Понастоящем има значителен брой технологични схеми на процеса на биологично пречистване, всяка от които се различава по броя на етапите на аерация, наличието или отсъствието на регенерация на активна утайка, методите за въвеждане на отпадъчни води и връщане на утайки в конструкциите, степен на обработка и пр. Всеки тип структура се характеризира със собствени показатели за нормална работа и изисква индивидуален подход към проектирането на автоматизирана система за управление.

Въздействията, които могат да бъдат използвани за изграждане на автоматизирана система за управление, са следните:

Контрол на дебита на връщащата утайка с цел поддържане на концентрацията на активна утайка в резервоара за аерация;

Контрол на въздушния поток по такъв начин, че да поддържа определена концентрация на разтворен кислород в целия обем на аерационния резервоар;

Контролиране на дебита на активната утайка, изхвърляна от системата, за да се поддържа постоянна възраст на утайката;

Промяна на съотношението на обемите на аерационния резервоар и регенератора (при запазване на постоянството на общия им обем) с цел оптимално регенериране на утайки;

Разпределение на дебита на входящите отпадъчни води между паралелно работещи резервоари за аерация;

Поддържане на оптималната стойност на рН на водата, постъпваща в резервоара за аерация

Контрол на дебита на утайките, изхвърляни от утаителните резервоари, за да се поддържа оптимално ниво на утайката в тях и да се променя в зависимост от концентрацията и дебита на утайковата смес, мътността на пречистената отделена вода, както и индекса на утайката .

В традиционните ACS се използват алгоритмични модели, които свързват контролното действие с входните данни (или тяхната промяна). Недостатъкът на традиционните методи за контрол по отношение на процеса на биологично пречистване на отпадъчни води е многоизмерността и сложността на създадените математически модели с ниска точност и непълнота на първоначалната информация и неяснотата на критерия за контрол. От друга страна, ситуации, които възникват по време на експлоатацията на биологично устройство за пречистване на отпадъчни води, често позволяват използването на официални методи за разсъждения за контрол, близки до естествения ход на разсъжденията на човешки експерт. За да се решат проблемите с контрола на биологичното пречистване, те могат да бъдат много по -ефективни от традиционните ACS, особено по отношение на времето и цената на разработването и модификацията, когато изискванията към системата и външните условия се променят, което е изключително важен фактор в светлината на непрекъснатото усъвършенстване на технологиите и увеличаване на производителността на блока.биологично пречистване. Характерна особеност на контролирания обект е присъщата способност на пречиствателната станция да коригира технологичната схема и да промени състава на оборудването. Това обстоятелство повишава изискванията за откритост, перспективи и стандартизация на създаваната система. Промените в стандартите за качество на пречистването на отпадъчни води, увеличаването на капацитета на съоръженията за пречистване или добавянето на нови параметри за контрол ще изискват цялостна преработка на математически модели на традиционните АСУ, докато в експертната система ще бъде достатъчно само да се коригират правилата или да се добавят нови .

Освен това в процеса на управление на биологичното третиране често възникват проблемни ситуации, за преодоляването на които е необходимо да се използва опитът на много експерти, нормативна и техническа, справочна и регулаторна информация, която не винаги е достъпна за оператора. Управлението на експлоатацията на пречиствателните съоръжения е сложна задача, свързана с особеностите на състоянието и функционирането на пречиствателните съоръжения. На практика технологът на пречиствателните станции за отпадъчни води, който взема решения относно управлението на пречистването на отпадъчни води, се сблъсква със следните проблеми:

Липса на параметри за вземане на решения, поради ограничения времеви резерв и високите разходи за провеждане на специализирани лабораторни анализи;

Непълнота, неточност на инструкциите на естествен език за вземане на решения;

Липса на теоретични познания за процеса на управление на пречистването на отпадъчни води и липса на отчитане на особеностите на функционирането на определена пречиствателна станция.

Процесът на пречистване на отпадъчните води се извършва в режим на забавяне на реакцията на системата и зависи от много входни сигнали. Тези сигнали са разнородни, пристигат на различни интервали, някои от тях отнемат време за обработка, както и специални лабораторни условия и скъпи реактиви. Пречиствателните станции функционират отчасти поради дейността на различни живи организми, чиито реакции на въздействието на входните параметри са специфични и взаимозависими. Оптималните условия за съществуването на комплекси от организми, които пречистват отпадъчните води, са много трудни за избор поради променливостта на тези комплекси в зависимост от състава на отпадъчните води. Регулирането на концентрацията на хранителни вещества, поддържането на рН на околната среда и температурата в необходимия диапазон, имат положителен ефект не само върху развитието на микроорганизми, но и върху биохимичната активност на последните при пречистване на водата. За да се изберат оптималните условия за функциониране на микроорганизми в аеротенкове, се използват автоматизирани системи за управление, които се основават на математически модели (таблица 1.2). Такива системи имат няколко недостатъка. Те работят добре, когато пречиствателната станция е в нормална работа и са слабо приложими в случай на работа извън обекта.

Естествено, когато възникнат проблемни ситуации, са необходими знания и опит на експерти, а разработването на симулационни модели и програми за решаване на уравнения очевидно не е достатъчно. Необходимо е да се използват субективна информация, натрупана през годините, както и непълни данни и обективна информация, натрупана през периода на експлоатация на пречиствателните съоръжения.

Използването на методи и средства на изкуствения интелект дава нови възможности за решаване на проблема с управлението на пречиствателните станции за отпадни води. В идеалния случай експертните системи, базирани на изкуствен интелект, трябва да имат ниво на ефективност при решаването на неформализирани проблеми, сравними с или надвишаващи човешките нива. Във всеки случай експертната система „знае“ по -малко от човешкия експерт, но задълбочеността, с която се прилага това знание, компенсира неговите ограничения. В момента има редица експертни системи (ES) в чужбина, които се използват за пречистване на отпадъчни води (Таблица 1.3).

Анализирайки примерите от Таблица 1.3, трябва да се отбележи, че система, основана на правила, е най-подходяща за контрол на биологично пречиствателно устройство, което е елемент от интегрирана система за пречистване на отпадъчни води.

Таблица 1.2 - Модели на класическо управление в пречиствателните станции за биологични отпадни води

Име	Пример за приложение	Оборудване	Недостатъци на моделите	Предимства на моделите
Корелация	Установяване на връзки и взаимозависимости между характеристиките на водата	Пречиствателна станция	Наличието на голям брой външни фактори, взаимното влияние на микроорганизмите, взаимодействието със субстрата води до сложност при избора на адекватен модел за описание на системата. Моделите са трудни за проектиране, често неточни и опростяват реалността. Симулацията не работи с неизвестни или немоделирани ситуации. Качествените данни не могат да се използват за числов модел на управление. Данните са неточни или липсват, сензорите дават грешна информация или липсват, не всички характеристики, необходими за моделиране, се анализират всеки ден, което влияе върху точността на моделите. Характеристиките на входящата вода са силно променливи и неконтролируеми. Забавяне в събирането на данни поради дълги лабораторни анализи и аналитични изчисления.	Оценка на поведението на пречиствателните съоръжения в отговор на конкретен сценарий на развитие (експлоатационни условия и характеристики на вливащите се води) и прогноза за средния и дългия период на възможни резултати с определени действия върху процеса на пречистване Подобряване на ефективността при отстраняване на замърсителите Намаляване на консумацията на електроенергия, химикали и разходи за поддръжка на пречиствателните съоръжения Разработване на алтернативи за модернизиране на съществуващи пречиствателни съоръжения
Адаптивен алгоритъм	За поддържане на необходимото ниво на кислород в резервоара за аерация	Аерационен резервоар
Прагматични модели Основни модели	Бактериален растеж и консумация на субстрат	Аерационен резервоар
Симулационни модели Статистически синтез	Моделиране на еволюцията на състоянията на пречиствателните съоръжения	Пречиствателна станция
Групиране	Класификация на сензорните данни	Пречиствателна станция
Законът на Стоукс	Симулация на отлагане	Капан за пясък
Гусманова крива	Моделиране на твърди утайки
Метод за оптимизация	Оптимизиране на обработката на утайки	Първични, вторични резервоари за утаяване
Детерминирани, предсказващи модели	Утаяване	Първични, вторични резервоари за утаяване
Криви на производителността и стохастични модели	Прогнозиране на поведението на картера	Първични, вторични резервоари за утаяване

Таблица 1.3 - Изкуствен интелект, разработен за пречиствателни станции за отпадни води

