CC BY
85
В качестве непрерывного регулятора целесообразно выбрать ПИД регулятор с передаточной функцией
WрS) = Кр (1 + (Т и Б)"1 + Тд Б).
В этом случае характеристическое уравнение замкнутой САР примет вид
1 + wP (Б) = о
или
ТиТ д Б 2 + Ти (1 + кр1) 5 + 1 = 0.
Для быстрого и плавного протекания переходного процесса эту САР следует сделать эквивалентной колебательному звену с коэффициентом затухания £ = 0,707 . Тогда для расчета параметров регулятора получим систему уравнений
2£Т о = Ти (1 + Кр >),
где Т 0 - постоянная времени переходного процесса, достаточно малая, по сравнению с т. Постоянную дифференцирования выбирают Т д = 0,2Т И и находят К Р и Т И. Переходные процессы по заданию будут заканчиваться примерно за время т , а по возмущению в виде концентрации примесей - за время 2т.
Литература
1. Смирнов Д.Н. Автоматическое регулирование процессов очистки природных и сточных вод. М., 1985.
2. Зайцев Г.Ф. Коррекция систем автоматического управления постоянного и переменного тока. М., 1969.
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт) 16 февраля 2005 г.
УДК 628. 162. 9
ГЕТЕРОГЕННЫЕ И ГОМОГЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЯХ
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ
© 2005 г. И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Т.И. Дрововозова, С.В. Кондратова
Известно, что диоксиды марганца и титана являются активными катализаторами разложения перок-сида водорода по цепному механизму с образованием радикалов ОН [1]. Поэтому в целях проверки ранее выдвинутого предположения о механизме сочетанно-го бактерицидного действия пероксида водорода и ионов некоторых металлов [2] была проведена отдельная серия опытов. Вначале изучалась индивидуальная бактерицидная активность указанных диоксидов, далее исследовалось сочетанное их действие с пероксидом водорода.
Содержание микроорганизмов Е.соИ было 104кл/см3, температура 20 ± 1 °С; концентрация Мп02 - 0,1 мг/л (около 0,06 мг/л в пересчете на Мп), концентрация ТЮ2 - 0,5 мг/л (0,3 мг/л в пересчете на Т1). Микробиологический анализ проводился согласно [3]. Результаты экспериментов представлены на рис. 1 и 2.
Как следует из анализа полученных результатов, индивидуальная бактерицидная активность диоксидов марганца и титана незначительна. Однако их введение в весьма небольших количествах в воду вслед за пе-роксидом водорода, способствует резкому увеличению глубины обеззараживания на 1 - 2 и более порядков по сравнению с одним пероксидом водорода.
lg (Nt/No) 0
-1
-2
-3
1 ' 2
3
0 20 40 60 т , мин
Рис. 1. Влияние диоксида марганца МпО2 на бактерицидную активность Н2О2 при 20 °С ± 1 °С и Ы0 =104 кл/см3: 1 - МпО2 (0,1 мг/л); 2 - Н2О2 (200 мг/л); 3 - их совместное действие (концентрации прежние)
lg (Nt/No) 0
-1
-2
-3
Ч -1---ьЬ ---~~i 1 2
3
0
20
40
60 т, мин
Рис. 2. Влияние диоксида титана ТЮ2 на бактерицидную активность Н2О2 при 20 °С и N0 =104 кл/см3: 1 - ТЮ2 (0,5 мг/л);
2 - Н2О2 (200 мг/л); 3 - их совместное действие (концентрации прежние)
Обнаруженный синергетический эффект можно объяснить тем, что при каталитическом разложении пероксида водорода образуются в качестве промежуточного продукта ОН, окислительный потенциал которых (2,7 В) выше не только самого пероксида (1,77 В), но даже озона (2,07 В) и хлора (1,49 В) [4].
Поскольку при сочетании пероксида водорода с указанными оксидами возможно существенное снижение его дозы, перспективы таких комбинаций вполне благоприятны по технико-экономическим соображениям. Тем более что диоксиды марганца и титана плохо растворимы в воде, благодаря чему появление соответствующих ионов в питьевой воде в недопустимых (выше ПДК) количествах исключается.
