Printer Friendly

Investigation of solid particles under the action of an acoustic field/Skystyje esanciu kietuju daleliu saveikos akustiniame lauke tyrimas.

Ivadas

Lietuva--vienintele Europoje salis, geriamajam vandeniui isgauti naudojanti vien tik pozemini vandeni. Tinkamo gerti pozeminio vandens Lietuvoje yra beveik 10 kartu daugiau nei dabar suvartojame. Taciau beveik neturime tokio pozeminio vandens, kuris dar budamas pozemyje ar jau pakeltas i zemes pavirsiu atitiktu visus geriamojo vandens higienos normos reikalavimus. Jame beveik visada yra per daug gelezies, todel jis, zemes pavirsiuje gaves deguonies, drumsciasi, ruduoja, is jo krinta rudos ar juodos (jei tokiame vandenyje yra dar ir mangano) nuosedos. Su sia problema palyginti nesunkiai susidoroja beveik visi geriamojo vandens tiekejai (Vandentvarka 41: 20).

Lietuvos higienos norma HN 24:2003 Geriamojo vandens saugos ir kokybes reikalavimai reglamentuoja, kad bendrosios gelezies koncentracija geriamajame vandenyje nevirsytu 200 [micro]g/l, mangano koncentracija--50 [micro]g/l, o drumstumas--4 DV. Todel visoje Lietuvoje yra vandens gerinimo irenginiai, kurie salina is geriamojo vandens gelezi ir mangana, mazina vandens drumstuma (HN 24: 2003).

Pozeminiame vandenyje gelezis aptinkama dvivalentes gelezies jonu [Fe.sup.2+] arba hidratuotu jonu--nuo Fe[(OH).sup.+] iki Fe[(OH).sub.sup.2+]--pavidalo. Sarmingesniame pozeminiame vandenyje gelezis daznai esti kaip gelezies hidrokarbonatas, o esant vandenyje vandenilio sulfido--kaip dvivalentes gelezies sulfidas. Be to, dvivalente ir trivalente gelezis aptinkama ir kompleksiniu junginiu su neorganines (sulfatai, silikatai, fosfatai ir kt.) ir organines (humuso, fulvo ar tanino rugstys) kilmes ligandais pavidalo (Jankauskas et al. 2007).

Vandeni veikiant ultragarsu, jame vyksta fizikiniai cheminiai procesai. Ultragarso vibracijos sukelia medziagu dispersija, koaguliacija ir degazacija (duju salinimas) bei daro itaka kristalizacijos ir tirpsmo procesams, taip pat ultragarso virpesiai sukelia ivairiu cheminiu medziagu transformacijas, iskaitant oksidacijos, polimerizacijos ir depolimerizacijos procesus ([TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] 2009).

Vykstant koaguliacijos procesui, is pradziu junginys susiformuoja is dvieju pirminiu daleliu, veliau prie siu dvieju daleliu junginio prisijungia dar po viena pirmine dalele. Nenutraukiant proceso, jis progresuoja ir jungiantis dalelems prie junginio susidaro triju, keturiu ir t. t. daleliu junginiai. Sprendziant bet kurios daleles difuzini suartejima su tam tikra nejudancia erdveje dalele, nejudancios daleles susidurimas su kita dalele vyksta kiekviena karta, kai daleles suarteja iki atstumo R = 2r (CMouyxoBCKHft 1916).

Daugelio mokslininku, kurie tyre ultragarso poveiki cheminiams procesams, buvo irodyta, kad, veikiant garso bangomis, oksidacijos reakcijos vyksta daug intensyviau. Suintensyveja taip pat ir skilimo, organiniu bei neorganiniu junginiu reakcijos, makromolekuliu polimerizacija ir depolimerizacija, galiausiai--molekuliniai persigrupavimai. Suintensyvejusios chemines reakcijos, veikiant ultragarsui, yra skirstomos i tipus:

1) oksidacijos ir redukcijos reakcijos tirpaluose;

2) istirpusiu duju kavitacija (burbuliuku susidarymas);

3) makromolekuliu skilimo, kurios sukelia polimerizacijos efekta;

4) steroizomerizacijos grandinines reakcijos (Bhkvihh 2009).

Tyrimo objektas

Tyrimo objektas--ndens valymo sistema, naudojant pjezokeramini ultragarso keitikli. Eksperimento esme--nustatyti, koki poveiki gelezies daleliu koaguliacijai daro ultragarso bangos.

Bendraja gelezimi prisotintas vanduo siauru kanalu tekes specialiaja pjezokeramikos dalimi (3 pav.), kur bus veikiamas aukstojo daznio ultragarso bangomis.

Eksperimentas bus kartojamas 16 kartu, keiciant bangu dazni intervalu nuo 8 iki 20 kHz. Taip bus nustatyta akustinio lauko itaka gelezies daleliu oksidacijai ir koaguliacijai. Kadangi vanduo bus minimaliai paveiktas oksidacijos procesu, tai leis nustatyti ultragarso fizikiniu ir cheminiu procesu itaka gelezies daleliu koaguliacijai.