Име . Разработчикът	Представяне на знания	Основни функции и характеристики	Недостатъци
ES в реално време. (Baeza, J)		Регулиране на работата на пречиствателните станции. Управление на процеса на пречистване на отпадъчни води чрез Интернет.	Системи, базирани на правила: Не се учи по време на работа Трудности в процеса на извличане на знания и опит на необработени данни Неспособни да предвидят, техният обхват е ограничен до минали предварително определени ситуации. Системи, базирани на казуси: Проблемът с индексирането на случаите на използване в базата знания; Организиране на ефективна процедура за търсене на най -близките прецеденти; Обучение, формиране на правила за адаптация; Премахване на случаи, които са загубили своята актуалност. Случаи и правила за използване: Няма синтактична и семантична интеграция на системните модули
ES за определяне на състоянието на пречиствателните съоръжения. (Риано) 4]		Система за автоматично изграждане на правила, използвани за идентифициране на състоянието на пречиствателните съоръжения.
ES за управление на пречиствателните станции. (Ян)		Експертна система за определяне на последователността от етапи на пречистване на водата в пречиствателните станции за отпадни води
ES за управление на ОС (Wiese, J., Stahl, A., Hansen, J.)	Прецеденти	Експертна система за идентифициране на вредни микроорганизми в системата с активна утайка
ES за намаляване на щетите от замърсяване на водата. (Университет на Северна Каролина)	прецеденти	Оценка на потенциалните въздействия за управление на дифузните източници на замърсяване в речния басейн въз основа на информация и решения от потребителя.
Електроцентрала в реално време за управление на пречиствателните станции за отпадни води, (Санчес-Маре)	прецеденти	PPR по време на надзор, интегриран контрол и управление на работата на пречиствателните съоръжения. Комбинира се в рамкова структура: учене, разсъждение, придобиване на знания, разпределено вземане на решения. Правилата за изводи частично моделират данни и експертни познания. Системата, базирана на казуси, моделира емпирични знания.
Контрол на системата за активна утайка. (Комас, Дж.)	прецеденти	Система за мониторинг и контрол на системата за активна утайка в пречиствателните станции за биологични отпадни води. Ядрото и основните модули са разработени на базата на обектно-ориентирана обвивка, която реализира механизма за извод. Управлява извличане на данни, база данни, система от правила и прецеденти.

Най-типичната форма за решаване на проблеми с директния контрол на единицата за биологично третиране са експертни системи, изградени въз основа на производствен модел, където знанието е представено чрез набор от правила от типа „ако-тогава“. Основните предимства на такава експертна система са простотата на попълването, модифицирането и отмяната на информацията и простотата на механизма за заключение. За да се организира структурата на експертната система, показана на фигура 1.1, е необходимо да се трансформира технологичната информация в структура за вземане на решения, която описва работата на базата знания, и след това, въз основа на избраната софтуерна обвивка, да се изготви програма на експертната система.

Това ще бъде целта на тази дипломна работа: да се адаптира опитът от теоретични изследвания и практически решения при използването на експертни системи за управление на биологичната пречиствателна станция за отпадни води към специфичен процес на пречистване, като се вземат предвид параметрите на проектирането и са приети при проектирането на индивидуалната технологична схема на тези пречиствателни съоръжения. А също и създаването на пълноценна система за автоматизация на процесите и избора на технически средства за нейното внедряване.

Фигура 1.1 - Структура на управление на процеса на пречистване на отпадъчни води

Изпратете вашата добра работа в базата знания е проста. Използвайте формата по -долу

Студенти, аспиранти, млади учени, които използват базата знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru/

Въведение

Автоматизацията на технологичните процеси и производството на настоящия етап се въвежда във всички отрасли на промишлеността. Едно от основните предимства на APCS е да намали, до степен на пълно премахване, влиянието на човешкия фактор върху контролирания процес, да намали персонала, да сведе до минимум разходите за суровини, да подобри качеството на произвеждания продукт и в крайна сметка значително увеличаване на ефективността на производството. Основните функции, изпълнявани от такива системи, включват мониторинг и контрол, обмен на данни, обработка, натрупване и съхранение на информация, генериране на аларми, изграждане на графики и отчети.

1. Характеристикаотпадни води за предприятията

Отпадъчни води - всяка вода и валежи, изпускани във водни обекти от териториите на промишлени предприятия и населени места чрез канализационната система или чрез гравитация, чиито свойства са влошени в резултат на човешка дейност.

Отпадъчните води са:

Индустриалните (промишлени) отпадъчни води (генерирани в технологични процеси по време на производството или добива на минерали) се изхвърлят чрез промишлена или обща канализация

Битовите (битови и фекални) отпадъчни води (генерирани в жилищни помещения, както и в домакински помещения в производство, например душове, тоалетни), се изхвърлят чрез битова или обща канализация

Повърхностните отпадни води (разделени на дъждовна вода и размразени, тоест образувани по време на топенето на сняг, лед, градушка), обикновено се изхвърлят през дъждовната канализационна система.

Промишлените отпадъчни води могат да се отделят:

Според състава на замърсителите:

Замърсени предимно с минерални примеси;

Предимно замърсени с органични примеси;

Замърсени както с минерални, така и с органични примеси;

Чрез концентрацията на замърсители.

Отпадъчните води съдържат две основни групи замърсители - консервативни, т.е. тези, които почти не влизат в химични реакции и практически не са биоразградими (примери за такива замърсители са соли на тежки метали, феноли, пестициди) и неконсервативни, т.е. тези, които могат, вкл. да преминат процесите на самопочистване на резервоари.

Съставът на отпадъчните води включва като неорганични (частици от почва, руда и отпадъчна скала, шлака, неорганични соли, киселини, основи); и органични (петролни продукти, органични киселини), вкл. биологични обекти (гъбички, бактерии, дрожди, включително болестотворни).

Технологичен процес на съоръжението

Цялото външно тяло е оборудвано с бетонен капак с наклон към канализационните улуци за събиране на атмосферни валежи и евентуални разливи на преработени продукти.

Събирането от дренажните тави се изпраща към заровените контейнери E-314 / 1,2, разположени в различни краища на инсталацията (диаграма на потока). Събраната в резервоарите вода се изпомпва с помпи Н-314 / 1,2 в химически замърсената канализационна система (КТК) на ПСОВ, със задоволителни резултати от анализа на събраната вода и получаване на разрешение за изпомпване от началника на смяната на ПСОВ. При изпомпване се следи наличието на маслен слой, а когато се открие, изпомпването спира.

В случай на значително замърсяване на водата, ако е възможно, тя се разрежда с циркулационна вода или се транспортира с камион за утайки до колектора за утайки на ПСОВ.

Когато се открие маслен слой, той се изпраща за повторна обработка, през контейнера О-23, с помощта на камион за гориво. Нивото в резервоара E-314/1 се контролира от устройството LIA-540.

Диаграма на технологичния процес

Недостатъци на съществуващата система:

- няма начин да се следи и анализира нивото на масления слой, взето от сензора, което от своя страна не ни позволява да контролираме целия технологичен процес.

- няма автоматизирана система за управление и управление на процеса.

- едно от основните предимства на APCS, което не се наблюдава в тази система, е намаляването на влиянието на т. нар. човешки фактор върху контролирания процес, намаляване на персонала, минимизиране на разходите за суровини, подобряване на качеството на крайния продукт и в крайна сметка значително повишаване на ефективността на производството.

- съществуващите устройства, вградени в системата, са обект на влиянието на околната среда.

Общи принципи за изграждане на автоматизирани системи за управление и управление на процеси

Съществуват различни принципи за изграждане на системи за управление на технологични процеси, които се определят от: 1) мястото във веригата за управление на оператора и 2) териториалното разположение на технологичните обекти.

Въз основа на първия принцип са възможни следните опции за изграждане на системи.

Информационната система позволява на обслужващия персонал да следи хода на процеса на вторични измервателни устройства, в зависимост от показанията, да вземе едно или друго решение за регулиране на процеса и, ако е необходимо, да направи регулиране с помощта на устройства с ръчно управление.

В зависимост от техническата база на измервателните уреди са възможни следните методи за внедряване на измервателни системи:

В първия случай показателните устройства се използват като вторични измервателни устройства. Този метод позволява на оператора да контролира хода на процеса според указанията на набиращи или цифрови устройства, да въвежда данните в дневника, да взема решение за регулиране на процеса и да го извършва. При цялата архаична природа на този метод, той все още се използва широко, особено след като е възможно да се допълнят измервателните уреди с различни средства за сигнализация и дистанционно управление;

Във втория случай записващите устройства се използват като вторични измервателни уреди: автоматични записващи устройства, потенциометри и други подобни устройства, които записват върху хартиена карта. Този метод също изисква постоянно наблюдение на процеса от оператора, но го освобождава от рутинната процедура за записване на показанията. Горните случаи се характеризират със сложността на намирането на необходимите стойности, записани през различни интервали от време, известна сложност на обработката на статистически данни, тъй като изисква се тяхната ръчна обработка или ръчно въвеждане в компютър, сложността на създаването на система за управление със затворен контур;

В третия случай внедряването на информационна система предполага комбинация от средства за измерване, обработка и съхраняване на информация на базата на електронен компютър. Използването на компютърни технологии дава възможност за създаване на автоматична система за интегрирана обработка на информация за технологичния процес. Такава система позволява гъвкав подход към обработката на данни в зависимост от тяхното съдържание, освен това се осигурява необходимата статистическа обработка на получените данни, тяхното съхранение и представяне в необходимата форма на екрана на дисплея и твърдия носител, както и лесно предаване информация на дълги разстояния. Това дава възможност да се организира автоматизирана система за събиране, обработка, съхраняване, предаване и представяне на информация.

