АҒынды суларды кӛпіршіктер сипаттамасы арқылы зерттеу

 

УДК 628.3.034.2:621.387 

 

АҒЫНДЫ СУЛАРДЫ КӚПІРШІКТЕР СИПАТТАМАСЫ АРҚЫЛЫ ЗЕРТТЕУ 

 

Мырзабекова А.А., Болатбеков Ж.Б., Мырзабеков 

А.Б. Л.Н. Гумилев атындағы ЕҦУ, Астана қ. 

 

Ғылыми жетекшісі – Л.Н. Гумилев атындағы ЕҦУ доцентті, ғ.т.д. Боканова А.А. 

 

Қоршаған ортаны қорғаудың негізгі сҧрақтарын келесі қағидалардың негізінде шешу 

қажет: 

 

-

 

адам  әрекетінің  форма  мен  масштабтары  қалпына  келмейтін  табиғат 

ресурстарының қорларымен ӛлшемдес болуы тиіс;  

 

-

 

ӛндірістің  болмай  қалмайтын  қалдықтары  қоршаған  ортаға  ӛмір  ҥшін  қауіпсіз 

форма және концентрацияда тҥсуі тиіс. Әсіресе бҧл су ресурстарына қатысты.  

 

Қалпына  келмейтін  табиғат  ресурстарының  бірі  мҧнай  болып  табылады.  Ол  ҥнемі 

қоршаған  ортамен  жанасып  тҧрады  және  оны,  әсіресе  суды  ластайды.  Суды  мҧнайдан 

тазартуға  бағытталған  шаралар  мҧнайдың  белгілі  бір  мӛлшерлерін  сақтап  қалуға  және  ауа 

мен су бассейндерін таза қылып сақтауға кӛмектеседі. Жер шарында су кӛп, бірақ таза тҧщы 

су  ӛте  аз.  Табиғаттағы  су  айналымы  адамзаттың  Жердегі  ӛмірі  ҥшін  қажетті  жағдайлар 

жасайды. Қоршаған ортаны қорғау саласындағы ӛзекті мәселелерді шешуге дҧрыс жол табу 

ҥшін  осы  салада  белгілі  бір  білімдер  қажет.  Ағынды  суларды  тазартуда  кӛптеген  әдістері 

қолданылады. Оның ішінде озондау пайдаланылады [1].  

 

Суды  озондау  –  қандай  да  бір  жанама  әсерлерсіз  судың  терең  және  кешенді 

тазартылуы  жҥргізілетін  судайындау  әдісі.  Озондау  нарықта  ҧсынылған  басқа 

технологиялардың  алдында  кҥмәнсіз  артықшылықтарға  ие.  Озон,  табиғи  тотықтырғыш, 

ӛзінің  белсенділігінің  арқасында  тазартылатын  сумен  араластырылған  кезде  ластануларды 

оларды  ерітілген  кҥйден  кӛмірлік  фильтрде  оңай  ҧсталатын  салмақты  кҥйге  ауыстыра 

отырып, айтарлықтай жылдам тотықтырады. Озонның қалдығы қайтадан ол ӛзі пайда болған 

оттегіне  айналады,  ал  су,  кӛмірлік  фильтр-бӛлгіштен  ӛтіп,  Тҧтынушыға  беріледі.  Тазарту 

ҥрдісі  айтарлықтай  тез  ӛтеді,  бҧның  ӛзінде  ешқандай  шығындық  реагенттер,  материалдар, 

регламенттелген  жҧмыстар  қажет  емес,  суда  ешқандай  зиянды  қоспалар  пайда  болмайды, 

минералдық  қҧрам  мен  рh  деңгейі  сақталады,  басқа  сӛзбен  айтқанда,  тазарту  экологиялық 

қауіпсіз  болып  табылады.  Ӛте  кең  таралған  ластанулардың  кӛбі,  бҧл  металдар,  алтын  мен 

платинаны  қоспағанда  және  барлық  органикалық  текті  басқа  ластанулар  озондық  тотығуға 

шалдығады.  Жоғары  зарасыздандыру  мҥмкіндігіне  ие  бола  отырып,  озон  вирустық 

аурулардың  қоздырғыштарына,  сонымен  қатар  хлорлық  ӛңдеуге  тҧрақты  спораларға  да 

залалсыздандыру әсерін тигізеді. Озондық технология арқасында Тҧтынушы әрдайым  

 

134 

тазартылған,  оттегімен  қаныққан  және  залалсыздандырылған  жоғары  сапалы  ауыз  суын 

алады [1]. 