Vanduo salyti su oru tures talpykloje, is kurios tekes i pjezokeraminio keitiklio specialiaja dali, ir istekedamas i megintuvelius.

Eksperimentinis stendas ir tyrimo metodika

Garso daromai itakai istirti vandenyje istirpusios bendrosios gelezies koaguliacijos procesams buvo sukonstruotas eksperimentinis stendas (4 pav.), kuri sudaro vandens talpykla 1, skirta pastoviam vandens lygiui palaikyti, kad isliktu pastovus debitas. Ji panardinta i pagrindine vandens talpykla 3, is kurios isteka skystis, atsukus sklende 4. Pirmasis meginys, dar nepaveiktas garso bangu, bus paimtas i megintuveli A. Sio megintuvelio turinys bus istirtas ir nustatyta dvivalentes, tivalentes gelezies ir bendroji gelezies koncentracija vandenyje. Kiti meginiai bus veikiami garso bangomis. Vanduo pratekes pro specialiaja pjezokeraminio ultragarso keitiklio dali 6, kur bus paveiktas pjezokeraminio ultragarso keitiklio 7, kuris bus prijungtas prie dazniu generatoriaus 8. Galiausiai paveiktas vanduo istekes i megintuveli A.

Siekiant nustatyti, koki poveiki dvivalentei ir trivalentei geleziai daro akustines bangos, buvo naudojami skirtingi garso dazniai nuo 8 iki 20 kHz. Is vandens talpyklos 3 specialiai parinktais skirtingais debitais 0,083 l/min, 0,350 l/min ir 0,850 l/min vanduo tekejo sukonstruotu stendu. Eksperimento tikslumui uztikrinti vandens tyrimu laboratorijoje buvo paruosti plastmasiniai megintuveliai su druskos rugsties (HCl) tirpalu. Tokiu budu buvo uzfiksuotas dvivalentes ([Fe.sup.2+]) ir trivalentes gelezies ([Fe.sup.3+]) kiekis, kuriam nustatyti buvo pilama 0,1 l meginio. Po eksperimento meginiai buvo pristatyti i vandens tyrimu laboratorija.

Pirmasis vandens meginys, dar nepaveiktas garso bangomis, buvo paimtas i megintuveli A, siekiant nustatyti gelezies kieki pries bandyma. Kiti vandens meginiai, jau paveikti garso bangomis, buvo paimti i 15 likusiu megintuveliu. Eksperimento metu laboratoriniams tyrimams buvo paimta 16 skirtingu meginiu:

1) pirmasis meginys pries pradedant eksperimenta: vanduo nepaveiktas ultragarso bangomis;

2) penki meginiai--po garso poveikio 8, 11, 14, 16, 20 kHz daznio bangomis, naudojant vandens debita 0,083 l/min;

3) antrasis tyrimo punktas pakartojamas su tais paciais garso dazniais, tik naudojant didesnius vandens debitus 0,350 l/min ir 0,850 l/min.

Eksperimentinio tyrimo darbo eiga:

I. Atliekami tyrimai su minimaliu debitu 0,083 l/min

1) sureguliuojamas debitas, atsukamas kranelis, matuojamas debitas;

2) neuzsukant kranelio, paimamas 1-as meginys, nepaveiktas ultragarso bangu;

3) nustatomas 8 kHz garso daznis, paimamas 2-as meginys;

4) nustatomas 11 kHz garso daznis, paimamas 3-as meginys;

5) nustatomas 14 kHz garso daznis, paimamas 4-as meginys;

6) nustatomas 16 kHz garso daznis, paimamas 5-as meginys;

7) nustatomas 20 kHz garso daznis, paimamas 6-as meginys;

8) uzsukamas kranelis.

II. Atliekami tyrimai su vidutiniu debitu 0,350 l/min

1) sureguliuojamas debitas, atsukamas kranelis, matuojamas debitas;

2) nustatomas 8 kHz garso daznis, paimamas 7-as meginys;

3) nustatomas 11 kHz garso daznis, paimamas 8-as meginys;

4) nustatomas 14 kHz garso daznis, paimamas 9-as meginys;

5) nustatomas 16 kHz garso daznis, paimamas 10-as meginys;

6) nustatomas 20 kHz garso daznis, paimamas 11-as meginys;

7) uzsukamas kranelis.

III. Atliekami tyrimai su maksimaliu debitu 0,850 //min

1) sureguliuojamas debitas, atsukamas kranelis, matuojamas debitas;

2) nustatomas 8 kHz garso daznis, 12-as meginys;

3) nustatomas 11 kHz garso daznis, 13-as meginys;

4) nustatomas 14 kHz garso daznis, 14-as meginys;

5) nustatomas 16 kHz garso daznis, 15-as meginys;

6) nustatomas 20 kHz garso daznis, 16-as meginys;

7) uzsukamas kranelis.

Megintuveliai buvo istirti laboratorijoje ir nustatyti bendrosios, dvivalentes ir trivalentes gelezies kiekiai. Bendrosios gelezies kiekis sudare 2,44 mg/l.

