WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Данилов Константин Леонидович

Улучшение потребительских качеств питьевой воды методом низкотемпературного замораживания

05.04.03 машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена на кафедре криогенной техники ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий»

Научный руководитель:  кандидат технических наук, профессор

  Акулов Леонид Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

  Волкова Ольга Владимировна

кандидат технических наук, доцент

Цихисели Владимир Геронтьевич

Ведущая организация:          ООО «ЛЕННИИХИММАШ»

  Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится «_____» ______________ 2012 г. в ____ часов

на заседании диссертационного совета Д 212.234.01 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий» по адресу: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д.9., тел./факс (812) 315-30-15

Автореферат разослан «____» ____________ 2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.234.01

доктор технических наук, профессор  Рыков В.А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность проблемы

  По данным Всемирной организации здравоохранения, до 80 % всех заболеваний жителей планеты в той или иной мере связано с потреблением некачественной питьевой воды. На сегодня, улучшение потребительских качеств питьевой воды основывается на технологических приёмах, обеспечивающих  снижение в водной среде концентрации растворённых солей и органических веществ, её обеззараживании и дополнительной минерализации. Параллельно развивается рынок предложений по дополнительной обработке питьевой воды c использованием технологий, целевой задачей которых является повышение её биологической активности. Одним из таких методов является термическое воздействие на водную среду - «талая» вода. Под термином «талая» вода понимается среда, последовательно претерпевшая фазовые превращения жидкость – твёрдое тело – жидкость (перекристаллизацию). Введению «талой» воды в номенклатуру питьевых вод массового использования с заявленными потребительскими свойствами препятствует ряд объективных  обстоятельств. Это, прежде всего, отсутствие единства взглядов специалистов на физическую природу факторов (совокупности факторов), обуславливающих повышение её потребительской ценности и, как следствие, - неопределённость в регламентации соответствующих показателей качества готовой продукции. Современные трактовки объяснения проявления интегральной биологической активности водных сред, в частности, базирующиеся на представлениях теории «электрон – протонного» переноса применительно к «талой» воде,  не апробированы. Остаётся не изученным вопрос влияния кинетики кристаллизации жидкости на масштаб и закономерность изменения совокупности вышеперечисленных параметров. Хотя очевидно, что в основе наблюдаемых явлений, скорее всего,  лежат особенности тепломассообменных процессов на границе раздела фаз: лёд – жидкость. Не затронутой вниманием специалистов остаётся  низкотемпературная (криогенная) область реализации процесса. В этом случае жидкость пограничного слоя подвергается интенсивному внешнему воздействию полизвуковых (ультразвуковых) и переменных электромагнитных полей, сопровождающих образование и рост массы льда. Подобные воздействия способны провоцировать образование в пограничном слое дополнительных соединений – активных форм кислорода, обычно фиксируемых в виде их наиболее стабильной формы – пероксида водорода (Н2О2) и их последующее перераспределение между фазами. В выполненных на сегодня исследованиях не нашли должного отражения вопросы оптимизации технологии производства «талой» воды как с точки зрения достижения значений максимальной потребительской ценности конечной продукции, так и минимизации энергетических затрат на её производство. С учетом последнего, крайне перспективной выглядит возможность использования для осуществления перекристаллизации энергосберегающих технологий, базирующихся на утилизации холода редуцирования сжатого газа магистральных газопроводов (патент РФ № 2309322) и холода регазификации сжиженного природного газа (патент РФ № 2315902) .

Цель настоящей работы – изучение влияния кинетики кристаллизации водной среды на  тепломассообменные процессы на границе раздела фаз лёд – раствор и изменение потребительских качеств «талой» воды в обеспечение разработки научно обоснованной методики расчёта энергосберегающих криогенно – газовых установок производства высококачественной питьевой воды методом низкотемпературной перекристаллизации

Для достижения цели были поставлены  следующие задачи:

1. В интервале температур от минус 2 до минус 150 0С изучить влияния кинетики кристаллизации водной среды на изменение физико-химических показателей «талой» воды, связываемых с проявлениями  биологической активности: содержание поллютантов: органических (фенол, толуол, эозин), неорганических  (Fe, Mn, Cu, Ni, V, Au, In) веществ  и изотопных соединений (D2О); уровень газонасыщения (О2); концентрация активных форм кислорода (Н2О2); кислотно-основной баланс (рН).

