UA30606U

UA30606U - Device for disinfection of water, rarefield mule and other liquids by microwave frequency electromagnetic field

Info

Publication number: UA30606U
Application number: UAU200704247U
Authority: UA
Inventors: Юрий Кондратьевич Сидорук
Original assignee: Юрий Кондратьевич Сидорук
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-03-11

Abstract

A device for disinfections of water, rarefied mule and other liquids by microwave frequency electromagnetic field includes a dielectric tube, emitters of microwave frequency energy, and sections of wave-guide. A dielectric radio-transparent tube with diameter that much exceeds cross-section of wave-guide is located vertically. Microwave frequency emitters in the form of widen wave-guides (horns) are situated near the tube covering it in both azimuth (horizontal) and axial (vertical) directions. Neighboring in both azimuth and axial directions horns are polarization decoupled. Wave-guide sections with microwave frequency generators are in coordination attached to horns and located between horizontally and vertically neighboring horns in the form of short-circuited at ends four-wave line section as decoupling elements.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до обробки рідини та розрідженого мулу електромагнітним полем надвисоких 2 частот і може бути використаним в системах очистки і знезараження води великих і малих населених пунктів, лікарень, питної води, в системах пастеризації молока, пива, соків та інших рідких продуктів.The useful model refers to the treatment of liquid and liquefied sludge with an electromagnetic field of ultra-high 2 frequencies and can be used in water purification and disinfection systems of large and small settlements, hospitals, drinking water, in pasteurization systems of milk, beer, juices and other liquid products.

Проблема знезараження стічних вод, розріджених мулів, які збираються в відстійниках міських очисних споруд, тваринницьких ферм та інших рідин, а також пастеризації рідких продуктів таких як: молоко, пиво, соки, вина то що, незважаючи на велику кількість існуючих способів та засобів, ця проблема на належному рівні 70 не вирішена. Особливо це стосується великих об'ємів - десятки і сотні кубічних метрів на годину.The problem of decontamination of wastewater, thinned sludge that collects in the sumps of city sewage treatment plants, livestock farms and other liquids, as well as pasteurization of liquid products such as: milk, beer, juices, wines is that, despite the large number of existing methods and means, this the problem at proper level 70 is not solved. This especially applies to large volumes - tens and hundreds of cubic meters per hour.

Існуючі способи, такі як: хлорування, озонування, ультрафіолетове опромінення, термічна обробка та вапнування мулів мало ефективні, високозатратні і в ряді випадків створюють додаткову екологічну проблему.Existing methods, such as: chlorination, ozonation, ultraviolet irradiation, thermal treatment and liming of sludge are not very effective, are expensive and in some cases create an additional environmental problem.

Як показали наукові дослідження, застосування електромагнітних полів надвисоких частот для знезараження та пастеризації рідин має ряд переваг. Цей спосіб високоефективний. Він забезпечує, практично, стовідсоткове 12 знищення біобактериальної мікрофлори: хвороботворні мікроби і бактерії, яйця глистів, спори грибків і т.п.As scientific studies have shown, the use of ultra-high frequency electromagnetic fields for disinfection and pasteurization of liquids has a number of advantages. This method is highly effective. It provides practically one hundred percent destruction of biobacterial microflora: disease-causing microbes and bacteria, worm eggs, fungal spores, etc.

Процес знищення біобактеріальної мікрофлори не залежить від прозорості та консистенції рідини, інших фізичних та хімічних параметрів. Відпадає потреба застосування додаткових речовин (реагентів). Експлуатаційні затрати при даному способі в декілька разів менші порівняно з любим з перерахованих вище. Обладнання, за допомогою якого він реалізується компактне, надійне, зручне в експлуатації. Процеси контролю за якістю 20 знезараження, роботи обладнання та управління процесом автоматизуються. Контроль і управління дистанційні і можуть проводитися з любої відстані.The process of destruction of biobacterial microflora does not depend on the transparency and consistency of the liquid, other physical and chemical parameters. There is no need to use additional substances (reagents). Operating costs with this method are several times lower compared to the ones listed above. The equipment with which it is implemented is compact, reliable, and easy to use. Quality control processes of 20 decontamination, equipment operation and process management are automated. Control and management are remote and can be carried out from any distance.

