Введение к работе
Актуальность темы. Одна из важнейших проблем современности - снабжение человека чистой питьевой водой. Проблема порождена повсеместным ухудшением качества воды в природных водоемах.
На территории России практически все водоемы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных источников выявили тенденцию к росту их загрязнения. Ежегодно увеличивается число створов с высоким уровнем загрязнения воды (более 10 ПДК) и количество случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (свыше 100 ПДК).
Проблема качества воды связана в основном с массированным техногенным загрязнением поверхностных и отчасти подземных вод. Главными его источниками служат:
сточные воды промышленных предприятий;
сточные воды коммунального хозяйства городов и других населенных пунктов;
стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов;
атмосферные выпадения загрязнителей на поверхность водоемов и водосборных бассейнов. Кроме этого, неорганизованный сток воды осадков («ливневые стоки», талые воды) загрязняет водоемы существенной частью техногенных терраполютантов.
Особую опасность для экологии представляют многочисленные аварии «залповые загрязнения», которые вызывают локальные, но очень сильные загрязнения. При проектировании современных потенциально опасных объектов, например объекты уничтожения химического оружия, систем обеспечивающих обеззараживание воды в комплексах нефтедобьгаи существует риск залпового выброса вредных веществ. В ряде работ известных ученых (Холстов В. И., Котляревский В. А., Капашин В. П., Толстых А. В. и др.) подчеркивается необходимость создания систем устранения залповых выбросов вредных веществ при аварийных ситуациях.
Результаты исследований последствий аварийных ситуаций показал, что они происходят из-за несовершенства действующей сегодня системы контроля. Отсутствуют автоматические устройства и системы, позволяющие контролировать аварийные выбросы в реальном масштабе времени. Для реализации эффективной системы контроля качества воды и работы сооружений систем очистки воды необходимо использование средств автоматического контроля.
Таким образом, разработка метода непрерывного контроля качества воды и управления аварийными выбросами представляет актуальную научно-техническую задачу и имеет теоретическое и прикладное значение.
Связь работы с крупными научными программами и темами. Диссертационная работа выполнена на кафедре «Физика и оптотехника» Ижевского государственного технического университета в составе научно-исследовательских тем:
-
«Разработка системы экологического мониторинга на объекте уничтожения химического оружия в г.Щучье Курганской области» по договору между ИжГТУ и Ассоциацией «РОСТ» г.Москва срок выполнения 2008-2009гг.
-
«Оценка сточных вод объекта уничтожения химического оружия г. Кам-барка УР» по договору между ИжГТУ и ГОС НИОХТ г. Москва срок выполнения 2007-2008гг.
Указанные темы выполнялись в рамках Федеральной целевой программы «Уничтожение запасов химического оружия в РФ»
3. «Принципы контроля оптических сред в биологии и экологии с исполь
зованием методов обработки результатов измерений на основе квантификаци-
онных моделей» по Государственному контракту Федеральная целевая
прграмма «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»
на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятий № 1.2.1 Проведение науч
ных исследований научными группами под руководством докторов наук.
Отдельные научные результаты диссертационной работы использовались при выполнении научно-исследовательской работы в рамках тематического плана ИжГТУ по заданию Министерства Образования и науки РФ «Разработка принципов построения системы экологического мониторинга потенциально опасных химических объектов» срок выполнения 2009-2010 гг.
Объектом исследования в работе являются промышленные системы водо-подготовки, системы сточных вод потенциально-опасных промышленных предприятий.
Предметом исследования являются методы контроля за состоянием водного потока, методы построения автоматизированных систем, предназначенных для устранения влияния аварийных выбросов в сточных водах промышленного предприятия на во до подготовку.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка методики автоматического обнаружения и контроля аварийных выбросов в сточных водах промышленных предприятий и разработка автоматизированных методов, предотвращающих загрязнение водных потоков систем водозабора в процессе деятельности промышленных предприятий.
Для достижения поставленной цели в работе рассматриваются и решаются следующие задачи:
-
Анализ состояния водо подготовки в условиях влияния аварийных выбросов сточных вод промышленных предприятий.
-
Разработка метода управления аварийным выбросом с целью снижения его влияния на процесс водоочистки.
-
Разработка алгоритма автоматизации, фиксации и диагностики аварийного выброса.
-
Разработка и исследование автоматизированной системы контроля оптической плотности сточных вод предприятий.
-
Разработка экспериментальной лабораторной установки и проведение на ней исследований с целью возможности ее реализации на практике.
В работе использованы методы теории систем, систем сбора и обработки информации, автоматизированных систем управления, теории графов и кван-тификационных отношений, теории инженерного эксперимента, методы фотометрии, обработки сигналов, экспериментальные исследования на разработанной установке.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Методика автоматизированного контроля кратковременных аварийных выбросов в системах водозабора и системах сточных вод промышленных предприятий.
-
Алгоритм системы автоматического переключения направления потоков для устранения аварийных выбросов.
-
Система автоматизированного устранения аварийных выбросов.
-
Экспериментальные результаты апробации системы автоматизированного управления аварийными выбросами.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждается практической апробацией созданных установок, методик и алгоритмов, хорошей согласованностью экспериментальных результатов с теоретически предсказанными характеристиками, а также выбором надежных критериев при построении алгоритмов обработки информации. Разработанные стенды для исследований метрологически оценивались на известных приборах.
Личный вклад соискателя состоит: в разработке принципов автоматизации контроля неоднородных сред, организации и проведении экспериментальных исследований; обобщении и анализе полученных результатов, подготовке научно-технических рекомендаций по использованию полученных результатов для разработки систем автоматического устранения влияния аварийных выбросов промышленных сточных вод на системы водоподготовки.
В диссертации лично автором решена задача создания алгоритма системы автоматического переключения направления потоков для устранения аварийных выбросов на основании установленных закономерностей изменения оптической плотности исследуемой среды при кратковременных аварийных выбросах.
Апробация результатов диссертации. Основные положения, защищаемые идеи, теоретические положения, научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научной конференции с международным участием «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства», Ижевск 2007, 2008, 2011 гг.; на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» г. Киров 2007 г.; на III Всероссийской конференции с международным участием «Химическое разоружение-2009: итоги и аспекты техноло-
гических решений, экоаналитического контроля и медицинского мониторинга «CHEMDET-2009»» Ижевск 2009 г.; на 4-й Международной научно-практической конференции «Наука и практика: Проблемы, Идеи, Инновации; Чистополь 2008 г.; на XIV Всероссийском Конгрессе «Экология и здоровье человека» г. Самара 2009 г.; на Всероссийская специализированная выставка. «Комплексная безопасность-2009» Ижевск 2009 г.; на Международной конференции «Приборостроение-2009»; на Межрегиональном конгрессе «Комфортный город» г. Пермь 2010 г., на VII Международной НТК «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» г. Москва 2010 г, на XI Международной МПК «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» г. Углич 2010 г, на 3-й Международной НТК «Приборостроение-2010» г. Минск 2010 г, на Третьей Международной НПК «Измерения в современном мире-2011» г. С-Петербург, а также на семинарах кафедры «Лазерные системы» ИжГТУ.
Опубликованность результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 18 печатных работах из них 3 статья в ведущих научных журналах рекомендованных ВАК, 2 патента на полезную модель, 3 статьи в центральных научных журналах и 9 в материалах конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложения. В конце каждого раздела сформулированы выводы. Общий объем рукописи составляет 173 страницы, в том числе 4 таблицы, 63 рисунка и список используемых источников из 126 наименований.
