Введение к работе
Актуальность работы. Водные объекты Российской Федерации (РФ) повсеместно деградируют, что свидетельствует о недостаточной разработке систем водопотребления и водоотведения Создание каскада крупных Волжских водохранилищ обусловило развитие водоемких и экологически вредных производств, сточные воды которых являются одним из факторов ухудшения экологической обстановки в Поволжье На долю Волжского бассейна приходится более трети общего сброса сточных вод в России Несмотря на высокую обеспеченность региона очистными сооружениями, эффективность их работы крайне низка, и в водные объекты поступает большое количество загрязняющих веществ Анализ ситуации показывает, что проблема носит в основном, управленческий характер
Существенно уменьшить процессы деградации водных объектов можно путем создания эффективной системы обращения со стоками, правильной организацией процесса смешения потоков и их очистки Особенно это важно при обезвреживании многокомпонентных интегрированных сточных вод различных производств, отличающихся многообразием химических взаимодействий компонентов стоков и сложностью определения характеристик смешанного стока, который может быть как менее, так и более токсичным по сравнению с исходным
Таким образом, задача разработки теоретических методов оптимизации работы биологических очистных сооружений (БОС) с созданием надежной компьютерной системы управления стоками и возможностью предсказания состава и токсичности смешанного потока является актуальной
Целью работы является создание системы оптимального управления процессами водоотведения стоков предприятий путем оптимизации работы БОС на основе математического моделирования баланса загрязняющих веществ с учетом возможных химических взаимодействий
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи"
- выполнить анализ существующего состояния крупных открытых водоемов, в основном, на примере реки Волги, по качественному и количественному характеру загрязнения сточными водами промышленных предприятий, установить причины деградации,
- выявить причины, снижающие долю стоков без очистки, в общем, объеме стоков и предложить более эффективную систему управления стоками, учитывающую химическое взаимодействие компонентов смешиваемых потоков,
- разработать математическую модель, позволяющую рассчитывать на основе кинетических данных состав суммарного смешанного стока и изменение его токсичности при смешивании сточных вод различных пользователей, рассчитывать покомпонентную эффективность БОС, планировать массы допустимых сбросов загрязняющих компонентов, не приводящих к перегрузке БОС и нарушениям плановых (нормативных) показателей по стокам, рассчитывать материальный баланс БОС, осуществлять экономические расчеты,
- разработать программу, для ЭВМ, позволяющую оперативно осуществлять различные расчеты по работе БОС с целью выработки грамотных управленческих решений,
- разработать методологию сравнительной оценки стоков различных пользователей по уровню опасности (токсичности), важному показателю экологического анализа работы БОС,
- разработать методологию прогноза состава смешанных стоков с учетом химического взаимодействия их компонентов
Объект исследований. Сточные воды крупных промышленных предприятий г Тольятти Самарской области.
Предмет исследования. Система управления стоками промышленных предприятий, обеспечивающая санитарно-гигиенические нормативы по их качественному и количественному составу
Методы исследований. В работе использовались системный анализ статистических баз данных по работе БОС, методы математического описания основных характеристик отдельных процессов изучаемого объекта Компьютерные системы, позволяющие оперативно рассчитывать эффективные режимы их работы
Научная новизна выполненной работы состоит в том, что
- разработана математическая модель экспертной системы управления стоками предприятий, позволяющая рассчитывать на основе кинетических данных состав суммарного смешанного стока и изменение его токсичности при смешивании сточных вод различных пользователей, рассчитывать покомпонентную эффективность БОС, планировать массы допустимых сбросов загрязняющих компонентов и так далее и осуществлять прогноз состава смешанного потока различных пользователей, не приводящего к перегрузке БОС по эффективности,
- создана компьютерная экспертная система управления стоками предприятий «Аква-Эксперт», позволяющая оперативно осуществлять различные расчеты по работе БОС с целью выработки обоснованных управленческих решений,
- разработана методология сравнительной оценки стоков различных пользователей по уровню опасности (токсичности), важному показателю экологического анализа работы БОС,
- разработана методология прогноза состава смешанных стоков с учетом химического взаимодействия их компонентов,
Научная новизна результатов исследований и разработанных на этой основе технических решений подтверждается авторским свидетельством РФ № 2006611208 на экспертную систему «Аква-Эксперт»
Достоверность полученных результатов оценена с помощью современных математических методов обработки экспериментальных данных При постановке экспериментов использованы общепринятые методики, оборудование, аппаратура и приборы
Практическая значимость и внедрение результатов исследований.
Практическая значимость результатов исследований подтверждается актами целесообразности внедрения предлагаемых методов и программы для ЭВМ на очистных сооружениях ОАО «Автоваз» и ООО НПФ «ЭКОТОН»
Разработанная программа для ЭВМ «Аква - Эксперт» позволила рассчитывать, покомпонентную эффективность БОС г Тольятти, спланировать массы допустимых сбросов загрязняющих компонентов, не приводящих к перегрузке БОС и нарушениям плановых (нормативных) показателей по стокам, рассчитать материальный и экономический балансы БОС Предложенная методология сравнительной оценки стоков различных пользователей по уровню опасности позволила ранжировать пользователей БОС города, в чьих стоках находятся компоненты, обладающие наибольшей опасностью для окружающей природной среды и выявить степень их очистки На предприятия города представлены материалы о методологии выявления химических взаимодействий в смешиваемых стоках, что в комплексе позволит повысить эффективность работы БОС города
На защиту выносятся:
- математическая модель, позволяющая рассчитывать на основе кинетических данных состав суммарного смешанного стока и изменение его токсичности при смешивании сточных вод различных пользователей, рассчитывать покомпонентную эффективностьБОС, планировать массы допустимых сбросов загрязняющих компонентов, не приводящих к перегрузке БОС и нарушениям плановых (нормативных) показателей по стокам, рассчитывать материальный баланс БОС, осуществлять экономические расчеты, - программа, для ЭВМ, позволяющая оперативно осуществлять различные расчеты по работе БОС с целью выработки обоснованных управленческих решений,
- методология сравнительной оценки стоков различных пользователей по уровню опасности (токсичности), важному показателю экологического анализа работы БОС,
- методология прогноза состава смешанных стоков с учетом химического взаимодействия их компонентов
Личный вклад соискателя. Состоит в проведении литературного анализа современного состояния вопроса, выполнении экспериментальных исследований режимов работы БОС на реальных стоках, обработке экспериментальных данных, математическом моделировании режимов работы БОС, и процессов контролируемого смешения промышленных стоков с различных производственных участков
Апробация работы. Основные материалы исследований докладывались на 6-м международном конгрессе «ЭКВАТЭК-2004» (г Москва), на 2-й международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-траспортных комплексов, ELPIT 2005» (г Тольятти), на 2-й международной научно технической конференции «Безопасность Технологии Управление, SAFETY-2007» (г Тольятти) Научно-исследовательская работа «Разработка экспертной системы анализа эффективности работы БОС» заняла I место в конкурсе научно-исследовательских работ на 1-ймездународной конференции «Безопасность Технологии Управление» (г Тольятти)
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 12 работах Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на 167 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4-х глав, общих выводов, списка литературы из 131 наименования, содержит 55 рисунков, 13 таблиц и 4 -х приложений
