Автоматизация процесса биологической очистки промышленных сточных вод в аэротенке-вытеснителе
- 作者: 1, 1
-
隶属关系:
- Самарский государственный технический университет
- 期: 卷 1 (2023)
- 页面: 388-389
- 栏目: Вычислительная техника и автоматизация производственных процессов
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/418222
- ID: 418222
如何引用文章
全文:
详细
Обоснование. Решение проблем защиты окружающей среды является важной задачей. Водоемы — одна из основных категорий объектов, подверженных техногенным воздействиям. Часто функционирование очистных сооружений характеризуется значительной неравномерностью поступления сточных вод и существенными колебаниями в них концентрации загрязнителей [1]. После обработки такие стоки содержат загрязняющие вещества в концентрациях, превышающих допустимые значения, что нарушает процессы в сложившихся экосистемах.
Очистка сточных вод промышленного предприятия представляет собой сложный технологический процесс. Этап биологической очистки является одним из последних в технологической цепочке. На данной стадии происходит исключение органических загрязнений и биогенных веществ путем их переработки колониями бактерий и простейшими организмами [2, 3]. Существующие подходы к управлению этим процессом не позволяют достичь требуемых показателей качества очистки [3, 4], что приводит к загрязнению окружающей среды и необходимости выплаты штрафов, поэтому разработка системы управления биологической очисткой сточных вод, обеспечивающей стабилизацию показателей качества очистки после аэротенка до требуемых значений, является актуальным направлением исследований.
Цели - разработка эффективных методов и средств управления биологической очисткой сточных вод промышленного предприятия, обеспечивающих достижение установленных нормативными документами значений показателей загрязненности жидких отходов предприятия после аэротенка-вытеснителя.
Методы. На основании анализа технологии выделен объект управления, под которым понимаем процесс биологической очистки сточных вод в аэротенке-вытеснителе. Принято, что выходной координатой является концентрация загрязнителя после биологической очистки; управляющим воздействием — расход воздуха, подаваемого через аэраторы; возмущение — концентрация загрязнителя на входе в аэротенк. Сформулированы обоснованные допущения и упрощения, принимаемые при математическом моделировании процесса. Разработана расчетная схема процесса биологической очистки в аэротенке-смесителе как объекта управления с распределенными параметрами. С учетом принятых допущений создано математическое описание процесса биологической очистки стоков как объекта управления в виде уравнений в частных производных и их граничных условий. С помощью приложения Matlab PDE Toolbox найдено решение математической модели в виде переходных процессов как реакций объекта на управляющее и возмущающее воздействия.
Результаты. Предложена функциональная схема САУ биологической очисткой, замкнутая по концентрации загрязнителя на выходе аэротенка-вытеснителя, разработан алгоритм ее работы. Произведена настройка ПИ-регулятора. Оценка показателей качества работы САУ показала отсутствие статической ошибки, динамический выброс составил 3 мг/л, время переходного процесса составило 1,65 ч (рис. 1). В условиях допустимого 5 % отклонения от требуемой концентрации загрязнителя, составляющей 20 мг/л, на протяжении 1,5 ч будем наблюдать несоответствие концентрации загрязнителя в обработанных стоках.
Рис. 1. Переходный процесс в САУ биологической очисткой сточных вод: Cc и ΔCcд - концентрация загрязнителя после биологической очистки и допустимый диапазон ее отклонения, соответственно; t - время
Выводы. Разработанная САУ процессом биологической очистки промышленных сточных вод в аэротенке-вытеснителе имеет очевидные преимущества перед наиболее распространенными в настоящее время САУ, замкнутыми по концентрации растворенного кислорода. Ее внедрение позволит обеспечить достижение установленных нормативными документами значений показателей загрязненности жидких отходов предприятия.
全文:
Обоснование. Решение проблем защиты окружающей среды является важной задачей. Водоемы — одна из основных категорий объектов, подверженных техногенным воздействиям. Часто функционирование очистных сооружений характеризуется значительной неравномерностью поступления сточных вод и существенными колебаниями в них концентрации загрязнителей [1]. После обработки такие стоки содержат загрязняющие вещества в концентрациях, превышающих допустимые значения, что нарушает процессы в сложившихся экосистемах.
