Автоматизация процесса биологической очистки промышленных сточных вод в аэротенке-вытеснителе
- Авторы: Баулин Е.С.1, Назаров М.А.1
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- Выпуск: Том 1 (2023)
- Страницы: 388-389
- Раздел: Вычислительная техника и автоматизация производственных процессов
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/418222
- ID: 418222
Цитировать
Полный текст
Аннотация
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.
Полный текст
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.
Об авторах
Евгений Сергеевич Баулин
Самарский государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: Besv10@yandex.ru
Максим Александрович Назаров
Самарский государственный технический университет
Email: nazarovm86@yandex.ru
Список литературы
- 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.
Дополнительные файлы