 

Суда қалқып шығатын ауаның жалғыз кӛпіршіктерінің ӛлшемін белгілі әдіспен ӛлшеу 

олардың  диаметріне  байланысты  әртҥрлі  есептеу  жолымен  анықталды:  1  мм-ден  тӛмен 

мәндерде  Стокс  формуласы  бойынша,  1  мм-ден  жоғары  мәндерде  басқа  жақындатылған 

формулалармен  есептелді.  Ҧсынылған  әдіс  дәлдігі  жоғары  емес,  негізінен,  ауаның  жалғыз 

кӛпіршіктерінің  ӛлшемін  эксперименттік  ӛлшеуге  арналған  және  сҧйық  ағынындағы  газ 

кӛпіршіктерінің ӛлшемін ӛлшеу ҥшін жарамдылығы тӛмен. Басқа әдісте газ кӛпіршіктерінің 

мӛлшерін  фотоға  тҥсіру  немесе  бейне  тҥсірілім  арқылыанықтайды,  мҧнда  су  ағынын 

кескіндеу  ҥшін  ауа  кӛпіршіктерінің  ӛзін  пайдаланады.  Ҧсынылған  әдіс  дәл  емес,  ӛлшеу 

мәліметтерін  ӛңдеу  процестері  қиын  және  ағып  жатқан  сҧйықтағы  газ  кӛпіршіктерінің 

ӛлшемін ҥздіксіз бақылауға арналмаған. 

 

Сондай-ақ, диффузиялық тоқтың электролиттің ағы жылдамдығына тәуелді ӛзгерудің 

қазіргі  таңдағы  заңдылықтарына  негізделген  сҧйық  ағынында  газдық  қҧрамды  анықтау 

әдісі  қолданылады.  Мҧнда,  біріншілік  ӛлшеу  тҥрлендіргіші  ретінде  диаметрі  10-20  мкм 

болатын,  шыны  капиллярға  қайнатылған  және  электролит  ағынына  қарсы  кӛлденең 

бағытталған платиналық сым қолданылады. Ағындағы газ мӛлшерінің ӛзгеруі кезінде ӛлшеу 

датчигіне жақын ортаның электр ӛткізгіштігінің оларға газ кӛпіршіктерінің жылжуы кезінде 

ӛзгеруі жатады. 

 

Ҧсынылған  әдіс  кемшіліктеріне  мыналар  жатады:  берілген  әдіс  бойынша  ағындағы 

газ  мӛлшерінің  интегралдық  мәні  анықталады,  бҧл  екінші  электродтың  алыс  орналасуына 

байланысты;  мҧнда  сҧйықта  газдың  жеке  кӛпіршіктерінің  бӛлек  бекітілу  мҥмкіндігі 

болмайды;  электролит  ағынының  жылдамдығының  мәнінің  ӛзгеру  жылдамдығына  әсер  ету 

орын алады [1]. 

 

Мақалада  сҧйықтағы  газ  кӛпіршіктерінің  мӛлшерін  ӛлшеудің  жоғары  дәлдігін  және 

ағын жылдамдығының мәнін ӛлшеу нәтижелеріне әсер етуін болдырмауды қамтамасыз етуге 

мҥмкіндік беретін сҧй ықтағы газ кӛпіршіктерінің мӛлшерін ӛлшеу әдісі ҧсынылады. 

 

Автормен  ҧсынылатын  белгілі  әдісте  бір-бірінен  тікелей  жақын  орналасқан  ҥш 

электрод  әдісіне  қарағанда  сҧйықтағы  газ  кӛпіршіктерінің  қозғалу  бағытын  қатармен 

орналастырады,  кейін,  тоқ  импульстерінің  ҧзақтығына  және  фронттар  қатынасын  ӛлшеп, 

ағындағы газ кӛпіршіктерін ӛлшемін анықтайды. 

 

Ҧсынылатын әдістің ерекше белгісі ҥш электродты қолдану және оларды сҧйықтағы 

газ  кӛпіршіктерінің  қозғалу  бағытында  қатар-қатар  орналастыру  болып  табылады,  бҧл 

ӛлшеудің  жоғары  дәлдігін  және  ағып  жатқан  сҧйықтық  жылдамдығынан  алынған 

нәтижелердің тәуелсіздігін қамтамасыз етеді [2]. 

 

Ҧсынылатын әдісті жҥзеге асыратын біріншілік ӛлшеу тҥрлендіргішінің электродтық 

жҥйесі  ӛлшеу  электродынан  және  ӛлшеу  электродының  бҥйірлері  бойынша  орналасқан  екі 

электрлік  біріккен  қосымша  электродтан  тҧрады.  Ӛлшеу  және  қосымша  электродтар 

арасында жеткілікті потенциал қамтамасыз етілсе, сҧйықта электролиздік тоқ пайда болады, 

ол  электродтық  жҥйенің  екі  арқасынан  ӛлшеу  электродының  жалпы  тізбегіне  қосылады. 

Сҧйықта  газ  кӛпіршіктері  болмағанда,  біріншілік  тҥрлендіргіштің  электродтық  жҥйесінде 

тҧрақты электр тоғы ӛтіп, жҥктеме резисторында импульстік сигналдар болмайды. 

 

Ӛңделген  қондырғы  1  ӛлшеу  және  2  қосымша  электродтардан,  3  қоректену  кӛзі,  4 

микропрессор,  5  жҥктеме  резисторы,  6  тоқ  импульстерінің  параметрлерін  ӛлшеуіш,  7 

есептеу  қҧрылғысынан  тҧратын  электродтық  жҥйеден  тҧрады.  8  диаметрлік  қабатпен 

жабылған  1  және  2  электродтарды  жалаңаш  ҧшымен  9  сҧйыққа  енгізеді,  мҧнда  4 

микропрессор 11 тҥтігідан қалқып шығатын 10 газ кӛпіршіктері болады (1 сурет) [2,3]. 

 

Газ  кӛпіршіктерінің  жақындауы  мен  электродтық  жҥйе  арқылы  ӛтуі  кезінде  ӛлшеу 

электродының  жҥктемесінде  трапециялық  пішінді  тоқ  импульсы  тҥзіледі.  Осылайша,  газ 

кӛпіршіктерінің  ӛлшемдері  l  электродтар  арасындағы  қашықтық  арқылы  дәл  анықталады 

және t

1

 фронт ҧзақтығы мен t

2

 тоқтың трапециялық импульсінің қатынасы бойынша ӛлшеу 

 

нәтижелері  алынып  тасталады.  Егер  сҧйықтағы  газ  кӛпіршігінің  ең  ықтимал  формасын 

 

135 

сфералық деп қабылдаса, мҧнда l

0

 кӛпіршік ӛлшемдерін электродтар арасындағы l қашықтық

 

біршама ҥлкен болып саналады. 

 

Бірінші  қосымша  электродтың  газ  кӛпіршіктерінің  бастамасының  қиылысуы  кезінде 

оған  электролиздік  тоқ  тоқталады,  бҧл  тоқ  импульсінің  алдыңғы  фронтында  бірінші 

пьедесталдың тҥзілуіне әкеледі. Кейін, ӛлшеу электродының кӛпіршіктерінің бастамасының 

қиылысуы  кезінде  тоқтың  тоқтатылуынан  екінші  қосымша  электродта  тоқ  импульсінің 

трапециялық  биіктігі  болып  табылатын  екінші  тҧрақты  пьедестал  тҥзіледі.  Бҧл  пьедестал 

кӛпіршік  ҧшы  ӛлшеу  электродынан  ӛтпейінше  жалғаса  береді.  ӛлшеу  электродының 

кӛпіршіктерінің ҧшының қиылысуы кезінде оның және бірінші қосымша электрод арасында 

электролиздік  тоқ  қайта  пайда  болады,  бҧл  бірінші  пьедесталға  ҧқсас  тоқ  импульсінің 

артқы  фронтында  пьедесталдың  тҥзілуіне  әкеледі.  Екінші  қосымша  электродтың 

кӛпіршіктерінің  соңының  қиылысуы  кезінде  электродтық  жҥйеде  электролиздік  тоқтар 

қалпына келеді және тоқтың трапециялық импульсінің қалыптасуы аяқталады [3]. 

Бірінші  t

1

   және  t

2

  тҧрақты  пьедесталдарының  ҧзақтығы  l

0

  газ  кӛпіршіктерінің

 

 

ӛлшемінің  мәндері  бойынша  және  оның  кӛпіршік  қозғалысының  бағытында  қатарласып 

орналасқан ҥш электрод арқылы ӛту жылдамдығы V анықталуы мҥмкін: 

t

1

= 

 l 

; t

2

= 

 

l

0

 

(1) 

 

V 

V 

 

 

 

 

 

 

сонда, газ кӛпіршіктерінің ӛлшемін анықтау ҥшін мынаны 

аламыз: 

l 

t

2

 

 

l

0

= t

2

 *V= t

2

 * 

t

1

  = l*  

t

1

 

(2) 

 

Қондырғы  келесі  тҥрде  жҧмыс  жасайды:  электродтық  жҥйе  қоректену  кӛзінен  3 

сіңіріледі және газ кӛпіршіктерінің болмауы кезінде сҧйық арқылы тҧрақты электролиздік тоқ 

I

0

 ӛтеді. Газ кӛпіршіктерінің электродтық жҥйе арқылы ӛтуі кезінде 5 жҥктемеде

 

 

трапеция  пішінді  импульстік  сигналдар  пайда  болады,  олар  (1)  формуласы  бойынша  6  ӛлшеуішпен 

ӛлшенеді және тіркеледі. Кейін, t

2

\ t

1

 қатынасы пропорционалды электрлік

 

 

сигналдар  ӛлшеуіштен  6  есептеу  қондырғысына  келіп  тҥседі  7,  ол  2  формуласы  бойынша  l 

электрод  арасындағы  қашықтықты  ескеру  арқылы  есептеу  жҥргізіп,  электродтық  жҥйені  кесіп 

ӛтетін l

0

 газ кӛпіршіктерінің ӛлшемін анықтайды [4].

 

 

 

9 

 

3 

7 

 

 

2 

8 

 

 

10 

1 

 

 

 

 

2 

8 

6 

 

11 

 

 

 

4 

5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 сурет - Сҧйықтағы газ кӛпіршіктерінің ӛлшемін ӛлшеу әдісімен 

қондырғының функционалдық сызбасы 

 

2 суретте кӛлденең орналасқан электродтық жҥйесінің оңайлатылған есептеу 

сызбанҧсқасының электродтық жҥйесі келтірілген. Келесі белгіленулер қабылданған: 

 

l –электродтар арасындағы қашықтық; l

0

 – газ кӛпіршіктерінің ӛлшемі; V-электродтардың 

қатар бойында газ кӛпіршіктерінің қозғалу жылдамдығы.

 

 

 

 

 

136 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 сурет - Кӛлденең орналасқан электродтық жҥйенің қарапайымдатылған 

есептік сызбанҧсқасы 

 

t

2

  ӛлшеу  кезінде  сызбалық  кҥрделендіруге  байланысты  t

0

  импульсінің  жалпы 

ҧзақтығы l

0

 –ді анықтау ҥшін жиі қолданылады, сонда мына тҥрдегі теңдеу алынады: 

 

t

0

 

l

0

 = l ( 

t

1

   - 2) 

(3) 

Бҧл ӛрнек бойынша l

0

 ӛлшеуді орындау ҥшін l

0

 ≥ 2 l шартын сақтау керек. 

 

Газ кӛпіршіктерінің ӛлшемін тәжірибе жолымен ӛлшеу ҥшін суда қалқып шығатын, 4 

микропрессордың  11  тҥтігі  арқылы  ҥру  арқылы  тҥзілген  ауа  кӛпіршіктері  қолданылды  (1 

сурет).  Тәжірибелер  кӛрсеткендей,  қалқып  шығатын  кӛпіршіктер  ӛлшемі  0,2-0,6  см 

аралығында  тербеледі.  Ауа  кӛпіршіктерімен  қаныққан  суда  қондырғының  электродтық 

жҥйесі  арқылы  ауа  кӛпіршіктерінің  ӛтуінің  теңсіздігі  байқалады.  Алынған  нәтижелердігаз 

кӛпіршіктерінің қалқып шығу жылдамдығы арқылы l

0

 есептік мәнмен салыстыру 20 пайыз 

тәртіпке l

0

 ӛлшемінің шашылуын кӛрсетеді.

 

 

3  суретте  трапециялық  импульстік  сигналдың  эпюры  келтірілген,  мҧнда  І

0

  –  бастапқы 

электролиздік тоқ, І

0

  \2  –  бірінші  пьедесталдағы  тоқ,  t

1

  –  екі  электродтар  арасындағы  кӛпіршіктің  басы 

мен  ҧшы  қиылысатын  уақыт;  t

2

  –  l  ӛлшеу  электродының  кӛпіршіктерінің  басы  мен  ҧшы  қиылысатын 

уақыт; t

0

–тоқ импульсінің жалпы ҧзақтығы. Пунктирмен сигналдың трапециялық пішіні кӛрсетілген [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 сурет - Импульстік сигналдың трапециялық эпюрасы 

 

Ҧсынылатын  әдіс  газ  бен  сҧйықтың  біріншілік  кӛпіршіктерінің  ӛлшемін  ӛлшеу 

кезінде аса тиімді, ӛйткені ағын газдарының қаныққан кӛпіршіктерінің жағдайында кендерді 

 

 

 

137 

флотациялық байыту процестерінде ол кӛпіршіктердің орташа статистикалық ӛлшемін 

анықтау ҥшін қолданылуы мҥмкін. 

 

Әдебиеттер: 

 

1.

 

Мырзабекова  А.М.  Разработка  способов  очистки  сточных  вод  от  нефтепродуктов: 

/д.канд. наук. -Алматы, 2005  

 

2.

 

Боканова А.А. и др. Способ измерения размеров пузырьков газа в жидкости/Патент РК 

№13836, бюл.№12 от 15.12.2003  

 

3.

 

Мырзабекова  А.М.  и  др.  Способ  контроля  пузырьков  газа  в  жидкости/Патент  РК 

№14716,  

бюл.№8 от 16.08.2004  

 

4.

 

Боканова  А.А.  Создание  теоретических  и  технологических  основ  озонной  технологии 

для очистки и обеззараживания воды: /д.докт.наук. -Алматы, 2010