Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Все технологии, которые мы сегодня воспринимаем как должное, были тогда всего лишь отблеском идеи в умах инженеров из Силиконовой долины....полностью>>
'Документ'
ЗАО «Газета.Ру», именуемое в дальнейшем «Лицензиар», в лице Генерального директора Омашевой Л.С., действующего на основании Устава, с одной стороны, и...полностью>>
'Программа'
Прибытие в Йоханнесбург.  Встреча русскоговорящим гидом.Трансфер и размещение в  отеле Palazzo Hotel 5*.13:00 Обзорная экскурсия по городу. Йоханнесбу...полностью>>
'Документ'
Данное издание выпущено в рамках программы Центрально-Европейского Университета «Translation Project» при поддержке Центра по развитию издательской де...полностью>>

Отчет о научно-исследовательской работе разработка модулей для производственных технологий

Главная > Публичный отчет
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ПетрГУ)

УДК 533.09

№ гос. регистрации 0120.0502691

Инв. №

УТВЕРЖДАЮ

Проректор ПетрГУ по НИР

д-р мед. наук, профессор

_____________ Н. В. Доршакова

«___»____________2005 г.

ОТЧЕТ

О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

РАЗРАБОТКА МОДУЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

И ТЕХНОЛОГИЙ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

ПРИ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИИ ВОДЫ И ВОЗДУХА

НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ЛАМП

(заключительный)

Научный руководитель

проф., д-р физ.-мат. наук _____________ А. Д. Хахаев

Петрозаводск 2005

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

Руководитель темы,

д-р физ.-мат. наук, проф.

ПетрГУ ___________________ А. Д. Хахаев (введение, заключение)

подпись, дата

Исполнители темы:

д-р физ.-мат. наук, проф.

ПетрГУ ___________________ В. И. Сысун (гл. 2)

подпись, дата

канд. ф.-м. н., профессор

ПетрГУ ___________________ Л. А. Луизова (введение, гл. 1, 2.2, 4.2)

подпись, дата

канд. техн. наук, вед. н. с.

ИТ СО РАН ___________________ И. М. Уланов (гл. 1, 2)

подпись, дата

вед. инженер

ИТ СО РАН ___________________ А. Литвинцев (гл. 3.1)

подпись, дата


инженер

ИТ СО РАН ___________________ М. В. Исупов (гл. 2)

подпись, дата

ст. науч. сотр.

ИТ СО РАН ___________________ К. Н. Колмаков (гл. 2)

подпись, дата

канд. ф.-м. н., ст. преподаватель

ПетрГУ ___________________ К. А. Екимов (гл. 2.2)

подпись, дата

инженер

ПетрГУ ___________________ А. И. Щербина (4, приложение)

подпись, дата

инженер

ПетрГУ ___________________ С. И. Акиньшин (гл. 3)

подпись, дата

В работе принимали участие также инженеры, стеклодувы (кварцедувы) и электрики Петрозаводского университета и Института теплофизики СО РАН.

РЕФЕРАТ

Отчет 105 с., 30 рис., 33 табл., 44 источника, 3 прил.

БАКТЕРИЦИДНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ДОЗА, ИНДУКЦИОННЫЕ ЛАМПЫ., КОНСТРУКЦИЯ, МОДУЛЬ, МОЩНОСТЬ, ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ, ОБОРУДОВАНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ, ОЧИСТКА, СПЕКТР, ПОТОК, УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Отчет содержит описание расчета свойств компонентов модуля для производственных технологий, оценку инновационного потенциала проекта и техноко-экономическое обоснование разработки и организации серийного производства оборудования для обеззараживаниия воды и воздуха на основе индукционной лампы ультрафиолетового излучения.

Приведена конструкторская документация для изготовления модуля. Приведены описание устройства и схема источника питания для лампы упомянутого модуля. Описан макет в целом. Результаты разработки, содержащиеся в отчете, обеспечивают возможность организации промышленного производства модулей.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ …..……………………………………………………………………………………..

