Введение к работе
Актуальность проблемы. Безопасность и комфортность жизнедеятельности человека в современном мире во многом зависит от условий взаимодействий в системе человек - окружающая среда - человек. Во всем мире вопросы экологии стали приоритетными, т.к. они предопределяют дальнейший пуіь развития общества, здоровье будущих поколений, безопасный труд и комфортность среды обитания человека.
Вода как основа гидросферы является важнейшей составляющей живого вещества, без которой невозможна жизнь на нашей планете. Вода наполняет растения и животных. Она является одним из факторов формирования физической и химической среды, климата на земле, является непосредственным участником фотосинтеза, обязательным компонентом практически всех технологических процессов сельскохозяйственного и промышленного производства.
Для предупреждения опасности прямого или косвенного отрицательного влияния воды на здоровье и санитарные условия жизни населения большое значение имеет соответствие качества воды гигиеническим нормативам предельно допустимого содержания в воде различных веществ. Потребление воды населением должно быть безопасным в эпидемиологическом отношении; вода не должна содержать болезнетворных бактерий и вирусов. Её эпидемиологическая безопасность обеспечивается очисткой и обеззараживанием сточных и водопроводной вод, мерами санитарной охраны водоёмов.
В настоящее время в мире большое количество воды не соответствует нормам потребления и спросов. В ЮТ5 г. в целом по Российской Федерации 22% проб волы коммунальных и 23% ведомственных водопроводов не соответствовали нормативам по санитарио-химическим показателям, а 8,7% и 13.6% проб - по микробиологическим показателям. Состояние водных объектов в местах водопользования населения в 29,8% по санитарно-химическнм и 26,6% по микробиологическим показателям не отвечало установленным санитарно - эпидемиологическим нормам. В 3,4% проб воды выявлены возбудители инфекционных заболеваний.
Постоянное использование питьевой воды с высоким уровнем загрязнения химическими веществами природного и антропогенного характера является одной из причин развития соматических заболеваний у населения. Одной из причин ухудшения качества воды являются антропогенные загрязнения.
Обострению проблемы водоснабжения населения способствует и переживаемый в странах Большого Магриба здесь энергетический кризис и, связанное с этим, удорожание энергии. Несмотря на этот ограничительный фактор, потребление воды продолжает возрастать при намечающемся ее дефиците в связи с развитием индустриальной и туристической промышленности при намечающемся ее дефиците.
В последнее время для промышленных предприятий и теплоэнергетических объектов стало необходимо повторное использование воды. Сброс же сточных вод разрешен только после предварительной очистки до соответствующей нормы воды.
Большая тревога вызывает судьба Средниземного моря площадью 250 тыс. км , куда ежегодно выбрасывается 0,5 млн тонн нефти, 920 тонн меди и 2400 тонн серной кислоты. При современных темпах загрязнения Средноземноморье станет мертвым морем спустя всего лишь 30 - 40 лет.
Автоматизация контроля и управление водоподготовки системы отделяют человека от прямых контактов с химикатами, увеличивают эффективность очистки и уменьшают расходы. Решению задач автоматизации контроля и управления способствует и достаточно развитые микропроцессорные и компьютерные технологии, идущие на смену ручным аналитическим методам. Тем самым снижается степень риска заболевании человека.
Задача водоподготовки является многомерной, из-за чего возникают трудности ее аншін іа. В диссертационной работе акцент сделан на анализе доминирующих техноло-I иіі, определяющих качество и стоимость всего процесса в целом. Одной из них является інигкіїслміая стадия коагуляциошюй обработки. От эффективности ее проведения зависит эффективность водоподготовки в целом. В диссертации проведен анализ физико-химических явлений п процессе кошулиции. mi основании которого ршрабощпл система автоматического регулирования этого процесса, позволяющая ограничивать перерасход коагулянта и одновременно экономить потребляемую на водоподготовку электроэнергию, что для стран Большого Магриба является важным аспектом.
Цель И задачи работы. Из анализа современного состояния окружающей Среды, и перспектив использования водных ресурсов для обеспечения безопасности и комфортности жизнедеятельности населения Туниса, целью диссертационной работы является разработка и исследование системы автоматического регулирования коагуля-циоиной обработки воды. Это позволит создать необходимые и безопасные условия
'4
жизнедеятельности населения путем автомаїиіации ряда процессов нодоподготовки и контроля се качества, таких как:
автоматизация процесса дозирования коагулянта;
оптиматизация процесса перемешивания;
определение показаіслсй качества йоды, представляющих наиболее полную информацию о качестве процесса;
анализ современных систем подоподгошики, исследование этапов очистки, контроля и регулирования;
анализ физико-химических основ коагуляционного процесса, учитывающие побочные мешающие факторы в процессе очистки воды;
разработка датчика контроля реагенгной обработки и математическое описание процесса контроля;
риірпбоїкн схемы кощроня и системы рсіулирошишх кошулмцнопноп обриСникн процесса водоподготовки;
разработка математической модели и аналиі динамических процессом и енсіемах регу-лирования;
-разработка методики анализа и исследование системы по критериям минимума энергозатрат и расхода коагулянта;
- экспериментальная проверка математических моделей разработанных узлов, системы и
методик.
