CC BY
26
ника и оборудование для села. - 2011. -№ 7 (169). - С. 26-27.
5. Шепелев С.Д., Черкасов Ю.Б. Обоснование границ эффективности использования накопителя-перегружателя // Вестн. КрасГАУ. -2013. - № 12. - С. 199-203.
6. Шепелев С.Д., Шепелев В.Д., Черкасов Ю.Б. Обоснование потребности в трудовых ресурсах при проектировании зерноуборочных процессов // АПК России. - 2012. -Т. 61. - С. 100-103.
7. Шепелев С.Д., Шепелев В.Д. Обоснование технико-технологических параметров зерноочистительных агрегатов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2007. - № 2. - С. 9-11.
Literatura
1. Shepeljov S.D., Plaksin A.M., Cherkasov Ju.B. Vlijanie sroka sluzhby i sezonnoj narabotki na pokazateli jekspluatacionnoj nadezhnosti zernouborochnyh kombajnov // Agropro-myshlennyj kompleks Rossii. - 2016. - T. 75. -№ 1. - S. 122-126.
2. Shepeljov S.D., Cherkasov Ju.B. Obosnovanie racional'nogo urovnja nadezhnosti tehnologi-
cheskih mashin v zernouborochnom processe // Vestn. KrasGAU. - 2015. - № 5. - S. 58-63.
3. Shepeljov S.D., Shepeljov V.D., Cherkasov Ju.B. Statisticheskie pokazateli proizvoditel'nosti zernouborochnyh kombajnov v zavisimosti ot narabotki // Agroprodovol'stvennaja politika Rossii. - 2015. - № 1 (13). - S. 36-40.
4. Shepelev S.D., Krachenko I.N. Povyshenie jeffektivnosti uborki na osnove ciklicheskogo sozrevanija zernovyh kul'tur // Tehnika i obo-rudovanie dlja sela. - 2011. - № 7 (169). - S. 26-27.
5. Shepelev S.D., Cherkasov Ju.B. Obosnovanie granic jeffektivnosti ispol'zovanija nakopitelja-peregruzhatelja // Vestn. KrasGAU. - 2013. -№ 12. - S. 199-203.
6. Shepeljov S.D., Shepeljov V.D., Cherkasov Ju.B. Obosnovanie potrebnosti v trudovyh resursah pri proektirovanii zernouborochnyh processov // APK Rossii. - 2012. - T. 61. -S. 100-103.
7. Shepelev S.D., Shepelev V.D. Obosnovanie tehniko-tehnologicheskih parametrov zerno-ochistitel'nyh agregatov // Mehanizacija i jel-ektrifikacija sel'skogo hozjajstva. - 2007. - № 2. - S. 9-11.
УДК 628.54 Т.И. Халтурина, С.А. Козлова,
О.В. Чурбакова, С.Г. Третьяков
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ЭМУЛЬГИРОВАННЫЕ НЕФТЕПРОДУКТЫ
T.I. Khalturina, S.A. Kozlovа, O.V. Churbakova, S.G. Tretiyakov
THE OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL PROCESS OF ELECTROCOAGULATIVE PROCESSING OF THE SEWAGE CONTAINING THE EMULSIFIED OIL PRODUCTS
Халтурина Т.И. - канд. хим. наук, проф. каф. Khalturina T.I. - Cand. Chem. Sci., Prof., Chair of
инженерных систем зданий и сооружений Инже- Engineering Systems of Buildings and Construc-
нерно-строительного института Сибирского фе- tions, Construction Institute, Siberian Federal Uni-
дерального университета, г. Красноярск. E-mail: versity, Krasnoyarsk. E-mail: THal1965@yandex.ru THal1965@yandex.ru
Козлова С.А. - магистрант каф. инженерных систем зданий и сооружений Инженерно-строительного института Сибирского федерального университета, г. Красноярск. E-mail: svetlanakozlovaa@mail.ru Чурбакова О.В. - канд. техн. наук, доц. каф. инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности Политехнического института Сибирского федерального университета, г. Красноярск. E-mail: ochurbacova@mail.ru Третьяков С.Г. - гл. теплотехник ООО «Красноярский металлургический завод», г. Красноярск. E-mail: tsq@kramz.rusal.ru
Статья посвящена актуальной проблеме снижения техногенного воздействия на окружающую среду. Показаны данные экспериментальных исследований по изучению электрообработки постоянным током нефтесодер-жащих сточных вод заводов тракторного и сельскохозяйственного машиностроения. Цель исследования: получение математической модели электрокоагуляции нефтесодер-жащих сточных вод и изучение состава осадка для последующей утилизации. Определение концентрации нефтепродуктов проводили с использованием концентратомера КН-2. Анализ химического состава осадка был изучен термогравиметрическим методом на приборе NETZSCHSTA 449F1. В работе были применены методы ротатабельного планирования эксперимента. Установлено, что наибольшее влияние на процесс обезвреживания оказывает величина плотности тока, которая определяет кинетику растворения анода