Важливим фактором є те, що мули, знезаражені електромагнітним полем, придатні для використання їх як високоякісного органічного добрива.An important factor is that sludge decontaminated by an electromagnetic field is suitable for use as a high-quality organic fertilizer.

Механізм знищення мікрофлори електромагнітним полем відрізняється від механізмів, які діють при інших 25 способах знезараження. Він полягає в тому, що під дією електричного поля в мікроорганізмах з'являється сила, 2 яка розриває їх на шматки, тому жодний мікроорганізм не може адаптуватися і вижити в даних умовах. Саме цим пояснюється їх стовідсоткове знищення.The mechanism of destruction of microflora by an electromagnetic field differs from the mechanisms that operate in other 25 methods of disinfection. It consists in the fact that under the action of an electric field, a force appears in microorganisms, 2 which tears them into pieces, so no microorganism can adapt and survive in these conditions. This explains their 100% destruction.

Так як ефективність знезараження тим вища чим більша напруженість електричного поля, а остання безпосередньо зв'язана з щільністю потужності, то для підвищення ефективності необхідно збільшувати со 30 концентрацію енергії в зоні взаємодії електромагнітного поля з рідким середовищем як в просторі так і в часі о (імпульсний режим).Since the efficiency of disinfection is higher the greater the intensity of the electric field, and the latter is directly related to the power density, in order to increase the efficiency, it is necessary to increase the energy concentration in the zone of interaction of the electromagnetic field with the liquid medium by 30 both in space and in time o (impulse regime).

Переважна більшість пристроїв, в яких реалізується дія електромагнітного поля на рідину з метою со знезараження чи пастеризації в проточному режимі розрахована на малу, до одного кубічного метру на годину, о продуктивність. Всі вони грунтуються на тому, що радіопрозора трубка або радіопрозорі трубки, по яких 3о протікає рідина перерізають хвилевод, в якому поширюється електромагнітна хвиля. Варіанти реалізації таких со пристроїв представлені в (11, (21, ІЗ) та (41.The vast majority of devices in which the action of an electromagnetic field on a liquid is implemented for the purpose of disinfection or pasteurization in flow mode are designed for low productivity, up to one cubic meter per hour. All of them are based on the fact that a radio-transparent tube or radio-transparent tubes, through which a liquid flows, cut a waveguide in which an electromagnetic wave propagates. Options for the implementation of such devices are presented in (11, (21, IZ) and (41.

В якості аналога вибрано пристрій |4), який складається з двох концентричних радіо прозорих трубок, що перерізають під кутом 202 до широкої стінки хвилевод. «As an analogue, the device |4) was chosen, which consists of two concentric radio-transparent tubes that intersect at an angle of 202 to the wide wall of the waveguide. "

Діапазон частот, який дозволено використовувати в промислових цілях та медицині 2440-2460МГЦц.The frequency range that is allowed to be used for industrial purposes and medicine is 2440-2460MHz.

Стандартний хвилевод для даного діапазону має розміри поперечного перерізу 90х45. Максимальний діаметр о) с трубок, які перерізають даний хвилевод не повинен перевищувати 40мм, так як електрична складова з» електромагнітного поля нерівномірно розподілена по поперечному перерізу і значно спадає біля вузьких стінок.The standard waveguide for this range has cross-sectional dimensions of 90x45. The maximum diameter o) s of the tubes that cross this waveguide should not exceed 40 mm, since the electric component s" of the electromagnetic field is unevenly distributed over the cross-section and decreases significantly near the narrow walls.