5

1 ОЦЕНКА ИННОВАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПРОЕКТА ……………………………....

9

1.1 Цель проекта ………………………………………………………………………………..

9

1.2 Известные методы обеззараживания воды и преимущества УФ-обеззараживания …...

9

1.2.1 Вируцидная эффективность ..………………………………………………………….

9

1.2.2 Отсутствие отрицательных эффектов после дезинфекции ………………………….

10

1.2.3 Не токсичность для человека ..………………………………………………………...

11

1.3 Основные технико-экономические преимущества разработки .………………………...

11

1.3.1 Эксплуатационные особенности .……………………………………………………...

11

1.3.2 Экономическая эффективность УФ-обеззараживания ………………………………

12

1.4 Технико-экономическое преимущество индукционной лампы перед

аналогичными лампами ультрафиолетового обеззараживания ……………………………..

13

2 ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКЦИОННЫХ УФ ЛАМП ...…………..….

15

2.1 Оценка выхода ультрафиолетового излучения …..……………………………….………

15

2.2 Спектр излучения ртутной индукционной лампы ..………………………………………

18

2.3 Расчет ультрафиолетового излучения разряда низкого давления в смеси Hg-Ar .....…..

21

2.3.1 Скорости прямых и обратных переходов электронным ударом ...………………….

22

2.3.2 Эффективная вероятность резонансных переходов атома ртути ……..…………….

26

2.3.3 Баланс заселенности уровней ...……………………………………………………….

32

2.3.4 Функция распределения электронов по скоростям, концентрация

и температура электронов …………………………………………………………………....

34

3 ИНИЦИИРОВАНИЕ РАЗРЯДА И ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ...……………………………….

38

3.1 Электротехнические характеристики магнитопроводов ……..………………………….

38

3.2 Источник питания для опытно-промышленных образцов индукционных

ультрафиолетовых ламп резонансного типа мощностью до 200 Вт ………………………..

41

3.2.1 Анализ ситуации на рынке подобной продукции ……...…………………………….

42

3.2.2 Постановка задачи, принципиальная схема и описание работы

источника питания ..............................................................................................................…..

43

3.2.3 Результаты испытаний источника ..……………………………………………………

50

4 МОДУЛЬ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ...........………………………………………...

52

4.1 Конструкция модуля .………………………………………………………………………

52

4.2 Оценка дозы облучения воды .…………………………………………………………….

53

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .…………………………………………………………………………………….

51

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ …………………..…………………………..

54

ПРИЛОЖЕНИЕ А Технико-экономическое обоснование эффективности проекта …………...

60

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Конструкторская документация ………………………..…………………….

78

ПРИЛОЖЕНИЕ В Фотографии производственного модуля и ламп ……………………….…...

103

ВВЕДЕНИЕ

Источники водоснабжения в последнее время подвергаются интенсивному загрязнению, и их качество во многих регионах нельзя признать удовлетворительным. Сооружения водоподготовки и водоотведения, на которых используются традиционные методы и процессы, не всегда в состоянии обеспечить требуемую степень очистки воды. В полной мере это относится и к обеззараживанию воды – главному барьеру на пути передачи водных инфекций. По данным статистики в России более 11 % проб качества питьевой воды не удовлетворяют требованиям действующего ГОСТ по бактериологическим показателям. Отмечается постоянный рост числа бактериальных и вирусных заболеваний, распространяемых водным путем. Неэффективность и опасность обеззараживания воды методом хлорирования уже давно доказана. Приведем выдержку из «Гигиенического заключения о приемлемости ультрафиолетовой (УФ) технологии для дезинфекции сточных вод», выданную Московским научно-исследовательским институтом гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана: «Научные проработки последних лет указывают, что с эколого-гигиенических позиций метод обеззараживания хлорированием обладает рядом отрицательных факторов. Во-первых, это связано с образованием токсичных хлорорганических соединений, многие из которых обладают канцерогенным и мутагенным действием. Во-вторых, оставшийся активный хлор может вызывать изменения биоценоза водоема, что негативно отражается на процессах самоочищения водоема. В третьих, выявлены популяции микроорганизмов, нечувствительных к хлорированию.

