Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов
Выполнены исследования по созданию универсальной технологии и оборудования обработки водных растворов объемно-рассеянным плазменно-дуговым разрядом на поверхности фазового раздела газ — жидкость (поверхность пузырьков в воде) для извлечения тяжелых металлов, радионуклидов, обеззараживания, активиров...
Gespeichert in:
| Datum: | 2013 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут газу НАН України
2013
|
| Schriftenreihe: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127239 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов / С.В. Петров // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2013. — № 5. — С. 38-46. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-127239 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1272392017-12-13T03:02:58Z Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов Петров, С.В. Охрана окружающей среды Выполнены исследования по созданию универсальной технологии и оборудования обработки водных растворов объемно-рассеянным плазменно-дуговым разрядом на поверхности фазового раздела газ — жидкость (поверхность пузырьков в воде) для извлечения тяжелых металлов, радионуклидов, обеззараживания, активирования без внесения посторонних веществ. Основной упор сделан на стабилизацию электро-пневмо-гидравлического режима в зоне объемного рассеянного разряда для условий промышленного использования. Приведены данные по плазменной очистке воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов в префектуре Фукусима, загрязненных в результате аварии на АЭС. Показано, что использование плазмы в технологии обеззараживания воды перспективно для промышленного применения. Установки плазмохимической обработки воды не требуют специальных помещений и могут эксплуатироваться в стационарном или мобильном вариантах для очистки и обеззараживания сточных вод различного происхождения и в разном количестве. Затраты на обработку воды по данной технологии не выше, чем традиционными методами. Виконано досліди щодо створення універсальної технології та обладнання обробки водних розчинів об’ємно-розсіюваним плазмово-дуговим розрядом на поверхні фазового розділу газ — рідина (поверхня бульбашок у воді) для вилучення важких металів, радіонуклідів, знезараження, активації без внесення сторонніх речовин. Основну увагу приділено стабілізації електро-пневмо-гідравлічному режиму в зоні об’ємного розсіюваного розряду для умов промислового застосування. Наведено дані з плазмового очищення води й грунту від важких металів та радіонуклідів у префектурі Фукусіма, забруднених в результаті аварії на АЕС. Показано, що використання плазми у технології знезараження води є перспективним для промислового використання. Установки плазмохімічної обробки води не потребують спеціальних приміщень та можуть експлуатуватися у стаціонарному або мобільному варіантах для очищення та знезараження стічних вод різного походження та у різній кількості. Витрати на обробку води за даною технологією не вище, ніж за традиційними методами. Research was carried out to develop the versatile technology and equipment for treatment of water solutions by the volumetric-scattered plasma-arc discharge at the gas-liquid interface (surface of bubbles in water) to extract heavy metals and radioactive nuclides, disinfect and activate by adding no foreign substances. The emphasis was made on stabilization of the electric-pneumohydraulic mode in the volumetric-scattered discharge zone. The data are given on plasma purification of water and soil from heavy metals and radioactive nuclides in the Fukushima prefecture, which were contaminated as a result of the nuclear power plant accident. It is shown that the use of plasma in the technology of disinfection of water holds promise for commercial application. The units for plasma chemical treatment of water require no special premises. They can be of a stationary or mobile type and be used for purification and disinfection of sewage waters of different origins and in different amounts. The cost of treatment of water by using this technology does not exceed that by using traditional methods. 2013 Article Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов / С.В. Петров // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2013. — № 5. — С. 38-46. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0235-3482 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127239 621.039.73 ru Энерготехнологии и ресурсосбережение Інститут газу НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Охрана окружающей среды Охрана окружающей среды |
| spellingShingle |
Охрана окружающей среды Охрана окружающей среды Петров, С.В. Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description |
Выполнены исследования по созданию универсальной технологии и оборудования обработки водных растворов объемно-рассеянным плазменно-дуговым разрядом на поверхности фазового раздела газ — жидкость (поверхность пузырьков в воде) для извлечения тяжелых металлов, радионуклидов, обеззараживания, активирования без внесения посторонних веществ. Основной упор сделан на стабилизацию электро-пневмо-гидравлического режима в зоне объемного рассеянного разряда для условий промышленного использования. Приведены данные по плазменной очистке воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов в префектуре Фукусима, загрязненных в результате аварии на АЭС. Показано, что использование плазмы в технологии обеззараживания воды перспективно для промышленного применения. Установки плазмохимической обработки воды не требуют специальных помещений и могут эксплуатироваться в стационарном или мобильном вариантах для очистки и обеззараживания сточных вод различного происхождения и в разном количестве. Затраты на обработку воды по данной технологии не выше, чем традиционными методами. |
| format |
Article |
| author |
Петров, С.В. |
| author_facet |
Петров, С.В. |
| author_sort |
Петров, С.В. |
| title |
Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов |
| title_short |
Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов |
| title_full |
Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов |
| title_fullStr |
Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов |
| title_full_unstemmed |
Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов |
| title_sort |
плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Охрана окружающей среды |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127239 |
| citation_txt |
Плазменная очистка воды и грунта от тяжелых металлов и радионуклидов / С.В. Петров // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2013. — № 5. — С. 38-46. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| work_keys_str_mv |
AT petrovsv plazmennaâočistkavodyigruntaottâželyhmetalloviradionuklidov |
| first_indexed |
2025-07-09T06:35:07Z |
| last_indexed |
2025-07-09T06:35:07Z |
| _version_ |
1837150145804763136 |
| fulltext |
Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà î÷èñòêå âîä-
íûõ ðàñòâîðîâ îò òÿæåëûõ ìåòàëëîâ è ðàäèî-
íóêëèäîâ. Çàäà÷à çàêëþ÷àåòñÿ â äîâåäåíèè ñî-
ñòîÿíèÿ î÷èùåííîé âîäû ïî õèìè÷åñêèì è áèî-
ëîãè÷åñêèì ïîêàçàòåëÿì äî óðîâíÿ, ïîçâîëÿþ-
ùåãî ïðîèçâîäèòü åå ñáðîñ â âîäîåìû ïðè ïîë-
íîì ñîîòâåòñòâèè òðåáîâàíèÿì äåéñòâóþùèõ ñà-
íèòàðíûõ íîðì è ìèíèìàëüíûõ ýíåðãîçàòðàòàõ.
Öåëü ðàáîòû — ñîçäàíèå óíèâåðñàëüíîãî ñïî-
ñîáà îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ îáúåìíî-ðàññå-
ÿííûì ïëàçìåííî-äóãîâûì ðàçðÿäîì íà ïîâåðõíî-
ñòè ôàçîâîãî ðàçäåëà ãàç — æèäêîñòü (ïîâåðõ-
íîñòü ïóçûðüêîâ â âîäå) äëÿ èçâëå÷åíèÿ òÿæåëûõ
ìåòàëëîâ, ðàäèîíóêëèäîâ, îáåççàðàæèâàíèÿ, àêòè-
âèðîâàíèÿ áåç âíåñåíèÿ ïîñòîðîííèõ âåùåñòâ.
Ýëåêòðè÷åñêèå ðàçðÿäû â âîäå èìåþò ñâîé-
ñòâî î÷èùàòü åå îò ìèêðîáíûõ è õèìè÷åñêèõ
çàãðÿçíåíèé çà ñ÷åò âêëàäà â èíèöèèðîâàíèå
õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïðîäóêòîâ âçàèìîäåéñòâèÿ
ðàçðÿäà ñ âîäîé. Ýòè ñâîéñòâà ðàçðÿäà ñòàëè
èñïîëüçîâàòü â ïðîìûøëåííûõ òåõíîëîãèÿõ
î÷èñòêè âîäû [1–3].  òîé èëè èíîé ôîðìå âî-
ïðîñû âîçíèêàþò ïðè îáðàùåíèè ñ æèäêèìè ðà-
äèîàêòèâíûìè îòõîäàìè è â íàñòîÿùåå âðåìÿ
ñòîÿò î÷åíü îñòðî âî ìíîãèõ ñòðàíàõ. Ïåðåðà-
áîòêà òàêèõ îòõîäîâ íàïðàâëåíà íà ðåøåíèå
äâóõ ãëàâíûõ çàäà÷: î÷èñòêè îñíîâíîé ìàññû
îòõîäîâ îò ðàäèîíóêëèäîâ è êîíöåíòðèðîâàíèå
ïîñëåäíèõ â ìèíèìàëüíîì îáúåìå, óäîáíîì äëÿ
äàëüíåéøåé ëîêàëèçàöèè [4, 5].
38 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5
� Ïåòðîâ Ñ.Â., 2013
Îõðàíà îêðóæàþùåé ñðåäû
ÓÄÊ 621.039.73
Ïåòðîâ Ñ.Â., äîêò. òåõí. íàóê
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
óë. Äåãòÿðåâñêàÿ, 39, 03113 Êèåâ, Óêðàèíà, e-mail: petrov.st.v@nas.gov.ua
Ïëàçìåííàÿ î÷èñòêà âîäû è ãðóíòà
îò òÿæåëûõ ìåòàëëîâ è ðàäèîíóêëèäîâ
Âûïîëíåíû èññëåäîâàíèÿ ïî ñîçäàíèþ óíèâåðñàëüíîé òåõíîëîãèè è îáîðóäîâàíèÿ îá-
ðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ îáúåìíî-ðàññåÿííûì ïëàçìåííî-äóãîâûì ðàçðÿäîì íà ïî-
âåðõíîñòè ôàçîâîãî ðàçäåëà ãàç — æèäêîñòü (ïîâåðõíîñòü ïóçûðüêîâ â âîäå) äëÿ èç-
âëå÷åíèÿ òÿæåëûõ ìåòàëëîâ, ðàäèîíóêëèäîâ, îáåççàðàæèâàíèÿ, àêòèâèðîâàíèÿ áåç
âíåñåíèÿ ïîñòîðîííèõ âåùåñòâ. Îñíîâíîé óïîð ñäåëàí íà ñòàáèëèçàöèþ ýëåêòðî-ïíåâ-
ìî-ãèäðàâëè÷åñêîãî ðåæèìà â çîíå îáúåìíîãî ðàññåÿííîãî ðàçðÿäà äëÿ óñëîâèé ïðî-
ìûøëåííîãî èñïîëüçîâàíèÿ. Ïðèâåäåíû äàííûå ïî ïëàçìåííîé î÷èñòêå âîäû è ãðóíòà
îò òÿæåëûõ ìåòàëëîâ è ðàäèîíóêëèäîâ â ïðåôåêòóðå Ôóêóñèìà, çàãðÿçíåííûõ â ðå-
çóëüòàòå àâàðèè íà ÀÝÑ. Ïîêàçàíî, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ïëàçìû â òåõíîëîãèè îáåççàðà-
æèâàíèÿ âîäû ïåðñïåêòèâíî äëÿ ïðîìûøëåííîãî ïðèìåíåíèÿ. Óñòàíîâêè ïëàçìîõèìè-
÷åñêîé îáðàáîòêè âîäû íå òðåáóþò ñïåöèàëüíûõ ïîìåùåíèé è ìîãóò ýêñïëóàòèðîâàòü-
ñÿ â ñòàöèîíàðíîì èëè ìîáèëüíîì âàðèàíòàõ äëÿ î÷èñòêè è îáåççàðàæèâàíèÿ ñòî÷íûõ
âîä ðàçëè÷íîãî ïðîèñõîæäåíèÿ è â ðàçíîì êîëè÷åñòâå. Çàòðàòû íà îáðàáîòêó âîäû ïî
äàííîé òåõíîëîãèè íå âûøå, ÷åì òðàäèöèîííûìè ìåòîäàìè. Áèáë. 10, ðèñ. 5, òàáë. 4.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: îáúåìíî-ðàññåÿííûé ïëàçìåííî-äóãîâîé ðàçðÿä, ïóçûðüêîâàÿ æèä-
êîñòü, î÷èñòêà âîäû îò ðàäèîíóêëèäîâ.
