RU2627899C1 - Method for liquids disinfection and heating, and device for its implementation - Google Patents

Method for liquids disinfection and heating, and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2627899C1
RU2627899C1 RU2016113516A RU2016113516A RU2627899C1 RU 2627899 C1 RU2627899 C1 RU 2627899C1 RU 2016113516 A RU2016113516 A RU 2016113516A RU 2016113516 A RU2016113516 A RU 2016113516A RU 2627899 C1 RU2627899 C1 RU 2627899C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
water
tube
disinfection
height
Prior art date
Application number
RU2016113516A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Климарев
Анатолий Иванович Григорьев
Юрий Емельянович Синяк
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН)
Priority to RU2016113516A priority Critical patent/RU2627899C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2627899C1 publication Critical patent/RU2627899C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L2/00Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Their preparation
    • A23L2/42Preservation of non-alcoholic beverages
    • A23L2/46Preservation of non-alcoholic beverages by heating
    • A23L2/48Preservation of non-alcoholic beverages by heating by irradiation or electric treatment
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/32Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by treatment with electric currents without heating effect
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/08Radiation
    • A61L2/12Microwaves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/48Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24CDOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/02Stoves or ranges heated by electric energy using microwaves

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of water disinfection and heating includes the effect of microwave energy on the processed water flow of a given size, passing through a rectangular waveguide at an angle to its wide wall. An aqueous solution of ionic silver is added to the flow based on its concentration in the treated water of 0.01-0.02 mg/l. Water is passed through a device including a microwave generator, a rectangular waveguide with flanges, a radiating transparent tube passing through it, the axis of which is at an angle to the wide wall of the waveguide, and an end matched absorbing load. The tube through which the flow is passed has an expanding shape. The width W has a maximum value of 0.66 of the waveguide wide wall size, the height h at the waveguide entrance is 0.06-0.15 of the wavelength, and the height H at the waveguide output is 0.18-0.47 of the wavelength and is set wide side to the direction of electromagnetic wave propagation.
EFFECT: decreased liquid disinfection temperature, increased efficiency of microwave energy absorption and productivity, reduced energy costs, accelerated process of microwave disinfection and water heating, a possibility of using of a lower dose of ionic silver.
2 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии обеззараживания и нагрева воды СВЧ-энергией и может быть использовано в пищевой, медицинской, микробиологической, фармацевтической, а также в химической промышленности.The invention relates to a technology for disinfection and heating of water with microwave energy and can be used in food, medical, microbiological, pharmaceutical, as well as in the chemical industry.

Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано в пищевой промышленности для обеззараживания и нагрева воды, используемой, например, при приготовлении соков и других пищевых жидкостей.Most effectively, the present invention can be used in the food industry for disinfection and heating of water, used, for example, in the preparation of juices and other food liquids.

Изобретение может быть также использовано в медицинской, микробиологической и фармацевтической промышленности для обеззараживания воды, используемой при приготовлении питательных сред, вакцин, сывороток и жидких лекарственных препаратов.The invention can also be used in the medical, microbiological and pharmaceutical industries for the disinfection of water used in the preparation of culture media, vaccines, serums and liquid drugs.

Кроме того, изобретение может найти применение в химической и золотодобывающей промышленности для нагрева воды в технологических процессах.In addition, the invention may find application in the chemical and gold mining industries for heating water in technological processes.

В настоящее время проблема производства экологически чистых продуктов питания, включая питьевую воду, без добавления консервантов и химических веществ занимает одно из ведущих мест в мире.Currently, the problem of the production of environmentally friendly food products, including drinking water, without the addition of preservatives and chemicals is one of the leading places in the world.

Актуальность обеззараживания и нагрева воды, потребляемой человеком в повседневной жизни, определяется как увеличением количества неблагоприятных территорий и факторов, так и использованием различных консервантов наряду с традиционными методами обеззараживания воды.The relevance of disinfecting and heating water consumed by a person in everyday life is determined both by an increase in the number of adverse territories and factors, and by the use of various preservatives along with traditional methods of disinfecting water.

Особую значимость обеззараживание и нагрев приобретает при обработке воды, предназначенной для длительного хранения.Of particular importance is disinfection and heating during the treatment of water intended for long-term storage.

В настоящее время известен способ воздействия тяжелых металлов и, в частности, серебра на микроорганизмы с целью их уничтожения (Л.А. Кульский. Серебряная вода. Киев: Наукова думка. 1977, 164 с.).Currently, there is a known method of exposure to heavy metals and, in particular, silver on microorganisms in order to destroy them (L.A. Kulsky. Silver water. Kiev: Naukova Dumka. 1977, 164 p.).

Скорость отмирания, например, Escherichea coli с исходной концентрацией 104 КОЕ/мл при дозе ионного серебра 1,0 мг/л составляет 3 мин; при дозе 0,5 мг/л - 20 мин; при дозе 0,2 мг/л - 50 мин, а для дозы 0,05 мг/л требуется около 2 час контакта для полного бактерицидного эффекта (Л.А. Кульский. Серебряная вода. Киев: Наукова думка. 1977. С. 20-34).The death rate, for example, Escherichea coli with an initial concentration of 10 4 CFU / ml at a dose of ionic silver of 1.0 mg / l, is 3 min; at a dose of 0.5 mg / l - 20 min; at a dose of 0.2 mg / l - 50 min, and for a dose of 0.05 mg / l it takes about 2 hours of contact for a complete bactericidal effect (L.A. Kulsky. Silver water. Kiev: Naukova Dumka. 1977. P. 20 -34).