2. Выполнить сравнительный анализ каталитической активности образцов «талой» воды, полученной изо льда различной кинетики формирования, в рамках представлений «электрон – протонной» теории переноса.

3. Обосновать, исходя из данных по изменению физико-химических  параметров, оптимальные кинетические режимы производства льда для получения потенциально биологически активной «талой»  воды.

4. Подтвердить оправданность выбора соответствующих кинетических параметров кристаллизации путём комплексного биотестирования проб «талой» воды с привлечением в качестве тест-систем одноклеточных, многоклеточных и высших организмов.

5.  Разработать методику, провести расчёт и проектную разработку  опытно – промышленного образца установки производства  «талой» (активированной) воды, базирующейся на энергосберегающей технологии утилизации холода редуцирования давления сжатого природного газа.

Научная новизна

Экспериментально доказано, что в качестве критерия для оценки влияния кинетики кристаллизации водной среды на изменение широкого спектра физико-химических характеристик «талой» воды может быть использована величина линейной скорости движения границы раздела фаз: лёд – жидкость.

Установлено, что максимальный уровень биологической активности «талой» воды проявляется при её получении изо льда, формирующегося при скоростях намораживания, отвечающих криогенной области температур. Показано, что для данных условий значимыми  изменениями  в «талой» воде являются: смещение кислотно-основного баланса в зону повышенной щёлочности и рост содержания пероксида водорода в жидкости. 

Практическая значимость работы

Результаты исследования использованы при расчёте и разработке проектно - конструкторской документации на головной образец опытно-промышленной установки массового производства биологически активной «талой» воды на типовой газораспределительной станции (ГРС) магистрального  газопровода  (ГРС «Московская Славянка» ООО «Газпром трансгаз Санкт – Петербург» ОАО «Газпром»).

На основе полученных экспериментальных данных подготовлены и  введены в действие специализированные технические условия ТУ 0131- 001 - 35482840-10 «Вода питьевая бутилированная  «Аква форте».

«Талая» вода по ТУ 0131 - 001- 35482840-10 рекомендована к использованию в качестве фонового питьевого режима в лечебно – оздоровительных практиках (болезньмодифицирующая терапия больных ревматоидным артритом).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В зависимости от технологии производства, определяемой кинетикой формирования льда, конечная продукция -  «талая» вода может катализировать или, наоборот, подавлять активность внутриклеточных процессов в живых организмах.





2. Область криогенных температур является оптимальной для получения «талой» воды  с наиболее благоприятными потребительскими свойствами.

3. Факторами, определяющими биологическую ценность «талой» воды, являются повышенная щёлочность и содержание в жидкости микродоз пероксида водорода.

4. Методика расчёта энергосберегающих установок производства  «талой» воды на объектах криогенно – газовой отрасли.

Апробация работы:

Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях: III Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в ХХI веке» (Санкт-Петербург, 2007); 35-ая научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава докторантов, аспирантов и сотрудников университета (Санкт-Петербург, 2008); 36-ая научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава докторантов, аспирантов и сотрудников университета (Санкт-Петербург, 2009); IV Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2009); 37-ая научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава докторантов, аспирантов и сотрудников университета (Санкт-Петербург, 2010); Международный конгресс «Ервомед-2010» (Ганновер, 2010); Международная научная конференция «Холодильная и криогенная техника, промышленные газы, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» (Москва, 2010); I Международная научно-практическая конференция «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2010); 38-ая научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава докторантов, аспирантов и сотрудников университета (Санкт-Петербург, 2011).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа изложена на 117 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, заключения, основных результатов и выводов, библиографического списка 149 источников, из них 129 на русском и 20 на иностранных языках и  приложения.

Работа содержит 21 таблицу, 21 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования: деионизированная, бидистиллированная (дистиллированная) и водопроводная воды. Деионизированную воду высокой степени чистоты получали с помощью системы очистки супер Q марки ZDPP 022 04 с насосом, снабжённой картриджами с фильтрами Millipore, имеющими соответствующие сертификаты качества. Бидистиллированную (дистиллированную) воду готовили с использованием бидистиллятора стеклянного БС по ТУ 25-111592-81 и аквадистиллятора АДЭа-4 СЗМО, соответственно.  Источниками питьевой водопроводной воды по СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» были водозаборы из систем коммунального питьевого водоснабжения г.г. Санкт-Петербурга и Новосибирска.