Óòèëèçàöèÿ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ ÿâëÿ-
åòñÿ ñëîæíîé ïðîáëåìîé ÿäåðíîé ýíåðãåòèêè
[6]. Â ïîèñêàõ åå ðåøåíèÿ âûïîëíåíî êîëîñ-
ñàëüíîå êîëè÷åñòâî ðàáîò, ñîçäàíî ìíîæåñòâî
òåõíîëîãèé. Îäíàêî ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî íå
âñå âîïðîñû âûÿñíåíû, à âåêòîðû ðàññòàâëåíû
ïðàâèëüíî. Îïûò ëèêâèäàöèè ïîñëåäñòâèé àâà-
ðèé íà àòîìíûõ ñòàíöèÿõ ×åðíîáûëü è Ôóêó-
ñèìà ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ñóùåñòâóþùàÿ
ñèñòåìà îáðàùåíèÿ ñ ðàäèîàêòèâíûìè îòõîäàìè
â ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ èìååò íåäîñòàòêè, à íåîá-
õîäèìûå äëÿ ýôôåêòèâíîãî ðåøåíèÿ àêòóàëü-
íûõ ïðàêòè÷åñêèõ çàäà÷ òåõíîëîãèè îòñóòñòâó-
þò [7]. Âûõîä èç òàêîé ñèòóàöèè íà ïðàêòèêå
çàêëþ÷àåòñÿ â ðàçâèòèè è èñïîëüçîâàíèè íîâûõ
íåòðàäèöèîííûõ òåõíîëîãèé. Äëÿ ðåøåíèÿ óêà-
çàííîé çàäà÷è â äàííîì èññëåäîâàíèè èñïîëüçó-
åòñÿ îñîáàÿ ôîðìà êâàçèñòàöèîíàðíîãî îáúåì-
íîãî (ðàññåÿííîãî) ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà â
ïîðèñòîé (ïóçûðüêîâîé) æèäêîñòè, âîçáóæäàå-
ìîãî â ïëàçìåííîì ìîäóëå.
 ñòàòüå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâà-
íèé îñíîâíûõ ñòàäèé ïðîöåññîâ, êîòîðûå ëåæàò
â îñíîâå êîìïëåêñíîé òåõíîëîãèè î÷èñòêè âîäû
îò ðàçíîãî ðîäà çàãðÿçíèòåëåé (áèîëîãè÷åñêèõ,
îðãàíè÷åñêèõ, íåîðãàíè÷åñêèõ) ñ ïðèìåíåíèåì
ðàññåÿííîãî ïëàçìåííî-äóãîâîãî ðàçðÿäà íà ïî-
âåðõíîñòè ôàçîâîãî ðàçäåëà ãàç — æèäêîñòü.
Õàðàêòåðèñòèêè ðàçðÿäà: 1) âîçðàñòàþùàÿ
âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà â äèàïàçîíå
1000–3000 Â ïðè òîêå ðàçðÿäà 2–20 À; 2) ñîïðî-
òèâëåíèå ðàçðÿäíîãî ïðîìåæóòêà 50–1500 Îì;
3) ðàçðÿä ìîæåò ñîïðîâîæäàòüñÿ ýðîçèåé ýëåê-
òðîäîâ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî â ðàñòâîðå îáðàçóþòñÿ
âûñîêîàêòèâíûå ìèêðî- è íàíî÷àñòèöû îêñèäîâ
ìåòàëëîâ ýëåêòðîäîâ; 4) ïðè ãîðåíèè ðàçðÿäà
âîçíèêàþò êîëåáàíèÿ òîêà â äèàïàçîíå ÷àñòîò äî
100 ÌÃö, ñ ìàêñèìóìîì ñïåêòðà â îáëàñòè ÷àñ-
òîò 5–10 ÌÃö è èíòåíñèâíûì îáðàçîâàíèåì ìèê-
ðîïóçûðüêîâ. Òàêàÿ ïóçûðüêîâàÿ ñðåäà îáëàäàåò
ðàçâèòîé ïîâåðõíîñòüþ ðàçäåëà ôàç.
Ñèòóàöèÿ â ðàáî÷åé çîíå ïëàçìåííîãî ìî-
äóëÿ áëèçêà ê îáû÷íîé äëÿ ïëàçìîõèìèè. Ãåíå-
ðèðóåìûå â ïëàçìå àêòèâíûå ÷àñòèöû äèôôóí-
äèðóþò ê ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç è èíèöèèðóþò
õèìè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ â ðàñòâîðå. Ïîñêîëü-
êó òîê ðàçðÿäà ïðîõîäèò ÷åðåç ýëåêòðîëèò, ýòî
ñóùåñòâåííî ìåíÿåò ñâîéñòâà ãðàíèöû ðàçäåëà
ôàç ïëàçìà — æèäêîñòü. Ïðè ýòîì ïëàçìà ñîç-
äàåòñÿ â àòìîñôåðå èñõîäíîãî ïëàçìîîáðàçóþ-
ùåãî ãàçà (âîçäóõ, óãëåêèñëûé ãàç, èõ ñìåñè è
äð.) ñ ïàðàìè ðàñòâîðèòåëÿ èëè â ïàðîâîé îáî-
ëî÷êå, îáðàçóþùåéñÿ âíóòðè æèäêîé ôàçû
âñëåäñòâèå ïåðåãðåâíîé íåóñòîé÷èâîñòè. Ýëåê-
òðè÷åñêèé ðàçðÿä â âîäíîì ðàñòâîðå ãåíåðèðóåò
àêòèâíûå ñîåäèíåíèÿ (èìè ìîãóò áûòü ñâîáîä-
íûå àòîìû, èîíû, ðàäèêàëû, âîçáóæäåííûå ìî-
ëåêóëû) è èíèöèèðóåò ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ïðî-
öåññû. Ýòî äàåò âîçìîæíîñòü ñîâìåñòèòü ãåíå-
ðèðîâàíèå íåîáõîäèìûõ àêòèâíûõ ñîåäèíåíèé
(ÀÑ) è âîäíûé ðàñòâîð, ïîäëåæàùèé îáðàáîò-
êå, â îäíîì ìåñòå è â îäíî âðåìÿ.
Ïðè ýòîì îáåñïå÷èâàåòñÿ îäíîâðåìåííîå
âîçäåéñòâèå íà î÷èùàåìóþ âîäó àêòèâíûõ ÷àñ-
òèö è òàêèõ ôàêòîðîâ, ñîïóòñòâóþùèõ ýëåêòðè-
÷åñêîìó ðàçðÿäó, êàê óëüòðàôèîëåòîâîå èçëó÷å-
íèå, îçîí, ýëåêòðè÷åñêîå è ìàãíèòíîå ïîëÿ, êà-
âèòàöèÿ è äð. Êðîìå òîãî, ïðîèñõîäèò íàñûùå-
íèå îáðàáàòûâàåìîé âîäû âûñîêîàêòèâíûìè, ñ
áîëüøîé óäåëüíîé ïîâåðõíîñòüþ, íàíîäèñïåðñ-
íûìè ÷àñòèöàìè îêñèäîâ, ãèäðîêñèäîâ æåëåçà,
àëþìèíèÿ, êîòîðûå íåïðåðûâíî îáðàçóþòñÿ â
ðåçóëüòàòå ïëàçìîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ðàñõîäóå-
ìûõ ýëåêòðîäîâ ñ ïàðîâîçäóøíîé ñìåñüþ â ýëåê-
òðè÷åñêîì ðàçðÿäå. Òàêàÿ âîäíàÿ äèñïåðñèÿ íà-
íîñòðóêòóð è èîíîâ ìàòåðèàëà ýëåêòðîäîâ îáëà-
äàåò êà÷åñòâàìè åñòåñòâåííûõ ñîðáåíòîâ è êîàãó-
ëÿíòîâ, ñïîñîáñòâóþùèõ îñàæäåíèþ ïðèìåñåé.
Ïðè ïèòàíèè ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ ïåðåìåí-
íûì íàïðÿæåíèåì ê ðàñòâîðåíèþ ìàòåðèàëà
ýëåêòðîäà â ïîëîæèòåëüíûé ïîëóïåðèîä ïðèëî-
æåííîãî íàïðÿæåíèÿ (àíîäà) äîáàâëÿåòñÿ èñïà-
ðåíèå òîãî æå ýëåêòðîäà â îòðèöàòåëüíûé ïîëó-
ïåðèîä (êàòîäà). Äàííîå êîìïëåêñíîå âîçäåéñò-
âèå ñ ó÷åòîì ðåàêöèîííîé ñïîñîáíîñòè ó îáðà-
çîâàâøèõñÿ ðàäèêàëîâ (äàæå êîðîòêîæèâóùèõ)
ÿâëÿåòñÿ î÷åíü ýôôåêòèâíûì.  èòîãå ýíåðãèÿ,
çàïàñåííàÿ â ðàçðÿäå, èäåò íà óíè÷òîæåíèå
ìèêðîôëîðû è ðàçðóøåíèå çàãðÿçíåíèé îðãàíè-
÷åñêîãî è íåîðãàíè÷åñêîãî õàðàêòåðà. Îðãàíè-
÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ ãàçèôèöèðóþòñÿ, â îñíîâíîì
îêèñëÿÿñü äî óãëåêèñëîãî ãàçà è âîäû. Ñîëè òÿ-
æåëûõ ìåòàëëîâ ïåðåõîäÿò â íåðàñòâîðèìûå
ãèäðîêñèäû èëè êàðáîíàòû è âûïàäàþò â îñà-
äîê, êîòîðûé ìîæåò áûòü ëåãêî óäàëåí. Ýòè
îñîáåííîñòè äåëàþò ìåòîä, èñïîëüçóþùèé äóãî-
âîé îáúåìíûé ðàçðÿä â äâóõôàçíîé âîäíî-ïó-
çûðüêîâîé ñðåäå, ïîòåíöèàëüíî ïîäõîäÿùèì
äëÿ êîìïëåêñíîé î÷èñòêè õèìè÷åñêè ñèëüíî çà-
ãðÿçíåííûõ âîä. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ãëóáèíû î÷è-
ñòêè ïëàçìåííûå ìîäóëè ìîãóò âêëþ÷àòüñÿ ïî-
ñëåäîâàòåëüíî, à ïðîèçâîäèòåëüíîñòè — ïàðàë-
ëåëüíî ëèáî êîìáèíèðîâàííî.
