Αυτοματοποίηση μονάδων επεξεργασίας λυμάτων

Το εύρος των εργασιών αυτοματισμού σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση πρέπει να επιβεβαιώνεται από οικονομική απόδοση και υγειονομικό αποτέλεσμα.

Στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας μπορούν να αυτοματοποιηθούν τα ακόλουθα:

1. συσκευές και όργανα που καταγράφουν αλλαγές στις συνθήκες διεργασίας κατά την κανονική λειτουργία·
2. συσκευές και όργανα που παρέχουν εντοπισμό ατυχημάτων και διασφαλίζουν την άμεση εναλλαγή·
3. βοηθητικές διεργασίες στη λειτουργία κατασκευών, ειδικά για αντλιοστάσια (αντλίες πλήρωσης, άντληση νερού αποστράγγισης, εξαερισμός κ.λπ.).
4. εγκαταστάσεις απολύμανσης λυμάτων που έχουν υποστεί επεξεργασία.

Μαζί με μια ολοκληρωμένη λύση αυτοματισμού, συνιστάται η αυτοματοποίηση μεμονωμένων τεχνολογικών διεργασιών: διανομή λυμάτων μεταξύ των κατασκευών, ρύθμιση των επιπέδων βροχόπτωσης και λάσπης.

Ο μερικός αυτοματισμός στο μέλλον θα πρέπει να προβλέπει τη δυνατότητα μετάβασης σε ολοκληρωμένη αυτοματοποίηση ολόκληρου του τεχνολογικού κύκλου.

Η σχετικά μικρή εφαρμογή των αυτόματων μονάδων ελέγχου στην τεχνολογία επεξεργασίας λυμάτων στις επιχειρήσεις της βιομηχανίας τροφίμων εξηγείται από το γεγονός ότι οι περισσότερες μονάδες επεξεργασίας έχουν χαμηλή ή μέση παραγωγικότητα, λόγω της οποίας το κόστος κεφαλαίου για την αυτοματοποίηση εκφράζεται συχνά σε σημαντικά ποσά και δεν μπορεί να αντισταθμιστεί με αντίστοιχες εξοικονόμηση λειτουργικών εξόδων. Στο μέλλον, η αυτόματη δοσολογία των αντιδραστηρίων και η παρακολούθηση της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίας λυμάτων θα χρησιμοποιούνται ευρέως σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων.

Οι τεχνικές απαιτήσεις για την αυτοματοποίηση των διαδικασιών επεξεργασίας λυμάτων μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:

1. κάθε σύστημα αυτόματου ελέγχου πρέπει να επιτρέπει τον τοπικό έλεγχο μεμονωμένων μηχανισμών κατά την επιθεώρηση και την επισκευή τους·
2. πρέπει να αποκλειστεί η δυνατότητα ταυτόχρονου ελέγχου δύο μεθόδων (για παράδειγμα, αυτόματης και τοπικής).
3. η μεταφορά του συστήματος από τον χειροκίνητο έλεγχο στον αυτόματο έλεγχο δεν πρέπει να συνοδεύεται από τερματισμό λειτουργίας των μηχανισμών.
4. το αυτόματο κύκλωμα ελέγχου πρέπει να διασφαλίζει την κανονική ροή της τεχνολογικής διαδικασίας και να διασφαλίζει την αξιοπιστία και την ακρίβεια της εγκατάστασης·
5. κατά τη διάρκεια μιας κανονικής διακοπής λειτουργίας της μονάδας, το κύκλωμα αυτοματισμού πρέπει να είναι έτοιμο για την επόμενη αυτόματη εκκίνηση.
6. το παρεχόμενο κλείδωμα πρέπει να αποκλείει τη δυνατότητα αυτόματης ή απομακρυσμένης εκκίνησης μετά από διακοπή λειτουργίας έκτακτης ανάγκης της μονάδας.
7. Σε όλες τις περιπτώσεις διακοπής της κανονικής λειτουργίας μιας αυτοματοποιημένης εγκατάστασης, πρέπει να αποστέλλεται σήμα συναγερμού σε σταθμό με συνεχή λειτουργία.

1. αντλιοστάσια - κύριες μονάδες και αντλίες αποχέτευσης. ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ανάλογα με τη στάθμη του υγρού σε δεξαμενές και κοιλότητες, αυτόματη ενεργοποίηση όταν μια αντλία χαλάσει σε εφεδρική. δίνοντας ηχητικό σήμα σε περιπτώσεις βλάβης των αντλητικών μονάδων ή υπερχείλισης της στάθμης στη δεξαμενή λήψης.
2. λάκκους αποστράγγισης - συναγερμός επιπέδου έκτακτης ανάγκης.
3. βαλβίδες πίεσης των μονάδων άντλησης (κατά την εκκίνηση της μονάδας σε κλειστή βαλβίδα) - άνοιγμα και κλείσιμο, αλληλένδετες με τη λειτουργία των αντλιών.
4. μηχανικές τσουγκράνες - εργασία σύμφωνα με ένα δεδομένο πρόγραμμα.
5. ηλεκτρικές συσκευές θέρμανσης - ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ηλεκτρικών συσκευών θέρμανσης ανάλογα με τη θερμοκρασία δωματίου.
6. δεξαμενές υποδοχής αντλιοστασίων λάσπης - επαναιώρηση υγρών αποβλήτων.
7. αγωγοί πίεσης αντλιοστασίων λάσπης - άδειασμα μετά τη διακοπή των αντλιών.
8. κτιριακές σχάρες με μηχανικό καθαρισμό - ενεργοποίηση και απενεργοποίηση μηχανικών τσουγκράνων ανάλογα με τη διαφορά στα επίπεδα πριν και μετά τη σχάρα (φράξιμο του πλέγματος) ή σύμφωνα με χρονοδιάγραμμα.
9. παγίδες άμμου - ενεργοποίηση του υδραυλικού ανελκυστήρα για άντληση άμμου σύμφωνα με χρονοδιάγραμμα ή ανάλογα με το επίπεδο άμμου, διατηρώντας αυτόματα σταθερό ρυθμό ροής.
10. δεξαμενές καθίζησης, δεξαμενές επαφής - απελευθέρωση (άντληση) λάσπης (ιζήματος) σύμφωνα με χρονοδιάγραμμα ή ανάλογα με τη στάθμη της λάσπης. λειτουργία μηχανισμών ξύστρας σύμφωνα με χρονοδιάγραμμα ή ανάλογα με τη στάθμη της λάσπης. άνοιγμα της υδραυλικής βαλβίδας κατά την εκκίνηση του κινητού δοκού ξύστρας.
11. Σταθμοί εξουδετέρωσης λυμάτων, σταθμοί χλωρίωσης με βάση τον ακανθώδες ασβέστη - δοσομέτρηση του αντιδραστηρίου ανάλογα με τη ροή των λυμάτων.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των λυμάτων από τις επιχειρήσεις της βιομηχανίας τροφίμων είναι η έλλειψη προτύπων αζώτου και φωσφόρου για βιοχημικές διεργασίες.

Επομένως, υπάρχει ανάγκη προσθήκης στοιχείων που λείπουν με τη μορφή θρεπτικών συστατικών.

Η εφαρμογή προσθέτων σχετίζεται με τη δυσκολία προσαρμογής της ποσότητας των προσθέτων ανάλογα με το μέγεθος της εισροής λυμάτων και τους ρύπους. Λαμβάνοντας υπόψη τη μεταβαλλόμενη ροή των λυμάτων, η δοσολογία των θρεπτικών ουσιών είναι ιδιαίτερα δύσκολη, επομένως, για τη μέτρηση της ροής των λυμάτων, το Ινστιτούτο Soyuzvodokanalproekt έχει αναπτύξει ένα σχέδιο αυτοματισμού στο οποίο διαφράγματα και πλωτήρες υποδεικνύουν μετρητές διαφορικής πίεσης τύπου DEMP-280 με επαγωγή χρησιμοποιούνται αισθητήρες.

Οι παλμοί από το διαφορικό μανόμετρο μεταδίδονται στον ηλεκτρονικό ρυθμιστή αναλογίας ERS-67, ο οποίος, χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρικό ενεργοποιητή τύπου MG, που ενεργεί στη βαλβίδα ελέγχου, φέρνει την κατανάλωση θρεπτικών συστατικών σύμφωνα με το μέγεθος της εισροής λυμάτων. Σε αυτήν την περίπτωση, η απαραίτητη υπολογισμένη αναλογία μεταξύ της κατανάλωσης λυμάτων και θρεπτικών ουσιών ορίζεται στον ρυθμιστή ανάλογα με τη μεταβολή της συγκέντρωσης των ρύπων στα λύματα που εισέρχονται στη μονάδα επεξεργασίας.

Epov A.N. Ch. Τεχνικός Ειδικός

Kanunnikova M.A. Ph.D. τεχν. επιστήμες,
Διευθυντής Ύδρευσης
και διάθεση νερού" LLC "Domkopstroy"

Το πιο περίπλοκο σύστημα ελέγχου στην επεξεργασία λυμάτων είναι η διαχείριση εγκαταστάσεων βιοαποκατάστασης για την απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου. Σε αντίθεση με την έναρξη της εισαγωγής αυτών των τεχνολογιών στη Ρωσία στα μέσα της δεκαετίας του '90, τώρα για την εφαρμογή αυτού του συστήματος υπάρχει μια ευρεία επιλογή αξιόπιστων αισθητήρων και ελεγκτών που επιτρέπουν την εφαρμογή σχεδόν οποιωνδήποτε ιδεών για τον αυτοματισμό του ελέγχου διαδικασίας. Χάρη στον σύγχρονο εξοπλισμό, τα κύρια προβλήματα στη δημιουργία συστημάτων ελέγχου για τη διαδικασία βιολογικής επεξεργασίας με τη συνδυασμένη αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου έχουν λυθεί σε μεγάλο βαθμό. Από την άλλη πλευρά, ο καθορισμός της διαμόρφωσης ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου διεργασιών για τέτοιες τεχνολογίες στη σχεδιαστική πρακτική εξακολουθεί να αποτελεί πρόβλημα και αντικείμενο κοινής δημιουργικότητας μεταξύ του σχεδιαστή-τεχνολόγου, του σχεδιαστή του αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου και των ειδικών πελατών. Η απόφαση για τη διαμόρφωση και τον όγκο του συστήματος ελέγχου διεργασιών για σύγχρονες εγκαταστάσεις βιολογικού καθαρισμού λαμβάνεται ξεχωριστά για κάθε συγκεκριμένο έργο. Η ανάλυση των έργων δείχνει ότι τα συστήματα ελέγχου έχουν σχεδιαστεί τόσο με υπερβολική πολυπλοκότητα όσο και με ανεπαρκή εξοπλισμό για την υποστήριξη της τεχνολογικής διαδικασίας.

Στις πρώτες εκδόσεις του SNiP για τις τεχνολογίες που υιοθετήθηκαν εκείνα τα χρόνια, υπήρχαν βασικές συστάσεις σχετικά με τον όγκο και τη διαμόρφωση των αυτοματοποιημένων συστημάτων ελέγχου διεργασιών. Φυσικά, είναι πλέον πολύ ξεπερασμένα για την αυτοματοποίηση των διεργασιών του βιοδιυλιστηρίου. Είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η τυπική σύνθεση του αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου διεργασιών για σύγχρονες μονάδες επεξεργασίας λυμάτων και να αποφευχθούν έτσι σφάλματα ήδη στο αρχικό στάδιο της ανάπτυξης του έργου; Στην ξένη πρακτική, η εμπειρία δεκάδων σταθμών λειτουργίας χρησιμοποιείται για την υλοποίηση τέτοιων αποφάσεων. Αυτή η προσέγγιση απαιτεί σημαντική επένδυση στην επιστημονική ανάλυση κατά τη λειτουργία μονάδων επεξεργασίας λυμάτων με βιολογική αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου. Στη Ρωσία, ο αριθμός των εγκαταστάσεων που κατασκευάζονται με χρήση σύγχρονων τεχνολογιών βιοδιυλιστηρίων είναι σημαντικά μικρότερος από ό,τι στην Ευρώπη και σε ορισμένες άλλες χώρες. Δεν υπάρχει στοχευμένη χρηματοδότηση για τη μελέτη της δουλειάς τους, κάτι που μας αναγκάζει να αναζητήσουμε άλλους τρόπους για να αναπτύξουμε βέλτιστες λύσεις.

Η καλύτερη επιλογή για την υλοποίηση τέτοιων εργασιών είναι η μαθηματική μοντελοποίηση των διαδικασιών επεξεργασίας λυμάτων και τα αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου διεργασιών. Η χρήση αυτής της μεθόδου σχεδιασμού που βασίζεται στο πακέτο λογισμικού GPS-X για την κοινή λειτουργία του συστήματος αυτοματισμού και των εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων κατά την υλοποίηση έργων επιτρέπει τη λεπτομερή ανάπτυξη του συστήματος, μειώνει τον χρόνο θέσης σε λειτουργία και αυξάνει την απόδοση του συστήματος ελέγχου διεργασιών . Αυτή είναι η πιο προοδευτική και αποτελεσματική μέθοδος με την οποία μπορείτε να αναλύσετε την απόδοση και την επάρκεια των προτεινόμενων λύσεων, να προσδιορίσετε την τοποθέτηση των αισθητήρων χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο προσομοίωσης, να επιλέξετε τη βέλτιστη επιλογή κυκλώματος και να δημιουργήσετε έναν αλγόριθμο ελέγχου.

Η μαθηματική μοντελοποίηση έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη Ρωσία τα τελευταία 10 χρόνια. Χρησιμοποιώντας το πακέτο λογισμικού GPS-X, με τη συμμετοχή των συγγραφέων, πραγματοποιήθηκαν εργασίες σχεδιασμού και ανάλυσης της λειτουργίας περισσότερων από 20 σταθμών επεξεργασίας λυμάτων συνολικής δυναμικότητας άνω των 6 εκατομμυρίων m3/ημέρα.

