УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ В ТОНКОМ СЛОЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ОБЛУЧЕНИЕМ

Изобретение относится к пищевой промышленности и медицинской технике и предназначено для стерилизации жидкостей в тонком слое ультрафиолетовым облучением (УФ), преимущественно воды.
В настоящее время при стерилизации жидкостей стремятся не использовать химические реагенты, особенно хлор или фтор, поэтому жидкости облучают ультрафиолетом (УФ). Однако большим недостатком такого облучения является отсутствие последействия стерилизации, т.е. возможно вторичное (после обработки излучением) заражение.
Известно устройство для обработки жидкости ультрафиолетовым облучением [1], в котором воздействие УФ света убивает водоросли, бактерии, паразиты, дрожжи, плесень и другие нежелательные организмы. Однако такое устройство не позволяет стерилизовать весь объем воды, т.к. УФ излучатель находится непосредственно в воде.
Известно устройство [2] для ультрафиолетовой стерилизации жидкости в тонком слое при увеличенном времени нахождения жидкости в зоне облучения за счет протекания ее по вертикальным ребристым поверхностям, причем ребристые поверхности находятся внутри корпуса, а источники УФ (облучатели) снаружи. Однако такое расположение облучателей и облучаемой поверхности не рационально, т.к. не позволяет воздействовать на всю (максимальную) поверхность облучения, поэтому облучатели используются не полностью.
Наиболее близким является устройство для обработки жидкости в тонком слое ультрафиолетовым облучением, [3], включающее вертикальный цилиндр с внутренней поверхностью на которой образуется тонкий слой жидкости, смонтированный внутри цилиндра вдоль его оси, источник излучения, входной и выходной патрубки, сообщающиеся с полостью цилиндра, приемную камеру с формирователем тонкого слоя. Однако такое техническое решение не позволяет максимально использовать УФ облучение, а стерилизованная жидкость не обладает последействием. Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей установки за счет увеличения времени нахождения жидкости в зоне облучения и более эффективной защиты от повторного заражения микроорганизмами за счет длительного последействия стерилизации, такого же, как при хлорировании.
Известное устройство для обработки жидкости в тонком слое ультрафиолетовым облучением, включающее вертикальный цилиндрический корпус с внутренней поверхностью на которой образуется тонкий слой жидкости, смонтированный внутри цилиндра вдоль его оси, источник излучения, входной и выходной патрубки, сообщающиеся с полостью цилиндра, приемную камеру с формирователем тонкого слоя, согласно техническому решению внутренняя поверхность цилиндра имеет ребристую поверхность, за счет чего увеличивается время и эффективность облучения жидкости. То что, ребристая поверхность цилиндра имеет гидрофильное покрытие, позволяет тонкой пленке воды удерживаться на ребристой поверхности, чем достигается увеличение облучаемой поверхности, а значит и время облучения. Более того на поверхности тонкого слоя воды, контактирующего с газообразным кислородом (на границе раздела сред), поступающего в данное устройство через штуцер, образуется значительное количество перекиси водорода, достаточное для предотвращения вторичного заражения данной воды.
Кроме того, ребристая поверхность цилиндра выполнена полированной, что позволяет облучать жидкость за счет отражения от стенки цилиндра, а это ведет к увеличению облучаемой поверхности и времени облучения.
2
Кроме того, гидрофильное покрытие выполнено из тонкой прозрачной пленки, что позволяет свету без потерь проникать внутрь и отражаться от полированной поверхности, а это увеличивает поверхность облучения. Кроме того, гидрофильное покрытие выполнено из пленки на основе диоксида титана (TiO, контактный угол <5°), что позволяет создавать тонкую водяной пленку, на внешней поверхности которой, при облучении УФ, происходит окисление гидрофобных органических соединений, а также интенсивное образование перекиси водорода (этот эффект описан заявителем в статье [4]).
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство для обработки жидкости в тонком слое УФ облучением, а на фиг. 2 представлены значения интенсивности люминесценции суспензий бактерий, где 1 - интенсивность свечения в исходной (отстоянной) воде, 2 - в исходной воде, содержащей хлор, 3 - в отстоянной воде после обработки в заявляемом устройстве, 4 - «темновой» счет ФЭУ прибора «Биотокс-7». Устройство включает цилиндрический корпус 1 с внутренней ребристой поверхностью 2 покрытой тонкой прозрачной гидрофильной пленкой 3, например, из диоксида титана, на которой образуется тонкий слой 4 жидкости 5, с входным 6 и выходным 7 патрубками, источник УФ излучения 8, расположенный внутри корпуса 1 по его продольной оси. Входной патрубок 6 соединен с приемной камерой 9, в которой расположен формирователь 10 тонкого слоя 4 жидкости 5. В нижней части корпуса 1 расположен штуцер 11 для подачи кислорода 12. Устройство работает следующим образом.