Ïðèìåíåíèå ÀÑ ÿâëÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè áåç-
îòõîäíûì ñïîñîáîì î÷èñòêè, ïîñêîëüêó îíè
ñèíòåçèðóþòñÿ èç êèñëîðîäà âîçäóõà è âîäû, à
ïðîäóêòîì ðàñïàäà òàêæå ÿâëÿþòñÿ êèñëîðîä è
âîäà, òî åñòü â ïðîöåññå î÷èñòêè íå ïðîèñõîäèò
îáðàçîâàíèÿ âòîðè÷íûõ çàãðÿçíåíèé ðàñòâîðîâ.
ÀÑ ÿâëÿþòñÿ îäíèì èç íåìíîãèõ îêèñëèòåëåé,
ó÷àñòâóþùèõ â ïðèðîäíûõ õèìè÷åñêèõ è áèîõè-
ìè÷åñêèõ ïðîöåññàõ, ñëåäñòâèåì ÷åãî ÿâëÿåòñÿ
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5 39
èõ ñîâìåñòèìîñòü (äî îïðåäå-
ëåííûõ ïðåäåëîâ) ñ îêðóæàþ-
ùåé ñðåäîé. Ïîëó÷åíèå ÀÑ â
õîäå íåïîñðåäñòâåííîé îáðàáîò-
êè ðàñòâîðîâ óñòðàíÿåò íåîáõî-
äèìîñòü â ïîëó÷åíèè è õðàíå-
íèè áîëüøèõ êîëè÷åñòâ ðåàãåí-
òîâ äëÿ èõ îáðàáîòêè.
Ïîñêîëüêó ñêîðîñòè õè-
ìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïðàêòè÷åñêè
ýêñïîíåíöèàëüíî çàâèñÿò îò
òåìïåðàòóðû, òî âûñîêèé åå
óðîâåíü â äàííîì ïðîöåññå è
ãðàäèåíòû ïàðàìåòðîâ äåëàþò
ïðîöåññ ÷óâñòâèòåëüíûì ê èõ
êîëåáàíèÿì è ôëóêòóàöèÿì ïà-
ðàìåòðîâ ðàçðÿäà. Òàêèì îáðà-
çîì, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òî÷íîñòè
âûõîäíûõ ïàðàìåòðîâ (òåìïå-
ðàòóðà, ýëåêòðîïðîâîäíîñòü,
ðÍ îáðàáîòàííîé âîäû, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü) è
âîñïðîèçâîäèìîñòè õèìè÷åñêîãî è ôàçîâîãî ñî-
ñòàâîâ îñàæäåííûõ ïðîäóêòîâ î÷èñòêè âîäû íå-
îáõîäèìà ñòàáèëèçàöèÿ ýëåêòðî-ïíåâìî-ãèäðàâ-
ëè÷åñêîãî ðåæèìà â çîíå îáúåìíîãî ðàññåÿííîãî
ðàçðÿäà âî âñåì ðàáî÷åì äèàïàçîíå. Ñõåìà óñòà-
íîâêè ïëàçìîõèìè÷åñêîé î÷èñòêè è îáåççàðàæè-
âàíèÿ âîäíûõ ðàñòâîðîâ ïðèâåäåíà íà ðèñ.1.
Âîäíûé ðàñòâîð ïîäàþò â íèæíþþ ÷àñòü
ðàáî÷åãî îáúåìà ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ.  íåãî
òàêæå âäóâàþò ÷åðåç ñòðóéíûé äèñïåðãàòîð-
ôîðìèðîâàòåëü ðàáî÷èé ãàç (âîçäóõ, óãëåêèñ-
ëûé ãàç èëè èõ ñìåñü). Ñôîðìèðîâàííàÿ â ñîï-
ëå äèñïåðãàòîðà âîäíî-ïóçûðüêîâàÿ ñòðóÿ íà-
ïðàâëÿåòñÿ ââåðõ âäîëü ñòåíêè ìîäóëÿ. Â çîíå
ðàñïîëîæåíèÿ ýëåêòðîäîâ âñÿ æèäêîñòü â ðàáî-
÷åì îáúåìå ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ ðàâíîìåðíî çà-
ïîëíÿåòñÿ ãàçîâûìè ïóçûðüêàìè. Ãàçîæèäêîñò-
íàÿ ñìåñü ïðîõîäèò ïîñëåäîâàòåëüíî ÷åðåç çîíó
îáúåìíîãî ðàññåÿííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà,
ãîðÿùåãî ìåæäó ýëåêòðîäàìè, òåõíîëîãè÷åñêèé
êàíàë è âûõîäèò íàðóæó. Âñïëûâàþùèå ïóçûðè
íà âûõîäå òåõíîëîãè÷åñêîãî êàíàëà ñëèâàþòñÿ,
óâåëè÷èâàþòñÿ à ðàçìåðàõ è îáðàçóþò ñòðóêòó-
ðû ñëó÷àéíîé ôîðìû. Ñòàáèëèçàöèÿ ðàáî÷èõ
ïàðàìåòðîâ ïðè îáðàáîòêå âîäíûõ ðàñòâîðîâ
îáåñïå÷èâàåòñÿ áëàãîäàðÿ ñîâîêóïíîñòè èñïîëü-
çîâàíèÿ ðàçëè÷íûõ îïåðàöèé è ôèçè÷åñêèõ ýô-
ôåêòîâ. Äèñïåðãèðîâàíèå ðàáî÷åãî ãàçà ïðîèñõî-
äèò â çàòîïëåííîé ñâåðõçâóêîâîé ñòðóå. Ñâåðõ-
çâóêîâîå èñòå÷åíèå ãàçà â æèäêîñòü ïðèâîäèò ê
ôîðìèðîâàíèþ îò÷åòëèâîé ñïëîøíîé ñòðóè, êî-
òîðàÿ çàòåì äðîáèòñÿ â ñâÿçè ñ ïàäåíèåì ñêîðî-
ñòè äâèæåíèÿ ãàçà è âîçäåéñòâèåì âîçìóùàþùå-
ãî äâèæåíèÿ æèäêîñòè â ïîãðàíè÷íîì ñëîå.
Òå÷åíèå ãàçîâîé ñòðóè, çàòîïëåííîé â âîäå,
ÿâëÿåòñÿ àâòîìîäåëüíûì, è ïðè ðàñ÷åòàõ ìîãóò
áûòü ïðèìåíåíû èçâåñòíûå çàâèñèìîñòè [8]. Íà
ðèñ.2 ïðèâåäåíî ðàñïðåäåëåíèå äèíàìè÷åñêèõ
íàïîðîâ âäîëü îñè ñòðóè ñ õàðàêòåðíîé âîë-
íîâîé ñòðóêòóðîé íà íà÷àëüíîì ó÷àñòêå. Ïðè
áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ èñòå÷åíèÿ ãàçà â æèäêîñòü
âèõðåâûå äâèæåíèÿ æèäêîñòè â çîíå ïðîíèêíî-
âåíèÿ ãàçà óñèëèâàþòñÿ è âûçûâàþò äðîáëåíèå
ãàçîâîé ñòðóè íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç. Â ïåð-
âîì ïðèáëèæåíèè õàðàêòåðíûå ðàçìåðû îáðà-
çóþùåãîñÿ äåôîðìèðîâàííîãî ïóçûðÿ ïðîïîð-
öèîíàëüíû ðàäèóñó îòâåðñòèÿ âíóòðåííåãî ñî-
ïëà äèñïåðãàòîðà. Äàëåå ïî òå÷åíèþ ïðè áîëü-
øîì îáúåìíîì ãàçîñîäåðæàíèè, îïðåäåëÿåìîì
êàê îòíîøåíèå îáúåìîâ ãàçà ê âîäå (� > 0,3),
îáû÷íî, åñëè íå áóäóò ïðèíÿòû ñïåöèàëüíûå
ìåðû, ïðîèñõîäèò ïåðåõîä îò ïóçûðüêîâîãî
ðåæèìà òå÷åíèÿ â ïîðøíåâîé [9].
Ñòàáèëüíîå ïóçûðüêîâîå òå÷åíèå â òðåáóåìîì
òåõíîëîãè÷åñêîì äèàïàçîíå ïðè 0,3 < � < 0,9
40 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5
Ðèñ.1. Ñõåìà óñòàíîâêè ïëàçìîõèìè÷åñêîé î÷èñòêè è îáåççàðàæèâàíèÿ âîäíûõ ðàñòâî-
ðîâ: 1 — ïëàçìåííûé ìîäóëü; 2 — èñòî÷íèê ýëåêòðîïèòàíèÿ; 3 — êîìïðåññîð; 4 — íà-
ñîñ; 5, 6 — åìêîñòè ñ çàãðÿçíåííîé è î÷èùåííîé âîäîé; I — ëèíèÿ ïîäà÷è âîçäóõà â
ïëàçìåííûé ìîäóëü; II — ëèíèÿ ïîäà÷è çàãðÿçíåííîé âîäû â ïëàçìåííûé ìîäóëü; III
— ëèíèÿ îòâîäà î÷èùåííîé âîäû èç ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ; IV — ïîäà÷à çàãðÿçíåííîé
âîäû; V — ïîäà÷à âîäû íà äîî÷èñòêó; VI — ìàãèñòðàëü îòâîäà î÷èùåííîé âîäû.
Ðèñ.2. Èçìåíåíèå äàâëåíèÿ âäîëü îñè ñâåðõçâóêîâîé ñòðóè ãà-
çà, èñòåêàþùåé â æèäêîñòü, ïðè ÷èñëå Ìàõà 2,0 (1) è 1,5 (2).
