Автоматизация процесса денитрификации при биологической очистке сточных вод
- Authors: 1, 1
-
Affiliations:
- Самарский государственный технический университет
- Issue: Vol 1 (2023)
- Pages: 392-393
- Section: Вычислительная техника и автоматизация производственных процессов
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/422533
- ID: 422533
Cite item
Full Text
Abstract
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.
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
Самарский государственный технический университет
Author for correspondence.
Email: nazarovm86@yandex.ru
References
- mosvodokanal.ru [Электронный ресурс]. Удаление биогенных элементов [дата обращения: 07.05.2023]. Доступ по: https://www.mosvodokanal.ru/sewerage/newtechnologies/nutrientsremoval.php
- Мешенгиссер Ю.М. Ретехнологизация сооружений очистки сточных вод. Москва: ООО «Издательский Дом «Вокруг света», 2012. 211 с.