и производительность. Была проведена оптимизация процесса по уравнениям регрессии для получения регулировочных диаграмм. Построение графиков поверхностей и регулировочных диаграмм исследуемых функций было сделано в программе Mathcad. Результаты исследований при планировании эксперимента по методу Бокса-Хантера позволили определить оптимальные режимы электрокоагуляционной обработки нефтесодержащих сточных вод: плотность тока 3,58-45 А/м2; производительность составляет 0,9-3,5 дм3/мин. Изучен состав осадка термогравиметрическим методом на приборе NETZSCHSTA 449F1 в режиме ДСК-ТГ, в атмосфере Az, в диапазоне 30/20.0
Kozlova S.A. - Magistrate Student, Chair of Engineering Systems of Buildings and Constructions, Construction Institute, Siberian Federal University, Krasnoyarsk. E-mail: svetlanakozlovaa@mail.ru
Churbakova O.V. - Cand. Techn.Sci., Assoc. Prof., Chair of Engineering Ecology and Health and Safety, Polytechnic Institute, Siberian Federal University, Krasnoyarsk. E-mail: ochurbacova@mail.ru
Tretiyakov S.G. - Chief Heating Engineer, JSC 'Krasnoyarsk Metallurgical Plant', Krasnoyarsk. Email: tsq@kramz.rusal.ru
(К/мин)/1000 для разработки технологии его утилизации.
Ключевые слова: нефтепродукты, сточные воды, электрокоагуляция, планирование эксперимента, оптимизация, регулировочные диаграммы, осадок, термогравиметрический анализ.
The study is devoted to actual problem of decreasing technogenic impact on the environment. The data of pilot studies on electroprocessing studying are shown by a direct current of oil-containing sewage of plants of tractor and agricultural mechanical engineering. The research objective was the receiving mathematical model of electrocoagu-lation of oil-containing sewage and studying of structure of a deposit for the subsequent utilization. The determination of concentration of oil products was carried out with use of a concentrator of KN-2. The analysis of chemical composition of the deposit was studied by a thermogravimetric method on NETZSCHSTA 449F1 device. In the study the methods of rotatable planning of experiment were applied. It was established that the current density size defining the kinetics of dissolution of the anode and productivity had the greatest impact on the process of neutralization. The optimization of the process on the regression equations for obtaining adjusting charts was performed. The creation of schedules of surfaces and adjusting charts of the studied functions was made in the Mathcad program. The results of researches when planning experiment allowed determining the optimum modes of electrocoagulative processing of oil-containing sewage by the method of Box-Hunter: the density of the current 3.58-45 A/.m2; productivi-
ty made 0.9-3.5 dm3/min. The structure of the sludge by thermogravimetric method on NE-TZSCHSTA 449F1 device in DSK-TG mode, in the atmosphere of AZ, in the range of 30/20.0 (To / mines)/1000 for development of technology of its utilization was studied.
Keywords: oil products, sewage, electrocoagulation, experiment planning, optimization, adjusting charts, sludge, thermogravimetric analysis.
Введение. На заводах тракторного и сельскохозяйственного машиностроения в технологическом процессе образуются нефтесодержа-щие сточные воды [1]. Из анализа литературных источников и патентной документации по существующим технологиям очистки нефтесодержа-щих сточных вод следует, что выбор метода и схемы очистных сооружений зависит от состава, концентрации, объема стоков, требований к качеству очищенной воды при учете региональных условий [2].
Электрохимические технологии обезвреживания нефтестоков, содержащих тонкодисперсные коллоидные и растворенные примеси, имеют преимущества перед традиционными методами обработки воды, так как установки компактны, солевой состав очищенной воды не увеличивается и образуется меньшее количество осадка [3].
Сущность процесса электрокоагуляции заключается в генерации ионов металла на поверхности анода и их переход в объем раствора, которые затем образуют малорастворимые соединения, обладающие высокой сорбционной активностью [4, 5].
