ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2016 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,493
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,389
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,732
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,364
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,303
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 5022
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 355
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 499
Десятилетний индекс Хирша: 11
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год: 304
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 11

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2016 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

4
Ожидается:
16 Декабря 2017

Использование реляционных баз данных для выбора метода очистки сточных вод

Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2002 год.[ 21.12.2002 ]
Аннотация:
Abstract:
Авторы: Меньшутина Н.В. (chemcom@muctr.ru) - Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г. Москва, Россия, Колесников С.В. () - , , , Челноков В.В. () - , ,
Ключевое слово:
Ключевое слово:
Количество просмотров: 7670
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (1.32Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Рассмотрим проблему очистки сточных вод [1] химическим способом, а так же ее решение с применением компьютерной техники и программного обеспечения СУБД. Подпись: Рис. 1. Схема реагентного метода очистки сточных водРеагентный метод очистки стоков гальванических производств

Одним из основных методов очистки сточных вод является реагентный, или химический метод. В его основе лежат химические реакции, которые переводят вредные загрязнители в воде из раствора в нерастворимый осадок с последующим извлечением осадка из стока.

Для проведения химических реакций необходимы соответствующие условия. Например, в гальванотехнике выделяется несколько типов стоков [2]: циансодержащие; хромсодержащие; содержащие соли тяжелых металлов; кислотно-щелочные.

Для применения реагентного метода очистки этих стоков на предварительной стадии необходимо провести коррекцию pH среды. Затем проводятся химические реакции, которые переводят металлы в нерастворимую форму.

Ниже в общем виде представлена схема реагентного метода очистки сточных вод. Конечно, потребуется еще утилизация осадка, но эта проблема не рассматривается в рамках данной статьи.

В соответствии с приведенной схемой (рис.1), применяемой в РХТУ им. Д.И. Менделеева, составлен алгоритм и программный комплекс, помогающий химику-технологу рассчитать на компьютере количество реагентов. При реализации программного комплекса использовался аппарат реляционных баз данных [3].

Подпись: Рис. 2Выделены следующие сущности: катион, анион, вещество (соединение), состояние соединения, реакция, реагент.

Каждая реакция протекает среди реагентов с образованием продуктов реакции, которые, в свою очередь, также являются реагентами. Каждый реагент является либо нейтральным веществом (соединением), либо катионом, либо анионом. Соединение составляется из аниона и катиона. Вещество при разных условиях может находиться в разных состояниях (газ, жидкость, твердое).

На основе приведенной на рисунке 2 схемы разработана программа-клиент, разбитая на несколько модулей. С их помощью можно добавлять информацию о различных сущностях. В состав системы входят следующие блоки: автоматизированное рабочее место (АРМ) для работы с БД «Вещества», АРМ для работы с БД «Химические реакции», программный модуль для задания характеристик стоков, расчет pH и количества необходимых реагентов.

Химические вещества

В примере на рисунке 3 предложены сведения из БД о сульфате железа (III). Показано, что это соединение состоит из 2-х катионов Fe3+ и 3-х анионов SO42– ; указана молекулярная масса, которая вычисляется автоматически как сумма молекулярных масс анионов и катионов; указан тип соединения как относительно нейтральный, это значит, что сульфат железа не будет проявлять себя ни как кислота, ни как основание, и на pH среды это вещество не повлияет.

Можно добавлять новые соединения, составляя их из анионов и катионов, а можно просто внести такую информацию о соединении, как молекулярная масса, название, формула, тип и добавить его в таблицу, не указывая, из каких ионов оно состоит. Это расширяет возможности системы.

В данном модуле используются следующие таблицы базы данных: анионы, катионы, вещества (соединения) и состояние соединения, где указывается, в каком виде, при какой температуре находится вещество.

Из таблицы «Вещества» по ссылке берется информация из таблиц «Катионы» и «Анионы», тип связи – «один к одному». Между таблицами «Вещества» и «Состояние соединения» существует связь «один ко многим».

Химические реакции

Следующий этап – составление химических реакций. В данной методике в реакции выделяется так называемый основной реагент, который необходимо осадить. В реакции могут присутствовать вспомогательные реагенты и продукты реакции. Схема БД показывает, что для составления химических реакций необходимо воспользоваться двумя таблицами: реакция и реагент.