Η συσσωρευμένη εμπειρία στην εφαρμογή αυτών των μεθόδων για τον υπολογισμό των δομών με χρήση μαθηματικών μοντελοποιήσεων και ανάλυση των αποτελεσμάτων μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε τη σύνθεση και τα προτιμώμενα σχήματα ελέγχου για τις διαδικασίες βιολογικής επεξεργασίας και επεξεργασίας λάσπης.

Σκοπός, μέθοδος και βασικοί κανόνες διαχείρισης

Κατά την ανάπτυξη τυποποιημένων λύσεων για ένα σύστημα ελέγχου διεργασιών για βιολογική επεξεργασία, οι στόχοι διαχείρισης και οι μέθοδοι εφαρμογής θα πρέπει να διαχωρίζονται.

Ο στόχος της διοίκησης είναι να διατηρήσει έναν συγκεκριμένο δείκτη σε ένα δεδομένο επίπεδο ή σε ένα δεδομένο εύρος. Ο στόχος υπαγορεύεται από τη βιολογία της διαδικασίας, τις απαιτήσεις για καθαρό νερό και τα οικονομικά του.

Η μέθοδος υλοποίησης είναι πώς και πού να μετρηθεί μια δεδομένη τιμή και ποιες τεχνολογικές επιρροές να υποστηριχθούν. Η μέθοδος καθορίζεται από το σχεδιασμό της διαδικασίας.

Οι βασικοί στόχοι διαχείρισης για την υποστήριξη της συνδυασμένης βιολογικής διαδικασίας αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου διατυπώθηκαν πλήρως στον Οδηγό Σχεδιασμού και Λειτουργίας της Μονάδας Αφαίρεσης Βιολογικού Φωσφόρου του 2002. Αυτές οι συστάσεις χρησιμοποιήθηκαν ως βάση για τη μαθηματική μοντελοποίηση συστημάτων ελέγχου για σταθμούς με βιολογική αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου. Η ανάλυση των ολοκληρωμένων εργασιών μοντελοποίησης μας επιτρέπει να καθορίσουμε τους βασικούς κανόνες, η τήρηση των οποίων διασφαλίζει την παραγωγή συστημάτων ελέγχου διεργασιών που είναι βέλτιστα σε διαμόρφωση.

Κανόνας Νο. 1 - για σταθερή απομάκρυνση του φωσφόρου, είναι απαραίτητος ο έλεγχος της διαδικασίας αφαίρεσης αζώτου. Στόχοι ελέγχου:

προστασία της αναερόβιας ζώνης από νιτρικά άλατα.

αφαιρέστε το νιτρικό άζωτο όσο το δυνατόν περισσότερο, εξασφαλίζοντας συνδυασμένη απονιτροποίηση και αποφωσφάτωση.

Αυτός ο κανόνας βασίζεται στη χρήση οργανικής ύλης που οξειδώνεται εύκολα από μικροοργανισμούς που συσσωρεύονται φωσφορικά (PAO) και ετερότροφους υπό αναερόβιες και ανοξικές συνθήκες.

Σύγχρονες ιδέες σχετικά με τη βιοχημεία της διαδικασίας χρήσης οργανικής ύλης που οξειδώνεται εύκολα και την ενέργεια των πολυφωσφορικών δεσμών υπό αναερόβιες και ανοξικές συνθήκες, που χρησιμοποιούνται σε σύγχρονα μαθηματικά μοντέλα, παρουσιάζονται στο Σχ. 1.

Ζυμώσιμες, εύκολα οξειδώσιμες ουσίες (διαλυμένο βιο-οξειδώσιμο COD) υπό αναερόβιες συνθήκες υδρολύονται για να παράγουν πτητικά λιπαρά οξέα (VFA), ενώ οι προαιρετικοί αερόβιοι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται μέσω υδρόλυσης και οξίνισης. Τα VFA (οξικά και προπιονικά) που παράγονται ως αποτέλεσμα της υδρόλυσης και υπάρχουν στο νερό χρησιμοποιούνται από τον FAO για τη συσσώρευση ενός εσωτερικού αποθέματος θρεπτικών ουσιών με τη μορφή βιοπολυμερών PHA. Για να εξισορροπηθεί ο βαθμός οξείδωσης των χρησιμοποιημένων VFA και των αποθηκευμένων υποστρωμάτων, χρησιμοποιείται γλυκογόνο. Ως πηγή ενέργειας - μακροενεργητικοί δεσμοί σε πολυφωσφορικά. Σε αυτή τη διαδικασία, χρησιμοποιείται μέγιστο VFA, συσσωρεύεται μέγιστο PHA και απελευθερώνονται μέγιστα πολυφωσφορικά.

Παρουσία δεσμευμένου οξυγόνου σε νιτρώδη και νιτρικά άλατα, η ζυμώσιμη οργανική ύλη και μέρος του VFA χρησιμοποιούνται από ετερότροφους μικροοργανισμούς στη διαδικασία της απονιτροποίησης. Οι μικροοργανισμοί FAO αλληλεπιδρούν επίσης με VFAs, αλλά αντί να χρησιμοποιούν γλυκογόνο και πολυφωσφορική ενέργεια, μερικά από τα VFA οξειδώνονται χρησιμοποιώντας δεσμευμένο οξυγόνο.

Ως αποτέλεσμα, η συσσώρευση αποθηκευμένων βιοπολυμερών από μικροοργανισμούς FAO και η απελευθέρωση φωσφόρου στην αναερόβια ζώνη μειώνονται απότομα. Εξαιτίας αυτού, η αποτελεσματικότητα της απομάκρυνσης του φωσφόρου μειώνεται σημαντικά - υπάρχει λιγότερο υπόστρωμα για την ανάπτυξη του FAO παρουσία οξυγόνου και δεν χρειάζεται να αποκατασταθεί η συγκέντρωση των πολυφωσφορικών στα κύτταρά τους.

Όταν τα νιτρικά και τα νιτρώδη άλατα εισέρχονται στην αναερόβια ζώνη, εμφανίζονται πρώτα διεργασίες χαρακτηριστικές των ανοξικών συνθηκών και, στη συνέχεια, όταν η συγκέντρωση του δεσμευμένου οξυγόνου μειώνεται στο ελάχιστο, συμβαίνουν διεργασίες χαρακτηριστικές των αναερόβιων συνθηκών. Έτσι, η αποτελεσματικότητα της συσσώρευσης των αποθηκευμένων βιοπολυμερών και η απελευθέρωση του φωσφόρου εξαρτώνται από την αναλογία της μάζας των εισερχόμενων που οξειδώνονται εύκολα
ουσίες και τη μάζα του εισερχόμενου δεσμευμένου οξυγόνου.

Αυτό επιβεβαιώνεται καλά από τα δεδομένα που ελήφθησαν κατά την εξέταση και τη μοντελοποίηση των σταθμών επεξεργασίας αστικών λυμάτων στο Γιακούτσκ (Εικ. 2). Η μάζα του εισερχόμενου δεσμευμένου οξυγόνου είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση νιτρικών στο τέλος της ζώνης απονιτροποίησης, από όπου η ιλύς ανακυκλώνεται στην αναερόβια ζώνη. Ο περιορισμός της συγκέντρωσης των νιτρικών που εισέρχονται στην αναερόβια ζώνη σε επίπεδο περίπου 1 mg/l καθιστά δυνατή την επίτευξη υψηλής απελευθέρωσης φωσφόρου σε αυτήν. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η απονιτροποίηση σε αυτό το επίπεδο συμβαίνει χωρίς να μειώνεται ο ρυθμός της διαδικασίας.

Κανόνας Νο. 2 - ο ποιοτικός έλεγχος του καθαρισμένου νερού πραγματοποιείται σύμφωνα με τη συγκέντρωση αζώτου αμμωνίας. Για τον έλεγχο της νιτροποίησης, είναι απαραίτητες οι βέλτιστες συνθήκες οξυγόνου και η ηλικία της λάσπης.

Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου και η συγκέντρωση του αζώτου αμμωνίου, μαζί με οργανικούς και ανόργανους αναστολείς, έχουν καθοριστική επίδραση στον ρυθμό ανάπτυξης των νιτροποιητικών μικροοργανισμών τόσο στην πρώτη όσο και στη δεύτερη φάση της νιτροποίησης.
Η παρακολούθηση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου είναι η πιο κοινή παράμετρος κατά την κατασκευή συστημάτων ελέγχου διαδικασίας. Στόχοι ελέγχου:

εξασφάλιση του απαιτούμενου βάθους καθαρισμού για BOD και άζωτο αμμωνίου.

αποφύγετε τη σπατάλη ενέργειας στον αερισμό.

Η βέλτιστη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου για τη διαδικασία νιτροποίησης προσδιορίστηκε τόσο από βιβλιογραφικά δεδομένα όσο και πειραματικά - Εικ. 3. Σε όλες τις περιπτώσεις, η αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου πάνω από τη βέλτιστη δεν οδηγεί σε βελτίωση της νιτροποίησης, αλλά προκαλεί μόνο υπερβολική κατανάλωση αέρα.

Η ηλικία της λάσπης είναι βασικός παράγοντας σε όλες τις μεθόδους σχεδιασμού για εγκαταστάσεις βιολογικής απομάκρυνσης αζώτου και φωσφόρου και στη λειτουργία των εγκαταστάσεων.

Τα σύγχρονα μοντέλα διακρίνουν τους ακόλουθους δείκτες ηλικίας λάσπης:

Αερόβια ηλικία της λάσπης - αυτή η τιμή καθορίζει τους επιτρεπόμενους ρυθμούς ανάπτυξης των μικροοργανισμών νιτροποίησης της πρώτης και της δεύτερης φάσης.
Ορίζεται ως η αναλογία της μάζας της ιλύος υπό αερόβιες συνθήκες προς τη μάζα της λάσπης που αφαιρείται από τις κατασκευές. Οι χαμηλότερες τιμές ηλικίας γίνονται δεκτές σε συγκεντρώσεις αζώτου αμμωνίου 1 mg/l απουσία αυστηρής τυποποίησης για τα νιτρώδη. Για να επιτευχθεί βαθύτερη νιτροποίηση, γίνονται αποδεκτές υψηλότερες τιμές ηλικίας ιλύος. Επίσης, αύξηση ή μείωση της ηλικίας της λάσπης σχετίζεται με αλλαγές στη θερμοκρασία του αγωγού και με την παρουσία αναστολέων νιτροποίησης. Στο Σχ. Το Σχήμα 4 δείχνει την εξάρτηση της αερόβιας ηλικίας της λάσπης από τη θερμοκρασία κατά την πλήρη νιτροποίηση, καθώς και την ηλικία της λάσπης που απαιτείται για την έναρξη της διαδικασίας νιτροποίησης σε δεξαμενές αερισμού.

Η αναερόβια ηλικία της λάσπης είναι υπεύθυνη για την ανάπτυξη μικροοργανισμών υδρόλυσης και οξίνισης που συμβαίνουν υπό αναερόβιες συνθήκες. Ανάλογα με την ανάγκη λήψης πρόσθετων VFAs στην αναερόβια ζώνη, η ηλικία της αναερόβιας ιλύος κυμαίνεται από 1 έως 3 ημέρες. Ορίζεται ως ο λόγος της μάζας της ιλύος στην αναερόβια ζώνη προς τη συνολική μάζα της ιλύος που αφαιρείται.

Η γενική ηλικία της λάσπης καθορίζει την αναλογία των ειδών βιομάζας στη βιοκένωση και το βάθος αυτοοξείδωσης της λάσπης. Η συνολική ηλικία της λάσπης προσδιορίζεται ως ο λόγος της μάζας της λάσπης σε όλες τις ζώνες της δεξαμενής αερισμού (αναερόβια, ανοξικά και αερόβια) προς τη μάζα της λάσπης που απομακρύνεται με την ανάπτυξη. Σε κάθε περίπτωση, υπάρχει μια βέλτιστη ηλικία λάσπης στη διαδικασία. Η μείωση της συνολικής ηλικίας της ιλύος δεν επιτρέπει τη λήψη βέλτιστων αερόβιων και αναερόβιων ηλικιών ιλύος και τη διεξαγωγή διαδικασιών απονιτροποίησης. Η αύξηση της ηλικίας οδηγεί στην ανάπτυξη διεργασιών αυτόλυσης λάσπης και σε μείωση της αποτελεσματικότητας της απομάκρυνσης του φωσφόρου (Εικ. 5 και Εικ. 6).

Προτεραιότητα στόχων διαχείρισης

Εφόσον οι εξεταζόμενοι στόχοι ελέγχου ενδέχεται να έρχονται σε σύγκρουση μεταξύ τους κατά τη λειτουργία μιας συγκεκριμένης εγκατάστασης, πρέπει να καθορίζονται προτεραιότητες κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος ελέγχου.