К неудобствам этого способа и его использования относят значительные дозы ионного серебра для снижения времени воздействия на микроорганизмы, находящиеся в покоящейся воде.The disadvantages of this method and its use include significant doses of ionic silver to reduce the time of exposure to microorganisms in water at rest.

Известны также способы и устройства для обеззараживания и нагрева воды с использованием энергии сверхвысокой частоты (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ. 1978, 80 с.).Also known are methods and devices for disinfecting and heating water using microwave energy (VV Ignatov et al. Influence of electromagnetic fields of the microwave range on a bacterial cell. Publishing house of SSU. 1978, 80 pp.).

Известен метод и устройство, в котором осуществляют воздействие СВЧ-поля на бактериальную суспензию в пробирке, помещенной в волновод прямоугольного сечения (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ. 1978, с. 34-35). Этот тип устройства относят к проходному, волноводному, подсоединенному с одной стороны к СВЧ-генератору, а с другой - к концевой согласованной поглощающей нагрузке. Пробирку в устройстве размещают под углом 45° к широкой стенке волновода.A known method and device in which the microwave field is applied to a bacterial suspension in a test tube placed in a rectangular waveguide (V.V. Ignatov et al. Influence of electromagnetic fields of a microwave range on a bacterial cell. Publishing house of SSU. 1978, p. 34-35). This type of device is referred to as a passage, waveguide, connected on one side to a microwave generator, and on the other, to an end-matched absorbing load. The tube in the device is placed at an angle of 45 ° to the wide wall of the waveguide.

В предложенном варианте исполнения устройство не применяют для обеззараживания и нагрева воды в потоке.In the proposed embodiment, the device is not used for disinfection and heating of water in the stream.

Известен, например, микроволновый аппарат для выпаривания жидких смесей, который включает волновод и микроволновый генератор. В этом аппарате нагреваемую жидкость подают по прозрачной для микроволн трубке, ось которой расположена под углом к широкой стенке волновода, таким образом, что выходящую нагретую жидкость затем подают в камеру, где жидкость распыляют и выпаривают. Образовавшийся пар отделяют и конденсируют, а невыпарившуюся жидкость перемешивают с основным потоком и подают на рецикл (Roger М. Amadon. MICROWAVE APPARATUS FOR EVAPORATING LIQUID MIXTURES. U.S. Patent 3,495,648. Feb. 17.1970. U.S.C1. 159-3).For example, a microwave apparatus for evaporating liquid mixtures is known, which includes a waveguide and a microwave generator. In this apparatus, the heated liquid is fed through a tube transparent to microwaves, the axis of which is located at an angle to the wide wall of the waveguide, so that the heated effluent is then fed into the chamber where the liquid is sprayed and evaporated. The resulting vapor is separated and condensed, and the non-evaporated liquid is mixed with the main stream and recycled (Roger M. Amadon. MICROWAVE APPARATUS FOR EVAPORATING LIQUID MIXTURES. U.S. Patent 3,495,648. Feb. 17.1970. U.S. Cl. 159-3).

Наличие оконечной водяной нагрузки в этом устройстве подтверждает тот факт, что не вся микроволновая энергия поглощается нагреваемой жидкостью, а значит исключается из процесса нагрева.The presence of the final water load in this device is confirmed by the fact that not all microwave energy is absorbed by the heated fluid, and therefore excluded from the heating process.

В этом микроволновом аппарате предложены также еще два варианта расположения прозрачных для микроволн трубок в волноводе, по которым подают в камеру жидкость.This microwave apparatus also offers two more options for arranging tubes that are transparent for microwaves in the waveguide, through which liquid is supplied to the chamber.

Первый вариант представляет собой ряд расположенных под углом к широкой стенке волновода трубок, соединенных последовательно. Во втором варианте трубки соединены параллельно и имеют общий вход и выход жидкости.The first option is a series of tubes located at an angle to the wide wall of the waveguide, connected in series. In the second embodiment, the tubes are connected in parallel and have a common liquid inlet and outlet.

Недостатком обоих вариантов микроволнового устройства для нагрева и выпаривания жидких смесей является сложность и громоздкость всей конструкции, которая с оконечной водяной нагрузкой представляет значительные размеры и массу.The disadvantage of both versions of the microwave device for heating and evaporating liquid mixtures is the complexity and cumbersomeness of the entire structure, which with a final water load represents considerable size and weight.

Сложность конструкции также выражается в дополнительном экранировании трубок, выходящих за пределы волновода, от проникновения излучения в окружающее пространство.The complexity of the design is also expressed in the additional shielding of the tubes extending beyond the waveguide, from the penetration of radiation into the surrounding space.

