Основаны на применении эффекта, открытого Жоржем Ранком в 1931 году для газов, однако также применим и к жидкостям. Заключается он в том, что в вихревых трубах достаточно простой геометрии происходит разделение поток (в нашем случае – воды) на два: один из которых – периферийный – имеет температуру выше температуры исходного вещества, а второй – центральный – соответственно ниже.
Центробежные силы вихревого движения потока стараются вынести наружу любые частицы , которые выводятся из вихревой трубки с так называемого “горячего” выхода.
Очищенная вода выходит через так называемы “холодный” выход.
На основе этого эффекта возможно создание различных вихревых фильтрах для использования в водоподготовке и водоочистки, о перспективах которой мы и будем говорить далее.
Начало применению вихревых процессов в водоочистке положил австрийский изобретатель Виктор Шаубергер. Им было установлено, что структура воды изменяется, если она движется, создавая завихрения. Оставалось лишь решить проблему завихрения воды, и в итоге он создал установку в виде дугообразной направляющей контррельсы из благородного металла в круглой трубе с двойной спиралью.
Позже в Датском институте экологической техники было проведено испытание устройства, надеваемого на водопроводный кран. В его создании использовались открытия Шаубергера, касающиеся завихрения. В результате было установлено, что получающаяся на выходе вода структурирована и более щелочная.
К примеру, также известен опыт о проверке действия завихрений на количество бактерий в сточных водах. Одновременно эта же вода была очищена традиционным способом продувки озоном и в результате необработанная сточная вода содержала 640 тыс. бактерий на кубический сантиметр, вода, прошедшая продувку озоном, показала остатки бактерий в 95 тыс. на кубический сантиметр, а вода, обработанная вихрем, показала лишь 5 тыс. бактерий на кубический сантиметр. Таким образом, можно сделать вывод, что вихревой метод очистки воды в данном случае оказался в 25 раз эффективнее традиционного. К тому же, как было отмечено, уже через четверть часа у этой воды пропал сильный запах, и все продукты распада в очистительной колонке выпали на дно, т.е. вода сама по себе полностью очистилась.
Как уже говорилось, одним из перспективных направлений водоочистки является использование вихревого эффекта Ранка. На его основе происходит фракционное разделения жидкостей, и таким образом воду можно очищать от твёрдых примесей и взвешенных частиц благодаря тому, что центробежные силы стараются вынести наружу любые примеси и взвешенные частицы.
Благодаря вихревому движению воды в фильтрах молекулярная структура воды меняет свои размеры и состав: вихрь разрушает и изменяет водные кластеры. В фильтре создаются мощные центробежные силы и, если вода попадает в поле закрученных потоков, то начинаются процессы фракционного разделения. Более тяжёлая жидкость, содержащая примеси, оттесняет лёгкую жидкость от периферии к оси вращения, и таким образом происходит разделение водяного потока на очищенный и концентрат примесей.
Классическая схема вихревого фильтра воды показана на рисунке № 10.2.1.
Рис. № 10.2.1. Схема работы вихревого фильтра (вихревой трубки).
Однако если говорить о вихревой водоочистке в настоящее время, то сейчас вихревые технологии в водоочистке используется только на начальной стадии какого-либо другого способа, когда центробежным способом необходимо удалить крупные песчинки, песок или другой похожий мусор. Данные технологии находятся в зачаточном состоянии, и причины этого заключены в следующем:
- Как уже говорилось выше, благодаря центробежной силе в современной вихревой водоочистке удаляется только крупный мусор, но если увеличить скорость вращения воды в тысячи раз, то центробежная сила будет действовать даже на мельчайшие бактерии. Однако данное направление почти не развивается, поэтому на практике это проверено не было, а если и было, то эти эксперименты не получили такой известности.
- Вопросы водоочистки практически не связывают с вопросами ураганов, тайфунов и торнадо, в которых разделение потоков идёт по температуре, давлению и плотности, что в свою очередь связано с возможностью разделения воды на определённые фракции с различным содержанием примесей. Это связано с малоизученным трёхмерным движением внутри ураганов, тайфунов и торнадо (орбитальное, вращательное и циркуляционное). Существующий, пусть и отдалённый аналог этих природных явлений – трубка Ранка, которая имеет низкий предел по скорости вращения вихревого потока.
- До сих пор нет чёткого научного объяснения процессов, происходящих в так называемой трубке Ранка. Существует только большое количество гипотез, под которые подобран математический аппарат, а ведь вода или воздух ведут себя в ней диаметрально противоположно.
- Чем меньше по массе посторонний объект необходимо удалить, тем больше должна быть скорость вихревого потока, что в свою очередь напрямую связано с пределом технических возможностей современной науки и технологии по конечным скоростям вращения.
ВЫВОД
Применение вихревых технологий в водоочистке пусть и неразвитое направление, но перспективное, так как если решить существующие проблемы, такие как, например, разгон воды до высоких скоростей, то подобный способ механической очистки воды будет куда удобнее и выгоднее многих ныне существующих физических и химических способов.