WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Подставив найденные параметры G и k в формулу (3) или найденные С0 и k - в формулу (5), вычисляем концентрацию озона в любой момент. Ещё одним контролем адекватности вычисленных параметров является «стыковка» обсчитанных графиков одного эксперимента на участках с включённой и выключенной генерацией озона по соответствующим «конечным» и «начальным» концентрациям: концентрация в момент выключения, вычисленная по формуле (3) – «конечная» концентрация, должна совпадать с найденной «начальной» концентрацией С0.

Коэффициенты генерации озона G являются характеристиками исследуемых электроразрядных устройств, а коэффициенты k гибели озона позволяют измерять влияние других внешних факторов. На рис. 3 показана экспериментальная зависимость удельной производительности по озону (г/мин на метр длины электрода электроразрядного устройства) от величины зазора между электродами электроразрядного устройства.

Рис. 3. Удельная производительность электродной системы по озону в зависимость от зазора между проводниками электродной системы.

После анализа полученных данных, выбраны оптимальные параметры ЭС: зазор – 50 мкм, напряжение разряда – 5 кВ.

Рис. 4. Зависимость скорости генерации озона от напряжения.

Проведен анализ зависимости производительности системы от вида газового разряда. Показано преимущество БР перед другим типом импульсного разряда – искровым. Показано, что БР генерирует озон, концентрацией в 10 раз превосходящей концентрацию озона, генерируемого ИР.

Рис. 5. Зависимость концентрации озона, генерируемого ЭС типа «двухзаходная спираль», от времени на частотах 100, 200, 300 Гц и при напряжении выходных импульсов 5 кВ.

Рис. 6. Зависимость концентрации озона, генерируемого ЭС «матрица игл – плоскость» от времени на частотах 50, 100 и 120 Гц и при напряжении выходных импульсов 8 кВ.

Для достижения концентрации O3 1 г/м3 предпочтительно использовать импульсный БР с напряжением не менее 5кВ и частотой 300 Гц. Дальнейшее увеличение этих параметров нецелесообразно из-за усложнения установки. Опыты с ИР показателя концентрации O3 1г/м3 не достигли ни в одном случае. Максимальная концентрация не превышает показатель С = 0,7 г/м3 на частоте 100 Гц.

С увеличением времени синтеза концентрация озона растет. Насыщение наблюдается на всех длинах провода ЭС. Таким образом, чем больше длина провода, тем меньше время синтеза до насыщения озона. При дальнейшей работе установки, после достижения насыщения, концентрация озона остается постоянной. Это связано с тем, что озон склонен к разложению. Одной из причин распада озона является нагрев проводов и разрушение озона самим разрядом. Отметим, что в реакторе достигается максимальная концентрация озона С = 4 - 5 г/м3 независимо от длины провода. После выключения генератора БР концентрация озона уменьшается, т.е. происходит медленный распад озона.

Проведенные экспериментальные исследования позволяют оптимизировать геометрические параметры электродной системы, определить значения констант скоростей генерации и разложения озона в наших условиях и произвести оценочные расчеты производительности по озону при проектировании электроразрядного устройства.

Для создания бактерицидных сред с использованием в качестве основного материала воды были исследованы электрофизические параметры импульсно-дуговых разрядов в жидкости и на базе этих исследований разработана методика активации водной среды с помощью импульсно-дуговых разрядов.

Рис. 7. Структурная схема экспериментальной установки.

Создана конструкция электродной системы, основная идея которой заключается в повышении собственной частоты колебаний импульсов разрядного тока за счет уменьшения индуктивности подводящих проводов (в нашем случае это корпус реактора) и исследована динамика преобразования электрической энергии в механическую. Показана взаимосвязь электрических характеристик разряда с гидродинамикой жидкой среды. Оптимальный зазор ЭС – 0,5 мм, амплитуда напряжения разряда – 8 кВ.

Рис. 8. ЭС для генерации импульсного разряда в жидкости.

Определены и обоснованы методика исследования электрофизических параметров электроразряда в жидкости, методы и аппаратура для измерения и регистрации формы импульсов высокого напряжения и тока наносекундного диапазона, удельной энергии, вкладываемой в разряд, а также производительности системы.

Под производительностью системы создания жидкой бактерицидной среды П будем понимать массу вещества, которая отделилась от электрода вследствие прохождения через него электрического заряда Q, равного 1 Кл.

Расчет Q проводился следующим образом. На рис. 9. представлен график зависимости тока одного импульса от времени.

Рис. 9. График зависимости силы тока разряда от времени.

Этому импульсу соответствует выделение вещества с электродов вследствие его эрозии. Причем каждой положительной полуволне токовой кривой соответствует свой «кратер» на поверхности положительного электрода. Посчитав площадь первой полуволны и объем самого большого «кратера» мы сможем сопоставить количество электричества с массой вещества, выделяющейся с электрода.