Это устройство для нагрева микроволновой энергией используют в циркуляционной технологической схеме аппарата для выпаривания и концентрирования фруктовых соков и других термочувствительных жидкостей посредством электромагнитной волновой энергии. Устройство используют для непрерывного нагрева в потоке порции жидкости, находящейся в выпаривателе, и воздействуют на нее до полного выпаривания. Результатом многократного рецикла при повышенной температуре выпаривания возможна значительная потеря витаминов и питательных свойств жидкостей.This device for heating with microwave energy is used in the circulating technological scheme of the apparatus for evaporating and concentrating fruit juices and other heat-sensitive liquids by means of electromagnetic wave energy. The device is used for continuous heating in a stream of a portion of the liquid located in the evaporator, and act on it until complete evaporation. The result of repeated recycling at an elevated evaporation temperature is a significant loss of vitamins and the nutritional properties of liquids.

Известна система для очистки жидкостей, в которой используют устройство для нагрева и обеззараживания очищаемой жидкости микроволновой энергией (Н. Colman Rosenberg. SYSTEM FOR PURIFYING LIQUIDS. U.S. Patent 4,013,558. Mar. 22. 1977. U.S. C1. 210-149). Это устройство представляет собой расширяющийся волновод (рупор), в конце которого помещают гофрированную трубку, уложенную виток к витку. Такая трубка заполняет открытый конец волновода и практически полностью перекрывает его поперечное сечение. Расход жидкости поддерживают постоянным, а температуру жидкости контролируют датчиками температуры на входе и выходе трубки. Основным недостатком устройства для микроволнового нагрева является неполный обеззараживающий эффект и возможность выпадения осадка и его накопления в гофрах, так же как и микроорганизмов. Это влечет за собой дополнительную операцию по периодической очистке трубки.A known system for cleaning liquids, which use a device for heating and disinfecting the liquid to be cleaned with microwave energy (N. Colman Rosenberg. SYSTEM FOR PURIFYING LIQUIDS. U.S. Patent 4,013,558. Mar. 22. 1977. U.S. C1. 210-149). This device is an expanding waveguide (horn), at the end of which a corrugated tube is placed, laid round to round. Such a tube fills the open end of the waveguide and almost completely blocks its cross section. The fluid flow rate is kept constant, and the fluid temperature is monitored by temperature sensors at the inlet and outlet of the tube. The main disadvantage of the device for microwave heating is the incomplete disinfecting effect and the possibility of precipitation and its accumulation in the corrugations, as well as microorganisms. This entails an additional operation to periodically clean the tube.

Кроме того, использование волновода с открытым концом (рупором) требует защиты всего устройства в целом от излучения микроволновой энергии в окружающее пространство. Это увеличивает габариты устройства и его вес.In addition, the use of a waveguide with an open end (horn) requires protection of the entire device as a whole from radiation of microwave energy into the surrounding space. This increases the dimensions of the device and its weight.

Устройство используют в проточной технологической схеме для совершенствования метода обработки жидкостей при дезинфекции и осветлении, которое состоит в перемешивании и поддержании консистенции потока на должном уровне до и во время обработки микроволновой энергией. Результат (99,9%) стерилизации достигают при 65°С для вегетативных форм микроорганизмов.The device is used in a flow-through technological scheme to improve the method of processing liquids during disinfection and clarification, which consists in mixing and maintaining the consistency of the flow at the proper level before and during microwave energy treatment. The result (99.9%) of sterilization is achieved at 65 ° C for vegetative forms of microorganisms.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для обеззараживания и нагрева водных сред, включающее СВЧ-генератор, прямоугольный волновод с фланцами, трубку из радиопрозрачного материала, расположенную под углом 30-45° к широкой стенке волновода, концевую согласованную поглощающую нагрузку квазирезонаторного типа, при этом трубка в сечении имеет плоскую форму и установлена широкой стороной к направлению распространения электромагнитной волны, имеет высоту, равную 0,12-0,14 длины волны, а ширину, равную 0,26-0,45 размера широкой стенки волновода (Л.Л. Заблоцкий, С.И. Климарев, А.Г. Лобанов. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И НАГРЕВА ВОДНЫХ СРЕД. Авторское свидетельство СССР №1139439. 15.02.1985 г. МКИ A61L 2/12). Эта трубка плоской формы имеет постоянные размеры в указанных граничных значениях.Closest to the proposed technical solution is a device for disinfection and heating of aqueous media, including a microwave generator, a rectangular waveguide with flanges, a tube of radiolucent material located at an angle of 30-45 ° to the wide wall of the waveguide, an end coordinated absorbing load of a quasi-resonant type, this tube in cross section has a flat shape and is set wide side to the direction of propagation of the electromagnetic wave, has a height equal to 0.12-0.14 wavelengths, and a width equal to 0.26-0.45 times EPA broad wall of the waveguide (LL Zablocki, SI CLIMAR, AG Lobanov. Device for disinfection and heating aqueous medium. Copyright certificate the USSR №1139439. 15.02.1985, the IPC A61L 2/12). This flat-shaped tube has constant dimensions at the indicated boundary values.

