669.712.2; 661. 862. 32; 628.335 Л.С. Курбанова, канд. техн. наук, У.Ш. Мусина, доц. КазНТУ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ХОЗБЫТОВОЙ СТОЧНОЙ ВОДЫ КОАГУЛЯНТОМ ССАЖКК В ПРИСУТСТВИИ ИНТЕНСИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК Бұл жұмыста ССАЖКК коагулянтын және қосымша-интенсификаторларды (күкірт қышқылы және белсенді хлор) пайдаланып тазаланған шаруашылық-тұрмыстық ақаба суларының нәтижелері көрсетілген; осы реагенттердің мөлшерін реттейтін және суды тазалаудың оңтайлы жағдайын анықтауға мүмкіндік беретін триангулярлық диаграмма тұрғызылған. In this article are presented results of everydays-sewage by using SSAGKK coagulator and additional – intensificators (by sulphuric acid and active chlorine); it was created the triangle diagramm, which allowe to regulate of doze there reagents and to determine the optimal conditions of purify of sewage. Как известно, основное назначение коагулянта – удаление взвешенных веществ, который обеспечивает также удаление частично растворенных органических примесей. Процесс коагуляции можно интенсифицировать введением добавок, например, серной кислоты и активного хлора, что позволяет создать оптимальную рН среду при высоком щелочном резерве, снизить расход коагулянта и разрушить органические вещества. Процессом коагуляции можно управлять с помощью триангулярных диаграмм, построение которых позволит регулировать процесс очистки воды. Триангулярную диаграмму «состав – свойство» коагулянта ССАЖКК (смешанный сульфатный алюмо-железо-кремниевый коагулянт) изучали на хозяйственно-бытовой сточной воде, состав которой сведен в табл.1. Исследования проводили с использованием метода математического планирования эксперимента уравнений регрессии. Метод описывает процесс удаления органических примесей, взвешенных веществ и общего содержания железа в зависимости от: – расхода коагулянтов; – расхода интенсифицирующих добавок при коагуляции хозяйственно-бытовой сточной воды коагулянтом-флокулянтом. Таблица 1 92,3 173 90,0 26,6 8,0 8,6 5,02 1,02 0,21 1,0 Активный хлор, мг/л СПАВ, мг/л Алюминия, мг/л Железо общее, мг/л Фосфаты, мг/л Кремнекислота, мг/л Азот органический, мг/л Окисляемость перманганатная, мг/О2 БПК5, мг О2/л 7,3 ХПК, мг О2/л рН 4,7 Взвешенные вещества Щелочность общая, мгэкв/л Состав исходной хоз-бытовой сточной воды 4,4 Для интенсификации процесса коагуляции использовали добавки – серную кислоту и активный хлор. Эффективность коагуляции оценивали по величине ХПК осветленной воды, а также общего содержания ионов железа и взвешенных веществ. Как известно, для решения задач с использованием диаграмм состав-свойство широко применяются симплекс-решетчатые планы Шеффе, подробно изученные Зедгенидзе И.Г., Ахназаровым С.Л., Кафаровым В.В. [1, 2], обеспечивающие равномерное распределение экспериментальных точек по (q-1) по мерному симплексу. Экспериментальные точки представляют {q, n}– решетку на симплексе, где q – число компонентов смеси; n – степень полинома. Целью триангулярного исследования является изучение эффективности снижения: – органических примесей хозяйственно-бытовых сточных вод (У1,%); – взвешенных веществ (У2, мг/кг); – общего содержания ионов железа (У3, мг/кг) от состава вводимых компонентов, мг-экв/кг: – H2SO4 – X1, – коагулянт ССАЖКК – X2; – Cl2 –X3. При изучении диаграммы состав–свойство исследовали зависимость только в локальном участке диаграммы: 0 ≤ αi ≤ X ≤ bi ≤ 1, i=1,2 ….q. Введены новые переменные – псевдокомпоненты Z1, Z2, Z3, где 3 i 1 i 1. На рис. 1 и 2 показан изученный локальный участок диаграммы, представляющий собой треугольник с вершинами Z1 (80; 20; 0), Z2 (0; 100; 0) и Z3 (0; 20; 80). За 100 % приняты значения реагентов, мг-экв/мг: H2SO4 – 1, ССАЖКК – 2 и Cl2 – 2. Изученная матрица планирования и результаты проведенных опытов сведены в табл. 2. Таблица 2 Матрица планирования