Спосіб автоматизації процесу реагентного окислення домішок у багатокомпонентних стічних водах

Реферат: Спосіб автоматизації процесу реагентного окислення домішок у багатокомпонентних стічних водах, що включає вимірювання параметрів рН та Eh, формування керуючого сигналу для дозування у воду лугу (кислоти) та окисника виконавчим механізмом, яке здійснюють на базі адаптивної системи автоматичного регулювання з використанням регулятора на основі нечіткої логіки, ступінчасте дозування реагентів, на кожному ступені якого на базі промислового контролера програмно задають необхідні параметри дозування спочатку лугу (кислоти) для підвищення (зниження) рН до величини, оптимальної для реакції окислення, а потім окисника для підвищення величини Eh до значення, необхідного для протікання реакції окислення, перемішування води з реагентами для окислення домішок з супутнім зниженням рН та Eh, при цьому на кожному ступені дозування окисника проводять до проміжних значень величини Eh з поступовим наближенням її до кінцевого значення, яке визначається окисно-відновним потенціалом окисника, причому кожний ступінь наступного дозування лугу (кислоти) та окисника починають після супутнього зниження величини рН на попередньому ступені до її граничного значення, яке визначається областю хімічної стабільності окисника і/або оптимальною областю протікання процесу окислення. UA 71283 U (12) UA 71283 U UA 71283 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до автоматизації процесів очищення стічних вод і може бути застосована при окисленні забруднюючих домішок у багатокомпонентних стічних водах, що вміщують важкі метали, шляхом реагентного регулювання величини активної реакції (рН) та окисно-відновного потенціалу (Eh) водного середовища. Відома спосіб нейтралізації буферних стоків, який реалізовано у адаптивній системі автоматизованого управління процесом [1]. Він включає вимірювання рН та Eh стічної води, формування керуючого сигналу регулятором із змінними коефіцієнтами та передача його на виконавчий механізм, який в свою чергу проводить дозування реагентів. Недоліком є необхідність переналагодження закону зміни коефіцієнтів при значних коливаннях параметрів вхідної багатокомпонентної стічної води, що не завжди є достатньо ефективним. Так, на початковому етапі хімічного процесу даний спосіб забезпечує значення рН та Eh, необхідні для протікання реакції окислення домішок. Однак у процесі хімічної реакції рН та Eh водного середовища змінюються внаслідок взаємодії реагентів та забруднень, що гальмує окисно-відновний процес і потребує підвищення кількості окисника, необхідного для повного закінчення реакції окислення. Збільшення кількості цих реагентів призводить до зміни рН середовища, що в свою чергу, негативно впливає на протікання окисно-відновного процесу і потребує додаткового уведення лугу або кислоти для підтримки необхідних значень рН та Eh. В таких умовах, особливо при коливаннях концентрацій багатокомпонентних домішок у вихідній воді, спостерігається значна перевитрата хімічних реагентів, неточність у регулювання параметрів рН та Eh, результатом чого є зниження ступеня очищення стічної води. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб автоматизації процесу регулювання величин рН та Eh багатокомпонентних стічних вод, що включає вимірювання рН та Eh, формування регулятором сигналу керування, подачу цього сигналу на виконавчий механізм дозування реагентів та ступінчасте дозування реагентів у воду. На кожному ступені дозування на базі промислового контролера програмно задають необхідні параметри дозування спочатку кислоти (лугу) для зміни величини рН до значень, необхідних для протікання хімічної реакції окислення, а потім окисника для підвищення величини Eh. При цьому зміну Eh проводять до проміжних значень цієї величини з поступовим наближенням її до кінцевого значення, яке визначається окисно-відновним потенціалом окисника при заданому значенні рН. Кожний ступінь наступного дозування реагентів починають після стабілізації величини Eh на попередньому ступені дозування реагентів. Формування керуючого сигналу для дозування реагентів виконавчим механізмом здійснюють на базі адаптивної системи автоматичного регулювання, в якій використовують регулятор на основі нечіткої логіки [2, прототип]. Недоліком даного способу є значна перевитрата окисника. Так, на кожному ступені стабілізація величини Eh після введення реагентів відбувається після зниження цього параметру, а також величини рН до довільних значень, які встановлюються в процесі окислення домішок. Кожен окисник має різну область хімічної стабільності, яка визначається величиною значень рН. У більшості випадків при окисленні домішок величина рН знижується до значень, які виходять за межу