На настоящия етап от развитието на технологиите, информационните и управляващите системи, изградени на базата на цифрови изчислителни съоръжения, служат като основа за автоматизирани и автоматични системи за наблюдение и контрол на технологичните процеси и производството като цяло.

Един от типовете автоматизирани системи за управление е информационна и консултативна система, наричана иначе система за подпомагане на вземането на решения или експертна система. Този тип системи реализират автоматично събиране на технологични данни от съоръжението, необходимата обработка, съхранение и предаване на информация. Обработката на информация позволява преобразуването й във формат, подходящ за съхранение в база данни, извличане на необходимите данни от нея, при което е възможно синтезирането на препоръчителна информация.

Развитието на информационни и консултативни системи е автоматичната система за управление (ACS). Изграждането на ACS е възможно както на базата на аналогова, така и на цифрова база от елементи. Най-обещаващата база, на този етап от развитието на технологиите, са микропроцесорните блочно-модулни системи за събиране на информация, по-нататъшна обработка на информация с помощта на промишлени компютри, синтез на управляващи действия и предаване на управляващи сигнали към управляващия обект чрез предаване на модули на блока- модулна система за събиране и предаване на информация.

Използването на съвременни компютърни технологии дава възможност също така да се организира прехвърлянето на информация между различни системи за автоматично управление, ако има комуникационни линии и подходящи протоколи за предаване на информация. По този начин автоматична система за управление, изградена на подобен принцип, предоставя решение на проблема с управлението и наблюдението на технологичен обект, възможността за интегриране на системата с други нива на йерархията.

По териториално разположение системите за контрол и управление се подразделят на централизирани и разпределени системи.

Централизираните системи се характеризират с факта, че обектите за управление са географски разпръснати и контролирани от централна контролна точка, реализирана на цифрова машина за управление. С предимството, че цялата информация за състоянието на технологичния процес е концентрирана в една контролна точка и контролът се осъществява, такава система зависи значително от състоянието и надеждността на комуникационните линии.

Разпределените системи за управление ви позволяват да управлявате разпръснати обекти, които са повлияни от автономни контролери за управление. Комуникацията с централната точка се осъществява чрез т. Нар. Надзорен контрол върху целия ход на технологичния процес, а необходимите корекционни сигнали се генерират и предават на автономните контролери за управление.

В допълнение към анализа на общите принципи за изграждане на автоматизирани системи за управление и управление и изискванията, наложени от държавните стандарти при проектирането на такива системи, бяха взети предвид изискванията на клиента за автоматизирана система за управление на процеси.

На първо място, днес е необходимо да се комбинират системата за управление на процеса и централната контролна зала в единна информационна система. Също толкова важно е да се автоматизират тръбопроводите. Това ще ви позволи точно и бързо да получите важна технологична информация: налягане, температура, дебит на транспортираното вещество.

Технолозите се нуждаят от информация от този вид за извършване на превантивни и ремонтни работи, за оценка на стабилността на технологичния процес. Измерването на количеството транспортиран въглероден диоксид е необходимо за технологичното счетоводство. В крайна сметка има бърз достъп до информация, което подобрява качеството на вземане на управленски решения.

В работата са поставени и решени следните задачи:

1) Изчерпателно проучване на целия технологичен процес и обосновка на необходимостта от внедряване на автоматизирана система.

2) Избор на сензори и устройства за изпълнение на задачата.

3) Изборът на хардуерната част на системата.

4) Разработване на функционална диаграма, като се вземе предвид въвеждането на елементи за автоматизация на технологичния процес.

5) Разработване на софтуер и хардуер за автоматизирана система за мониторинг и управление на процеси.

6) Описание на функционалността и техническите възможности на внедрената автоматизирана система.

Функционална диаграма на обект с интегрирана автоматизирана система и стема

Описание на функционалната диаграма на автоматизираната система

Функционална диаграма на автоматизацията на технологичен обект е показана на фиг. (2). Диаграмата показва местоположението на първичните измервателни преобразуватели за технологичен контрол. Сензорите на системата са изработени от материали, които са устойчиви на влиянието на околната среда и имат взривозащитен дизайн, както и поддържане на налягане до 10,0 МРа. Автоматизираното изпомпване на отпадъчни води от резервоара E-314/1 се извършва с помощта на клапана за управление на позицията LV 540/1, работещ с радарния датчик за ниво на радар LIDC 540 Rosemount 5300 (чрез разделяне на фазите). Когато нивото на водата достигне 100%, управляващият вентил FV 540/1 се отваря. Която доставя циркулираща вода към резервоара, поради хидростатичната сила. Когато се достигне масления слой, който се открива от сензора за ниво LIDC 540 (разделяне на фазите), вентилът се затваря.

2. Списък на използваните устройства

1) НивоLIDA- 540: Rosemount 5300

Rosemount 5300 е двупроводен предавател с водени вълни за измерване на ниво и интерфейс на течности и насипни вещества. Rosemount 5300 осигурява висока надеждност, най-съвременни мерки за безопасност, лекота на използване и неограничена свързаност и интеграция в системите за управление на процеси.

Принцип на действиеВодени индикатори за ниво на вълната:

Rosemount 5300 се основава на технологията за времева рефлектометрия (TDR). Наносекундните микровълнови радарни импулси с ниска мощност се насочват надолу към сондата, когато са потопени в процеса. Когато импулсът на радара достигне среда с различна диелектрична константа, част от импулсната енергия се отразява в обратна посока. Разликата във времето между момента на предаване на радарния импулс и момента на приемане на ехото е пропорционален на разстоянието, според което се изчислява нивото на течността или нивото на интерфейса. Интензитетът на отразеното ехо зависи от диелектричната константа на средата. Колкото по -висока е диелектричната константа, толкова по -висок е интензитетът на отразения сигнал. Технологията с водени вълни има няколко предимства пред другите методи за измерване на нивото, тъй като радарните импулси са практически имунизирани срещу състава на течността, атмосферата на резервоара, температурата и налягането. Тъй като радарните импулси са насочени по протежение на сондата, а не свободно разпространяващи се в резервоарното пространство, вълноводната технология може успешно да се приложи в малки и тесни резервоари, както и в резервоари с тесни дюзи. В измервателните уреди 5300 за лесна употреба и поддръжка при различни условия се използват следните принципи и дизайнерски решения:

Модулност на дизайна;

Разширена аналогова и цифрова обработка на сигнали;

Възможност за използване на сонди от няколко типа в зависимост от условията на използване на нивомера;

Връзка с двужилен кабел (захранването се подава през сигналния контур);

Поддържа протокола за цифрова комуникация HART, който осигурява цифров изход и дистанционно конфигуриране на инструмента с помощта на ръчен комуникатор модел 375 или 475 или персонален компютър с инсталиран софтуер Rosemount Radar Master.

2) FV540 -спирателен и управляващ вентил

Спиращият и управляващ вентил е предназначен за автоматично регулиране на потоците от течни и газообразни среди, включително агресивни и пожароопасни, както и за затваряне на тръбопроводи.

Принципът на действие на регулиращия вентил е да се промени хидравличното съпротивление и съответно пропускателната способност на клапана чрез промяна на зоната на потока на дроселната клапа. Движението на буталото се контролира от задвижването. Когато стъблото на задвижващия механизъм се движи под действието на управляващия сигнал, буталото на клапана извършва възвратно -постъпателно движение в ръкава. На цилиндричната повърхност на втулката се прави набор от отвори или профилирани прозорци в зависимост от необходимата номинална производителност и характеристики на потока. Площта на отворите, през които се дроселира работната среда, зависи от повдигането на буталото.

Пружинен задвижващ механизъм с директно или обратно действие преобразува промяната в налягането на сгъстения въздух, подаван към работната кухина, в движение на стъблото. При липса на налягане на сгъстен въздух в работната кухина на задвижването, буталото, под действието на силата, развита от пружината, се настройва в най -ниското положение в NC задвижването (версия - нормално затворено).

Позиционерът е проектиран да подобри точността на позициониране на стъблото на задвижващия механизъм и свързания с него клапан.

