Автоматизация процесса денитрификации при биологической очистке сточных вод

Full Text

Обоснование. Загрязнение водоемов сточными водами является одной из наиболее актуальных экологических проблем. Азот и фосфор входят в число основных биогенных элементов, содержащихся в сточных водах, которые интенсифицируют так называемый процесс «зацветания» водоемов, что приводит к сокращению численности гидробионтов и гибели рыбы [1]. Денитрификация является одной из стадий удаления биогенных элементов и представляет собой трансформацию нитрата в атмосферный азот под дей­ствием анаэробных микроорганизмов. Для его успешного осуществления необходимы контроль и управление множеством параметров в условиях значительной нестационарности характеристик процесса и наличия существенных нелинейностей [2]. Очевидно, что решение такой задачи невозможно без применения современных систем автоматизации, основу алгоритмов работы которых должно составлять математическое описание применяемого денитрификатора с учетом особенностей реализуемого варианта взаимодействия с сопутствующими технологическими установками.

Цели - разработка эффективных методов и средств управления процессом денитрификации в денитрификаторе-смесителе, повышающих эффективность удаления азота из сточных вод.

Методы. Рассмотрим процессы в денитрификаторе-смесителе при использовании технологической схемы биологической очистки сточных вод с предвключенной денитрификацией. Денитрификатор-смеситель представляет собой резервуар, вдоль одной из длинных сторон которого происходит равномерная подача сточных вод, поступающих на очистку, а также рециркуляционных потоков из нитрификатора (нитратный рецикл) и из вторичного отстойника (иловый рецикл). Вдоль противоположной длинной стороны резервуара происходит сбор обработанных стоков для подачи их в нитрификатор. Для поддержания ила во взвешенном состоянии в денитрификаторе устанавливаются необходимое количество мешалок.

На основании анализа технологии выделен объект управления, под которым понимаем процесс денитрификации сточных вод в денитрификаторе-смесителе. Принято, что выходной координатой является концентрация нитратов в денитрификаторе; управляющим воздействием — расход нитратного рецикла; возмущение — концентрация нитратов в потоке нитратного рецикла.

С учетом принятых допущений создано математическое описание процесса денитрификации стоков как объекта управления в виде системы дифференциальных уравнений, на основании которых построена структурная схема математической модели объекта управления, на основании которых построена структурная схема математической модели объекта управления. Проведен ряд вычислительных экспериментов и получены кривые переходных процессов в объекте управления, которые были аппроксимированы набором типовых динамических звеньев.

Результаты. Предложена функциональная схема САУ процессом денитрифкации, замкнутой по концентрации нитратов в денитрификаторе. С использованием полученных в результате аппроксимации передаточных функций произведена настройка И-регулятора. Оценка показателей качества работы САУ показала отсутствие статической ошибки, динамический провал составил 0,3 мг/л, время переходного процесса составило 0,83 часа.

Выводы. Создание и внедрение системы автоматического управления процессом денитрификации позволит, в отличие от существующих, повысить эффективность удаления азота из сточных вод.

About the authors

Самарский государственный технический университет

Email: david.muxetov@mail.ru

студент, группа М-94, строительно-технологический факультет

Russian Federation, Самара

Самарский государственный технический университет

Author for correspondence.
Email: nazarovm86@yandex.ru

научный руководитель, кандидат технических наук

Russian Federation, Самара

References

Supplementary files