íåïðîñòî îðãàíèçîâàòü è íåò âîçìîæíîñòè îáúåäè-
íèòü ðàçðîçíåííûå òåîðåòè÷åñêèå è ýêñïåðèìåí-
òàëüíûå äàííûå â ñòðîéíóþ ñèñòåìó, ïîçâîëÿþ-
ùóþ îáåñïå÷èòü èíæåíåðíûå ðàñ÷åò è ïðîåêòèðî-
âàíèå ïëàçìåííûõ óñòðîéñòâ ñ òå÷åíèåì ãàçîæèä-
êîñòíûõ ñðåä ïðè íàëè÷èè ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ
ïðåâðàùåíèé è ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà ïðè âûñî-
êîì îáúåìíîì ãàçîñîäåðæàíèè (� > 0,3).
Ãàçîæèäêîñòíàÿ ñðåäà ïðè � > 0,3 èìååò
äâå êà÷åñòâåííûå îñîáåííîñòè, ñèëüíî îòëè÷àþ-
ùèå åå îò ãàçà è æèäêîñòè: 1) ñêîðîñòü çâóêà â
íåé ìîæåò áûòü íà ïîðÿäîê ìåíüøå ñêîðîñòè
çâóêà â ãàçå è íà äâà ïîðÿäêà ìåíüøå, ÷åì â
æèäêîñòè [8] (ýòî îòêðûâàåò íîâûå âîçìîæíî-
ñòè äëÿ ïëàçìåííîé îáðàáîòêè, òàê êàê âî
ôðîíòå óäàðíîé âîëíû âñëåäñòâèå àäèàáàòè÷å-
ñêîãî ñæàòèÿ ìîãóò âîçíèêàòü âûñîêèå òåìïåðà-
òóðû, ÷òî áëàãîïðèÿòñòâóåò ýëåêòðè÷åñêîìó
ïðîáîþ è íàðàáîòêå ðàäèêàëîâ); 2) íàëè÷èå
áîëüøîé óäåëüíîé ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà ôàç ãàç
— æèäêîñòü (ýòî ïðèâîäèò ê óñêîðåíèþ ïðîòå-
êàíèÿ ãåòåðîãåííûõ ðåàêöèé). Ñêîðîñòè ýòèõ
ðåàêöèé âîçðàñòàþò òàêæå ïðè óìåíüøåíèè
äèàìåòðà ïóçûðüêîâ.
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïîäòâåðäèëè òåîðåòè-
÷åñêèå ïîëîæåíèÿ, ÷òî îñíîâíûì ìåõàíèçìîì
äðîáëåíèÿ ïóçûðüêîâ ÿâëÿåòñÿ âîçìóùåíèå ïî-
âåðõíîñòè ðàçäåëà ôàç çà ñ÷åò áîëüøèõ êàñàòåëü-
íûõ íàïðÿæåíèé. Ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà Ìàõà ïðè-
ìåðíî äî 1,6 ñðåäíèé äèàìåòð ïóçûðüêîâ ìîíîòîí-
íî óìåíüøàåòñÿ. Ïðè ðàáîòå ñ ÷èñëîì Ìàõà áîëåå
1,6 ïàäàåò äàëüíîáîéíîñòü ãàçîïóçûðüêîâîé ñòðóè
âñëåäñòâèå óñèëåíèÿ âîëíîâîé ñòðóêòóðû íà íà-
÷àëüíîì ó÷àñòêå ãàçîâîé ñòðóè è ñîîòâåòñòâåííî
êðóïíîìàñøòàáíîé òóðáóëåíòíîñòè, ÷òî ïðèâîäèò
ê ðîñòó ñðåäíåãî äèàìåòðà ïóçûðüêîâ.
Îïòèìèçàöèÿ äèñïåðãàòîðà ñ ó÷åòîì óêà-
çàííûõ çàêîíîìåðíîñòåé îáåñïå÷èâàåò óïîðÿäî-
÷åííîå çàïîëíåíèå ðàáî÷åãî îáúåìà ïëàçìåííî-
ãî ìîäóëÿ â ìåæýëåêòðîäíîì çàçîðå ïóçûðüêà-
ìè ôðàêöèè 0,5–1,5 ìì. Ñôîðìèðîâàííàÿ â
äèñïåðãàòîðå ãàçîïóçûðüêîâàÿ ñòðóÿ íàïðàâëÿåò-
ñÿ ââåðõ íà ýëåêòðîäû. Ó ñòåíêè ðàáî÷åãî êàíà-
ëà ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ íàáëþäàåòñÿ ïðîâàë ãà-
çîñîäåðæàíèÿ è ÷àñòîòà ïðîõîæäåíèÿ ïóçûðüêîâ
çäåñü ïàäàåò ïî÷òè äî íóëÿ. Áëàãîäàðÿ ýòîìó è
àâòîìîäåëüíîñòè åå ïàðàìåòðîâ ñòðóÿ «ïðèëèïà-
åò» ê ñòåíêå â ñîîòâåòñòâèè ñ ýôôåêòîì Êîàíäà.
Ïðè âñòðå÷å ñ ýëåêòðîäîì ãàçîïóçûðüêîâàÿ
ñòðóÿ ñêîëüçèò ïî åãî ïîâåðõíîñòè îò ìåñòà âõî-
äà â ðàáî÷óþ ïîëîñòü ê êîíöó è çàïîëíÿåò ïó-
çûðüêàìè âîäó â ìåæýëåêòðîäíîì çàçîðå.
Óñòàíîâëåíî, ÷òî ñ ïîâåðõíîñòüþ ýëåêòðîäà
êîíòà÷èò òîëüêî âîäà, ðàçðûâû âîäÿíîé ïëåíêè
èç-çà ïóçûðüêîâ îòñóòñòâóþò. Ýòî îáåñïå÷èâàåò
íåïðåðûâíûé èîííûé áåçðàçðÿäíûé òîêîïåðåíîñ
ñ æèäêîñòè íà ýëåêòðîäû è îïðåäåëÿåò ïðåäïðî-
áîéíûå óñëîâèÿ. Ïðèýëåêòðîäíûå ïÿòíà äóãîâî-
ãî ðàçðÿäà ïîñëå ïðîáîÿ â ïëàçìåííîì ìîäóëå
âñåãäà ñíîñÿòñÿ ïîòîêîì íà òîðåö ýëåêòðîäà. Ãî-
ðåíèå äóãîâîãî ðàçðÿäà ñ áîêîâîé ïîâåðõíîñòè
ýëåêòðîäà èñêëþ÷àåòñÿ. Ýòî ñîçäàåò óñëîâèÿ äëÿ
ñòàáèëèçàöèè ïðèâÿçêè ïðèýëåêòðîäíûõ ïÿòåí
ðàçðÿäà íà òîðåö ýëåêòðîäà è ñîîòâåòñòâåííî
ðàâíîìåðíîå ðàñòâîðåíèå ìàòåðèàëà ýëåêòðîäà â
ïîëîæèòåëüíûé ïîëóïåðèîä ïðèëîæåííîãî íà-
ïðÿæåíèÿ (àíîäà) è èñïàðåíèå òîãî æå ýëåêòðî-
äà â îòðèöàòåëüíûé ïîëóïåðèîä (êàòîäà).
Âàæíûì ôàêòîðîì ñòàáèëüíîñòè ÿâëÿåòñÿ
îáåñïå÷åíèå óñëîâèÿ áåçðàçðÿäíîãî òîêîïåðåíî-
ñà äî 0,4–0,7 àìïëèòóäíîãî çíà÷åíèÿ ïåðåìåí-
íîãî íàïðÿæåíèÿ ñ ðåãóëÿðíûì ïðîáîåì ðàç-
ðÿäíîãî ïðîìåæóòêà íà êàæäîì ïîëóïåðèîäå
ïðèëîæåííîãî ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè
äîñòèæåíèè ìãíîâåííîãî çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ
0,4–0,7 ìàêñèìàëüíîãî. Ýòî óñëîâèå ïðàêòè÷å-
ñêè íå çàâèñèò îò ÷àñòîòû ïðèëîæåííîãî íàïðÿ-
æåíèÿ è ïðîâåðåíî ýêñïåðèìåíòàëüíî íà ÷àñòî-
òàõ 50, 5000, 30000 Ãö. Âûáîð íàïðÿæåíèÿ çàâè-
ñèò îò ýëåêòðîïðîâîäíîñòè âîäíûõ ðàñòâîðîâ,
êîòîðàÿ ìîæåò ìåíÿòüñÿ îò 30 äî 500 ìÑ/ì, è
âåëè÷èíû ìåæýëåêòðîäíîãî çàçîðà. Ïëîùàäü
ýëåêòðîäà, êîíòàêòèðóþùóþ ñ âîäíûì ðàñòâî-
ðîì, ñëåäóåò âûáèðàòü èç óñëîâèÿ äîñòàòî÷íî-
ñòè ïëîòíîñòè òîêà, ïîñêîëüêó îíà ÿâëÿåòñÿ
ïðåäïîñûëêîé ïðîáîÿ.
Òèïè÷íàÿ îñöèëëîãðàììà èçìåíåíèÿ òîêà è
íàïðÿæåíèÿ ïðè ÷àñòîòå ïèòàþùåãî íàïðÿæå-
íèÿ 50 Ãö ïðèâåäåíà íà ðèñ.3. Íà ðèñ.4 ïðèâå-
äåíà çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäàõ îò
âåëè÷èíû ìåæýëåêòðîäíîãî çàçîðà è ýëåêòðî-
ïðîâîäíîñòè âîäíîãî ðàñòâîðà.
Íà îñöèëîãðàììàõ îò÷åòëèâî ôèêñèðóåòñÿ
ôàêò ðàññåÿííîãî ðàçðÿäà ïîñëå ïðîáîÿ. Îí õà-
ðàêòåðèçóåòñÿ çíà÷èòåëüíîé ïóëüñàöèåé òîêà è
âûñîêî÷àñòîòíîé ñîñòàâëÿþùåé. Ýòî ïðîèñõî-
äèò áëàãîäàðÿ ðàçâèòèþ è îòìèðàíèþ â ïóçûðü-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5 41
Ðèñ.3. Îñöèëîãðàììà íàïðÿæåíèÿ (1) è òîêà (2): t1, t2 —
âðåìÿ ãîðåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà ñîîòâåòñòâåííî â ïî-
ëîæèòåëüíûé è îòðèöàòåëüíûé ïîëóïåðèîä.
êàõ ìíîæåñòâåííûõ äóãîâûõ êàíàëîâ ñî âðåìå-
íåì æèçíè 10–5–10–6 ñ [9]. Òàêîé ñâåðõáûñò-
ðûé ëîêàëüíûé ðàçîãðåâ è îõëàæäåíèå ïîâåðõ-
íîñòè ïóçûðüêîâ ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ âîç-
áóæäåííûõ ìîëåêóë è ðàäèêàëîâ ñ êîíöåíòðà-
öèåé, çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàþùåé ðàâíîâåñíóþ,
è ê èõ çàêàëêå.