3) Технограф-160 м

Указателни и записващи устройства TECHNOGRAPH 160M са предназначени за измерване и регистриране на дванадесет канала (K1-K9, KA, KV, KS) DC напрежение и сила, както и неелектрически величини, преобразувани в DC електрически сигнали или активно съпротивление.

Устройствата могат да се използват в различни индустрии за контрол и регистриране на производствени и технологични процеси.

Устройствата ви позволяват да:

Позиционна регулация;

Индикация на номера на канала на едноцифрен дисплей и стойността на измерената стойност на четирицифрен;

Аналогова, цифрова или комбинирана регистрация върху лента с диаграми;

Обмен на данни чрез RS-232 или RS-485 с компютър;

Измерване и регистриране на моментния дебит (извличане на корена), както и регистриране на средния или общия дебит на час.

Регистрацията се извършва с шестцветна печатаща глава с филц, записващ ресурс от един милион точки за всеки цвят.

Параметри на интерфейса: скорост на предаване 2400 bps, 8 бита данни, 2 стоп бита, без паритет и без готови сигнали.

4) Универсални сапромишлен регулатор KR5500

Универсалните индустриални регулатори от серията KR 5500 са предназначени за измерване, индикация и контрол на силата и напрежението на постоянен ток или активно съпротивление от сензори за налягане, дебит, ниво, температура и др.

Регулаторите могат да се използват в металургичната, нефтохимическата, енергийната и други индустрии за контрол и регулиране на производствените и технологичните процеси. Безспорното предимство на тези устройства е разширеният диапазон от климатични условия за тяхното използване: те могат да работят в температурния диапазон от -5 ... + 55 ° C при влажност 10 ... 80%.

Универсалните индустриални регулатори от серията KR 5500 са високоточни и надеждни устройства от най-модерно ниво, с програмируем от потребителя закон за регулиране (P, PI, PID) и с 1 или 2 изхода от различен тип. Обменът на данни с компютър се осъществява чрез интерфейси RS 422 или RS 485. Функциите за извличане и изравняване на корени ви позволяват да контролирате не само температурата, но и други параметри на технологичните процеси - налягане, дебит, ниво в мерни единици стойност. Резултатите от измерването се показват на LED дисплея.

Назначаване

Регулаторите с цифрова индикация и програмируем тип регулационен закон - PID, PD, P - са предназначени за измерване и контрол на температурата и други неелектрически величини (налягане, дебит, ниво и т.н.), преобразувани в електрически сигнали с постоянен ток и напрежение .

Заключение

автоматизиран технологичен контрол на отпадъците

В тази работа беше разгледан въпросът за автоматизация на технологичния процес на събиране на пречистването на отпадъчни води.

Първоначално беше установено какви параметри трябва да контролираме и регулираме. След това бяха избрани обектите на регулиране и оборудване, с помощта на които беше възможно да се постигне поставената цел.

Високата ефективност на използването на автоматизирано регулиране на параметрите и оптимизиране на работата на различни технологични системи с механизми, работещи в променливи режими, се потвърждава от дългогодишния световен опит. Използването на автоматизация ви позволява да оптимизирате работата на технологичните единици и да подобрите качеството на продуктите.

Библиография

1. Проектна документация на цех IF - 9. OJSC Uralorgsintez 2010

2. Rosemount 5300 Указатели за ниво на вълни. Ръководство за експлоатация.

3. Продуктов каталог „Съвременни средства за контрол, регулиране и регистриране на технологични процеси в промишлеността“ АЕЦ „Сенсорика“ Екатеринбург.

4. Автоматизация на производствените процеси в химическата промишленост / Лапшенков Г. И., Полоцкий Л. М. Ed. 3 -ти, рев. и добавете. - М.: Химия, 1988, 288 с.

5. Каталог на продуктите и приложенията на АД "Теплоприбор" Челябинск

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Преглед на основните функции на автоматизираните системи за управление на технологични процеси (ACS TP), методи за тяхното внедряване. Видове поддръжка на APCS: информационна, хардуерна, математическа, софтуерна, организационна, метрологична, ергономична.

презентация, добавена на 02.10.2014 г.


Обосновка на необходимостта от пречистване на отпадъчни води от остатъчни нефтопродукти и механични примеси. Три стандартни размера на автоматизирани инсталации за почистване на блокове. Качеството на пречистването на водата по флотационен метод. Схема за пречистване на водата в ОТП „Черновское“.

курсова работа, добавена на 04.07.2015 г.


Изучаване на технологичния процес на сушене на тестени изделия. Блокова диаграма на системата за автоматизация на процеса. Устройства и оборудване за автоматизация. Трансформации на структурни диаграми (основни правила). Видове връзки на динамични връзки.

курсова работа, добавена на 22.12.2010 г.


Определяне на концентрацията на замърсители в отпадъчните води преди пречиствателните съоръжения. Необходими показатели за качеството на пречистените отпадни води. Хоризонтални пясъчни капани с кръгово движение на водата. Хидромеханизирано събиране на пясък. Схема за пречистване на битови води.

тест, добавен на 11.03.2014 г.


Система за регулиране и контрол на температурата в автоклавен реактор при производството на поливинилхлорид. Блокова диаграма на автоматизацията на процеса на филтриране. Принципът на действие на устройствата на системата за управление. Конструкция на маркуч за маркуч.

курсова работа, добавена на 01.02.2014 г.


Метрологични характеристики и грешки на измерванията и измервателните уреди. Технически данни, предназначение, устройство и принцип на действие на рациометрите. Основни видове, принципи на действие и области на приложение на механични и хидростатични предаватели на ниво.

тест, добавен на 11.02.2010 г.


Проблеми с автоматизацията на химическата промишленост. Възможности на съвременни системи за автоматизиран контрол на технологичните процеси на предприятия от химическата промишленост. Основните характеристики на технологичното оборудване на химическите предприятия.

резюме, добавено на 12.05.2010 г.


Класификация и методи за пречистване на отпадъчни води. Основните дейности на предприятието "Мосводоканал". Технологична схема на процес на автомивка и филтриране на вода. Блокова диаграма за управление на системата за пречистване на водата, оператори на програмата CoDeSys.

практически доклад, добавен на 06.03.2014 г.


Анализ на възможността за автоматизиране на процесите на пречистване на отпадъчни води. Съставяне на структурна диаграма на нивото на водата за пълнене на резервоара. Разработване на алгоритъм за функциониране на система за автоматизация и интерфейс за визуално показване на измервателната информация.

дипломна работа, добавена на 03.06.2014 г.


Изследване на технологичния процес на топло- и водоснабдителните системи в предприятието и характеристиките на технологичното оборудване. Оценка на системата за управление и параметрите на управление. Изборът на автоматизирана система за управление за наблюдение и измерване на електроенергия.

Автоматизация на пречиствателни станции за отпадни води

Обхватът на работата по автоматизация във всеки отделен случай трябва да бъде потвърден от икономическата ефективност и санитарния ефект.

Пречиствателните станции за отпадни води могат да бъдат автоматизирани:

1. устройства и инструменти, които регистрират промени в технологичния режим по време на нормална работа;
2. устройства и инструменти, които гарантират локализирането на произшествия и осигуряват оперативно превключване;
3. спомагателни процеси при експлоатацията на конструкции, това се отнася особено за помпени станции (изпомпване, изпомпване на дренажна вода, вентилация и др.);
4. съоръжения за дезинфекция на отпадъчни води под пречистени.

Заедно с цялостно решение за автоматизация е препоръчително да се автоматизират отделни технологични процеси: разпределението на отпадъчните води по конструкциите, регулирането на нивата на валежите и утайките.

Частичната автоматизация в дългосрочен план трябва да осигури възможност за преминаване към сложна автоматизация на целия технологичен цикъл.

Относително малкото въвеждане на автоматични инсталации за управление в технологията за пречистване на отпадъчни води в предприятията от хранително -вкусовата промишленост се обяснява с факта, че повечето пречиствателни станции имат ниска или средна производителност, поради което капиталовите разходи за автоматизация често се изразяват в значителни количества и не могат да бъдат компенсирани чрез съответните икономии на експлоатационни разходи. В бъдеще автоматичното дозиране на реагентите и контролът на ефективността на пречистването на отпадъчните води ще бъдат широко използвани в пречиствателните съоръжения.

Техническите изисквания за автоматизиране на процесите на пречистване на отпадъчни води могат да бъдат обобщени, както следва:

1. всяка система за автоматично управление трябва да позволява възможност за локално управление на отделни механизми по време на тяхната проверка и ремонт;
2. трябва да се изключи възможността за едновременно управление по два начина (например автоматичен и локален);
3. прехвърлянето на системата от ръчно управление към автоматично управление не трябва да бъде придружено от изключване на работещите механизми;
4. автоматичната верига за управление трябва да осигурява нормалното протичане на технологичния процес и да гарантира надеждността и точността на инсталацията;
5. по време на нормално изключване на уреда веригата за автоматизация трябва да е готова за следващия автоматичен старт;
6. предвиденото блокиране трябва да изключва възможността за автоматично или дистанционно стартиране след аварийно изключване на уреда;
7. във всички случаи на нарушаване на нормалната работа на автоматизирана инсталация трябва да се изпрати аларма до точката с постоянно дежурство.