Η προτεραιότητα των στόχων διαχείρισης φαίνεται στο Σχ. 7 και εξηγείται ως εξής:

. Η αποκατάσταση της νιτροποίησης σχετίζεται με την ανάπτυξη νιτροποιητών και μπορεί να διαρκέσει έως και δύο εβδομάδες. Οι ενέργειες του συστήματος διαχείρισης δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια μικροοργανισμών νιτροποίησης. Στην ξένη πρακτική, συμπεριλαμβανομένων των συστάσεων για τον υπολογισμό των δεξαμενών αερισμού ATV υπό δυσμενείς συνθήκες (για παράδειγμα, εποχιακή μείωση της θερμοκρασίας των λυμάτων), συνιστάται να προβλεφθεί η δυνατότητα αύξησης του αερόβιου όγκου των δεξαμενών αερισμού λόγω της ζώνης απονιτροποίησης.
. Η αποκατάσταση της απονιτροποίησης σχετίζεται με την αναδιάρθρωση του ενζυματικού συστήματος και διαρκεί από αρκετά λεπτά (μετάβαση σε άλλο ένζυμο στην αναπνευστική αλυσίδα) έως αρκετές ώρες (σύνθεση ενζύμου). Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι εάν η απονιτροποίηση διαταραχθεί ή ο χρόνος είναι ανεπαρκής, η συγκέντρωση των νιτρικών αλάτων στο καθαρό νερό αυξάνεται.
Η συγκέντρωση αζώτου και νιτρικών αλάτων στο καθαρό νερό μπορεί να προσαρμοστεί τεχνολογικά μόνο με την παρουσία ειδικών εγκαταστάσεων μετεπεξεργασίας. Επομένως, εάν είναι απαραίτητο, κάτω από δυσμενείς συνθήκες είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί μέρος ή ολόκληρη η αναερόβια ζώνη της δεξαμενής αερισμού για απονιτροποίηση.
. η αποκατάσταση της απομάκρυνσης του φωσφόρου συνδέεται τόσο με την αναδιάρθρωση του ενζυματικού συστήματος όσο και με την ανάπτυξη του FAO. Η αποκατάσταση της διαδικασίας διαρκεί από αρκετά λεπτά (εναλλαγή στο ενζυματικό σύστημα) έως μία ημέρα (αύξηση της συγκέντρωσης του PAO στη βιοκένωση). Η συγκέντρωση του φωσφόρου ρυθμίζεται εύκολα από το αντιδραστήριο τόσο στο στάδιο της βιολογικής επεξεργασίας όσο και κατά τη διάρκεια της μετα-επεξεργασίας, επομένως η προσωρινή απώλεια της αποτελεσματικότητας αποφωσφάτωσης κατά τον έλεγχο της δόσης του αντιδραστηρίου δεν οδηγεί σε υποβάθμιση της ποιότητας του καθαρισμένου νερού.

Μέθοδοι υλοποίησης ελέγχου

Ας εξετάσουμε ποιες μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εφαρμογή ενός συστήματος ελέγχου που επιτυγχάνει τους καθορισμένους στόχους, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός συστήματος βιολογικής επεξεργασίας λυμάτων χρησιμοποιώντας τη διαδικασία UCT.

Στο Σχ. Το σχήμα 8 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα της διαδικασίας UCT στην πληρέστερη εφαρμογή της, συμπεριλαμβανομένης μιας αναερόβιας ζώνης, μιας ανοξικής ζώνης, μιας ζώνης με μεταβλητό καθεστώς (μπορούν να διατηρηθούν διάφορες συνθήκες - αερόβιος, ανοξικός ή περιοδικός αερισμός), μια αερόβια ζώνη και δευτερεύουσα δεξαμενή καθίζησης. Ο πρώτος στόχος είναι να περιοριστεί η μάζα των νιτρικών αλάτων του αζώτου (και των νιτρωδών) Q2CNO3 έτσι ώστε να είναι σημαντικά μικρότερη από τη μάζα της εισερχόμενης οργανικής ύλης Q1C1. Το κύριο πρόβλημα σε αυτή την περίπτωση είναι το ερώτημα πώς να μετρηθεί αυτή η αναλογία. Εδώ, με την πρώτη ματιά, προτείνονται δύο επιλογές:
1) Μετρήστε τις συγκεντρώσεις εισερχόμενου αζώτου, νιτρικών αλάτων και διαλυμένων οργανικών ή διαλυμένων βιοοξειδώσιμων ουσιών. Για την εφαρμογή αυτής της προσέγγισης, θα είναι απαραίτητο να μετρηθούν δύο ρυθμοί ροής, η συγκέντρωση νιτρικού αζώτου και η συγκέντρωση διαλυμένης οργανικής ύλης, με χημικές ή βιοχημικές μεθόδους. Μια τέτοια μέτρηση είναι δυνατή, αλλά το σύστημα θα είναι αρκετά περίπλοκο και ακριβό.
2) Εφόσον περιορίζουμε την επίδραση του αζώτου και των νιτρικών, μετρήστε τη συγκέντρωσή τους στην αναερόβια ζώνη. Εδώ πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι σε χαμηλές συγκεντρώσεις νιτρικού αζώτου, αποτελεί περιοριστικό παράγοντα στη διαδικασία απονιτροποίησης (ως δέκτης ηλεκτρονίων, παρόμοιος με το οξυγόνο στις αερόβιες διεργασίες). Κατά συνέπεια, η συγκέντρωση υπολειπόμενου αζώτου των νιτρικών θα υπακούει στην εξίσωση Monod. Εκείνοι. σε χαμηλές συγκεντρώσεις αζώτου, τα νιτρικά πρακτικά δεν απομακρύνονται λόγω μείωσης του ρυθμού αντίδρασης. Ως αποτέλεσμα, σε χαμηλές συγκεντρώσεις (σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης - λιγότερο από 0,1 mg/l) νιτρικού αζώτου στην αναερόβια ζώνη, είναι δυνατές δύο επιλογές:
. χαμηλή συγκέντρωση επιτεύχθηκε ως αποτέλεσμα της εισόδου της μικρής μάζας νιτρικών αζώτου στην αναερόβια ζώνη.
. η χαμηλή συγκέντρωση επιτυγχάνεται ως αποτέλεσμα της απομάκρυνσης αζώτου και νιτρικών αλάτων σε αναερόβιο περιβάλλον.

Έτσι, η μέτρηση δεν θα είναι ευαίσθητη.

Στην καθοδήγηση για το σχεδιασμό και τη λειτουργία των μονάδων βιολογικής αφαίρεσης φωσφόρου σημειώνεται ότι κατά την παρακολούθηση της αφαίρεσης αζώτου, μια χρήσιμη μέτρηση είναι η μέτρηση του δυναμικού οξειδοαναγωγής Eh. Η τιμή του Eh (σε σταθερό pH) προσδιορίζεται από την ισορροπία των οξειδωτικών και των αναγωγικών παραγόντων στο διάλυμα, δηλ. την ικανότητα αποδοχής ή δωρεάς ηλεκτρονίων, καθώς και τη φύση του οξειδωτικού και του αναγωγικού παράγοντα. Η τιμή του Eh πέφτει σημαντικά όταν οι οξειδωτικοί παράγοντες αλλάζουν με την εξής σειρά - διαλυμένο οξυγόνο - νιτρώδη και νιτρικά - θειικά. Έτσι, η χρήση του αισθητήρα Eh καθιστά δυνατή την αξιολόγηση του ρόλου των νιτρωδών και νιτρικών αλάτων στις διεργασίες που συμβαίνουν στην αναερόβια ζώνη και της αναλογίας οξειδωτικού και οργανικής ύλης.

Επομένως, η χρήση του Eh για τον έλεγχο της αναερόβιας ζώνης είναι μια αρκετά απλή και αξιόπιστη μέθοδος.

Προκειμένου να διατηρηθεί η βέλτιστη τιμή του Eh, στην υπό εξέταση τεχνολογία είναι δυνατός ο έλεγχος του ρυθμού ροής Q2 και της συγκέντρωσης των νιτρικών CNO3.

Ο έλεγχος ροής υλοποιείται πολύ απλά μέσω της χρήσης μιας αντλίας που χρησιμοποιεί ελεγκτές συχνότητας και χρησιμοποιείται γενικά σε όλα τα σχήματα με διεργασίες που βασίζονται σε UCT, ωστόσο αυτό επηρεάζει το εύρος ελέγχου (περιορίζεται στο ±30%). Είναι λιγότερο παράλογο να μειωθεί ο ρυθμός ροής ανακύκλωσης, καθώς αυτό έρχεται σε αντίθεση με το κύριο καθήκον αυτής της ανακύκλωσης - την παροχή ενεργοποιημένης ιλύος στην αναερόβια ζώνη. Η αύξηση της περισσότερο δεν είναι επίσης πρακτική, καθώς με την αύξηση του ρυθμού ροής όχι μόνο αυξάνεται η μάζα της παρεχόμενης λάσπης, αλλά μειώνεται και ο χρόνος που δαπανάται στην αναερόβια ζώνη.

Για τον έλεγχο της συγκέντρωσης των νιτρικών CNO3, υπάρχουν διάφορες επιλογές. Η πρώτη επιλογή είναι ο έλεγχος της μάζας του εισερχόμενου αζώτου στην έξοδο Q4CNO3 ανακύκλωσης απονιτροποίησης αλλάζοντας τον ρυθμό ροής του Q4. Αυτή η αρχή ελέγχου είναι η πιο εύκολη εφαρμογή - η συγκέντρωση νιτρικών μετράται απευθείας στο τέλος της ζώνης απονιτροποίησης και η αντλία ρυθμίζεται από έναν ελεγκτή συχνότητας. Ο έλεγχος αυτής της ανακύκλωσης χρησιμοποιείται στα περισσότερα σχήματα με αφαίρεση αζώτου και συνδυασμένη αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου. Η ρύθμιση αυτής της ανακύκλωσης περιορίζεται τεχνικά από τις δυνατότητες κοινής λειτουργίας της αντλίας και του ρυθμιστή συχνότητας και τεχνολογικά με την επίτευξη της απαιτούμενης συγκέντρωσης νιτρικών αλάτων στο καθαρό νερό.

Ομοίως, η μάζα του εισερχόμενου αζώτου Q3CNO3 μπορεί να ελεγχθεί αλλάζοντας την ταχύτητα ροής του Q3. Αυτός ο τύπος ελέγχου είναι πιο περίπλοκος, καθώς, κατά κανόνα, η ροή της λάσπης επιστροφής ρυθμίζεται όχι από αντλία, αλλά από φράγματα στους θαλάμους λάσπης επιστροφής και η αντλία ρυθμίζεται δευτερευόντως από τη στάθμη στη δεξαμενή. Επίσης, αυτός ο τύπος ρύθμισης περιορίζεται τεχνικά αυξάνοντας το επίπεδο λάσπης στη δευτερεύουσα δεξαμενή καθίζησης LeSL (βλ. Εικ. 8) με ταυτόχρονη μείωση του ρυθμού ροής ανακύκλωσης. Αυτή η ρύθμιση εφαρμόζεται σε τεχνολογικά σχήματα που δημιουργούνται με βάση τη διαδικασία MUCT4 - με την κατανομή μιας ξεχωριστής ζώνης για την απονιτροποίηση της επιστρεφόμενης λάσπης. Σε αυτή την περίπτωση, είναι επιθυμητό να παρακολουθείται το επίπεδο της λάσπης σε δεξαμενές δευτερεύουσας καθίζησης.

Μια άλλη επιλογή για τον έλεγχο της μάζας του αζώτου που εισέρχεται στην έξοδο του απονιτρωτή (Q3 + Q4)∙CNO3 είναι ο έλεγχος της συγκέντρωσης του νιτρικού αζώτου στο καθαρισμένο νερό. Αυτή η μέθοδος ελέγχου χρησιμοποιείται, κατά κανόνα, σε συνδυασμό με τη ρύθμιση του ρυθμού ροής ανακύκλωσης απονιτροποίησης, παρουσία ζωνών με μεταβλητά καθεστώτα. Ο ρυθμός ροής αέρα Qair1 χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της απονιτροποίησης σε ζώνες μεταβλητής λειτουργίας.

Η μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου στο επίπεδο της ταυτόχρονης απονιτροποίησης νιτριδίου ή η περιοδική διακοπή της παροχής αέρα συμβαίνει πάντα με ανάδραση στη συγκέντρωση του αζώτου αμμωνίου NH4, ώστε να μην διαταραχθεί η διαδικασία νιτροποίησης. Στην περίπτωση αυτή πρέπει να γίνει τροποποίηση στον υπολογισμό της αερόβιας ηλικίας.

Για ζώνες με περιοδικό αερισμό, η αερόβια ηλικία υπολογίζεται ως:

όπου TA/TD είναι ο λόγος αερισμού και χρόνου απονιτροποίησης.
W είναι ο όγκος της ζώνης της δεξαμενής αερισμού, m3.
ai - δόση λάσπης, g/l;
ar είναι η δόση της λάσπης στη λάσπη επιστροφής, g/l.
qi - κατανάλωση περίσσειας λάσπης, m3/ημέρα.

Δεξαμενές αερισμού τύπου «Carousel».

Σε ορισμένα έργα, δεξαμενές αερισμού με αρχή ανάμειξης «καρουσέλ» χρησιμοποιούνται για την οργάνωση της διαδικασίας νιτρικής απονιτροποίησης. Σε αυτήν την περίπτωση, κατά την οργάνωση της ρύθμισης, θα πρέπει να γίνει διάκριση μεταξύ δύο θεμελιωδώς διαφορετικών περιπτώσεων.

Η πρώτη περίπτωση είναι ένα «κοντό καρουζέλ» (Εικ. 9). Εάν στην έξοδο από το σύστημα αερισμού διατηρείται η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου που είναι η βέλτιστη για τη διαδικασία νιτροποίησης, τότε κατά τη διέλευση της ροής από την έξοδο από το σύστημα αερισμού στην επιστροφή, η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου δεν έχει χρόνο να μειωθεί στο επίπεδο των διαδικασιών απονιτροποίησης. Σε αυτή την περίπτωση ισχύει:

όπου L είναι το μήκος της διαδρομής από το τέλος μέχρι την αρχή του συστήματος αερισμού (m), v είναι η ταχύτητα κίνησης του νερού στο «καρουσέλ» (m/sec), CO2 είναι η συγκέντρωση
οξυγόνο μετά το σύστημα αερισμού (mg/l), OUR - μέσος ρυθμός κατανάλωσης οξυγόνου (mgO2/g DM ανά δευτερόλεπτο), ai - δόση λάσπης (g/l).
Η μέση απόσταση ταξιδιού για απώλεια οξυγόνου είναι 50 m.
Τέτοιες δομές λειτουργούν βέλτιστα σε λειτουργία περιοδικού αερισμού, ο οποίος ελέγχεται από αισθητήρες αζώτου διαλυμένου οξυγόνου και αμμωνίου. Η παροχή αέρα ενεργοποιείται/απενεργοποιείται με βάση τη συγκέντρωση αζώτου αμμωνίου.