и результаты лабораторных опытов Z1 1 0 0 0,5 0,5 0 0,3 0,25 0,25 Z2 0 1 0 0,5 0 0,5 0,3 0,5 0,25 Z3 0 0 1 0 0,5 0,5 0,3 0,25 0,5 X1 80 0 0 40 40 0 26,6 20 20 X2 20 100 20 60 20 60 46,8 60 40 a X3 0 0 80 0 40 40 26,6 20 40 Ŷ1 42,1 52,7 47,3 50,1 52,3 75,1 74,7 67,4 76,8 Ŷ2 45,6 19,7 20,3 15,7 23,5 14,3 16,9 15,1 13,5 Ŷ3 0,61 0,51 0,67 0,51 0,42 0,39 0,30 0,22 0,41 Коагулянт ССАЖКК H2SO4 Cl2 б Рис. 1. Триангулярная диаграмма «ССАЖКК – серная кислота – активный хлор» а – область исследования; б – область оптимальных параметров процесса коагуляции Условия опытов выразим в псевдокомпонентах Zi и в натуральном масштабе Хi (%). Средние результаты Уi получены по двум параллельным опытам. Уравнение регрессии в псевдокомпонентах, описывающее эффективность удаления органических веществ (процентах снижения ХПК) имеет вид Ŷ1= 42,1Z1+52,7Z2+47,3Z3+10,8Z1Z2+30,4Z1Z3+100,4Z2Z3+313,2Z1Z2Z3. (1) Остаточное содержание взвешенных веществ и железа определяется соответственно уравнениями: Ŷ2 = 45,6Z1+19,7Z2+20,3Z3 – 67,8Z1Z2 – 37,8Z1Z3 –22,8Z2Z3+71,1Z1Z2Z3, (2) Ŷ3 = 0,61Z1+0,51Z2 + 0,67Z3 – 0,2Z1Z2 – 0,88Z1Z3 – 0,8Z2Z3 – 2,37Z1Z2Z3. (3) Результаты исследований проверяли по критерию Кохрена, который показал, что опыты воспроизводимы. Дисперсии оценены как однородные. В результате ошибки воспроизводимости опытных данных составили: Sy1 = 3,8; Sy2 = 3,4; Sy3 = 0,1. Адекватность уравнений регрессии проверяли по критерию Стьюдента. При уровне значимости Р = 0,04, числе степеней свободы дисперсии воспроизводимости fy=16 и числе параллельных опытов n=2, tтабл. = 3,6. Как видно из табл. 3, все значения ti меньше табличного, следовательно, уравнения (1) – (3) – адекватны эксперименту. Используя формулы связи между натуральными координатами и псевдокомпонентами Zj [2] Z1 =1,25-1,25Х2 – 1,25Х3; Z2 = 1,25Х2 - 0,25; Z3 = 1,25Х3 (4) и подставив значения (4) в (1)–(3), получаем уравнения регрессии в исходных координатах Y1 36,07 33,5 2 - 96,3 3 826,5 2 3 - 16,87 22 74,8 32 - 611,7 22 3 - 611,7 2 32 . (5) Таблица 3 Результаты проверки адекватности полученных уравнений регрессии Ŷ1 42,1 52,7 47,3 50,1 52,3 75,1 Ŷ1 40,0 48,3 45,4 52,1 58,5 72,7 ∆Ŷ1 2,1 4,4 1,9 2,0 6,2 2,4 Ŷ2 45,6 19,7 20,3 15,7 23,5 14,3 Ŷ2 40,1 15,4 16,2 18,6 20,9 15,6 ∆Ŷ2 45,5 4,3 4,1 2,9 2,9 1,3 Ŷ3 0,61 0,51 0,67 0,51 0,42 0,39 Ŷ3 0,02 0,44 0,58 0,50 0,34 0,30 ∆Ŷ3 0,12 0,07 0,09 0,01 0,08 0,09 ζ 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 t1 0,76 2,48 0,35 2,25 1,68 1,71 t2 0,34 1,22 0,18 2,02 1,95 0,66 t3 0,63 0,42 0,75 0,19 0,32 1,97 74,7 67,4 76,8 78,3 69,3 71,8 3,6 1,9 5,0 16,9 15,1 13,5 11,1 12,4 10,7 5,8 2,7 2,8 0,30 0,22 0,41 0,21 0,18 0,40 0,09 0,04 0,01 0,66 0,66 0,66 0,62 1,58 0,60 0,05 0,36 1,55 1,18 0,47 1,67 Y2 73,26 - 159,5 2 - 132,5 3 296,01 2 3 105,9 22 86,8 32 - 138,8 22 3 - 138,8 2 32 Y3 0,69 - 0,50 2 - 0,18 3 - 5,11 2 3 0,31 22 0,44 32 4,62 22 3 4,62 2 32 (6), (7) На рис. 2 показаны изолинии эффективности снижений примесей в воде для различных соотношений вводимых реагентов с использованием компьютерной программы MATLAB – 7.2 и TRIANGLE – 1, обработавшие полученные уравнения (5) – (7) и построившие искомые изолинии локальных участков триангулярной диаграммы. Таким образом, диаграмма позволяет регулировать дозировки коагулянта и добавокинтенсификаторов и определять оптимальные условия проведения очистки воды коагулянтом ССАЖКК в присутствии добавок-интенсификаторов (серной кислоты и активного хлора). Как видно из диаграммы, оптимальные значения расходов коагулянта ССАЖКК и добавокинтенсификаторов лежат в области пересечений (темный кружок) и составляют:ССАЖКК–1,0-1,3; Н2SО4-0,2-0,25; Сl2-0,3-0,4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976. 390 с. 2. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высш. шк., 1978. 319 с. Статья рекомендована д-ром хим. наук, проф., Казовой Р.А. 12.12.2007 г.