Способ и устройство для обработки жидкости

010012 Область техники Изобретение относится к области обработки жидкости с помощью химических, физических или физико-химических процессов с использованием энергий электрического, магнитного и электромагнитного полей и предназначено для улучшения свойств жидкости, в частности за счет добавки кислорода или других газов, в результате комплексного воздействия различных внешних факторов. Изобретение включает способ обработки и устройство для его реализации. Уровень техники Рассмотрим основные требования к жидкости на примере воды. Особо важная проблема - как обезопасить сырую воду. В современной технике обработки воды таких методов большое количество. Все существующие методы можно классифицировать следующим образом: наиболее распространены и просты химические методы - хлорирование, озонирование и некоторые другие [патенты США 5683576, Олсен Устройство для озонирования воды; 6511602, Мияшита Устройство и способ для обработки воды; 6547947, Уно и др. Способ и устройство для обработки воды;] находят применение микробиологические методы очистки [патент США 6565749, Хоу и др. Фильтр для микроорганизмов]; известен ряд электрофизических методов - облучение ультрафиолетовым светом, обработка высоковольтным разрядом и другие [патенты США 6555835, Вайдевен Система и способ для ультрафиолетозонового окисления; 6583422, Бом Очиститель воды ультрафиолетом; 5591317, Питтс Электростатические устройство для обработки воды; 5575974, Вюрзбургер Устройство и способ для биоцидной обработки анодным окислением; 4024047, Кларк Устройство для электростатической обработки воды]; известны с древности методы обеззараживания воды введением ионов металлов: серебра и некоторых других [патенты США 6565893, Джоунс и др. Способ изготовления дезинфицирующего средства; 6495052, Маямото Система и способ для обработки воды]; находит применение также магнитная обработка воды [патенты США 6491825, Камибаяши и др. Способ применения устройства для магнитной обработки; 5304302, Боссерт Устройство для обработки жидкости переменным магнитным и электрическим полями]. Но все же на сегодня ни один из известных методов - и хлорирование, и озонирование, и другие методы по отдельности не дают стопроцентной гарантии в том, что обработанная сырая вода годна к употреблению. Следовательно, важным требованием к употребляемой воде является отсутствие микробов, вирусов и других простейших, вредных для здоровья человека. Известны своими лечебными свойствами природные воды таких курортов как Трускавец, Моршин и другие, которые полезны как для здорового человека, так и при заболеваниях желудочного тракта, сосудистых проблем и ряде других заболеваний. Особенность этих вод состоит в том, что при их слабой минерализации - порядка 30-40 мг на литр, содержание аэроионов - кислорода, азота, углекислого газа и других компонентов воздуха на порядок превышает их содержание в обычной воде. Именно высокое содержание последних и определяет положительный эффект воды в стабилизации работы желудочного тракта, печени, почек, способствует очищению организма. Однако невысокая стабильность аэроионов в природных водах не позволяет использование этих вод за пределами известных здравниц. Аппараты аэрирования воды построены в основном по принципу пропускания воздуха под давлением через объем воды [патент США 4936552, Ротрок Устройство для аэрации]. Эффективность таких аппаратов относительно невысокая. Отсюда вторым важным требованием к воде является повышенное содержание аэроинов - компонентов воздуха и, в особенности, ионов кислорода. Одно из основных требований к любой жидкости, в том числе и воде, стабильность ее состава при длительном хранении и даже при ее нагревании. Известно, что в природных условиях более или менее стабильна и, следовательно, полезна при употреблении, талая вода. Она сохраняет при таянии структуру льда, структуру, в которой атомы примесей упорядочены. Каждый атом в такой воде окружен сольватной водной оболочкой, которая препятствует выпадению в осадок растворенных в воде солей. Наличием макромолекул со структурой льда, в состав которых входит порядка тысячи молекул воды, и определяется стабильность воды. Были попытки стабилизировать состав воды путем пропускания через систему постоянных магнитов: [патенты США 5716529, Мейсон Магнитный очиститель жидкости; 5656171, Страчвиц Способ магнитной активации; 5378362, Шопе Устройство для магнитной обработки воды; 4407719, Ван Горп Устройство для магнитной обработки воды]. Но в силу незначительных эффектов воздействия вследствие малой величины магнитной индукции используемых магнитов подобная обработка не получила широкого распространения. Кипячение или нагрев приводят к разрушению сольватной оболочки, к усилению процесса образования нерастворимых осадков и, как следствие, к возникновению проблем с ее употреблением.