Несовершенство известного устройства заключается в недостаточно высоком КПД поглощения СВЧ-энергии в этой трубке, уменьшающийся с увеличением температуры обрабатываемой воды, что приводит к увеличению затрат энергии и снижению производительности. Такое устройство используют в циркуляционно-проточной технологической схеме для обеззараживания и нагрева водных сред в потоке. Результат (100%) воздействия на набор вегетативных форм микроорганизмов достигают при температуре 70°С.The imperfection of the known device lies in the insufficiently high efficiency of absorption of microwave energy in this tube, which decreases with increasing temperature of the treated water, which leads to an increase in energy costs and lower productivity. Such a device is used in a circulation-flow technological scheme for disinfection and heating of aqueous media in a stream. The result (100%) of exposure to a set of vegetative forms of microorganisms is achieved at a temperature of 70 ° C.

Недостатками этого устройства и его использования являются повышенная температура обеззараживания воды, пониженный КПД поглощения СВЧ-энергии и производительность, излишние затраты энергии.The disadvantages of this device and its use are the increased temperature of water disinfection, reduced efficiency of absorption of microwave energy and performance, excessive energy consumption.

Технический результат заключается в ускорении процесса, снижении энергозатрат, температуры СВЧ-обеззараживания и нагрева воды, а также дозы ионного серебра, увеличении КПД поглощения СВЧ-энергии.The technical result consists in accelerating the process, reducing energy consumption, the temperature of the microwave disinfection and heating of water, as well as the dose of ionic silver, increasing the efficiency of absorption of microwave energy.

Поставленная задача в части способ решается путем воздействия СВЧ-энергией на поток обрабатываемой воды заданного размера, проходящий через прямоугольный волновод под углом к его широкой стенке, а в поток обрабатываемой воды добавляют водный раствор ионного серебра из расчета его концентрации в обрабатываемой воде 0,01-0,02 мг/л, поток воды имеет расширяющуюся форму от входа в волновод до выхода из него, при этом ширина потока W имеет максимальное значение 0,66 размера широкой стенки волновода, а высота h на входе в волновод составляет 0,06-0,15 длины волны и высота его Н на выходе из волновода составляет 0,18-0,47 длины волны.The task in part, the method is solved by exposing microwave energy to a stream of treated water of a given size passing through a rectangular waveguide at an angle to its wide wall, and an aqueous solution of ionic silver is added to the stream of treated water based on its concentration in the treated water 0.01- 0.02 mg / l, the water flow has an expanding shape from the entrance to the waveguide to the exit from it, while the width of the stream W has a maximum value of 0.66 the size of the wide wall of the waveguide, and the height h at the entrance to the waveguide is 0.06-0 15 length waves and its height H at the exit from the waveguide is 0.18-0.47 wavelengths.

Поставленная задача в части устройство решается также тем, что в устройство для обеззараживания и нагрева воды, включающее СВЧ-генератор, прямоугольный волновод с фланцами, трубку из радиопрозрачного материала, ось которой расположена под углом к широкой стенке волновода, концевую согласованную поглощающую нагрузку, согласно изобретению устанавливают трубку, ширина W которой постоянна и имеет максимальное значение 0,66 размера широкой стенки волновода, трубка имеет расширяющуюся форму и высота ее h на входе в волновод составляет 0,06-0,15 длины волны, а высота Н на выходе из волновода составляет 0,18-0,47 длины волны и установлена широкой стороной к направлению распространения электромагнитной волны.The task in part, the device is also solved by the fact that in the device for disinfection and heating of water, including a microwave generator, a rectangular waveguide with flanges, a tube of radiolucent material, the axis of which is located at an angle to a wide wall of the waveguide, an end coordinated absorbing load, according to the invention install a tube whose width W is constant and has a maximum value of 0.66 of the size of the wide wall of the waveguide, the tube has an expanding shape and its height h at the entrance to the waveguide is 0.06-0.15 dl us waves, and the height H at the outlet of the waveguide is 0,18-0,47 wavelength and wide side is set to the direction of propagation of electromagnetic wave.

Краткое описание чертежей и таблицBrief Description of Drawings and Tables

Фиг. 1. Устройство для реализации способа, где 1 - трубка расширяющейся формы; 2 - запредельное устройство; 3 - прямоугольный волновод; 4 - фланцы; штуцеры ввода и вывода воды условно не показаны.FIG. 1. A device for implementing the method, where 1 is a tube of expanding shape; 2 - transcendental device; 3 - a rectangular waveguide; 4 - flanges; water inlet and outlet fittings are not conventionally shown.

Фиг. 2. Циркуляционно-проточная технологическая схемаFIG. 2. The circulation-flowing technological scheme

Схема включает: 1 - трубку расширяющейся формы; 2 - запредельное устройство; 3 -прямоугольный волновод; 4 - фланцы; 5 - СВЧ-генератор; 6 - концевую согласованную поглощающую нагрузку; 7 - трехпозиционный кран (клапан); 8 - емкость с обрабатываемой водой; 9 - центробежный насос; 10 - кран регулируемый (регулятор расхода).The scheme includes: 1 - a tube of expanding shape; 2 - transcendental device; 3-rectangular waveguide; 4 - flanges; 5 - microwave generator; 6 - end matched absorbing load; 7 - three-position valve (valve); 8 - capacity with treated water; 9 - a centrifugal pump; 10 - adjustable valve (flow regulator).

Фиг. 3. Графическое отображение параметров из Табл. 1.FIG. 3. Graphical display of parameters from Tab. one.