Μια θεμελιωδώς διαφορετική περίπτωση είναι το «μακρύ καρουζέλ» (L/v››CO2 / (OUR∙ai), όταν ο χρόνος ταξιδιού καθιστά δυνατή τη μείωση του οξυγόνου στο βέλτιστο απονιτροποίησης και την επισήμανση της ζώνης απονιτροποίησης στο διάστημα στο «καρουσέλ» (Εικ. 10).

Σε αυτή την περίπτωση, είναι δυνατό να ρυθμιστεί το μήκος της ζώνης απονιτροποίησης, δηλ. τακτοποιήστε μια περιοχή με μεταβλητή λειτουργία σε ένα «καρουσέλ». Η ζώνη μεταβλητής λειτουργίας ελέγχεται σύμφωνα με τη γενική αρχή - η ενεργοποίηση/απενεργοποίηση της παροχής αέρα Qair1 πραγματοποιείται με χρήση αισθητήρα αζώτου αμμωνίου. Όταν το σύστημα αερισμού είναι ενεργοποιημένο, η συγκέντρωση οξυγόνου διατηρείται στο βέλτιστο επίπεδο νιτροποίησης σύμφωνα με τον αισθητήρα οξυγόνου O2(1). Ο αέρας τροφοδοτείται στο μέρος του καρουζέλ, το οποίο είναι πάντα αερόβιο, μέσω ενός αισθητήρα οξυγόνου O2(2), που βρίσκεται στο τέλος της αερόβιας ζώνης και εξασφαλίζει την έναρξη της διαδικασίας απονιτροποίησης στο σημείο παροχής των λυμάτων.

Διατήρηση συγκεντρώσεων διαλυμένου οξυγόνου σε αεριζόμενες περιοχές

Η διατήρηση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου στις αεριζόμενες ζώνες μπορεί να συμβεί χρησιμοποιώντας διαφορετικούς αλγόριθμους.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους.
Ο άμεσος έλεγχος ροής αέρα φαίνεται στο Σχ. έντεκα.
Αυτός είναι ο ευκολότερος αλγόριθμος ρύθμισης στην εφαρμογή. Μια τέτοια ρύθμιση μπορεί να πραγματοποιηθεί απευθείας από τους ενσωματωμένους ελεγκτές συσκευών για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου. Αυτή η μέθοδος έχει τους ακόλουθους περιορισμούς:
. Δεν υπάρχει προστασία για την ελάχιστη ροή αέρα - εάν μειωθεί ο ρυθμός ροής, η ελάχιστη ένταση αερισμού μπορεί να παραβιαστεί με τη στρωματοποίηση του μείγματος λάσπης και την πτώση της λάσπης στον πυθμένα της δεξαμενής αερισμού.
. Δεν υπάρχει προστασία για μέγιστη ροή αέρα - με αύξηση της ροής αέρα, είναι δυνατές μακροχρόνιες υπερφορτώσεις του συστήματος αερισμού.
. Δεν υπάρχει καμία ανατροφοδότηση για το άζωτο αμμωνίου.

Αυτή η μέθοδος συνιστάται για πρόσθετη ρύθμιση της ροής αέρα σε μεμονωμένες ζώνες αερισμού κατά μήκος της δεξαμενής αερισμού· δεν ισχύει για ζώνες με μεταβλητή λειτουργία και όταν ρυθμίζετε ολόκληρο το σύστημα αερισμού με βαλβίδα στον κύριο αγωγό αέρα, όπως μπορεί οδηγούν σε παραβιάσεις της τεχνολογίας καθαρισμού και μείωση της διάρκειας ζωής του συστήματος αερισμού.

Η δεύτερη μέθοδος ελέγχου είναι ένας αλγόριθμος ελέγχου ροής αέρα ενός σταδίου (Εικ. 12). Στην περίπτωση αυτή, με βάση το αποτέλεσμα της σύγκρισης της καθορισμένης και της τρέχουσας συγκέντρωσης οξυγόνου, υπολογίζεται μια νέα τιμή ροής αέρα, η οποία διατηρείται από τη βαλβίδα σύμφωνα με το ροόμετρο.

Αυτός ο αλγόριθμος ελέγχου είναι πολύ πιο αξιόπιστος και είναι ο κύριος που υιοθετήθηκε για τον έλεγχο της ροής του αέρα, συμπεριλαμβανομένου ενός αποσβεστήρα στον κύριο αγωγό αέρα.

Σε αυτή την περίπτωση, είναι δυνατό να διατηρηθεί τόσο η ελάχιστη όσο και η μέγιστη ροή αέρα, διασφαλίζοντας την ελάχιστη ένταση αερισμού και αποτρέποντας την υπερφόρτωση του συστήματος αερισμού. Δεν υπάρχει μόνο καμία σχέση με τη συγκέντρωση αζώτου αμμωνίου.

Εάν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε το σήμα από έναν αισθητήρα αζώτου αμμωνίου, χρησιμοποιείται ο πιο περίπλοκος αλγόριθμος ελέγχου δύο σταδίων (Εικ. 13).

Σε αυτή την περίπτωση, εκτός από τη ρύθμιση της ροής του αέρα σύμφωνα με την προηγούμενη αρχή, προστίθεται μια αλλαγή στο «σημείο ρύθμισης» για το διαλυμένο οξυγόνο με βάση τα αποτελέσματα της μέτρησης της συγκέντρωσης του αζώτου αμμωνίου. Αυτός είναι ο πιο περίπλοκος αλγόριθμος ελέγχου και ο πιο ακριβός από άποψη οργάνων. Συνιστάται να χρησιμοποιείται σε περιοχές με μεταβλητά καθεστώτα για να επιτευχθεί η βαθύτερη απονιτροποίηση διατηρώντας παράλληλα την ποιότητα του καθαρισμού με άζωτο αμμωνίας.

Έλεγχος ηλικίας λάσπης

Η διαχείριση της ηλικίας της λάσπης είναι μια αργή διαδικασία, η οποία, καταρχήν, μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε από ένα σύστημα αυτοματισμού είτε από έναν χειριστή. Κατά τη διατήρηση της ηλικίας, το πιο σημαντικό είναι η λεγόμενη «δυναμική ηλικία λάσπης» που υπολογίζεται κατά τη μοντελοποίηση - η μέση τιμή για το τελευταίο χρονικό διάστημα που αντιστοιχεί στην υπολογιζόμενη ηλικία. Σε πολλούς σταθμούς λειτουργίας, ο έλεγχος της ηλικίας της λάσπης δεν πραγματοποιείται ή δεν πραγματοποιείται σωστά, καθώς ο ορισμός της ανάπτυξης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας διάφορους τύπους (συχνά ξεπερασμένους).

Η συγκέντρωση της ιλύος στην ανακύκλωση ιλύος από δευτερεύουσες δεξαμενές καθίζησης με βάση το ισοζύγιο μάζας μπορεί να υπολογιστεί:

Για εγκαταστάσεις όπου όλη η ενεργοποιημένη ιλύς τροφοδοτείται στην κεφαλή της δεξαμενής αερισμού, η τρέχουσα ηλικία ιλύος μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

όπου SAt είναι η συνολική ηλικία της λάσπης, Wat είναι ο συνολικός όγκος της δεξαμενής αερισμού, Qi είναι η κατανάλωση περίσσειας λάσπης, Ri είναι ο συντελεστής ανακυκλοφορίας της λάσπης.

Εάν υπάρχει αναερόβια ζώνη, όπου η ιλύς τροφοδοτείται από τη ζώνη απονιτροποίησης, η δόση της ιλύος σε αυτήν είναι μικρότερη και εξαρτάται από τον συντελεστή ανακυκλοφορίας στην αναερόβια ζώνη. Σε αυτή την περίπτωση, η δόση της λάσπης στο αναερόβιο τμήμα υπολογίζεται:

όπου: aan είναι η δόση λάσπης στο αναερόβιο τμήμα της κατασκευής, ai είναι η δόση λάσπης στην ανοξική και αερόβια ζώνη, Ra είναι ο συντελεστής ανακυκλοφορίας στην αναερόβια ζώνη.

Στη συνέχεια, η συνολική ηλικία της λάσπης σε τέτοιες δομές:

Αυτή η μέθοδος υπολογισμού ηλικίας λαμβάνει υπόψη μόνο τις τιμές εξόδων και είναι πολύ πιο εύκολο να εφαρμοστεί κατά την αυτοματοποίηση του ελέγχου.

Παράδειγμα σχεδίου ελέγχου για μονάδα επεξεργασίας λυμάτων

Συμπερασματικά, θα εξετάσουμε ένα σχέδιο ελέγχου για δύο δεξαμενές αερισμού διαδρόμων χρησιμοποιώντας τη διαδικασία UCT, που αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας τις περιγραφόμενες αρχές για μονάδες επεξεργασίας λυμάτων στην πόλη Kirov (Εικ. 14).

Ο περιορισμός της μάζας των νιτρικών που εισέρχονται στην αναερόβια ζώνη επιτυγχάνεται με τη ρύθμιση της ροής ανακύκλωσης στην αναερόβια ζώνη χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα Eh και με τη ρύθμιση της ανακύκλωσης απονιτροποίησης χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα αζώτου νιτρικού ΝΟ3 στη ζώνη απονιτροποίησης. Προβλέπεται αυτόματη ρύθμιση του «σημείου ρύθμισης» NO3 εάν είναι αδύνατο να επιτευχθεί ένα δεδομένο εύρος τιμών Eh προσαρμόζοντας την ανακύκλωση στην αναερόβια ζώνη. Για να χρησιμοποιηθεί η αναερόβια ζώνη ως απονιτρωτή υπό δυσμενείς συνθήκες, ο χειριστής πρέπει να εισάγει υψηλότερο «σημείο ρύθμισης» Εh.

Η γενική ρύθμιση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου λαμβάνει χώρα σε μια αρχή δύο σταδίων από τον αισθητήρα οξυγόνου O2 και τον μετρητή ροής αέρα Qair χρησιμοποιώντας μια κοινή βαλβίδα στον αγωγό αέρα. Η επίτευξη σταθερής συγκέντρωσης οξυγόνου σε όλο το μήκος της δεξαμενής αερισμού εξασφαλίζεται με την αλλαγή της πυκνότητας των αεριστηρίων. Δεδομένου ότι στην αρχή της αερόβιας ζώνης, οι διακυμάνσεις του ρυθμού ροής διατηρώντας μια δεδομένη συγκέντρωση είναι λιγότερο έντονες, για τη ρύθμιση του ρυθμού ροής αέρα σε αυτή τη ζώνη, χρησιμοποιείται μια αρχή ελέγχου ενός σταδίου με έναν πρόσθετο αισθητήρα οξυγόνου.

Ο υπολογισμός της ηλικίας της λάσπης γίνεται αυτόματα σύμφωνα με την περιγραφόμενη αρχή με μέτρηση των ρυθμών ροής. Οι ρυθμίσεις της μάζας της λάσπης που απορρίπτεται και της βέλτιστης ηλικίας πρέπει να γίνονται από τον χειριστή.

συμπεράσματα

Η χρήση μαθηματικής μοντελοποίησης καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό των βασικών αρχών σχεδιασμού συστημάτων αυτόματου ελέγχου για δεξαμενές αερισμού με βιολογική αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου.

Για τον έλεγχο της διαδικασίας απομάκρυνσης του φωσφόρου, είναι απαραίτητο να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση των νιτρικών που εισέρχονται στην αναερόβια ζώνη με ροές ανακυκλοφορίας, για τις οποίες ελέγχεται η μάζα του νιτρικού αζώτου στις ροές ανακυκλοφορίας. Η κύρια μέθοδος ελέγχου της μάζας του νιτρικού αζώτου που εισέρχεται στην αναερόβια ζώνη είναι ο έλεγχος της διαδικασίας απονιτροποίησης αλλάζοντας τους ρυθμούς ροής ανακυκλοφορίας
και καθεστώς οξυγόνου σε περιοχές με μεταβλητό καθεστώς.

Είναι λογικό να παρακολουθείτε τη διαδικασία στην αναερόβια ζώνη χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα δυναμικού οξείδωσης-μείωσης.

Για να διατηρηθεί η διαδικασία νιτροποίησης, το καθεστώς οξυγόνου και η αερόβια ηλικία της λάσπης θα πρέπει να ελέγχονται.

Κατά την κατασκευή ενός συστήματος, πρέπει να τηρούνται οι ακόλουθες προτεραιότητες: διατήρηση της διαδικασίας νιτροποίησης, διατήρηση της διαδικασίας απονιτροποίησης και μόνο τότε - βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου.

Οι διαδικασίες μηχανικού καθαρισμού περιλαμβάνουν το φιλτράρισμα του νερού μέσα από σήτες, τη συλλογή άμμου και την αρχική καθίζηση. Το μπλοκ διάγραμμα αυτοματοποίησης των διαδικασιών μηχανικής επεξεργασίας λυμάτων φαίνεται στο Σχ. 52.

