Пусть, после расчета и анализа каждого в отдельности участка, определили, что они работают в безнапорном режиме, за исключением участков 8-9 и 6-9, которые имеют напорный режим.
Если на этих участках происходит переполнение стоков, то их пропускная способность уменьшается на величину ДР6-д ДР7-9. Следовательно, на участке 9-10 расход также уменьшится на величину
Д06-9+ Д08-9 = ДО9-10. (18)
Эти величины можно определить из следующих уравнений:
^ - я10 = s?р9 .(_9 -лб6-9 )2 + .(а_10 - а09_1О )2.
¿8 - Н10 = S8Ч9 & (08-9 - Л08-9 ) + ^О & (09-1О - Л^9-10 ) .
С учетом (18) второе уравнение примет вид
¿8 -Но = Ssz &(08-9 -Л08-9 )2 + S9-l0 (09-10 -ЛЙ6-9 -Л08-9 )
Таким образом, получается два уравнения с двумя неизвестными ДР6.д Д08.9. Уравнение квадратичное и решается методом Ньютона [3]. Определив искомые величины расходов по всем трем участкам, корректируем потери напора и напор в узле 9. Обобщим полученные уравнения на всю систему водоотве-дения в целом. Пусть переполнение происходит на всех участках сети водоотведения. С целью определения пропускной способности системы водоотведе-ния в целом запишем следующие уравнения:
Библиографический список
1. Ботук Б.О., Федоров Н.Ф. Канализационные сети: учеб. 3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М: Нау-пособие. М.: Стройиздат, 1976. 272 с. ка.831с.
2. Алексеев М.И., Кармазинов Ф.В., Курганов А.М. Гидравлический расчет сетей водоотведения. СПб., 1997. Ч. I. 127 с.
УДК 628.16.03
ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВАЦИИ ВОДЫ Л.Д.Терехов, А.Н.Бирзуль
Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.
Рассмотрены имеющиеся подходы к преодолению терминологической неопределенности понятия «активация воды», проведен их критический анализ и высказаны собственные предложения по установлению значения данного термина. Библиогр. 11 назв.
BASIC APPROACHES TO DETERMIN WATER ACTIVATION L.D. Terehov, A.N. Birzul
Far East State University of Railway Engineering, 47 Seryshev St., Khabarovsk, 680021.
The authors examined current approaches to overcome the terminological vagueness of the concept «activation of water». They carried out their critical analysis and made some proposals to determine the meaning of the term. 11 sources.
Терехов Лев Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой гидравлики и водоснабжения, тел.: (4212) 407507, e-mail: hydravlica@festu.khv.ru
Terehov Lev Dmitrievich, Doctor of technical sciences, professor, head of the chair of Hydraulics and Water Supply, tel.: (4212) 407507, e-mail: hydravlica@festu.khv.ru
2Бирзуль Алексей Николаевич, аспирант, тел.: (4212) 407507, e-mail: birzul@list.ru
Birzul Alexey Nikolaevich, postgraduate student, tel.: (4212) 407507, e-mail: birzul@list.ru
¿1 - Но = sz&(( -ЛЗ-4 )2 + 3-5 &(64-5 -Л0-4 )2 +
+^6 &(( -Л0-5 -Л01-4)2 + &(( -Л02-5 -Л0-4 -Л0-6)2 + +S?10 &(69-10 -Л02-5 - Л6-4 -Л0-6 -Л37-8)2;
¿2 - Н10 = ST-5 &(02-5 -Л02-5 )2 + 3?6 &((-6 -Л02-5 ^4 ) +
+S6-9 & (-9 - Л02-5 - Л01-4 - Л03-6 )2 + +3?1о & (09-10 - Л02-5 - Л01-4 - Л03-6 - Л-8 ) ;
- ню = sz& (бз-6 -Лез-6 )2 +s6"р9& (66-9 -Лб2-5 -Лб1-4 - Л2з_6 )2 + +^10& (6,-10 - Лб2-5 - Л01-4 - Л03-6 - Лб7-8 )2;
- Н10 = S7_8 & (67-8 - Л67-8 )2 + S8"_; & (-9 - Л07-8 ) + +S9°_10 & (-10 - Лб2-5 - Л61-4 - Лбз-6 - Лб7-8 )2 .
Учитывая, что ДР4.5 = Д01_4;
Д05-6= Д04-5 + ДQ2-5; ДQ6= ДQз-6+ ДQ5-6; ДQ9-10= ДQ6-9+ ДQ8-9; ДQ8-9 = ДQ7-8. Имеем четыре уравнения с четырьмя неизвестными величинами ДQ1.4, ДQ2-5, ДQ3-6, ДQ7-8.
