоянного напряжения.

Недостатками является низкая эффективность обеззараживания воды и сложность, связанная с необходимостью аэрирования воды воздухом.

Основной задачей, на решение которой направлены заявленный способ обеззараживания воды и устройство для его осуществления, является упрощение способа и устройства и повышение эффективности обеззараживания.

На фиг.1 представлено устройство, реализующего заявляемый способ. На фиг.2 приведена схема подключения бесконтактного индуктивного выключателя ISB A2A-31N-2-L. На фиг 3. представлена схема электрическая принципиальная сумматора. На фиг.4. приведена схема электрическая принципиальная усилителя постоянного тока.

Фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4 служат для пояснения сущности изобретения.

В устройство для обеззараживания воды (см. фиг.1), включающее в себя сосуд для обеззараживания воды 1, патрубки для подвода 2 и вывода 3 воды и два электрода, одним из которых является корпус сосуда 1, а другой обозначен цифрой 4, размещенных внутри сосуда для обеззараживания воды 1, дополнительно введены вал 5, подшипник 6, сальники 7, бесконтактный индуктивный выключатель 8, преобразователь частота - напряжение 9, сумматор напряжения 10, усилитель постоянного тока 11, контактный узел 12, шайба 13, уплотняющая манжета 14, одна или несколько ультрафиолетовых подсветок 15, уплотняющие прокладки 16, крепежные детали 17, торцевые крышки 18 и 19, провода 20. При этом корпус 1 сосуда для обеззараживания воды выполнен в виде цилиндрической трубы из проводящего материала и имеет два фланца, расположенных по торцам корпуса. Фланцы имеют проточку для уплотняющих прокладок 16 и отверстия под крепежные детали 17. Электрод 4 выполнен из проводящего материала в форме круглого тела, состоящего из двух соосных цилиндрических колец 21 и 22 разного диаметра, жестко соединенных между собой радиальными спицами 23. Сектора между спицами и кольцами выполнены в виде сетки 24, на внешней окружности соосного кольца электрода большего диаметра 21 на одинаковом расстоянии друг от друга радиально размещены плоские лопасти 25. Эти лопасти механически прикреплены к образующей внешней поверхности соосного кольца электрода большего диаметра 21. Во внутреннее цилиндрическое соосное кольцо электрода 22 меньшего диаметра впрессован внешним кольцом шарикоподшипник 6, в свою очередь во внутреннее кольцо шарикоподшипника 6 впрессован вал 5. С обеих торцевых сторон шарикоподшипника 6 установлены сальники 7. Вал 5 выполнен из проводящего материала в виде цилиндра, на одном торце которого выполнен фланец 26 со сквозными отверстиями для крепежных винтов к крышке 19. На другом конце вала 6 нарезана резьба для крепления контактного узла 12. Торцевые крышки 18 и 19 выполнены из электроизоляционного материала и герметично прикреплены к фланцам корпуса сосуда для обеззараживания воды 1 крепежными деталями 17. В верхней части крышек размещены бесконтактный индуктивный датчик 8 и ультрафиолетовые подсветки 15, снабженные проводами для подвода к ним электропитания. Уплотняющие прокладки 16 вставлены в проточки фланцев корпуса сосуда для обеззараживания воды 1. В центральной части крышек 18 и 19 выполнены гнезда для крепления вала 5. Причем одна крышка 18 имеет гнездо для размещения в нем уплотняющей манжеты 14, и сквозное отверстие для вывода одного конца вала 5 с нарезанной на нем резьбой, наружу крышки 18. Вывод указанного конца вала осуществляется через уплотняющую манжету 14 и шайбу 13. На выведенный конец вала 5 закреплен контактный узел 12, выполненный в виде гайки. Контактный узел 12 поджимает шайбу 13 к уплотняющей манжете 14. Другой конец вала 5 жестко присоединен к другой торцевой крышке 19, в которой имеются глухие отверстия с резьбой, совпадающие с отверстиями во фланце 26, при помощи крепежных винтов, расположенных в сквозных отверстиях фланца 26. Контактный узел 12 соединен с выходом усилителя постоянного тока 11. Вход усилителя постоянного тока 11 соединен с выходом сумматора 10, вход которого соединен с выходом преобразователя частота - напряжение 9. Вход преобразователя частота - напряжение 9 соединен со входом бесконтактного индуктивного выключателя 8. Корпус сосуда для обеззараживания воды 1 соединен с отрицательным полюсом усилителя постоянного тока 11 и заземлен. Заземленный корпус 1 является вторым электродом устройства. Бесконтактный индуктивный выключатель 8 расположен в верхней части торцевой крышки 18 на высоте, превышающей диаметр внешнего соосного кольца электрода 21 большего диаметра. Патрубки для подвода 2 и вывода 3 воды расположены по разные стороны корпуса сосуда для обеззараживания воды и имеют общую ось симметрии, образованную пересечением двух перпендикулярных друг к дугу плоскостей, одной из которых является плоскость, параллельная плоскости вращающегося электрода 4, проходящая через упомянутый электрод и делящая его на две одинаковые части, другая плоскость является горизонтальной плоскостью симметрии сосуда для обеззараживания воды, патрубки 2 и 3 для подвода и вывода воды герметически прикреплены к корпусу сосуда для обеззараживания воды, при этом диаметр внутреннего отверстия выходного патрубка Dвых и диаметр отверстия входного патрубка Dвх связаны соотношением Dвых Dвх.