1 и 2 - зависимости КПД и температуры от расхода воды по устройству прототипа.1 and 2 - the dependence of efficiency and temperature on the flow of water on the device of the prototype.

1' и 2' - зависимости КПД и температуры от расхода воды по предлагаемому техническому решению.1 'and 2' - the dependence of efficiency and temperature on water flow according to the proposed technical solution.

Табл. 1. Технологические параметры обеззараживания и нагрева воды по прототипу и предлагаемому техническому решению.Tab. 1. Technological parameters of disinfection and heating of water according to the prototype and the proposed technical solution.

Знак «-» означает отсутствие микробов в воде.The sign “-” means the absence of microbes in the water.

Знак «±» означает наличие микробов в воде в концентрации до 100 КОЕ/мл.The sign "±" means the presence of microbes in water at a concentration of up to 100 CFU / ml.

Знак «+» означает наличие микробов в воде в концентрации выше 100 КОЕ/мл.The “+” sign indicates the presence of microbes in water at a concentration above 100 CFU / ml.

КОЕ - колониеобразующая единица.CFU - colony forming unit.

Технологическая схема (Фиг. 2) включает подключенный к емкости 8 с обрабатываемой водой трубопровод, к которому после центробежного насоса 9 подключен по ходу движения воды кран регулируемый 10, датчик температуры t1, трубка 1 расширяющейся формы, датчик температуры t2, трехпозиционный кран (клапан) 7. Трубопровод по отношению к трубке 1, расположенной в устройстве для обеззараживания и нагрева воды (Фиг. 1), разделен на входную и выходную линии (входная линия расположена перед входом в трубку 1 после крана регулируемого 10, выходная - после трубки расширяющейся формы 1). При этом выходная линия подключена к емкости 8 с обрабатываемой водой через кран регулируемый 10 с образованием замкнутого контура (контура рецикла).The technological scheme (Fig. 2) includes a pipeline connected to a tank 8 with water to be treated, to which, after a centrifugal pump 9, an adjustable valve 10, a temperature sensor t 1 , an expanding shape tube 1, a temperature sensor t 2 , a three-position valve ( valve) 7. The pipeline with respect to the tube 1 located in the device for disinfecting and heating water (Fig. 1) is divided into the inlet and outlet lines (the inlet line is located in front of the inlet of the tube 1 after the adjustable valve 10, the outlet - after the tube expanding form 1). In this case, the output line is connected to the tank 8 with treated water through an adjustable valve 10 with the formation of a closed loop (recycle loop).

Раствор ионного серебра вводят (Фиг. 2) в емкость 8 с зараженной обрабатываемой водой из расчета конечной дозы в воде 0,01-0,02 мг/л. После этого воду из емкости 8 насосом 9 через кран регулируемый 10 подают на вход трубки 1 расширяющейся формы для нагрева; в период установления заданной температуры воду из трубки 1 через трехпозиционный кран 7 возвращают в емкость 8 с обрабатываемой водой; по достижении заданной температуры воды трехпозиционный кран 7 переключают и обработанную воду используют по назначению, а также отбирают пробы на микробиологический анализ. Контроль температуры воды до и после СВЧ-нагрева осуществляют с помощью датчиков температуры t1 и t2.A solution of ionic silver is injected (Fig. 2) into a container 8 with infected treated water based on the final dose in the water of 0.01-0.02 mg / L. After that, water from the tank 8 by the pump 9 through the adjustable valve 10 is fed to the inlet of the tube 1 of an expanding shape for heating; in the period of establishing the set temperature, water from the tube 1 through a three-position valve 7 is returned to the tank 8 with the treated water; upon reaching the set water temperature, the three-position valve 7 is switched and the treated water is used for its intended purpose, as well as samples are taken for microbiological analysis. Monitoring the water temperature before and after microwave heating is carried out using temperature sensors t 1 and t 2 .

В качестве тест-микробов применяют набор Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosae в концентрации 106 КОЕ/мл. Регистрацию основных технологических параметров (расход и температуру воды), а также отбор проб на биоконтроль осуществляют при дискретных значениях температуры, а именно 95, 90, 80, 70, 65, 60, 55, 50, 45 и 40°С. Обрабатываемая вода - дехлорированная водопроводная питьевая вода с исходной температурой 20±0,5°С. Для иллюстрации работы устройства используется СВЧ-генератор, генерирующий частоту 2450±50 МГц, мощность 1,0 кВт; основной тип волны - Н10; сечение волновода (a×b) - 90×45 мм; трубка расширяющейся формы имеет постоянную ширину W - 59,4 мм; высоту h на входе - 10 мм; высоту Н на выходе - 32 мм и выполнена из фторопласта.A set of Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosae at a concentration of 10 6 CFU / ml is used as test microbes. Registration of the main technological parameters (flow rate and water temperature), as well as sampling for biocontrol, is carried out at discrete values of temperature, namely 95, 90, 80, 70, 65, 60, 55, 50, 45, and 40 ° С. Processed water - dechlorinated tap drinking water with an initial temperature of 20 ± 0.5 ° C. To illustrate the operation of the device, a microwave generator is used, generating a frequency of 2450 ± 50 MHz, power 1.0 kW; the main type of wave is H 10 ; section of the waveguide (a × b) - 90 × 45 mm; the expanding tube has a constant width W of 59.4 mm; input height h - 10 mm; the height H at the exit is 32 mm and is made of fluoroplastic.