Не трудно определить величины расходов на всех коллекторах и вычислить подпор в колодцах 4; 5; 6; 8; 9; 10.
В настоящее время в различных изданиях все чаще появляются публикации об успешном технологическом применении активации воды, причем при описании конкретного способа реализации данного процесса из рассмотрения частично или полностью убираются моменты терминологического характера. По всей видимости, причиной такого умалчивания является отсутствие единого и установившегося определения понятия активации в научной литературе. Это тот случай, когда теоретическая неясность термина не мешает практическому существованию явления. В данной области создалась парадоксальная ситуация, когда специалисты больше знают о том, как провести активацию воды, чем само содержание понятия «активация». Схожее положение обстоит и с другими теоретическими вопросами по данной теме. Обозначенная проблема настоятельно требует изучения. О важности ее решения говорят следующие факты. Терминологическая неопределенность понятия активации исключает возможность адекватного сопоставления результатов научных исследований, не дает уверенности в том, что разные авторы пишут и говорят об одном и том же явлении. Часто не бывает единства названия и в пределах одной публикации, когда наряду с активацией используются и другие термины: «структурирование», «модификация». Как отмечают филологи, удачные термины могут способствовать развитию науки, а неудачные - тормозить развитие научных знаний [1]. К последним можно по праву отнести термин «активация». На начальном этапе своего становления он считался неверным и некорректным, многими авторами [2,3] критиковался, не принимался и поэтому часто ставился в кавычки. Само слово претерпевало морфологические изменения в части суффикса: в литературе встречается и «активизация» [4], и «активирование» [5]. Первое понятие мало применимо к воде и любым другим объектам, поскольку больше относится к деятельности и действиям какого-либо субъекта. Кроме того, история языка свидетельствует о вытеснении длинных форм краткими, поэтому в настоящее время широко пользуются именно понятием «активация».
Проведенный анализ литературы показывает, что существуют следующие основные подходы к определению термина «активация воды» (последовательность дальнейшего изложения не связана со значимостью и результативностью подходов в исследовательской деятельности).
1. Системный (кибернетический). В рамках данного подхода вода рассматривается как сложная физико-химическая система, а под ее активацией понимается направленное внешнее воздействие, которое осуществляет управление элементами такой системы путем изменения их строения и свойств, т. е. влияет на системную организацию воды [6]. Активация воды достаточно успешно описывается в понятиях кибернетики, однако учет всех мелкомасштабных элементов системы и взаимодействия между ними, а также практическая реализация управляющего воздействия на атомно-молекулярном уровне представляют собой сложную проблему.
2. Энергетический (термодинамический). Среди характерных признаков активации воды или другого вещества называют ее метастабильность (временную устойчивость), избыточный запас потенциальной энергии [5], т.е. обращают внимание на изменения внутренней энергии воды. В этом случае активация сводится к энергетическому воздействию на воду, к ее «насыщению» внутренней энергией. Попутно заметим, что закономерности превращения энергии подробно изучаются в термодинамике, общим законам которой подчиняются водные системы. Рассматриваемый подход кажется логичным и разумным, поскольку существует общепринятый термин «энергия активации», на основе которого можно определить и понятие «активация», оставаясь в рамках чисто химических представлений. Как известно из химической кинетики, под активацией молекул понимается их переход из неактивного состояния в состояние с повышенной энергией, достаточной для протекания реакции. В свете изложенного определения всякое отклонение от исходных энергетических условий несет с собой изменение в качестве воды. Для осуществления подобных переходов требуется энергия, которая должна поставляться каким-то внешним источником. Его природа обычно указывается в самом термине «активация» путем добавления конкретного признака - «физическая», «химическая» [4]. Энергетическое воздействие на воду может осуществляться и в естественных условиях через природные геофизические поля. Неслучайно значение суффикса «-ация» в термине «активация» сводится к природному процессу (для сравнения из [1] приведем слово «фильтрация»). По интенсивности внешнего воздействия (в сравнении с величиной тепловой энергии кТ) Н.П. Горленко выделяет низко- и высокоэнергетическую (лазерную, ультрафиолетовую) активации [6]. По мнению авторов [7], попытки термодинамического анализа рассматриваемого явления обречены на неудачу, поскольку после обработки воды не возникает равновесная система. Переходя к рассмотрению следующего подхода, следует вспомнить высказывание И. Пригожина: «Классическая термодинамика, в сущности, - теория «разрушения структуры».