Изучение влияния кинетики кристаллизации водной среды  на изменение физико-химических показателей «талой» воды проводили с использованием программного замораживателя биоматериалов (ЗПБ.00.00.00 ПС), в котором в качестве рабочего хладагента применялся жидкий азот (рис. 1) 

Температуру в камере с замораживаемой водой фиксировали с погрешностью не хуже чем ±0,1 К. Диапазон температур термостатирования: от минус 2 до минус 150 0С. Другие параметры выполненных экспериментов: масса замораживаемой воды – 1кг; доля образующегося льда от 0,05 до 0,7; линейная скорость движения границы раздела фаз вдоль радиуса цилиндра при фронтальном режиме кристаллизации жидкой среды – 0,1-2 см/час. Погрешность измерения перечисленных параметров не более 2,5 – 5 %.

Перераспределение поллютантов

Определение в «талой» воде неорганических соединений, представленных ионами бинарных разбавленных растворов солей сульфатов железа (Fe2+), марганца (Mn+2), никеля (Ni+2), меди (Сu+2), ванадия (V+3), осуществляли методом абсорбционной спектроскопии; ионов разбавленных растворов хлоридов марганца (Mn+2), индия (In+3), а также золота (Au+3) на основе «царской водки» - методом нейтронно-активационного анализа. В первом случае, концентрация примесей в исходном замораживаемом растворе - (12)•10-4М; во втором – (0,159)•10-1М. При этом в первом случае спектры поглощения растворов были получены на спектрофотометре «Хьюлетт Паккард» (толщина кюветы 1см; длина волны  = 210 нм), а количество определяемого элемента во втором случае находили по уровню наведённой радиоактивности. Интенсивность гамма-радиоактивности каждого образца измеряли на установке, состоящей из: анализатора импульсных амплитуд типа АИ – 1024 – 95; блока усилителя импульсов БУИ –3К; предусилителя ПУ – 2 и полупроводникового детектора типа ДГДК – 60Б (детектор германиевый дрейфовый коаксиальный, объёмом 60 см3).  Обработку спектров выполняли на персональном компьютере с помощью программы «Индивидуал – гамма». Оценка эффекта сепарации органических примесей проведена с использованием бинарных растворов фенола, толуола и эозина в воде. Концентрация фенола составляла 7,5•10-4М, толуола - 10-4М, эозина - 1,3•10-6М. Их содержание в воде определялось методом абсорбционной спектроскопии. Спектры поглощения были получены на спектрофотометре «Хьюлетт Паккард» (кювета 1см; длина волны = 270 нм). Температура «талой» воды при выполненных измерениях - (22 ±2)о С.

Перераспределение содержания дейтерия между фазами при перекристаллизации осуществлялось методом масс-спектрометрии на времяпролётном газоанализаторе ЭМГ-20-7 (Власов Д.В. и др., 2005).  Погрешность методики выполнения измерения составляла величину не  более 20%.

Изменение степени газонасыщения талой воды определяли по концентрации кислорода. Его контроль осуществляли с использованием лабораторного иономера-термооксиметра БПК, оснащённого датчиком  ДКТП – 02.4. с погрешностью регистрации параметра не хуже чем ±0,05 мг/л.

Содержание микродоз пероксида водорода в талой воде проводили с использованием усовершенствованного фотометрического метода (Dukes E.K. et al, 1964)  разрешающей способностью на уровне 0,5 мкг/л.

Кислотно-основные свойства фаз жидкости фиксировались с использованием профессионального рН – метра фирмы «Sartorius». Индивидуальное определение концентрации в жидкости гидрокарбонат  ионов (НСО3-) и диоксида углерода (СО2) осуществлялось путём титрования жидкости

0,0025 М растворами соляной кислоты (НСl) и едкого натра (NaOH).

