Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время проблемы экологии, в частности очистки сточных вод, заставляют искать наиболее эффективные пути решения назревшего противоречия между растущими потребностями в ресурсах и гибнущей природой.
Действующий Закон Российской Федерации, определяет различные виды ответственности должностных лиц и граждан, за противоправные действия, нарушающие природоохранное законодательство.
Вода - это ценнейшее сырье, необходимое для любого вида человеческой деятельности. Запасы чистой воды не беспредельны и вопросами сбережения водных запасов занимаются ученые и специалисты всех стран мира.
Несмотря на это, дефицит воды продолжает оставаться и стоимость чистой воды растет. Так, в Оренбургской области сложилась критическая ситуация, по дефициту мощностей очистных сооружений область занимает второе место в России. Ежегодно в водные объекты сбрасывается 176,1 миллиона кубометров загрязненных сточных вод и лишь 0,4% от общего количества нормативно очищенных. Существующие очистные сооружения перегружены, технология очистки базируется на устаревших методах и поэтому мало эффективна.
Единственный выход в данной ситуации - разработка новых и максимальное повышение эффективности существующих методов очистки, снижающих себестоимость обработки воды.
Применение озона в качестве основного компонента при проведении комплексной очистки обусловливается его активностью практически ко всем известным загрязнителям. С другой стороны, свойства озона диктуют строгое соблюдение технологической дисциплины, так как озон в больших концентрациях является опасным для здоровья человека, а также он - взрывоопасен. Только строгое соблюдение режимов обработки и автоматический контроль в состоянии предотвратить отрицательные последствия использования озона. С этой целью в существующих на сегодняшний день станциях обработки воды озоном большое значение придается автоматизации.
Одним из центральных и наиболее сложных задач процесса озонирования является подбор оптимальных параметров. Причины, которые осложняют оптимизацию, обусловлены сложностью химических процессов, происходящих в реакторе, плохой наблюдаемостью объекта, а также большой вариацией параметров исходной воды. Одновре-
- 4 -менно в воде может присутствовать до сотен типов загрязнителей, каждый из которых требует подбора определенного режима озонирования. Эти и ряд других причин, включая отсутствие научно-обоснованной методики определения оптимальных режимов ведения процесса, объясняют то, что до настоящего времени не решена задача оптимального управления процессами озонирования воды. Почти все ранее разработанные схемы автоматизации процесса озонирования сводятся к поддержанию существующих режимов в целом или к автоматическому обеспечению определенного уровня какого-либо показателя, например, времени контакта, концентрации оэоно-воздушной смеси и т.д. Ни в одной из выполненных работ по автоматизации процессов озонирования не рассматриваются Еопросы структурного и параметрического синтеза оптимальных систем управления очисткой, не рассмотрены вопросы адаптации системы в условиях значительного разброса входных параметров воды.
Таким образом, проблема оптимального управления процессов очистки воды с использованием озонирования является актуальной.
Работа выполнена в рамках федерально-целевой программы оздоровления экологической обстановки и охраны здоровья населения Оренбургской области на 1995-2000 г.г., утвержденный постановлением правительства РФ N 658 от 8.06.96 г.
Цель работы. Изучение закономерностей и разработка методов и средств построения оптимальной, адаптивной системы управления очистки многокомпонентных стоков методом озонирования.
На основе изучения состояния проблемы, поставлены задачи, решение которых выносится на защиту:
-
Разработать математическую модель, адекватно отражающую процессы протекающие при озонировании воды;
-
Разработать структуру адаптивной системы управления озонной очистки многокомпонентных стоков-,
2. Исследовать различные режимы озонной очистки воды с целью их оптимизации;
-
Разработать метод реализации оптимального управления системой озонной очистки воды;
-
Оценить эффективность разработанной системы управления.
Методы исследования. При выполнении работы использованы методы математического моделирования, методы оптимизации, методы анализа и синтеза автоматических систем управления. Еся работа базируется на системном подходе к решению сложных инженерных за-
- 5 -дач.
Научная новизна. Представлены следующие научные результаты:
математическая модель процесса озонной очистки воды, адекватно отражающая реальные процессы протекающие в реакторе;
структура системы управления процессом озонной очистки для однокомпонентного загрязнителя;
схема (процедура) адаптации системы управления процессом озонной очистки многокомпонентных загрязнителей;
метод оценки физико-химических свойств и расчет параметров управления процессом озонной очиски многокомпонентных загрязнителей, по косвенным данным, на основе теории активных столкновений;
соэдана структура базы данных и алгоритм вычисления оптимальных параметров управления процессом озонной очистки воды.
Практическая ценность работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований рагработана адаптивная система управления процессом озонной очистки воды, позволяющая оптимизировать режимы обработки при меняющихся внешних параметрам. Для наиболее распространенных загрязнителей определены оптимальные режимы обработки и параметры управления.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке и внедрении автоматизированных систем управления процессами озонной очистки воды. Имеется ряд действующих установок 000 "Техозон" с предложенной структурой АСУ.
Апробация работы.
Результаты исследований доложены: на ежегодных региональных конференциях молодых ученых Урала и Поволжья, (г.Оренбург, 1994-35гг); на международной конференции "Чистая вода Урала" (г.Екатеринбург, 1594г.); на научных семинарах по автоматизации в Оренбургском государственном университете (Г385-97гг). Выпущен информационный листок через Оренбургский ЦНТИ.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 5 печатных работах, получено 1 авторское свидетельство.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, имеет 27 рисунка, 2 приложения, список литературы из 103 наименований.