Львівська політехніка проводить набір на підготовчі курси

«Питна вода у будь-яких умовах? Це швидко й просто!»: в ІХХТ розробили обладнання для очищення води

17 травня 2017, 08:41
Наталя Яценко, тижневик «Аудиторія»

Найпростіший спосіб зробити воду придатною для пиття – прохлорувати її. Або використати пероксид водню чи озон. Але щоб не перевищити дози хлору, потрібен аналіз води, оскільки продукти хлорування інколи шкідливіші, ніж самі забруднення. Проте існує метод очищення, який не вимагає використання хімікатів. Обладнання для отримування питної води в польових умовах, яке розробили на кафедрі загальної хімії ІХХТ Львівської політехніки, потребує лише джерела електроенергії.

У віддалених районах, у зонах екологічних катастроф, у зоні АТО проблема чистої питної води доволі гостра. Вода у відкритих природних водоймах – озерах, річках містить величезну кількість як біологічних – спори, бактерії, грибки, серед яких найбільш поширена Escherichia coli, так і органічних, неорганічних забруднень. Таку воду можна вживати тільки після кип’ятіння, хоч і воно не гарантує абсолютного її знезараження – не всі мікроорганізми гинуть, а отже – відповідно, становлять загрозу для здоров’я.

Кавітація – це високоенергетичний процес, який дає змогу генерувати вільні радикали, високі тиски й локальні температури, що, унаслідок, очищає воду від бактерійних забруднень на 98–99%. Кавітація відбувається в рідині за будь-якої температури. Пристрої, які створюють кавітацію, для світу не нові – їм років приблизно 70. Проблема лише в тім, що створення кавітації за допомогою ультразвукових генераторів є доволі дорогим і незручним: обладнання – громіздке, ККД – низький, адже тільки 10% електроенергії, яку споживає генератор, випромінюється в акустичну. Тож таке очищення води результативне хіба в умовах лабораторії, де можна кавітувати в невеликих обсягах – 100–200 мл рідини.

Ідея розробити прилад, який очищає воду низькочастотним віброрезонансним кавітатором, виникла 2010 року у професорів Володимира Старчевського (завкафедри загальної хімії ІХХТ) й Івана Афтаназіва (завкафедри нарисної геометрії та інженерної графіки ІМФН) під час… риболовлі, коли вони спостерігали явище «цвітіння води», спричинене розмноженням ціанобактерій. За рік праці, коли вони переконалися, що ідея правильна, розробили креслення й виготовили обладнання на одному зі львівських заводів.

– Це реактор, який не потребує хімічних реагентів, – показує прилад і розповідає про нього професор Володимир Старчевський. – Якщо є джерело живлення (а при сучасному розвитку дизельгенераторів і урухумлювачів від автівки це – не проблема), то можна створити кавітацію в малих і великих об’ємах. Для цього треба під’їхати з обладнанням до будь-якої відкритої водойми, пропустити воду з неї крізь низькочастотний віброрезонансний кавітатор – й отримаєте Н2О, у якій нема живих мікроорганізмів, а якщо і є, то вони не активні і не здатні розмножуватися. Така вода може зберігатися сім діб. Це з доступом повітря, а без доступу – удвічі довше.

Наш лабораторний прилад, залежно від потужності вібраційного насоса, здатен помпувати від 5 до 50 л рідини на годину, а то й більше – 100–150 л. Але не досить просто ввімкнути його в розетку, потрібно ще, зважаючи на характеристику середовища, підібрати резонансну частоту коливань дек-збурювачів кавітації – 37, 39, 72 Гц. Якщо налаштувати цей пристрій, то користувач має лише вибрати частоту й натиснути кнопку – циркуляційний насос подаватиме воду крізь циркуляційну камеру. Будь-яких технічних планів не потрібно. Хоча є певні технологічні секрети й нюанси, які не можна розголошувати.

Наш принцип роботи – новий і запатентований. Його перевага – ККД понад 95%. Також для нашого пристрою не страшні тверді частинки, які інколи трапляються у воді, – їх він просто подрібнює. Лише згодом доведеться міняти деки й насоси, які, хоч-не-хоч, зношуватимуться.

Щодо проблем очищення води від бактерійних і неорганічних забруднень під дією кавітації вже захищено докторську й три кандидатські дисертації. У нас із Іваном Афтаназівим на цю тему є монографія «Низькочастотні віброрезонансні кавітатори», а також із моєю докторанткою (а нині вже професором) Лілією Шевчук – інша монографія – «Кавітація: фізичні, хімічні, біологічні та технологічні аспекти» (у ній також розглядаємо наукові основи кавітаційних процесів). Маємо позитивний експертний висновок Інституту озброєння Міністерства оборони України про наш прилад. Не так давно Укроборонпром отримав від нас дані для інноваційного проекту.

Кавітація має набагато ширший спектр застосування, ніж тільки очищення води. Це активація гетерогенних каталізаторів і гетерогенних каталітичних реакцій, прискорення реакцій полімеризації, з фізичних ефектів – емульгування, дегазація, кристалізація, особливих успіхів досягаємо під час екстракції – можна скоротити час екстрагування вдесятеро. У Франції у Провансі, коли роблять олійні екстракти, то за допомогою кавітаторів процес виготовлення, узагалі, пришвидшується в сто разів. Перспективи ж використання приладу, який розробили політехніки, – кристалізація цукру й підвищення ступеня зброджування солоду у спиртовій промисловості та багато інших процесів.