-1 010012 Из всего сказанного следует, что наряду с требованиями ГОСТа по химическому составу, следует предусмотреть: возможность употребления воды в сыром виде без кипячения, но при этом должно быть обеспечено ее полное обеззараживание; следует обеспечить максимальное введение в состав воды аэроинов, в особенности кислорода, для улучшения ее потребительских свойств; минеральный состав воды должен быть стабильным и не разрушаться с образованием накипи даже при нагреве. К сожалению, в настоящее время все эти проблемы воды не решены как в методическом плане, так и аппаратурном - по разработке соответствующих систем обработки воды для индивидуального и коллективного пользования. Проблемы обеззараживания, насыщения кислородом и другими газами, а также стабилизация состава существуют и в ряде современных процессов обработки других жидкостей, таких как неорганические и синтетические масла, различные виды жидких топлив, соки и жидкие продукты питания, лекарственные препараты в жидком виде и многие другие. Сущность изобретения Таким образом, главной задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для обработки жидкости, которые решают указанные проблемы в комплексе. Техническим эффектом настоящего изобретения является обеззараживание, насыщение жидкости аэроионами, в особенности кислородом, и стабилизация состава, позволяющая длительное время сохранять в жидкости приобретенные в результате обработки новые качества. Для решения указанной проблемы комплексно использованы практически все ныне известные методы обработки жидкостей. Поставленная задача в предлагаемом способе обработки жидкостей, включающем этап смешивания газа и жидкости, этап обработки полученной смеси электрическим и магнитным полями, решена тем, что жидкость в газовой среде переводят в мелкодисперсное пылевидное состояние и затем подвергают ее совместно с проточным газом действию электрического поля путем введения жидкостной дисперсии в межэлектродное пространство с высоковольтным напряжением. Обработанную в электрическом поле жидкостную дисперсию в газовой среде дополнительно обрабатывают импульсным магнитным полем путем введения ее в зону действия импульсного магнитного поля. После обработки жидкостной дисперсии электрическим полем излишний поверхностный электрический заряд снимают с нее, пропуская через сетчатый электрод с нулевым потенциалом. Обработку жидкостной дисперсии в газовой среде импульсным магнитным полем осуществляют последовательно в нескольких зонах, причем направление магнитного поля в каждой из зон изменяется на противоположное, так чтобы направление импульсного магнитного поля в зоне действия совпадало или было противоположным направлению движению жидкостной дисперсии в газовой среде. Предпочтительно обработку жидкостной дисперсии в газовой среде осуществляют в межэлектродном пространстве постоянным электрическим полем с напряжением в пределах от 30 до 50 кВ. Обработку импульсным магнитным полем осуществляют с максимальной индукцией в пределах от 0,5 до 1,5 Т и скоростью нарастания магнитной индукции 104-105 Т/с при частоте повторения импульсов 300-500 Гц. В качестве жидкости применяют воду, а в качестве газовой среды - воздух или кислород или в качестве жидкости применяют углеводородное топливо, а в качестве газовой среды - воздух или кислород Поставленная задача в устройстве для обработки жидкости, содержащем входы для подачи жидкости и газа, электроды, связанные с источником высокого напряжения, а также источник магнитного поля,решена тем, что оно снабжено диспергатором, соединенным с входами для подачи жидкости и газа и снабженным соплом для выведения потока газожидкостной дисперсии в направлении анода, выполненного кольцевым и соединенного с источником постоянного высоковольтного напряжения, причем катодом является сопло диспергатора, а далее по потоку дисперсии установлен накопитель для сбора и отвода обработанной жидкости. Источник магнитного поля может быть выполнен в виде хотя бы одного кольцевого электромагнита, размещенного между кольцевым анодом и накопителем, причем сердечник кольцевого электромагнита охватывает поток газожидкостной дисперсии, а обмотка соединена с источником электрических токовых импульсов. Между анодом и накопителем могут быть последовательно установлены несколько (не менее шести) кольцевых электромагнитов, сердечники которых охватывают поток газожидкостной дисперсии, а обмотка каждого следующего электромагнита соединена с источником импульсного сигнала в противофазе с предыдущей. Кольцевой анод может быть выполнен из металла, например из серебра, предназначенного для расходования в процессе обработки.-2 010012 Метод получения аэрированной жидкости в соответствии с настоящим изобретением основывается на электрохимических процессах, протекающих при ионно-плазменной обработке пылевой дисперсии жидкости в атмосфере воздуха с последующей стабилизацией и закреплением ее состава сильным импульсным магнитным полем. При этом происходит обработка ее ультрафиолетовым излучением, озонирование и ряд других процессов, идентичных тем, что наблюдаются в природе при разряде молнии в грозовом облаке. Краткое описание чертежей Фиг. 1 - схематическое изображение заявляемой установки обработки жидкости на примере обработки воды; фиг. 2 - спектры пропускания инфракрасного излучения (ИК) исходной (1) и обработанной воды (2); фиг. 3 - изменение количества растворенного кислорода для исходной (1) и обработанной воды (2); фиг. 4 - схематические представления дипольной структуры воды: (а) после обработки