Методы исследования, использованные в диссертационной работе. При выполнении работы использовались математические методы теории колебаний, метод графов для нахождения коэффициентов передачи, методы математического программирования и законы теории автоматического регулирования. Нелинейные системы высокого порядка анализировались методом численного интегрирования методом Рунге-Кута.
Научная НОВІЛІіа. Впервые рассмотрены проблемы водоснабжения, современное, состояние и перспективы использования водных ресурсов в странах Магриба на примере Туниса с целью обеспечения безопасности жизнедеятельности населения. Из анализа данных о водном балансе этой страны сделан вывод о тенденциях роста дефицита потребляемой населением и промышленностью воды, рост ее стоимости при уже высоких ценах. Решением этих проблем является увеличение ресурсов чистой воды для
различных потребностей страны при ее удешевлении путем использования прогрессивных методов очистки.
Проведен анализ современных систем водоподготовкн, структур с наиболее значимыми стадиями водоподготовкн, направленный на решение проблемы водоснабжения стран Магриба. На основе исследований предложен автоматизированный измерительный комплекс контроля качества воды, который может быть использован на любой стадии очистки и позволяет автоматически управлять системой очистки. Произведенный в диссертации анализ аппаратов процесса коагуляционной обработки водоподготовкн позволил выбрать оптимальные варианты систем водоподготовкн для различных районов в странах Большого Магриба
На основе анализа физико-химических основ коагуляционкого процесса, при учете мешающих факторов в процессе очистки воды, предложено вести контроль коагуляционной обработки не по конечному результату в конце цикла системы водоподготовкн, а после стадии смешения, находящейся в начале структуры системы, что дает лучший >ффскі на последующих сіадиях очистки. Для іффскгіішною и объективною кошроля процесса коагуляции при водоподготовке теоретически обоснован и разработан оптико-импульсный датчик контроля этого физико-химического процесса. Предложено вести регулирование оптимальной дозы коагулянта по коагуляционной кривой на участке эффективного процесса, что обеспечивает стабильность процесса и минимум затрат на его осуществление.
Получена математическая модель системы автоматизированного процесса коагуляционной обработки и проведен математический анализ динамики малоинерционньгх и инерционных моделей таких систем. С помощью методов теории колебаний проанализированы динамические характеристики системы и показаны алгоритмы регулирования оптимальной дозы на различных участках коагуляционной кривой.
Проведен математический анализ критерия минимума энергозатрат и расхода коагулянта. Полученные расчетные зависимости дают возможность определить оптимальные значения концентрации коагулянта и оптимальные скорости в зависимости от соотношения стоимости электроэнергии и коагулянта.
Па модельной установке по разработанной методике проверена адекватность получения коагуляционной кривой для воды Рублевской и Восточной водопроводных станций г.Москвы и реки Яузы. Полученные на автоматической системе оптимальные
дозы коаіулянта практически совпадали с лозами, определяемыми общепринятыми методами.
На основании проведенной работы разработана схема контроля и регулирования коагуляционной обработки процесса водоподготовки с регулированием оптимальной дозы коагулянта с оптимальными условиями перемешивания.
Практическая значимость результатов работы. Произведен анализ существующих систем водоснабжения для стран Большого Магриба, из которого лела-ются практические выводы о зависимости эффективности работы систем водоподготовки от качества работы предварительной стадии очистки, в основе которой лежит коагу-ляционная обработка воды.
Для практической реализации эффективного контроля и управления процессом коагуляции разработан датчик процесса хлопьеобразования, характеризующий физико-химические процессы. При наличии датчиков процесса коагуляции с использованием современных подходов к созданию комплексной системы контроля и регулирования предложена система автоматизированного контроля и управления коагуляционной обработки.
Полученная математическая модель системы коагуляционной обработки воды позволяет строить надежно работающие системы водоподготовки по критериям необходимого качества получаемой воды.
Для стран Большого Магриба, экономика которых зависит от стоимости энергоресурсов и материала коагулянта, получены инженерные рекомендации по поддержанию оптимального режима работы системы при минимизации затрат.
Созданная экспериментальная установка подтвердила теоретические результаты и является основой для создания учебной лабораторной работы по исследованию динамики процесса коагуляции.
Реализация результатов работы. Разработанные методики расчета автоматизированных систем, регулирования и контроля процессов водоподготовки в основном будут использованы в практической работе в Тунисе. В настоящее время есть практический интерес по внедрению контроля качества коагуляционного процесса у некоторых фирм, занимающихся проблемами водоподготовки. Основное практическое
внедрение в данный момент можно видеть на результатах работ, осуществляемых в учебном процессе как лабораторные работы по курсу "Охрана окружающей Среды".
Публикации и апробация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 3 печатанных работ [ 1 - 3 ]: О одна статья;
О тезисы одной международной конференции; О одна публикация доклада на студенческой конференции в МЭИ.
Структура И объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложении и списка литературы из 123 наименований; содержит 118 стр, 61 рис, 8 табл. Всего в диссертационной работе 155 стр.