Подпись: Рис. 3. Окно программы «Химические соединения»В таблице «Реакция» содержится название реакции, ссылка на основной реагент (на таблицу «Вещества» – «один к одному»), стехиометрический коэффициент, условия проведения реакции (pH и температура). Тип реагента нужен, чтобы знать, на какую таблицу ссылаться, так как это может быть ион или соединение.

Таблица «Реагенты» содержит информацию о реагентах и продуктах реакции. Полями таблицы являются ссылки на одну из таблиц «Вещества», «Анионы», «Катионы», тип связи – «один к одному». Таблица «Вещества» и «Реакции» имеют отношение «многие ко многим». Данный тип связи осуществляется через промежуточную таблицу «Реагенты». На рисунке 4 представлено окно модуля составления химических реакций из соединений и ионов.

В данном случае показано, каким образом составлена реакция восстановления дихромата калия, содержащего вредный Cr6+ до Cr3+ для последующего его осаждения. Как видно, основным (нейтрализуемым) компонентом является K2Cr2O7.

Подпись: Рис. 5. Обезвреживание стокаПодпись: Рис. 4. Окно программы «Химические реакции»Теперь, когда у нас есть сведения о химической реакции и ее компонентах, а также об их состоянии в воде, можно смоделировать химический реактор. На входе в реактор поступает вода с веществами, которые необходимо осадить, а на выходе мы должны получить сток с безвредным осадком для последующего его удаления (рис. 5).

Разработанная методика предполагает наличие сведений о концентрациях компонентов в стоке. Поэтому перед обезвреживанием сток нужно сформировать, а точнее, указать, какие вещества и в каких концентрациях присутствуют в стоке, при этом остальные сведения о веществах берутся из базы данных. Также указывается расход, необходимый для расчета количества требующихся реагентов.

Первым этапом расчета является расчет и доведение pH до необходимого значения. Зная концентрации компонентов и взяв сведения о свойствах из БД, можно вычислить рН по следующим формулам:

,

pH=

Указывается необходимое значение pH. Производится расчет количества кислоты или щелочи для достижения требуемого количества pH. В реализованной ИС это происходит автоматически. Параметрами, вводящимися вручную, являются: концентрация раствора, нейтрализующий агент, плотность раствора. После расчета можно посмотреть состав стока. В системе на каждом этапе возможно посмотреть состав стока на текущий момент.

Далее из таблицы реакции выбирается та, у которой основным компонентом является один из компонентов стока (сначала первый, затем описанная процедура повторяется для каждого вещества в стоке). Надо отметить, что сток формируется таким образом, чтобы компоненты, которые должны прореагировать первыми, находились в начале списка. При этом необходимо предусматривать возможность выбора реакций из таблицы, указывая их порядок, либо вводить степень значимости для каждой реакции и для каждой пары компонентов. На данном этапе эта задача решается технологами вручную.

В результате формируется список реакций, необходимых для обезвреживания стока. Производится расчет количества отсутствующих в стоке реагентов, принимающих участие в реакциях. Затем из таблицы избытков выбираются значения, указывающие, в каком соотношении к стехиометрии необходимо добавлять компоненты для каждой реакции. Выводится состав стока. Указываются нерастворимые компоненты.

В заключение хотелось бы отметить, что в гальванотехнике существует несколько проблем, которые можно решать, применяя приведенный механизм. Например, рассчитать самопроизвольные реакции при смешении стоков из нескольких установок (зная заранее их состав), нескольких линий одного цеха или из нескольких цехов. Кроме того, моделируя на компьютере процессы очистки, химик-технолог сможет сконструировать наиболее оптимальную схему с точки зрения расхода реагентов и экологической безопасности.

Ядром системы является БД, содержащая сведения о реакциях. Создавая различные расчетные и вспомогательные модули, можно использовать эту структуру и данные в областях, где имеют место химические превращения, что должно повысить производительность при вычислениях концентраций, количества реагентов и продуктов реакций.

Список литературы

1.         Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод - М.: Стройиздат, 1979. - 320 с.

2.         Колесников В.А. Экология и ресурсосбережение электрохимических производств. Учебное пособие по курсу: Основы электрохимических технологий. – М.: МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1989. – 68 с.

3.         Шумаков П.В. Delphi 3 и разработка приложений баз данных. – М.: Нолидж, 1999. – 704 с.


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=679&lang=
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (1.32Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2002 год.

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: