ИЗСЛЕВАНИЯ ВЪРХУ КОЕФИЦИЕНТА НА СТЕННИ РЕАКЦИИ ЗА ИЗЧЕРПВАНЕ НА СВОБОДЕН АКТИВЕН ХЛОР В СТОМАНЕНИ ТРЪБИ Радослав Тонев radoslaw_tonew@abv.bg катедра Водоснабдяане, Канализация и Пречистване на Водите, УАСГ, бул. Христо Смирненски No 1.
Вторична дезинфекция в селищните водоснабдителни мрежи
Модел за качеството на водата Уравнения на Rossman Изменение на САХ по продължение на мрежата д Q д =. + ( ), 1,... P където: (1) дt A дx Q - средна концентрация в тръба [g/m ] - протичащо водно количество [m /h] 2 A - напречено сечение на тръбопровода [m ] ( ) - реакционно условие [mg/l/h = g/m /h] Изменение на САХ в следствие на разреждане във възлите OUTj INj Q., n j = където: (2) Q и OUT OUT j OUTj - концентрация, напускаща т. j [g/m ] IN Q U j n, j U - бр. тръбопроводи влизащи и напускащи т. j - водно количество в тръба [m /h] - концентрация в тръба [g/m ] j - източник на концентрация в т. j [g/m ] Източник: Rossman L.A., lark R.M., Grayman W.M. (1994) Modelng chlorne resduals n drnkngwater dstrbuton systems
Модел за качеството на водата Уравнения на Rossman Изменение на САХ по продължение на мрежата д Q д =. + ( ), 1,... P където: (1) дt A дx Q - средна концентрация в тръба [g/m ] - протичащо водно количество [m /h] 2 A - напречено сечение на тръбопровода [m ] ( ) - реакционно условие [mg/l/h = g/m /h] Изменение на САХ в следствие на разреждане във възлите OUTj INj Q., n j = където: (2) Q и OUT OUT j OUTj - концентрация, напускаща т. j [g/m ] IN Q U j n, j U - бр. тръбопроводи влизащи и напускащи т. j - водно количество в тръба [m /h] - концентрация в тръба [g/m ] j - източник на концентрация в т. j [g/m ] Източник: Rossman L.A., lark R.M., Grayman W.M. (1994) Modelng chlorne resduals n drnkngwater dstrbuton systems
Модел за качеството на водата Уравнения на Rossman Общ коефициент на реакционното условие kw. k f ( )= K. = kb.., когато k w е от първи порядък (n kw=1), където: rh.( kw k f ) r - хидравличен радиус [m] h k k k k S d b w f f H - коефициент на масови реакции [1/h] - коефициент на стенни реакции [m/h] - коефициент на масов пренос [m/h] d SH., където: D = f ( d; D; ;Re; L) - число на Шервууд 2 - молекулярна дифузия на веществото (хлора) във водата [m /h] D - диаметър на тръбопровода [m] 2 - кинематичен вискозитет на водата [m /h] Re - число на Рейнолдс L - дължина на тръбата [m]
Лабораторен модел за определяне на коефициента на стенни реакции Принцип на действие Източник: Dgano F.A., Zhang W. (2005) Ppe Secton Reactor to Evaluate hlorne-wall Reacton n AWWA Journal Vol.97, No. 1, Amercan Water Works Assocaton http://www.awwa.org/publcatons/journal-awwa/abstract/artcled/15176.aspx
Лабораторен модел за определяне на коефициента на стенни реакции Принцип на действие Източник: Dgano F.A., Zhang W. (2005) Ppe Secton Reactor to Evaluate hlorne-wall Reacton n AWWA Journal Vol.97, No. 1, Amercan Water Works Assocaton http://www.awwa.org/publcatons/journal-awwa/abstract/artcled/15176.aspx
Условия на проведените експерименти Основни математически зависимости при анализа на 0 kb t резултатите kb. t 0 e 0., при n=0., при n=1 1 1 1 kb. t, при n=2 0 където: - начална концентрация на САХ [mg/l] - концентрация на САХ в момента [mg/l] t - изминало време от началото до момента [h] Проведени са общо 20 серии тестове при: Различна начална концентрация на САХ Различна скорост да движение на водата в установката Различно ph на водата Условия на провеждане: Източник питейна вода, която е допълнително хлорирана с оглед получаване на желаната концентрация Температурната амплитуда при всяка една от сериите е максимум 1,5 о Диапазон на температурата: 12,6 о 16,5 о