Интервалы размеров трубки расширяющейся формы определяются экспериментальным путем.The intervals of the size of the tube of expanding shape are determined experimentally.

Так, ширину трубки W ограничивают значением 0,66 размера широкой стенки волновода (а). Увеличение ширины трубки выше этого значения не приводит к увеличению поглощения СВЧ-мощности, т.к. ближе к углам внутри волновода СВЧ-энергия практически отсутствует.So, the width of the tube W is limited to 0.66 of the size of the wide wall of the waveguide (a). An increase in the tube width above this value does not lead to an increase in the absorption of microwave power, since closer to the corners inside the waveguide, microwave energy is practically absent.

Высоту трубки на входе h устанавливают 0,06-0,15 длины волны или 7-18 мм, что обеспечивает оптимальный нагрев воды с исходной температурой, соответствующей окружающей среде от ~ 0°С до 35°С.The height of the tube at the inlet h is set 0.06-0.15 wavelength or 7-18 mm, which ensures optimal heating of water with an initial temperature corresponding to the environment from ~ 0 ° C to 35 ° C.

Снижение высоты трубки h на входе ниже 0,06 длины волны приводит к прохождению части СВЧ-энергии в концевую согласованную поглощающую нагрузку, т.е. к потерям энергии и снижению КПД устройства. Увеличение высоты трубки h на входе выше 0,15 длины волны не повышает КПД устройства и производительность и не снижает в итоге температуру обеззараживания.A decrease in the height of the tube h at the inlet below 0.06 wavelength leads to the passage of part of the microwave energy into the end matched absorbing load, i.e. energy loss and reduced device efficiency. An increase in the height of the tube h at the inlet above 0.15 wavelength does not increase the efficiency of the device and productivity and does not ultimately reduce the disinfection temperature.

Высоту трубки Н на выходе устанавливают 0,18-0,47 длины волны или 22-58 мм, что обеспечивает температуру нагрева и обеззараживания воды в интервале ~ 45°С-95°С и вплоть до кипения.The height of the tube N at the outlet is set to 0.18-0.47 wavelengths or 22-58 mm, which ensures the temperature of heating and disinfection of water in the range of ~ 45 ° C-95 ° C and up to boiling.

Снижение высоты трубки Н на выходе ниже 0,18 длины волны приводит к снижению КПД устройства и производительности, а также к прохождению части СВЧ-энергии в концевую согласованную поглощающую нагрузку. Увеличение высоты трубки Н на выходе выше 0,47 длины волны не снижает температуру обеззараживания и энергозатраты и не увеличивает производительность.Reducing the height of the tube H at the output below 0.18 wavelength leads to a decrease in the efficiency of the device and performance, as well as the passage of part of the microwave energy into the end matched absorbing load. The increase in the height of the tube H at the output above 0.47 wavelength does not reduce the temperature of disinfection and energy consumption and does not increase productivity.

Для примера (см. табл.) в предлагаемом устройстве используется трубка постоянной шириной W - 59,4 мм, высотой h на входе - 10 мм, соответствующей начальной температуре воды ~ 18°С-20°С, и высотой H на выходе - 32 мм, соответствующей конечной температуре обеззараживания и нагрева ~ 65°С.For example (see table), the proposed device uses a tube of constant width W - 59.4 mm, height h at the inlet - 10 mm, corresponding to an initial water temperature of ~ 18 ° С-20 ° С, and height H at the exit - 32 mm, corresponding to the final disinfection and heating temperature of ~ 65 ° C.

Результаты опытов показывают, что температура обеззараживания в предлагаемом устройстве составляет 55°С, что на 10°С ниже, чем в устройстве прототипа. При этой температуре КПД поглощения СВЧ-энергии составляет 94% по сравнению с 87% в прототипе. Производительность увеличилась с 0,285 л/мин до 0,385 л/мин; энергозатраты снизились с 51 до 40 Вт⋅ч/л.The results of the experiments show that the disinfection temperature in the proposed device is 55 ° C, which is 10 ° C lower than in the prototype device. At this temperature, the efficiency of absorption of microwave energy is 94% compared with 87% in the prototype. Productivity increased from 0.285 l / min to 0.385 l / min; energy consumption decreased from 51 to 40 Wh / h.

Кроме того, в предлагаемом устройстве трубку используют сменной и выбирают под конкретный температурный режим обеззараживания и нагрева воды, что обеспечивает высокую технологичность при использовании предлагаемого устройства в конкретном процессе (технологической схеме).In addition, in the proposed device, the tube is used interchangeable and selected for a specific temperature regime of disinfection and heating of water, which ensures high adaptability when using the proposed device in a specific process (technological scheme).

