Расчет кавитационного устройства для очистки промышленных вод

Актуальность. В настоящее время чрезвычайно остро стоит вопрос предотвращения загрязнения гидросферы сточными водами промышленных предприятий, применения новых эффективных технологий очистки промышленной воды и повторного ее использования на производстве. В связи с этим актуальными задачами являются поиск и внедрение новых способов водоочистки: инновационных технологий, дезинфекции и опреснения воды, методов повторного ее использования.

Методы. В статье предложена новая технология водоочистки: кавитационное воздействие на поток усилено ударным воздействием скачка давления, что позволяет подавить жизнедеятельность микроорганизмов в воде. На основе разработанного рабочего процесса, его математической моделии авторской методики выполнены расчеты трех гидродинамических кавитационных устройств со скачком давления с целью дезинтеграции сульфатвосстанавливающих бактерий промышленных вод.

Результаты. В соответствии с техническим заданием (номинальный расход жидкости Q, номинальное абсолютное давление перед установкой Р1, допустимое падение давления на устройстве ΔР, номинальная температура жидкости t, физические свойства среды) на базе предложенного рабочего процесса гидродинамического кавитационного устройства, формирующего сверхзвуковое течение с переходом в дозвуковой через скачок давления, соответствующей математической модели и адекватной методики были рассчитаны режимные и геометрические параметры трех опытно-промышленных образцов гидродинамических кавитационных устройств, предназначенные для деструктуризации сульфатвосстанавливающих бактерий промышленных вод. Чтобы сформировать сверхзвуковое течение в установке при выполнении достаточно строгих условий по обеспечению допустимых перепадов давления, было спрофилировано сопло с минимальным коэффициентом сопротивления по кривой Виташинского. Промышленная апробация кавитационных устройств показала хорошую сходимость теоретических и опытных данных: подавление бактерий было осуществлено на 80–100%.

1. Новикова Ю.А., Копытенкова О.И. Контроль качества питьевой воды. Контроль качества продукции. 2022; (5): 32–36. https://elibrary.ru/layovd

2. Ловкис З.В. Оценка показателей качества и безопасности питьевой и технологической воды. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наук. 2023; 61(1): 78–86. https://doi.org/10.29235/1817-7204-2023-61-1-78-86

3. Калачева О.А. Лабораторный контроль: проведение анализов питьевой воды и сточных вод. Естественные и технические науки. 2022; (2): 282, 283. https://elibrary.ru/sdzqdi3. Kalacheva O.A. Laboratory control: analysis of drinking water and wastewater. Natural and technical sciences. 2022; (2): 282, 283 (In Russian). https://elibrary.ru/sdzqdi

4. Mukhin A.N., Kiryushin M.S. Why clean water at industrial facilities so important for enterprises? Vodoochistka. Vodopodgotovka. Vodosnabzhenie. 2018; (4): 8–12 (In Russian). https://elibrary.ru/yvawfd

5. Красуля О.Н., Смирнова А.В., Богуш В.И. Кавитационная дезинтеграция жидких посолочных сред — новая стратегия стабилизации пигментных систем охлажденного мяса. Безопасность и качество сельскохозяйственного сырья и продовольствия. Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. Москва: ЭйПиСиПаблишинг. 2020; 267–272. https://elibrary.ru/pvnihi

6. Безотосный С.С., Притыка И.А., Тишков В.Ф. Сорбционно-окислительно-кавитационная технология очистки жидких радиоактивных отходов. Безопасность, эффективность, ресурс. Сборник тезисов докладов XIV Международной научно-практической конференции по атомной энергетике. Севастополь: Севастопольский государственный университет. 2018; 16–18. https://elibrary.ru/ywizsx

7. Таймаров М.А., Салтанаева Е.А., Ахметова Р.В. Совершенствование технологии сжигания высокообводненного мазута с помощью кавитационной обработки. Результаты комплексных исследований в области высоких технологий. Сборник статей Международной научно-практической конференции. Уфа: Аэтерна. 2019; 30–32. https://elibrary.ru/mkqbvj

8. Белых М.М. Исследование кавитационного процесса в технологии очистки загрязненных сред. Молодежь и научно-технический прогресс. Сборник докладов XI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Губкин: Ассистент плюс. 2018; 3: 196–199. https://elibrary.ru/pprivx

9. Гусев Б.В., Оленич Д.И., Джагарян И.Г. Свойства бетона с использованием поликарбоксилатных добавок при кавитационной обработке. Инновации и инвестиции. 2019; (3): 239–242. https://elibrary.ru/rmqquo

10. Cvetković M., Kompare B., Klemenčič A.K. Application of hydrodynamic cavitation in ballast water treatment. Environmental Science and Pollution Research. 2015; 22(10): 7422–7438. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4360-7

11. Long X.-p. et al. Numerical analysis of bubble dynamics in the diffuser of a jet pump under variable ambient pressure. Journal of Hydrodynamics. 2017; 29(3): 510–519. https://doi.org/10.1016/S1001-6058(16)60763-1

12. Gogate P.R., Kabadi A.M. A review of applications of cavitation in biochemical engineering/biotechnology. Biochemical Engineering Journal. 2009; 44(1): 60–72. https://doi.org/10.1016/j.bej.2008.10.006

13. Ashokkumar M., Rink R., Shestakov S. Hydrodynamic cavitation — an alternative to ultrasonic food processing. Technical Acoustics. 2011: 9.

14. Prokhasko L.S., Rebezov M.B., Zalilov R.V. Method for calculating the longitudinal dimensions of hydrodynamic cavitation devices with a pressure jump. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020; 613: 012113. https://doi.org/10.1088/1755-1315/613/1/012113

15. Prokhasko L. et al. Mathematical model of a hydrodynamic cavitation device used for treatment of food materials. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018; 13(24): 9766–9771.

16. Prokhasko L. et al. Development of the Mathematical Model of a Hydrodynamic Cavitations Device. International Journal of Recent Technology and Engineering. 2019; 8(1): 1113–1120. https://elibrary.ru/qrazyh