Каталитическая активность  «талой» и исходной воды оценивалась константой скорости реакции переноса водорода в системе хинон-гидрохинон, которая регистрировалась по полосе поглощения одного из продуктов реакции  фенил-п-бензохинона в видимой области спектра при частоте 26700 см-1 (Калниньш К.К. и др., 2005). Измерения проводились спектрофотометрическим методом.

При обработке экспериментальных данных использован следующий методический приём. Отклонение параметра в «талой» воде, в ту или иную сторону, относительно начального, оценивалось  отношением: 

Y= (1)

В (1) а, а0 – соответственно, текущее и начальное  значение параметра.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Физико-химические изменения

На графиках рис. 2 отражено изменение характеристик «талой» воды по отношению к исходной жидкости по заявленным к исследованию параметрам. Их анализ свидетельствует о том, что в зависимости от кинетики кристаллизации, количественной мерой которой может служить линейная скорость движения фронта кристаллизации (границы раздела фаз лёд–раствор), в «талой» воде фиксируются значимые отклонения перечисленных параметров от исходных величин. Сопоставление отдельных  значений с опубликованными данными других авторов, полученных для «талой» воды изо льда, сформировавшегося при температурах минус 10 - минус 20 0С указывает на их удовлетворительное совпадение. Для области скоростей 0,07- 0,15 см/ч (температуры термостатирования от -7 до -15 0С) имеет место высокая степень очистки жидкости от природных водных поллютантов (15-20 раз), её обогащение дейтерием (1,1-1,3 ррm), а также снижение содержания растворённых газов (остаточная концентрация в 2-3 раза меньше равновесной). Применительно к высоким скоростям (более 0,3 см/час – низкотемпературная область, криогенные температуры) указанные параметры практически идентичны исходным. В тоже время имеет место рост содержания в «талой» воде пероксида водорода (40-85 мкг/л), наблюдается максимальный уровень подщелачивания среды (увеличение значения рН на 0,15 – 0,5 единиц), а также фиксируется не менее чем двух кратное возрастание её каталитической активности.

Риc. 2 Изменение физико-химических свойств талой воды в зависимости от кинетических  параметров процесса кристаллизации:

а - поллютанты (железо, марганец); b – дейтерий; c – молекулярный кислород; d – водородный показатель; e – пероксид водорода; f – каталитическая активность

Нарастание концентрации пероксида водорода в «талой» воде с ростом скорости замораживания водной среды с достаточной для инженерных расчётов точностью может быть аппроксимировано зависимостью вида:

СН2О2 = -79,5·e-/0,31+88,65 (2)

В (2) , см/ч -  скорость движения фронта кристаллизации;

  СН2О2 - концентрация пероксида водорода в талой воде.

Для области линейных скоростей перемещения фронта кристаллизации сверх 0,5 см/час  содержание пероксида водорода в «талой» воде практически совпадает с оптимальными значениями её содержания в крови и водных системах живых организмов, что чрезвычайно важно. Ведь это соединение ответственно за столь важные процессы, как активация К-каналов плазматической мембраны, усиление окислительного взрыва нейтрофилов и макрофагов, активация выброса гистамина из тучных клеток. Безусловный биологический интерес может представлять и эффект подщелачивания водной среды при определённых режимах осуществления процесса перекристаллизации (линейная скорость движения фронта кристаллизации сверх 0,8 см/час). Ведь при этом каталитическая активность водной среды, являющаяся количественной мерой кинетики протон – электронного переноса, возрастает в несколько раз, стимулируя в целом процессы клеточного метаболизма в животных и растительных объектах.

  В основе феномена, обуславливающего коррекцию кислотно-основных свойств водной среды, лежат закономерности тепломассообмена на границе раздела фаз: лёд - замораживаемый раствор. Формально, кислотно-основные свойства водной среды (водородный показатель) могут быть определены по соотношению, предложенному Хендерсоном – Хассельбахом:

  рН = 6,4 + lg ([НСО3 -] / [СО2]) (3)

  В (3) [НСО3-], [СО2]  – молярные концентрации НСО3 - и  СО2 соответственно.

  Взаимосвязь интенсивности перераспределения ионов и газовых включений (рис. 2а  и  рис. 2с) между льдом («талой» водой) и маточным раствором  с линейной скоростью движения границы раздела фаз при перекристаллизации может коренным образом влиять на изменение их кислотно-основных свойств. Специально выполненная серия экспериментов по замораживанию бинарных растворов гидрокарбонатов натрия  и кальция подтвердила это предположение (рис. 3а и рис. 3b).