Цель исследования: получение математической модели электрокоагуляции нефтесодер-жащих сточных вод и изучение состава осадка с целью последующей утилизации.
Методы и результаты исследования. Исследование процесса электрообработки постоянным током нефтесодержащих стоков проводилось в динамических условиях в электрокоагуляторе объемом 300 мл с алюминиевыми электродами, поверхность которых составляла 3,66 дм2, при расстоянии между ними 10 мм. Определение концентрации нефтепродуктов проводили с использованием концентратомера КН-2, принцип действия которого основан на спектрофотометрическом определении уровня поглощения нефтепродуктами в инфракрасном спектре. Анализ химического состава осадка был изучен термогравиметрическим методом на приборе NETZSCHSTA 449П Проведение планового эксперимента по методу Бокса-Хантера позволило оценить не только влияние отдельных факторов, но и степень их взаимодействия. Основой данного метода являлось составление ротатабельного плана второго порядка, на основании которого выходная величина всегда равно удалена от центра [6].
В качестве варьируемых факторов были приняты следующие: х1 - начальная концентрация нефтепродуктов, мг/дм3; х2 - плотность тока, А/м2; хз- производительность, дм3/мин.
Оценочными критериями являлись: у1 - остаточное содержание нефтепродуктов, мг/дм3; у2 - удельный расход электроэнергии, кВт-ч/дм3.
Основной уровень, интервалы варьирования и границы области исследования приведены в таблице 1.
Таблица 1
Основные уровни и их интервалы варьирования
Фактор Шаг изменения, АХ__Хо__+1,68__+1__-1__-1,68
Х1__300__700 1204 1000 400 196
Х2__15__30__55,2__45__15__3Ж
Хз__1__2__4,8__3__1__0Ж
В ходе математической обработки данных были получены математические модели элек-эксперимента в поле матричного планирования трокоагуляции нефтесодержащих сточных вод:
у = 9,462 + 2,2• X -4,76• % -0,964• х• X+2,096•хг•X_1,926•X•X + °>747•х^-1,28• х32.
;
У2 = 3,735 + 4,16• % -3,226• % -0,23-% • х2-1,96• % • % + 0,27• х3 • % + 0,559• х22+ 1,408-х32
Статическая значимость отдельных параметров регрессионной модели, которые для значимости должны превышать минимальное значение на уровне значимости в 0,05 и числа степеней свободы 5, оценивалась при помощи критерия Стьюдента [6].
Оценка качества модели множественной регрессии, как в целом, так и отдельных параметров, являлась одной из ступеней данного исследования. Значимость регрессионной модели
в целом производилась при помощи критерия Фишера. На основе данной математической обработки установлено, что модель статически надежна.
Для оценки влияния варьируемых факторов на значение выходного параметра (отклика), уравнения регрессии были приведены к натуральному масштабу:
- для остаточной концентрации нефтепродуктов
У = 6,052 + 0,0264• ^ -0,63• ^ + 5,4• 1Ъ -0,00021-• +0,14• ^ • Ъг-0,0064• 1Ъ • Ъх+0,003-222-1,28-2\.
- для удельного расхода электроэнергии
У2 = 3,159-0,0018• ^ + 0,389• ^ -5,558• ^ -0,131 ^ • ^ + 0,0009• ^ • ^ + 0,0025• 722 + 1,408^232.
Математические модели электрокоагуляции нефтесодержащих сточных вод позволили установить, что наибольшее влияние на эффективность процесса оказывает величина плотно-
сти тока, определяющая кинетику растворения анодов.
По уравнениям регрессии построены графические зависимости выходных параметров от варьируемых факторов (рис. 1).
У,мг/дм3 20 15 10 5 0 -5
3
0
1
у = -1,28х2 + 3,02х + 13,552 у2 = -1,28х2 + 5,12х + 3,922 у3 = -1,28х2 + 7,22х - 4,358
2
3
2,дм3/Мин
1 - при 15 А/м2; 2 - при 30 А/м2; 3 - при 45 А/м2
25 20 15 10 5 0 -5
У мг/дм3
" А
0
у1 = 0,003х2 - 0,637х + 24,172 у2 = 0,003х2 - 0,497х + 21,252 у3 = 0,003х2 - 0,357х + 20,252
20
40
г, л,
%
1 — 1 дм3 /мин; 2 — 2 дм3 /мин; 3 — 3 дм3 /мин
1
2
1
У, мг/дм3
16 А 14
12
10
8
6
4
2
0
0
у! = 0,0137х - 1, у2 = -5Е-20х2 + 0,0073х + 3,932 у3 = -2Е-19х2 + 0,0009х + 7,132
500
1000
2, мг/дм3 1500
У,кВтч/м3
25 А 20
15
10
5
0
-5
у1 = 1,408х2 - 6,893х + 8,297 у2 = 1,408х2 - 8,858х + 15,819 у3 = 1,408х2 - 10,823х + 23,459
г, дм3/мин 3 , д 4
1 — 1 дм3 /мин; 2 — 2 дм3 /мин; 3 — 3 дм3 /мин
1 — при 15 А/м2; 2 — при 30 А/м2; 3 — при 45 А/м2
1
1
2
Рис. 1. Зависимости параметров отклика от варьируемых факторов
У,кВт-ч/м3 25
20
15
10
5
0
-5
У! = 0,0025х2 + 0,258х - 1,621 у2 = 0,0025х2 + 0,127х - 2,325 у3 = 0,0025х2 - 0,004х - 0,213
20
40
10
1
8
2 6
4
3 2
0
60
1 — 1 дм3 /мин; 2 — 2 дм3 /мин; 3 — 3
7, А/м2
У, кВт-ч/м3 А
с
1
2 3
0
у1 = -5Е-20х2 - 0,0009х + 8,999 У2 = 3,735 у1 = 0,0009х + 1,287
500
1000
1500
7, мг/дм3
1 — 1 дм3 /мин; 2 — 2 дм3 /мин; 3 — 3 дм3 /мин
Окончание рис. 1
Для определения оптимальных режимов процесса электрообработки была проведена оптимизация диссоциативно-шаговым методом, т. е. целенаправленный поиск оптимальных условий, которые одновременно удовлетворяют всем имеющимся откликам, что способствует контролю процесса электрообработки.
Графические интерпретации в виде поверхностей, а также регулировочные диаграммы,
построенные в программе «МаШсаб», представляют собой взаимодействующие поверхности откликов (рис. 2). Поверхности, спроецированные на плоскость в виде взаимопересекаю-щихся изолиний, образуют зоны, отвечающие за максимальный эффект очистки и рациональное использование электроэнергии, что позволяет минимизировать оценочные критерии и в перспективе способствовать автоматизации.
+.5 б
Рис. 2. Регулировочные диаграммы при исходной концентрации нефтепродуктов: а - 196 мг/дм3; б - 400 мг/дм3; в - 700 мг/дм3; г - 1000 мг/дм3; д - 1204 мг/дм3;
= 0 г1 = ТОО.ыг/дм"
1.68 -1 0 1 1.68
0,32 1 2 3 4,8
6
V — 1 "7. — 1 Т..Л- / гтъ.т
1.68 -1 [I 1 1.68
0,32 1 2 3 4,а
г
X, = 1.6В = 1204, гш/т
1.68 -1 О 1 1.68
0,32 1 2 3 4,3
а
Окончание рис. 2
По полученным графикам определяются оптимальные режимы процесса обезвреживания в местах пересечения поверхностей, с наименьшими выходными параметрами: остаточной концентрацией нефтепродуктов и затрачиваемой электроэнергией. Оптимальные режимы электрокоагуляционной обработки: плотность тока - 3,68-45 А/м2; производительность составляет 0,9-3,5 дм3/мин.
Для изучения состава осадка нефтесодер-жащих сточных вод был проведен дифферен-
циально-термический анализ на приборе NETZSCH STA 449 F1, в диапазоне 30/20,0(к/мин)/1000. Термограмма осадка представлена на рисунке 3. Анализ кривой ДСК показывает, что на образце осадка наблюдается пик при следующей температуре: t = 121,2 оС -эндоэффект объясняется дегидратацией; при t = 302,0 °С и t = 434,6,0 °С термоэффекты связаны с полиморфными превращениями окси-гидратных форм алюминия; а при t = 528,6 оС экзоэффекг характерен для сгорания масел [7].
Рис. 3. Термограмма осадка нефтесодержащих сточных вод
Вывод. Результаты исследований при рота-табельном планировании эксперимента электрокоагуляции нефтесодержащих сточных вод и построении графических интерпретаций в виде поверхностей позволили определить оптимальные режимы электрообработки нефтесодержащих сточных вод: плотность тока - 3,68-45 А/м2; производительность составляет 0,9-3,5 дм3/мин. Данные по изучению состава осадка термогравиметрическим методом на приборе NE-TZSCHSTA 449F1 в режиме ДСК-ТГ, в атмосфере Ае, в диапазоне 30/20.0 (к/мин)/1000 будут использованы для разработки технологии его утилизации.