Eksperimento rezultatai

Eksperimento metu buvo nustatytas dvivalentes [Fe.sup.2+] ir trivaletes gelezies [Fe.sup.3+] kiekis vandenyje, esant skirtingam skyscio tekejimo greiciui ir garso dazniui.

Is eksperimente gautu rezultatu matyti, kad dvivalentes gelezies [Fe.sup.2+] virsma i trivalentes gelezies [Fe.sup.3+] netirpiasias nuosedas lemia skyscio debito ir akustinio daznio santykis. Didziausias oksidacijos efektas pasiektas, kai skyscio debitas yra 0,350 l/min ir esant 14 kHz dazniui. Taip pat matyti (5, 6 pav.), kad, esant kitiems skyscio debitams, gelezies junginiu virsmas nuo 14 kHz proporcingai dideja, didinant akustinio lauko dazni. Todel galima daryti prielaida, kad, didinat akustinio lauko dazni, esant 0,850 //min vandens debitui, galima tiketis efektyvesnes oksidacijos.

Isvados

1. Lyginant gelezies pokycius vandenyje, esant skirtingam skyscio tekejimo greiciui ir garso dazniui, matomas daleliu oksidacijai daromas poveikis.

2. Is gautu rezultatu matyti, kad, pradejus veikti vandeni garso bangomis, dvivalentes gelezies kiekio kreive nukrito zemiau 1,2 mg/l ribos ir auksciau nepakilo. Tai rodo, jog neivyko kavitacijos efektas.

3. Efektyviausias oksidacijos procesas pasireiske naudojant vidutini vandens greiti, kai garso daznis--14 kHz. Nustatyta, kad dvivalentes gelezies kiekis sumazejo iki 0,39 mg/l.

4. Nuo vidutinio vandens greicio pradeda vykti efektyvesnis daleliu virsmas. Taigi, didinant vandens greiti ir garso dazni, galima tiketis efektyvesnio oksidacijos efekto.

Caption: Fig. 1. Iron particles coagulation, floculation and sedmentation (Bhkyjthh 2009)

1 pav. Gelezies daleliu koaguliacija, flokuliacija ir sedmentacija (Bhkyjthh 2009)

Caption: Fig. 2. Process of iron particles coagulation (Cmojivxobckiih 1916)

2 pav. Gelezies daleliu koaguliacijos procesas (Cmojivxobckiih 1916)

Caption: Fig. 3. Special part of piezoceramic element

3 pav. Pjezokeraminio elemento specialioji dalis

Caption: Fig. 4. Scheme of test stand: 1--Water tank for stable liquid level; 2--tube; 3--Main water tank; 4,5--Valve; 6--special piezoceramic part; 7--ultrasound transducer; 8--amplifier; A--test tubes

4 pav. Eksperimentinio stendo schema: 1--vandens talpa pastoviam lygiui palaikyti; 2--vamzdis; 3--pagrindine vandens talpykla; 4, 5--sklendes; 6--specialioji dalis; 7--ultragarsinis keitiklis; 8--stiprintuvas, A--megintuveliai

Caption: Fig. 5. Bivalent iron emission change in water under different water flow speed and sound frequency

5 pav. Dvivalentes gelezies kiekio kitimas vandenyje, esant skirtingam skyscio greiciui ir garso dazniui

Caption: Fig. 6. Trivalent iron emission change in water under different water flow speed and sound frequency

6 pav. Trivalentes gelezies kiekio kitimas vandenyje, esant skirtingam skyscio greiciui ir garso dazniui

Literatura

HN 24:2003 Lietuvos higienos norma ,,Geriamojo vandens saugos ir kokybes reikalavimai". Patvirtinta 2003 m. liepos 23 d. isakymu Nr.V-455. 15 p.

Sakalauskas, A.; Sulga, V.; Jankauskas J., et al. 2007. Vandentieka. Vandens ruosimas. Vilnius: Technika. 575 p.

Vandentvarka 41. 2012. Lietuvos vandens tiekeju asociacijos inf. leidinys.

[TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. 2009. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII].

[TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], M. 1916. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. [TEXT NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]. 7 c.

Egidijus Mykolaitis (1), Andrius Styra (2), Vladas Vekteris (3)

Vilniaus Gedimino technikos universitetas

El. pastai: (1) egimyk@gmail.com; (2) andrius.styra@dok.vgtu.lt; (3) vekteris@vgtu.lt

----------

Please note: Illustration(s) are not available due to copyright restrictions.
COPYRIGHT 2013 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2013 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Author:Mykolaitis, Egidijus; Styra, Andrius; Vekteris, Vladas
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Dec 1, 2013
Words:1517
Previous Article:Research of cutting data for diamond wire cutting of hard materials/Kietuju medziagu pjovimo deimantine viela pjovimo rezimu tyrimas.
Next Article:Research of seam dimensional dependence on the short-circuit current in MMA welding process/Siules matmenu priklausomybes nuo trumpojo jungimo sroves...
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2020 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters