669

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.