Резултати Общ коефициент на изчерпване на САХ в изведен от експлоатация стоманен тръбопровод при различна начална концентрация на САХ Резултати от тестове при различна нач. к-ция: v Т ph cl 0,зам K cl 0 R 2 K k b R 2 kb m/s o - mg/l 1/h mg/l - 1/h - 0.28 14.7 8.5 0.46 2.415 0.4 0.992 0.146 0.984 0.28 12.6 8.4 0.47 2.446 0.42 0.98 0.077 0.910 0.28 14. 8.6 0.60 2.22 0.60 0.984 0.084 0.97 0.28 1.2 8.7 0.7 2.252 0.7 0.997 0.081 0.992 0.28 1.2 8.7 0.74 2.26 0.7 0.995 0.096 0.95 0.28 16.0 8.8 0.8 2.048 0.82 0.999 0.090 0.986 0.28 16.1 9.1 0.9 1.498 0.90 0.998 0.065 0.978 0.28 14.2 8.7 1.05 1.44 1.01 0.989 0.056 0.980 0.28 14.2 8.7 1.07 1.67 1.06 1.000 0.045 0.979 0.28 16.4 8.8 1.25 1.48 1.27 0.998 0.062 0.980 0.28 14.6 9.0 1.48 1.467 1.46 0.998 0.045 0.960
Кw [1/h] К [1/h] Кb [1/h],00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Резултати Общ коефициент на изчерпване на САХ в изведен от експлоатация стоманен тръбопровод при различна начална концентрация на САХ Общ коефициент на изчерпване на САХ в Kоефициент на масови реакции на стоманен водопровод Резултати от тестове при различна изчерпване нач. на к-ция: САХ при различна начална v Т ph cl 0,зам K cl 0 R 2 концентрация K k b R 2 kb m/s o - mg/l 1/h 0,20 mg/l - 1/h - 0.28 14.7 8.5 0.46 2.415 0,15 0.4 0.992 0.146 0.984 0.28 12.6 8.4 0.47 2.446 0,10 0.42 0.98 0.077 0.910 0.28 14. 8.6 0.60 2.22 0.60 0.984 0.084 0.97 0,05 0.28 1.2 8.7 0.7 2.252 0.7 0.997 0.081 0.992 0.28 1.2 8.7 0.74 2.26 0.7 0.995 0.096 0.95 0.28 0 [mg/l] 16.0 8.8 0.8 2.048 0.82 0.999 0.090 0 [mg/l] 0.986 0.28 16.1 Скорост 9.1 на изчерпване 0.9 на 1.498 САХ в стоманен 0.90 0.998 0.065 0.978 0.28 14.2 водопровод 8.7 в следствие 1.05 на 1.44 стенни 1.01 реакции 0.989 0.056 0.980 0.28 2,50 14.2 8.7 1.07 1.67 1.06 1.000 0.045 0.979 0.28 2,00 16.4 8.8 1.25 1.48 1.27 0.998 0.062 0.980 0.28 1,50 14.6 9.0 1.48 1.467 1.46 0.998 0.045 0.960 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,00 0,50 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 0 [mg/l] 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60
Резултати Общ коефициент на изчерпване на САХ в изведен от експлоатация стоманен тръбопровод при различна скорост на движение на водата Резултати от тестове при различна скорост: v Т ph cl 0,зам K cl 0 R 2 K k b R 2 kb m/s o - mg/l 1/h mg/l - 1/h - 0.14 1.2 8.6 0.60 1.14 0.61 0.997 0.099 0.976 0.20 14.2 8.5 0.59 1.452 0.62 0.992 0.101 0.985 0.24 14.2 8.6 0.58 1.926 0.57 0.994 0.087 0.952 0.28 14. 8.6 0.60 2.22 0.60 0.984 0.084 0.97
Кw [1/h] К [1/h] Кb [1/h] Резултати Общ коефициент на изчерпване на САХ в изведен от експлоатация стоманен тръбопровод при различна скорост на движение на водата Общ коефициент на изчерпване Резултати на САХ в от тестове при различна Коефициент скорост: на масови реакции на стоманен водопровод при различни скорости изчерпване на v Т ph cl 0,зам K cl 0 R 2 САХ при различни K k b R 2 скорости на kb на водата m/s o водата - mg/l 1/h mg/l - 1/h - 0,12 0.14 1.2 8.6 0.60 1.14 0,10 0.61 0.997 0.099 0.976 0.20 14.2 8.5 0.59 1.452 0,08 0.62 0.992 0.101 0.985 0,06 0.24 14.2 8.6 0.58 1.926 0.57 0.994 0.087 0.952 0,04 0.28 14. 8.6 0.60 2.22 0,02 0.60 0.984 0.084 0.97 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,0 v [m/s] Скоростна изчерпване на САХ в стоманен водопровод при различни скорости на водата в следствие на стенни реакции 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 y = 8,784x - 0,26 R² = 0,9689 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,0 v [m/s] v [m/s]
Кw [1/h] К [1/h] Кb [1/h] Резултати Общ коефициент на изчерпване на САХ в изведен от експлоатация стоманен тръбопровод при различно ph 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Общ коефициент на изчерпване Резултати на САХ в от тестове при различно Коефициент ph: на масови реакции на стоманен водопровод при различно ph на изчерпване v Т ph cl 0,зам K cl 0 R 2 на САХ при различно K k b R 2 ph на kb водата m/s o водата - mg/l 1/h mg/l - 1/h - 0,12 0.28 14.4 7.1 0.92 2.105 0,10 0.94 0.999 0.084 0.974 0.28 14.6 7.6 0.90 2.005 0,08 0.92 0.992 0.102 0.967 0,06 0.28 16.5 8.2 0.91 1.797 0.89 0.99 0.085 0.994 0,04 0.28 16.2 8. 0.91 1.749 0,02 0.88 0.998 0.087 0.95 0.28 16.1 9.0 0.9 1.498 0.90 0.998 0.065 0.978 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 ph 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Скорост на изчерпване на САХ в стоманен водопровод при различно ph на водата в следствие на стенни реакции y = -0,12x + 4,2501 R² = 0,9899 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 ph - първоначална стойност 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 ph
ln (/o) Анализ на получените резултати Коефициент на стенни реакции при различни начални концентрации на САХ 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5-0,50-1,00-1,50-2,00-2,50 -,00 -,50 Съпоставка на серии с различна нач. к-ция kw. k f ( )= K. = kb.. rh.( kw k f ) T [h] cl 0,зам Re d Sh K kw kf mg/l - [m2/s] - 1/h m/h m/h 0.46 12509 1.26E-09 554.1 2.42-0.041 0.017 0.47 11858 1.19E-09 551.02 2.45-0.04 0.016 0.60 1296 1.26E-09 552.04 2.2-0.042 0.017 0.7 12056 1.22E-09 550.11 2.25-0.040 0.016 0.74 12045 1.22E-09 549.87 2.24-0.041 0.016 0.8 12962 1.4E-09 55.46 2.05-0.065 0.018 0.9 1297 1.4E-09 55.67 1.50-2.72 0.018 1.05 1261 1.26E-09 551.4 1.4-0.556 0.017 1.07 1262 1.26E-09 551.6 1.7 1.55 0.017 1.25 1091 1.4E-09 555.95 1.44 0.48 0.018 1.48 12482 1.26E-09 55.78 1.47-0.07 0.017
kw [m/h] ln (/o) Анализ на получените резултати Коефициент на стенни реакции при различни начални концентрации на САХ 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5-0,50-1,00-1,50-2,00-2,50 -,00 -,50 Съпоставка на серии с различна нач. к-ция kw. k f ( )= K. = kb.. rh.( kw k f ) cl 0,зам Re d Sh K kw kf mg/l - [m2/s] - 1/h m/h m/h 0.46 12509 1.26E-09 554.1 2.42-0.041 0.017 0.47 11858 1.19E-09 551.02 2.45-0.04 0.016 0.60 1296 1.26E-09 552.04 2.2-0.042 0.017 0.7 12056 1.22E-09 550.11 2.25-0.040 0.016 Коефициент на стенни реакции 0.74при различни 12045 начални 1.22E-09 549.87 2.24-0.041 0.016 концентрации на САХ в стоманен 0.8 12962 водопровод 1.4E-09 55.46 2.05-0.065 0.018 0.9 1297 1.4E-09 55.67 1.50-2.72 0.018 1.05 1261 1.26E-09 551.4 1.4-0.556 0.017 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 1.07 1262 1.26E-09 551.6 1.7 1.55 0.017-0,01 1.25 1091 T [h] 1.4E-09 555.95 1.44 0.48 0.018 1.48 12482 1.26E-09 55.78 1.47-0.07 0.017-0,02-0,0-0,04-0,05 0 [mg/l]
kw [m/h] Анализ на получените резултати Коефициент на стенни реакции при различни ph v Re d Sh K kw kf m/s - [m2/s] - 1/h m/h m/h 0.14 6024 1.22E-09 09.4 1.1-0.01 0.009 0.20 8829 1.26E-09 417.00 1.45-0.050 0.01 0.24 10604 1.26E-09 485.0 1.9-0.041 0.015 0.28 1296 1.26E-09 552.04 2.2-0.042 0.017-0,01 Коефициент на стенни реакции при различни скорости в стоманен водопровод 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,0-0,02-0,0-0,04-0,05-0,06 v [m/s]
kw [m/h] Анализ на получените резултати Коефициент на стенни реакции при различни ph ph Re d Sh K kw kf - - [m2/s] - 1/h m/h m/h 7.1 12416 1.26E-09 552.44 2.10-0.050 0.017 7.6 12504 1.26E-09 554.22 2.00-0.057 0.017 8.2 1102 1.4E-09 556.16 1.80-0.110 0.018 8. 1001 1.4E-09 554.22 1.75-0.125 0.018 9.0 1297 1.4E-09 55.67 1.50-2.72 0.018-0,01-0,02-0,0-0,04-0,05-0,06-0,07-0,08-0,09-0,10-0,11-0,12-0,1-0,14-0,15 Коефициент на стенни реакции при различни ph 7 7,2 7,4 7,6 7,8 8 8,2 8,4 8,6 8,8 9 ph [mg/l]
Изводи Скоростта на изчерпване на САХ в следствие на стенни реакции е в стоманени водопроводи е в пряка зависимост от ph на водата, както и от хидравличните условия (скорост на потока). По отношение на вличнието на началната концентрация на САХ са необходими допълнителни анализи Разработения лабораторен модел е подходящ за аналитични изследвания върху скоростта на изчерпване на САХ в следствие на стенни реакции. Необходимо е да се извършат допълнителни анализи с оглед приложимостта му за определяне на коефициента на стенни реакции
Благодаря за вниманието!