Óñëîâèÿ ïðîáîÿ â îáúåìå è ó ïîâåðõíîñòè
ýëåêòðîäîâ ðàçíûå. Â îáúåìå ïðîáîé ïðîèñõî-
äèò â ãàçîâîé ôàçå ïî ïîâåðõíîñòè ïóçûðüêîâ.
Çàòåì ïðîáîé ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ÷åðåç îáëàñòü,
ãäå íàõîäèòñÿ ïóçûðåê äàëüøå â æèäêîñòü. Ïî-
ñêîëüêó ïóçûðüêè îòæèìàþòñÿ îò ïîâåðõíîñòè
ýëåêòðîäîâ, òî çäåñü ïðîèñõîäèò ïðîáîé æèäêî-
ñòè â ïîãðàíè÷íîì ñëîå.
Îñòàâëÿÿ â ñòîðîíå ðàññìîòðåíèå ìíîãîîá-
ðàçíûõ ïëàçìîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé è èõ ìåõà-
íèçìû, îñòàíîâèìñÿ íà òåõíîëîãè÷åñêè çíà÷è-
ìûõ ÿâëåíèÿõ. Ïî îöåíêàì, âûïîëíåííûì ñî-
ãëàñíî [2], êîíöåíòðàöèè îçîíà â ãàçîâîé è æèä-
êîé ôàçàõ â óñëîâèÿõ ðàçðÿäà ñòàíîâÿòñÿ ñîèç-
ìåðèìû è äîñòèãàþò 3 %, ÷òî ÷ðåçâû÷àéíî âàæ-
íî ïðè ïðîìûøëåííîé ðåàëèçàöèè. Îçîí ãåíåðè-
ðóåòñÿ â âîçäóõå è ïîñðåäñòâîì áàðáîòèðîâàíèÿ
ïîñòàâëÿåòñÿ â âîäó. Íàëè÷èå áîëüøîãî êîëè÷å-
ñòâà îçîíà äàåò âîçìîæíîñòü ñîõðàíèòü ðàäèêà-
ëû è òðàíñïîðòèðîâàòü îçîííî-ãèäðîêñèëüíóþ
ñìåñü çà ïðåäåëû ðåàêòîðà. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïî-
ëó÷èòü ðàäèêàëû ÎÍ è äðóãèå, âðåìÿ æèçíè êî-
òîðûõ ñîñòàâëÿåò � 1 ñ, íåîá- õîäèìî ïðîèçâî-
äèòü ðàçðÿä ó ïîâåðõíîñòè âîäû. Ïîñëå ïðîáîÿ
ïóçûðüêà êàíàë ðàçðÿäà ðàçâèâàåòñÿ ïî åãî ïî-
âåðõíîñòè è ãîðèò â ñìåñè ãàçà, çàïîëíÿþùåãî
åãî, ñ ïàðàìè âîäíîãî ðàñòâîðà. Àêòèâíûå ÷àñòè-
öû, ïîëó÷åííûå â ïëàçìå, ìîãóò ðàñõîäîâàòüñÿ
äâóìÿ ñïîñîáàìè: ãèáíóòü âî âçàèìîäåéñòâèÿõ
ìåæäó ñîáîé, ëèáî ó÷àñòâîâàòü â ðåàêöèÿõ ñ
ðàñòâîðåííûìè â âîäå âåùåñòâàìè.
Ïðåæäå âñåãî íàñ èíòåðåñóåò óñëîâèå, ïðè
êîòîðîì ÷àñòèöû íå áóäóò áåñïîëåçíî ïðîïà-
äàòü. Ðàñ÷åòû ñâèäåòåëüñòâóþò: äëÿ òîãî, ÷òîáû
àêòèâíûå ðàäèêàëû ðàñõîäîâàëèñü â îñíîâíîì
íà âçàèìîäåéñòâèå ñ ïðèìåñüþ, ñîäåðæàùåéñÿ â
âîäå, èõ êîíöåíòðàöèÿ äîëæíà çàâèñåòü îò êîí-
öåíòðàöèè ïðèìåñè è íå áûòü èçëèøíå áîëü-
øîé. Ñîãëàñíî îöåíêàì, êîíöåíòðàöèÿ ðàäèêà-
ëîâ äîëæíà áûòü ñóùåñòâåííî ìåíüøå 1016 ÷àñ-
òèö â 1 ñì3. Òàêàÿ ïëîòíîñòü ÷àñòèö õàðàêòåðíà
äëÿ ñëàáîèîíèçèðîâàííîé ïëàçìû. Êîíêðåòíûå
óñëîâèÿ ðàçðÿäà äîëæíû îïðåäåëÿòüñÿ êîíêðåò-
íîé ðåàêöèåé, òî åñòü êîíöåíòðàöèåé ïðèìåñè â
âîäå, òîëùèíîé îáðàáàòûâàåìîãî ñëîÿ, êîíñòàí-
òîé ñêîðîñòè ðåàêöèè. Ïðè ñèëüíîì óâåëè÷åíèè
òîêà ðàçðÿäà áóäåò ãåíåðèðîâàòüñÿ ñëèøêîì
ìíîãî àêòèâíûõ ÷àñòèö è ýôôåêòèâíîñòü ðåàê-
öèè áóäåò ïàäàòü, à ýíåðãîçàòðàòû íà åå îñóùå-
ñòâëåíèå óâåëè÷èâàòüñÿ. Ïðè íåáîëüøèõ îáú-
åìàõ ãàçà (ìåíåå 30 %) êîíöåíòðàöèÿ ðàäèêà-
ëîâ âåëèêà è âåëèêà ñêîðîñòü èõ âçàèìíîãî
óíè÷òîæåíèÿ, à ïðè ñëèøêîì áîëüøîì îáúåìå
ãàçà (áîëåå 90 %) êîíöåíòðàöèÿ àêòèâíûõ ÷àñ-
òèö ìàëà è ìàë èõ ïîòîê â æèäêîñòü äëÿ îêèñ-
ëåíèÿ ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà.
 öåëîì ñëîæíûå çàäà÷è î÷èñòêè âîäû áà-
çèðóþòñÿ íà âûñîêîýôôåêòèâíîé îêèñëèòåëü-
íîé òåõíîëîãèè. Îñíîâíóþ ðîëü ïðè âçàèìî-
äåéñòâèè ñ ïðèìåñÿìè âîäû èãðàþò ãèäðîêñèëü-
íûå ðàäèêàëû. Â ýòîé ñâÿçè àêòóàëüíûì ÿâëÿ-
åòñÿ âîïðîñ âðåìåíè æèçíè îçîíî-ãèäðîêñèëüíîé
ñìåñè. Ïî îöåíêàì, â ðàññåÿííîì ïëàçìåííî-äó-
ãîâîì ðàçðÿäå îáðàçóåòñÿ îçîííî-ãèäðîêñèëüíàÿ
ñìåñü, âðåìÿ æèçíè êîòîðîé îêîëî 1 ñ. Òàêèì
îáðàçîì, ïðè ñòàöèîíàðíîé êîíöåíòðàöèè àê-
òèâíûõ ÷àñòèö èõ ìîæíî òðàíñïîðòèðîâàòü íà
çíà÷èòåëüíûå ðàññòîÿíèÿ.
Òàêèì æå èëè áîëåå äîëæíî áûòü âðåìÿ íà-
õîæäåíèÿ ÷àñòèö âîäû â ðàáî÷åì îáúåìå ïëàç-
ìåííîãî ìîäóëÿ. Ïîñêîëüêó ïðîèçâîäèòåëü-
íîñòü ïðîöåññà è ãëóáèíà î÷èñòêè çàâèñÿò îò
êîëè÷åñòâà àêòèâíûõ ÷àñòèö â âîäå, òî îïòèìè-
çàöèÿ òåõíîëîãèè íàïðàâëåíà òàêæå íà ðåøåíèå
çàäà÷è âûñîêîãî âûõîäà àêòèâíûõ ÷àñòèö è èõ
òðàíñïîðò èç ãàçà â âîäó. Ýôôåêòèâíîñòü î÷è-
ñòêè çàâèñèò â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îò îòíîøå-
íèÿ ïëîùàäè ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà ôàç ê îáú-
åìó ãàçà, â êîòîðîì ïðîèñõîäèò ðàçðÿä.
Îïèñàííûå âûøå ìåðû îáåñïå÷èâàþò ìèíè-
ìèçàöèþ ðàçìåðîâ ïóçûðüêîâ â çîíå ðàçðÿäà è
ïðè äàëüíåéøåì äâèæåíèè ãàçî-æèäêîñòíîãî
ïîòîêà äî âûõîäà çà ïðåäåëû ðàáî÷åãî îáúåìà
ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ. Çäåñü èäóò êîíêóðèðóþ-
ùèå ïðîöåññû: òóðáóëåíòíîå äðîáëåíèå è ðîñò
42 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5
Ðèñ.4. Çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäàõ ïëàçìåííîãî
ìîäóëÿ îò âåëè÷èíû ìåæýëåêòðîäíîãî çàçîðà (1) ïðè ýëåê-
òðîïðîâîäíîñòè 150 ìÑ/ì è ýëåêòðîïðîâîäíîñòè âîäíîãî
ðàñòâîðà (2) ïðè ìåæýëåêòðîäíîì çàçîðå 25 ìì.
ïóçûðüêîâ âñëåäñòâèå óâåëè÷åíèÿ îáúåìà ãàçà
èç-çà òåïëîâûäåëåíèÿ ïðè ãîðåíèè äóãè íà ïî-
âåðõíîñòè [9], ñíèæåíèÿ ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿ-
æåíèÿ è èõ ñëèÿíèÿ. Èíòåíñèôèêàöèè òóðáó-
ëåíòíîãî äðîáëåíèÿ ïóçûðüêîâ ñïîñîáñòâóþò
óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ è íåñôåðè÷íîñòè, ñíèæå-
íèå ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ.
Íà îñíîâàíèè âûïîëíåííûõ èññëåäîâàíèé
è ñ ó÷åòîì âûøåèçëîæåííûõ ïîëîæåíèé ïëàç-
ìîõèìèè ñîçäàí ïèëîòíûé ïåðåäâèæíîé êîì-
ïëåêñ (ðèñ.5) è ïðîâåäåíû èñïûòàíèÿ î÷èñòêè
âîäû îò ñîëåé òÿæåëûõ ìåòàëëîâ è ðàäèîíóêëè-
äîâ. Â òàáë.1 ïðèâåäåíû äåìîíñòðàöèîííûå ðå-
çóëüòàòû ïëàçìîõèìè÷åñêîé îáðàáîòêè âîäû,
çàãðÿçíåííîé ñîëÿìè òÿæåëûõ ìåòàëëîâ. Èç íåå
âèäíî, ÷òî ñòåïåíü î÷èñòêè íå îäèíàêîâà ïî îò-
íîøåíèþ ê ðàçëè÷íûì ýëåìåíòàì, à êîíöåíòðà-
öèÿ àíàëèçèðóåìîãî êîìïîíåíòà ìîæåò áûòü
óìåíüøåíà íà ïîðÿäîê. Òàêîå óìåíüøåíèå çàâè-
ñèò îò êðàòíîñòè îáðàáîòêè ðàñòâîðà è òåõíîëî-
ãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðîöåññà.