3. Структурный. Структурная сторона, по мнению Г.Г. Маленкова [8], особенно существенна при изучении явлений, в которых принимает участие вода. Одна из главных причин изменения свойств воды после различных воздействий на нее - это экспериментально доказанное нарушение ее структуры, сохраняющееся в течение нескольких часов. На это явление и указывают при определении понятия «активация». Например, Н.А. Бульенков считает его взаимозаменяемым с термином «структурирование». Сложность названного подхода состоит в том, что словосочетание «структура воды» в свою очередь также понимается по-разному. Чаще всего по умолчанию и аналогии со строением кристаллов, рассматриваемым в кристаллографии, под данным понятием подразумевается конкретное расположение молекул в пространстве. В то же время каждый исследователь под «нарушением структуры» понимает разные явления. Например, разрыв водородных связей (В.Д. и И.Д. Зеле-пухины), рассеивание по объему активных центров (идея работы [5]), искажение льдоподобной структуры (Ф.А. Летников с сотр.), диссоциацию молекул воды на радикалы (М.А. Маргулис, С.П. Зубрилов, Л.Д. Кисловский), определенную ориентацию молекул воды (Н.К. Лопырев, У. Ахмеров с сотр.). Исходя из своих структурных представлений некоторые исследователи (С.П. Зубрилов, А. И. Бут, Н. НауаБЫ) считают понятия «активация» и «ионизация» эквивалентными. Напомним, что под ионизацией в химии подразумевают образование ионов из нейтральных атомов или молекул. Принципиально важным в рассматриваемом пункте является признание того факта, что активация приводит к качественным изменениям в структуре воды. Наиболее современное определение активации в рамках структурного подхода не ограничивает перечень активируемых сред только водными системами, и под этим термином понимается процесс изменения структурно-физических, энергетических и магнитно-электрических свойств метастабильной фазы в составе жидкофазных систем, включая воду, водные растворы, жидкие кристаллы, аморфные материалы, полимеры и металлы под действием физических полей [2]. Следует отметить, что новые структуры и состояния структурных элементов возникают при определенных условиях протекания процесса.
4. Параметрический (фазовый). В основе данного подхода лежит учет физических (или активацион-ных) параметров, при которых производится получение активированной воды. Как известно, основной принцип активации воды - ее помещение в экстремальные условия: высокая или низкая температура, давление, сильное магнитное поле, жесткое облучение и др. В 70-е годы ХХ века под активированной водой подразумевалась вода, прошедшая термобаро-активацию, изучением свойств которой занимались Ф.А. Летников с соавт. [9]. Несколько изменили положение те уточнения понятия, которые появились позже. Некоторые ученые подчеркивают важность прохождения воды через точки фазовых переходов, в результате чего они являются определяющими, «ударными» при объяснении термина «активация». А.А. Онацкая и Н.И. Музалевская [10] активированной называют воду с временно измененными физико-химическими свойствами, приобретенными ею после обработки разного рода физическими воздействиями: магнитным или электрическим полем, ультразвуком, дегазацией, нагреванием с прохождением через точки фазовых переходов (температуры плавления и кипения). При этом они считают термин «активированная вода» не совсем точным, более правильным им кажется выражение «активированные водные среды», учитывающее растворенные в них примеси. Действительно, в экспериментах мы работаем не с чистой водой, а с некоторым разбавленным водным раствором. В зависимости от интенсивности действия физических факторов Л.Д. Кисловский различал случаи мягкой и жесткой активации воды. К последним он относил нагревание при температуре, близкой к критической точке воды 373 °С. Жестко активированная
таким способом вода долго (без доступа кислорода) сохраняет свои аномальные свойства, среди которых следует назвать повышенную растворяющую способность ко многим неорганическим соединениям и природным минералам.
5. Химический (каталитический). Этот подход введен в ранних работах по активации, он подразумевает появление у воды и водных растворов аномальной реакционной способности и аномальных характеристик в результате безреагентного воздействия. В рамках этих представлений встречается сравнение самого воздействия с катализатором. Так, по мнению В.И. Яшкичева [11], магнитное поле является неким аналогом мощного катализатора, который может как повышать способность воды гидратировать, так и понижать ее, т. е. менять знак эффекта. Обращая внимание на изменение кинетики химических превращений при использовании активированной воды, чаще всего под активацией понимают появление или повышение каталитических свойств воды (Р. Шрадер, К.К. Калниньш). Понятно, что активация воды приводит к изменению и других ее свойств. Неслучайно многие исследователи водных систем (Г.Г. Маленков, Ю.П. Сырников и др.) настаивают на детальном химическом анализе воды до и после обработки. Изменения в составе обработанной воды обычно фиксируются в терминологии. Так, встречается определение активированной воды как жидкости, имеющей отрицательный окислительно-восстановительный потенциал и обладающей восстановительными свойствами. Во 2-ом русском издании «Технического справочника по обработке воды» фирмы «Дегремон» рассматриваемый подход упомянут в том смысле, что различные способы активации относятся к процессам глубокого окисления, успешно применяющимся в области очистки воды от органических загрязнений.