1. помпени станции - основни агрегати и дренажни помпи; включване и изключване в зависимост от нивото на течността в резервоарите и ямите, автоматично включване в случай на повреда на една помпа към резервната; звукова сигнализация в случай на повреда на помпените агрегати и преливане на нивото в приемния резервоар;
2. дренажни ями - аларма за ниво на аларма;
3. клапани за налягане на помпени агрегати (при стартиране на блока срещу затворен вентил) - отваряне и затваряне, блокирано с работата на помпите;
4. механични гребла - работа в съответствие с дадена програма;
5. електрически отоплителни устройства - включване и изключване на електрически отоплителни устройства в зависимост от температурата в помещенията;
6. приемни резервоари на помпени помпени станции - каша от отпадъчна течност;
7. тръбопроводи под налягане на помпени помпени станции - изпразване след спиране на помпите;
8. изграждане на решетки с механично почистване - включване и изключване на механичните гребла, в зависимост от разликата в нивата преди и след решетката (запушване на решетката) или според график по време;
9. пясъкоуловители - включване на хидравличен асансьор за изпомпване на пясък според график по време или в зависимост от нивото на пясъка, като автоматично се поддържа постоянен дебит;
10. утаителни резервоари, контактни резервоари - изхвърляне (изпомпване) на утайка (утайка) по график или в зависимост от нивото на утайката; работа на скреперни механизми по график или в зависимост от нивото на утайката; отваряне на хидравличното уплътнение при стартиране на мобилната скреперна ферма;
11. станции за неутрализиране на отпадъчни води, станции за хлориране на хрова вар - дозиране на реагента в зависимост от консумацията на отпадъчни води.

Характерна особеност на отпадъчните води от предприятията за хранително -вкусовата промишленост е липсата на азотни и фосфорни стандарти за биохимични процеси.

Поради това става необходимо да се добавят липсващите елементи под формата на биогенни добавки.

Добавянето на добавки е свързано със сложността на регулирането на количеството добавки в зависимост от големината на приема на отпадъчни води и замърсяването. Като се има предвид променящата се консумация на отпадъчни води, дозирането на биогенни добавки е особено трудно, поради което за измерване на дебита на отпадъчни води Институтът „Союзводоканалпроект” е разработил схема за автоматизация, в която диафрагмите и поплавъкът показват диференциални манометри от типа DEMP-280 с индукционни сензори се използват.

Импулсите от манометъра на диференциалното налягане се предават към електронния регулатор на съотношението ERS-67, който посредством електрически задвижващ механизъм от тип MG, действащ върху регулиращия вентил, регулира разхода на биогенни добавки в съответствие с размера на отпадъчните води приток. В този случай необходимото проектно съотношение между консумацията на отпадъчни води и биогенни добавки се регулира в зависимост от промяната в концентрацията на замърсители в отпадъчните води, постъпващи в пречиствателната станция.

Въведение

1. Структурата на системите за автоматично управление

2. Диспечерски контрол

3. Наблюдение на работата на пречиствателните съоръжения

Библиографски списък

Въведение

Автоматизация на биологичното пречистване на отпадъчни води - използването на технически средства, икономически и математически методи, системи за контрол и управление, частично или напълно освобождаващи човек от участие в процесите, протичащи в пясъчни капани, резервоари за първичен и вторичен утаяване, резервоари за аерация, оксини и други структури на инсталация за биологично пречистване Отпадъчни води.

Основните цели на автоматизацията на системите и съоръженията за изхвърляне на отпадъчни води са да подобрят качеството на изхвърлянето и пречистването на отпадъчните води (непрекъснато изхвърляне и изпомпване на отпадъчни води, качество на пречистването на отпадъчни води и др.); намаляване на оперативните разходи; подобряване на условията на труд.

Основната функция на системите и съоръженията за биологично пречистване на отпадъчни води е да повишат надеждността на съоръженията, като следят състоянието на оборудването и автоматично проверяват надеждността на информацията и стабилността на съоръженията. Всичко това допринася за автоматично стабилизиране на параметрите на технологичните процеси и показатели за качеството на пречистването на отпадъчни води, бърза реакция на смущаващи влияния (промяна в количеството на изхвърлените отпадъчни води, промяна в качеството на пречистените отпадни води). Бързото откриване допринася за локализирането и елиминирането на аварии и повреди в работата на технологичното оборудване. Осигуряване на съхранение и оперативна обработка на данни и тяхното представяне в най -информативна форма на всички нива на управление; анализ на данни и разработване на контролни действия и препоръки за производствения персонал координира управлението на технологичните процеси, а автоматизирането на подготовката и обработката на документи дава възможност за ускоряване на работния процес. Крайната цел на автоматизацията е да подобри ефективността на управленските дейности.

1 Структура на системите за автоматично управление

Във всяка система има следните структури: функционална, организационна, информационна, софтуерна, техническа.

Основата за създаване на система е функционалната структура, докато останалите структури се определят от самата функционална структура.

Функционално всяка система за управление е разделена на три подсистеми:

· Оперативен контрол и управление на технологични процеси;

· Оперативно планиране на технологични процеси;

· Изчисляване на технико -икономическите показатели, анализ и планиране на канализационната система.

В допълнение, подсистемите могат да бъдат разделени според критерия за ефективност (продължителност на функциите) на йерархични нива. Групи от функции от един и същи тип на едно и също ниво са обединени в блокове.

Функционалната структура на ACS за пречистване на пречиствателни станции за отпадни води е показана на фигура 1.

Фиг. 1 Функционалната структура на ACS за пречистване на пречиствателни станции за отпадни води

2 Надзорен контрол

Основните технологични процеси, наблюдавани и контролирани от диспечера в пречиствателни станции за биологични отпадъчни води, са:

· Разтоварване на пясък от песъчинки и влажна утайка от резервоари за първична утайка;

· Стабилизиране на рН стойността на водата, постъпваща в резервоарите за аериране, на оптимално ниво;

· Изхвърляне на токсични отпадъчни води в резервен резервоар и последващото му постепенно подаване в резервоари за аерация;

· Изхвърляне на част от водния поток в резервоара за съхранение или изпомпване на вода от него;

· Разпределение на отпадъчни води между паралелно работещи резервоари за аерация;

· Разпределение на отпадъчните води по дължината на аерационния резервоар за динамично преразпределение на работния обем между окислителя и регенератора с цел натрупване на утайки и повишаване на среднодневното качество на пречистената вода;

· Подаване на въздух за поддържане на оптималната концентрация на разтворен кислород в целия обем на аерационния резервоар;

· Доставка на връщаща се активна утайка за поддържане на постоянно натоварване на утайката по отношение на органичните вещества;

· Разтоварване на утайки от резервоари за вторични утайки;

· Отстраняване на излишната активна утайка от аерационните резервоари за поддържане на оптималната й възраст;

· Включване и изключване на помпи и вентилатори, за да се сведе до минимум консумацията на енергия за изпомпване на вода, утайки, утайки и въздух.

Освен това от наблюдаваните съоръжения към контролните помещения се предават следните сигнали: аварийно изключване на оборудването; нарушение на технологичния процес; гранични нива на отпадъчни води в резервоари; максимална концентрация на експлозивни газове в промишлени помещения; ограничаващата концентрация на хлор в помещението за хлориране.

Ако е възможно, помещенията на контролните помещения трябва да бъдат разположени в близост до технологични конструкции (помпени станции, духални станции, лаборатории и т.н.), тъй като издаването на контролни действия се извършва върху различни електронни и пневматични регулатори или директно върху задвижващи механизми. В контролните помещения ще бъдат осигурени спомагателни помещения (стаи за почивка, баня, склад и сервиз).

3 Мониторинг на работата на пречиствателните станции

Въз основа на данните от технологичния контрол и контрола на процесите се предвижда графикът на потока отпадъчни води, неговото качество и график за потребление на енергия да сведат до минимум общите разходи за пречистване на водата. Управлението и управлението на тези процеси се осъществява с помощта на компютърен комплекс, работещ в режим или на диспечерски съветник, или на автоматичен контрол.