Ðåøåíèþ ïðîáëåìû î÷èñòêè ïî÷âû îò ðà-
äèîíóêëèäîâ ìîæåò ñïîñîáñòâîâàòü èñïîëüçîâà-
íèå ïåðñïåêòèâíîé òåõíîëîãèè ãèäðîñåïàðàöèè
ñ ïëàçìîõèìè÷åñêîé êîàãóëÿöèåé. Óñòàíîâëåíî,
÷òî áîëüøàÿ ÷àñòü ðàäèîàêòèâíîñòè àêêóìóëè-
ðóåòñÿ â ìåëü÷àéøèõ ÷àñòèöàõ âåðõíåãî ïëîäî-
ðîäíîãî ñëîÿ ïî÷âû. Íàèáîëåå ýôôåêòèâíûì
ñïîñîáîì âûäåëåíèÿ ìåëêîé ôðàêöèè ÿâëÿåòñÿ
ãèäðîñåïàðàöèÿ [10]. Ïðè ýòîì ñíèìà-
åòñÿ âåðõíèé ñëîé ïî÷âû, îòäåëÿþòñÿ
êðóïíûå (> 10 ìì) âêëþ÷åíèÿ, äèñ-
ïåðãèðóåòñÿ ïî÷âåííàÿ ìàññà â âîäíîì
ðàñòâîðå, êëàññèôèöèðóåòñÿ ïî ðàçìå-
ðàì, îòäåëÿåòñÿ êðóïíàÿ ôðàêöèÿ è
âîçâðàùàåòñÿ êàê ÷èñòûé ãðóíò íà ìå-
ñòî îòáîðà. Î÷èùåííàÿ ïî÷âà ñîñòàâ-
ëÿåò 85–90 % ïåðâîíà÷àëüíîãî îáúåìà.
Îäíàêî, òîëüêî ãèäðîñåïàðàöèÿ èìååò
íåâûñîêèé êîýôôèöèåíò î÷èñòêè (îêî-
ëî 5). Åñëè íàèáîëåå çàãðÿçíåííàÿ
ìåëêîäèñïåðñíàÿ ôðàêöèÿ, ñîäåðæà-
ùàÿ îêîëî 95 % ðàäèîàêòèâíûõ âå-
ùåñòâ, ïîäâåðãàåòñÿ äîïîëíèòåëüíîé ðåàãåíòíîé
îáðàáîòêå, îáåçâîæèâàåòñÿ è îñàäîê íàïðàâëÿåòñÿ
íà çàõîðîíåíèå êàê ðàäèàêòèâíûå îòõîäû, êîýô-
ôèöèåíò î÷èñòêè ïîâûøàåòñÿ ïðèìåðíî äî 200, à
îáúåì îòõîäîâ, íàïðàâëÿåìûõ íà çàõîðîíåíèå,
ñíèæàåòñÿ ïî÷òè â 20 ðàç [3, 4].
Ñóùíîñòü òåõíîëîãèè ãèäðîñåïàðàöèè ñ
ïëàçìîõèìè÷åñêîé êîàãóëÿöèåé çàêëþ÷àåòñÿ â
ïîñòîÿííîì íàñûùåíèè ïðîìûâî÷íîé âîäû ñîð-
áåíòàìè ðàäèîíóêëèäîâ, êîòîðûå íåïðåðûâíî
îáðàçóþòñÿ â ðåçóëüòàòå ïëàçìîõèìè÷åñêèõ ðå-
àêöèé ðàñõîäóåìûõ ýëåêòðîäîâ ñ ïàðîâîçäóø-
íîé ñìåñüþ â ýëåêòðè÷åñêîì ðàçðÿäå, ãîðÿùåì
â ïðîìûâî÷íîé âîäå. Ýòè ÷àñòèöû î÷èùàþò
ãðóíò îò ðàäèîàêòèâíûõ íóêëèäîâ è óäàëÿþòñÿ
èç ðàñòâîðà âìåñòå ñ ìåëêîé ôðàêöèåé ãðóíòà,
íà êîòîðîé àäñîðáèðîâàíà áîëüøàÿ ÷àñòü ðà-
äèîíóêëèäîâ. Óáûëü «ãðÿçíûõ» íàíî÷àñòèö è
ïîñòóïëåíèå â ïðîìûâî÷íóþ âîäó «÷èñòûõ»
óðàâíîâåøåíû. Ïðîìûâî÷íàÿ âîäà ïðàêòè÷åñêè
íå çàãðÿçíÿåòñÿ. Ïðåäëàãàåòñÿ êîìáèíèðîâàíèå
ìåòîäîâ, îñíîâíûìè èç êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ ñèí-
òåç ñ ïîìîùüþ ïëàçìû ìåëêîäèñïåðñíîãî ñåëåê-
òèâíîãî ñîðáåíòà ñ îäíîâðåìåííîé ñîðáöèåé è
ñîîñàæäåíèåì ðàäèîíóêëèäîâ.
 ðåçóëüòàòå àâàðèè íà ×åðíîáûëüñêîé
ÀÝÑ óñòàíîâëåíî, ÷òî èç âñåõ ïðîäóêòîâ äåëå-
íèÿ óðàíà ïî ïðîøåñòâèè íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ
ëåò îñíîâíûìè äîçîîáðàçóþùèìè ÿâëÿþòñÿ êà-
òèîíû ùåëî÷íûõ (Cs-137, Cs-134) è ùåëî÷íîçå-
ìåëüíûõ (Sr-90) ìåòàëëîâ. Äëÿ î÷èñòêè æèä-
êèõ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ îò ðàäèîíóêëèäîâ
öåçèÿ ñîâìåñòèìûì ñ ïëàçìåííîé îáðàáîòêîé
ÿâëÿåòñÿ îñàäèòåëüíûé ìåòîä, îñíîâàííûé íà
ñåëåêòèâíîì îñàæäåíèè öåçèÿ ñ îñàäêàìè ôåð-
ðîöèàíèäîâ ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ. Â äàííîì
ñëó÷àå èñïîëüçóþòñÿ ìåëêîäèñïåðñíûå êîìïî-
çèöèîííûå ôåððîöèàíèäíûå ñîðáåíòû.
Ñîðáåíòû äàííîãî òèïà ïîëó÷åíû íàìè
âñëåäñòâèå îñàæäåíèÿ ôåððîöèàíèäà ñîîòâåòñò-
âóþùåãî ìåòàëëà â ïðèñóòñòâèè ñèíòåçèðîâàííî-
ãî â çîíå ïëàçìåííîé îáðàáîòêè ìåëêîäèñïåðñ-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5 43
Òàáëèöà 1. Ðåçóëüòàòû ïëàçìîõèìè÷åñêîé îá-
ðàáîòêè âîäû ñ ñîëÿìè òÿæåëûõ ìåòàëëîâ
Ðàñòâîð â
òåõíè÷å-
ñêîé âîäå
Àíàëèçèðóå-
ìûé
êîìïîíåíò
Êîíöåíòðàöèÿ êîìïîíåí-
òà â ðàñòâîðå, ìã/ë Öèêëû
îáðàáîòêè,
øò.
èñõîäíîì îáðàáîòàííîì
CuSO4 ìåäü 33,6 3,3 2
ZnCl2 öèíê 3300 365 2
KMnO4* ìàðãàíåö 109,2 8,1 2
PbNO3 ñâèíåö 1,4 0,16 2
CdI2 êàäìèé 2,4 0,6 1
* Â äèñòèëëèðîâàííîé âîäå
Ðèñ.5.Ïèëîòíàÿ ïåðåäâèæíàÿ óñòàíîâêà ïëàçìåííîäóãîâîé î÷èñòêè âîäû
(à) è òðàíñïîðòíûé ìîäóëü (á).
íûõ êàðáîíàòîâ êàëüöèÿ è ñòðîíöèÿ. Ñîäåðæà-
íèå ôåððîöèàíèäà ïåðåõîäíîãî ìåòàëëà â êîìïî-
çèöèîííîì ñîðáåíòå äîñòèãàåò 50 % (ìàñ.). Òà-
êèå ìåëêîäèñïåðñíûå ñîðáåíòû ïî ñðàâíåíèþ ñ
ãðàíóëèðîâàííûìè ìàòåðèàëàìè îáëàäàþò ñëå-
äóþùèìè ïðåèìóùåñòâàìè: ïîâûøåííûìè èçáè-
ðàòåëüíîñòüþ è ñêîðîñòüþ èçâëå÷åíèÿ áîëåå
÷åì â 100 ðàç ðàäèîíóêëèäîâ èç ìíîãîêîìïî-
íåíòíûõ âîäíûõ ðàñòâîðîâ, òàê êàê ñîîñàæäå-
íèå ìèêðîêîëè÷åñòâ öåçèÿ ñ îñàäêàìè ôåððî-
öèàíèäîâ ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ (Ni, Co, Cu,
Fe) ïðîèñõîäèò ïðàêòè÷åñêè â ìîìåíò ñèíòåçè-
ðîâàíèÿ ñîðáåíòà â õèìè÷åñêè àêòèâíîé çîíå
ðàññåÿííîãî ïëàçìåííîãî ðàçðÿäà, êîãäà åùå
ïîâåðõíîñòü ñîðáåíòà íàèáîëåå àêòèâíà.
 ïðèñóòñòâèè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ ðå-
ñóðñ ñîðáåíòîâ ñíèæàåòñÿ â íåñêîëüêî ðàç. Íå-
ãàòèâíîå âëèÿíèå îðãàíè÷åñêèõ êîìïëåêñîîáðà-
çóþùèõ âåùåñòâ ñâÿçàíî ñ ðàñòâîðåíèåì ôåððî-
öèàíèäíîé ñîñòàâëÿþùåé çà ñ÷åò êîìïëåêñîîá-
ðàçîâàíèÿ ñ èîíàìè ïåðåõîäíîãî ìåòàëëà. Îä-
íàêî âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà ïëàçìû îáåñïå÷èâàåò
âûãîðàíèå îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ, ïðè÷åì ýòî
ïðîèñõîäèò íåñêîëüêî ðàíüøå (íèæå ïî òå÷å-
íèþ), äî ñèíòåçà ñîðáåíòà. Èññëåäîâàíèå ýëåê-
òðîýðîçèîííûõ ïîðîøêîâ è ñóñïåíçèè ìåòîäîì
ïðîñâå÷èâàþùåé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè ïî-
êàçàëî, ÷òî â ïîëó÷åííûõ ïîðîøêàõ èìåþòñÿ
÷àñòèöû ðàçìåðîì îò åäèíèö íàíîìåòðîâ äî
åäèíèö ìèêðîíîâ. Ìåõàíèçì èçâëå÷åíèÿ èîíîâ
òÿæåëûõ ìåòàëëîâ èç ðàñòâîðîâ ñîñòîèò â òîì,
÷òî ïðè äåéñòâèè ðàçðÿäà ïðîèñõîäèò îáðàçîâà-
íèå ãèäðîêñèäîâ æåëåçà èç ìàòåðèàëà ýëåêòðî-
äîâ, êîòîðûå ýôôåêòèâíî èõ îñàæäàþò.