6. Прикладной. Данный подход можно считать издавна сложившимся и весьма распространенным, поскольку отправной точкой в нем являются получившие широкую известность технологические проявления активации. В этом случае, следуя Дж. Пиккарди [3], под «активацией» понимают временное сообщение воде с помощью тех или иных воздействий особых свойств, используемых в ряде технических приложений. Полезными для данного определения являются уточнения того, что эти свойства поддерживаются в течение времени, достаточного для применения такой воды [4]. При реализации названного подхода часто приводится историческая справка о первых устройствах активации воды, в частности, вспоминаются успешно применявшиеся противонакипные аппараты Аббота и Вермейрена, созданные еще в первой половине ХХ века. Результаты практического использования и по настоящее время не снижают интерес к вопросам активации, причем они рассматриваются сугубо в рамках той области науки и техники, где нашли применение.
Отметим, что последние два подхода мало что объясняют, не отражают физической сущности процесса, сводятся лишь к положительным химическим и технологическим эффектам.
На наш взгляд, наличие относительно большого количества подходов к определению активации объясняется, во-первых, сложностью воды как объекта изучения, во-вторых, ее использованием практически во всех природных системах и во многих технологических процессах и соответственно ее рассмотрением с позиций разных областей знания. Применение того или иного подхода зависит от его возможностей быстро решать конкретные задачи исследования. Выбранный подход может подсказать целесообразную методику экспериментальной работы. Например, при изучении физической активации воды затворения бетонной смеси в рамках прикладного подхода нет необходимости исследовать структурные изменения водных растворов.
По нашему мнению, дальнейшее развитие выявленных подходов будет происходить за счет образования их комбинированных вариантов. В частности, этому способствует их четко прослеживаемая взаимосвязь и взаимодополняемость. Понятно, что образование некоторых интеграционных (или междисциплинарных) подходов значительно усложнит исследовательскую работу, хотя и будет отвечать современной тенденции создания наработок на «стыке» наук.
На основании рассмотренных подходов и приведенных частных определений нами предлагается обобщенное определение активации воды. Физическая активация воды - это качественное и количественное изменение структуры воды посредством воздействия физических полей, придающих ей новые взаимосвязанные физические, химические, биологические и технологические свойства.
1. Гринев С.В. Введение в терминоведение. М.: Московский лицей, 1993. 309 с.
2. Вода - космическое явление. Кооперативные свойства. Биологическая активность / Рос. акад. ест. наук, Рос. акад. мед. наук; под ред. Ю.А. Рахманина, В.К. Кондратова. М.: РАЕН, 2002. 427 с.
3. Пиккарди Дж. Химические основы медицинской климатологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 95 с.
4. Коптев А.П., Морозов А.П., Семенец Е.Г. Системы водо-подготовки промышленных предприятий. Способы активации водных растворов: учеб. пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2002. 76 с.
5. Богатырев А.Е., Шушунова Л.И., Цыганов Г.М. Активирование веществ и его технологические применения. М.: Изд-во ЦНИИ Электроника, 1984. 45 с. (Обзоры по электронной технике; сер. 6; вып. 7).
6. Горленко Н.П. Низкоэнергетическая активация цементных и оксидных вяжущих систем электрическими и магнит)ский список
ными полями: автореф. дис. ... докт. техн. наук. Томск, 2007. 46 с.
7. Брунс С.А., Классен В.И., Коньшина А.К. Изменение экстинкции света водой после воздействия на нее магнитных полей // Коллоидный журнал. 1966. Т. ХХУН. №1. С. 153155.
8. Маленков Г.Г. Геометрия построек из молекул воды в структурах кристаллогидратов // Журнал структурной химии. 1962. Т. 3. №2. С. 221-243.
9. Летников Ф.А., Кащеева Т.В., Минцис А.Ш. Активированная вода. Новосибирск: Наука, 1976. 133 с.
10. Онацкая А.А., Музалевская Н. И. Активированная вода // Химия - традиционная и парадоксальная: сб. статей. / Ле-нингр. гос. ун-т. Л., 1985. С. 88-113.
11. Яшкичев В. И. К вопросу о влиянии магнитного поля на реакционную способность воды // Журнал неорганической химии. 1980. Т. 25, № 2. С. 327-331.