Сущность изобретения заключается в следующем. Если некоторый объем воды облучать ультрафиолетовым излучением, то в силу низкой проникающей способности ультрафиолетового излучения обеззараживание произойдет только приповерхностного слоя воды. Остальные (глубинные) же части воды так и останутся не обеззараженными. Для того чтобы обеззаразить весь объем обрабатываемой воды, необходимо каким-то способом извлечь (переместить) все микроорганизмы из воды в воздух и там, в воздухе, инактивировать эти микроорганизмы при помощи ультрафиолетового излучения. Извлечь все микроорганизмы, находящиеся в некотором объеме воды, можно следующим образом.

Живые клетки, так же как и высокомолекулярные вещества организма, при физиологическом значении pH несут на своей поверхности избыточный отрицательный заряд, который образуется вследствие диссоциации ионогенных, преимущественно кислотных групп клеточной мембраны [3]. Электрический заряд клеток играет важную роль в газообмене, адсорбции веществ из внешней среды, образовании структуры клеточных скоплений и во всех остальных физиологических проявлениях жизни.

Если в некоторый объем обрабатываемой воды погрузить электрод и подать на него положительный потенциал относительно заземленного корпуса, то все живые клетки (вирусы, бактерии и т.д), поскольку они несут на себе отрицательный заряд [3], притянутся к этому электроду и осядут на его поверхности. Если объем воды, окружающей электрод, относительно невелик, то под действием электрического поля все микроорганизмы из этого объема воды по истечении некоторого промежутка времени осядут на электрод, и этот объем воды можно слить из сосуда, так как он обеззаражен. Если после этого электрод извлечь из воды и подвергнуть воздействию ультрафиолетового излучения его поверхность, то все микроорганизмы на его поверхности могут быть уничтожены, если доза облучения будет достаточной для их уничтожения. Из таблицы, приведенной ниже, позаимствованной из [4], известно, что наиболее стойкими к облучению являются бактерии Pseudom. aeruginosa, вызывающие ОКЗ, конъюнктивиты, отиты.

Вид микроорганизма	Вид заболевания	УФ доза, необходимая для инактивации до уровня 99.9% мДж/см 2
Бактерии
Pseudom. aeruginosa	ОКЗ, конъюнктивиты, отиты	16,5
Mycobacterium tuberculisis	Туберкулез	10,0
Escherichia coli	Острые кишечные заболевания (ОКЗ)	9,0
Proteus vulgaris	ОКЗ	7,8
Salmonella enteritidis	Сальмонеллезы	7,6
Vibrio cholerae	Холера	6,5
Salmonella paratyphy	ОКЗ	6,1
Salmonella typhosa	Брюшной тиф	6,0
Shigella flexneri	Дизентерия	5,2
Shigella dysenteriae	Дизентерия	4,2
Вирусы
Hepatitis virus	Вирусный гепатит А	8,0
Virus Poliomyelitis	Полиомиелит

Для того чтобы их инактивировать до уровня 99,9%, требуется доза 16,5 мДж/см². Поэтому если доза облучения поверхности электрода будет лежать в диапазоне от 16 до 17 мДж/см² , то под действием этой дозы облучения инактивируются не только наиболее устойчивые к облучению бактерии Pseudom. Aeruginos, но и все другие виды опасных микроорганизмов.

