ВОПРОСЫ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ МЕТОДОМ ДООЧИСТКИ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ НА ФИЛЬТРАХ С БЕРЕЗОВЫМ АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕМ, МОДИФИЦИРОВАННЫМ ФУЛЛЕРЕНАМИ

Полный текст

Обработка водопроводной воды на фильтрах с активированным углем перед непосредственной подачей к потребителю является одним из наиболее применяемых способов доочистки воды, загрязняемой при транспортировке по трубам, находящимся в неудовлетворительном техническом состоянии. Для повышения сорбционной активности активированных углей применяется их модифицирование фуллеренами, обладающими также бактерицидными свойствами. В Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (Техническом университете), руководитель работ д.т.н., проф. В.В. Самонин, разработана технология введения фуллеренов в исходные активированные угли, позволяющая получить модифицированный активированный уголь (АУМ). В Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете, руководитель работ д.т.н., проф. А.Н. Ким, проведены исследования возможности и эффективности практического применения АУМ для доочистки водопроводной воды. Исследования [1-3] подтвердили нестабильное качество водопроводной воды и необходимость ее доочистки и показали, что наиболее эффективно модифицирование фуллеренами березовых активированных углей (АУМбер). Также в результате исследований выявлена высокая эффективность использования АУМбер для доочистки водопроводной воды, превышающая эффективность доочистки на исходных углях до 30 % по цветности, содержанию железа и окисляемости. Результаты, полученные при проведении фильтроциклов по обработке исходной водопроводной воды АУМбер, позволили определить осредненные показатели эффекта очистки воды по окисляемости при высоте фильтрующего слоя 320 мм и скорости фильтрования 2,5 м/ч. Эффективность очистки определялась по формуле Эоч = 100 (Сисх – Соч) / Сисх, %, где Эоч – эффективность очистки нормируемого вещества; Cисх – концентрация вещества перед подачей на фильтрующую колонку; Соч – концентрация вещества после обработки на фильтрующую колонку. На основании полученных данных по методу экспертных оценок определен также эффект очистки исходной воды по окисляемости при различной высоте фильтрующего слоя и различных скоростях фильтрования. Полученные данные представлены графически на рис. 1. Так как грязевые нагрузки исходной обрабатываемой воды невелики, для проведения очистки модифицированными фуллеренами активированными углями достаточно время контакта воды с сорбентом Эо к, % 1 00 90 80 70 h=0,3 2 м 60 h=0,5 м 50 h=1 ,0 м 40 h=1 ,5 м h=2,0 м 30 20 10 0 2 5 8 1 0 V, м /ч Рис. 1. Эффект очистки исходной воды по окисляемости на АУМбер при различной высоте фильтрующей загрузки и скорости фильтрования t, м и н 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 V=2 м /ч V=3 м /ч V=5 м /ч V=8 м /ч V=1 0 м /ч 1 0,0 0,0 1 00 1 50 200 250 Tф , ч Рис. 2. Продолжительность фильтроцикла при обработке исходной воды АУМбер при различной скорости фильтрования и времени контакта воды с АУМбер: Тф – продолжительность фильтроцикла меньшее, чем принятое в традиционной фильтрационной обработке воды. При этом эффективное время работы модифицированного фуллеренами активированного угля определяется предъявляемыми требованиями к качеству обработанной воды. На рис. 2 представлены полученные по методу экспертных оценок зависимости продолжительности фильтроцикла от скорости фильтрования и время контакта обрабатываемой воды с модифицированным фуллеренами активированным углем. Выбор аналитического выражения функций зависимостей технологических параметров доочистки водопроводной воды на фильтрах с активированным углем, модифицированным фуллеренами, производился в стандартном пакете Excel-2010 построением линий тренда и выбором вида функций (линейная; логарифмическая; полиномиальная 2-й степени; полиномиальная 3-й степени; степенная; экспоненциальная). Под трендом понимается закономерная, неслучайная составляющая временного ряда, являющаяся некоторой функцией достаточно простого вида, описывающая «среднее поведение» ряда или процесса. В качестве математического критерия наилучшего вида и количественного значения коэффи80 экспоненциальная функция: y = 82,713e-0,073x R² = 0,9679 70 линейная функция: y = -3,8571x + 77,857 R² = 0,9891 60 логарифмическая функция: y = -18,38ln(x) + 84,462 R² = 0,9323 50 полиномиальная функция 2-й степени: Эоч.