       
При малых скоростях замораживания, по отношению к исходному раствору, лёд («талая» вода) в 5-6 раз обедняется гидрокарбонат ионами. В то же время, содержание диоксида углерода снижается не более чем в 1,5 - 3,0 раза. В результате «талая» вода оказывается существенно более закисленной, чем исходный раствор, а незамёрзший рассол подщелоченным. При больших скоростях замораживания падение содержания гидрокарбонат иона во льде оказывается существенно меньшим, как впрочем, и диоксида углерода. Тем не менее, во льду концентрация первого оказывается выше, чем второго – в результате «талая» вода подщелачивается, а незамёрзший раствор оказывается подкисленным относительно исходной жидкости. Полученный экспериментальный материал  положен в основу разработки математической модели и инженерной методики расчёта характера изменения кислотно-основных свойств водных систем вследствие перекристаллизации.

  Коррекция потребительских качеств

В целом, по Заключению специалистов Института клинической и экспериментальной лимфологии  СО РАМН, систематическое потребление талой воды приводит к активизации защитных функций организма, усилению общего и локального кровотока, наращиванию ресурса здоровья и профилактике возрастных изменений в биологических тканях. Подобное утверждение  нашло своё подтверждение в ходе доклинических испытаний  талой» воды в режиме питьевого сопровождения при базовом режиме лечения больных различными формами полиартрита.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА РАСЧЁТА  АППАРАТОВ ПРОИЗВОДСТВА «ТАЛОЙ» ВОДЫ С УЛУЧШЕННЫМИ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Для количественной оценки масштаба изменения кислотно-основных свойств водной среды (интенсивности перераспределения НСО3- и СО2 между льдом и маточным раствором) ограничимся  рассмотрением плоской одномерной задачи тепломассообмена  на границе раздела фаз: лёд – раствор (рис. 4).

               

  Рис. 4 Расчётная схема

          ,         (4)

где D – коэффициент диффузии примеси в воде, м2/с; – локальная концентрация примеси в растворе, кг/м3; с граничными условиями

  (5);   (6);    (7)

где c0 – исходная концентрация примеси в растворе, кг/м3;

k – кинетический коэффициент проникновения примеси через фазовую границу, м/с; являющийся параметром математической модели.

Представим решение системы (4)-(7) в виде параболического полинома:

,

Примем следующее  приближение:

,

где – параметр математической модели

С учётом этого, общее решения задачи (3)-(6) имеет вид:

, (8)

, , ,       (9)

  , (10)

  .  (11)

Основываясь на соотношении (8) и уравнении Хендерсона – Хассельбаха (3), а также зная параметр , легко рассчитать водородный показатель (рН) получаемой «талой» воды. В общем виде параметр связан с линейной скоростью движения границы раздела фаз и может быть найден из опытных данных по перераспределению [НСО3-] и СО2 между льдом и маточным раствором (рис. 3a-3b).

Определение параметра математической модели по опытным данным

  Параметр может быть определён из следующих соображений. По определению,  массовый поток компонента из раствора в твёрдую фазу

где – масса перешедшего компонента через межфазную границу площадью S за промежуток времени d. С другой стороны согласно (7)

тогда удельная масса компонента, накопившегося в твёрдой фазе за время , может быть вычислена по формуле:

.       (12)

Умножив выражение (17) на S и разделив его обе части на объём льда , получим уравнение относительно :

.

Таким образом, для диоксида углерода и ионов гидрокарбоната в диапазоне скоростей движения фронта кристаллизации (см/час) получены аппроксимационные зависимости, соответственно

  диоксид углерода 

  гидрокарбонат ион 

Полученная совокупность  соотношений  (2-12) позволяет проводить объективную оценку изменения потребительской ценности воды в результате перекристаллизации и сформулировать рекомендации по осуществлению методики расчёта соответствующих теплообменных аппаратов.

