Úvod » Téma » Výboje čistí prostředí

Výboje čistí prostředí

Přidat do mého PORTu

23. 5. 2007

Výboje čistí prostředí

Už před časem jsme se v Portu věnovali rázovým vlnám – ukázali jsme, jak docent Šunka a jeho tým z ústavu Fyziky plazmatu AV ČR sestrojili drtič ledvinových kamenů. Základem zařízení je blesk generovaný ve vodě. Vědci z tohoto ústavu se snaží sílu blesků ve vodě využít také na léčbu nádorů. Na zvířecích modelech je léčba sice v začátcích ale na úspěšné cestě. Zařízení která fyzikové používají ale umí bleskem čistit vodu. Vědci již sérií pokusů dokázali, že pomocí plazmového výboje lze na stabilní a přitom neškodné látky rozložit sloučeniny i tak nebezpečné, jako jsou fenoly či polychlorované bifenyly. Pokud následuje po výbojích biologická etapa čištění, s rozloženými látkami si lehce poradí užitečné bakterie. Škodlivé bakterie jsou na výboje a hlavně na jejich UV složku velmi citlivé a hynou. Vysoké elektrické pole také naruší jejich buněčnou stěnu nebo přímo jádro buňky bakterií. Celá bakterie se pak zhroutí. Do vody se vůbec nemusí přidávat chlor, ani jiná chemická oxidační činidla, elektrický výboj vodu vyčistí bez chemie.

Blesk a voda. Možná vám při této kombinaci naskakuje husí kůže. Zařízení, která fyzikové sestrojili, ale umí bleskem vodu čistit.

Ing. Petr Lukeš, Ph.D., Ústav fyziky plazmatu AV ČR: S bleskem jistá paralela je, ale blesk, který vidíme během bouřky, je výrazně energeticky náročnější. Oproti tomu my se pohybujeme ve výkonech, které se dají srovnat se stowattovou žárovkou.

Pro čištění vody vědci navrhli a postavili několik prototypů zařízení. Mnohá z nich jsou unikátní a nikde jinde na světě je nenajdete. Vědci z Ústavu fyziky plazmatu si sestrojili vše sami do posledního šroubku. Pomocí přístrojů pak v laboratorních podmínkách odstranili několik ekologicky závadných organických látek, obsažených ve vodě. Třeba fenoly nebo polychlorované bifenyly dokáží i v malém množství změnit původně pitnou vodu na nepoživatelnou tekutinu. Jejich odstraňování klasickými čistícími metodami je většinou obtížné a velice nákladné. Elektrický výboj si s nimi ale poradí a vodu vyčistí.

Ing. Petr Lukeš, Ph.D., Ústav fyziky plazmatu AV ČR: Princip vyvolat výboj ve vodě není snadný. Vyžaduje to enormní energetické nároky v řádu miliónů voltů na centimetr.

Potřebné napětí se daří snižovat díky nově vyvinutým elektrodám. Vědci zkoušejí generátor výbojů v konfiguraci hrot – rovina. Ostrá hrotová elektroda vytváří výboj ve vodě proti rovné nerezové elektrodě. Čím je hrot ostřejší, tím menší napětí potřebuje.

Hroty se ale po určitém počtu záblesků opotřebovávají, zakulacují a účinnost zařízení výrazně klesá. Proto vyvinuli zařízení založené na keramických „kompozitních elektrodách“. Vzdáleně připomínají vánoční prskavky. Jsou dlouhé zhruba dvacet centimetrů. Je to vlastně kovový drát z nerezové oceli nebo titanu, na kterém je nanesena vrstva porézní keramiky.

Vrstva je vytvořena speciální technologií plazmového stříkání keramických prášků plazmovým hořákem při teplotách desetitisíců stupňů. Tím, že se nahřátý keramický prášek na kovové podložce prudce ochlazuje, vzniknou na povrchu elektrody tisíce pórů o velikosti jeden až deset mikrometrů. Tyčová elektroda se umístí do osy válcového reaktoru, přes který protéká znečištěná voda. Připojením vysokého napětí na elektrodu pak z pórů keramické vrstvy startují tisíce malých mikroblesků. Ty pak vodu čistí.