В сравнении с УФ-облучением метод озонирования также обладает рядом серьезных недостатков. Метод УФ-обеззараживания получает все большее распространение в Европе, США, ЮВА и других регионах мира. Например, в США приняты законодательные акты, запрещающие применение хлора для обеззараживания очищенных сточных вод, и по данным Водной Федерации США около 50 % всех коммунальных канализационных очистных сооружений уже оснащены установками по УФ-обеззараживанию.

Достоинствами метода УФ-обеззараживания являются:

  • отсутствие токсических соединений и изменения физико-химического состава воды;

  • простота эксплуатации и отсутствие обеспечения специальных мер безопасности;

  • высокая эффективность и экономичность: затраты сопоставимы с затратами при обеззараживании хлорированием;

  • возможность применения на очистных сооружениях производительностью от единиц до нескольких миллионов кубометров в сутки.

Высокая эффективность и надежность метода подтверждена результатами исследований института гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана, НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина, Мосводоканала, НИИ проекта, заключениями Главгосэкспертизы России.

Ультрафиолетовое облучение воды находит все более широкое применение для обеззараживания воды. Оно используется:

  1. в системах хозяйственно-питьевого централизованного и индивидуального водоснабжения;

  2. в комплексах подготовки воды (в т. ч. морской) плавательных бассейнов и аквапарков;

  3. в системах обеззараживания и обеспложивания воды пищевых производств;

  4. в сооружениях очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод;

  5. в циклах оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

С помощью ультрафиолетового облучения можно обеззараживать и воздух:

  1. в производственных и технических помещениях;

  2. в общественных зданиях и сооружениях;

  3. в системах вентиляции и кондиционирования.

Ультрафиолетовое облучение может использоваться также и для обеззараживания поверхности в технологических процессах производства упаковки, обработки сырья и оборудования, при этом потенциальные потребители продукции:

  1. Горводоканал;

  2. проектировщики и монтажники систем хозяйственно-питьевого централизованного и индивидуального водоснабжения;

  3. проектировщики и монтажники систем подготовки воды плавательных бассейнов, аквапарков;

  4. пищевые производства;

  5. проектировщики и монтажники сооружений очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод;

  6. проектировщики и монтажники систем вентиляции и кондиционирования;

  7. строительные организации;

  8. частные лица – жители частных домов, коттеджей.

Существуют различные источники ультрафиолетового излучения.

Главное преимущество индукционных УФ-ламп перед существующими российскими и мировыми аналогами заключается в значительном увеличении их срока службы. До сих пор в качестве главнейшего недостатка технологии ультрафиолетового обеззараживания признавалось необходимость частой замены (~ через 1–1,5 года) выходящих из строя ламп. Данная разработка решает эту проблему: теперь замена ламп требуется много реже. Срок службы конкурирующих аналогов составляет 8000–12000 часов. Технология изготовления безэлектродных индукционных ламп, разработанная Институтом теплофизики СО РАН [1–3], обеспечивает срок службы не менее 20000 часов. Вследствие увеличения срока службы ламп общая сумма эксплуатационных затрат в течение срока службы оборудования сокращается более чем в два раза по сравнению с существующими аналогами.

Структура эксплуатационных затрат при использовании существующих на рынке ультрафиолетовых ламп со сроком службы 8000–12000 часов (по данным ведущего производителя отечественного УФ-оборудования НПО «ЛИТ») следующая: на текущий ремонт оборудования, отопление, вентиляцию и периодическую промывку системы приходится 9 % всех затрат; стоимость электроэнергии составляет 36 % затрат и наибольшую часть (55 %) занимают затраты на периодическую замену ламп (55 %). В случае применения индукционных УФ-ламп затраты на замену ламп существенно сократятся и тогда уменьшится себестоимость всего процесса.