Очистка сточных вод промышленного предприятия представляет собой сложный технологический процесс. Этап биологической очистки является одним из последних в технологической цепочке. На данной стадии происходит исключение органических загрязнений и биогенных веществ путем их переработки колониями бактерий и простейшими организмами [2, 3]. Существующие подходы к управлению этим процессом не позволяют достичь требуемых показателей качества очистки [3, 4], что приводит к загрязнению окружающей среды и необходимости выплаты штрафов, поэтому разработка системы управления биологической очисткой сточных вод, обеспечивающей стабилизацию показателей качества очистки после аэротенка до требуемых значений, является актуальным направлением исследований.
Цели - разработка эффективных методов и средств управления биологической очисткой сточных вод промышленного предприятия, обеспечивающих достижение установленных нормативными документами значений показателей загрязненности жидких отходов предприятия после аэротенка-вытеснителя.
Методы. На основании анализа технологии выделен объект управления, под которым понимаем процесс биологической очистки сточных вод в аэротенке-вытеснителе. Принято, что выходной координатой является концентрация загрязнителя после биологической очистки; управляющим воздействием — расход воздуха, подаваемого через аэраторы; возмущение — концентрация загрязнителя на входе в аэротенк. Сформулированы обоснованные допущения и упрощения, принимаемые при математическом моделировании процесса. Разработана расчетная схема процесса биологической очистки в аэротенке-смесителе как объекта управления с распределенными параметрами. С учетом принятых допущений создано математическое описание процесса биологической очистки стоков как объекта управления в виде уравнений в частных производных и их граничных условий. С помощью приложения Matlab PDE Toolbox найдено решение математической модели в виде переходных процессов как реакций объекта на управляющее и возмущающее воздействия.
Результаты. Предложена функциональная схема САУ биологической очисткой, замкнутая по концентрации загрязнителя на выходе аэротенка-вытеснителя, разработан алгоритм ее работы. Произведена настройка ПИ-регулятора. Оценка показателей качества работы САУ показала отсутствие статической ошибки, динамический выброс составил 3 мг/л, время переходного процесса составило 1,65 ч (рис. 1). В условиях допустимого 5 % отклонения от требуемой концентрации загрязнителя, составляющей 20 мг/л, на протяжении 1,5 ч будем наблюдать несоответствие концентрации загрязнителя в обработанных стоках.
Рис. 1. Переходный процесс в САУ биологической очисткой сточных вод: Cc и ΔCcд - концентрация загрязнителя после биологической очистки и допустимый диапазон ее отклонения, соответственно; t - время
Выводы. Разработанная САУ процессом биологической очистки промышленных сточных вод в аэротенке-вытеснителе имеет очевидные преимущества перед наиболее распространенными в настоящее время САУ, замкнутыми по концентрации растворенного кислорода. Ее внедрение позволит обеспечить достижение установленных нормативными документами значений показателей загрязненности жидких отходов предприятия.
作者简介
Самарский государственный технический университет
编辑信件的主要联系方式.
Email: Besv10@yandex.ru
Самарский государственный технический университет
Email: nazarovm86@yandex.ru
参考
- Пушин Д.В., Назаров М.А. Динамическая модель биологической очистки сточных вод как объекта управления // Тезисы докладов II международной (XV региональной) научной конференции: «Техногенные системы и экологический риск». Обнинск: НИЯУ МИФИ, 2018. С. 65–66.
- Харькина О.В. Эффективная эксплуатация и расчет сооружений биологической очистки сточных вод. Волгоград: Панорама, 2015. 433 с.
- Мешенгиссер Ю.М. Ретехнологизация сооружений очистки сточных вод. Москва: ООО «Издательский Дом «Вокруг света», 2012. 211 с.
- Грудяева Е.К. Разработка и исследование математических моделей водоочистного комплекса с мембранным биореактором как объекта управления: дис. … канд. техн. наук. Москва, 2016. 259 с.
补充文件