Ing. Petr Lukeš, Ph.D., Ústav fyziky plazmatu AV ČR: V tomto případě potom stačí připojit napětí v řádu desítek kilovoltů. Takže se sníží celkové energetické nároky zhruba desetkrát až dvacetkrát.

Plazmový výboj při šíření vodním prostředím štěpí vodu na hydroxylové OH radikály a vodíkové radikály. Vytváří se peroxid vodíku a také ozon a tato silná činidla pak napadají chemické látky nebo mikroorganismy nacházející se ve vodě. Výboj rovněž velmi silně svítí a emituje ultrafialové záření, uvnitř tekutiny vytváří silné elektrické pole a částečně se také tvoří rázové vlny. Kombinace těchto jevů činí ze zařízení velice účinnou zbraň proti vodním nečistotám všeho druhu.

Ing. Petr Lukeš, Ph.D., Ústav fyziky plazmatu AV ČR: Když se sečtou všechny tyto jevy dohromady, mluvíme o čtyřech, o pěti jevech, procesech, které v jednom okamžiku probíhají, tak je to docela slibná technologie na čištění v podstatě jakéhokoliv chemického organického znečištění a mikrobiálního znečištění.

Bakterie jsou na výboje a hlavně na jejich ultrafialovou složku velmi citlivé a hynou. Vysoké elektrické pole také naruší jejich buněčnou stěnu, nebo přímo jádro buňky bakterií. Tělo bakterie se pak zhroutí. Do vody se vůbec nemusí přidávat chlor, ani jiná chemická oxidační činidla, elektrický výboj vodu vyčistí bez chemie.

Zde je třeba příklad bakterie Bacilus subtilis před a po použití plazmového výboje. Je vidět, že bakterie praskne a buněčný obsah vyteče. Při nižší koncentraci škodlivých látek a mikroorganismů stačí, aby znečištěná voda protekla přes laboratorní zařízení jen jednou a je za pár minut čistá. Pokusy ukázaly, že z milionu bakteriálních kolonií v mililitru klesne jejich počet až na pouhé desítky.

Ing. Petr Lukeš, Ph.D., Ústav fyziky plazmatu AV ČR: Nemáme ambice čistit odpadní vody z průmyslu. To jsou opravdu velké míry znečištění a technologie, které na to jsou, ne že by byly ideální, ale rozhodně fungují. Zde by byla šance použít výboj jako stupeň předčištění.

Třeba toxické látky mohou být totiž pro aktivované kaly v čističkách nebezpečné. Vědci z úspěchem zkoušejí možnost odstranit z odpadní vody silně jedovaté chemikálie ještě dříve, než se vypustí do biologické čističky. Elektrickým výbojem je možné v toxinu, který by jinak všechny potřebné bakterie vyhubil, rozrušit určitou chemickou vazbu. Z narušeným jedem si pak lehce poradí užitečné, k tomu určené bakterie.

Ing. Petr Lukeš, Ph.D., Ústav fyziky plazmatu AV ČR: Já si dovedu představit použití takových systémů buď na malé čističky odpadních vod ze speciálních laboratoří, kde se používají jedovaté nebo velmi škodlivé látky.

Další reálnou možností použití je čištění vody v domácích bazénech. Zařízení, které fyzikové zkoušejí, má příkon pouhých 200 wattů, tedy stejný jako dvě žárovky. V budoucnu nám možná plazmové výboje – jakési hodné domácí blesky – vyčistí bazén od bakterií nebo řas, a to bez chemikálií, tedy naprosto ekologicky.

Petr Tomaides

Vstoupit do diskuse

komentářů: 0

Zajímavé odkazy

Nejsledovanější