ОПЫТНО ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА  ПРОИЗВОСТВА «ТАЛОЙ» ВОДЫ НА ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

За основу при разработке установки принято техническое решение в соответствии с патентом РФ № 2309322. В нём в качестве генераторов холодильной (замораживание воды) и тепловой мощностей (растопление льда) рассматриваются потоки газа низкого давления, генерируемые вихревой трубой, редуцирующей газ высокого давления магистрального газопровода. Потоки газа попеременно вводятся в трубное пространство кожухотрубного теплообменника-вымораживателя, рабочий объём которого заполнен водой. При этом частичное вымораживание воды имеет место на внешней поверхности труб трубного пучка, а к растоплению льда приступают после слива не замёрзшей части воды из межтрубного пространства аппарата.

Принципиальная схема подобной установки показана на рис. 5.

Рис. 5  Принципиальная схема организации процесса производства «талой» воды на ГРС МГ.

Используя заложенные в патенте принципы, применительно к технологическим особенностям функционирования  ГРС «Московская Славянка» Колпинского ЛПУ МГ осуществлён проектный расчёт кожухотрубного теплообменника - вымораживателя и выполнен комплекс пуско – наладочных работ установки «Роса» по производству питьевой «талой»  воды повышенного качества – «Аква форте»  в соответствии со специализированными техническими условиями ТУ 0131-001-35482840-10.

Показатели качества «талой»  воды

Обозначение относительного параметра

Значение

Единицы измерения

рН

0,15-0,18

-

Кт/Ко

1,4-1,5

-

Ст Н2О2

50

мкг/л

Примечание: рН, Кт/Ко – относительное изменение водородного показателя и  критерия каталитической активности в талой воде по сравнению с  исходной, соответственно;

  Ст Н2О2 – концентрация пероксида водорода в талой воде

Параметры получаемой на установке питьевой воды подтверждают адекватность предложенной методики предрасчёта теплообменных устройств получения питьевой воды улучшенных потребительских качеств методом низкотемпературного замораживания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В основе улучшения потребительских свойств (активации) питьевой воды  методом перекристаллизации лежат закономерности тепломассообменных процессов, определяющие интегральный характер перераспределения катионов, анионов, молекулярных и газовых включений водной среды межу жидкой и твёрдой  фазами замораживаемой системы.

2. Применительно к талой воде -  продукту двойного фазового перехода: вода – лёд - вода, их результатом является  коррекция содержания  природных поллютантов органического и неорганического происхождения, изотопных соединений (дейтерий), растворённых газов, изменение кислотно-основных характеристик среды, а также концентрации в ней активных форм кислорода (пероксид водорода). По двум последним параметрам талая вода подобна другим известным типам активированных водных сред: жидкость, подвергнутая электролизу, ультразвуковым, тепловым и механическим воздействиям.

3. Показано, что фактором, определяющим масштаб вышеназванных изменений, является линейная скорость движения фронта кристаллизации (границы раздела фаз лёд-жидкость). В зависимости от этого параметра максимумы смещений для каждого из показателей носят индивидуальный характер и разнесены.

4. Установлено, что для температурной области замораживания от нескольких градусов ниже нуля вплоть до криогенных температур (скорости движения фронта кристаллизации от 0,02 до 2 см/ч) может быть выделено, по крайней мере, две зоны, характеризующиеся экстремальным групповым смещением перечисленных физико-химических параметров.

5. Выяснено, что при высоких  скоростях замораживания фиксируется: максимальный уровень подщелачивания среды рН = 0,15 – 0,5 и повышение содержания в жидкости  пероксида водорода до величин 40-85 мкг/л.

В то же время, для области малых скоростей 0,07-0,15 см/ч (температуры термостатирования от -7 до -15 0С) имеет место: высокая степень очистки жидкости от природных  поллютантов  (до15-20 раз), обогащение среды дейтерием (на 1,1-1,3 ррm), снижение содержания растворённых газов (остаточная концентрация в 2-3 раза меньше равновесной).

6. С точки зрения проявления потенциальной биологической активности особый интерес представляет жидкость, полученная изо льда,  формирующегося при скоростях намораживания, отвечающих низкотемпературной (криогенной) области температур. Для неё фиксируются наибольшие изменения каталитической активности водной среды  – рост в 1,5 -2,5 раза.

