ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЕСЦВЕЧИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-138-3-3-8Ключевые слова:
обесцвечивание вод, оптимальное планирование эксперимента, коагулирование, цветность, поверхность отклика, оптимизация процессов водоподготовкиАннотация
Цветность является одним из ключевых показателей качества природных вод, свидетельствующим о наличии органических веществ, коллоидных систем и других загрязнений. Высокая цветность не только ухудшает органолептические свойства воды, но и указывает на присутствие гуминовых веществ, способных образовывать токсичные соединения при обеззараживании. В связи с этим разработка эффективных методов обесцвечивания природных вод остается актуальной задачей современной водоподготовки. В статье рассматривается применение методов математического моделирования и оптимального планирования эксперимента для исследования процесса обесцвечивания природных вод. На основе анализа современных публикаций и достижений в данной области показано, что использование математической теории позволяет создавать точные модели процессов водоподготовки, учитывающие влияние множества определяющих факторов. В качестве практического примера рассмотрено планирование многофакторного эксперимента на примере комбинированного метода обесцвечивания поверхностных вод коагулированием с предварительным озонированием. В работе представлены условия выбора методики планирования, позволяющие оптимизировать количество необходимых опытов при сохранении требуемой точности исследований. В статье подробно описаны критерии отбора факторов и функции отклика, а также процедура проведения экспериментальных исследований. В исследовании определены критерии выбора схемы эксперимента, которая минимизирует количество испытаний при сохранении статистической надежности. По результатам проведения трехфакторного рототабельного эксперимента получены уравнения регрессии второго порядка, которые представляют собой экспериментально-статистические модели процессов подготовки воды для технического водоснабжения. Проведен статистический анализ адекватности разработанных моделей, показавший их высокую прогностическую способность. Разработанные модели позволяют прогнозировать эффективность процесса обесцвечивания и оптимизировать технологические параметры водоподготовки для достижения максимального эффекта при минимальных затратах реагентов.
Библиографические ссылки
Вершинин, В. И. Планирование и математическая обработка результатов химического эксперимента / В. И. Вершинин, Н. В. Перцев. – СПб. : Лань, 2017. – 236 с.
Кулакова, С. И. Организация и математическое планирование эксперимента : учебное пособие / С. И. Кулакова, Л. Е. Подлипенская, Д. А. Мельничук. – Алчевск : ДонГТИ, 2021. – 121 с.
Баркалов, С. А. Математическая модель оптимального распределения ресурсов в строительной сфере в условиях их дефицита / С. А. Баркалов, С. И. Моисеев, Е. А. Серебрякова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. – 2023. – Т. 23, № 1. – С. 89–99. – DOI: 10.14529/ctcr230108.
Новоженов, В. А. Математические методы оптимизации распределенных вычислений в гетерогенной среде / В. А. Новоженов, Т. Н. Романова // International Journal of Open Information Technologies. – 2025. – Т. 13, № 1. – С. 31–39.
Ануфриев, В. Н. Методы водоподготовки с использованием озонирования и сорбции / В. Н. Ануфриев, Г. А. Волкова // Инновационные технологии в водном, коммунальном хозяйстве и водном транспорте : материалы II респ. науч.-техн. конф., г. Минск, 28–29 апр. 2022 г. / БНТУ ; редкол.: С. В. Харитончик [и др.]. – Минск : БНТУ, 2022. – С. 96–101.
Повышение санитарно-гигиенической надежности в проектных решениях очистных сооружениях городских водопроводных станций : 05.11-19И.307 // РЖ 19И. Общие вопросы химической технологии. – 2005. – № 11.
Андреюк, С. В. Моделирование процессов подготовки воды для технического и питьевого водоснабжения / С. В. Андреюк, М. А. Таратенкова // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. – 2021. – № 2 (34). – С. 46–57. – DOI: 10.21869/2311-1518-2021-34-2-46-57.