Якщо розглянутий вище пристрій використовувати для знезараження великих об'ємів рідини, то при цьому необхідно з'єднувати паралельно велику кількість їх, що потребує складної системи розподілу потоку і, відповідно, складної системи контролю параметрів цих потоків. Очевидно, що для знезараження розріджених іні мулів така система взагалі непридатна через малий діаметр трубопроводів. о Пристрій, що пропонується розрахований на високу, десятки і сотні кубічних метрів рідини на годину, продуктивність. Цей пристрій зображено на Фіг.1 та Фіг.2. Він складається з радіопрозорої труби 1, по якій б» рухається рідина що обробляється електромагнітним полем, випромінювачів електромагнітних хвиль в формі о 50 рупорів 2 та 3, які випромінюють електромагнітні хвилі в зону обробки рідини, прямокутних хвилеводів 4 та 5, в яких збуджується електромагнітна хвиля Н 40, генераторів електромагнітних хвиль 6 та елементів розв'язки в м вертикальному та горизонтальному напрямках 7 та 8 відповідно. Кількість випромінювачів в горизонтальному (азимутальному) напрямку, визначається діаметром труби, але повинна бути парною і може змінюватися від 4 і більше (найчастіше 6-8). В подовжньому (осьовому) напрямку кількість випромінювачів визначається 59 продуктивністю пристрою. с В даному випадку на одне навантаження працює багато генераторів. Взаємний зв'язок і взаємний вплив між ними який відбувається через випромінювачі, приводить до порушення режимів генерації, що значно зменшує потужність, яка поступає в навантаження, і, навіть, до зриву генерації. Найбільший взаємний вплив відбувається між генераторами через випромінювачі, які розташовані поруч, так як значне поглинання 60 електромагнітних хвиль рідиною значно послаблює взаємний зв'язок між опромінювачами, розташованих на більшій відстані, тобто він практично відсутній.If the device discussed above is used to disinfect large volumes of liquid, then it is necessary to connect a large number of them in parallel, which requires a complex flow distribution system and, accordingly, a complex system for controlling the parameters of these flows. It is obvious that such a system is generally unsuitable for decontamination of thinned ini sludge due to the small diameter of the pipelines. o The proposed device is designed for high performance, tens and hundreds of cubic meters of liquid per hour. This device is shown in Fig. 1 and Fig. 2. It consists of a radio-transparent pipe 1, along which a liquid treated by an electromagnetic field moves, emitters of electromagnetic waves in the form of 50 horns 2 and 3, which emit electromagnetic waves into the zone of liquid treatment, rectangular waveguides 4 and 5, in which an electromagnetic wave is excited H 40, generators of electromagnetic waves 6 and elements of the solution in m vertical and horizontal directions 7 and 8, respectively. The number of emitters in the horizontal (azimuth) direction is determined by the diameter of the pipe, but must be even and can vary from 4 or more (most often 6-8). In the longitudinal (axial) direction, the number of emitters is determined by the performance of the device. c In this case, many generators work for one load. The mutual connection and mutual influence between them, which occurs through the emitters, leads to a violation of the generation modes, which significantly reduces the power supplied to the load, and even to the failure of the generation. The greatest mutual influence occurs between generators through emitters that are located next to each other, since the significant absorption of 60 electromagnetic waves by the liquid significantly weakens the mutual connection between emitters located at a greater distance, that is, it is practically absent.

Для запобігання взаємного зв'язку через випромінювачі, розташовані поруч як в поперечному (азимутальному) напрямку, так і в подовжньому (осьовому), в пристрої, що пропонується, використовується декілька способів розв'язки - це поляризаційний спосіб, чвертьхвильові, закорочені на кінцях, відрізки ліній 69 та підбір генераторів, які працюють на різних частотах (рознесення по частоті).To prevent mutual communication through emitters located next to each other both in the transverse (azimuthal) direction and in the longitudinal (axial) direction, the proposed device uses several decoupling methods - this is a polarization method, quarter-wave, shorted at the ends, line segments 69 and selection of generators operating at different frequencies (frequency diversity).

