Математика / 5. Математическое моделирование

Безруких Н.С., Безруких Е.Г.

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

НПО «Пульсар», г. Красноярск, Россия

Моделирование обеззараживания сточных вод озоном

Применение хлора для обеззараживания сточных вод сопряжено с образованием высокотоксичных хлорорганических веществ и со сложностями хранения жидкого хлора. Наиболее перспективным веществом для этих целей является метод озонирования [1]. Недостатком этого метода является его относительно высокая стоимость. Оптимизация дозы озона для целей обеззараживания существенно снижает стоимость озонирующей станции. Целью данной работы является моделирование оптимальной озонирующей контактной камеры для обеззараживания сточных вод, прошедших биологическую очистку.

Доза озона, необходимая и достаточная для обеззараживания определяется параметром СТ, представляющим собой произведение концентрации растворенного озона С, мг/л на время контакта Т, мин. Так при температуре воды 20 ⁰С этот параметр не должен быть меньше величины 0,72 [2]. Отсюда следует, что для достижения этой величины в контактной камере, где происходит смешение воды и озона, необходимо либо увеличивать время контакта Т, а это связано с увеличением объема контактной камеры (и, следовательно, со значительным удорожанием), либо увеличивать концентрацию растворенного озона С.

В данной работе рассмотрена математическая модель контактной камеры секционного типа. Такая конструкция камеры позволяет увеличить параметр С без увеличения ее объема и увеличения мощности озонаторной установки. Схема четырехсекционной контактной камеры приведена на рисунке 1.

Озон является не стабильной модификацией кислорода и подвержен самораспаду, причем скорость самораспада в воде зависит от ее температуры. Этот процесс описывается формулой [3]

C(t)=C₀ exp(-lt), (1)

где λ – константа распада озона. Этот параметр индивидуален для каждой воды и определялся экспериментально.

Рис. 1. Схема четырехсекционной контактной камеры

При выходе воды из первой секции концентрация озона в ней будет составлять C₁=C₀exp(-lt₁), при выходе из второй секции C₂=(C₁+С₀) exp(-lt₂), при выходе из третьей секции C₃=(C₂+С₀) exp(-lt₃)), а при выходе из четвертой секции C_в=C₃exp(-lt₄). В итоге, при условии, что t₁=t₂=t₃=t₄=t, получим

C_в=С₀ exp(-2lt)[exp(-2lt)+exp(-lt)+1]; (2)

C₀=С_В /exp(-2lt)[exp(-2lt)+exp(-lt)+1]. (3)

Сравним положение в односекционной и четырехсекционной контактных камерах при одинаковых общих объемах и при одинаковых значениях C₀. В односекционной камере концентрация растворенного озона на выходе будет равна C_в1=C₀ exp(-lТ), в то время как на выходе четырехсекционной камеры она будет равна C_в2=С₀ exp(-lТ/2)[exp(-lТ/2)+exp(-lТ/4)+1].

Анализ показывает, что в любом случае величина C_в2 значительно больше величины C_в1. Так как на выходе четырехсекционной контактной камеры необходимо получить такую же концентрацию, как и на выходе односекционной, результат достигается при значительно меньшем значении величины С_0.

В данной работе новыми являются следующие результаты. При применении многосекционной камеры смешения для достижения эффекта обеззараживания сточной воды потребуется озонаторная установка меньшей производительности. Озонаторное оборудование дорогостояще, его стоимость во многом зависит от производительности по озону. Таким образом, для минимизации стоимости озонирующей станции обеззараживания сточных вод необходимо контактную камеру выполнять многосекционной.

Литература:

1. Глубокая доочистка сточных вод озонированием [Текст] / С.Н. Бурсова [и др.] // Водоснабжение и санитарная техника. – 1991. - №10. - С. 10-11.

2. Бо, Л. Практика озонирования в обработке питьевых вод [Текст] / Л. Бо, Г.Н. Герасимов // Водоснабжение и санитарная техника. – 2000. - №1. - С. 26-29.

3. Расчет концентрации озона, создаваемой озонатором в замкнутом объеме [Текст] / Е.Г. Безруких [и др.]. – Красноярск: изд-во ИФ СО РАН, 1996. - 25 с.