Стукалин, А. В. Системный анализ двухступенчатой технологической схемы очистки воды / А. В. Стукалин, О. М. Шикульская, А. Ф. Сокольский // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. – 2023. – № 3 (45). – С. 109–114. – DOI: 10.52684/2312-3702-2023-45-3-109-114.
Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента : учебное пособие / Н. А. Спирин, В. В. Лавров, Л. А. Зайнуллин [и др.] ; под общ. ред. Н. А. Спирина. − Екатеринбург : УИНЦ, 2015. – 290 с.
Анисимова, Т. С. Применение современной теории эксперимента в образовании (многофакторный многомерный эксперимент в образовании) : монография / Т. С. Анисимова. – М. : Исслед. центр проблем кач-ва образования, 2002. – 199 с.
Андреюк, С. В. Математическое моделирование процессов коагуляционной обработки природных вод / С. В. Андреюк // Научные основы использования информационных технологий нового уровня и современные проблемы автоматизации : сб. науч. статей III Междунар. науч. конф., г. Ташкент, 20 нояб. 2024 г. / Белорусско-Узбекский совм. межотрасл. ин-т прикладных технических квалификаций. – Ташкент : Science and Innovation, 2024. – С. 400–404. – DOI: 10.5281/zenodo.14214286.
Маслак, А. А. Эксперимент в образовании как средство повышения его качества (многофакторный многомерный подход) : лекция-доклад / А. А. Маслак, Т. С. Анисимова. – М. : Исслед. центр проблем кач-ва подготовки спец-тов, 2001. – 66 с.
Ланге, Л. Р. Технологическое моделирование процесса водоподготовки / Л. Р. Ланге // Труды II Всероссийской науч.-практич. конф. с междунар. участием ; под общ. ред. А. Ю. Столбоушкина, Е. А. Алешиной, О. В. Матехиной, Е. А. Благиных. – Новокузнецк : Сибирский гос. индустриальный ун-т, 2019. – С. 312–314.
Барская, И. В. Технологическое моделирование процесса очистки воды от соединений железа / И. В. Барская, О. Д. Лукашевич // Вестник Томского гос. архитектурно-строит. ун-та. – 2008. – № 3 (20). – С. 175–180.
Моделирование ионного обмена на смесевом катионите Н+, Na+ в процессах водоподготовки / А. В. Клинов, А. И. Разинов, А. Е. Прокопович, Е. В. Саблин // Вестник технологич. ун-та. – 2025. – Т. 28, № 2. – С. 44–49. – DOI: 10.55421/1998-7072_2025_28_2_44.
Andreyuk, S. V. Study of methods for physico-chemical treatment of groundwater from nitrates / S. V. Andreyuk, М. V. Zan // Vestnik of Brest State Technical University. – 2023. – № 3 (132). – Р. 15–17.
Color, COD, and turbidity removal from surface water by using linseed and alum coagulants: optimization through response surface methodology / A. K. Husen, F. Bidira, E. A. Bekel [et al.] // Appl Water Sci. – 2024. – Vol. 14. – P. 203. – DOI: 10.1007/s13201-024-02240-0.
Житенев, Б. Н. Экспериментальные исследования удаления органических примесей природных вод коагулированием и каталитическим окислением в целях технического водоснабжения / Б. Н. Житенев, С. В. Андреюк // Вестник БрГТУ : Водохозяйственное строительство и теплоэнергетика. – 2012. – № 2. – С. 32–36.
Житенeв, Б. Н. Обесцвечивание поверхностных вод коагулированием с предварительным озонированием для производственного водоснабжения / Б. Н. Житенeв, М. А. Таратенкова // Вестник БрГТУ. Серия: Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология. – 2016. – № 2. – С. 38–43.
Строкач, П. П. Экологический мониторинг качества воды реки Мухавец / П. П. Строкач, Н. П. Яловая, Ю. С. Яловая // Вестник БрГТУ. Серия: Водохозяйственное строительство и теплоэнергетика. – 2004. – № 2. – С. 60–61.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