Εικ.52. Μπλοκ διάγραμμα ACS:

1 – θάλαμος διανομής. 2 – βαθμιδωτές σχάρα. 3 – οριζόντια παγίδα άμμου, 4 – πρωτογενής δεξαμενή καθίζησης. 5 – αποθήκη άμμου

Οι σχάρες χρησιμοποιούνται για τη δέσμευση μεγάλων μηχανικών ακαθαρσιών από τα λύματα. Κατά την αυτοματοποίηση οθονών, το κύριο καθήκον είναι να ελέγχετε τσουγκράνες, θραυστήρες, μεταφορείς και πύλες στο κανάλι τροφοδοσίας. Το νερό διέρχεται από τη σχάρα, πάνω στην οποία συγκρατούνται μηχανικές ακαθαρσίες, στη συνέχεια, καθώς συσσωρεύονται απόβλητα, η κλιμακωτή σχάρα ενεργοποιείται και καθαρίζεται από τα απόβλητα. Οι αυτόματες συσκευές στις σχάρες ενεργοποιούνται όταν αυξάνεται η διαφορά στα επίπεδα των λυμάτων πριν και μετά τις σχάρες . Η γωνία κλίσης της γρίλιας είναι 60 o -80 o. Η γκανιότα απενεργοποιείται είτε από μια συσκευή επαφής που ενεργοποιείται όταν η στάθμη πέσει σε μια προκαθορισμένη τιμή, είτε με τη χρήση ενός ρελέ χρόνου (μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα).

Στη συνέχεια, αφού συγκρατηθούν μεγάλες μηχανικές ακαθαρσίες, η απορροή αποστέλλεται σε παγίδες άμμου, οι οποίες έχουν σχεδιαστεί για να δεσμεύουν την άμμο και άλλους αδιάλυτους ορυκτούς ρύπους από τα λύματα. Η αρχή λειτουργίας της παγίδας άμμου βασίζεται στο γεγονός ότι, υπό την επίδραση της βαρύτητας, σωματίδια των οποίων το ειδικό βάρος είναι μεγαλύτερο από το ειδικό βάρος του νερού, καθώς κινούνται μαζί με το νερό, πέφτουν στον πυθμένα.

Μια οριζόντια αμμοπαγίδα αποτελείται από ένα λειτουργικό τμήμα, όπου κινείται η ροή, και ένα ιζηματογενές τμήμα, σκοπός του οποίου είναι να συλλέγει και να αποθηκεύει πεσμένη άμμο μέχρι να αφαιρεθεί. Ο χρόνος παραμονής του υγρού σε μια οριζόντια παγίδα άμμου είναι συνήθως 30 - 60 s, η εκτιμώμενη διάμετρος των σωματιδίων άμμου είναι 0,2 - 0,25 mm, η ταχύτητα κίνησης των λυμάτων 0,1 m/s. Οι αυτόματες συσκευές σε παγίδες άμμου χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση της άμμου όταν φτάσει στο μέγιστο επίπεδο. Για την κανονική και αποτελεσματική λειτουργία της παγίδας άμμου, είναι απαραίτητο να παρακολουθείται και να ελέγχεται η στάθμη του ιζήματος· εάν ανέβει πάνω από την επιτρεπόμενη τιμή, θα αναταράσσεται και το νερό θα μολυνθεί με ουσίες που έχουν κατακαθίσει στο παρελθόν. Επίσης, η αυτόματη αφαίρεση άμμου μπορεί να πραγματοποιηθεί σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, που καθορίζονται με βάση την εμπειρία λειτουργίας.

Στη συνέχεια, το απόβλητο εισέρχεται στην κύρια δεξαμενή καθίζησης για να συγκρατήσει επιπλέουσες και κατακρημνισμένες ουσίες. Το νερό κινείται αργά από το κέντρο προς την περιφέρεια και αποστραγγίζεται σε μια περιφερειακή τάφρο με πλημμυρισμένες τρύπες. Για την απομάκρυνση της λάσπης από τα λύματα, χρησιμοποιείται ένα αργά περιστρεφόμενο μεταλλικό δοκό με ξύστρες τοποθετημένες πάνω του, που τραβούν τη λάσπη στο κέντρο της δεξαμενής καθίζησης, από όπου αντλείται περιοδικά από έναν υδραυλικό ανελκυστήρα. Ο χρόνος παραμονής (καθίζησης) του απόβλητου υγρού είναι 2 ώρες, η ταχύτητα του νερού είναι 7 m/s.

Αυτοματοποίηση της διαδικασίας φυσικής και χημικής επεξεργασίας λυμάτων

Στα συστήματα επεξεργασίας λυμάτων που χρησιμοποιούν φυσικές και χημικές μεθόδους, η επίπλευση υπό πίεση χρησιμοποιείται ευρύτερα. Με αυτή τη μέθοδο επεξεργασίας, τα λύματα κορεσμένα με αέριο (αέρα) υπό περίσσεια πίεση, η οποία στη συνέχεια μειώνεται γρήγορα σε ατμοσφαιρική πίεση.

Στο Σχ. Το Σχήμα 53 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα ενός ASR με σταθεροποίηση της ποιότητας του καθαρισμένου νερού με αλλαγή του ρυθμού ροής της ροής ανακυκλοφορίας που μεταφέρει μια λεπτή αέρια φάση στον πλωτήρα.

Το σύστημα αποτελείται από μια δεξαμενή επίπλευσης 1, θολόμετρο 2-1, που μετρά τη συγκέντρωση αιωρούμενων σωματιδίων σε καθαρό νερό, συναγερμό 2-3, μετρητή ροής 1-1, ρυθμιστή 1-2, βαλβίδες ελέγχου 1-3, που ρυθμίζει τη ροή των λυμάτων που εισέρχονται στον πλωτήρα και τη βαλβίδα 2-2, η οποία ρυθμίζει τον ρυθμό ροής της ροής κυκλοφορίας που είναι κορεσμένη με αέρα στον δέκτη πίεσης 2.

Το σήμα που εμφανίζεται όταν η συγκέντρωση της αιωρούμενης ύλης στο νερό στην έξοδο του πλωτήρα αυξάνεται πάνω από μια δεδομένη τιμή αποστέλλεται από το θολόμετρο 2-1 στον ρυθμιστή, ο οποίος αυξάνει τον ρυθμό ροής ανακυκλοφορίας μέσω της βαλβίδας 2-2. Η νέα ποσότητα αερίου μειώνει τη θολότητα των επεξεργασμένων λυμάτων. Ταυτόχρονα, καθώς αυξάνεται ο ρυθμός ροής ανακυκλοφορίας μέσω της δεξαμενής επίπλευσης, εμφανίζεται ένα σήμα απόκλισης στην έξοδο του ροόμετρου 1-1, το οποίο αποστέλλεται στον ρυθμιστή 1-2. Αυτός ο ρυθμιστής μειώνει τη ροή των λυμάτων στον πλωτήρα σε 1-3 βήματα, εξασφαλίζοντας σταθερή συνολική ροή μέσω αυτού.

Ρύζι. 53. Διάγραμμα της διαδικασίας ASR για την επεξεργασία λυμάτων με επίπλευση πίεσης

Η μέθοδος σχετίζεται με τον τομέα της αυτοματοποίησης των διαδικασιών επεξεργασίας λυμάτων, ιδίως για την επεξεργασία λυμάτων από βιομηχανικές επιχειρήσεις. Η μέθοδος περιλαμβάνει την εξουδετέρωση των λυμάτων με την παροχή είτε ενός διαλύματος οξέος είτε ενός αλκαλικού διαλύματος για να επιτευχθεί μια καθορισμένη τιμή pH. Ένα όξινο διάλυμα ή ένα διάλυμα αλκαλίου τροφοδοτείται στη δεξαμενή αποθήκευσης βιομηχανικών λυμάτων. Τα λύματα, ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους, εισέρχονται είτε σε ηλεκτροπηκτικό είτε σε γαλβανοπηκτικό για καθαρισμό. Η ποιότητα του καθαρισμού στον ηλεκτροπηκτικό ελέγχεται με ρύθμιση του ρεύματος ανάλογα με την ηλεκτρική αγωγιμότητα των λυμάτων. Μετά από αυτό, η διαδικασία καθίζησης πραγματοποιείται με ροή λυμάτων από τη δεξαμενή καθίζησης στη δεξαμενή καθίζησης χρησιμοποιώντας ηλεκτρικές βαλβίδες. Για να επιταχυνθεί η διαδικασία καθίζησης, παρέχεται πολυακρυλαμίδιο, το αδιάλυτο ίζημα περνά μέσα από φίλτρα αλατιού και λεπτά φίλτρα, στη συνέχεια αφυδατώνεται και το καθαρό απόβλητο εισέρχεται στη γραμμή ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. Αυτή η μέθοδος σάς επιτρέπει να βελτιώσετε την ποιότητα του καθαρισμού των βιομηχανικών λυμάτων για χρήση στον κύκλο ανακύκλωσης. 1 άρρωστος.