Відомо, що в прямокутному хвилеводі основним (робочим) типом хвилі є хвиля Н 4оу, яка може існувати тільки при умові ХржАкр, Де р - робоча довжина хвилі, Хкр - критична (гранична) довжина хвилі. Для Н 40, в прямокутному хвилеводі Хур-2а, де а - більша сторона прямокутника поперечного перерізу хвилеводу. Хвиля, яка має ортогональну поляризацію порівняно з Н 40 в тому ж хвилеводі - це Но. Її Хкр72б, де р - менша сторона прямокутника поперечного перерізу хвилеводу. В більшості випадків в стандартному прямокутному хвилеводіIt is known that in a rectangular waveguide, the main (working) type of wave is the H 4ou wave, which can exist only under the condition ХржАкр, where р is the working wavelength, Хкр is the critical (limiting) wavelength. For H 40, in the rectangular waveguide Khur-2a, where a is the larger side of the rectangle of the cross-section of the waveguide. A wave that has an orthogonal polarization compared to Н 40 in the same waveguide is Но. Its Khkr72b, where p is the smaller side of the waveguide cross-section rectangle. In most cases, in a standard rectangular waveguide

Б-а/2. При частоті генератора 2450МГц, (Хр-122мм) використовується стандартний хвилевод 90х45 (мм). В цьому випадку хкр що -180мм, Хр ни -90мм, тобто Но може поширюватися в такому хвилеводі, а Но - ні. 70 Таким чином, якщо до випромінювачів (рупорів) 2 та З, що розташовані поруч, узгоджено приєднати прямокутні хвилеводи 4 та 5, широкі стінки яких повернути на 90 г, одна відносно другої, то за рахунок взаємного зв'язку в них будуть збуджуватися хвилі Н 04, для яких хвилевод є фільтром і тому електромагнітна хвиля в сусідній генератор не попаде.B-a/2. At a generator frequency of 2450MHz, (Xr-122mm) a standard 90x45 (mm) waveguide is used. In this case, HCR is -180 mm, Hr is -90 mm, that is, No can propagate in such a waveguide, but No - not. 70 Thus, if it is agreed to connect rectangular waveguides 4 and 5 to the emitters (horns) 2 and Z, which are located next to each other, the wide walls of which are turned by 90 g relative to each other, then waves will be excited in them due to mutual communication H 04, for which the waveguide is a filter and therefore the electromagnetic wave will not enter the nearby generator.

Для зменшення взаємного впливу між джерелами енергії, які розташовані далі і мають однакову поляризацію 7/5 Через струми, що протікають по металевій оболонці, яка охоплює діелектричну трубу, використовуються чвертьхвильові закорочені відрізки ліній по вертикалі 7 та горизонталі 8, а також використання генераторів рознесених по частоті.To reduce the mutual influence between energy sources that are located further away and have the same polarization 7/5 Through the currents flowing through the metal shell that covers the dielectric tube, quarter-wave shortened segments of lines are used vertically 7 and horizontally 8, as well as the use of generators spread across frequency

Пристрій по п. 1, який відрізняється тим, що в середині діелектричної радіопрозорої труби 1 розташована коаксіально друга труба 9, Фіг.3 та Фіг.4 діелектрична або металева. Для подачі води використовується 2о горизонтальний патрубок 10, розташований горизонтально таким чином, що його вісь є дотичною до кола, діаметр якого є середнім арифметичним між внутрішнім діаметром зовнішньої труби і зовнішнім діаметром внутрішньої труби.The device according to claim 1, which is characterized by the fact that in the middle of the dielectric radio-transparent tube 1 there is a coaxial second tube 9, Fig. 3 and Fig. 4 dielectric or metal. For water supply, a 2o horizontal pipe 10 is used, located horizontally in such a way that its axis is tangent to the circle, the diameter of which is the arithmetic mean between the inner diameter of the outer pipe and the outer diameter of the inner pipe.