Посчитаем площадь первой полуволны, аппроксимировав ее форму до треугольной. Площадь треугольника равна:

, (6)

где a – сторона треугольника, ha – высота, проведенная к этой стороне.

Так как заряд Q = I·t, то площадь треугольника и будет равняться заряду первой полуволны. За сторону треугольника принимаем время полуволны, за высоту значение тока. Получаем:

(7)

Теперь вычислим объем, который выделился с электрода за время первой токовой полуволны. Диаметр кратера равен 50 мкм, глубину можно приближенно определить по фотографии, она равна 5-6 мкм. За форму «кратера» условно примем конус. Посчитаем его объем:

(8)

Масса серебра будет равна:

(9)

Следовательно, теперь можно посчитать, сколько граммов вещества выделится за 1 Кл количества электричества. Назовем этот параметр производительностью системы П.

(10)

Таким образом, можно регулировать технологический режим с целью получения нужной концентрации. С помощью разработанной системы удается генерировать в жидкости наночастицы металлов (Аg, Cu, Fe), которые также обладают бактерицидными свойствами.

Рис. 10. Фото наночастиц серебра.

Энергия в импульсе рассчитывалась, как интеграл от произведения тока и напряжения разряда:

(11)

Сопоставим эту величину с массой материала электрода, которая выделяется с его поверхности при прохождении одного импульса. Имеем 0,18 мкг/имп и 1,082 Дж/имп, следовательно, при приложении энергии в 1 Дж, с электрода выделится 0,166 мкг.

Обратная величина будет вложенной энергией, рассчитанной на 1 мкг: E0=6,02Дж/мкг.

Рассчитаем теперь количество вложенной энергии для получения раствора:

(11)

По этой формуле можно получать вложенную в разряд энергию, для получения растворов различной концентрации. Так, например, для раствора с концентрацией 1мг/л, E=6,02 Дж/мл.

При увеличении вложенной в разряд энергии от 1 до 5-6 Дж/мл эффективность обеззараживания увеличивается. Однако, при повышении значения 10 Дж/мл, дальнейшее увеличение вложенной энергии не дает такого активного значения.

В работах многих авторов подтверждается обеззараживающее действие импульсных периодических разрядов с удельной энергией импульса ~ 1 – 20 Дж/мл. Отличительная особенность таких разрядов – локальное многофакторное воздействие на микроорганизмы, в области, прилегающей к зоне разряда. Эффект обеззараживания достигается путем «накопления повреждений» у микроорганизмов.

В третьей главе исследовано влияние режимов высоковольтного импульсного разряда атмосферного давления на бактерицидность получаемых сред.

Проведены медико-биологические исследования по определению активных факторов, влияющих на процесс стерилизации и масштабов их воздействия. Проведение точных микробиологических исследований в рамках большого промышленного помещения и специфика этих экспериментов представляет собой весьма сложную задачу и наиболее правильным в данном случае представляется проведение исследований в небольшом объеме воздушной среды, например, в камере плазменного реактора (стерилизатор), с дальнейшим масштабированием полученных результатов. Для проведения набора стандартных микробиологических экспериментов нами был разработан низкотемпературный плазменный стерилизатор, удобный для эксплуатации в медицинских организациях.

Проведение микробиологических исследований выполнялось в соответствии с методическим документом Министерства здравоохранения Российской Федерации «Методы испытаний дезинфекционных средств для оценки безопасности и эффективности» 1998 г. для проверки работы медицинских стерилизаторов работающих по нормативно-техническим документам ГОСТ 22649-86 с изменениями №1, 2, 3 и ГОСТ 19569 с изменением №1.

Для микробиологических исследований в воздушной среде использовали стандартный биологический индикатор для контроля качества процесса стерилизации. Эксперименты заключались в обработке объектов для стерилизации каплями жидкости, обсемененной спорами бактерий Bacillus subtilis. B. Subtilis - грамположительные каталаза положительные бактерии.

За один эксперимент обрабатывались по два набора образцов, каждый из которых содержал по 10 образцов каждого типа, зараженных определенной концентрацией. В каждом эксперименте использовались две концентрации бактерий – 105 и 106. Образцы одного набора помешались в одну чашку Петри, образцы из другого – во вторую чашку. Влажная атмосфера в камере стерилизатора создавалась с помощью ультразвукового генератора тумана MM-1 мощностью 300 мл/ч.

Оценивая результаты экспериментов (табл.1) можно видеть, что обработка объектов в сухом воздухе (эксперимент №9) не является эффективной в процессе стерилизации. Для повышения эффективности процесса стерилизации используется комплексное воздействие сухой, влажной, туманной фаз и УФ излучения, так как микроорганизмы не успевают адаптироваться к комплексному воздействию различных химически активных частиц (О3, H2O2, HO2NO2, N2O5, N2O и д.р.), образующихся в процессе такого воздействия.