Висококачествен контрол на процеса и оптимизиран контрол върху него могат да бъдат осигурени чрез измерване на такива параметри като степента на токсичност на отпадъчните води за микроорганизми от активна утайка, интензивността на биоокислението, БПК на входящата и пречистена вода, активността на утайката и други, които не могат да бъдат определени чрез директно измерване. Тези параметри могат да бъдат определени чрез изчисление на базата на измерване на скоростта на консумация на кислород в резервоари с малък обем със специален режим на зареждане. Скоростта на консумация на кислород се определя от времето на намаляване на концентрацията на разтворен кислород от максималните до минимално зададените стойности при изключване на аерацията или от намаляването на концентрацията на разтворен кислород за дадено време при същите условия. Измерването се извършва в циклична инсталация, състояща се от технологична единица и микропроцесорен контролер, който управлява измервателните единици и изчислява скоростта на консумация на кислород. Времето на един цикъл на измерване е 10-20 минути, в зависимост от скоростта. Технологичният блок може да бъде инсталиран на моста за поддръжка на резервоара за аериране или аеробния стабилизатор. Дизайнът осигурява работата на измервателния уред на открито през зимата. Скоростта на консумация на кислород може да се определя непрекъснато в реактори с голям обем при DC. доставка на активна утайка, отпадни води и въздух. Системата е оборудвана с плоскоструйни дозатори с капацитет 0,5-2 и 1 час. Простотата на дизайна и високият дебит на водата осигуряват висока надеждност на измерванията в производствена среда. Измервателните уреди могат да се използват за непрекъснато наблюдение на натоварването с органични вещества. По -голяма точност и чувствителност при измерване на скоростта на консумация на кислород се осигурява от манометрични измервателни системи, оборудвани с херметизирани реактори, налягането в които се поддържа чрез добавяне на кислород. Източникът на кислород обикновено е електролизер, управляван от импулсна или непрекъсната система за стабилизиране на налягането. Количеството доставен кислород е мярка за скоростта, с която се изразходва. Измервателните уреди от този тип са предназначени за лабораторни изследвания и системи за измерване на БПК.

Основната цел на ACS с подаване на въздух е да поддържа зададените концентрации на разтворен кислород в целия обем на аерационния резервоар. Стабилната работа на такива системи може да бъде осигурена, ако управляващият сигнал се използва не само от кислородния измервател, но и от дебита на отпадните води или скоростта на консумация на кислород в ядрото на аерационния резервоар.

Регулирането на аерационните системи ви позволява да стабилизирате технологичния режим на почистване и да намалите средногодишния разход на енергия с 10-20%. Делът на консумираната енергия за аерация е 30-50% от цената на биологичното пречистване, а специфичната консумация на енергия за аерация варира от 0,008 до 2,3 kWh / m.

Типичните системи за контрол на отделянето на утайки поддържат предварително определен интерфейс утайка-вода. Фотосензорът на нивото на разделяне е монтиран отстрани на шахтата в застоялата зона. Качеството на регулиране на такива системи може да се подобри с помощта на ултразвуков превключвател за ниво. По-високо качество на пречистената вода може да бъде постигнато, ако за регулиране се използва контролен манометър на интерфейса утайка-вода.

За стабилизиране на режима на утайки не само на утаителните резервоари, но и на цялата система от аерационен резервоар - помпена станция за връщане на утайки - вторичен избистрител, е необходимо да се поддържа зададен коефициент на рециркулация, тоест така, че дебитът на изхвърлената утайка е пропорционален на дебита на входящите отпадни води. Нивото на стояне на утайката се измерва, за да се наблюдава индиректно промяната в индекса на утайката или неизправността на системата за контрол на потока на утайката.

При регулиране на изхвърлянето на излишната утайка е необходимо да се изчисли количеството на утайка, натрупано през деня, за да се отстрани само слепената утайка от системата и да се стабилизира възрастта на утайката. Това гарантира високо качество на утайката и оптимална скорост на биоокисление. Поради липсата на измервателни уреди за концентрацията на активна утайка, този проблем може да бъде решен с помощта на измервателни уреди за скоростта на консумация на кислород, тъй като скоростта на нарастване на утайката и скоростта на консумация на кислород са взаимосвързани. Изчислителната единица на системата интегрира количеството консумиран кислород и количеството на отстранената утайка и веднъж дневно регулира зададения дебит на излишната утайка. Системата може да се използва както за непрекъснато, така и за периодично изхвърляне на излишната утайка.

В окситанковете се налагат по -високи изисквания към качеството на поддържане на кислородния режим поради опасността от интоксикация на утайки при високи концентрации на разтворен кислород и рязко намаляване на скоростта на почистване при ниски концентрации. При работа с кислородни резервоари е необходимо да се контролира както подаването на кислород, така и изхвърлянето на отработените газове. Подаването на кислород се контролира или от налягането на газовата фаза, или от концентрацията на разтворен кислород в сърцевината. Изпускането на отпадъчни газове се контролира или пропорционално на дебита на отпадъчните води или на концентрацията на кислород в пречистения газ.

Библиографски списък

1. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Обезвреждане и пречистване на отпадъчни води / учебник за университети: - М.: Издателство на Асоциацията на строителните университети, 2006 - 704 -те.

1

Предлага се експоненциален модел за намаляване на концентрацията на фенолни съединения, идентифициран в софтуерната среда Statistica за ефективен контрол на процеса на пречистване на промишлените отпадъчни води от фенолни съединения (например бисфенол-А), като се използват подобрени окислителни процеси (UV радиация, λ = 365 nm , H2O2, FeCl3) ... ... За да се стабилизират нестабилните параметри на модела, идеята за регуларизация от A.N. Тихонов, беше извършена процедурата „регресия на хребета“. Полученият регуларизиран модел, който установява зависимостта на степента на разлагане на фенолни съединения във водна среда под действието на физико-химични фактори (реагент на Photo-Fenton) от параметрите на процеса, е статистически значим (R2 = 0,9995) и е подобрил предсказуемостта свойства от модела, идентифициран по метода на най -малките квадрати. Използвайки регуларизиран модел за намаляване на концентрацията на фенолни съединения по метода на множителите на Лагранж в системата MathCad, се определят специфични оптимални нива на разход на FeCl3, H2O2, които осигуряват намаляване на концентрацията на фенолни съединения в отпадъчните води до максимално допустимото ниво .

регуларизация

неправилни задачи

моделиране

отпадъчни води

подобрени окислителни процеси

1. Вучков И., Бояджиева Л., Солаков Е. Приложен линеен регресионен анализ. - М.: Финанси и статистика, 1987.240 с.

2. Draper N., Smith G. Приложен регресионен анализ. - М.: Издателство „Уилямс“, 2007. - 912 с.

3. Елисеева И.И. Иконометрия. - М.: Издателство „Юрайт“, 2014.- 449 с.

4. Кармазинов Ф.В., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н., Храменков С.В. Ултравиолетови технологии в съвременния свят: монография. - Долгопруден: Издателство „Интелект“, 2012. - 392 с.

5. Моисеев Н.Н., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методи за оптимизация. - Москва: Наука, 1978.- 352 с.

6. Рабек Й. Експериментални методи във фотохимията и фотофизиката: Т. 2. - М.: Мир, 1985. - 544 с.

7. Соколов А.В., Токарев В.В. Оптимални методи за вземане на решения. В 2 тома. Том 1. Общи разпоредби. Математическо програмиране. - Москва: Fizmatlit, 2010.- 564 с.

8. Соколов Е. М., Шейнкман Л. Е., Дергунов Д. В. Изследване на намаляването на концентрацията на фенолни съединения във водна среда с помощта на математическо моделиране // Известия на Южния научен център на РАН. - 2013. - Т. 9, No 2. - С. 23–31.

9. Соколов Е. М., Шейнкман Л. Е., Дергунов Д. В. Нелинейна кинетика на разлагането на фенолни съединения във водна среда // Фундаментални изследвания. - 2014. - No 9, Част 12. - С. 2677–2681.

10. Стерлигова А.Н. Управление на запасите във веригите за доставки. - М.: ИНФРА-М, 2009.- 430 стр.

11. Сичев А.Я., Исак В.Г. Железни съединения и механизми на хомогенна катализа на активиране на О2, Н2О2 и окисляване на органични субстрати // Успехи химии. - 1995. - No 64 (12). - С. 1183-1209.

12. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методи за решаване на неправилно поставени проблеми. - М.: Наука, 1979.- 285 с.

13. Тихонов А.Н. За регуларизацията на лошо поставени проблеми // Доклади на Академията на науките на СССР. - 1963. - No 153 (1). - С. 45–52.

14. Тихонов А.Н. Решение на неправилно поставени проблеми и методът на регуларизация // Доклади на Академията на науките на СССР. - 1963. - No 151 (3). - С. 501-504.

15. Тихонов А.Н., Уфимцев М.В. Статистическа обработка на експериментални резултати. - М.: Издателство на Московския държавен университет, 1988.- 174 с.