Ниже рассматриваются варианты схемы обеззараживания воды пероксидом водорода в сочетании с гомогенными или гетерогенными катализаторами. Такая комбинация в соответствии с выполненными ранее исследованиями [2], может быть реализована в отношении вод, например подземных, характеризующихся относительно слабой загрязненностью микроорганизмами, близостью по химическому составу к нормативным требованиям [5], но малым содержанием кислорода. Последнее обстоятельство связано с тем, что в процессе каталитического разложения пе-роксида водорода выделяется кислород, частично растворяющийся в обеззараживаемой воде. Наконец, разработанный метод целесообразно использовать для обеззараживания относительно небольших объемов воды [6], в частности, на предприятиях пищевой промышленности, при изготовлении напитков. Это обусловлено отсутствием образования побочных вредных соединений при осуществлении процесса обеззараживания воды.
1. Схема «пероксид водорода - гетерогенный катализатор»
Вначале вода направляется в фильтр для извлечения загрязнений - 1 (рис. 3), после чего в нее вводят дозированное количество раствора Н2О2 с концентрацией 3-6 %. Основной процесс обеззараживания протекает в реакторе 5, где смесь контактирует с частицами катализатора, способствующего ускорению разложения Н2О2 с образованием бактерицидных частиц ОН. В качестве катализаторов выступают природные минералы (пиролюзит, рутил), гопкалит, промотиро-ванный серебром, а также искусственно полученные композиции, содержащие МпО2, ТЮ2 [7-9].
2. Схема «пероксид водорода - гомогенный катализатор»
Она включает генератор ионов меди (или серебра), получаемых путем электролиза или растворением в воде определенных количеств растворимых солей (рис. 4). После разложения пероксида водорода присутствующие в воде ионы меди (или серебра) обеспечивают воде стойкость ко вторичному бактериальному загрязнению. Тем самым появляется возможность длительно сохранять запасы питьевой воды, что весьма важно в маловодных регионах или в условиях чрезвычайных ситуаций. Концентрация вводимых ионов меди (или серебра) не должна превышать их ПДК, установленных для питьевой воды, т.е. соответственно 1,0 и 0,05 мг/л [5].
3
Вода на
систему
Рис. 3. Схема процесса обеззараживания воды «пероксид водорода - гетерогенный катализатор»: 1 - фильтр для извлечения загрязнений из воды; 2 - смеситель; 3 - мешалка; 4 - расходная емкость с дозатором; 5 - реактор с катализатором
систему
Рис. 4. Схема процесса обеззараживания воды «пероксид водорода - гомогенный катализатор»: 1 - фильтр для извлечения загрязнений из воды; 2 - смеситель; 3 - мешалка; 4 - расходная емкость с дозатором; 5 - генератор ионов меди (серебра, цинка)
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 04 -08 -96802р 2004 юг-а).
Литература
1. Шамб У., Сеттерфилд Ч., Вентверс Р. Перекись водорода. М., 1958.
2. Денисова И.А. Применение катализаторов в системах
водоподготовки, использующих пероксид водорода и озон, для повышения их эффективности и экологической безопасности: Дис ... канд. техн. наук. 05.17.01 -25.00.36 - Новочеркасск. 2002.
3. Методы санитарно-микробиологического анализа питьевой воды: Метод. указания. М., 1997.
4. Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: И. Л. Кнунянц (гл. ред.) и др. М., 1988.
5. ГОСТ 2872-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. М., 1984.
6. Терентьев В.И. Некоторые концептуальные аспекты достижения безопасности водоснабжения и отведения // Тез. докл. IV междунар. конгр. «Вода: экология и технология». Москва, 2000. С. 426-428.
7. Гутенев В.В., Рождественский В.Л., Монтвила О.И., Денисова И.А. Комбинированный способ обеззараживания воды: Патент на изобретение №2182125 // БИ 2002 № 13.
8. Гутенев В.В., Рождественский В.Л., Ажгиревич А.И., Денисова И.А. Способ обеззараживания воды плавательных бассейнов: Патент на изобретение №2182127 // БИ 2002. № 13.
9. Гутенев В.В., Ажгиревич А.И., Гутенева Е.Н., Москаленко А.П., Денисова И.А. Способ обеззараживания оборотной воды плавательного бассейна. Патент на изобретение №2188166 // БИ 2002. № 13.
Новочеркасское высшее военное командное училище связи;
Новочеркасская государственная мелиоративная академия 15 февраля 2005 г.