Η εφεύρεση σχετίζεται με τον τομέα της αυτοματοποίησης των διαδικασιών επεξεργασίας λυμάτων, ιδιαίτερα για την επεξεργασία λυμάτων από βιομηχανικές επιχειρήσεις.Υπάρχει μια γνωστή μέθοδος για τον αυτόματο έλεγχο της διαδικασίας πήξης με ταυτόχρονη ρύθμιση της ροής οξέος και πηκτικού μέσα στον αντιδραστήρα και ελέγχοντας την χρώμα του νερού, ενώ ταυτόχρονα η ροή του πηκτικού ρυθμίζεται ανάλογα με το χρώμα του νερού από την έξοδο του αντιδραστήρα και την κατανάλωση οξέος ανάλογα με την τιμή pH του νερού στην έξοδο του αντιδραστήρα (SU 1655830 A1 , 15/06/1991). Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν επιτυγχάνει πλήρη κατακρήμνιση ιόντων, γεγονός που μειώνει την ποιότητα του καθαρισμού. Υπάρχει μια γνωστή μέθοδος για τον αυτόματο έλεγχο της διαδικασίας επεξεργασίας λυμάτων από βιομηχανικές επιχειρήσεις, συμπεριλαμβανομένης της μέτρησης του pH του καθαρού νερού , ρύθμιση του ρυθμού ροής στη συσκευή, ενώ μετράται το δυναμικό οξείδωσης-μείωσης του καθαρού νερού, παράγει σήμα για τη ρύθμιση του ρυθμιστή, συγκρίνοντάς τον με την καθορισμένη τιμή του προϊόντος, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα σήμα ασυμφωνίας και η ροή των λυμάτων από βιομηχανικές επιχειρήσεις ρυθμίζεται με τη χρήση του ρυθμιστή μέσω του καθαρισμού της συσκευής ανάλογα με το μέγεθος της αναντιστοιχίας της πειραματικά καθιερωμένης σχέσης (RU 2071951 C1, 20/01/1997) Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η χαμηλή ποιότητα καθαρισμός βιομηχανικών λυμάτων, η αδυναμία χρήσης τους στον αντίστροφο κύκλο Το τεχνικό αποτέλεσμα που επιτυγχάνεται με την εφαρμογή αυτής της εφεύρεσης είναι η βελτίωση της ποιότητας των βιομηχανικών λυμάτων καθαρισμού για χρήση στον κύκλο ανακύκλωσης. Το τεχνικό αποτέλεσμα επιτυγχάνεται από το γεγονός ότι στην μέθοδος αυτόματου ελέγχου της διαδικασίας επεξεργασίας λυμάτων από βιομηχανικές επιχειρήσεις, συμπεριλαμβανομένης της εξουδετέρωσης των λυμάτων με την παροχή είτε ενός διαλύματος οξέος είτε ενός αλκαλικού διαλύματος για την επίτευξη μιας δεδομένης τιμής pH, σύμφωνα με την εφεύρεση, ένα όξινο διάλυμα ή ένα διάλυμα αλκαλίου παρέχεται στο δεξαμενή αποθήκευσης βιομηχανικών λυμάτων, στη συνέχεια τα λύματα, ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους, εισέρχονται είτε σε ηλεκτροπηκτικό είτε σε γαλβανοπηκτικό για καθαρισμό και η ποιότητα του καθαρισμού στον ηλεκτροπηκτικό ελέγχεται με ρύθμιση του ρεύματος ανάλογα με την ηλεκτρική αγωγιμότητα των λυμάτων, μετά την οποία η Η διαδικασία καθίζησης πραγματοποιείται με ροή λυμάτων από τη δεξαμενή καθίζησης στη δεξαμενή καθίζησης με τη χρήση ηλεκτρικών βαλβίδων, παρέχεται πολυακρυλαμίδιο για την επιτάχυνση της διαδικασίας καθίζησης, το αδιάλυτο ίζημα διέρχεται από φίλτρα αφαίρεσης αλατιού και λεπτά φίλτρα, στη συνέχεια αφυδατώνεται και εισέρχεται καθαρό απόβλητο νερό Η σύγκριση της διεκδικούμενης εφεύρεσης με γνωστές δείχνει ότι η χρήση υφιστάμενων μεθόδων αυτοματισμού δεν επιτρέπει τον καθαρισμό των λυμάτων από ιόντα βαρέων μετάλλων, γεγονός που καθιστά αδύνατη την εισαγωγή καθαρών λυμάτων στον κύκλο ανακύκλωσης της επιχείρησης, ενώ στην αξιούμενη εφεύρεση λαμβάνει χώρα πλήρης επεξεργασία των βιομηχανικών λυμάτων, η οποία πραγματοποιείται σταδιακά υπό τον έλεγχο διαφόρων αισθητήρων, επιτρέποντας στο πρώτο στάδιο την εξουδετέρωση των λυμάτων, στη συνέχεια, ανάλογα με τη συγκέντρωση των λυμάτων, υποβάλλεται σε ηλεκτροπήξη ή γαλβανοπήξη, ενώ ρυθμίζεται η ποιότητα του καθαρισμού με χρήση εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος με παροχή αλατούχου διαλύματος, αφυδάτωση της λάσπης με την επακόλουθη χρήση της, για παράδειγμα, στη γαλβανική παραγωγή και χρήση του διαχωρισμένου νερού στην παροχή νερού ανακύκλωσης. Το σχέδιο αυτοματισμού για την επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων που φαίνεται στο σχέδιο περιλαμβάνει: δεξαμενή αποθήκευσης λυμάτων 1, αισθητήρας στάθμης 2, συναγερμός στάθμης 3, δεξαμενή διανομής οξέος 4, ηλεκτρική βαλβίδα 5, δεξαμενή διανομής αλκαλίων 6, ηλεκτρική βαλβίδα 7, αντλία παροχής λυμάτων 8, ηλεκτροπηκτικό 9 , γαλβανοθρομβωτικό 10, ηλεκτρική βαλβίδα 11, διαλύτης άλατος 12, ηλεκτρικός αποκλειστής 13, δεξαμενές καθίζησης 14, δοσομετρική δεξαμενή πολυακρυλαμιδίου 15, ηλεκτρική βαλβίδα 16, δοχείο για καθαρισμένα απόβλητα 17, φίλτρο αφαίρεσης αλατιού 18, τροφοδοσία με λεπτό φίλτρο 19, , ηλεκτρική βαλβίδα 21, επεξεργαστής αφυδάτωσης λάσπης 22, αισθητήρας pH μέτρου 23, ρυθμιστικό pH μετρητή 24, αμπερόμετρο DC 25 της μονάδας ανόρθωσης του ηλεκτροπηκτήρα, ρυθμιστικό αμπερόμετρο 26, ηλεκτρόδια 27, ρυθμιστικό ωμόμετρο 28, αισθητήρας συναγερμού στάθμης 29, Η μέθοδος εφαρμόζεται ως εξής. Τα βιομηχανικά λύματα, για παράδειγμα, τα λύματα από ένα κατάστημα γαλβανισμού, τροφοδοτούνται στη δεξαμενή αποθήκευσης λυμάτων 1. Όταν επιτευχθεί ένα προκαθορισμένο ανώτερο επίπεδο στη δεξαμενή αποθήκευσης λυμάτων 1, ο αισθητήρας στάθμης 2 στέλνει έναν παλμό στον συναγερμό στάθμης 3 , το οποίο με τη σειρά του στέλνει μια εντολή προετοιμασίας των λυμάτων για καθαρισμό με μια δεδομένη ένδειξη pH. Για να γίνει αυτό, είτε ένα διάλυμα οξέος από τη δεξαμενή δοσομέτρησης 4 τροφοδοτείται αυτόματα στη δεξαμενή αποθήκευσης απορριμμάτων 1 μέσω μιας ηλεκτρικής βαλβίδας 5, είτε ένα αλκαλικό διάλυμα από τη δεξαμενή δοσομέτρησης 6 μέσω μιας ηλεκτρικής βαλβίδας 7. Αφού φτάσει στο καθορισμένο pH στη δεξαμενή αποθήκευσης απορριμμάτων 1, το οποίο καταγράφεται χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα pH 23 με ένα ρυθμιστικό pHόμετρο 24, ένα ρυθμιστικό pH 24 δίνει την εντολή ενεργοποίησης της αντλίας παροχής λυμάτων 8. Ανάλογα με τη συγκέντρωση των λυμάτων, Ο τελευταίος παρέχεται είτε στον ηλεκτροπηκτικό 9 (σε υψηλές συγκεντρώσεις) είτε στον γαλβανοπηξικό 10 (σε μεσαίες ή χαμηλές συγκεντρώσεις), όπου πραγματοποιείται η επεξεργασία των λυμάτων. Η ρύθμιση της ποιότητας της επεξεργασίας λυμάτων στον ηλεκτροπηκτικό πραγματοποιείται με ρύθμιση του ρεύματος στον ηλεκτροπηκτικό με παροχή ενός αλατούχου διαλύματος από τον διαλύτη άλατος 12 στη δεξαμενή αποθήκευσης λυμάτων 1, μέσω μιας ηλεκτρικής βαλβίδας 11, που ελέγχεται από ένα ρυθμιστικό αμπερόμετρο 26, συνδεδεμένο στην έξοδο του αμπερόμετρου DC 25 της μονάδας ανορθωτή του ηλεκτροπηκτήρα, προκειμένου να αλλάξει η ηλεκτρική αγωγιμότητα των λυμάτων, που παρέχεται στον ηλεκτροπηκτικό 9. Εάν κατά τη διαδικασία καθαρισμού η τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος στον ηλεκτροπηκτικό 9 πέφτει κάτω από την καθορισμένη τιμή, η ηλεκτρική βαλβίδα 11 ανοίγει αυτόματα και το ρεύμα φτάνει στην καθορισμένη τιμή. Εάν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας καθαρισμού η τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος στον ηλεκτροπηκτικό 9 ανέβει πάνω από την καθορισμένη τιμή, η ηλεκτρική βαλβίδα 11 κλείνει αυτόματα και το ρεύμα μειώνεται στην καθορισμένη τιμή. των λυμάτων στον γαλβανοπηκτικό χρησιμοποιώντας την ηλεκτρική βαλβίδα 21 ανάλογα με τη συγκέντρωση των λυμάτων. Η παρακολούθηση και η ρύθμιση της συγκέντρωσης των λυμάτων στη δεξαμενή αποθήκευσης 1 πραγματοποιείται με τη χρήση του αισθητήρα 27 και ενός ρυθμιστικού ωμόμετρου 28. Για να αποτραπεί η απόρριψη μη επεξεργασμένων λυμάτων από τον ηλεκτροπηκτικό 9 σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης (για παράδειγμα, απόφραξη του αγωγού κατά την παροχή αλατούχου διαλύματος στη δεξαμενή αποθήκευσης λυμάτων 1), η ηλεκτρική ασφάλιση 13 είναι ενεργοποιημένη. εάν η τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος στον ηλεκτροπηκτικό 9 κατά τη διάρκεια ενός κρίσιμου χρόνου είναι κάτω από την καθορισμένη τιμή, η αντλία παροχής λυμάτων 8 απενεργοποιείται αυτόματα, ο πίνακας φώτων έκτακτης ανάγκης ανάβει και η ροή των αποβλήτων σταματά Τα καθαρισμένα λύματα από τον ηλεκτροπηκτικό 9 και τον γαλβανοπηξικό 10 ρέουν μέσω της βαρύτητας στην πρώτη δεξαμενή καθίζησης 14, όπου συμβαίνει η εναπόθεση αδιάλυτου ιζήματος. Για να επιταχυνθεί η διαδικασία καθίζησης, το πολυακρυλαμίδιο τροφοδοτείται αυτόματα στην πρώτη δεξαμενή καθίζησης 14 από τη δεξαμενή δοσομέτρησης 15 μέσω μιας ηλεκτρονικής βαλβίδας 16. Για πληρέστερη καθίζηση του αδιάλυτου ιζήματος, παρέχονται η 2η και η 3η δεξαμενή καθίζησης 14, συνδεδεμένες σε Αυτό το σύστημα δεξαμενών καθίζησης επιτρέπει τη μέγιστη καθίζηση αδιάλυτων ιζημάτων Μετά τη διαδικασία καθίζησης στο σύστημα δεξαμενής καθίζησης, τα λύματα ρέουν με βαρύτητα στη δεξαμενή για τα επεξεργασμένα λύματα 17. Η σηματοδότηση στάθμης στη δεξαμενή για τα επεξεργασμένα λύματα 17 είναι εκτελείται με χρήση αισθητήρων στάθμης 29 με συναγερμό στάθμης 30. Όταν τα λύματα φθάσουν στο ανώτερο επίπεδο στη δεξαμενή για επεξεργασμένα λύματα, αισθητήρας 29 17, η αντλία 20 ενεργοποιείται αυτόματα, η οποία τροφοδοτεί λύματα στο φίλτρο καθαρισμού αλατιού 18 και στη συνέχεια στο λεπτό φίλτρο 19, από όπου τα καθαρά λύματα ρέουν στις γραμμές γαλβανισμού ή στα τεχνολογικά κυκλώματα άλλων βιομηχανιών.

Απαίτηση

Μια μέθοδος για τον αυτόματο έλεγχο της διαδικασίας καθαρισμού λυμάτων από βιομηχανικές επιχειρήσεις, συμπεριλαμβανομένης της εξουδετέρωσης των λυμάτων με την παροχή είτε ενός διαλύματος οξέος είτε ενός αλκαλικού διαλύματος για την επίτευξη μιας δεδομένης τιμής pH, που χαρακτηρίζεται από το ότι το όξινο διάλυμα ή το αλκαλικό διάλυμα παρέχεται στην αποθήκευση βιομηχανικών λυμάτων δεξαμενή, τότε τα λύματα, ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους, τροφοδοτούνται ή σε ηλεκτροπηκτικό ή σε γαλβανοπηξικό για καθαρισμό και η ποιότητα καθαρισμού στον ηλεκτροπηκτικό ελέγχεται με ρύθμιση του ρεύματος ανάλογα με την ηλεκτρική αγωγιμότητα των λυμάτων, μετά την οποία η διαδικασία καθίζησης πραγματοποιείται με ροή λυμάτων από τη δεξαμενή καθίζησης στη δεξαμενή καθίζησης με τη χρήση ηλεκτρικών βαλβίδων· για να επιταχυνθεί η διαδικασία καθίζησης, παρέχεται πολυακρυλαμίδιο, αδιάλυτο ίζημα περασμένο μέσω φίλτρων αλατιού και λεπτών φίλτρων, στη συνέχεια αφυδατώνεται και τα καθαρά λύματα εισέρχονται τη γραμμή ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης.

1

Για την αποτελεσματική διαχείριση της διαδικασίας καθαρισμού βιομηχανικών λυμάτων από φαινολικές ενώσεις (χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της Δισφαινόλης-Α) χρησιμοποιώντας προηγμένες διαδικασίες οξείδωσης (ακτινοβολία UV, λ = 365 nm, H2O2, FeCl3), ένα εκθετικό μοντέλο για τη μείωση της συγκέντρωσης των φαινολικών ενώσεων, που προσδιορίζεται στο περιβάλλον λογισμικού Statistica, προτείνεται . Προκειμένου να σταθεροποιηθούν οι ασταθείς παραμέτρους του μοντέλου, η ιδέα της τακτοποίησης από τον A.N. Tikhonov, πραγματοποιήθηκε η διαδικασία «παλίνδρομης κορυφογραμμής». Το κανονικοποιημένο μοντέλο που προκύπτει, το οποίο καθιερώνει την εξάρτηση του βαθμού αποσύνθεσης των φαινολικών ενώσεων σε υδατικό περιβάλλον υπό την επίδραση φυσικοχημικών παραγόντων (αντιδραστήριο φωτο-Fenton) στις παραμέτρους της διαδικασίας, είναι στατιστικά σημαντικό (R2 = 0,9995) και έχει βελτιωμένες προγνωστικές ιδιότητες από το μοντέλο που προσδιορίστηκε με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. Χρησιμοποιώντας ένα κανονικοποιημένο μοντέλο για τη μείωση της συγκέντρωσης των φαινολικών ενώσεων με τη μέθοδο του πολλαπλασιαστή Lagrange στο σύστημα MathCad, καθορίστηκαν συγκεκριμένα βέλτιστα επίπεδα κατανάλωσης FeCl3, H2O2, διασφαλίζοντας μείωση της συγκέντρωσης φαινολικών ενώσεων στα λύματα στο μέγιστο επιτρεπόμενο επίπεδο.

τακτοποίηση

λανθασμένα προβλήματα

πρίπλασμα

λύματα

βελτιωμένες οξειδωτικές διεργασίες

1. Vuchkov I., Boyadzhieva L., Solakov E. Εφαρμοσμένη ανάλυση γραμμικής παλινδρόμησης. – Μ.: Οικονομικά και Στατιστική, 1987. 240 σελ.

2. Draper N., Smith G. Εφαρμοσμένη ανάλυση παλινδρόμησης. – M.: Williams Publishing House, 2007. – 912 σελ.

3. Eliseeva I.I. Οικονομετρία. – M.: Yurayt Publishing House, 2014. – 449 σελ.

4. Karmazinov F.V., Kostyuchenko S.V., Kudryavtsev N.N., Khramenkov S.V. Τεχνολογίες υπεριώδους στον σύγχρονο κόσμο: μονογραφία. – Dolgoprudny: Εκδοτικός Οίκος «Intellect», 2012. – 392 σελ.

5. Moiseev N.N., Ivanilov Yu.P., Stolyarova E.M. Μέθοδοι βελτιστοποίησης. – Μ.: Nauka, 1978. – 352 σελ.

6. Rabek Ya. Πειραματικές μέθοδοι στη φωτοχημεία και τη φωτοφυσική: T. 2. – M.: Mir, 1985. – 544 p.

7. Sokolov A.V., Tokarev V.V. Μέθοδοι βέλτιστων λύσεων. Σε 2 τόμους Τ.1. Γενικές προμήθειες. Μαθηματικός προγραμματισμός. – Μ.: Fizmatlit, 2010. – 564 σελ.

8. Sokolov E.M., Sheinkman L.E., Dergunov D.V. Μελέτη μείωσης της συγκέντρωσης φαινολικών ενώσεων σε υδάτινα περιβάλλοντα χρησιμοποιώντας μαθηματική μοντελοποίηση // Δελτίο του Νότιου Επιστημονικού Κέντρου της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών. – 2013. – Τ. 9, Νο. 2. – Σ. 23–31.

9. Sokolov E.M., Sheinkman L.E., Dergunov D.V. Μη γραμμική κινητική της αποσύνθεσης φαινολικών ενώσεων σε υδάτινο περιβάλλον // Θεμελιώδης έρευνα. – 2014. – Νο. 9, Μέρος 12. – Σ. 2677–2681.

10. Στερλίγκοβα Α.Ν. Διαχείριση αποθεμάτων στις αλυσίδες εφοδιασμού. – Μ.: INFRA-M, 2009. – 430 σελ.

11. Sychev A.Ya., Isak V.G. Ενώσεις σιδήρου και μηχανισμοί ομογενούς κατάλυσης ενεργοποίησης O2, H2O2 και οξείδωσης οργανικών υποστρωμάτων // Προόδους στη χημεία. – 1995. – Νο. 64 (12). – σελ. 1183–1209.