17. Marta I. Litter, Natalia Quici Фотохимични усъвършенствани окислителни процеси за пречистване на води и отпадни води // Последни патенти в областта на инженерството. - 2010. - Т. 4, № 3. - С. 217–241.

18. Xiangxuan Liu, Jiantao Liang, Xuanjun Wang Кинетика и пътища на реакция на разграждане на формалдехид, използвайки метода UV-Fenton // Изследване на водната среда. - 2011. - Т. 83, No 5. - С. 418–426.

Отпадъчните води от редица индустрии (химическа, фармацевтична, металургична, целулозно-хартиена, минна и др.) Имат значителен принос за замърсяването на повърхностните и подземните водни тела с фенолни и трудно окисляващи се органични съединения. Фенолът е потенциално опасен канцероген, който представлява значителен медицински проблем, дори при ниски концентрации.

Разширените окислителни процеси (AOP) играят важна роля в разграждането на органичните вещества в отпадъчните води в широк диапазон от концентрации. AOP процесите генерират хидроксилни радикали, които са мощни окислители, способни да минерализират широк спектър от органични вещества. Хидроксилният радикал има висок редокс потенциал (E0 = 2,80 V) и е в състояние да реагира с почти всички класове органични съединения. Окисляващи хидроксилни радикали могат да бъдат инициирани чрез фотолиза в резултат на фото-фентоновия процес.

Пречистването на отпадъчните води от фенолни съединения чрез подобрени окислителни процеси се извършва главно във фотохимични реактори. Фотохимичните реактори са апарати, в които се извършват фотохимични реакции. Но в тях се случват не само трансформации, но и съпътстващи процеси на пренос на маса и топлина и интензивно движение на средата. Ефективността и безопасността на процеса на пречистване в най -голяма степен зависи от правилния избор на типа реактор, неговата конструкция и режим на работа.

Когато се използват фотореактори за решаване на различни приложни проблеми, големи обеми реактиви трябва да бъдат изложени на ефективно облъчване в тях.

Важен елемент от модула за фотохимична обработка в общата система на местните пречиствателни съоръжения е дозиращата система за реактиви, катализатор FeCl 3 и водороден пероксид Н 2 О 2.

За стабилна работа на реакторите и увеличаване на ефективността на минерализация на органични съединения е необходимо да се оптимизира процесът на пречистване, за да се определят оптималните дози реагенти, въведени в реактора. Оптимизацията може да се основава на минимизиране на разходите, необходими за внедряването на запасите от реактиви, като се вземе предвид екологичното регулиране на процеса на пречистване. Функцията на зависимостта на концентрацията на органичния замърсител от параметрите на процеса (концентрацията на реагентите и времето на UV облъчване), ограничена от максимално допустимата стойност на концентрацията на фенолното съединение, може да действа като регулатор на околната среда. Функцията за концентрация се определя въз основа на статистическия анализ на експерименталните данни от процеса на AOP по метода на най -малките квадрати (OLS).

Често проблемът за определяне на параметрите на уравнението на регресията по метода на най -малките квадрати се поставя неправилно и използването на полученото уравнение при решаване на задачата за оптимизация за определяне на оптималните дози реагенти може да доведе до неадекватни резултати.

По този начин целта на тази работа е да се приложат методи за регуларизация, за да се изгради стабилен модел на зависимостта на концентрацията на фенолни съединения от параметрите на процеса на фотохимично пречистване и да се идентифицират оптималните нива на консумация на водороден пероксид и желязо (III) хлорид, като същевременно минимизира разходите за реактиви.

За да се изгради математически модел на зависимостта на намаляване на концентрацията на фенолно съединение от параметрите на процеса на АОП под комбинирания ефект на водороден пероксид, железен (III) хлорид и ултравиолетово лъчение при дължина на вълната 365 nm от фенолен замърсител във водна среда, за да се реши проблемът с оптимизацията чрез идентифициране на нивата на консумация на химически реактиви експериментални проучвания върху моделни разтвори, съдържащи фенолни съединения (бисфенол-А, BPA), използвайки течна и газова хроматография. При осъществяване на оптималното планиране на експеримента, влиянието на UV радиацията и окислителите върху нивото на разлагане на органичните замърсители се оценява при различни концентрации на BPA - x1 (50 μg / L, 100 μg / L); водороден пероксид H 2 O 2 - x2 (100 mg / l; 200 mg / l) и активатор - железен (III) хлорид FeCl 3 (1; 2 g / l) - x3. Моделен разтвор, съдържащ BPA, водороден пероксид и FeCl 3, беше изложен на UV лъчение за 2 часа (време на облъчване t - x4). Пробите се вземат 1 и 2 часа след облъчването и се измерва остатъчната концентрация на BPA (y). Измерванията се извършват с течна хроматография с LC-MS / MS. Продуктите на полуживот по време на фоторазграждането на BPA се определят с помощта на GS-MS газов хроматограф.

При прилагане на фото-фентоновия процес (Fe2 + / H2O2 / hν) за минерализация на органични замърсители в кисела среда при рН = 3 се образува комплексът Fe (OH) 2+:

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

Fe 3+ + H 2 O → Fe (OH) 2+ + H +.

Под действието на ултравиолетово облъчване комплексът претърпява разлагане, което води до образуването на радикала ОН ● и йона Fe 2+:

2+ + hν → Fe 2+ + OH ●.

Количествено описание на фото-фентоновия процес на макро ниво, във връзка с разграждането на органични замърсители във водната среда, може да бъде описано от модела:

където 0 е началната концентрация на органичен замърсител; 0, 0 - начални концентрации на активатора, съдържащ съответно йони на желязо (II) и водороден пероксид; k е константата на скоростта на реакцията; r е скоростта на реакцията; α, β, γ - ред на реакцията по вещества.

При създаването на математически модел на зависимостта на намаляване на концентрацията на фенолно съединение от факторите на процеса на фотохимично пречистване с участието на фото-Фентоновия реагент, ще изхождаме от линейни модели или модели, които могат да бъдат редуцирани до линейни в коефициенти, използващи подходяща трансформация, която може да бъде записана в общ вид по следния начин:

където fi (x1, x2,…, xm) са произволни функции на фактори (регресори); β1, β2,…, βk са коефициентите на модела; ε е експерименталната грешка.

Въз основа на закона за действие на масата зависимостта на концентрацията на фенолното съединение от факторите на процеса може математически да бъде представена чрез следния израз:

където η е нивото на остатъчната концентрация на BPA в момент t, mg / l; x1 - начална концентрация на BPA, mg / l; x2 - концентрация на водороден пероксид, mg / l; x3 - концентрация на железен (III) хлорид, g / l; x4 е времето на процеса на почистване, h; β1, β2, β3, β4, β5 са параметри на модела.

Коефициентите в модел (2) влизат нелинейно, но при линеаризация чрез вземане на логаритъма по отношение на естествената основа, дясната и лявата страна на уравнение (2), получаваме

където съгласно (1)

Въпреки това, с такова преобразуване, случайно смущение (експериментална грешка) навлиза в модела мултипликативно и има логарно нормално разпределение, т.е. , и след приемане на логаритъма това дава

След линеаризация и въвеждане на нови променливи израз (2) приема формата

където променливите за предсказване X1, X2, X3, X4 и отговорът Y са логаритмични функции:

Y = lny, X1 = lnx1,

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

b0, b1, b2, b3, b4 - параметри на модела.

Обикновено при проблеми с обработката на данни матрицата на експеримента и векторът на отговора са известни неточно, т.е. с грешки, а проблемът за определяне на регресионните коефициенти по метода на най -малките квадрати е нестабилен спрямо грешките в първоначалните данни. Когато информационната матрица FTF (F е матрицата на регресора) е лошо обусловена, оценките на OLS обикновено са нестабилни. За да се преодолее лошата обусловеност на информационната матрица, беше предложена идеята за регуларизация, обоснована в трудовете на А.Н. Тихонов.

Приложена към решаването на регресионни проблеми, идеята за регуларизация от А.Н. Тихонов е тълкуван от А.Е. Hoerl като процедура за регресия на хребета. Когато се използва методът на регресия на хребета за стабилизиране на оценките на OLS (дефиниран от b = (FTF) -1FTY), регуларизацията се свързва с добавянето на някакво положително число τ (параметър на регуларизация) към диагоналните елементи на матрицата FTF.

Hoerl, Kennard и Beldwin предлагат избора на параметър за регуларизация τ, както следва:

където m е броят на параметрите (с изключение на прихващането) в оригиналния регресионен модел; SSe е остатъчната сума от квадрати, получени от оригиналния регресионен модел без корекция за мултиколинеарност; b * - вектор -колона от регресионни коефициенти, преобразувана по формулата

,

където bj е параметърът при променливата Xj в оригиналния регресионен модел, определен от OLS; е средната стойност на j-тата независима променлива.