электрическим полем (неупорядоченная структура) и (б) упорядоченная стабильная структура воды после импульсной магнитной обработки. Подробное изложение изобретения и предпочтительные примеры реализации Реализация способа будет показана при описании установки для обработки воды в соответствии с настоящим изобретением, схематическое изображение которой приведено на фиг. 1. Здесь воду и воздух после предварительной очистки различными фильтрами (не показаны) подают под давлением 2-3 атм в диспергатор 1 через соответствующие входы 2 и 3 для получения мелкодисперсного состояния воды. Смесь диспергированной воды с воздухом из сопла 4 пропускают через постоянное электрическое поле, кольцевой анод 5 которого располагают в потоке водно-воздушной дисперсии. На кольцевой анод 5 подают положительный высокий потенциал от +30 до +50 кВ. Катодом в этом случае является непосредственно корпус диспергатора 1. В результате между анодом и катодом возникает электрический ток, при котором происходит частичная ионизации водно-воздушной смеси с образованием озона. Этот озон непосредственно используют для обеззараживания воды в водно-воздушной пылевой дисперсии, в которой он получен. Помимо озонирования обеззараживание воды осуществляют вследствие ультрафиолетового свечения, возникающего при протекании электрического тока через водно-воздушную пылевую дисперсию (фиг. 2). Снятие излишнего объемного заряда осуществляют сетчатым заземленным катодом 6, устанавливаемым в непосредственной близости от анода 5. В дальнейшем водно-воздушную смесь подвергают действию сильных импульсных магнитных полей с индукцией в пределах от 0,5 до 1,5 Т и скоростью нарастания магнитной индукции порядка 104-105 Т/с. Указанные магнитные поля создают посредством кольцевых электромагнитов 71-7n. Выводы обмоток электромагнитов подключены к источнику (источникам) переменного электрического тока (не показаны). При этом указанные магнитные поля индуцируют в водно-воздушной пылевой дисперсии импульсное электрическое поле с потенциалом= 104-105 В. Длительность импульса электрического поля составляет величину в пределах tи = 100-300 мкс при частоте их повторения а пределах f= 300-500 Гц. В результате взаимодействия индуцированных импульсных электрических полей с дипольной системой водно-воздушной смеси осуществляют интенсивное перемешивание с образованием более сложной упорядоченной структуры воды, в которой количество растворенного кислорода практически удваивается. Прошедшую описанную обработку воду конденсируют и собирают в накопителе 8. Для исследования основных параметров воды, полученной на установке в соответствии с настоящим изобретением, использовали следующие аналитические методы. рН-метрия Измерение кислотности воды до и после обработки проводили на стандартном рН-метре с точностью до 0,1. Исходная вода имела кислотность 6,5-6,8. Исходная вода после обработки соответственно 7,3-7,5. Таким образом, в результате обработки в соответствии с настоящим изобретением происходит нормализация исходного состояния воды. ИК-спектрометрия ИК-спектры воды исследовали на Фурье-спектрометре в интервале длин волн с волновым числом от 80 до 4000 см-1. Результаты этих исследований показаны на фиг. 3. Видно из приведенного спектра, что обработанная вода (кривая 2) в сравнении с необработанной водой (кривая 1) имеет дополнительные максимумы поглощения, связанные с более сложной структурой связей О-Н-О. Анализ растворенного кислорода Измерение количества свободного растворенного кислорода в исходной и в обработанной воде производили методом поляриметрической ячейки Кларка. Исходная вода содержит растворенный кислород в количестве 13 мг/л. Вода после обработки содержит соответственно 22 мг/л растворенного кислорода.-3 010012 Таким образом, обработка исходной воды в соответствии с настоящим изобретением приводит к удвоению содержания растворенного в воде кислорода. Было исследовано изменение содержания растворенного в воде кислорода со временем (фиг. 3). Из приведенной кривой видно, что в течение первых двух часов хранения происходит уменьшение количества растворенного кислорода с 22 до 18 мг/л. При дальнейшем хранении обработанной воды указанное количество растворенного кислорода практически сохраняется. Происходящие при обработке водно-воздушной пылевой дисперсии процессы, такие как протекание электрического тока и сопровождающее его ультрафиолетовое изучение с образованием озона в водной среде приводят к образованию разупорядоченной дипольной структуры воды (фиг. 4 а). В дальнейшем, при обработке полученной водной дисперсии импульсным магнитным полем, имеет место ориентация дипольных моментов молекул воды в направлении индуцированного электрического поля с образованием упорядоченной многоатомной структуры (фиг. 4 в). В состав многоатомных молекул воды включаются примесные атомы солей, растворенных в воде, аэроионы и другие атомы и структурные образования. В результате упорядоченная дипольная структура воды характеризуется стабильным составом, идентичным тем, что образуются в природе при разряде молнии в грозовом облаке. В результате действия вышеуказанных процессов: подвергают вредные органические примеси окислительной деструкции; уничтожают