РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1 Механизм возникновения гидродинамической кавитации 9
1.2 Процесс формирования кавитации 10
1.3 Зародыши кавитации 13
1.4 Окислительно-восстановительные реакции в воде при кавитации . 15
1.5 Факторы, влияющие на кавитацию 16
1.5.2 Давление 17
1.5.4 Свойства воды при кавитационном воздействии 21
1.6 Применение кавитации в различных областях 24
2 Экспериментальная часть исследования 28
2.1 Обзор используемого оборудования 28
2.2 Контрольно-измерительные приборы и оборудование 30
2.3 Регрессионный анализ экспериментальных данных 38
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 40
3.1 Физико-химические параметры дистиллированной воды 40
3.2 Физико-химические параметры кавитационно активированной
дистиллированной воды 42
3.3 Изменения физико-химических свойств воды при повышении температуры в процессе кавитации 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 52
Ограниченность энергетических ресурсов стимулирует рост интереса и развитие зеленых технологий, при которых не используются опасные экологические химические реагенты и вред для окружающей среды минимизирован. Из-за увеличения потребления энергии и истощения ископаемых ресурсов, таких как нефть, газ и уголь, которые являются основными источниками энергии по всему миру, экономическое благосостояние многих государств находится под угрозой. Уменьшение выбросов углекислого газа и других вредных веществ в производственной деятельности — важная задача, которая должна стоять перед промышленностью. Это позволит не только снизить негативное воздействие на окружающую среду, но и повысить эффективность производственных процессов и сберечь ресурсы.
Водоснабжение является одной из самых больших проблем для сельских районов, особенно там, где большая часть населения напрямую зависит от рек, озер, плотин и прудов. При нефтедобывающей деятельности неотъемлемой проблемой является отделение и очистка подтоварной воды. Спутником добываемой нефти является пластовая вода. Отделение и утилизация подтоварной воды при отстаивании извлеченной нефти являются неотъемлемым этапом технологии добычи нефтепродуктов. Традиционные технологии очистки воды включают хлорирование, коагуляцию, биологические методы, мембранные процессы, фотокатализ, адсорбцию, озонирование и т. д. При разработке этих технологий стоит ряд проблем, включая экономическую жизнеспособность, масштабируемость, производство вредных побочных продуктов и более высокие эксплуатационные расходы.
Использование кавитации в последние годы является перспективной альтернативой для очистки и обеззараживания сложных сточных вод. Явление кавитации включает зарождение, рост и схлопывание паровых полостей - пузырьков, в реакторе во многих местах. Схлопывание пузырьков приводит к химическим и физическим эффектам, и оба они способствуют разложению загрязняющих веществ. Принцип очистки воды за счет кавитации основан на том, что внутри схлопывающихся кавитационных пузырьков возникают высокие температуры (1000 °С, по некоторым оценкам - выше) и давления до 10 * 103Па. В таких условиях кавитация сопровождается разложением воды и образованием перекиси водорода H2O2, радикалов ОН* и Н*. При этом в стоках улучшаются цветность, мутность воды, рН смещается в щелочную сторону, уменьшается окислительно-восстановительный потенциал, удельная электропроводность, снижается концентрация растворенного кислорода, происходит обеззараживание, в том числе уничтожаются споры грибков и бактерий. Окислительно-восстановительные радикалы, которые образуются в процессе кавитации, могут использоваться для разложения органических загрязнителей в водной среде. При этом горячая межфазная зона кавитационных пузырьков может играть основную роль в химических реакциях окисления загрязняющих веществ, особенно органических.
Таким образом, исследование изменения температуры в процессе кавитации в контексте изменения pH, окислительно-восстановительного потенциала и кислородосодержания может дать более глубокое понимание кавитационных изменений. Такое фундаментальное понимание может иметь решающее значение для разработки практических применений кавитации, которые еще не полностью изучены.
В работе было проведено экспериментальное исследование влияния кавитационного воздействия на физико-химические свойства воды. Было показано, что при схлопывании кавитационного пузырька происходит локальное повышение температуры и давления, что значительно изменяет свойства воды. Также отмечается, что вода как метастабильная система представляет собой сложный объект исследования. Однако, в данной работе удалось экспериментально описать характер изменения некоторых свойств воды после кавитационного воздействия.
В работе было проведено экспериментальное исследование реакции воды на гидродинамическое кавитационное воздействие при определенных значениях оборотов ротора в кавитационном миксере и времени воздействия. Результаты показали, что при кавитационном воздействии на воду происходят изменения ее физико-химических свойств, таких как электропроводность, водородный показатель (pH), окислительно-восстановительный потенциал, кислородосодержание и др.
В результате эксперимента было обнаружено увеличение температуры, pH, а также уменьшение окислительно-восстановительного потенциала.
Максимальное значение pH достигается при кавитационном воздействии в течение 180 секунд. Также было обнаружено, что минимальное значение ОВП достигается при кавитационной обработке в течение 300 секунд, но остается в области положительных значений. При этом температура повышается с комнатной до ~40 °C. При кавитационной обработке при фоновом повышении температуры pH увеличивается за счет окислительно¬восстановительных реакций - изменения соотношения ОН* и Н* радикалов.
При кавитации в воде происходят сложные окислительно-восстановительные изменения, однако они отличаются от тех же процессов при нагревании. Перераспределение радикальных групп в воде при кавитационном воздействии - сонолиз молекул воды, обеспечивает интенсификацию окислительных процессов при обработке гетерогенных систем.
Исследования показывают, что использование кавитации при очистке сточных вод, добыче нефти и в других технологических сферах может быть перспективно.