След като изберете стойността на τ, формулата за оценка на параметрите на регулираната регресия ще има формата

където I е матрицата на идентичността; F е матрицата на регресорите; Y е вектор на стойностите на зависимата променлива.

Стойността на параметъра за регуларизация, определена по формула (4), приема стойност, равна на τ = 1.371 · 10-4.

Регулираният модел за намаляване на концентрацията на фенолни съединения, вграден в системата Statistica, като се вземе предвид формула (5), може да бъде представен като

където C rest и C BPA са остатъчните и началните концентрации на фенолния замърсител, съответно, mg / l; - концентрация на водороден пероксид, mg / l; СА - концентрация на железен (III) хлорид, g / l; t - време, h.

Стойностите на коефициента на детерминация, R 2 = 0,9995, критерия на Фишер F = 5348,417, надвишаващи критичната стойност (F cr (0,01; 4,11) = 5,67), характеризират адекватността на регуларизирания модел спрямо експерименталните резултати при ниво на значимост α = 0,1.

Определянето на оптималните специфични стойности на концентрациите на химични реактиви (FeCl 3, H 2 O 2), необходими за пречистване на водата, при достигане на минималното ниво на единична себестойност, е нелинеен (изпъкнал) програмен проблем от вида (7- 9):

(8)

където f е функцията на финансовите ресурси, свързани със запаса от химически реактиви f = Z (c2, c3); gi е функцията за намаляване на концентрацията на фенолни съединения във водната среда в процеса на физико -химично пречистване, g = Cost (c1, c2, c3, t) (ограничителна функция); x1, x2,…, xn - параметри на процеса; x1 - начална концентрация на фенолно съединение, x1 = c1, mg / l; x2 и x3 са концентрациите съответно на водороден пероксид и железен (III) хлорид, x2 = c2, mg / l, x3 = c3, g / l; t е време, h; bi е максимално допустимата концентрация на фенолно съединение (MPC), mg / l.

Функцията на финансовите ресурси, представляваща двуноменклатурен модел на разходите, свързан със запасите от водороден пероксид и железен (III) хлорид, като се вземе предвид формулата на Уилсън, може да бъде представена като

(10)

където Z (c2, c3) - единични общи разходи, свързани със запаса, рубли; А - единични режийни разходи за една обща доставка, рубли; c2 - специфична консумация на водороден пероксид, mg / l; c3 - специфичен разход на железен хлорид, g / l; I1, I2 - единични разходни ставки за съхранение на водороден пероксид и железен (III) хлорид, съответно, рубли; m1, m2 - делът от цената на продукта, дължащ се на разходите за изпълнение на една поръчка съответно за водороден прекис и железен (III) хлорид; i1, i2 - делът от цената на продукта, дължащ се съответно на разходите за поддържане на запасите от водороден пероксид и железен (III) хлорид; k2, k3 е специфичната покупна цена на единица водороден пероксид (RUB / mg) и железен (III) хлорид, съответно (RUB / g).

За да се реши система (7) - (9), се въвежда набор от променливи λ1, λ2,…, λm, наречени множители на Лагранж, за да се образува функцията на Лагранж:

,

намерете частичните производни и и разгледайте системата от n + m уравнения

(11)

с n + m неизвестни x1, x2, ..., xn; λ1, λ2, ..., λm. Всяко решение на системата от уравнения (11) дефинира условно неподвижна точка, в която може да се осъществи екстремум на функцията f (x1, x2, ..., xn). При условията на Кун - Тъкър (12.1) - (12.6) точката е седловината на функцията на Лагранж, т.е. намереното решение на задача (7) - (9) е оптимално:

Проблемът за идентифициране на оптималните параметри на процеса на пречистване на промишлени отпадъчни води от фенолни съединения при достигане на минималното ниво на текущите единични разходи, необходими за дефенолизация на вода, беше решен със следните първоначални данни: начална концентрация на фенолен замърсител в отпадъчните води 0,006 mg / l (6 MPC); време за почистване, определено от технологичния процес - 5 дни (120 часа); максимално допустима концентрация на замърсител 0,001 mg / l (b = 0,001); специфична изкупна цена на акция за водороден прекис 24,5 10 ‒6 рубли / mg (k2 = 24,5 10 ‒6), за железен (III) хлорид 37,5 10 ‒3 рубли / g (k3 = 37,5 10 ‒3); делът на цената на продукта, дължащ се на разходите за поддържане на запасите от водороден пероксид и железен хлорид, е съответно 10% (i = 0,1) и 12% (i = 0,12); делът от цената на продукта, дължащ се на разходите за изпълнение на поръчката за водороден пероксид и железен хлорид съответно 5% (m1 = 0,05) и 7% (m2 = 0,07).

Решавайки задача (7) - (9) в системата MathCad, получаваме точка X * с координати

(c2 *, c3 *, λ *) = (6.361 ∙ 103; 5.694; 1.346 · 10 4),

при които условията на Кун - Тъкър (12.1) - (12.6) са изпълнени. Има точка, принадлежаща към областта на възможните решения, при която условието за редовност на Слейтър е изпълнено:

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

Видът на условно неподвижна точка беше определен в съответствие с критерия на Силвестър по отношение на матрицата на Хесиан на функцията на Лагранж:

Според критерия на Силвестър, матрицата L не е нито положително, нито отрицателно определена (полуопределена) (Δ 1 = 4,772 10 -8 ≥ 0; Δ 2 = 6,639 10 -9 ≥ 0; Δ 3 = ‒5,042 10 -17 ≤ 0 ).

От изпълнението на условията на Кун - Тъкър, закономерността на Слейтър и въз основа на изследването на знаково -определеността на матрицата на Хесиан на функцията на Лагранж в условно неподвижна точка следва, че точката (6.361 ∙ 10 3; 5.694; 1.346 · 10 4) е седловината на функцията на Лагранж, т.е. оптимално решение на задача (7) - (9).

По този начин, за да се намали нивото на феноли в промишлените отпадъчни води от 0,006 mg / l (6 MPC) до максимално допустимите (0,001 mg / l), ще са необходими специфични експлоатационни разходи в размер на 1,545 рубли / l. Тази стойност на единичните разходи е минималната, когато се използват в процеса на пречистване оптималните специфични нива на консумация на водороден пероксид от 6 361 · 10 3 mg / l и железен (III) хлорид 5,694 g / l.

Използване на метода на Лагранж за технически и икономически условия (c 1 = 0,006 mg / l; t = 120 h; b = 10 -3 mg / l; k 2 = 24,5 10 -6 рубли / mg, k 3 = 37, 5 · 10 -3 рубли / г; i 1 = 10%, i 2 = 12%; m 1 = 5%, m2 = 7%) проблемът за определяне на оптималните специфични стойности на съставките, използвани като окислители във фотокатализатора процесът на разлагане беше решен фенолно съединение, съдържащо се в промишлените отпадъчни води до нивото на MPC.

Идентифицираният регуляризиран математически модел, който установява зависимостта на нивото на намаляване на концентрацията на фенолни съединения във водна среда от параметрите на процеса на фотохимично пречистване, има по -добри прогнозни свойства от модела, определен по метода на най -малките квадрати. Използвайки получения регуляризиран математически модел по метода на множителите на Лагранж, беше решен проблем с математическо програмиране, за да се определят оценките за оптималните нива на специфичен разход на химически реактиви (FeCl 3, H 2 O 2), които са стабилни решения.

Разглежданият подход за идентифициране на оптималните параметри на процеса на фотохимично пречистване с помощта на регуларизация ще осигури ефективен контрол на пречистването на отпадъчни води от фенолни съединения.

Рецензенти:

Яшин А. А., доктор на техническите науки, доктор на биологичните науки, професор на катедрата по обща патология на Медицинския институт, Федерално държавно бюджетно учебно заведение за висше професионално образование „Тулски държавен университет“, Тула;

Короткова А.А., доктор на биологичните науки, професор, ръководител на катедра „Биоекология и туризъм“, Тулски държавен педагогически университет им. Л.Н. Толстой ", Тула.

Работата е получена на 16.02.2015г.

Библиографска справка

Шейнкман Л.Е., Дергунов Д.В., Савинова Л.Н. ИДЕНТИФИКАЦИЯ НА ПАРАМЕТРИ НА ПРОЦЕСА НА ФОТОХИМИЧНО ПРЕЧИСТВАНЕ НА ПРОМИШЛЕНИ ОТПАДЪЧНИ ВОДИ ОТ ФЕНОЛНИ ЗАМЪРСИТЕЛИ, ИЗПОЛЗВАЩИ МЕТОДИ ЗА РЕГУЛЯРИРАНЕ // Фундаментални изследвания. - 2015. - No 4. - С. 174-179;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37143 (дата на достъп: 17.09.2019). Предлагаме на вашето внимание списанията, публикувани от "Природонаучната академия"