Методы предотвращения обрастаний внутренних поверхностей водопроводных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Методы предотвращения обрастаний внутренних поверхностей водопроводных сетей

Сауткина Т.Н., Вилкова А.Д.

Аннотация

Загрязненная водопроводная вода оказывает негативное влияние на здоровье человека. В процессе транспортирования воды по водопроводным сетям происходит ее вторичное загрязнение. Зачастую вторичное загрязнение воды возникает вследствие размножения бактерий и разложения продуктов коррозии метала на внутренней поверхности трубопроводов. Для уменьшения обрастания внутренней поверхности трубопровода необходимо производить обработку воды перед подачей ее в водопроводную сеть. В работе рассмотрены методы безреагентной обработки воды.

Ключевые слова: Водопроводная сеть, внутренняя поверхность трубопровода, магнитная обработка, электроимпульсная обработка, электрогидравлический эффект, трубка Вентури

Contaminated tap water has a negative impact on human health. In the process of transporting water through water networks, its secondary pollution occurs. Often, secondary water pollution arises from the multiplication of bacteria and the decomposition of metal corrosion products on the inner surface of pipelines. To reduce the fouling of the internal surface of the pipeline, it is necessary to carry out the treatment of water before feeding it to the water supply network. The methods of waterless treatment of water are considered.

Keywords: water supply network, internal pipeline surface, magnetic treatment, electropulse treatment, electrohydraulic effect, Venturi tube

Практика эксплуатации водопроводных сетей показывает, что состояние городских трубопроводных коммуникаций систем водоснабжения можно охарактеризовать как неудовлетворительное и требующее постоянного внимания и оперативного управления. Фактором негативной работы напорных трубопроводных сетей систем водоснабжения являются коррозия, биологические обрастания, отложение солей жесткости [1]. При этом вода может служить источником распространения многих бактериальных и вирусных инфекций. Для предотвращения обрастаний внутренних поверхностей трубопроводов необходимо проводить дополнительную обработку воды, поступающей в сеть.

В настоящее время применяются различные методы водоподготовки: механические, биологические, физические, электрофизические и т.п. С целью усовершенствования процесса водоподготовки целесообразно применять комбинацию нескольких методов [2]. Например, энергокомбинирование методов обработки воды в совмещенных кавитационном, электроимпульсном и магнитном полях. Используя кавитацию благодаря прохождению жидкости через препятствие при высоких скоростях движения в ней наблюдается образование пузырьков-каверн заполненных парогазовой смесью, которые, попадая в область с давлением, выше критического разрушаются, за счет ударных волн. Это разрушительное свойство позволяет активизировать процесс очистки воды, так как кавитация вызывает разрушение примесных включений, бактерий и вирусов в воде.

Известен процесс активации воды путем воздействия на жидкость электроимпульсного разряда, под влиянием которого в ней происходят сложные физико-химические процессы (электрогидравлический эффект Юткина [3-5]), позволяющие за короткий промежуток времени (10^-4…10^-7 с) за счет воздействия ударных волн, генерируемых разрядом вызвать дезинтеграцию и гибель микроорганизмов, а также раскрепощение примесных ингредиентов. Заряженные частицы в воде способствуют формированию фазового перехода, состоящего из свободной и связанной воды [6]. вода коррозия трубопровод загрязнение

Магнитная обработка воды представляет собой процесс целенаправленного воздействия на воду магнитным полем. При определенных значениях магнитной индукции и скорости движения воды возникает эффект магнитогидродинамического резонанса. Совпадение частоты силы Лоренца и собственных колебаний воды приводит к изменению структуры вещества без изменения его агрегатного состояния. В процессе обработки воды в магнитном поле усиливается конвекция растворенных веществ, изменяются скорость и направления движения ионов, индуцируется электрический ток. Магнитное поле, воздействуя на содержащиеся в воде примеси, изменяет их ориентацию и молекулярную структуру воды, исключая осаждение взвеси на поверхностях трубопроводов, теплообменников и прочего оборудования.

Сотрудниками СГТУ имени Гагарина Ю.А. разработано устройство для энергокомбинированной обработки жидкости. Это устройство представляет собой усовершенствованную ранее разработанную полезную модель, предназначенную для активации и очистки воды [7]. В состав предложенного устройства (рисунок) входит трубка Вентури 1 с вмонтированными изолированными электродами в виде полусфер 2 и отражателем 3, обеспечивающим направленное движение потока активированной жидкости. Трубка Вентури 1 включает конфузор 4 - переднюю часть, горловину 5 - среднюю узкую часть и диффузор 6 - расширяющуюся концевую часть. Далее расположен участок с источником магнитного поля 7, фильтр 8 и накопительный резервуар 9. Электрический разряд в воде обеспечивает генератор импульсов тока 10, к которому подключены электроды 2, и формирующий разрядник 11.