При такій конструкції рідина, що поступає в міжтрубний простір набуває обертовий характер руху, що сприяє рівномірному опроміненню електромагнітним полем, а зменшення проміжку між трубами сприяє концентрації ов електромагнітного поля в зоні обробки.With such a design, the liquid entering the space between the pipes acquires a rotating character of movement, which contributes to uniform exposure to the electromagnetic field, and the reduction of the gap between the pipes contributes to the concentration of the electromagnetic field in the treatment zone.

Перелік фігур креслення. -List of drawing figures. -

Фіг1 - Пристрій для знезараження води, розрідженого мулу та інших рідин електромагнітним полем надвисоких частот. Вертикальний переріз.Fig. 1 - Device for disinfection of water, liquefied sludge and other liquids with an electromagnetic field of ultra-high frequencies. Vertical section.

Фіг2 - Пристрій для знезараження води, розрідженого мулу та інших рідин електромагнітним полем «с зо надвисоких частот. Горизонтальний переріз.Fig. 2 - Device for disinfection of water, liquefied sludge and other liquids with an electromagnetic field of ultra-high frequencies. Horizontal section.

Фіг.3 - Розташування внутрішньої діелектричної або металевої труби в середині зовнішньої радіопрозорої о труби та патрубка подачі води по п. 2. (Вигляд збоку). «сFig. 3 - The location of the internal dielectric or metal pipe in the middle of the external radio-transparent pipe and the water supply pipe according to item 2. (Side view). "with

Фіг.4 - Розташування внутрішньої діелектричної або металевої труби в середині зовнішньої радіопрозорої труби та патрубка подачі води по п. 2. (Вигляд зверху). (ав)Fig. 4 - Location of the internal dielectric or metal pipe in the middle of the external radio-transparent pipe and the water supply pipe according to point 2. (View from above). (av)

Можливість здійснення пристрою: с 1. Пристрій для знезараження води, розрідженого мулу та інших рідин електромагнітним полем надвисоких частот, який включає діелектричну трубу, випромінювачі НВЧ енергії, відрізки хвилеводів, і відрізняється тим, що діелектрична радіопрозора труба, діаметр якої значно перевищує розміри поперечного перерізу хвилеводу розташована вертикально; випромінювачі НВЧ енергії, в формі розширених хвилеводів (рупорів), розташовані « навколо труби, охоплюючи її, як в азимутальному (горизонтальному) так і в осьовому (вертикальному) з с напрямках, при цьому сусідні як по азимуту так і по осі, рупори поляризаційно розв'язані; відрізки хвилеводів з генераторами НВЧ енергії узгоджено приєднані до рупорів і між сусідніми по горизонталі і з вертикалі рупорами розташовані, в формі закорочених на кінцях чвертьхвильових відрізків ліній, розв'язуючі елементи. 2. Пристрій по п. 1, який відрізняється тим, що в середині діелектричної радіопрозорої труби, діаметр со якої значно перевищує розміри поперечного перерізу хвилеводу коаксіально розташована друга труба діелектрична або металева і патрубок подачі води розташований горизонтально, таким чином, що його вісь є о дотичною до кола, діаметр якого є середнім арифметичним між внутрішнім діаметром зовнішньої труби і б зовнішнім діаметром внутрішньої труби. Можливість реалізації винаходу підтверджені також теоретичним та експериментальним шляхом. («в») Схема побудови експериментального макету аналогічна схемі, зображеній на Фіг. 1. Внутрішній діаметр трубиThe possibility of implementing the device: c 1. A device for decontamination of water, thinned sludge and other liquids by an ultra-high frequency electromagnetic field, which includes a dielectric tube, microwave energy emitters, waveguide segments, and is distinguished by the fact that it is a dielectric radio-transparent tube, the diameter of which significantly exceeds the dimensions of the cross section the waveguide is located vertically; emitters of microwave energy, in the form of extended waveguides (horns), are located "around the pipe, covering it both in azimuthal (horizontal) and axial (vertical) directions, while adjacent both in azimuth and axis, the horns are polarized untied; segments of waveguides with microwave energy generators are coherently connected to the horns, and decoupling elements are located between horizontally adjacent and vertically adjacent horns in the form of lines shortened at the ends of quarter-wave segments. 2. The device according to item 1, which is characterized by the fact that in the middle of the dielectric radio-transparent tube, the diameter of which significantly exceeds the dimensions of the cross-section of the waveguide, a second dielectric or metal tube is coaxially located and the water supply nozzle is located horizontally, so that its axis is o tangent to the circle, the diameter of which is the arithmetic mean between the inner diameter of the outer pipe and the outer diameter of the inner pipe. The possibility of implementing the invention was also confirmed theoretically and experimentally. ("c") The scheme of constructing an experimental layout is similar to the scheme shown in Fig. 1. The inner diameter of the pipe