7. Полученная подобным образом талая вода  стимулирует процесс клеточного деления, оказывает благотворное влияние, как на функционирование  отдельных систем, так и живого организма в целом.

8. Расчётная оценка потребительских качеств талой воды может быть осуществлена на основе математической модели концентрационного уплотнения примеси со стороны жидкого раствора при движении межфазного фронта  (кислотно-основные свойства) и аппроксимирующего опытные данные уравнения самогенерации в водной среде микродоз пероксида водорода.

9. Значимая коррекция потребительских свойств питьевой воды  может быть достигнута в результате перекристаллизации, осуществляемой путём  утилизации холода редуцирования природного газа магистрального газопровода.

10. Опытно – промышленная установка «Роса», созданная по этому принципу,  обеспечивает наработку талой воды потребительского качества, соответствующего требованиям, специально разработанным для получаемого продукта - ТУ 0131-001-35482840 -10 «Вода питьевая бутилированная. Аква форте»

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Данилов К.Л., Лаврик Н.Л., Акулов Л.А. Талая вода. Мифы и реальность // Сборник «Проблемы техники и технологии пищевых производств».- СПб., 2007. Деп. в ВИНИТИ, № 550 – В 2007. с 78-85.

2. Данилов К.Л., Лаврик Н.Л., Акулов Л.А. Очистка воды от микропримесей ионов металлов методом перекристаллизации // Сборник СПбГУНиПТ «Низкотемпературные и пищевые технологии в ХХI веке». СПб., 2007. с. 187-192.

3. Лаврик Н.Л., Борискин В.В., Данилов К.Л., Бреднев В.А. Изучение эффективности очистки воды от фенола методом неполного замораживания // Химия в интересах устойчивого развития. 2008, том 16, вып.3, с. 341-350.

4. Лаврик Н.Л., Борискин В.В., Данилов К.Л., Бреднев В.А. Изучение эффективности очистки воды от сульфатов металлов методом неполного замораживания // Химия в интересах устойчивого развития. 2009, том 17, вып.1, с. 43-50.

5. Данилов К.Л, Лаврик Н.Л., Борискин В.В, Фокин Г.А. Влияние скорости и доли замораживания воды на сепарацию изотопов водорода и кислорода // Биофизика., 2009, том 54 вып. 5, с.831-834.

6. Данилов К.Л., Акулов Л.А., Лаврик Н.Л., Бреднев В.А. Сепарационные эффекты в водных системах при кристаллизации // Известия СПГУНиПТ № 1, 2009.с. 58-59.

7. Ряжских В.И., Данилов К.Л., Лаврик Н.Л., Фокин Г.А. Кинетика распределения примесей между твёрдой и жидкой фазами дисперсионной среды в процессе фронтальной кристаллизации // Вестник ВГТУ, 2009, том 5, №12, с.244-252.

8. Данилов К.Л., Акулов Л.А., Калниньш К.К., Лаврик Н.Л., Фокин Г.А. Влияние динамики замораживания водной среды на каталитическую активность талой воды // Вестник МАХ, 2010, вып. 2, с. 34-37.

9. Малышева М.Н., Данилов К.Л., Калниньш К.К., Лаврик Н.Л., Фокин Г.А., Фролов А.О., Скарлато С.О. Влияние термокондиционированных типов вод на пролиферативную активность жгутиконосцев Crithidia  fasciculata // Вода: технология и экология, 2010, вып. 3, с. 20-29.

10. Данилов К.Л., Фокин Г.А. Энергосберегающая криогенно-газовая технология производства талой воды // Вестник МАХ, 2011, вып. 1, с. 37-42.

11. Асташов В.В., Старкова Е.В., Асташова Т.А., Данилов К.Л., Лаврик Н.Л., Фокин Г.А. Лимфоидные органы при систематическом употреблении питьевой воды «Аква Форте темпо» // Вестник НГУ, 2011, том. 9, вып. 3, с. 39-46.

12. Асташова Т.А., Данилов К.Л., Гельфонд Н.Е., Асташов В.В., Лаврик Н.Л.,

Фокин Г.А. Экспериментальное исследование крови и лимфы при употреблении воды «Аква форте, термо и темпо» // Эфферентная терапия, 2011,

том. 17, № 1, с. 98-103.






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.