12. Tikhonov A.N., Arsenin V.Ya. Μέθοδοι επίλυσης δυσάρεστων προβλημάτων. – Μ.: Nauka, 1979. – 285 σελ.

13. Tikhonov A.N. Σχετικά με την τακτοποίηση των δυσάρεστων προβλημάτων // Εκθέσεις της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ. – 1963. – Αρ. 153(1). – Σ. 45–52.

14. Tikhonov A.N. Επίλυση δυσάρεστων προβλημάτων και μέθοδος τακτοποίησης // Εκθέσεις της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ. – 1963. – Αρ. 151(3). – σελ. 501–504.

15. Tikhonov A.N., Ufimtsev M.V. Στατιστική επεξεργασία πειραματικών αποτελεσμάτων. – Μ.: Εκδοτικός Οίκος του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας, 1988. – 174 σελ.

17. Marta I. Litter, Natalia Quici Photochemical Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater Treatment // Πρόσφατες ευρεσιτεχνίες στη Μηχανική. – 2010. – Τόμ. 4, Νο. 3. – Σ. 217–241.

18. Xiangxuan Liu, Jiantao Liang, Xuanjun Wang Kinetics and Reaction Pathways of Formaldehyde Degradation Use the UV-Fenton Method // Water Environment Research. – 2011. – Τόμ. 83, Νο. 5. – Σελ. 418–426.

Τα λύματα από μια σειρά βιομηχανιών (χημικές, φαρμακευτικές, μεταλλουργικές, χαρτοπολτού και χαρτιού, εξόρυξη κ.λπ.) συμβάλλουν σημαντικά στη ρύπανση των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων με φαινολικές και δύσκολα οξειδωτικές οργανικές ενώσεις. Η φαινόλη είναι μια δυνητικά επικίνδυνη, καρκινογόνος ουσία που δημιουργεί σημαντικό ιατρικό πρόβλημα, ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις.

Οι προηγμένες διεργασίες οξείδωσης (AOPs) παίζουν σημαντικό ρόλο στην αποικοδόμηση της οργανικής ύλης που βρίσκεται στα λύματα σε ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων. Οι διαδικασίες AOP παράγουν ρίζες υδροξυλίου, οι οποίες είναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες ικανοί να ανοργανοποιήσουν ένα ευρύ φάσμα οργανικών ουσιών. Η ρίζα υδροξυλίου έχει υψηλό δυναμικό οξειδοαναγωγής (E0 = 2,80 V) και είναι ικανή να αντιδρά με σχεδόν όλες τις κατηγορίες οργανικών ενώσεων. Οι οξειδωτικές ρίζες υδροξυλίου μπορούν να ξεκινήσουν με φωτόλυση ως αποτέλεσμα της διαδικασίας photo-Fenton.

Ο καθαρισμός των λυμάτων από φαινολικές ενώσεις με χρήση προηγμένων διεργασιών οξείδωσης γίνεται κυρίως σε φωτοχημικούς αντιδραστήρες. Οι φωτοχημικοί αντιδραστήρες είναι συσκευές στις οποίες πραγματοποιούνται φωτοχημικές αντιδράσεις. Αλλά όχι μόνο γίνονται μετασχηματισμοί σε αυτά, αλλά συμβαίνουν και συνοδευτικές διαδικασίες μεταφοράς μάζας και θερμότητας και έντονης κίνησης του μέσου. Η αποτελεσματικότητα και η ασφάλεια της διαδικασίας καθαρισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σωστή επιλογή του τύπου του αντιδραστήρα, το σχεδιασμό και τον τρόπο λειτουργίας του.

Όταν χρησιμοποιούνται φωτοαντιδραστήρες για την επίλυση διαφόρων εφαρμοζόμενων προβλημάτων, μεγάλοι όγκοι αντιδραστηρίων πρέπει να εκτίθενται σε αποτελεσματική ακτινοβολία.

Ένα σημαντικό στοιχείο της μονάδας φωτοχημικής επεξεργασίας στο γενικό σύστημα των τοπικών εγκαταστάσεων επεξεργασίας είναι το σύστημα δοσομέτρησης για τα αντιδραστήρια, τον καταλύτη FeCl 3 και το υπεροξείδιο του υδρογόνου H 2 O 2.

Για τη σταθερή λειτουργία των αντιδραστήρων και την αύξηση της αποτελεσματικότητας της ανοργανοποίησης των οργανικών ενώσεων, είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί η διαδικασία καθαρισμού προκειμένου να προσδιοριστούν οι βέλτιστες δόσεις των αντιδραστηρίων που εισάγονται στον αντιδραστήρα. Η βελτιστοποίηση μπορεί να βασίζεται στην ελαχιστοποίηση του κόστους που απαιτείται για την αποθήκευση αντιδραστηρίων, λαμβάνοντας υπόψη την περιβαλλοντική ρύθμιση της διαδικασίας καθαρισμού. Η συνάρτηση της εξάρτησης της συγκέντρωσης ενός οργανικού ρύπου από τις παραμέτρους της διεργασίας (συγκεντρώσεις αντιδραστηρίων και χρόνος ακτινοβολίας UV), που περιορίζεται από τη μέγιστη επιτρεπτή τιμή της συγκέντρωσης μιας φαινολικής ένωσης, μπορεί να λειτουργήσει ως περιβαλλοντικός ρυθμιστής. Η συνάρτηση συγκέντρωσης προσδιορίζεται με βάση στατιστική ανάλυση πειραματικών δεδομένων της διαδικασίας AOP χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων (LSM).

Συχνά, το πρόβλημα του προσδιορισμού των παραμέτρων μιας εξίσωσης παλινδρόμησης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων τίθεται εσφαλμένα και η χρήση της εξίσωσης που προκύπτει κατά την επίλυση ενός προβλήματος βελτιστοποίησης για τον προσδιορισμό των βέλτιστων δόσεων αντιδραστηρίων μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκή αποτελέσματα.

Έτσι, σκοπός της εργασίας είναι η εφαρμογή μεθόδων τακτοποίησης για την κατασκευή ενός σταθερού μοντέλου της εξάρτησης της συγκέντρωσης μιας φαινολικής ένωσης από τις παραμέτρους της διαδικασίας φωτοχημικού καθαρισμού και ο προσδιορισμός των βέλτιστων επιπέδων κατανάλωσης υπεροξειδίου του υδρογόνου και σιδήρου (III). χλωριούχο ενώ ελαχιστοποιείται το κόστος των αντιδραστηρίων.

Να κατασκευαστεί ένα μαθηματικό μοντέλο της εξάρτησης της μείωσης της συγκέντρωσης μιας φαινολικής ένωσης από τις παραμέτρους της διαδικασίας AOP υπό τη συνδυασμένη επίδραση υπεροξειδίου του υδρογόνου, χλωριούχου σιδήρου (III) και υπεριώδους ακτινοβολίας με μήκος κύματος 365 nm σε ένα φαινολικό ρύπων σε υδάτινο περιβάλλον για την επίλυση του προβλήματος βελτιστοποίησης της αναγνώρισης των επιπέδων κατανάλωσης χημικών αντιδραστηρίων, πειραματικές μελέτες σε πρότυπα διαλύματα που περιέχουν φαινολικές ενώσεις (δισφαινόλη-Α, BPA), με χρήση υγρής και αέριας χρωματογραφίας. Κατά τη διεξαγωγή του βέλτιστου πειραματικού σχεδιασμού, αξιολογήθηκε η επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας και των οξειδωτικών στο επίπεδο αποσύνθεσης των οργανικών ρύπων σε διάφορες συγκεντρώσεις BPA - x1 (50 μg/l, 100 μg/l). υπεροξείδιο του υδρογόνου H2O2 - x2 (100 mg/l, 200 mg/l) και ενεργοποιητής - χλωριούχος σίδηρος (III) FeCl3 (1, 2 g/l) - x3. Ένα πρότυπο διάλυμα που περιέχει BPA, υπεροξείδιο του υδρογόνου και FeCl 3 εκτέθηκε σε ακτινοβολία UV για 2 ώρες (χρόνος ακτινοβολίας t - x4). Λήφθηκαν δείγματα 1 και 2 ώρες μετά την ακτινοβόληση και μετρήθηκε η υπολειπόμενη συγκέντρωση του BPA (y). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με υγρό χρωματογράφο LC-MS/MS. Τα προϊόντα ημιζωής κατά τη διάρκεια της φωτοαποικοδόμησης του BPA προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας αέριο χρωματογράφο GS-MS.

Κατά την εφαρμογή της διαδικασίας photo-Fenton (Fe2+/H2O2/hν) για την ανοργανοποίηση οργανικών ρύπων σε όξινο περιβάλλον σε pH = 3, σχηματίζεται το σύμπλεγμα Fe(OH) 2+:

Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH ● + OH − ;

Fe 3+ + H 2 O → Fe(OH) 2+ + H + .

Υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, το σύμπλοκο υφίσταται αποσύνθεση, με αποτέλεσμα το σχηματισμό της ρίζας OH● και του ιόντος Fe 2+:

2+ + hν → Fe 2+ + OH ● .

Μια ποσοτική περιγραφή της διαδικασίας photo-Fenton σε μακροεπίπεδο, όπως εφαρμόζεται στην αποδόμηση ενός οργανικού ρύπου στο υδάτινο περιβάλλον, μπορεί να περιγραφεί από το μοντέλο:

όπου 0 είναι η αρχική συγκέντρωση του οργανικού ρύπου. 0, 0 - αρχικές συγκεντρώσεις του ενεργοποιητή που περιέχει ιόντα σιδήρου (II) και υπεροξείδιο του υδρογόνου, αντίστοιχα. k είναι η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης. r - ρυθμός αντίδρασης; α, β, γ - εντολές αντίδρασης για ουσίες.

Κατά τη δημιουργία ενός μαθηματικού μοντέλου της εξάρτησης της μείωσης της συγκέντρωσης μιας φαινολικής ένωσης από τους παράγοντες της διαδικασίας φωτοχημικού καθαρισμού με τη συμμετοχή του αντιδραστηρίου «photo-Fenton», θα προχωρήσουμε από γραμμικά μοντέλα ή μοντέλα που μπορούν να μειωθούν σε γραμμικό σε συντελεστές χρησιμοποιώντας έναν κατάλληλο μετασχηματισμό, ο οποίος μπορεί να γραφτεί σε γενική μορφή με τον ακόλουθο τρόπο:

όπου fi(x1, x2, …, xm) είναι αυθαίρετες συναρτήσεις παραγόντων (παλινδρομητές). β1, β2,…, βk - συντελεστές μοντέλου. ε είναι το πειραματικό σφάλμα.

Με βάση το νόμο της δράσης της μάζας, η εξάρτηση της συγκέντρωσης μιας φαινολικής ένωσης από τους παράγοντες διεργασίας μπορεί να αναπαρασταθεί μαθηματικά από την ακόλουθη έκφραση:

όπου η είναι το επίπεδο της υπολειπόμενης συγκέντρωσης BPA τη χρονική στιγμή t, mg/l. x1 - αρχική συγκέντρωση BPA, mg/l. x2 - συγκέντρωση υπεροξειδίου του υδρογόνου, mg/l. x3 - συγκέντρωση χλωριούχου σιδήρου (III), g/l. x4 - χρόνος διαδικασίας καθαρισμού, h; β1, β2, β3, β4, β5 - παράμετροι μοντέλου.

Οι συντελεστές εισέρχονται στο μοντέλο (2) μη γραμμικά, αλλά όταν γραμμικοποιούνται παίρνοντας τους λογάριθμους στη φυσική βάση, τη δεξιά και την αριστερή πλευρά της εξίσωσης (2), παίρνουμε

όπου σύμφωνα με το (1)

Ωστόσο, με αυτόν τον μετασχηματισμό, μια τυχαία διαταραχή (πειραματικό σφάλμα) εισέρχεται στο μοντέλο πολλαπλασιαστικά και έχει λογαριθμική κανονική κατανομή, δηλ. , και μετά τη λήψη λογαρίθμων αυτό δίνει

Μετά τη γραμμικοποίηση και την εισαγωγή νέων μεταβλητών, η έκφραση (2) θα λάβει τη μορφή

όπου οι μεταβλητές πρόβλεψης X1, X2, X3, X4 και η απόκριση Y είναι λογαριθμικές συναρτήσεις:

Y = lny, X1 = lnx1,

X 2 = lnx 2, X 3 = lnx 3, X 4 = lnx 4;

b0, b1, b2, b3, b4 - παράμετροι μοντέλου.

Τυπικά, σε προβλήματα επεξεργασίας δεδομένων, ο πίνακας πειράματος και το διάνυσμα απόκρισης είναι γνωστά ανακριβώς, δηλ. με σφάλματα και το πρόβλημα του προσδιορισμού των συντελεστών παλινδρόμησης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων είναι ασταθές σε σφάλματα στα δεδομένα προέλευσης. Εάν ο πίνακας πληροφοριών FTF είναι κακώς ρυθμισμένος (F είναι ο παλινδρομικός πίνακας), οι εκτιμήσεις OLS είναι συνήθως ασταθείς. Για να ξεπεραστεί η κακή προϋπόθεση του πίνακα πληροφοριών, προτάθηκε η ιδέα της τακτοποίησης, που τεκμηριώθηκε στα έργα του A.N. Tikhonova.

Σε σχέση με την επίλυση προβλημάτων παλινδρόμησης, η ιδέα της τακτοποίησης από τον Α.Ν. Ο Tikhonov ερμηνεύτηκε από την A.E. Hoerlom ως διαδικασία «παλίνδρομης κορυφογραμμής». Όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος παλινδρόμησης κορυφογραμμής για τη σταθεροποίηση των εκτιμήσεων OLS (που ορίζονται από b = (FTF)-1FTY), η τακτοποίηση περιλαμβάνει την προσθήκη κάποιου θετικού αριθμού τ (παράμετρος κανονικοποίησης) στα διαγώνια στοιχεία του πίνακα FTF.

