Методические рекомендации по определению оптимальной дозы озона для обеззараживания питьевой воды расчетным методом

(утв. Минздравом РСФСР 20.01.1989)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Методические рекомендации разработаны кафедрой коммунальной гигиены 1 Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени медицинского института им. И.М. Сеченова, проблемной лабораторией химической кибернетики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова при участии Московской бассейновой СЭС.

1. Введение

1.1. Настоящие Методические рекомендации предназначены для специалистов санитарно-эпидемиологических станций, осуществляющих государственный санитарный надзор за условиями очистки и обеззараживания воды на сооружениях водоподготовки.

1.2. Настоящие Методические рекомендации используются для определения расчетным методом оптимальной дозы озона, обеспечивающей эффективное обеззараживание питьевой воды, а также для прогнозирования результатов озонирования.

1.3. Определение дозы озона и прогноз результатов обеззараживания осуществляется с помощью математической модели процесса озонирования, описанного в виде уравнения:

ln Y = -2,36 - 2,42X  + 0,06X  + 0,14X  + 0,53X  + 0,71X  + 0,67X  + 0,35X  +
                    1        2        3        4        5        6        7

• 0,07X X + 0,26X X + 0,28X X — 1,29X X + 0,05X X — 0,09X X — 1 3 1 4 1 6 1 5 2 3 2 4

  - 0,06X X  - 0,04X X  - 0,16X X  - 0,20X X  - 0,23X X .
         2 5        3 4        4 5        4 6        5 6
  

1.4. При построении математической модели тест-объектом эффективности обеззараживания была принята кишечная палочка, сохраняющая при озонировании воды свое санитарно-показательное значение.

1.5. Результатом эффективности обеззараживания в соответствии с ГОСТом 2874-82 принят коли-индекс обработанной воды не более трех.

2. Общие положения

2.1. Достаточная степень точности расчетов обеспечивается только внутри области исследования, т.е. для качества исходной воды, изменяющейся в интервалах, представленных в таблице.

<*> Используется для прогноза озонирования.

2.2. Представленные в таблице показатели вводятся в уравнение в кодированных единицах, когда максимальному значению (верхний уровень) присваивается символ «+1», минимальному (нижний уровень) — «-1».

2.3. Для кодирования показателей с промежуточным значением используются кодировочные таблицы (Приложения с 1 по 6).

2.4. Левая часть модели процесса озонирования — результат 3 обеззараживания — представлена в уравнении как ln Y, где Y = -- х 100 и X 5 кодируется по таблице, представленной в Приложении 7.

3. Методика расчета оптимальной дозы озона

3.1 Составляется таблица исходных данных:

3.1.1. Исходные данные качества воды, для которой рассчитывается оптимальная доза озона, вносятся в графу "натуральные величины".

3.1.2. К натуральным показателям по соответствующим кодировочным таблицам находим кодированные значения и записываем в графу "кодированные величины".

3.1.3 Показатель "доза озона" необходимо рассчитать, он обозначается в

таблице как неизвестная величина X . 1

    3.2.  В  модель процесса озонирования вместо обозначений ln Y и X  - X
                                                                     2    7

подставляем кодированные величины.

3.3 Решаем уравнение с соблюдением правил математики.

3.4 Получаем показатель X в кодированных единицах.

                          1

3.5 Переводим показатель X — оптимальная доза озона — в натуральные

                             1

величины по Приложению 8, т.е. рассчитываем оптимальную дозу озона.

Пример расчета:

Необходимо рассчитать оптимальную дозу озона для обеззараживания воды с исходным качеством: рН — 6,9, температура — 25 °С, коли-индекс — 5000, цветность — 20°, мутность — 3,4 мг/л. Время озонирования выбираем 10 мин. (эффективность тем выше, чем в меньший промежуток времени вводится доза озона).

1. Составляем таблицу и показатели исходной воды вносим в графу «натуральные величины».

