CC BY
8
УДК 628.312
Мельников Е.В., к.т.н.
доцент Кипарисов Г.Н. студент магистратуры 2 курса ФГБОУВО «Самарский государственный технический университет» Россия, г. Самара РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА
СОДЕРЖАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В СТОЧНЫХ ВОДАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Аннотация: Автор предлагает к рассмотрению вопрос о мониторинге нефтепродуктов в сточных водах технологических объектов в реальном времени с применением Фурье-ИК-спектрометра. Обращается внимание на проблему загрязнения сточных вод и необходимости его контроля. Рассматривается методика измерения нефти в воде и схема разрабатываемой системы.
Ключевые слова: Система мониторинга, Фурье-ИК-спектрометр, мониторинг нефтепродуктов, спектрометр, загрязнение.
Mel'nikov, E. V., c.t.s associate Professor Kiparisov G.N. Magistracy, 2 year Of the "Samara state technical University» Russia, Samara
DEVELOPMENT OF A SYSTEM OF CONTINUOUS MONITORING OF THE OIL CONCENTRATION IN THE WASTEWATER PROCESS
PLANTS
Abstract: the Author proposes to consider the issue of monitoring of petroleum products in wastewater of technological facilities in real time using Fourier-IR spectrometer. Attention is drawn to the problem of wastewater pollution and the need for its control. The method of measuring oil in water and the scheme of the developed system are considered.
Keywords: monitoring System, Fourier-IR spectrometer, monitoring of petroleum products, spectrometer, pollution.
Проблема загрязнения нефтепродуктами сточных вод различных технологических установок является весьма значимой, поскольку, зачастую, технологические установки, использующие водные ресурсы некоторого водоема, после прохождения требуемых предприятию узлов, возвращают эти ресурсы назад не прошедших должную очистку [1].
Следствием описанной проблемы становится возникновение задачи мониторинга содержания нефтепродуктов на выходе соответствующих технологических установок.
Задача мониторинга нефтепродуктов в сточных водах может быть сведена к измерению их концентрации в диапазоне от 0,05 мг/л до 25 мг/л.
Непрерывный мониторинг необходим, в первую очередь, чтобы иметь сведения об эволюции количественных и качественных характеристик загрязнения, что поможет при идентификации причины вредного воздействия и его устранения.
Для измерения концентрации нефтепродуктов принято пользоваться следующим выражением:
X
ХИЗМ УЗЛ К
V
где Хизм - содержание нефтепродукта в элюате, мг/дм3;
Уэл - объем элюата, 10 см3;
К - отношение аликвоты элюата и объема мерной колбы;
У - объем пробы анализируемой воды, см3.
На сегодняшний момент существует несколько основных методики определения концентрации нефти и её производных в воде, которые основаны на разных физических свойствах определяемых нефтепродуктов. В качестве основы для разрабатываемой системы ИК-спектрофотометрический метод [2].
Наиболее распространенным ИК-спектрофотометром для анализа содержания нефтепродуктов в воде является Фурье-ИК-спектрометр. Его оптическая схема упрощенно представлена на рисунке 1. Следует отметить, что помимо оптической части имеется также колонка хроматографического разделения, но, в общем случае, данный элемент является типовым и его структура на данном этапе не представляет интереса [3].
Рис. 1. Упрощенная оптическая схема Фурье-ИК-спектрометра (интерферометр Майкельсона)
Фурье-спектрометр представляет собой модифицированный дополнительными устройствами, в частности подвижным зеркалом и другими сервисными функциями интерферометр Майкельсона.
Интенсивность света на детекторе в зависимости от разности хода в интерферометре р и длины волны X определяется как:
I (р,у)=I (у)[1+ео8(2яур)],
где 1(у) - определяемый спектр.
Общая интенсивность света на детекторе для любых р:
Г ~ Л
I (р)=
к
V
р, 11(р,^ V 0
У
к
I(р)= |1(v)[1+cos(2лvp)]dV. 0
Таким образом, при помощи преобразования Фурье спектр может быть найден согласно измерению !(р):
к
I(v)=41 ^р^^, 0
к
I (V) =/ 0
I (р)-11 (р=0)
[1+cos(2тсvp)]ф.
В процессе работы реализуется данный алгоритм в два этапа:
• сначала регистрируется корреляционная функция оптического
поля;
• путём обратного преобразования Фурье (по разности хода) вычисляется спектр. Используется теорема Винера-Хинчина.
На основе результатов проведенного исследования можно сформировать следующую структурную схему разрабатываемой системы (рис. 2).
Рис. 2. Структурная схема разрабатываемой системы КХР - колонка хроматографического разделения, УКО - устройство контроля отбором проб, ИМ - интерферометр Майкельсона, ВУ - вычислительное устройство, УВВ - устройство ввода-вывода, п - концентрация нефтепродуктов, XI, X2, ... - параметры потока подвергаемых измерению сточных вод
В качестве параметров потока могут выступать такие значимые величины, как давление, расход и прочее, что может дать сведения о требуемом режиме работы системы. Устройство контроля отбора проб необходимо для инициации начала измерений и запуска в колонку пробы, а также предотвращения отбора проб при аварийных значениях параметров потока. Устройство ввода-вывода может включать в себя, например, клавиатуру и цифровой дисплей, для удобства просмотра оператором измеренного значения концентрации.
Данная структура позволяет оперативно производить измерения содержания нефтепродуктов в сточных водах технологических объектов в режиме реального времени. Дальнейшая разработка будет направлена на выбор компонентов системы и описание режимов ее работы.
Использованные источники: 1. Попов А. М., Румянцев И. С. Природоохранные сооружения. — М.: Колос, 2005. — 520 с.: ил. стр. 72—74
2. Егоров А. С. Инфракрасная Фурье-спектроскопия — Электронное учебно-методическое пособие, Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, 2012
3. Бёккер Ю. Спектроскопия = Spektroskopie / Пер. с нем. Л. Н. Казанцевой, под ред. А. А. Пупышева, М. В. Поляковой. — М.: Техносфера, 2009. — 528 с.