Οι Hoerl, Kennard και Beldwin πρότειναν την επιλογή της παραμέτρου κανονικοποίησης τ ως εξής:

όπου m είναι ο αριθμός των παραμέτρων (εξαιρουμένου του ελεύθερου όρου) στο αρχικό μοντέλο παλινδρόμησης. SSe είναι το υπολειπόμενο άθροισμα τετραγώνων που λαμβάνεται από το αρχικό μοντέλο παλινδρόμησης χωρίς προσαρμογή για πολυσυγγραμμικότητα. b* - διάνυσμα στήλης συντελεστών παλινδρόμησης, μετασχηματισμένο με τον τύπο

,

όπου bj είναι η παράμετρος για τη μεταβλητή Xj στο αρχικό μοντέλο παλινδρόμησης, που προσδιορίζεται από την OLS. - μέση τιμή της j-ης ανεξάρτητης μεταβλητής.

Αφού επιλέξετε την τιμή του τ, ο τύπος για την εκτίμηση των παραμέτρων κανονικοποιημένης παλινδρόμησης θα έχει τη μορφή

όπου εγώ είναι η μήτρα ταυτότητας. F - regressor matrix; Το Y είναι ένα διάνυσμα τιμών της εξαρτημένης μεταβλητής.

Η τιμή της παραμέτρου κανονικοποίησης, που προσδιορίζεται από τον τύπο (4), παίρνει τιμή ίση με τ = 1,371·10-4.

Ένα κανονικοποιημένο μοντέλο για τη μείωση της συγκέντρωσης μιας φαινολικής ένωσης, ενσωματωμένο στο σύστημα Statistica λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο (5), μπορεί να παρουσιαστεί στη μορφή

όπου C ost και C BPA είναι οι υπολειμματικές και αρχικές συγκεντρώσεις του φαινολικού ρύπου, αντίστοιχα, mg/l. - συγκέντρωση υπεροξειδίου του υδρογόνου, mg/l. CA - συγκέντρωση χλωριούχου σιδήρου (III), g/l; t - χρόνος, h.

Οι τιμές του συντελεστή προσδιορισμού, R 2 = 0,9995, κριτήριο Fisher F = 5348,417, που υπερβαίνουν την κρίσιμη τιμή (F cr (0,01, 4,11) = 5,67), χαρακτηρίζουν την επάρκεια του κανονικοποιημένου μοντέλου στα πειραματικά αποτελέσματα στο επίπεδο σημαντικότητας α = 0,1.

Ο καθορισμός των βέλτιστων ειδικών τιμών των συγκεντρώσεων των χημικών αντιδραστηρίων (FeCl 3, H 2 O 2) που απαιτούνται για τον καθαρισμό του νερού, με την επίτευξη του ελάχιστου ειδικού επιπέδου κόστους, είναι ένα πρόβλημα μη γραμμικού (κυρτού) προγραμματισμού της μορφής (7- 9):

(8)

όπου f είναι συνάρτηση των οικονομικών πόρων που σχετίζονται με το απόθεμα χημικών αντιδραστηρίων f = Z(c2, c3). gi είναι η συνάρτηση της μείωσης της συγκέντρωσης μιας φαινολικής ένωσης στο υδάτινο περιβάλλον κατά τη διαδικασία του φυσικοχημικού καθαρισμού, g = Κόστος(c1, c2, c3, t) (συνάρτηση περιορισμού). x1, x2,…, xn - παράμετροι διαδικασίας. x1 είναι η αρχική συγκέντρωση της φαινολικής ένωσης, x1 = c1, mg/l. x2 και x3 – συγκεντρώσεις υπεροξειδίου του υδρογόνου και χλωριούχου σιδήρου (III), αντίστοιχα x2 = c2, mg/l, x3 = c3, g/l. t - χρόνος, h; δι - μέγιστη επιτρεπτή συγκέντρωση φαινολικής ένωσης (MPC), mg/l.

Η συνάρτηση των οικονομικών πόρων, που αντιπροσωπεύει ένα μοντέλο κόστους δύο ονοματολογιών που σχετίζεται με την παροχή υπεροξειδίου του υδρογόνου και χλωριούχου σιδήρου (III), λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο Wilson, μπορεί να αναπαρασταθεί ως

(10)

όπου Z(c2, c3) - συγκεκριμένο συνολικό κόστος που σχετίζεται με το απόθεμα, τρίψιμο. Α - συγκεκριμένα γενικά έξοδα μιας γενικής παράδοσης, τρίψιμο. c2 - ειδική κατανάλωση υπεροξειδίου του υδρογόνου, mg/l. c3 - ειδική κατανάλωση χλωριούχου σιδήρου, g/l. I1, I2 - ειδικά τιμολόγια για το κόστος αποθήκευσης υπεροξειδίου του υδρογόνου και χλωριούχου σιδήρου (III), αντίστοιχα, τρίψιμο. m1, m2 - το μερίδιο της τιμής του προϊόντος που αποδίδεται στο κόστος εκπλήρωσης μιας παραγγελίας για υπεροξείδιο του υδρογόνου και χλωριούχο σίδηρο (III), αντίστοιχα. i1, i2 - το μερίδιο της τιμής του προϊόντος που αποδίδεται στο κόστος διατήρησης του αποθέματος υπεροξειδίου του υδρογόνου και χλωριούχου σιδήρου (III), αντίστοιχα. k2, k3 - ειδική τιμή αγοράς ανά μονάδα υπεροξειδίου του υδρογόνου (RUB/mg) και χλωριούχου σιδήρου (III) (RUB/g), αντίστοιχα.

Για την επίλυση του συστήματος (7)-(9), εισάγεται ένα σύνολο μεταβλητών λ1, λ2, ..., λm, που ονομάζονται πολλαπλασιαστές Lagrange, για να σχηματιστεί η συνάρτηση Lagrange:

,

Βρίσκονται μερικές παράγωγοι και εξετάζεται ένα σύστημα n + m εξισώσεων

(11)

με n + m αγνώστους x1, x2, ..., xn; λ1, λ2, ..., λm. Οποιαδήποτε λύση στο σύστημα των εξισώσεων (11) καθορίζει ένα υπό όρους ακίνητο σημείο στο οποίο μπορεί να εμφανιστεί ένα άκρο της συνάρτησης f(x1, x2, ..., xn). Εάν πληρούνται οι συνθήκες Kuhn – Tucker (12.1)-(12.6), το σημείο είναι ένα σημείο σέλας της συνάρτησης Lagrange, δηλ. η λύση που βρέθηκε στο πρόβλημα (7)-(9) είναι η βέλτιστη:

Το πρόβλημα του προσδιορισμού των βέλτιστων παραμέτρων για τη διαδικασία καθαρισμού βιομηχανικών λυμάτων από φαινολικές ενώσεις με την επίτευξη του ελάχιστου επιπέδου τρέχοντος μοναδιαίου κόστους που απαιτείται για την αποφαινολίωση του νερού λύθηκε με τα ακόλουθα αρχικά δεδομένα: η αρχική συγκέντρωση φαινολικού ρύπου στα λύματα είναι 0,006 mg /l (6 MPC); Ο χρόνος καθαρισμού που καθορίζεται από την τεχνολογική διαδικασία είναι 5 ημέρες (120 ώρες). μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση ρύπου 0,001 mg/l (b = 0,001); ειδική τιμή αγοράς ανά μονάδα αποθέματος για το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι 24,5·10 -6 rub./mg (k2 = 24,5·10 -6), για το χλωριούχο σίδηρο (III) 37,5·10 -3 τρίψιμο/g (k3 = 37,5· 10 ‒3); το μερίδιο της τιμής του προϊόντος που αποδίδεται στο κόστος διατήρησης του αποθέματος υπεροξειδίου του υδρογόνου και χλωριούχου σιδήρου είναι ίσο με 10% (i = 0,1) και 12% (i = 0,12), αντίστοιχα. το μερίδιο της τιμής του προϊόντος που αποδίδεται στο κόστος εκπλήρωσης της παραγγελίας για υπεροξείδιο του υδρογόνου και χλωριούχο σίδηρο είναι 5% (m1 = 0,05) και 7% (m2 = 0,07), αντίστοιχα.

Επιλύοντας το πρόβλημα (7)-(9) στο σύστημα MathCad, λαμβάνουμε το σημείο X* με συντεταγμένες

(с2*, σ3*, λ*) = (6.361∙103; 5.694; 1.346·10 4),

στην οποία πληρούνται οι προϋποθέσεις Kuhn-Tucker (12.1)-(12.6). Υπάρχει ένα σημείο που ανήκει στην περιοχή των εφικτών λύσεων στο οποίο ικανοποιείται η συνθήκη κανονικότητας του Slater:

Сost(c2°, c3°) = Сost (10 3 ,1) = - 7,22·10 -9< 0.

Ο τύπος του υπό όρους ακίνητου σημείου προσδιορίστηκε σύμφωνα με το κριτήριο Sylvester σε σχέση με τον πίνακα Hessian της συνάρτησης Lagrange:

Σύμφωνα με το κριτήριο Sylvester, ο πίνακας L δεν είναι ούτε θετικός ούτε αρνητικός οριστικός (ημιορισμένος) (Δ 1 = 4,772·10 -8 ≥ 0, Δ 2 = 6,639·10 -9 ≥ 0· Δ 3 = ‒5,042· 10 -17 ≤ 0).

Από την εκπλήρωση των συνθηκών Kuhn-Tucker, την κανονικότητα του Slater και με βάση τη μελέτη του σημείου-προσδιορισμού του πίνακα της Έσσης της συνάρτησης Lagrange σε ένα υπό όρους ακίνητο σημείο, προκύπτει ότι το σημείο (6.361∙10 3; 5.694; 1.346 ·10 4) είναι το σημείο σέλας της συνάρτησης Lagrange, δηλ. βέλτιστη λύση στο πρόβλημα (7)-(9).

Έτσι, για να μειωθεί το επίπεδο των φαινολών στα βιομηχανικά λύματα από 0,006 mg/l (6 MPC) στο μέγιστο επιτρεπόμενο (0,001 mg/l), θα απαιτηθεί ειδικό τρέχον κόστος 1,545 ρούβλια/l. Αυτή η τιμή του ειδικού κόστους είναι ελάχιστη όταν χρησιμοποιούνται στη διαδικασία καθαρισμού τα βέλτιστα ειδικά επίπεδα κατανάλωσης υπεροξειδίου του υδρογόνου 6.361·10 3 mg/l και χλωριούχου σιδήρου (III) 5.694 g/l.

Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του πολλαπλασιαστή Lagrange για τεχνικές και οικονομικές συνθήκες (c 1 = 0,006 mg/l, t = 120 ώρες, b = 10 -3 mg/l, k 2 = 24,5 10 -6 τρίψιμο/mg, k 3 = 37 . 5·10 -3 τρίψιμο/g; i 1 = 10%, i 2 = 12%, m 1 = 5%, m2 = 7%) το πρόβλημα του προσδιορισμού των βέλτιστων ειδικών τιμών των συστατικών που χρησιμοποιούνται ως οξειδωτικοί παράγοντες σε η διαδικασία φωτοκαταλυτικής αποσύνθεσης έχει λυθεί φαινολική ένωση που περιέχεται στα βιομηχανικά λύματα μέχρι το επίπεδο MPC.

Το αναγνωρισμένο κανονικοποιημένο μαθηματικό μοντέλο, το οποίο καθιερώνει την εξάρτηση του επιπέδου μείωσης της συγκέντρωσης μιας φαινολικής ένωσης στο υδάτινο περιβάλλον από τις παραμέτρους της διαδικασίας φωτοχημικού καθαρισμού, έχει καλύτερες προγνωστικές ιδιότητες από το μοντέλο που προσδιορίζεται με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. Χρησιμοποιώντας το ληφθέν τακτοποιημένο μαθηματικό μοντέλο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του πολλαπλασιαστή Lagrange, λύθηκε ένα πρόβλημα μαθηματικού προγραμματισμού για τον προσδιορισμό των εκτιμήσεων των βέλτιστων ειδικών επιπέδων κατανάλωσης χημικών αντιδραστηρίων (FeCl 3, H 2 O 2), τα οποία είναι σταθερές λύσεις.

Η εξεταζόμενη προσέγγιση για τον προσδιορισμό των βέλτιστων παραμέτρων της διαδικασίας φωτοχημικής επεξεργασίας με τη χρήση κανονικοποίησης θα εξασφαλίσει αποτελεσματική διαχείριση της επεξεργασίας λυμάτων από φαινολικές ενώσεις.

Αξιολογητές:

Yashin A.A., Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Διδάκτωρ Βιολογικών Επιστημών, Καθηγητής του Τμήματος Γενικής Παθολογίας, Ιατρικό Ινστιτούτο, Tula State University, Tula;

Korotkova A.A., Διδάκτωρ Βιολογικών Επιστημών, Καθηγήτρια, Προϊστάμενος του Τμήματος Βιοοικολογίας και Τουρισμού του Παιδαγωγικού Πανεπιστημίου της Τούλα. L.N. Τολστόι», Τούλα.

Το έργο παρελήφθη από τον εκδότη στις 16 Φεβρουαρίου 2015.

Βιβλιογραφικός σύνδεσμος

Sheinkman L.E., Dergunov D.V., Savinova L.N. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΦΩΤΟΧΗΜΙΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΛΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΦΑΙΝΟΛΙΚΟΥΣ ΡΥΠΟΥΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΡΥΘΜΙΣΗΣ // Θεμελιώδης Έρευνα. – 2015. – Αρ. 4. – Σ. 174-179;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37143 (ημερομηνία πρόσβασης: 17/09/2019). Φέρνουμε στην προσοχή σας περιοδικά που εκδίδονται από τον εκδοτικό οίκο "Ακαδημία Φυσικών Επιστημών"