БАКТЕРИЦИДНЫЕ СВОЙСТВА ВОДЫ, ОБРАБОТАННОЙ ДИАФРАГМЕННЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ

Вторушина К. А., Суворов И. Ф., Юдин А. С., Читинский государственный университет, Чита, Россия
Железнова Е. А., Соловьева Т. Л., Читинская государственная медицинская академия, Чита, Россия

Исследования поражающего действия электрического разряда на находящиеся в воде микроорганизмы проводятся более 30 лет. Однако существуют некоторые нерешенные принципиальные вопросы в этой области, например, нет единой точки зрения на механизм бактерицидного действия разряда, а также на возникновение эффекта последействия — способности воды в течение некоторого времени сохранять поражающую способность в отношении практически всех известных патогенных микроорганизмов и оппортунистических человеку грибных культур.

Для обеззараживания используют различные виды разрядов:
– диафрагменный, искровой, анодный в воде;
– искровой, импульсный коронный и квазиобъемный в водовоздушной среде.

Воздействие разряда на воду — сложный комплекс физических и химических явлений, которые сопровождаются высоким давлением, мощными ударными волнами, кавитационными процессами, образованием парогазового пузыря и его пульсацией, световым излучением канала разряда, ионизацией и разложением молекул вещества в плазме канала и вблизи него, интенсивным ультрафиолетовым и ультразвуковым излучением, импульсным магнитным полем. При этом происходит расщепление молекул воды с появлением свободных радикалов (водорода и гидроксила), синглетного кислорода, озона, перекиси водорода. Кроме того, вследствие электроэрозии с электродов в воду поступают ионы металла. Эти процессы происходят мгновенно и приводят к разнообразным физико-химическим изменениям жидкости и объектов, которые находятся в ней. Вода после обработки электрическим разрядом не только обеззараживается, но и сама приобретает бактерицидные свойства.

Пробой жидкости электрическим разрядом сопровождается сильной ионизацией. Плазма разрядного канала образует различные нестойкие соединения. Главные из них — атомы металлов, вышедшие из материала электродов в различном состоянии возбуждения и ионизации, а также активные кислород-водородные соединения, главным образом радикалы. Они возникают не только в жидкости, но и в цитоплазме живых одноклеточных организмов, попадающих в зону действия электрических разрядов. Высокое ударно-волновое давление может способствовать проникновению их через клеточную стенку, обусловливая тем самым влияние на живые системы.

Цель настоящей работы — изучение механизмов бактерицидного действия электрического разряда в воде, оценка качественного и количественного микробного состава сточных вод.

Для решения поставленных задач на кафедре электроснабжения Читинского государственного университета была разработана промышленная экспериментальная установка, состоящая из электроразрядной камеры, силового трехфазного повышающего трансформатора и автотрансформатора (рисунок).

Общий вид установки для обеззараживания сточных вод

Обработку воды осуществляли в электроразрядной камере, разделенной диэлектрической диафрагмой на 2 части, в которых были размещены медные электроды. Камера выполнена из винипласта, а диафрагма — из фторопласта Ф-4п.

На электроды через автотрансформатор и повышающий трансформатор подавали переменное напряжение частотой 50 Гц до 2 000 В.

Первый этап исследований проводили в лабораторных условиях. В качестве микробных тест-культур использовали штамм аспорогенных бактерий Escherichia coli с концентрацией 10⁶ клеток на 1 мл исследуемого раствора. Объектом исследования служил водный раствор хлорида натрия с концентрацией 5 мг/л. Установлено, что при однократном воздействии разряда на пропускаемый через установку модельный раствор, содержание в нем колиформных бактерий снижалось в среднем на 4 порядка, а при двукратном воздействии роста бактерий не наблюдалось.

Второй этап исследований проводили в производственных условиях на очистных сооружениях пгт Новоорловский Читинской области, где применяется стандартная технологическая схема: механическая и биологическая очистка, обеззараживание. Установка была размещена между биофильтром и вторичным отстойником. Через нее пропускали 5 % всего количества воды, поступившей на очистные сооружения. Обработанная вода смешивалась с общим потоком.

Микробиологические исследования показали, что на входе перед обработкой наблюдается значительный рост (до 10⁶) групп E-coli. После разрядных камер рост колиформных бактерий не наблюдается. На входе во вторичные отстойники количество микроорганизмов составило 10⁴ групп E-coli. На выходе из очистных сооружений количество групп E-coli не превышало нормируемых значений.

Параллельно с микробиологическими исследованиями определяли содержание ионов меди в исходной и обработанной воде. Установлено, что после обработки количество меди увеличилось в 50 раз.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что обработанная электрическим разрядом сточная вода обладает бактерицидными свойствами.

Общая бактерицидность, создаваемая электрическим разрядом в воде, обусловлена двумя видами факторов:
– в момент разряда: повышенное давление, ультразвуковое и ультрафиолетовое излучения;
– после разряда: свободные радикалы гидроксила, перекись водорода и продукты эрозии материала электродов.
Вследствие малой продолжительности жизни перекиси водорода и радикалов гидроксила основным фактором возникновения эффекта последействия является наличие в обработанной воде продуктов эрозии медных электродов.

Учитывая результаты исследований, а также малые капитальные и эксплуатационные затраты при использовании предложенного метода, его простоту и безопасность, следует сделать вывод о перспективности обеззараживания сточных вод путем использования диафрагменного электрического разряда, что является альтернативой хлорированию.

ANTIBACTERIAL PROPERTIES OF WATER PRETREATED USING THE DIAPHRAGM ELECTRIC DISCHARGE

Vtorushina K. A., Suvorov I. F., Yudin A. S., Chita State University, Chita, Russia
Zheleznova E. A., Solovyova T. L., Chita State Medical Academy, Chita, Russia

The paper presents the results of study into the aftereffects in sewage effluents treated with the use of diaphragm electric discharge.

Главная страница

Сведения об авторах

Вторушина Ксения Анатольевна, аспирант, кафедра электроснабжения, Читинский государственный университет, ул. Александро-Заводская, 30, Чита, 672039, Россия. Тел./факс (3022) 41-66-41. E-mail
Суворов Иван Флегонтович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой электроснабжения, Читинский государственный университет, ул. Александро-Заводская, 30, Чита, 672039, Россия. Тел./факс (3022) 41-66-41.
E-mail
Юдин Артем Сергеевич, аспирант, кафедра электроснабжения, Читинский государственный университет,
ул. Александро-Заводская, 30, Чита, 672039, Россия. Тел./факс (3022) 41-66-41. E-mail
Железнова Елена Анатольевна, канд. мед. наук, доц., Читинская медицинская академия, ул. Горького, 39А, Чита, 672090, Россия. Тел./факс (3022) 35-28-60
Соловьева Татьяна Леонидовна, канд. мед. наук, доц., Читинская медицинская академия, ул. Горького, 39А, Чита, 672090, Россия. Тел./факс (3022) 35-28-60

Последние изменения внесены 19.09.08