ок, % y = -0,0827x2 2,8701x + 75,677 R² = 0,9915 40 степенная функция: y = 92,657x-0,341 R² = 0,877 30 полиномиальная функция 3-й степени: y = -0,0833x3 + 1,4167x2 10,667x + 86,333 R² = 1 20 h=0,32 м Экспоненциальный (h=0,32 м) 10 Линейный (h=0,32 м) Логарифмический (h=0,32 м) Полиномиальный 0 (h=0,32 м) Степенной (h=0,32 м) 0 2 4 6 8 10 12 V, м/ч Полиномиальный (h=0,32 м) Рис. 3. Линии тренда зависимости эффекта очистки воды по окисляемости на модифицированных фуллеренами активированных углях от скорости фильтрования и при высоте фильтрующей загрузки h=0,32 м при различных видах функций циентов использовался коэффициент детерминации (R2). R2 определяется как единица минус доля необъяснённой дисперсии (дисперсии случайной ошибки модели, или условной по факторам дисперсии зависимой переменной) в дисперсии зависимой переменной. Соответственно, чем ближе значение коэффициента детерминации к 1, тем сильнее зависимость, что интерпретируется как соответствие модели данным. Модели с коэффициентом детерминации выше 80% признаются достаточно хорошими. Значение коэф300 250 200 Тф, ч 150 фициента детерминации 1 означает функциональную зависимость между переменными. На рис. 3 в графическом виде представлены линии тренда зависимости эффекта очистки воды по окисляемости на АУМбер от скорости фильтрования при высоте фильтрующей загрузки h=0,32 м при различных видах функций. Также на рис. 3 указаны функциональные зависимости и соответствующие им коэффициенты детерминации. Расчеты показали, что для полиномиальной функции 3-й степени R2=1. линейная функция: y = 14,537x + 11,454 R2 = 0,9595 экспоненциальная функция: y = 62,944e0,0859x R2 = 0,8924 логарифмическая функция: y = 168,59Ln(x) 223,77 R2 = 0,9946 степенная функция: y = 15,039x1,0139 R2 = 0,9577 полиномиальная функция 2-й степени: y = -1,0445x2 + 39,923x 127,12 R2 = 0,9992 полиномиальная функция 3-й степени: y = 0,0833x3 4x2 + 72,917x 243 R2 = 1 100 V=2 м/ч Линейный (V=2 м/ч) Экспоненциальный (V=2 м/ч) 50 Логарифмический (V=2 м/ч) Степенной (V=2 м/ч) Полиномиальный (V=2 м/ч) Полиномиальный (V=2 м/ч) 0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 t, мин Рис. 4. Линии тренда зависимости продолжительности фильтроцикла от времени контакта обрабатываемой воды с модифицированным фуллеренами активированным углем при скорости фильтрования V=2 м/ч при различных видах функций Получено, что зависимость эффекта очистки исходной воды по окисляемости на АУМбер при различной высоте фильтрующей загрузки и скорости фильтрования выражается следующим образом: y = -0,0833x3 + 1,4167x2 10,667x + 86,333 (для h=0,32 м); y = -0,0292x3 + 0,6042x2 7,7583x + 91,333 (для h=0,50 м); y = -0,0889x3 + 1,7778x2 14,311x + 107,22 (для h=1,00 м); y = -0,0694x3 + 1,4306x2 12,306x + 110,44 (для h=1,50 м); y = -0,0986x3 + 2,0347x2 16,064x + 119,78 (для h=2,00 м), где y – эффект очистки по окисляемости на АУМбер, %; x – скорость фильтрования, м/ч. На рис. 4 в графическом виде представлены линии тренда зависимости продолжительности фильтроцикла от времени контакта обрабатываемой воды с модифицированным фуллеренами активированным углем при скорости фильтрования V=2 м/ч при различных видах функций. Также на рис. 4 указаны функциональные зависимости и соответствующие им коэффициенты детерминации. Расчеты показали, что для скоростей фильтрации 2 м/ч; 3 м/ч; 8 м/ч полиномиальной функции 3-й степени R2=1. Для скоростей фильтрации 10 м/ч полиномиальной функции 2-й степени R2=1. В результате было определено, что зависимость продолжительности фильтроцикла от скорости фильтрования и времени контакта обрабатываемой воды с АУМбер выражается следующим образом: y = 0,0833x3 4x2 + 72,917x 243 (для V=2 м/ч); y = 0,059x3 3,1885x2 + 65,264x 260,6 (для V=3 м/ч); y = 0,0179x3 1,5251x2 + 46,782x 319,14 (для V=5 м/ч); y = 0,01x3 1,1831x2 + 49,404x 542,47 (для V=8 м/ч); y = 0,0042x3 0,551x2 + 26,911x 329,43 (для V=10 м/ч), где y – продолжительность фильтроцикла на АУМбер, ч; x – время контакта обрабатываемой воды с АУМбер, мин. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Грун, Н.А. Исследование активированного угля, модифицированного фуллеренами, применяемого для кондиционирования водопроводной воды [Текст] / Н.А. Грун, А.Н. Ким // Вестник гражданских инженеров. СПбГАСУ, 2010. -№ 2(23). С. 146-150. Ким, А.Н. Проблемы кондиционирования водопроводной воды, пути их решения [Текст]/ А.Н. Ким, Н.А. Грун // Сборник материалов IV международного семинара «Методы повышения ресурса городских инженерных инфраструктур» ХГТУСА. – Харьков, 2010. – C. 264-270. Самонин, В.В. Модифицирование активных углей фуллеренами и их исследование в процессах кондиционирования водопроводной воды в режиме сорбция-регенерация [Текст] / В.В. Самонин, А.Н. Ким, Н.А. Грун // Известия СПб ГТУ(ТИ). 2010. №8(34). С. 77-80. © Грун Н.А., Ким А.Н., 2013

Об авторах

Н. А ГРУН

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

аспирант кафедры водоснабжения

А. Н КИМ

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

доктор технических наук, профессор кафедры водоснабжения

Список литературы

Дополнительные файлы