CC BY
25
путем деформирования поверхности щита по высоте с усилием в соответствии с эпюрой давления на стенки возводимого сооружения в период его эксплуатации и бетонирования методом односторонней скользящей опалубки.
Таким образом, в зависимости от назначения возводимого сооружения и его конструктивных особенностей (приведенные примеры не отражают всего многообразия сооружений, возводимых по предполагаемой технологии) осуществляют соответствующее скрепление арматурного каркаса с опалубочным щитом (щитами), которые скрепляют с несущими элементами, деформацию каркаса, при которой производится и его преднапряжение, и последующая укладка бетонной смеси.
Использование предлагаемого решения существенно расширяет технические возможности, так как новая опалубка позволяет относительно просто возводить при незначительных трудозатратах на ее установку различные типы сооружений и формы поверхностей, в том числе и без преднапряжения арматуры, которые ранее чаще всего возводились иными спосо-
Кабардино-Балкарский государственный университет
бами и с использованием иных средств, либо вообще невозможно было возвести. При этом преднапряжение арматуры осуществляется также довольно простым способом - изменением длины распорок домкратами, что позволяет регулировать объемно преднапряжен-ное состояние возводимой конструкции, создавая, в частности, в ней локальные зоны с различной степенью преднапряженного состояния, что позволяет повышать жесткость конструкции (как в целом, так и, по необходимости, в отдельных ее участках) и связанную с ней несущую способность, а также более рационально использовать строительные материалы.
Литература
1. Вильман Ю.А. Монолитный железобетон - на оптимальную индустриальную основу // Механизация строительства. 1999. № 9.
2. Атаев С.С. Технология индустриального строительства из монолитного бетона. М., 1989.
3. Патент Франции № 2612545. Кл. Е040 9/10. 11/04.
4. Патент РФ. Кл. 2Е040 11/36. 2001г.
14 ноября 2002 г.
УДК 628.162.5
РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РЕАГЕНТНОГО УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ С АЛЮМИНИЙ- И ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИМИ КОАГУЛЯНТАМИ
© 2003 г. Г.Н. Земченко
При подготовке воды для различных производств чаще всего требуется проводить ее декарбонизацию. Снижение карбонатной жесткости воды достигается путем ее известкования с коагулированием сульфатом железа. Однако проведенные автором исследования [1] по известкованию воды с использованием алюми-нийсодержащих коагулянтов показали, что эти коагулянты обеспечивают не только эффективное умягчение воды, но также и ее обескремнивание. Поскольку традиционно, а также с учетом рекомендаций по известкованию воды [2] в процессах реагентного умягчения воды применяется сульфат железа, представлялось целесообразным рассмотреть возможность их совместного использования.
Для отыскания наиболее оптимальной области применения сульфата железа и алюминийсодержащих коагулянтов изучалось влияние доз реагентов - извести, сульфата железа и алюмината натрия или сульфата алюминия на процесс реагентного умягчения воды. Для решения этой задачи применялись современные статистические методы планирования эксперимента. В качестве объекта исследования была выбрана вода реки Дон, поступающая из Александровского водозабора на предприятие Ростовэнерго - ТЭЦ-2, следующего соста-
ва: жесткость общая - 6,8 мг-экв/дм3, карбонатная -3,4 мг-экв/дм3; содержание кальция - 3,5 мг-экв/дм3; сульфатов - 185 мг/дм3; железа общего - 0,72 мг/дм3.
В качестве коагулянтов в первой серии опытов использовались сульфат железа (II) и алюминат натрия, во второй - сульфат железа (II) и сульфат алюминия. Варьируемыми факторами процесса, удовлетворяющими условиям независимости, управляемости и совместимости [З], а также определяющими процесс реагентного умягчения воды, были приняты следующие, мг-экв/дм3: х1 - доза извести; х2 - доза сульфата железа; х3 - доза алюминийсодержащего коагулянта. Параметром оптимизации (у) являлась остаточная жесткость умягченной воды, мг-экв/дм3. Эксперименты проводили на двух уровнях, при трех значениях факторов. Таким образом, в соответствии с теорией планирования по схеме полного факторного эксперимента (ПФЭ) [З], необходимое число опытов равно N = пк = 23 = 8, где п - количество уровней; к - число факторов.
За основной уровень факторов взяты дозы извести и сульфата железа, соответствующие реальным дозам, применяемым на ТЭЦ-2. Дозу алюминийсодер-жащего коагулянта определяли из полученного соот-
ношения Cm : CAI =9:1 [4]. Область изменения параметров рассматриваемых факторов определялась границами их практического применения.