Табл.1 Сводные результаты экспериментов обеззараживания в водо-воздушной среде.

Из табл. 1 видно, что самыми эффективными режимами обработки являются: 2. Сухой воздух (комнатный) + УФ / 15 мин. Влажный (100% Н) + УФ / 15 мин. Туман + УФ / 15 мин. 8. Влажный (100% Н) + УФ / 15 мин. Сухой воздух (комнатный) + УФ / 15 мин. Туман + УФ / 15 мин.

Из этого можно сделать вывод о том, что при применении последовательно 3-х режимов стерилизации (в газовой фазе, при повышенной влажности и в условиях тумана), увеличится эффективность методов обработки зараженных образцов. Также на повышении эффективности сказывается применение УФ ламп с граничной длинной волны не менее 200 нм в каждом из режимов стерилизации.

По итогам проведенных экспериментов, можно построить следующую диаграмму (рис. 11), которая показывает суммарный эффект стерилизации при комплексном воздействии озона, УФ и повышенной влажности.

Установлены режимы обработки в жидкости, которые также обеспечивают 100% стерилизацию обработанных образцов. Проведены исследования бактерицидных свойств жидкости, обработанной электроразрядами, показан масштаб пролонгированного действия такой жидкости.

Рис. 11. Суммарный эффект стерилизации при комплексном воздействии.

Для микробиологических исследований в жидкости использовали стандартный биологический индикатор для контроля качества процесса стерилизации. Эксперименты заключались в обработке объектов для стерилизации импульсными дуговыми разрядами в жидкости. Образцы заражались каплями жидкости, обсемененной спорами бактерий Escherichia coli (кишечная палочка), Escherichia coli (E. coli) -  грамотрицательные палочковидные бактерии, входят в семейство Enterobacteriaceae, род Escherichia (эшерихия). Бактерии группы кишечных палочек - это короткие (длина 1 - 3 мкм, ширина 0,5 - 0,8 мкм) полиморфные подвижные и неподвижные грамотрицательные палочки. При создании образцов использовались только музейные штаммы спор бактерий, чтобы избежать попадания на исследуемый образец мутированных или модифицированных видов бактерий с неисследованными свойствами. При получении образцов использовались стандартные методики получения высоких концентраций спор бактерий. Концентрация используемых образцов составляла 106 и 109. Эта концентрация могла быть распределена неравномерно по образцу. Это означает, что бактерии могли лежать на части поверхности образца локально друг на друге, а на другой ее части – равномерной сеточкой, что в пересчете на площадь даст некую еще большую или меньшую концентрацию.

Проведен ряд экспериментов по обработке жидкости и определению ее воздействия на зараженные организмы. Концентрация коллоидной взвеси серебра в проверяемой жидкости составляла от 1 до 5 мг/л. Образцы выдерживались в подготовленной жидкости различное время.

Табл.2 Сводные результаты экспериментов обеззараживания в водной среде.

Результат эксперимента говорит о том, что подготовленная описанным способом жидкость не только дезинфицирует, но и обладает пролонгированным действием (табл. 2, эксперимент 3 и 5: жидкость концентрацией 5 мг/л после 24 часов выдержки обеспечивала 100% обеззараживание в отношении концентраций 105 и 50% и 100% в отношении - 106). Также проводились эксперименты в отношении вирусов hepatitus C (гепатита С) и H5N1 (птичьего гриппа). В их отношении получены положительные результаты.

В четвертой главе приведены варианты использования высоковольтного импульсного разряда атмосферного давления для очистки и стерилизации технологических сред и изделий РЭА. Разработаны принципы технологии комбинированного воздействия газообразных и жидких бактерицидных сред для эффективного уничтожения клеточных структур.

Структурная схема системы бактерицидной обработки показана на рис. 12.

Рис. 12. Структурная схема системы бактерицидной обработки.

Разработаны высоковольтные импульсные блоки питания и ЭС, обеспечивающие генерацию бактерицидных факторов в газовых и жидких средах. Разработаны конструкции унифицированных модулей генерирующих бактерицидную среду в газовой и жидкой фазе, в числе которых: модуль УФ, модуль генерации бактерицидной среды на основе БР, модуль генерации жидкой бактерицидной среды на основе электрического разряда в жидкости.

Показано применение способа бактерицидной обработки в системах организации воздухопотока «чистых комнат».

На основе разработанных принципов технологии создания газообразных и жидких бактерицидных сред разработана конструкция низкотемпературного плазменного стерилизатора изделий биотехнологии и медицины.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»