Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

При подготовке питьевой воды зачастую в качестве одного из этапов обработки применяется её обеззараживание хлорсодержащими агентами [1–3]. В зависимости от загрязненности обрабатываемой воды вводится разная доза хлора [4, 5]. Важным условием является присутствие в воде остаточного свободного хлора на уровне 0,5–0,8 мг/дм3, что обеспечивает пролонгированность обеззараживающего действия хлора в системе трубопроводов, по которым вода подается потребителю [6, 7].

Материалы и методы исследования

Объектом исследования служит инфильтрационный водозабор (ИВ) г. Уфы. Использованы данные аналитического контроля концентраций ТГМ в речной и питьевой воде за период 1995–2013 гг. [5], данные по суточной подаче воды и количеству затраченного хлора за сутки на водозаборе ИВ.

При оценке данных использовались математические методы, позволяющие на основе экспериментальных данных моделировать суммарное содержание и отдельные компоненты ТГМ в питьевой воде.

Результаты исследования и их обсуждение

Характер изменения дозы хлора на ИВ свидетельствует о существенных колебаниях и тенденции роста этого показателя (рис. 1) [8].

Значения коэффициентов корреляции (Кк) между дозой хлора и концентрацией суммы ТГМ составляют 0,06, ХФ – 0,30, БДХ – –0,22 и ДБХ – –0,24. Причиной таких результатов представляется то обстоятельство, что в оба параметра (доза хлора и концентрация ТГМ) значительный вклад вносит случайная составляющая [5]. Так, например, при разложении временного ряда содержания хлороформа в резервуаре чистой воды ИВ методом сезонной декомпозиции выявлено, что случайная компонента составила 62,7 % [8]. Результаты аналогичной обработки данных по дозе хлора показали, что вклад случайной компоненты составляет 52,7 %.

Оценка расчетных концентраций компонентов ТГМ с помощью линейных уравнений зависимости «концентрация ТГМ – доза хлора» выявила среднюю относительную ошибку прогноза на уровне 60 % (табл. 1).

Полученные зависимости характеризуются низким значением коэффициента детерминации (R2 колеблется в пределах 0,011 до 0,101) (рис. 2).

В этой связи представляется целесообразным включить в обработку экспериментально полученных результатов этапы, связанные с усреднением или сглаживанием исходных данных. Наиболее простым математическим способом является вычисление средних значений.

Данные аналитического контроля позволяют рассчитать средние величины содержания ТГМ и их компонентов и доз хлора по месяцам за период 1995–2013 гг. (табл. 2).

Таблица 3

Параметры линейной зависимости вида у = k×ДCl + b «средняя месячная концентрация ТГМ – средняя месячная доза хлора»

Рис. 4. Зависимости «усредненная доза хлора – усредненная концентрация ТГМ и их компонентов»

При рассмотрении зависимостей усредненных концентраций доз хлора и компонентов ТГМ повышается значение коэффициента детерминации (до 0,67) (рис. 4).

Несмотря на возможность получения сравнительно удовлетворительных прогнозных значений ТГМ в зависимости от дозы хлора следует учитывать тот факт, что отношения отклонения от расчетных значений могут оказаться значительными. Например, отклонение прогнозной концентрации ХФ от расчетной в декабре 2006 г. составило более 150 %.

Можно предположить, что точность прогноза можно повысить за счет учета текущей концентрации компонентов ТГМ в период, непосредственно предшествующий прогнозируемому. Таким образом можно учесть, например, климатические изменения, которые в значительной степени влияют на качество воды водоисточника. Тогда расчет прогнозных концентраций можно провести по формуле

где Сn+1 – прогнозируемая концентрация ТГМ или компонента ТГМ;

ΣСфк – суммарное значение фактических концентраций ТГМ или компонента ТГМ за предыдущие k месяцев;

Сn – средняя многолетняя концентрация ТГМ или компонента ТГМ за предыдущий месяц;

ΣСк – сумма средних месячных значений (1995–2013 гг.) концентраций ТГМ или компонента ТГМ за предыдущие k месяцев.

Нами рассмотрены несколько периодов усреднения, равные 2, 4, 6 и 12 месяцев и проведена оценка относительных ошибок прогноза в каждом случае (табл. 4).

Таким образом, ориентировочно оценить содержание ТГМ и их компонентов в питьевой воде после хлорирования можно, используя в расчетах дозу хлора или исходя из концентрации ТГМ и его компонентов с учетом периодов, предшествующих прогнозируемому. Такой прогноз можно считать удовлетворительным, если учитывать тот факт, что точность анализа ТГМ и его компонентов составляет 26–42 %, т.е. сравнима с уровнем, достигаемым при прогнозе.

Заключение

Анализ возможности прогнозирования содержания ТГМ и их компонентов проведен с использованием дозы хлора, вводимой в воду для обеззараживания, или непосредственно по концентрации ТГМ и их компонентов, содержащиеся в различные по продолжительности периоды, предшествующие прогнозируемым значениям. Выявлена высокая сила связи между средними месячными значениями дозы хлора и суммарной концентрацией компонентов ТГМ. Относительная ошибка при прогнозировании ТГМ и его компонентов достигает в среднем 53,2 %. С учетом того, что точность аналитического определения ТГМ составляет 26–42 %, прогноз концентрации ТГМ и их компонентов следует считать удовлетворительным.