Электрореагентная технология очистки и кондиции водных растворов и коллоидных ассоциатов

Электрореагентная обработка водных растворов и взвесей применяется для обеспечения предъявляемых требований к очищаемой воде при сбросе в канализацию и на биологические очистные сооружения, а также при подпитке системы водооборота. Реактор электро-реагентной установки представляет собой электрохимическую α -ячейку в проточном исполнении с рециркуляцией реакционной смеси, с анодами из нерастворимых карбидов металлов и с катодами из нержавеющего сплава железа Х18Н10Т . [1].

Обрабатываемый водный раствор многократно проходит через межэлектродное пространство электродного блока и подвергается термодинамическому воздействию электрического поля переменного и постоянного токов на возбужденных уровнях полисопряжен-ных Н -связанных органо-минеральных смесей и электрохимически генерируемых активных радикалов на основе аквакомплексов ионов переменных металлов.

Применение предлагаемой технологии водоподготовки, реализованной в типоряде установок ЭХО-ПВ производительностью от 0,5 до 400,0 м3 в час для очистки питьевой воды разрешено гигиеническим заключением № 78.01.03.485.П.006454.11.04, от 18.11.2004 г., выданным ГСЭС РФ (гл. сан. врач по СПб), действительным на всей территории Российской Федерации до 19.11.2009 г., где подтверждается в частности как надежное снижение (ниже ПДК) концентрации железа, нефтепродуктов, нитритов, нитратов, солей тяжелых металлов, органических и хло-рорганических соединений, а также обеззараживание бактериально загрязненных вод и улучшение органолептических показателей воды.

При создании, развитии и практическом использовании технологии электрореагентной очистки и кондиции водных растворов и взвесей, необходима научно обоснованная методология водоподготовки и водоотведения в процессах техногенной промышленной и агротехнической деятельности человечества.

Электрореагентная технология, связанная с электромагнитными способами переноса свободных электронов через вещество, помещенное между электроактивными катодом и анодом, является техногенной моделью биофизического функционирования живых организмов. Данная аналогия квантовой электродинамики электрохимических и биологических процессов и функций дает основания для объективной возможности продуктивного воздействия на естественную и техногенную деятельность человечества.

Общее построение теории взаимодействия в веществе основано на по- стулатах, определяющих четыре основных вида электромагнитной (ЭМ) природы материи:

• - единство природы волновых ЭМ квантов энергии, массы и волновых свойств электронов с магнитными спинами и моментами движения по орбитам атомов и молекул, массой и волновыми функциями внутренних связей ядер и фундаментальных части, структурированных электродинамикой энергии, аккумулированной в волновой структуре вещества и в квантовом ЭМ взаимодействии с внешней средой;

• - квантовую электродинамику электронно-ядерных e i —я_z —e j и элек-трон-электронных e_i—e j ЭМ волн квантового hv ij обмена, определяющего энергию химических и физикохимических связей в виде функций приема и испускания ⁺ - hv квантов как внутри атомов и молекул, так и при обмене с внешней средой, что формирует статистические электронные облака вокруг ядер и полисопряженные резонансные связи вокруг группы субмолекул и конденсатов с непредельными межатомными связями;

• - осциллирующие трансмолекулярные и надмолекулярные структуры вещества, обобщенные обменнорезонансными переходами электронов по Н-связанным полимолекулярным цепям, а также индуктивно-резонансными междуцепочечными - межплоскостными флуктуациями энергии возбужденных состояний полисопряженных молекулярных и субмолекулярных структур, что предопределяет автоколебательную природу органических и неорганических полимолекулярных ансамблей, в том числе водных ассоциатов живого вещества в биологически активных плазмах, органеллах, клетках, организмах, сообществах, популяциях, биоценозах и в геобиосфере в целом;

  -информационную модуляцию комплексов ЭМ взаимодействий и функций вещества, предопределяющую избирательную связь между субмолекулярными и надмолекулярными структурами, имеющими родственные и взаи-

• модополняющие обменно-резонансные и индуктивно-резонансные полиструк-турные фрагменты (рецепторы - приемники - передатчики - преобразователи), так и сродство в кодах, структурах, энергиях, и в составе элементарных атомных и молекулярных ei—Hz—ej и ансамблевых суб- и надмолекулекуляр-ных межплоскостных п-п взаимодействий и межмолекулярных через Н-связь п-п-п электронных переходов, - в ансамблевых ассоциатах вещества электромагнитных +-hv осцилляторов.