області стабільності. Внаслідок цього відбувається перетворення окисника в іншу форму, окисна здатність його дії значно зменшується, що потребує додаткового дозування цього реагенту. Окрім того, ефективність протікання реакції окислення також визначається оптимальною областю рН. Зниження цієї величини нижче граничної області також приводить до зменшення його окисної здатності та значної перевитрати реагенту. В основу корисної моделі поставлена задача підсилення окисної здатності окисника при окисленні забруднюючих домішок у багатокомпонентних металовмісних стічних водах шляхом реагентного регулювання параметрів рН та Eh і тим самим зменшення витрати реагентів. Поставлена задача досягається тим, що спосіб автоматизації процесу реагентного окислення домішок у багатокомпонентних стічних водах включає вимірювання параметрів рН та Eh, формування керуючого сигналу для дозування у воду лугу та окисника виконавчим механізмом, яке здійснюють на базі адаптивної системи автоматичного регулювання з використанням регулятора на основі нечіткої логіки, ступінчасте дозування реагентів, на кожному ступені якого на базі промислового контролера програмно задають необхідні параметри дозування спочатку лугу (кислоти) для підвищення (зниження) рН до величини, оптимальної для реакції окислення, а потім окисника для підвищення величин Eh до значення, необхідного для протікання реакції окислення, перемішування води з реагентами для окислення домішок з супутнім зниженням рН та Eh. На кожному ступені дозування окисника проводять до проміжних значень величини Eh з поступовим наближенням її до кінцевого значення, яке визначається окисно-відновним потенціалом окисника. При цьому кожний ступінь наступного дозування лугу та окисника починають після супутнього зниження величини рН на 1 UA 71283 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 попередньому ступені до її граничного значення, яке визначається областю хімічної стабільності окисника і /або оптимальною областю протікання процесу окислення. Обмеження нижньої границі зниження рН в процесі перемішування стічної води з реагентами під час окислення домішок на кожному ступені дозволяє запобігти перетворенню окисника в нестабільну форму і/або уникнути переходу хімічної реакції окислення в неоптимальну область. Внаслідок цього ефективність дії окисника значно збільшується, він витрачається у кількості, близької до стехіометричної по відношенню до концентрації домішок, що дозволяє зменшити витрати окисника у порівнянні з відомими способами. Запропонований спосіб здійснюється таким чином. Необхідний діапазон регулювання величини Eh, що дорівнює різниці між її вихідним і кінцевим значеннями, розбивається на декілька ступенів. На кожному ступені задаються проміжні та кінцеве значення величини Eh та необхідна величина рН середовища, які вводяться у промисловий контролер у вигляді масивів значень. Окрім того вводяться значення нижньої границі рН, яка встановлюється в процесі реакції окислення домішок під час перемішування води з реагентами. Сигнали із давачів рН та Eh надходять до регулятора. Він у свою чергу згідно заданої програми ступінчастого регулювання формує керуючі сигнали, що подаються на відповідні насоси-дозатори. Перед початком роботи системи проводиться формування масивів статистичних даних про характер роботи системи в залежності від вихідних параметрів. При подальшому процесі керування на підставі цих даних отримуються оптимальні параметри регулятора, який в подальшому формує сигнал керування. При різких змінах вхідних параметрів стічної води на основі нечіткої логіки проводиться коригування даних значень, які далі впливатимуть на розрахунок значень параметрів регулятора адаптивної системи та формування керуючого сигналу. Встановлення кількості ступенів дозування реагентів та проміжних значень параметрів рН та Eh залежить від складу вихідної води, хімічних властивостей забруднення та хімічних властивостей окисного реагенту. Наприклад, при окисленні ціанідних комплексів з металами таким лужним окисником, як гіпохлорит натрію, спочатку підвищують рН стічної води лугом, потім дозують гіпохлорит натрію, внаслідок чого Eh середовища дещо підвищується. Гіпохлорит натрію вводять у воду до першого проміжного значення Eh, при якому починає протікати реакція окислення. Далі подачу реагентів припиняють, воду з реагентами перемішують і протікає реакція окислення забруднень. В процесі окислення рН та Eh стічної води знижується. При зниженні рН до величини 8,0-9,0, нижче якого можливе перетворення ціанідів у токсичні ціанати, починають дозування у воду лугу до величини рН 10,5-11,0, при якому забезпечується необхідна швидкість реакції окислення. Після цього дозування лугу припиняють і починають знову дозування