Значения интервалов варьирования факторов и границы области исследований приведены в табл.1, 2.
На основе указанных факторов для двух серий опытов был реализован полный факторный эксперимент ПФЭ типа 23. Условия проведения эксперимента соответствовали условиям умягчения в осветлителях согласно рекомендациям [2], без накапливания шлама. Умягчение осуществлялось при рН = 9,5 - 10,3, температуре 30 - 32 °С. Концентрация ионов Са2+, Mg2+, Al3+ определялась сразу после процесса умягчения.
Таблица 1
Матрица планирования и результаты полного трехфакторного эксперимента с алюминатом натрия
в качестве алюминийсодержащего коагулянта
Опыт X Хз x¡ ДсаО ' мг-экв/дм3 Х2 ДFeSO4 , мг-экв/дм3 ХЗ Д NaAlO 2 ' мгэкв/дм3 Жесткость умягченной воды, мг-экв/дм3 о 2 I (y - y )2 0 - k -1 У ^ расч (y - ypac4 )2
У1 У2 y
1 -1 -1 -1 4,0 0,25 0,1 3,85 3,95 3,90 0,005 3,85 0,0025
2 +1 -1 -1 6,6 0,25 0,1 3,15 3,25 3,20 0,005 3,3 0,010
3 -1 +1 -1 4,0 0,55 0,1 4,00 4,20 4,10 0,02 4,0 0,010
4 +1 +1 -1 6,6 0,55 0,1 3,35 3,45 3,40 0,005 3,45 0,0025
5 -1 -1 +1 4,0 0,25 0,3 3,00 3,21 3,10 0,02 3,18 0,0064
6 +1 -1 +1 6,6 0,25 0,3 2,75 2,85 2,80 0,005 2,65 0,0225
7 -1 +1 +1 4,0 0,55 0,3 3,15 3,25 3,20 0,005 3,30 0,010
8 +1 +1 +1 6,6 0,55 0,3 2,75 2,85 2,80 0,005 2,78 0,0004
Z - - - - - - - - - 7,0 10-2 - 6,43-10-2
Таблица 2 Матрица планирования и результаты полного трехфакторного эксперимента с сульфатом алюминия
Опыт X Х2 Хз x¡ ДСаО , мг-экв/дм3 *2 ДFeSO4 , мг-экв/дм3 Хз Д NaAlO 2 ' мг-экв/дм3 Жесткость умягченной воды, мг-экв/дм3 о 2 I (y - y )2 0 - k -1 У ^ расч (y - ypac4 )2
У1 У2 y
1 -1 -1 -1 5,3 0,2 0,2 3,90 4,10 4,00 0,02 4,08 0,0004
2 +1 -1 -1 7,3 0,2 0,2 3,40 3,5 3,45 0,005 3,45 0
3 -1 +1 -1 5,3 0,4 0,2 4,20 4,30 4,25 0,005 4,20 0,0025
4 +1 +1 -1 7,3 0,4 0,2 3,40 3,60 3,50 0,02 3,58 0,0064
5 -1 -1 +1 5,3 0,2 0,4 3,75 3,85 3,80 0,005 3,92 0,0144
6 +1 -1 +1 7,3 0,2 0,4 7,35 3,45 3,40 0,005 3,30 0,010
7 -1 +1 +1 5,3 0,4 0,4 4,05 4,15 4,10 0,005 4,05 0,0025
8 +1 +1 +1 7,3 0,4 0,4 3,35 3,45 3,40 0,005 3,43 0,0009
Z - - - - - - - - - 7,0-10-2 3,71-10-2
Матрица планирования и результаты двух серий экспериментов приведены в табл. 1, 2, где Хь Х2, Х3 -кодированные переменные:
Х _ Х1 - х01 . Х = Х2 - х02 . Х = х3 - х03
1 Ах1 ' 2 Дх2 ' 3 Ах3 ' Приведенные в них данные позволяют в качестве рабочей гипотезы принять, что связь между параметром у - жесткость умягченной воды и кодированными факторами Хь Х2, Х3 может быть описана уравнением
У = Ь0 + ^ ЪгХг ЪуХу , где Ь0, Ь, Ьу - выборочные коэффициенты регрессии.
Для решения задач аналитической химии можно ограничиться лишь линейными членами [3]. Тогда уравнение регрессии будет иметь следующий вид:
у = Ь0 + Ьх х1 + Ь2 х 2 + Ь3 х 3, (1)
N 1 N
1 N 1 N
где bo = n X я; bi = — X ад •
N-
Sb =
jSL
N • к
8,75 • 10-8 • 2
= 2,34 • 10-
где - дисперсия воспроизводимости, которая определяется по формуле
I S
о2 _ i=1
0,07 8
= 8,75 • 10-
7расч = 3,75 - 0,313Х + 0,063Х2 - 0,075Х3.
(3)
Адекватность полученных уравнений эксперименту проверяли по критерию Фишера. Для этого определяли дисперсию адекватности 82щ по формуле
N
S 2 = K
aq N - B ..
i=1
I (yf - ^P)2
(4)
г=1 г=1
В соответствии с требованиями регрессионного анализа дисперсии строк матрицы должны быть однородными. Однородность дисперсий проверяли по критерию Кохрена О.
N 0 02 о = ^ / X Б? = = 0,286 (1серия);
г =1
О = 002 = 0,286 (Псерия) 0,07 ^
где Б2тах - наибольшая из дисперсий, рассчитанных
N
как Б = X ё2 / (Л - 1) ё - отклонение от среднего,
И=1
к - число параметров (табл.1, 2).
Для / = к-1 и N = 8 и степени доверительной вероятности Р = 0,95 Отабл = 0,6798, где/- число степеней свободы; N - число опытов. Поскольку табличное значение критерия превышает экспериментальное, то дисперсии следует квалифицировать как однородные.
Значимость коэффициентов регрессии устанавливали по данным о погрешностях их определений и критерию Стьюдента ?р. Если выполняется условие ¿р < Ъ/Бъ (1), то коэффициент регрессии значим. Для первой серии опытов:
Вычисление дает следующие результаты: ¿0 = 133,8; /1 = 11,2; ¿2 = 2,70; ¿3 = 14,4.
Табличное значение критерия Стьюдента равно ¿0,95(8) = 2,31. Это удовлетворяет условию (1), следовательно, все коэффициенты уравнения регрессии значимы и уравнение регрессии имеет вид
7расч = 3,313 - 0,263Х1 + 0,063Х2 - 0,338Х3. (2) Для второй серии опытов: ¿0 = 160,3; ^ = 134; ¿2 = 2,69; ¿з = 3,2.
Поскольку ¿0,95(8) = 2,31, то коэффициенты значимы и уравнение регрессии для второй серии опытов (с сульфатом алюминия) примет вид:
где В - число коэффициентов в уравнении регрессии, включая свободный член; у3, и ур/ - экспериментальное и рассчитанное по уравнению регрессии значения функции отклика в /-м опыте (табл. 2).
Расчетное значение критерия Фишера вычисляют по формуле
Б 2
р = . (5)
2
Бу
Для первой серии опытов по данным табл. 1 и уравнений (4) и (5)
= 3,215-10-2; ^ = 3,67.
Для второй серии опытов (табл. 2) 5%= 1,855 -10-2; ^ = 2,12.
Сравнивая расчетные и табличное значение критерия Фишера ^табл= 3,84, делаем вывод, что уравнения регрессии (2) и (3) также адекватны эксперименту.
Полученные уравнения можно использовать для прогнозирования эффективности процесса умягчения в условиях различных значений доз реагентов. Анализ уравнений регрессии подтверждает сделанные в работе [1] выводы об особой роли алюмината натрия в процессе умягчения воды: фактор Х3 (уравнение 2) имеет наибольший по абсолютному значению коэффициент - 0,338. При использовании алюмината натрия для достижения заданной величины рН требуется значительно меньше извести, чем при применении сульфатов железа или алюминия, так как это соединение само создает определенную щелочность, способствующую реакции умягчения. Преимущество алюмината натрия по сравнению с другими коагулянтами состоит еще и в том, что он не повышает величину сухого остатка. Данные уравнения находятся в согласии с физической сущностью исследованного процесса: знаки «минус» при факторах X; и Х3 означают, что увеличение доз извести и алюминийсодержащего коагулянта сопровождается уменьшением отклика у, т.е. повышением эффекта умягчения. И, наоборот, положительный коэффициент фактора Х2 указывает на то, что процесс умягчения ухудшается с ростом дозы железосодержащего коагулянта.
Литература
1. Земченко Г.Н. Экотехнологии станций водоподготовок энергетических установок: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1997.
2. Руководящие указания по известкованию воды на электростанциях. М., 1973.
3. Чарыков А.Г. Математическая обработка результатов химического анализа. Л., 1984.
4. Рождов И.Н., Земченко Г.Н. Умягчение воды с использованием алюмината натрия // Технология и аппараты очистки сточных вод: Межвуз. сб. / НПИ. Новочеркасск, 1987.
Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)
25 декабря 2002 г.