 ßïîíèè (ã. Äàòå, ïðåôåêòóðà Ôóêóñèìà)
ïîä ðóêîâîäñòâîì àâòîðà âûïîëíåíû òåñòîâûå
èñïûòàíèÿ ïðîöåññà ïëàçìåííîãî ñîîñàæäåíèÿ
ðàäèîíóêëèäîâ Cs-137, Cs-134 è Sr-90 â ðåàëü-
íûõ óñëîâèÿõ ãèäðîñåïàðàöèè çàðàæåííîãî
ãðóíòà ñ ïëàçìîõèìè÷åñêîé êîàãóëÿöèåé íà ïå-
ðåäâèæíîì ïëàçìîõèìè÷åñêîì êîìïëåêñå. Ðå-
çóëüòàòû ïðèâåäåíû â òàáë. 2–4.
Âûâîäû
Îïðåäåëåíû óñëîâèÿ ñòàáèëèçàöèè ýëåê-
òðî-ïíåâìî-ãèäðàâëè÷åñêîãî ðåæèìà â çîíå îáú-
åìíîãî ðàññåÿííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà â
ãàçîäèñïåðñíîé ñðåäå âî âñåì ðàáî÷åì äèàïàçî-
íå. Ñîçäàíû óíèâåðñàëüíûå òåõíîëîãèÿ è îáî-
ðóäîâàíèå îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ îáúåì-
íî-ðàññåÿííûì ïëàçìåííî-äóãîâûì ðàçðÿäîì íà
ïîâåðõíîñòè ôàçîâîãî ðàçäåëà ãàç — æèäêîñòü
(ïîâåðõíîñòü ïóçûðüêîâ â âîäå) äëÿ èçâëå÷å-
íèÿ òÿæåëûõ ìåòàëëîâ, ðàäèîíóêëèäîâ, îáåççà-
ðàæèâàíèÿ, àêòèâèðîâàíèÿ áåç âíåñåíèÿ ïîñòî-
ðîííèõ âåùåñòâ.
Íà ïðàêòèêå äîêàçàíî, ÷òî èñïîëüçîâàíèå
ïëàçìû â òåõíîëîãèè îáåççàðàæèâàíèÿ âîäû ÿâ-
ëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâíûì äëÿ ïðîìûøëåííîãî ïðè-
ìåíåíèÿ è èìååò òàêèå ïðåèìóùåñòâà: îòñóòñòâèå
îáðàçîâàíèÿ ïîáî÷íûõ ïðîäóêòîâ è âûñîêàÿ ýô-
ôåêòèâíîñòü. Óñòàíîâêè ïëàçìîõèìè÷åñêîé îáðà-
áîòêè âîäû íå òðåáóþò ñïåöèàëüíûõ ïîìåùåíèé
è ìîãóò ýêñïëóàòèðîâàòüñÿ â ñòàöèîíàðíîì èëè
ìîáèëüíîì âàðèàíòàõ äëÿ î÷èñòêè è îáåççàðàæè-
âàíèÿ ñòî÷íûõ âîä ðàçëè÷íîãî ïðîèñõîæäåíèÿ è
â ðàçíîì êîëè÷åñòâå. Çàòðàòû íà îáðàáîòêó âîäû
ïî äàííîé òåõíîëîãèè íå ïðåâûøàþò çàòðàò ïî
ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöèîííûìè ìåòîäàìè.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Áûêîâ À.À. Èññëåäîâàíèå ãàçîæèäêîñòíûõ òå÷åíèé è
õàðàêòåðèñòèê ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà â ïðîöåññàõ
î÷èñòêè ïðîìûøëåííûõ è áûòîâûõ ñòî÷íûõ âîä : Àâ-
òîðåô. äèñ. … êàíä. òåõí. íàóê. — Ì., 2011. — 24 ñ.
2. Àðèñòîâà Í.À., Ïèñêàðåâ È.Ì. Ãåíåðàòîðû îçîí-
íî-ãèäðîêñèëüíîé ñìåñè è èõ ïðèìåíåíèå. — Ì.,
2005. — 26 ñ. — (Ïðåïðèíò / Íàó÷.-èññëåä. èí-ò
ÿäåð. ôèçèêè Ìîñê. ãîñ. óí-òà; 2005-15/781).
3. Ïåòðîâ Ñ.Â., Õîììà Ì. Ïëàçìåííàÿ î÷èñòêà çàãðÿç-
íåííûõ âîä // Àâòîìàò. ñâàðêà. — 2012. — ¹ 6.
— Ñ. 58–59.
4. Íèêèôîðîâ À.Ñ., Êóëè÷åíêî Â.Â., Æèõàðåâ Ì.È.
Îáåçâðåæèâàíèå æèäêèõ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ.
— Ì. : Ýíåðãîàòîìèçäàò, 1985. — 183 ñ.
44 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5
Òàáëèöà 2. Ðåçóëüòàòû î÷èñòêè ðàäèîàêòèâíî
çàðàæåííîé âîäû
Çàãðÿçíåíèå Çàãðÿçíåí-
íàÿ âîäà
Î÷èùåííàÿ
âîäà
Íèæíèé ïðå-
äåë àíàëèçà
Èîä-131, Áê/êã – – 10
Öåçèé-134, Áê/êã 7400 110 10
Öåçèé-137, Áê/êã 11000 160 10
Ïðèìå÷àíèå. Äàòà çàáîðà: 27.02.12, âðåìÿ çàáîðà: 10:30 —
çàãðÿçíåííàÿ âîäà, 14:30 — î÷èùåííàÿ âîäà.
Òàáëèöà 3. Ðåçóëüòàòû î÷èñòêè ðàäèîàêòèâíî
çàðàæåííîé âîäû
Çàãðÿçíåíèå Çàãðÿçíåííàÿ âîäà Î÷èùåííàÿ âîäà
Ñòðîíöèé, ìã/ë 22,0 10
Öåçèé, ìã/ë 38,0 � 0,05
Ïðèìå÷àíèå. Äàòà çàáîðà: 10.12.12.
Òàáëèöà 4. Ðåçóëüòàòû î÷èñòêè ðàäèîàêòèâíî
çàðàæåííîé âîäû ïîñëå ïðîìûâêè ãðóíòà
Çàãðÿçíåíèå Äî î÷èñòêè Ïîñëå î÷èñòêè
Ñòðîíöèé, ìã/ë 65 18
Îðãàíèêà 1, ìã/ë 6600 860
Îðãàíèêà 2, ìã/ë 6600 160
Öåçèé-134, Áê/ë 4400 59
Öåçèé-137, Áê/ë 8100 110
Ïðèìå÷àíèå. Äàòà çàáîðà: 18.12.12.
5. Òåõíîëîãè÷åñêèå è îðãàíèçàöèîííûå àñïåêòû îáðà-
ùåíèÿ ñ ðàäèîàêòèâíûìè îòõîäàìè. — Âåíà :
ÌÀÃÀÒÝ, 2005. — 220 ñ.
6. Àíäðþøèí È.À., Þäèí Þ.À. Îáçîð ïðîáëåì îáðà-
ùåíèÿ ñ ðàäèîàêòèâíûìè îòõîäàìè è îòðàáîòàâ-
øèì ÿäåðíûì òîïëèâîì. — Ñàðàòîâ: ÔÃÓÏ
«ÐÔßÖ – ÂÍÈÈÝÔ», 2010. — 119 ñ.
7. Ñåéäà Â.À., Öèâóí À.Ï. Ïðîáëåìíûå âîïðîñû îá-
ðàùåíèÿ ñ ðàäèîàêòèâíûìè îòõîäàìè íà ×ÀÝÑ
// Ïðîáëåìû ×åðíîáûëüñêîé çîíû îò÷óæäåíèÿ :
Íàó÷.-òåõí. ñá. — 2012. — Âûï. 10. — Ñ. 40–53.
8. Íèãìàòóëèí Ð.È. Äèíàìèêà ìíîãîôàçíûõ ñðåä. —
Ì. : Íàóêà, 1987. — Ò. 1. — 459 ñ.
9. Ïåòðîâ Ñ.Â., Áîíäàðåíêî Ñ.Ã., Ðóáåöü Ä.I., Ñàâàí-
÷óê Î.Â., ßíþê Â.À. Ìîäåëþâàííÿ ïîâåäiíêè
ïîâiòðÿíîi áóëüáàøêè â ïîëi ñòàöiîíàðíîãî äóãî-
âîãî ðîçðÿäó // Âîñòî÷íî-åâðîï. æóðí. ïåðåäî-
âûõ òåõíîëîãèé. — 2013. — ¹ 3/5. — Ñ. 73–78.