Фо ЗО0О0мм. В азимутальному напрямку використовувалися шість опромінювачів, три з них випромінювали хвилі з вертикальною поляризацією і три з горизонтальною. До випромінювачів відповідно було приєднано шість відрізків хвилеводів і шість магнетронів фірми ТО5НІВА потужністю 800Вт. В осьовому напрямку в Використовувалися два модулі по шість випромінювачів. Всього було використано 12 випромінювачів з 12-ма магнетронами. Висота стовпа рідини, що обробляється становила 450см. Об'єм рідини, на яку діяло с електромагнітне поле 31,5дм3. Температура рідини на вході пристрою 372С, температура рідини на виході 672С, час дії електромагнітного поля Зхв. Рідина, що оброблялася - розріджений мул комунально-побутових стоків. Вхідна рідина досліджувалася на наявність хвороботворної мікрофлори за допомогою медичного бо мікроскопа. Було виявлено ряд хвороботворних бактерій та мікробів в тому числі гепатиту, яйця гельмінтів та інші. Після обробки цієї рідини електромагнітним полем в макеті, описаним вище і при описаних вище режимах вся мікрофлора була знищена. в5Fo ZO0O0mm. Six irradiators were used in the azimuthal direction, three of them emitted waves with vertical polarization and three with horizontal. Accordingly, six sections of waveguides and six magnetrons of the company TO5NIVA with a power of 800 W were attached to the emitters. In the axial direction, two modules of six emitters were used. A total of 12 emitters with 12 magnetrons were used. The height of the treated liquid column was 450 cm. The volume of the liquid on which the electromagnetic field acted was 31.5 dm3. The temperature of the liquid at the inlet of the device is 372C, the temperature of the liquid at the outlet is 672C, the duration of the electromagnetic field Зхв. The treated liquid is a diluted municipal sewage sludge. The incoming liquid was examined for the presence of pathogenic microflora using a medical microscope. A number of disease-causing bacteria and microbes, including hepatitis, helminth eggs and others, were discovered. After treating this liquid with an electromagnetic field in the layout described above and under the conditions described above, all the microflora was destroyed. in5

Claims

The formula of the invention

1. A device for disinfecting water, thinned sludge and other liquids with an ultra-high frequency electromagnetic field, which includes a dielectric tube, HF energy emitters, waveguide sections, which is characterized by the fact that the dielectric radio-transparent tube, the diameter of which significantly exceeds the dimensions of the cross-section of the waveguide, is located vertically ; emitters of microwave energy, in the form of extended waveguides (horns), are located around the pipe, covering it in both azimuthal (horizontal) and axial (vertical) directions, while adjacent, both in azimuth and axis, the horns are polarized untied; segments of waveguides with HF energy generators are coherently connected to the horns, and between horizontally and vertically adjacent horns are located in the form of lines shortened at the ends of quarter-wave segments, 7/0 decoupling elements.

2. The device according to claim 1, which differs in that inside the dielectric radio-transparent tube, the diameter of which significantly exceeds the dimensions of the cross-section of the waveguide, a second dielectric or metal tube is coaxially located and the water supply nozzle is located horizontally, so that its axis is tangent to circle, the diameter of which is the arithmetic mean between the inner diameter of the outer pipe and the outer diameter /5 of the Inner pipe. shchi with (Se) o (Se) o Zo «o

- and? o o (22) o (42) 60 b5