В установленном интервале температур нагрева (95°С-40°С) СВЧ-энергия не достигает концевой согласованной поглощающей нагрузки, т.е. ее полностью поглощает проходное устройство с трубкой расширяющейся формы. В данном конкретном случае концевой согласованной поглощающей нагрузке отводят роль своеобразного предохранителя, ассимилирующего СВЧ-энергию в том случае, когда в трубке расширяющейся формы по каким-либо причинам случайно отсутствует обрабатываемая вода. Это защищает СВЧ-генератор от выхода из строя.In the established range of heating temperatures (95 ° С-40 ° С), the microwave energy does not reach the end matched absorbing load, i.e. it is completely absorbed by a passage device with an expanding tube. In this particular case, the end coordinated absorbing load is assigned the role of a kind of fuse that assimilates microwave energy in the case when the processed water is accidentally absent for some reason in the expanding tube. This protects the microwave generator from failure.

Из-за неизбежной адсорбции ионного серебра поверхностью емкости и микроорганизмами, а также перехода части его в неактивное, связанное состояние конечная доза ионного серебра в емкости с обрабатываемой водой не остается постоянной. От опыта к опыту эта доза колеблется в пределах 0,01-0,02 мг/л.Due to the inevitable adsorption of ionic silver by the surface of the vessel and microorganisms, as well as the transition of part of it to an inactive, bound state, the final dose of ionic silver in the vessel with treated water does not remain constant. From experience to experience, this dose ranges from 0.01-0.02 mg / L.

Эта принятая минимальная доза ионного серебра обеспечивает эффективное комбинированное воздействие на микроорганизмы в сочетании с СВЧ-энергией в условиях потока воды.This accepted minimum dose of ionic silver provides an effective combined effect on microorganisms in combination with microwave energy in a stream of water.

Сама по себе такая доза ионного серебра не оказывает какого-либо заметного влияния на микроорганизмы даже в течение 60 минут.By itself, such a dose of ionic silver does not have any noticeable effect on microorganisms, even within 60 minutes.

Итак, анализ приведенных примеров (табл. 1) показывает, что добавление в поток обрабатываемой воды раствора ионного серебра в процессе СВЧ-обеззараживания и нагрева воды и применение устройства с трубкой расширяющейся формы обеспечивает:So, the analysis of the given examples (Table 1) shows that the addition of a solution of ionic silver to the process water stream during microwave disinfection and water heating and the use of an expanding-form device with a tube provides:

- снижение температуры обеззараживания и нагрева воды на 10°С с 65°С до 55°С;- lowering the temperature of disinfection and heating of water by 10 ° C from 65 ° C to 55 ° C;

- увеличение КПД поглощения СВЧ-энергии на 7%;- increase in the efficiency of absorption of microwave energy by 7%;

- увеличение производительности на 35,1%;- increase in productivity by 35.1%;

- снижение энергозатрат на 21,6%.- reduction of energy consumption by 21.6%.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (2)

1. Способ обеззараживания и нагрева воды путем воздействие СВЧ-энергией на поток обрабатываемой воды заданного размера, проходящий через прямоугольный волновод под углом к его широкой стенке, отличающийся тем, что в поток обрабатываемой воды добавляют водный раствор ионного серебра из расчета его концентрации в обрабатываемой воде 0,01-0,02 мг/л, поток воды имеет расширяющуюся форму от входа в волновод до выхода из него, при этом ширина потока W имеет максимальное значение 0,66 размера широкой стенки волновода, высота h на входе в волновод составляет 0,06-0,15 длины волны и высота его Н на выходе из волновода 0,18-0,47 длины волны.1. A method of disinfecting and heating water by applying microwave energy to a stream of treated water of a given size passing through a rectangular waveguide at an angle to its wide wall, characterized in that an aqueous solution of ionic silver is added to the stream of treated water based on its concentration in the treated water 0.01-0.02 mg / l, the water flow has an expanding shape from the entrance to the waveguide to the exit from it, while the width of the stream W has a maximum value of 0.66 the size of the wide wall of the waveguide, the height h at the entrance to the waveguide is 0.06-0.15 wish to set up the wavelength and height H at the outlet from the waveguide 0,18-0,47 wavelength. 2. Устройство для обеззараживания и нагрева воды, включающее СВЧ-генератор, прямоугольный волновод с фланцами, проходящую через него трубку из радиопрозрачного материала, ось которой расположена под углом к широкой стенке волновода, а также концевую согласованную поглощающую нагрузку, отличающееся тем, что ширина трубки W имеет максимальное значение 0,66 размера широкой стенки волновода, трубка имеет расширяющуюся форму и высота ее h на входе в волновод составляет 0,06-0,15 длины волны, а высота Н на выходе из волновода составляет 0,18-0,47 длины волны и установлена широкой стороной к направлению распространения электромагнитной волны.2. A device for disinfecting and heating water, including a microwave generator, a rectangular waveguide with flanges, a tube made of radiolucent material passing through it, whose axis is at an angle to the wide wall of the waveguide, and also an end coordinated absorbing load, characterized in that the tube width W has a maximum value of 0.66 the size of the wide wall of the waveguide, the tube has an expanding shape and its height h at the entrance to the waveguide is 0.06-0.15 wavelengths, and the height H at the exit of the waveguide is 0.18-0.47 lengths us and set the wide side to the direction of propagation of electromagnetic waves.
RU2016113516A 2016-04-08 2016-04-08 Method for liquids disinfection and heating, and device for its implementation RU2627899C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113516A RU2627899C1 (en) 2016-04-08 2016-04-08 Method for liquids disinfection and heating, and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113516A RU2627899C1 (en) 2016-04-08 2016-04-08 Method for liquids disinfection and heating, and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2627899C1 true RU2627899C1 (en) 2017-08-14