2.  <a id="p100044"></a>К этим показателям находим кодированные значения по соответствующим

таблицам и записываем в графу «кодированные величины»:

X — рН = 6,9, в Приложении 1 рН 6,9 = 1,11; 2

X — температура = 25 °С, в Приложении 2 25 °С = 1,0; 3

X — время озонирования = 10 мин., в Приложении 3 10 мин. = 1,0; 4

X — коли-индекс = 5000, в Приложении 4 коли-индекс 5000 = -1,0; 5

X — цветность = 20 град., в Приложении 5 цветность 20 град. = -0,5; 6

X — мутность = 3,4 мг/л, в Приложении 6 мутность 3,4 мг/л = 0,2; 7

X — так и заносим в таблицу. 1

3. Кодирование левой части модели проводится по таблице Приложения 7: при X = 5000 Y = 0,06, ln Y = -2,81. Полученный результат подставляем в 5 таблицу, которая приобретает вид:

4.  <a id="p100059"></a>В уравнение вместо символов ln Y и X  - X  подставляем кодированные

                                            2    7
величины  из  таблицы, показатель "доза озона" остается в уравнении как X ,

                                                                     1

тогда:

-2,81 = -2,36 — 2,42X + 0,06 х 1,11 + 0,14 х 1,0 + 0,53 х 1,0 + 0,71 х 1

х (-1,0) + 0,67 х (-0,5) + 0,35 х 0,2 + 0,07X  х 1,0 + 0,26X  х 1,0 +
                                             1              1

• 0,28X х (-0,5) — 1,29X х (-1,0) + 0,05 х 1,11 х 1,0 — 0,09 х 1,11 х 1 1

х 1,0 — 0,06 х 1,11 х (-1,0) — 0,04 х 1,0 х 1,0 — 0,16 х 1,0 х (-1,0) -

     - 0,20 х 1,0 х (-0,5) - 0,23 х (-1,0) х (-0,5).

5. <a id="p100061"></a>Решаем уравнение:

5.1 Умножаем показатели:

-2,81 = -2,36 — 2,42X + 0,0666 + 0,14 + 0,53 + (-0,71) + (-0,335) + 0,07 + 1

• 0,07X + 0,26X + (-0,14X ) — (-1,29X ) + 0,0555 — 0,0999 — (-0,0666) — 1 1 1 1

               - 0,04 - (-0,16) - (-0,1) - 0,115.
  

5.2 Раскрываем скобки (обратить внимание на изменение знака):

-2,81 = -2,36 — 2,42X + 0,0666 + 0,14 + 0,53 — 0,71 — 0,335 + 0,07 + 1

• 0,07X + 0,26X — 0,14X + 1,29X + 0,0555 — 0,0999 + 0,0666 — 0,04 + 1 1 1 1

                      + 0,16 + 0,1 - 0,115.
  

5.3. Производим сложение и вычитание, X выносим за скобки для 1 упрощения подсчетов:

-2,81 = X (-2,42 + 0,07 + 0,26 — 0,14 + 1,29) — 2,36 + 0,0666 + 0,14 + 1

• 0,53 — 0,71 — 0,335 + 0,07 + 0,0555 — 0,0999 + 0,0666 — 0,04 + 0,16 +

                         + 0,1 - 0,115.
  

-2,81 = -0,93X — 2,4812. 1

5.4. Показатель с X переносим в левую часть уравнения, а -2,81 — в 1 правую, вычисляем X : 1

0,93X = 2,81 — 2,4812 (знак при переносе изменяется). 1

0,93X = 0,3288. 1

     0,3288

    X  = ------ = 0,36.
     1    0,93

6. <a id="p100073"></a>Полученное значение X  = 0,36 выражено в кодированных единицах.
                        1

7. В Приложении 8 находим натуральную величину, соответствующую X = 1 0,36:

X 0,36 = 8,4 мг/л. 1

Это и есть теоретически рассчитанная доза озона, которая необходима для обеззараживания конкретной исходной воды и которая должна обеспечить ее качество соответственно требованиям стандарта.

4. Прогнозирование результатов озонирования

4.1 Составляем таблицу, представленную в разделе 3.1.

4.1.1. Показатели качества исходной воды и заданные условия озонирования (доза озона и время его действия) в натуральных величинах вносим в таблицу.

    4.1.2.  Натуральные  величины  X   -  X   кодируем  с  помощью  таблиц,
                                    2      7

представленных в Приложениях с 1 по 6, вносим в таблицу. Показатель X 1 кодируем по таблице Приложения 8.

4.2. Левую часть уравнения — результат обеззараживания — оставляем записанной в виде «ln Y».