Квантовая электродинамика обмена энергией в виде фотонов hν, где h - постоянная Планка, характеризующая электромагнитное поле Вселенной, v -частота колебаний электромагнитной волны, характеризующей структурную природу вещества, - от энергии внутриядерных связей, до энергии информационного обмена в живой природе геобиосферы, определяет фундаментальные физические законы естествознания. Периодическая система элементов Менделеева является фундаментом научного использования законов Природы, нарушение которых неизбежно ведет к деградации эволюционно сложившихся биоценозов экологической среды обитания и к дегенерации человеческой популяции. Изучение природы живого состояния вещества и организмов позволит определить технологию природопользования и создания оптимальных экосистем для сохранения и развития высших растений, животных, человека и сопутствующих продуктивных гидробионтов, простейших, микроорганизмов, - составляющих усовершенствованный в соответствии с законами Природы эволюционно сложившийся биоценоз естественной и техногенной среды обитания.

Водные растворы внутриклеточной протоплазмы полифункциональной смеси электролитов и элементоорганических соединений, а также коллоидные ассоциаты полисопряженных Н-связан-ных органических соединений, являются главными структурными компонентами живого вещества и организмов.

Избыточные сольватированные электроны геобиосферы и свободная энергия возбужденных полисопряженных коллоидных ассоциатов определяется квантовой электродинамикой структуры и функций взаимодействия. Изучение и управление живым состоянием вещества предопределяет необходимость создания животворной водной среды обитания как человека, так и геобиосферы в целом.

ЭМ природа энергии структурирования в веществе основана на волновых и электростатических свойствах электронов е i … е j и в частности на ЭМ взаимодействии электронов на орбиталях ядра в атоме е ij —я z и на орбиталях в молекуле е i —я z —е j .

Квант hν i ЭМ энергии поглощается и излучается фундаментальными частицами вещества, связями между частицами, резонансными флуктуациями возбужденных состояний, информационной модуляцией ЭМ излучений вещества, что характеризует его локализацию в пространстве и материализацию в эффекте действия как на структурные ансамбли, так и на отдельные фундаментальные частицы и структуры вещества. Например, при электромагнитных взаимодействиях е i + hν = е j на орбиталях в молекуле е i —я z —е j .

hc R РИДБЕРГ

E КВАНТОВАНИ Я             2        ,

n

где R постоянная Ридберга.

Приравнивая (4) к (3) получаем кулоновскую постоянную Ридберга для электрона на ядерной орбитали:

22 nе

R РИДБЕРГ     R КУЛОН

2 r hc

2 n

r

m

e

.

Энергия электрона е по Бору на орбитали атома по водороду:

1 m e Е^e 22

2 n • h

.

Радиус основной орбитали элек-

трона:

2 n

r

m

e

hг

2 e

Обратная подстановка (2) в дает потенциальную энергию e взаимодействия:

я z

Е

2 е

r

, 2

что составляет половину энергии Кулоновского взаимодействия единичных

точечных зарядов в вакууме.

Известно, что

Подставляя в R _КУЛОН

. h2 .

₂ ;

e

h = 2 hh , получаем постоянную Ридберга стулатов Бора:

R РИДБЕРГ     R КУЛОН

•••

222 e 2

e h2  4

F _ _

КВАНТ

из по-

2 e

2 2 n

2 n

• ••

hc

4 me e ch 3

•

Анализ правил квантования:

hcR

2 n

Rh

-(u^)

n

;

1 R .

X

Принимаем при n =1

E =-R-h-'°-X = - — -h

Е КВАНТ      R

• и

. (11)

Таким образом при λ волновой функции первой основной орбитали электрона равной λ 0 , т.е. энергия первого уровня равна кванту:

Е КВАНТ           h 1   1     h 1     ()

излучаемому е 0 при переходе на первую основну ю ор бит аль атома:

h       e ₀     e_{i 1} .                          (13)

Поскольку для высших основных орбиталей в атомах: Е КВАНТ f , то λ i f n ², где n ²=1;4;9; 1 6.            (14)

При этом e излучает   h υ i =

;  ; h υ 1 при переходе на 2,3,4 орби-

4  9  16

тали.

В соответствии с явлением спиновой природы в электродинамике электрона на орбиталях атома, одно-

электронная структура атома Н стре-

мится к спариванию спинов с образова нием устойчивого соединения т/ 2. При этом энергия Е е на молекулярной орбитали (МО) изменяется на энергию hυis химической связи Н 2 . В соответствии с объективной феноменологической электродинамикой электронов, связанных энергией hυis на орбитталлях атомов, приобретающие магнитный спин движение заряда со спариванием 2eS, набор электронов на основных оболочках в атомах пропорционален:

2 n ² (2;8;18;32) e ; (15)

e h e , (16) i is i s где e набор квантовых (ЕКВАНТ ) и спиновых S+ и электродинамических (±Ц) состояний электронов на орбита-

т.е квантуемость многозарядных ядер 1

также пропорциональна Е в осцилляторе ЭМ взаимодействия e_i я_z .

При экранировании Z ядра нижними орбиталями e i вводится функция экранирования

* = ( n -1 )• s p 6- f¹⁴ .              (24)

Энергия квантования имеет вид:

КВАНТ       i z      КУЛ .             ()

лях.

В общем случае для Z n 2 для ядра не экранированного нижними обо-

лочками электронов

F _

КВАНТ

z ² R h

2 n

• (vX)

пропорциональна квадрату Z ² заряда ядра.

При этом энергия квантования e уменьшается функцией    экранирова ния ядра электронами на нижних орбиталях.

Принимаем     z z    эффек тивный заряд ядра за минусом его экранирования нижними электронными оболочками s2 ' p6" d8' f14 = (2;8;18 ;32)e^ .

Рассмотрим уравнение Шредингера с учетом функции экранирования детерминирующей электростатическое электронно-ядерное    взаимодействие e я , и уменьшающей энергию акти-

Е _

КВАНТ

С учетом (12), (9) и (18)

c h    h     hc

R z ²

2 n

. (19)

Из чего:

R z ²

X

2 n

или

n

;

R z ²

Е _ _

КВАНТ

z ² R h

z ² R h

2 ^c n

• ••

вации e h    e .

Произведём подстановку из уравнения де-Бойля:

h     m                           (26)

в коэффициент кинетической состав-

ляющей	уравнения    Шредингера:
2 е	hcR                с  n
E _ = — КУЛ r
	2    и     РИДБЕРГ               , n                   2 r hc

...

2 n

• (»-Ч

R КУЛ

Подставляем в уравнение (21):

en

получим:

h        2 m V 2      2	mV 2
e	e
Т КИН =		(27)
8  2 m     8  2 m     4  2 ee	2

Принимая условие, что определитель ∆

Е _

КВАНТ

;

2 • r ' й * с

222 zenh

2 ^c

2 r й с n

z

^e (22)

2 r

также имеет зависимость от координаты ψ –функции экранирования, получаем релятивистскую модель движения элек-

и получаем с учетом (3)

трона:

2   1 e ²

Е      —7. — • —

КВАНТ     z

2 r

7 • — • Е z        КУЛОН

,  (23)

meV           2

kn

2    42

1 E

К УЛ

При равенстве φ k =φ n =ψ уравнение является физической моделью Бора: – Т КИН +U ПОТ =Е ПОЛН . (29)

В тоже время известно противоречие релятивистивой модели Бора в экспериментально установленном эффекте ∑ m е Vr =0           (30)

для всей ∑ e i электронного облака на не-возбужденых n^.S ² орбиталях.

Это противоречие снимается в принятой физической модели резонансной функции электронно-ядерного еi— яz—еj взаимодействия посредством +-∆hν квантового обмена, которое по законам физической электродинамики по правилу правой руки Лоренца предопределяет движение электрона по орбиталям, по квантовому обмену еi +- ∆hν = еј создает вектор движения электронов по радиусу. При этом магнитное поле не совершает работу, создавая электронное облако, как суперпозицию стоячих резонансных волн с квантовой электродинамикой обмена электромагнитного взаимодействия, как внутри атомов и молекул – ψiј функция электронного облака, так и межмолекулярная – φху функция субмолекулярного взаимодействия: диполь-дипольное, электромер-ное, индуктомерное, дисперсионное индуктивно-резонансное,       обменно резонансное.

Таким образом ψ – функция Шредингера, представленная как функция экранирования ядра суммой ∑ е iј электронов становится математической моделью статистической теории Гай-зенберга. В итоге статистическое множество ψ iј для атомарной и молекулярной моделей определяется множеством электронов и ядер, которое увеличивается функцией φ ху межмолекулярного взаимодействия в субмолекулярной структуре вещества.

Данная физическая модель строения вещества снимает противоречия нерелятивистской и релятивисткой механики, имеющей дело только с увеличением суммарной энергии возбужденного состоянии электронов и магнитных моментов частиц при движении вещества, которое не поддается ЭМ измерениям ввиду равенства £ед = ^Яг и

Е ^ = X ^+ •

В свете данной физической теории строения вещества, силы инерции покоя и движения, а следовательно затрата работы на перемещение в поле гравитационного притяжения и изменения скорости движения (покоя), следует рассматривать как энергию перехода квантовой электродинамики вещества в возбужденное электронноядерное состояние путем обмена квантами с электромагнитным полем планеты, солнечной системы и вселенной в целом.

В тоже время следует отметить, что нагрев как переход электронноядерной системы и структуры межмолекулярного взаимодействия в возбужденное состояние, является общепринятым теоретическим положением.