окисника гіпохлориту натрію до більшого проміжного значення Eh. Таке ступеневе дозування реагентів проводять до досягнення кінцевої величини Eh, яке визначається окисно-відновним потенціалом системи гіпохлоритний іон/іон хлору при заданому значенні величини рН. В тому випадку, якщо Eh води протягом 10-15 хвилин не знижується нижче кінцевого значення, то реакція окислення вважається закінченою. У свою чергу, під час окислення фенолів гіпохлоритом натрію на кожному ступені дозують гіпохлорит натрію і кислоту для зниження рН до оптимальних значень реакції окислення 8,5-9,0. Кожний наступний ступінь дозування окисника починають після зниження рН в процесі окислення не нижче 6,5-6,7, оскільки подальше зниження рН може привести до переходу гіпохлориту натрію у газоподібний хлор. Під час окислення органічних домішок пероксидом водню на кожному ступені спочатку дозують луг для підвищення рН до 5-6, що є верхньою межею оптимальних значень, і далі окисник для окислення органіки. Кожний наступний ступінь дозування лугу та окисника починають після зниження рН в процесі окислення не нижче 2,5-3,0, що є нижньою границею оптимальної області протікання реакції окислення. Застосування адаптивної системи автоматичного регулювання дозволяє забезпечити оптимальний режим роботи системи управління в умовах неповної інформації про склад забруднень багатокомпонентних стічних вод, забезпечити функціональність системи при зміні вхідних параметрів системи в широких межах, а також в умовах наявності широкого кола показників забруднень стічних вод. Застосування в даній системі принципу нечіткої логіки дозволяє швидко та ефективно адаптувати систему під конкретний тип багатокомпонентної стічної води при коливаннях вхідних параметрів в широких межах. Запропоноване технічне рішення мас суттєві відмінності від відомих способів автоматизації процесу окислення забруднюючих домішок шляхом реагентного регулювання величин рН та Eh. Так, у запропонованому способі автоматизації процесу окислення під час ступеневого введення реагентів для регулювання рН та Eh і премішування води з реагентами кожний ступінь наступного дозування лугу (кислоти) та окисника починають після супутнього зниження 2 UA 71283 U 5 10 15 величини рН на попередньому ступені до її граничного значення, яке визначається областю хімічної стабільності окисника і /або оптимальною областю протікання хімічного процесу окислення. Це дозволяє одержати якісно новий результат - підсилити окисну здатність окисника під час окислення забруднюючих домішок у багатокомпонентних металовмісних стічних водах шляхом реагентного регулювання параметрів рН та Eh і тим самим зменшити витрати реагентів. Крім того, застосування запропонованого способу дозволяє уникнути передозування хімічних реагентів, особливо в умовах коливань концентрацій домішок у вихідній воді, попередити утворення токсичних продуктів від окисників і забруднюючих домішок, підвищити екологічну безпеку технологічного процесу очищення багатокомпонентних металовмісних стічних вод. Джерела інформації: 1. А.с. СССР № 1179287. Устройство для автоматического регулирования процессом нейтрализации сточных вод, C02F1/46, 1985. 2. Патент України на корисну модель № 65459. Спосіб автоматизації процесу регулювання величин рН та Eh багатокомпонентних стічних вод. C02F9/00, G05B13/00. Бюл. № 23. Опубл. 12.12.2011 (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Спосіб автоматизації процесу реагентного окислення домішок у багатокомпонентних стічних водах, що включає вимірювання параметрів рН та Eh, формування керуючого сигналу для дозування у воду лугу (кислоти) та окисника виконавчим механізмом, яке здійснюють на базі адаптивної системи автоматичного регулювання з використанням регулятора на основі нечіткої логіки, ступінчасте дозування реагентів, на кожному ступені якого на базі промислового контролера програмно задають необхідні параметри дозування спочатку лугу (кислоти) для підвищення (зниження) рН до величини, оптимальної для реакції окислення, а потім окисника для підвищення величини Eh до значення, необхідного для протікання реакції окислення, перемішування води з реагентами для окислення домішок з супутнім зниженням рН та Eh, при цьому на кожному ступені дозування окисника проводять до проміжних значень величини Eh з поступовим наближенням її до кінцевого значення, яке визначається окисно-відновним потенціалом окисника, який відрізняється тим, що кожний ступінь наступного дозування лугу (кислоти) та окисника починають після супутнього зниження величини рН на попередньому ступені до її граничного значення, яке визначається областю хімічної стабільності окисника і/або оптимальною областю протікання процесу окислення. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3