4.3. Подставляем кодированные показатели в уравнение, а затем решаем его, соблюдая правила математики.

4.4. В Приложении 7 находим полученный результат ln Y (третья колонка) и соответствующий ему показатель Y (вторая колонка), где Y представляет собой количество микроорганизмов, оставшихся после озонирования, выраженное в процентах.

4.5 Рассчитываем результат обеззараживания в абсолютных числах по формуле:

                                 Y х X
                                      5

коли-индекс озонированной воды = ------. 100

Пример расчета:

Необходимо рассчитать, каков будет результат озонирования, если воду с рН = 6,5, температурой 15 °С, исходным бактериальным загрязнением 36000 м.т. в 1 л, цветностью 48 градусов, мутностью 2,5 мг/л подвергнуть обеззараживанию дозой озона 10 мг/л в течение 5 мин.

1. В графу «натуральные величины» таблицы, данной в п. 3.1, вносим показатели качества воды, представленные в примере.

Аналогично разделу 3 переводим натуральные величины X — X в 2 7 кодированные единицы, заносим в таблицу.

Показатель X кодируем по Приложению 8: в графе «Расчетная доза озона» 1

(второй  столбец)  находим  дозу озона 10 мг/л (в нашем примере), а в графе
"Кодированные  единицы"  (первая  колонка)  соответствующую ей кодированную

величину. После внесения в таблицу всех показателей она приобретает вид:

2. Подставив кодированные значения в уравнение, решаем его с соблюдением правил математики:

ln Y = -2,36 — 2,42 х 1,0 + 0,06 х 0,67 + 0,14 х 0 + 0,53 х (-1,0) + 0,71 х (-0,35) + 0,67 х 0,9 + 0,35 х (-0,25) + 0,07 х 1,0 х 0 + 0,26 х 1,0 х (-1,0) + 0,28 х 1,0 х 0,9 — 1,29 х 1,0 х (-0,35) + 0,05 х 0,67 х 0 — 0,09 х 0,67 х (-1,0) — 0,06 х 0,67 х (-0,35) — 0,04 х (-1,0) х 0 — 0,16 х (-1,0) х (-0,35) — 0,20 х (-1,0) х 0,9 — 0,23 х (-0,35) х 0,9.

ln Y = -2,36 — 2,42 + 0,0402 + 0 + (-0,53) + (-0,2485) + 0,603 + (-0,0875) + 0 + (-0,26) + 0,252 — (-0,4515) + 0 — (-0,0603) — (-0,01407) — 0 - 0,056 — 0 - 0,056 — (-0,18) — (-0,07245).

ln Y = -2,36 — 2,42 + 0,0402 — 0,53 — 0,2485 + 0,603 — 0,0875 — 0,26 + 0,252 + 0,4515 + 0,0603 + 0,01407 — 0,056 + 0,18 + 0,07245.

ln Y = -5,962 + 1,67352.

ln Y = -4,28848.

ln Y = -4,29.

3. В Приложении 7 в графе «ln Y» находим наш результат ln Y = -4,29 (третья колонка) и соответствующий ему Y (вторая колонка):

4. Рассчитываем результат озонирования в абсолютных числах: коли-индекс озонированной воды будет равен количеству бактерий, оставшихся после озонирования и выраженных в % (Y) умножаем на коли-индекс исходной воды и делим на 100:

                                 Y х X
                                      5   0,0137 х 36000

коли-индекс озонированной воды = ------ = -------------- ~ 5. 100 100

Таким образом, коли-индекс озонированной воды будет не менее 5, что говорит о недостаточности дозы озона 10 мг/л для достижения эпидемической безопасности воды.

КОДИРОВАННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ — АКТИВНАЯ РЕАКЦИЯ СРЕДЫ (РН) — X 2

КОДИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ — ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ — X 3

КОДИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ — ВРЕМЯ ОЗОНИРОВАНИЯ — X 4

КОДИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ — ИСХОДНОЕ ЗАРАЖЕНИЕ — X 5

КОДИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ — ЦВЕТНОСТЬ — X 6

КОДИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ — МУТНОСТЬ — X 7

КОДИРОВАНИЕ ЛЕВОЙ ЧАСТИ УРАВНЕНИЯ

                                 3

ln Y = -- х 100 X 5