Устройство для энергокомбинированной обработки жидкости

Работа устройства осуществляется следующим образом. Вода из водопровода подается в трубку Вентури, где подвергается высоковольтной обработке между изолированными электродами в виде полусфер с отражателем, расположенных перед трубкой Вентури в области конфузора, а затем пройдя горловину (где возникает кавитационный эффект), диффузор, участок с источником магнитного поля (катушки индуктивности, постоянного магнита) и фильтр, поступает в накопительный резервуар и далее в магистральный трубопровод потребителям. В генераторе импульсов тока (ГИТ) первичное напряжение в трансформаторе преобразуется в высокое напряжение (порядка 7…10 кВ) и подается на выпрямитель, а далее в конденсатор, подключенный через формирующий разрядник. В формирующем разряднике и между электродами (находящимися в конфузоре с водой) происходит пробой. Возникающий в жидкости высоковольтный разряд вследствие мгновенного "ударного" подключения накопителя энергии создает электрогидравлический удар, в результате которого в воде возникают кавитационные явления, ультразвуковые колебания, ультрафиолетовое излучение и повышение температуры.

Подбор основных параметров работы электрогидравлической установки осуществлялся в соответствии с особенностями обрабатываемого материала. Для обработки воды использовался мягкий режим ( ? 1,0 мкФ; ? 20 кВ), который характеризуется меньшим давлением, по сравнению с жестким режимом, при значительном увеличении энергии, обеспечивающий расширение кавитационной полости. Причем, кавитирующее кольцо, образующееся между электродами, очень интенсивно захватывает большой объем жидкости, который благодаря отражателю становится длинным, метательным, пригодным для усиления кавитации при прохождении через горловину, обеспечивая тем самым повышенный активирующий эффект. Преобладание мягких акустических и инфракрасных составляющих способствуют усилению действия ударной волны.

Для формирования многократно повторяющихся импульсов тока, воспроизводящих электрогидравлический эффект, использовался простой и надежный генератор импульсов тока (ГИТ), типа . Установка обеспечивает при = 0,47 мкФ и = 9 кВ создание давления от 27 до 28 кПа, при этом максимальная энергия импульса составляет 23,5 Дж, что является оптимальными значениями.

Высоковольтная обработка воды оказывает воздействие на изменение магнитной восприимчивости и молекулярных колебаний системы, а также приводит к ее поляризации за счет пространственной перегруппировки ионов, растворенных веществ и дипольных молекул. Отражатель, обеспечивая направленное движение основного возмущенного потока жидкости в горловину, способствует усилению кавитационных колебаний.

Применение катушки индуктивности в качестве источника магнитного поля обеспечивает ориентационную поляризацию атомов и молекул. Изменяя плотность магнитного потока от 0,005…0,0035 Тл в диапазоне частот 4…20 Гц через контур ограниченной площади, удается управлять электродвижущей силой (ЭДС индукции) и тем самым воздействовать на процесс структурирования воды. В результате магнитной обработки наблюдается переориентация ионизированных молекул и коагуляция примесных включений, которые осаждаются на фильтрах, что способствует осветлению жидкости и более тонкой очистке воды.

Благодаря разработанному устройству возможно значительно уменьшить толщину биологического обрастания и уменьшить коррозионные свойства воды, поступающей в водопроводную сеть.

Список литературы

1. Калякин А.М. Прогнозирование роста шероховатости внутренней поверхности водопроводных труб в начале процесса зарастания / Калякин А.М., Сауткина Т.Н., Чеснокова Е.В. // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. №1-1(20). С. 55-57.

2. Калякин А.М. Экспериментальное изучение совместного воздействия на воду кавитации и электрогидравлического разряда / А.М. Калякин, Е.В. Чеснокова // Современные материалы, техника и технология материалы 4-й Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор: Горохов А.А.. 2014. С. 227-229.

3. Чеснокова Е.В. Повышение эффективности обработки воды путем энергокомбинирования физических полей / Е.В. Чеснокова // Энергосбережение и водоподготовка. 2013. №4 (84). С. 7-10.

4. Чеснокова Е.В. Электроимпульсная обработка воды / Чеснокова Е.В., Тужилина С.А., Чесноков Б.П., Наумова О.В., Петросян В.И. // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. 2008. Т. 1. №1 (3). С. 177-178.

5. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, 1986. - 253 с.

6. Ажгалиев Ю.А. Влияние высоковольтного электрического разряда на структуру воды для систем орошения / Ажгалиев Ю.А., Чесноков Б.П., Петросян В.И., Ерошенко Г.П., Чеснокова Е.В., Тужилина С.А. // Аграрный научный журнал. 2009. № 2. С. 41-46.

7. Патент на полезную модель RUS 85469 08.04.2009. Устройство для обеззараживания и активации жидкости / Высоцкий Л.И., Чеснокова Е.В., Чесноков Б.П.

Размещено на Allbest.ru