Целью данного проекта является оптимизация конструкции и режимов работы индукционных УФ-ламп и разработка на их основе модулей для обеззараживании воды и воздуха, которые могут быть внедрены в серийное производство.

Подробное технико-экономическое обоснование проекта «Разработка и организация серийного производства оборудования для обеззараживания воды, воздуха и материалов на основе индукционной лампы ультрафиолетового облучения» выполнено Институтом экономики и организации промышленного производства Сибирского отделения Российской академии наук.

Основные результаты оценки инновационного потенциала проекта приведены в первой главе отчета.

1 ОЦЕНКА ИННОВАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПРОЕКТА

1.1 Цель проекта

Повышение качества жизни населения путем улучшения качества питьевой воды, улучшения природной экологической обстановки, снижения заболеваемости инфекционными болезнями, сокращения жилищно-коммунальных расходов за счет создания простого, экологичного, высокоэффективного и дешевого способа обеззараживания питьевой воды, хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, воздуха и материалов.

1.2 Известные методы обеззараживания воды и преимущества УФ-обеззараживания

Известны следующие методы обеззараживания воды:

  1. пропускание постоянного, переменного или импульсного тока, анодное разложение, кавитация, радиационное облучение рентгеном, гамма-квантами или ускоренными электронами. Эти методы находятся пока на стадии чисто научных разработок;

  2. обработка перекисью водорода, перманганатом калия, ионами тяжелых металлов, йодирование, бромирование. Эти методы являются технологиями малых расходов и специальных схем обработки воды;

  3. хлорирование;

  4. озонирование;

  5. обратный осмос;

  6. ультрафиолетовое облучение.

Последние четыре метода, а именно хлорирование, озонирование, обратный осмос и ультрафиолетовое облучение являются реальными практическими технологиями, прошедшими проверку на действующих крупномасштабных сооружениях очистки воды.

Преимущества ультрафиолетового метода обеззараживания перед хлорированием, озонированием и обратным осмосом заключаются в следующем:

1.2.1 Вируцидная эффективность

  • Известно, что хлорирование является наименее эффективным по отношению к вирусам.

  • Проведенные в последнее время исследования доказали, что традиционные схемы хлорирования во многих случаях не являются барьером на пути проникновения вирусов в питьевую воду.

  • Доказана низкая вируцидная эффективность технологии обратного осмоса. Представление о том, что в процессе очистки воды c помощью фильтрационных или сорбирующих устройств возможно задержать все вредные вещества и сохранить полезные является в корне ошибочным.

  • Разделить по признаку полезности десятки тысяч различных растворенных веществ фильтрационными и сорбционными методами, как взятыми отдельно, так и в любых возможных сочетаниях, принципиально невозможно.

  • Концентрация содержащихся в воде полезных или вредных веществ на поверхности фильтрующих мембран, в порах сорбента или на поверхности ионообменных материалов всегда приводит, в первую очередь, к задерживанию микроорганизмов, к ускоренному их размножению и усиленному выделению микробных токсинов в воду при одновременном резком снижении фильтрующей, сорбирующей или ионообменной способности активных элементов водоочистительного устройства.

  • Озон и ультрафиолет имеют достаточно высокий вируцидный эффект при реальных для практики дозах.

1.2.2 Отсутствие отрицательных эффектов после дезинфекции

  • Было установлено, что в результате действия озона на органические соединения последние переходят из биологически устойчивых форм в биоразлагаемые, которые затем легко усваиваются микроорганизмами. Сравнительный анализ показал, что после озонирования часто наблюдается значительный рост бактерий, в то время как в хлорированной воде данный рост не отмечался. Повторный рост микроорганизмов вынудил в ряде случаев либо отказаться вообще от озонирования, либо ввести дополнительное остаточное хлорирование. Однако применение хлорирования вслед за озонированием также имеет свои проблемы, связанные с последующим образованием хлорорганических соединений.