После облучения поверхности электрода ультрафиолетовым излучением можно считать, что его поверхность стала стерильной, и электрод вновь можно погружать в следующую порцию обрабатываемой воды, и все процедуры повторять вновь. Для обеспечения максимальной эффективности способа необходимо, чтобы вода в рабочем режиме в корпусе поддерживалась на таком уровне, чтобы часть поверхности Sэ вращающегося электрода, лежащая в диапазоне 0,5Sп Sэ 0,4Sп, где Sп - полная площадь поверхности электрода, была постоянно погружена в воду, а на непогруженную в воду часть вращающегося электрода воздействовали ультрафиолетовым излучением. Такой интервал выбора Sэ обусловлен тем, что если в рабочем режиме в воду погружена поверхность Sэ вращающегося электрода большая, чем величина 0,5Sп, например 0,6Sп, то под обеззараживающее воздействие ультрафиолетового облучения не попадет 0,1Sп, так как на обработке ультрафиолетовым облучением в воздухе при этом будет находиться только 0,4Sп площади электрода. В связи с этим часть объема воды окажется необеззараженной. Если же в воду погружена площадь Sэ вращающегося электрода меньшая, чем величина 0,4Sп, например 0,3Sп, то это также приводит к снижению эффективности обеззараживания воды, так как микроорганизмы осаждаются только на упомянутую часть электрода, равную 0,3Sп, а часть электрода, равная 0,2Sп, для обеззараживания воды не используется. В результате этого в единицу времени обеззараживается объем воды меньший того, что позволяют возможности способа.

Заявляемый способ, сущность которого изложена выше, наиболее просто реализовать при помощи устройства, изображенного на фиг.1.

Обрабатываемая вода через патрубок для ввода воды 2 (см. фиг.1, сечение А-А) поступает в сосуд для обеззараживания воды 1. Поток обрабатываемой воды, падая на лопасти 25, закрепленные равномерно на образующей внешней окружности соосного кольца 21 электрода большего диаметра, приводит во вращение электрод 4 вокруг неподвижного вала 5. Вращение электрода облегчено за счет закрепленного в его центральной части подшипника 6, защищенного от попадания воды сальниками 7. Поскольку на электрод 4 подан через контактный узел 12, вал 5 и шарикоподшипник 6 положительный потенциал от усилителя постоянного тока 11 относительно заземленного корпуса сосуда 1 для обеззараживания воды, то все живые микроорганизмы (вирусы, бактерии и т.д.), находящиеся в воде и, как известно, несущие на себе отрицательный заряд (см., например, [3]), притягиваются к спицам 23, к сетке 24, к лопастям 25 и другим частям электрода 4, с которыми соприкасается поступающая в сосуд 1 вода. Исходное напряжение на выходе усилителя постоянного тока 11, равное 10 В, достаточно для того, чтобы осадить все микроорганизмы из воды на часть электрода 4, находящуюся в воде, до тех пор, пока скорость подачи потока воды в сосуд 1 через патрубок 2 и, следовательно, скорость вращения потоком воды электрода 4 не превышает значения 1-2 об/мин. Любой положительный потенциал ниже 10 В приводит к снижению эффективности осаждения микроорганизмов на электрод 4.

Скорость потока воды определяется скоростью вращения электрода 4 вокруг вала 5. Для измерения скорости вращения электрода 4 используют лопасти 25. Лопасти 25 расположены равномерно по внешней образующей поверхности соосного кольца электрода большего диаметра 21 и выполняют роль прерывателя. При вращении электрода происходит вращение лопастей 25. Прохождение лопастей 25 мимо бесконтактного индуктивного выключателя 8 регистрируется указанным выключателем 8.