10. Ìèõåéêèí Ñ.Â. Î÷èñòêà ãðóíòà ìåòîäîì ãèäðîñå-
ïàðàöèè // Áåçîïàñíîñòü îêðóæàþùåé ñðåäû. —
2006. — ¹ 3. — Ñ. 48–50.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 16.09.13
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5 45
Ïåòðîâ Ñ.Â., äîêò. òåõí. íàóê
²íñòèòóò ãàçó ÍÀÍ Óêðà¿íè, Êè¿â
âóë. Äåãòÿð³âñüêà, 39, 03113 Êè¿â, Óêðà¿íà, e-mail: petrov.st.v@nas.gov.ua
Ïëàçìîâå î÷èùåííÿ âîäè é ãðóíòó
â³ä âàæêèõ ìåòàë³â òà ðàä³îíóêëèä³â
Âèêîíàíî äîñë³äè ùîäî ñòâîðåííÿ óí³âåðñàëüíî¿ òåõíîëî㳿 òà îáëàäíàííÿ îáðîáêè âîä-
íèõ ðîç÷èí³â îá’ºìíî-ðîçñ³þâàíèì ïëàçìîâî-äóãîâèì ðîçðÿäîì íà ïîâåðõí³ ôàçîâîãî
ðîçä³ëó ãàç — ð³äèíà (ïîâåðõíÿ áóëüáàøîê ó âîä³) äëÿ âèëó÷åííÿ âàæêèõ ìåòàë³â,
ðàä³îíóêëèä³â, çíåçàðàæåííÿ, àêòèâàö³¿ áåç âíåñåííÿ ñòîðîíí³õ ðå÷îâèí. Îñíîâíó óâàãó
ïðèä³ëåíî ñòàá³ë³çàö³¿ åëåêòðî-ïíåâìî-ã³äðàâë³÷íîìó ðåæèìó â çîí³ îá’ºìíîãî ðîçñ³þâà-
íîãî ðîçðÿäó äëÿ óìîâ ïðîìèñëîâîãî çàñòîñóâàííÿ. Íàâåäåíî äàí³ ç ïëàçìîâîãî î÷è-
ùåííÿ âîäè é ãðóíòó â³ä âàæêèõ ìåòàë³â òà ðàä³îíóêëèä³â ó ïðåôåêòóð³ Ôóêóñ³ìà, çà-
áðóäíåíèõ â ðåçóëüòàò³ àâà𳿠íà ÀÅÑ. Ïîêàçàíî, ùî âèêîðèñòàííÿ ïëàçìè ó òåõíîëî㳿
çíåçàðàæåííÿ âîäè º ïåðñïåêòèâíèì äëÿ ïðîìèñëîâîãî âèêîðèñòàííÿ. Óñòàíîâêè
ïëàçìîõ³ì³÷íî¿ îáðîáêè âîäè íå ïîòðåáóþòü ñïåö³àëüíèõ ïðèì³ùåíü òà ìîæóòü ýêñïëóà-
òóâàòèñÿ ó ñòàö³îíàðíîìó àáî ìîá³ëüíîìó âàð³àíòàõ äëÿ î÷èùåííÿ òà çíåçàðàæåííÿ
ñò³÷íèõ âîä ð³çíîãî ïîõîäæåííÿ òà ó ð³çí³é ê³ëüêîñò³. Âèòðàòè íà îáðîáêó âîäè çà
äàíîþ òåõíîëî㳺þ íå âèùå, í³æ çà òðàäèö³éíèìè ìåòîäàìè. Á³áë. 10, ðèñ. 5, òàáë. 4.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: îá’ºìíî-ðîçñ³þâàíèé ïëàçìîâî-äóãîâèé ðîçðÿä, áóëüáàøêîâà ð³äèíà,
î÷èùåííÿ âîäè â³ä ðàä³îíóêë³ä³â.
Petrov S.V., Doctor of Technical Science
The Gas Institute of National Academy of Science of Ukraine, Kiev
39, Degtyarivska St., 03113 Kiev, Ukraine, e-mail: petrov.st.v@nas.gov.ua
Plasma Purification of Water and Soil
from Heavy Metals and Radioactive Nuclides
Research was carried out to develop the versatile technology and equipment for treatment
of water solutions by the volumetric-scattered plasma-arc discharge at the gas-liquid in-
terface (surface of bubbles in water) to extract heavy metals and radioactive nuclides,
disinfect and activate by adding no foreign substances. The emphasis was made on sta-
bilisation of the electric-pneumohydraulic mode in the volumetric-scattered discharge
zone. The data are given on plasma purification of water and soil from heavy metals and
radioactive nuclides in the Fukushima prefecture, which were contaminated as a result of
the nuclear power plant accident. It is shown that the use of plasma in the technology of
disinfection of water holds promise for commercial application. The units for plasma
chemical treatment of water require no special premises. They can be of a stationary or
References
1. Bykov A.A. Investigation of gas-liquid flows and
characteristics of electric discharge in the processes
of purification of industrial and domestic sewage
waters : Abstract of theses for candidate of techni-
cal science, Moscow, 2011, 24 p. (Rus.)
2. Aristova N.A., Piskarev I.M. Ozone-hydroxyl mixture
generators and their application. Moscow, 2005, 26 p.
(Preprint of the Institute of Nuclear Physics of Mos-
cow State University, 2005-15/781. (Rus.)
3. Petrov S.V., Homma M. Plasma cleaning of con-
taminated waters. Avtomaticheskaya Svarka, 2012,
(6), pp. 58–59. (Rus.)
4. Nikiforov A.S., Kulichenko V.V., Zhykharev M.I.
Neutralisation of liquid radioactive wastes. Moscow
: Energoatomizdat Publ., 1985, 183 p. (Rus.)
5. Technological and organizational aspects of treat-
ment of radioactive waste. Vienna : International
Atomic Energy Agency, 2005, 220 p. (Rus.)
6. Andryushin I.A., Yudin Yu.A. Review of problems in
treatment of radioactive waste and spent nuclear fuel.
Saratov: RFNC-VNIIEF Publ., 2010, 119 p. (Rus.)
7. Seida V.A., Tsyvun A.P. Problems in treatment of ra-
dioactive wastes at Chornobyl NPP. Problems of the
Chornobyl exclusion zone, 2012, iss. 10, pp. 40–53.
8. Nigmatulin R.I. Dynamics of multiphase media. Mos-
cow : Nauka Publ., 1987, 1, 459 p. (Rus.)
9. Petrov S.V., Bondarenko S.G., Rubets D.I.,
Savanchuk O.V., Yanyuk V.A. Modelling of behav-
iour of an air bubble in the stationary arc discharge
field. East-European Journal of Advanced Technol-
ogies, 2013, (3/5), pp. 73–78. (Rus.)
10. Mikheikin S.V. Cleaning of soil by the hydrosepa-
ration method. Bezopasnost okruzhayushchei Sredy,
2006, (3), pp. 48–50. (Rus.)
Received September 16, 2013
46 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 5
mobile type and be used for purification and disinfection of sewage waters of different
origins and in different amounts. The cost of treatment of water by using this technology
does not exceed that by using traditional methods. Bibl. 10, Fig. 5, Table 4.
Key words: volumetric-scattered plasma-arc discharge, bubble liquid, purification, radio-
active nuclides.
ÓÄÊ 546.212:621.35
Áîðäóí ².Ì., êàíä. ô³ç.-ìàò íàóê, Ïòàøíèê Â.Â., àñï³ðàíò
Íàö³îíàëüíèé óí³âåðñèòåò «Ëüâ³âñüêà ïîë³òåõí³êà»
âóë. Êíÿçÿ Ðîìàíà, 5, 79005 Ëüâ³â, Óêðà¿íà, e-mail: bordun.igor@gmail.com
Êîíòðîëü ñòðóìó ÿê ìåòîä âèçíà÷åííÿ ãëèáèíè
åëåêòðîõ³ì³÷íî¿ àêòèâàö³¿ âîäíèõ ðîç÷èí³â
Ïðîàíàë³çîâàíî ð³çí³ ìåòîäèêè âèçíà÷åííÿ ãëèáèíè àêòèâàö³¿ ï³ä ÷àñ åëåêòðîõ³ì³÷íî¿ îá-
ðîáêè âîäíèõ ðîç÷èí³â. Ïîêàçàíî, ùî ï³ä ÷àñ àêòèâàö³¿ òàêèõ ðîç÷èí³â ó ñòàö³îíàðíîìó
åëåêòðîë³çåð³ ñïîñòåð³ãàºòüñÿ õàðàêòåðíà çàëåæí³ñòü ñèëè ñòðóìó â³ä ÷àñó. Âñòàíîâëåíî,
ùî õàðàêòåð çì³íè ñèëè ñòðóìó êîðåëþº ç³ çì³íîþ âîäíåâîãî ïîêàçíèêà pH òà åëåêòðî-
ïðîâ³äí³ñòþ ïðîäóêò³â åëåêòðîë³çó. Öå äîçâîëÿº âèçíà÷èòè ãëèáèíó àêòèâàö³¿ çà çì³íîþ
ñèëè ñòðóìó. Áèáë. 16, ðèñ. 2.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: åëåêòðîïðîâ³äí³ñòü âîäè, åëåêòðîõ³ì³÷íà àêòèâàö³ÿ, ãëèáèíà àêòèâàö³¿.
� Áîðäóí ².Ì., Ïòàøíèê Â.Â., 2013
Åëåêòðîõ³ì³÷íà àêòèâàö³ÿ (ÅÕÀ) âîäíèõ ðîç-
÷èí³â º ïåðñïåêòèâíèì íàïðÿìêîì âäîñêîíàëåííÿ
³ñíóþ÷èõ òåõíîëîã³é âîäîï³äãîòîâêè äëÿ çàáåçïå-
÷åííÿ ¿õíüî¿ åêîëîã³÷íîñò³ òà ðåñóðñîîùàäíîñò³,
îñê³ëüêè äîçâîëÿº â³äìîâèòèñÿ â³ä âèêîðèñòàííÿ
õ³ì³÷íèõ ðåàãåíò³â äëÿ çì³íè âëàñòèâîñòåé âîä-
íèõ ðîç÷èí³â [1]. гçíîìàí³òí³ñòü òåõíîëîã³÷íèõ
çàñòîñóâàíü [2, 3] çàáåçïå÷óºòüñÿ óí³êàëüíèì
ïîºäíàííÿì îêèñëþâàëüíèõ òà â³äíîâëþâàëüíèõ,
êàòàë³òè÷íèõ òà á³îêàòàë³òè÷íèõ âëàñòèâîñòåé
ÅÕÀ ðîç÷èí³â ç íåïðîïîðö³éíî ìàëèì âì³ñòîì
ä³þ÷èõ ðå÷îâèí. Ùå îäíà îñîáëèâ³ñòü àêòèâîâà-
íèõ ðîç÷èí³â ïîëÿãຠó òîìó, ùî ¿õí³ âëàñòèâîñò³
ç ÷àñîì çì³íþþòüñÿ, ðåëàêñóþ÷è äî ïåâíîãî
ñòàá³ëüíîãî çíà÷åííÿ [4, 5]. Ìåòàñòàá³ëüí³ñòü
âëàñòèâîñòåé âèìàãຠâðàõîâóâàòè âèõ³äíèé
ñòàí òà ÷àñîâèé ïðîì³æîê â³ä îòðèìàííÿ äî âè-
êîðèñòàííÿ ÅÕÀ ðîç÷èí³â. Ðåëàêñàö³éí³ ïðîöå-
ñè ó ÅÕÀ ðîç÷èíàõ âæå ó ÿê³éñü ì³ð³ âèâ÷åí³,
àëå êîíòðîëü çà ãëèáèíîþ àêòèâàö³¿ çàëèøà-
ºòüñÿ íà ñëàáî äîñë³äæåíîìó ð³âí³.
Öå çóìîâëåíî, íàñàìïåðåä, ñêëàäí³ñòþ îïè-
ñó ïðîöåñ³â, ÿê³ â³äáóâàþòüñÿ ï³ä ÷àñ ÅÕÀ òà
íåâèçíà÷åí³ñòþ ìåõàí³çì³â àêòèâàö³¿ âîäíîãî
|