  • В случае УФ-обеззараживания повторный рост бактерий не наблюдается, что позволяет в некоторых случаях применять метод без последующего ввода консервирующих доз хлора как для артезианской, так и для поверхностной воды. В ряде случаев, как например в системах централизованного водоснабжения, рекомендуется совмещать ультрафиолетовое обеззараживание с малыми консервирующими дозами хлора (при этом потребление хлора снижается в разы).

1.2.3 Нетоксичность для человека

  • Одной из основных причин, из-за которых применимость традиционного метода обеззараживания хлором ставится сейчас под сомнение, является образование в воде под действием хлора хлорорганических соединений. Хлорорганические соединения по данным многочисленных исследований по отношению к человеку обладают высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Хлорирование сточных вод перед сбросом в водоемы приводит к тому, что хлорпроизводные и остаточный хлор, попадая в естественные водоемы, оказывают отрицательное воздействие на различные водные организмы, вызывая у них серьезные физиологические изменения и даже их гибель. Считается, что озонирование является экологически более чистой технологией. Однако при озонировании также возможно образование побочных продуктов, классифицируемых нормативами как токсичные. При этом перечень таких продуктов не меньше, чем в случае хлорирования. К ним относятся броматы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, хиноны, фенолы и другие гидроксилированные и алифатические ароматические соединения.

  • При использовании технологии обратного осмоса получают воду, близкую по составу к дистиллированной воде. Длительное употребление такой воды вредно для человека, так как происходит вымывание солей из организма.

  • Ультрафиолетовое облучение, в отличие от окислительных технологий, не меняет химический состав воды. Многочисленные исследования показали отсутствие вредных эффектов после облучения воды даже при дозах, намного превышающие практически необходимые.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка Концепции обеспечения качества лекарственных средств в Российской Федерации»

    Публичный отчет
    ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: нормативные и правовые акты Российской Федерации и международные рекомендации в области производства и контроля качества лекарственных средств.
  2. Отчет о научно-исследовательской работе разработка концепции Объединенных Государственных и муниципальных Информационных ресурсов (огир) по теме

    Публичный отчет
    №21.3.13. «Разработка предложений по созданию единой системы выявления, использования и внедрения объединенных государственных и муниципальных информационных ресурсов»
  3. Отчет о научно-исследовательской работе, проведенной по заказу Министерства экономического развития и торговли Российской Федерации Тема

    Публичный отчет
    Ключевые слова: ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ, АРХИТЕКТУРА ЭЛЕКТРОННОГО ГОСУДАРСТВА, АБСТРАКТНАЯ АРХИТЕКТУРА, АГЕНТ, СЕРВИС, РЕПОЗИТОРИЙ, ЭЛЕКТРОННЫЙ АДМИНИСТРАТИВНЫЙ РЕГЛАМЕНТ, РЕГЛАМЕНТ.
  4. Отчет о научно-исследовательской работе система критериев качества учебного процесса для дистанционного образования выполненной по научно-технической программе

    Публичный отчет
    Цель работы – разработка и обоснование системы показателей качества Оценка качества дистанционного образования во многих отношениях должна быть близкой к оценке качества обычного очного или заочного образования.
  5. Отчет о научно-исследовательской работе по теме: №21 «Разработка рекомендаций по созданию и использованию единой системы объединеных государственных и муниципальных информационных ресурсов» (Заключительный)

    Публичный отчет
    Ключевые слова: ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ, АРХИТЕКТУРА ЭЛЕКТРОННОГО ГОСУДАРСТВА, АГЕНТ, МЕТАДАННЫЕ, ПОРТАЛ, РЕПОЗИТОРИЙ, РЕГЛАМЕНТ, СЕРВИС.

Другие похожие документы..