Способ обеззараживания жидкой среды

 

Область использования: обеззараживание питьевой воды, воды для плавательных бассейнов, сточных прозрачных вод и гелевых сред, природных грунтовых вод и т.п. в различных областях народного хозяйства. Сущность изобретения: способ состоит из облучения потока текучей среды излучением оптического диапазона в импульсном режиме, причем каждый объем текучей среды облучают серией из не менее чем двух импульсов длительностью в интервале 10^-3-10^-5 с, с суммарной энергией в серии, обеспечивающей концентрацию энергии в текучей среде 10^-3-10 Дж/см³ в диапазоне длин волн 0,2-4,5 мкм. Способ обеспечивает комплексность механизмов обеззараживания, основанных на действии мощного импульсного УФ-излучения, импульсном температурном термомеханическом ударном и связанным с ним ультразвуковым воздействием на среду, а также универсальность и высокую эффективность обеззараживания от микроорганизмов различных типов (вирусы, бактерии, паразиты) в различных формах их жизнедеятельности (вегетативной, споровой, в капсулах). 1 табл.

Изобретение относится к способам обработки природных и сточных вод оптическим излучением (ОИ), включающем ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение), и может быть использовано для обеззараживания вод (в т.ч. питьевой воды) в различных областях народного хозяйства.

Известен способ обеззараживания питьевой воды, в котором ее обрабатывают последовательно ультрафиолетовым светом в дозе 0,24-0,325 мДж/см² и антимикробным агентом - ионами меди в количестве 0,75-1 мг/л. Для реализации этого способа за 30 минут при высокой исходной степени заражения (10⁷ в мл воды) достигается наряду с эффектом обеззараживания и консервирующий эффект [1].

Недостатком этого способа является низкая производительность в сочетании с высокой стойкостью, связанной с необходимостью использования ионов меди.

Известен способ обеззараживания воды, в котором ее напускают в цилиндрическую емкостью, образованную стенкой цилиндрического корпуса и стенкой прозрачного чехла, защищающего бактерицидную лампу, установленную коаксиально корпусу, от водной среды. Указанную емкость предварительно заполняют воздухом. После включения лампы вода попадает под воздействие двух бактерицидных факторов - УФ-излучения и озона, практически мгновенно образующегося из воздуха при загорании лампы [2].

Недостатком способа является малая производительность обеззараживания, связанная с малой удельной мощностью излучения, развиваемой УФ-лампой непрерывного действия.

За прототип выбран как наиболее близкий по технической сущности способ, описанный в [2].

Задачей изобретения является обеспечение надежности и высокой производительности обеззараживания среды (отсутствие роста микроорганизмов после обработки: любых вод и гелей, стерилизации жидких пищевых продуктов и т.п. без использования дезинфектантов).

Технический эффект выражается в комплексности механизмов обеззараживающего воздействия мощного УФ-излучения, импульсного температурного, термомеханического воздействия и связанного с ним ультразвукового воздействия на среду, обеспечивающей высокую эффективность обеззараживания от микроорганизмов различных типов (вирусов, бактерий, паразитов) в различной форме их жизнедеятельности (вегетативной, споровой, в капсулах).

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем обработку текучей среды излучением УФ-диапазона, согласно изобретению обработку каждого объема текучей среды осуществляют серией из не менее чем двух импульсов оптического излучения длительностью (10^-3-10^-5) с с энергией /10^-3-10/Дж/см³ в диапазоне длин волн (0,2-4,5) мкм. Названные параметры импульсного оптического излучения и режимы воздействия обеспечивают комплексность воздействия, а именно быстрое чередование в среде обитания биоструктур аномальных условий, вызываемое серией импульсов оптического излучения, с последующим их возвращением в исходное состояние (по типу - внезапный нагрев и быстрое охлаждение) приводит к дезориентации способности этих структур к выживанию. Кроме того, при достаточно высоких параметрах потока излучения (в названном выше диапазоне) импульсный локальный разогрев микроорганизмов и паразитов излучением видимого и инфракрасного диапазонов вызывает повышение температуры вплоть до температуры свертывания белка в их тканях, а также возбуждение в них термомеханических волновых напряжений, приводящих к разрыву связей в цитоплазматических структурах.

Действие последующих импульсов излучения приводит к накоплению таких дефектов. С учетом накопления разрывов связей на молекулярном уровне, вызываемом действием мощного импульсного УФ-излучения в диапазоне (0,2-0,4) мкм, такое воздействие приводит к гибели микроорганизмов и паразитов без их видимого разрушения (дезинтеграции). Кроме того, повторное облучение перемешивающихся в промежутках между импульсами струй текучей среды при ее перемещении по поверхности источника импульсного излучения приводит к ее более однородной обработке оптическим излучением по сравнению с обработкой однократным импульсом оптического излучения. При использовании источника с достаточно высокой частотой импульсов (0,2-1 Гц) производительность обеззараживания может достигать 1000 м³/сутки и выше.

Изобретение осуществляется следующим образом. В камеру с размещенным в ней импульсным оптическим излучателем подают непрерывно текучую среду и производят облучение каждого проходящего через камеру объема текучей среды V_i серией из не менее 2-х импульсов оптического излучения с шириной спектра (0,2-4,5) мкм, длительностью /10^-3-10^-5/с, при этом облучение производят в текучей среде с обеспечением концентрации энергии оптического излучения _i в объеме V_i текучей среды (0,1-10) Дж/см³.

Пример. Воду заражали микроорганизмами (вирусами, бактериями, паразитами) и подавали в камеру с размещенным в ней импульсным оптическим излучателем. Производили обработку каждого проходящего через камеру объема V_i серией из 5 импульсов длительностью ~ 10^-4 с, энергией 1,510³ Дж и интервалом времени между импульсами 5 с. Отбирали пробы и через интервалы времени определяли число выживших микроорганизмов. Данные по наиболее стойким к мощному импульсному оптическому излучению микроорганизмам сведены в таблицу.

Анализ обработанных вод показал, что в результате обработки импульсно-периодическим оптическим излучением согласно предлагаемому способу изменений физико-химических и органолептических свойств воды не происходит. Вода после обработки отвечает ГОСТу и может быть использована в практике хозяйственно-бытового и технического водопользования.

Как следует из приведенных примеров, предлагаемый способ обеззараживания жидкой среды эффективен, экономичен, универсален, обладает высокой производительностью, не требует дизенфектантов и не влияет на физико-химические и органолептические свойства воды.

Источники информации 1. Авт. св. СССР N 1678770 по з-ке N 47530356, кл. C 02 F 1/32, опубл. 23.09.91.

2. РСТ N 18/01606, кл. С 02 F 1/32, опубл. 03.10.88.

Формула изобретения

Способ обеззараживания жидкой среды, включающий облучение потока текучей среды оптическим излучением, отличающийся тем, что облучение каждого объекта текучей среды осуществляют не менее чем двумя импульсами оптического излучения в диапазоне длин волн 0,2 - 4,5 мкм, длительность каждого импульса в диапазоне 10^-5 - 10^-1 с, с суммарной энергией в серии импульсов, облучающих каждый объем текучей среды, обеспечивающей концентрацию энергии в текучей среде в диапазоне 10^-3 - 10 Дж/см³.

РИСУНКИ

Рисунок 1