Очищаемая жидкость 5 поступает через входной патрубок 6 в приемную камеру 9 и по формирователю 10 тонкого слоя 4 жидкости 5 стекает на внутреннюю ребристую поверхность 2 цилиндрического корпуса 1, которая модифицирована тонким слоем 3 наночастиц двуокиси титана для придания поверхности 2 гидрофильных свойств и при этом, облучается от источника УФ излучения 8. В тоже время, при облучении на поверхности тонкого слоя воды 4 контактирующего с газообразным кислородом 12, который поступает в данное устройство через штуцер 11, образуется перекись водорода, которой достаточно для предотвращения вторичного заражения воды. Очищенная вода 5 выходит через патрубок 7.
Пример конкретного применения устройства для обработки жидкости в тонком слое ультрафиолетовым облучением. Для оценки бактерицидного действия обработанной воды использовался биолюминесцентный метод контроля токсичности водных растворов [5, 6] с применением светящегося штамма бактерий E.coli (препарат «Эколюм», поставляемый фирмой ООО НТЦ «Аргумент»). Используемый рекомбинантный штамм бактерии E.coli непрерывно люминесцирует в области 465÷495 нм. Свечение бактерий является побочной реакцией общего электронно-транспортного процесса в дыхательной цепи. Люминесценция бактерий возникает при катализируемом люциферазой окислении комплекса «восстановленный флавинмононуклеотид-альдегид» и характеризует общий уровень метаболизма суспензии бактерий. Интенсивность биолюминесценции суспензии бактерий определяли с помощью люменометра «Биотокс-7» (АЛО «Инженерный Центр-Экология»). Приведем пример приготовления суспензии бактерий. В пластиковую пробирку 50 мл с крышкой помещали 10 мг препарата «Эколюм» (лиофилизированные бактерии E-coli с компонентами питательной среды), добавляли 20 мл раствора фосфатно-солевого буфера имеющего температуру 10°C, выдерживали 30 минут при температуре 10°C, а затем еще 1 час при комнатной температуре. В экспериментах, добавляли 100 мкл этой суспензии в 1 мл воды, полученной на заявляемом устройстве и через 30 мин измеряли интенсивность биолюминесценции каждого образца. В работе использовали водопроводную воду, отстоянную в течение трех суток для удаления хлора. Затем эту воду пропускали через заявляемое устройство при стандартных значениях скорости протекания и давления кислорода. Далее бактерицидное действие этой воды проверяли биотестированием. На фиг. 2 представлены значения интенсивности люминесценции суспензий бактерий, откуда видно, что бактерицидная активность обработанной на заявляемом устройстве воды сравнима с исходной водопроводной водой стерилизованной хлором. Следует отметить, что содержание перекиси водорода в обработанной воде методом усиленной хемилюминесценции в системе люминол-пара-йодфенол-пероксидаза хрена давало значения 1÷3 мг/л. Заявляемое устройство позволяет доводить до потребителя очищенную стерилизованную воду, обладающую длительным последействием стерилизации (инактивированные организмы не восстанавливаются и не подвержены вторичному, после обработки излучением, заражению воды), что не достижимо при облучении только УФ.
Литература
1. Патент США №8632728, «Ultraviolet sterilizer for water pipe and water way type», 2014.
2. Авторское свидетельство СССР №1720624 «Установка для ультрафиолетового облучения жидкостей», 1990.
3. Патент РФ №2075163, «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ ИЗЛУЧЕНИЕМ В ТОНКОМ СЛОЕ», 1994.
4. Пилипенко П.Н., Трухан Э.М. Образование перекиси водорода на поверхности воды под действием солнечного света. Экологический вестник, 2012. №4 (22), С. 21-27.
5. Стом Д.И., Гиль Т.Α., Балаян А.Э., Бактериальная биолюминесценция и биотестирование. Иркутск. Издательство. Иркутского Университета. 1993.
6. Акимов С.А., Трухан Э.М., Сенсорные системы, 3(16), 2002.