Повышение потенциала на электроде 4, изображенном на фиг.1, происходит следующим образом. В момент прохождения лопасти около бесконтактного индуктивного выключателя 8 на его выходе формируется положительный импульс. Таким образом, на выходе бесконтактного индуктивного выключателя 8 формируются импульсы с частотой следования, прямо пропорциональной скорости вращения электрода 4.

Импульсы с бесконтактного индуктивного выключателя поступают на преобразователь частота - напряжение 9. Преобразователь 9 осуществляет прямо пропорциональное преобразование входных импульсов в выходное напряжение постоянного тока. Выходное напряжение с преобразователя 9 подается на один из входов сумматора напряжения 10. На другой вход сумматора подается опорное постоянное напряжение смещения +1 В. При изменении скорости вращения электрода 4 напряжение на выходе сумматора 10 изменяется пропорционально этой скорости и поступает на вход усилителя тока 11, где усиливается по напряжению.

Необходимость увеличения подаваемого на электрод 4 напряжения при увеличении скорости потока воды и, следовательно, увеличения скорости вращения электрода 4 обусловлена тем, что при большей скорости вращения электрода 4 время, в течение которого часть поверхности электрода находится в воде, сокращается и, следовательно, сокращается время осаждения микроорганизмов из воды на эту поверхность. Для того чтобы эффективность обеззараживания не снизилась, необходимо увеличить величину потенциала на электроде 4, так как при увеличении потенциала на электроде увеличивается скорость перемещения отрицательно заряженных микроорганизмов в сторону анода, и время их осаждения на электрод сокращается.

Вращать электрод 4 в заявляемом способе можно любыми вращающимися электромеханическими устройствами, например, вращением вала 5 при помощи электродвигателя и редуктора. Однако в заявляемом устройстве предлагается осуществлять вращение электрода 4 при помощи потока воды, протекающей через элементы заявляемого устройства. При поворачивании электрода 4 его некоторая часть, выходя из воды в воздушное пространство, попадает под действие ультрафиолетового излучения фиолетовых подсветок 15, и микроорганизмы, осевшие на эту часть электрода, когда она находилась в воде, инактивируются. Уровень воды в обеззараживающем сосуде 1 постепенно увеличивается. При этом глубина h погружения электрода в воду изменяется от 0 до величины R, где R=r+h ₁, R - радиус электрода, r - внешний радиус окружности соосного кольца электрода большего диаметра 21, h₁ - высота плоской лопасти 25. При подъеме воды в сосуде для обеззараживания воды 1 до нижнего края отверстия патрубка для вывода воды 3 (см. фиг.1. сечение А-А) вода начинает стекать через отверстие этого патрубка.

Патрубки для подвода и вывода воды расположены по разные стороны корпуса сосуда для обеззараживания воды и имеют общую ось симметрии, образованную пересечением двух перпендикулярных друг к дугу плоскостей, одной из которых является плоскость, параллельная плоскости вращающегося электрода 4, проходящая через упомянутый электрод и делящая его на две одинаковые части, другая плоскость является горизонтальной плоскостью симметрии сосуда для обеззараживания воды. При этом поскольку диаметр внутреннего отверстия выходного патрубка Dвых и диаметр отверстия входного патрубка Dвх связаны соотношением Dвых Dвх, скорость вытекания воды из выходного патрубка 3 будет равняться скорости поступления воды через патрубок для ввода воды 2.

Такое расположение патрубков для подвода и вывода воды и размеры их диаметров обеспечивают выполнение неравенства 0,5Sп Sэ 0,4Sп, где Sп - полная площадь поверхности электрода, Sэ - площадь поверхности электрода, постоянно погруженная в воду.

Этот процесс и равенство скоростей воды на входе и выходе из сосуда 1 автоматически обеспечивает один и тот же максимальный уровень воды. Постепенное возрастание уровня воды в сосуде от 0 до максимального значения позволяет обеспечивать глубину погружения электрода h от 0 до величины R, где R=r+h ₁. При увеличении давления воды в патрубке для ввода воды скорость протекания потока воды через сосуд для обеззараживания воды 1 будет возрастать, при этом скорость вращения электрода будет также возрастать пропорционально скорости движения потока воды.

Конструкция заявляемого устройства такова, что все частицы воды, поступающей в сосуд 1, соприкасаются или проходят вблизи элементов электрода 4. Это приводит к тому, что все живые микроорганизмы, находящиеся в поступающей в устройство воде, осядут под действием положительного потенциала на элементы вращающегося электрода 4.