Family

ID=59641899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016113516A RU2627899C1 (en) 2016-04-08 2016-04-08 Method for liquids disinfection and heating, and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2627899C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694034C1 (en) * 2018-06-05 2019-07-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) Method and device for liquid disinfection and heating

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1139439A1 (en) * 1983-01-06 1985-02-15 Институт медико-биологических проблем Apparatus for disinfection and heating aqueous medium
RU2280617C1 (en) * 2004-12-24 2006-07-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Apparatus for combined bactericidal treatment (variations)
UA25505U (en) * 2007-04-03 2007-08-10 Yurii Kindratovych Sydoruk Microwave device for disinfection of water, sift, milk pasteurization and other liquids substances
RU2462099C2 (en) * 2010-10-20 2012-09-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия" Method and installation for low-temperature pasteurisation of liquid products
RU130224U1 (en) * 2011-12-28 2013-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Microwave sterilizer
CN203139159U (en) * 2013-01-31 2013-08-21 凯捷机械(深圳)有限公司 Liquid sterilization and disinfection device
GB2500664A (en) * 2012-03-29 2013-10-02 Quantock Associates Ltd Liquid purification using ultrasound and electromagnetic radiation
CN103386140A (en) * 2013-07-25 2013-11-13 江苏大学 Microwave-based nutrient solution disinfection method
RU2519841C2 (en) * 2011-12-28 2014-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова" (МГУ) Continuous liquid sterilisation method and device for method implementation

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1139439A1 (en) * 1983-01-06 1985-02-15 Институт медико-биологических проблем Apparatus for disinfection and heating aqueous medium
RU2280617C1 (en) * 2004-12-24 2006-07-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Apparatus for combined bactericidal treatment (variations)
UA25505U (en) * 2007-04-03 2007-08-10 Yurii Kindratovych Sydoruk Microwave device for disinfection of water, sift, milk pasteurization and other liquids substances
RU2462099C2 (en) * 2010-10-20 2012-09-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия" Method and installation for low-temperature pasteurisation of liquid products
RU130224U1 (en) * 2011-12-28 2013-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Microwave sterilizer
RU2519841C2 (en) * 2011-12-28 2014-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова" (МГУ) Continuous liquid sterilisation method and device for method implementation
GB2500664A (en) * 2012-03-29 2013-10-02 Quantock Associates Ltd Liquid purification using ultrasound and electromagnetic radiation
CN203139159U (en) * 2013-01-31 2013-08-21 凯捷机械(深圳)有限公司 Liquid sterilization and disinfection device
CN103386140A (en) * 2013-07-25 2013-11-13 江苏大学 Microwave-based nutrient solution disinfection method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694034C1 (en) * 2018-06-05 2019-07-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) Method and device for liquid disinfection and heating

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2778570C (en) Apparatus for treating a fluid with microwave radiation
US7001571B2 (en) Systems and methods for disinfection
Patil et al. Degradation of methyl parathion using hydrodynamic cavitation: effect of operating parameters and intensification using additives
EP0497099B1 (en) Method and apparatus for preserving biological products
Gómez-López et al. Ultraviolet and pulsed light processing of fluid foods
US6723999B2 (en) Electromagnetic wave assisted chemical processing
Boldor et al. Design and implementation of a continuous microwave heating system for ballast water treatment
US20160332127A1 (en) In Line Mixer
CN106179586A (en) A kind of reducing mechanism of medical disposable material
RU2627899C1 (en) Method for liquids disinfection and heating, and device for its implementation
US20060159814A1 (en) Systems and methods for disinfection
RU2694034C1 (en) Method and device for liquid disinfection and heating
EP2334341B1 (en) Resonance chamber, especially for an apparatus for pasteurization of liquid products
AU2001261444B2 (en) Electromagnetic wave assisted chemical processing
US20140251925A1 (en) Bio-fluid treatment device and method
Singh et al. Reduced fouling and enhanced microbial inactivation during online sterilization of cheese whey using UV coil reactors in series
SU1139439A1 (en) Apparatus for disinfection and heating aqueous medium
Hernández-Arias et al. Escherichia coli bacteria inactivation employing ozone and ultraviolet radiation using a reactor with continuously flowing water
AU2001261444A1 (en) Electromagnetic wave assisted chemical processing
Wang et al. Combination of ultraviolet-C light-emitting diodes and a spiral-channel configuration in a water disinfection reactor
Al‐Hilphy Technology of ohmic heating in meat processing
RU2779942C1 (en) Continuous operation water steriliser
WO2023091062A1 (en) A fluid treatment system with an uv lamp in a reactor
JP2014000070A (en) Device for normal temperature sterilization
BR102021014003A2 (en) SEQUENTIAL MULTIREACTOR PROCESS IN CONTINUOUS FLOW ASSISTED BY INDIRECT APPLICATION OF ULTRASOUND

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210409