Литература
1. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей
промышленности // ВНИИ ВодГЕО. - М.: Стройиздат, 1978. - 590 с. Руденко Т.М. Разработка эффективной технологии очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Новосибирск: Изд-во НГАСУ, 2008.
Халтурина Т.И, Руденко Т.М, Чурбакова О.В. Исследование технологии электрохимической обработки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты // Изв. вузов. Строительство. - 2008. - № 8. -С. 56-60.
Пазенко Т.Я. Халтурина Т.И, Колова А.Ф. и др. Электрокоагуляционная обработка маслосо-держащих сточных вод // Журнал прикладной химии. - 1985. - № 11. - С. 25-67. Халтурина Т.И, Чурбакова О.В. К вопросу электрокоагуляционной очистки сточных
4
вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты // Вестн. КрасГАУ. - 2016. - № 5. -С. 91-99.
6. Батрак А.П. Планирование и организация эксперимента: учеб. пособие. - Красноярск: Изд-во СФУ, 2010. - 60 с.
7. Иванова В.П., Касатов Б.П., Красавина Т.Н. и др. Термический анализ минералов и горных пород. - М.: Недра, 1974. - С. 399.
Literatura
1. Ukrupnennye normy vodopotreblenija i vodootvedenija dlja razlichnyh otraslej promyshlennosti // VNII VodGEO. - M.: Strojizdat, 1978. - 590 s.
2. Rudenko T.M. Razrabotka jeffektivnoj tehnologii ochistki stochnyh vod, soderzhashhih nefteprodukty: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk. - Novosibirsk: Izd-vo NGASU, 2008.
Halturina T.I, Rudenko T.M, Churbakova O.V. Issledovanie tehnologii jelektrohimicheskoj obrabotki stochnyh vod,soderzhashhih jemul'girovannye nefteprodukty // Izvestija vuzov. Stroitel'stvo. - 2008. - № 8. - S.56-60 Pazenko T.Ja. Halturina T.I., Kolova A.F. i dr. Jelektrokoaguljacionnaja obrabotka masloso-derzhashhih stochnyh vod// Zhurnal prikladnoj himii. - 1985. - № 11. - S. 25-67. Halturina T.I, Churbakova O.V. K voprosu jel-ektrokoaguljacionnoj ochistki stochnyh vod, soderzhashhih jemul'girovannye nefteprodukty // Vestn. KrasGAU. - 2016. - № 5. S. 91-99. Batrak A.P. Planirovanie i organizacija jek-sperimenta: ucheb. posobie. - Krasnojarsk: Izd-vo SFU, 2010. - 60 s. Ivanova V.P., Kasatov B.P., Krasavina T.N. i dr. Termicheskij analiz mineralov i gornyh porod. - M.: Nedra, 1974. - S. 399.
УДК 631.636(075.8)
Л.Г. Крючкова, С.М. Доценко, А.В. Бурмага, С.А. Винокуров
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РАЗДАЧИ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ СВИНОМАТКАМ
L.G. Kryuchkova, S.M. Dotsenko, A.V. Burmaga, S.A. Vinokurov
JUSTIFICATION OF PARAMETERS OF THE PROCESSES OF PREPARATIONAND DISTRIBUTION
OF FODDER MIXES AMONG SOWS
Крючкова Л.Г. - канд. техн. наук, доц. каф. высшей математики Дальневосточного государственного аграрного университета, г. Благовещенск. E-mail: lyudmila0511@mail.ru Доценко С.М. - д-р техн. наук, проф. каф. строительного производства и инженерных конструкций Дальневосточного государственного аграрного университета, г. Благовещенск. E-mail: lyudmila0511@mail.ru
Kryuchkova L.G. - Cand. Techn. Sci., Assoc. Prof., Chair of Higher Mathematics, Far East State Agricultural University, Blagoveshchensk. E-mail: lyudmila0511@mail.ru
Dotsenko S.M. - Dr. Techn. Sci., Prof., Chair of Construction Production and Engineering Designs, Far East State Agricultural University, Blagoveshchensk. E-mail: lyudmila0511@mail.ru