На поверхности части электрода, находящейся в воде, образуется слой микроорганизмов. При поворачивании электрода 4 его часть с осевшим на нее слоем микроорганизмов, выходя из воды в воздушное пространство, попадает под действие ультрафиолетового излучения подсветок 15, и микроорганизмы, осевшие на эту часть электрода, когда она находилась в воде, инактивируются. Бактерицидными свойствами обладают только те лучи, которые поглощаются протоплазмой микроклетки любого микроорганизма. На биофизическом уровне ультрафиолетовое излучение воздействует на генетический или функциональный аппарат бактерий: ультрафиолетовое излучение вызывает разрушающее повреждение ДНК, нарушает клеточное дыхание и синтез ДНК, что приводит к прекращению размножения микробных клеток. В этом процессе основным является гибель микробной клетки под действием ультрафиолетового облучателя в первом или последующих поколениях.

Гарантией того, что все живые микроорганизмы осаждаются под действием электрического поля на поверхность электрода, является выбранная мощность ультрафиолетовой подсветки, лежащая в диапазоне от 16 до 17 мДж/см, так как при указанной мощности (дозе) облучения гарантированно ингибируются все микроорганизмы (бактерии и вирусы) [4].

Пример конкретного выполнения. Для реализации заявляемого способа обеззараживания воды и устройства для его реализации была собрана установка, изображенная на фиг.1.

В устройство для обеззараживания воды, включающее в себя сосуд для обеззараживания воды 1, патрубки для подвода 2 и вывода 3 воды и два электрода, один из которых на фиг.1 обозначен цифрой 4, дополнительно введены вал 5, подшипник 6, сальники 7, бесконтактный индуктивный выключатель 8, преобразователь частота - напряжение 9, сумматор напряжения 10, усилитель постоянного тока 11, контактный узел 12, шайба 13, уплотняющая манжета 14 одна или несколько ультрафиолетовых подсветок 15, уплотняющие прокладки 16, крепежные детали 17, торцевые крышки 18 и 19, провода 20.

При этом корпус сосуда для обеззараживания воды 1 выполнен в виде цилиндрической трубы из нержавеющей стали марки 12Х10Т18Н. Внешний диаметр трубы был равен 310 мм, а внутренний диаметр трубы был равен 300 мм. Длина трубы L была равной 250 мм. По торцам трубы имелись два фланца диаметром 340 мм и толщиной 10 мм. Труба и фланцы были изготовлены из нержавеющей стали марки 12Х10Т18Н. Во фланцах была выполнена круговая проточка для уплотняющей прокладки 16 глубиной 5 мм, имеющая малый диаметр 304 мм, а большой диаметр 314 мм. В эту проточку была вставлена резиновая прокладка 16. Во фланцах по окружности 330 мм были просверлены на одинаковом расстоянии друг от друга 6 сквозных отверстий диаметром 6 мм под крепежные детали 17. Вал 5 и электрод 21 были выполнены из нержавеющей стали марки 12Х10Т18Н. Вал 5 был выполнен в виде цилиндра диаметром 5 мм. Диаметр вала 5 был рассчитан по под шариковый радиальный однорядный подшипник 6. Подшипник 6 был выбран в соответствии с ГОСТ 8338-75 под номером 1000095, и имел диаметр внутреннего кольца 5 мм, а наружный диаметр 13 мм. Толщина подшипника была равна 4 мм.

