CC BY
20
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 681
СИНТЕЗ НЕПРЕРЫВНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА КОНЦЕНТРАЦИИ ОСТАТОЧНОГО ХЛОРА
© 2005 г. С.М. Лапеев, М.М. Савин, С.В. Буткевич, А.С. Буткевич
Автоматизация процессов обеззараживания воды осложняется большой инерционностью и запаздыванием процессов, что объясняется в основном их физико-химическими особенностями.
Если дозирование хлора осуществляется по его остаточным концентрациям, расположенным за точкой перелома кривой хлоропоглощаемости, время между введением очередной порции хлора и отбором воды к анализатору должно быть не менее 20 мин. Это время, необходимое для разложения хлораминов, нужно выдерживать при всех методах прямого контроля за процессом обеззараживания - по свободному, связанному и общему остаточному хлору [1].
Эффективным способом повышения качества рассматриваемых систем может быть компенсация запаздывания за счет применения упреждающей коррекции. Предлагаемый автоматический регулятор остаточного хлора входит в замкнутую систему с запаздыванием в объекте управления, содержащую дополнительный внутренний контур с местной обратной связью в виде модельного блока, в котором используется оценка передаточной функции объекта регулирования.
Объектом регулирования в данной системе автоматического регулирования является напорная магистраль, в которой происходит окисление хлором содержащихся в воде примесей (рис.1).
-►
-► -►
Ср(9 г С (r,t)
где транспортное запаздывание т = г V , V - скорость движения жидкости; К ^ = (1 - ехр(—тТ —:)) -
коэффициент передачи объекта по концентрации примесей, показывающий какая часть примесей окислена хлором за время т; Т - постоянная времени реакции окисления.
Из (1) видно, что основой данного объекта является звено с транспортным запаздыванием т.
Теоретически значение концентрации остаточного хлора можно получить из (1) при t = т = ^, т.е. в статическом режиме в бесконечно удаленной точке
с = С (<» <») = С — С
^ ост ^ V > / ^ вх ^ пр '
где С вх и С пр - константы.
Этот результат согласуется с известной статической характеристикой поглощения хлора [1].
Время запаздывания можно применять т = 3Т , что соответствует окончанию процесса окисления на 95 %. Известно, что на практике т ~ 30 мин.
Регулирование объектов с запаздыванием представляет сложную задачу с точки зрения обеспечения устойчивости и качества регулирования. Ее решение облегчает применение так называемого упредителя Смита [2], передаточная функция которого на рис. 2
обозначена WYС () и равна для данного случая
Wyc (S) = 1 - е"
Рис. 1. Схема напорной магистрали
Входными величинами объекта являются концентрация хлора С вх (^ и примесей С (^ на входе
напорной магистрали. Выходной величиной является концентрация хлора С (г, t) в бесконечно тонком цилиндрическом сечении на расстоянии г от входа в напорную магистраль (на рисунке эти сечения заштрихованы). Если предположить, что реакция окисления в каждом сечении происходит по экспоненциальному закону во времени, то уравнение данного объекта регулирования примет вид
С (г,t) = Свх(t-т)-Kпр Сш(t-т)
(1)
Рис. 2. Структурная схема САР
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)