микроорганизмы; обогащают воду активным кислородом; придают воде свойства, которые сохраняются при нагревании, кипячении и длительном хранении без образования нерастворимых известковых осадков; стабилизируют и сохраняют в воде необходимые организму ионы кальция, магния, калия, фтора,йода; придают воде антибактериальные свойства, сохраняющиеся длительное время из-за введения в нее небольшого количества ионов серебра из расходуемого катодного электрода. Полученная настоящим способом на настоящей установке аэрированная питьевая вода, как и ее природные аналоги, способствует улучшению состояния здоровья человека при аллергических заболеваниях, артритах и артрозах, заболеваниях желудочно-кишечного тракта, печеночно-почечной недостаточности, мочекаменной болезни, варикозной болезни и склонности к отекам, снижении иммунитета. Аэрированная вода может быть рекомендована для употребления как в сыром виде, так и для приготовления на ее основе различных блюд, напитков и отваров. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки жидкости, включающий этап смешивания газа и жидкости, этап обработки жидкости электрическим разрядом путем введения ее в межэлектродное пространство с высоковольтным напряжением и этап обработки магнитным полем, отличающийся тем, что жидкость в газовой среде переводят в мелкодисперсное пылевидное состояние, действию электрического разряда подвергают жидкостную дисперсию совместно с проточным газом, а обработку магнитным полем осуществляют путем введения жидкостной дисперсии совместно с проточным газом в зону действия импульсного магнитного поля с максимальной индукцией в пределах от 0,5 до 1,5 Т и скоростью нарастания магнитной индукции 104-105 Т/с при частоте повторения импульсов 300-500 Гц. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке газожидкостной дисперсии электрическим разрядом в нее дополнительно вводят ионы металла из расходуемого электрода (анода). 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют расходуемый электрод, изготовленный из серебра. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после обработки жидкостной дисперсии коронным электрическим разрядом поверхностный электрический заряд снимают с нее, пропуская через сетчатый электрод с нулевым потенциалом. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку жидкостной дисперсии в газовой среде импульсным магнитным полем осуществляют многократно, причем направление магнитного поля при каждой обработке изменяют на противоположное. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что обработку жидкостной дисперсии в газовой среде производят путем последовательного введения ее более чем в одну зону действия импульсного магнитного поля. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что направление импульсного магнитного поля в зоне действия совпадает или противоположно направлению движения жидкостной дисперсии в газовой среде. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку жидкостной дисперсии производят в межэлектродном пространстве высоковольтным напряжением в пределах от 30 до 50 кВ. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости применяют воду, а в качестве газовой среды - воздух или кислород.-4 010012 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости применяют углеводородное топливо, а в качестве газовой среды - воздух или кислород. 11. Устройство для обработки жидкости, содержащее входы для подачи жидкости и газа в устройство для введения газа в жидкость, электроды, связанные с источником высокого напряжения, а также источник магнитного поля, отличающееся тем, что устройство для введения газа в жидкость выполнено в виде диспергатора, снабженного соплом для выведения потока жидкостной дисперсии совместно с проточным газом в направлении анода, выполненного кольцевым и соединенного с источником постоянного высоковольтного напряжения, причем катодом является сопло диспергатора, при этом источник магнитного поля выполнен импульсным с максимальной индукцией каждого импульса в пределах от 0,5 до 1,5 Т и скоростью нарастания магнитной индукции в импульсе 104-105 Т/с при частоте повторения импульсов 300-500 Гц, а далее по потоку дисперсии установлен накопитель для сбора и отвода обработанной жидкости. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что источник магнитного поля выполнен в виде хотя бы одного кольцевого электромагнита, размещенного между кольцевым анодом и накопителем, причем сердечник кольцевого электромагнита охватывает поток газожидкостной дисперсии, а обмотка соединена с источником импульсного сигнала. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что между анодом и накопителем последовательно установлены N (N6) кольцевых электромагнитов, сердечники которых охватывают поток газожидкостной дисперсии, а обмотка каждого следующего электромагнита соединена с источником импульсного сигнала в противофазе с предыдущей. 14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что хотя бы один участок кольцевого анода выполнен из металла, предназначенного для расходования в процессе обработки. 15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что хотя бы один указанный участок кольцевого анода выполнен из серебра.