Вращающийся электрод 4 был выполнен из нержавеющей стали в форме круглого тела, состоящего из двух соосных цилиндрических колец 21 и 22 разного диаметра, жестко соединенных между собой радиальными спицами 23. Внешний диаметр соосного цилиндрического кольца 21 электрода большего диаметра был равен 278 мм, а внутренний диаметр этого же кольца был равен 268 мм. Сектора между спицами и кольцами выполнены в виде сетки 24, на внешней окружности соосного кольца электрода большего диаметра 21 на одинаковом расстоянии друг от друга радиально приварены своей центральной частью плоские лопасти 25, которые были выполнены из нержавеющей стали марки 2Х10Т18Н. Ширина этих лопастей была равна 10 мм, а их толщина 1 мм. Длина лопастей была равна 20 мм. Эти лопасти были приварены к образующей поверхности соосного кольца электрода 21 большего диаметра. Количество лопастей 25 равнялось 12. Внутренний диаметр цилиндрического соосного кольца сетчатого электрода 22 был рассчитан под посадку подшипника 6 и равнялся 13 мм. Во внутреннее цилиндрическое соосное кольцо электрода 22 меньшего диаметра был впрессован внешним кольцом шарикоподшипник 6, в свою очередь, во внутренние кольцо шарикоподшипника 6 был впрессован вал 5. С обеих торцевых сторон шарикоподшипника 6 установлены сальники 7. Вал 5 выполнен из нержавеющей стали марки 2Х10Т18Н в виде цилиндра, на одном торце которого выполнен фланец 26 со сквозными отверстиями диаметром 6 мм для крепежных винтов к крышке 19. На другом конце вала 5 нарезана резьба М4 для крепления контактного узла 12. Торцевые крышки 18 и 19 выполнены из электроизоляционного материала и герметично прикреплены к фланцам корпуса сосуда для обеззараживания воды 1 крепежными деталями 17. В верхней части крышки 18 расположен бесконтактный индуктивный выключатель 8 и ультрафиолетовые подсветки 15, снабженные проводами для подвода к ним электропитания. Уплотняющие прокладки 16 выполнены из фторопласта и вставлены в проточки фланцев. В центральной части крышек 18 и 19 выполнены гнезда для крепления вала 5. Причем крышка 18 имеет гнездо для размещения в нем уплотняющей манжеты 14, и сквозное отверстие для вывода одного конца вала 5, с нарезанной на нем резьбой, наружу крышки. Вывод указанного конца вала 5 осуществляется через уплотняющую манжету 14. На выведенный конец вала 5 закреплен контактный узел 12, выполненный в виде гайки. Контактный узел 12 поджимает шайбу 13 к уплотняющей манжете 14. Другой конец вала 5 жестко присоединен к другой торцевой крышке 19, в которой имеются глухие отверстия с резьбой, совпадающие с отверстиями во фланце 26, при помощи крепежных винтов, расположенных в сквозных отверстиях фланца 26. Контактный узел 12 соединен с выходом усилителя постоянного тока 11. Корпус сосуда для обеззараживания воды 1 соединен с отрицательным полюсом усилителя постоянного тока 11 и заземлен. Бесконтактный индуктивный выключатель 8 расположен на торцевой крышке 18 в ее верхней части, на высоте, превышающей диаметр внешнего соосного кольца 21 электрода большего диаметра. Бесконтактный индуктивный выключатель 8 имеет электрическую связь с входом преобразователя частота - напряжение 9, который соединен с входом сумматора 10, выход которого соединен со входом усилителя постоянного тока 11.

В качестве бесконтактного индуктивного выключателя выбран выключатель ISB A2A-31N-2-L фирмы ООО «ТЭКО». Принцип действия выключателя основан на изменении колебаний генератора при приближении к чувствительной поверхности выключателя металлического зуба прерывателя. Это приводит к формированию на выходе выключателя логического сигнала. Схема подключения выключателя приведена на фиг.2.

Преобразователь частота - напряжение выполнен на базе микросхемы ADVFC32 фирмы Analog Devices по типовой схеме включения. При изменении скорости вращения электрода 4 от 0 до 40 об/мин преобразователь осуществляет преобразование входной частоты до 8 Гц в выходное напряжение до 4 В.

Сумматор предназначен для формирования начального смещения напряжения в выходном напряжении преобразователя. Схема электрическая принципиальная сумматора приведена на фиг.3. Напряжением -Uоп задается величина начального смещения. На вход Uвх подается напряжение до +4 В с выхода преобразователя частота - напряжение.

При следующих параметрах элементов схемы DA1, DA2 - КР544УД12: R1-R3=2 кОм, R4=1 кОм, +Uп=+15 В, -Uп=-15 В изменение входного напряжения Uвх от 0 В до +4 В приведет к изменению выходного напряжения Uвых от +1 В до +5 В.

Усилитель 11 (фиг.1) предназначен для усиления в 10 раз входного напряжения, поступающего с сумматора.

Таким образом, на выходе усилителя постоянного тока при изменение напряжения на выходе сумматора от +1 В до +5 В изменяется от 10 В до 50 В. В свою очередь изменение напряжения на выходе сумматора от +1 В до +5 В происходит тогда, когда скорость вращения электрода 4 изменятся от 0 до 40 об/мин. Следовательно, при изменении скорости вращения электрода 4 от 0 до 40 об/мин напряжение между электродами 1 и 4 изменяется пропорционально в диапазоне от 10 В до 50 В.

Усилитель выполнен на высоковольтном операционном усилителе ОРА454 (Фирменное описание Texas Instruments). Схема электрическая принципиальная усилителя приведена на фиг.4

При следующих параметрах элементов схемы:

R1=1 кОм, R2=1 кОм, R3=9 кОм, R4=50 кОм обеспечивается коэффициент усиления усилителя равным 10.

Ультрафиолетовые подсветки 15 были прикреплены к в верхней части крышек 18 и 19 и снабжены проводами для подвода к ним электропитания, выходящими наружу крышки. Обеззараживание воздуха осуществлялось УФ лампами, излучающими короткий ультрафиолет с пиком 253,7 нм. В качестве облучателей использовались излучатели открытого типа марки УФО 02 pa [4]. Поток УФ излучения этого типа облучателей распространяется по всему пространству, куда попадает свет от бактерицидной лампы. Это самый эффективный способ обеззараживания не только воздуха, но и поверхностей помещения. Облучатель марки УФО 02 pa позволял обеспечить мощность излучения от 10 до 17 мДж/см². Патрубки для подвода 2 и вывода 3 воды расположены на цилиндрической части по разные стороны корпуса сосуда для обеззараживания воды 1 и имели общую ось симметрии, образованную пересечением двух перпендикулярных друг к дугу плоскостей, одной из которых является плоскостью симметрии электрода 4, проходящая через сетчатый электрод 4 и делящая его на две одинаковые части. Другая плоскость является горизонтально проведенной плоскостью симметрии сосуда для обеззараживания воды. Патрубки для подвода 2 и вывода 3 воды были также выполнены из нержавеющей стали и приварены к корпусу сосуда для обеззараживания воды. Диаметр внутреннего отверстия выходного патрубка Dвых был равен 20 мм, диаметр отверстия входного патрубка Dвх был равен 14 мм, т.е они были связаны соотношением Dвых Dвх. По заявляемому способу, при помощи заявляемого устройства обеззараживалась вода, которая подавалась через входной патрубок 2 в сосуд 1 для обеззараживания воды. Анализ воды, выходящей из выходного патрубка 3, которая прошла весь цикл обеззараживания по заявляемому способу и заявляемому устройству, показал, что в ней отсутствовали микроорганизмы. Это указывало на эффективность обеззараживания воды.

Если сравнить способ-прототип и устройство-прототип с заявляемым способом и устройством для обеззараживания воды, то можно отметить следующее:

Осаждение микроорганизмов под действием постоянного напряжения на часть электрода, находящуюся в воде, последующее извлечение этих осажденных микроорганизмов из воды в воздух при вращении электрода, и облучение этих осажденных микроорганизмов ультрафиолетовым излучением в воздухе позволяет добиться значительно более высокой эффективности обеззараживания воды, чем это позволял сделать способ-прототип и устройство-прототип.

Все перечисленные достоинства заявляемого способа и устройства позволяют по сравнению с прототипами повысить эффективность обработки воды.

Источники информации

1. Авт. св. 1682325 (СССР) кл. С02F 1/46, 1991 Способ обеззараживания воды в обеззараживатель сточных вод / Кл. С02F 1/46, 1991.

2. Авт. св. 1472453 (СССР). Способ обеззараживания воды в устройстве для обеззараживания воды / Кл. C02F 1/16, 1989. (Прототип).

3. Казанкин Д. С.Электрокинетические методы прижизненного исследования клеток // МИС-РТ" - 2000 г. Сборник № 17-3.

4. ООО "Промышленные системы УФ-обеззараживания". http://www.uv-systems.ru.