Введение к работе
Актуальность тематики. Развитие промышленности и сельскохозяйственного производства .с одной стороны, а непринятие радикальных мер по предотвращению загрязнения воздушной и водной среди, гибели флоры и фауны с другой, привели в бедственное положение экологию Азербайджана.
Бо избежание экологической катастрофы в республике, отдельные ранош которой ухе объявлены зонами экологического бедствия, необходимо повсеместно внедрять комплекс очистных сооружений как для больших и малых городов и других населенных пунктов, так и предприятий различного профиля.
Такие комплексы,- как правило, работают в условиях значительных изменений количественного и качественного состава загрязнителей,характеризуются разнообразием методов очистки, технологических схем, оборудования, режимов работа последних и вредными условиями эксплуатации сооружений и потому эффективно югут функционировать лишь при использовании средств автоматизации.контроля и управления технологическими процессами.
За последние 30 лет вопросы автоматизации контроля и управления технологическими процессами очистки и обезвренивания промышленных сточных вод (ПСВ) были предметом исследований ученых ряда ведущих в этой области научно-исследовательских центров бнвзего СССР,а такие развитых стран Европы, дмерики и Японии.
Результатами таких исследований, явились: технические средства -преобразователи, датчики и приборы для сигнализации, измерения и контроля параметров технологических процессов очистка; системы локального управления работой отдельных сооружений; сиогеш автоматического управления отдельным узлами технологического комплекса очистки; системы автоматического регулирования значений одного или нескольких параметров технологического процесса; авгомагизированнве системы управления, состояние из автоматизированной и неавтоматизированной частей.
Следует отметить, что в разработке и внедрении технических средств достигнуты определенные успехи и ряд основных технологических параметров процессов механической, физико-химической я бяоло- ( гической (биохимической) очистки.измеряется, контролируется я сиг— | нализируегся с помощью средств автоматизации. Наличие таких средств способствовало успелному решению некоторых задач локального управления и регулирования технологических процессов и режимов работы
- A -
оборудования.
Однако с рззватяем отраслей промни ленное ти и расточением требований к качеству очищенных стоков необходимость в разработке новь более эхСективных и универсальных методов а средств для контроля пі цессоз очистки на технологических комплексах предприятие различных отраслей промышленности с каждым днем возрастает.
При создании систем управления технологическими комплексами оч;;стки (ЇК0) практически ео всех случаях сделаны допитки свести ес:о проблему автоматизации к организации вычислительной подсистемы, использованию микропроцессоров, ЭБ1Л, миникомпьютеров и т.д. Однако при этом вопреки градационным подходам не решены вопроси,связанные с оргашзашіеіі технологического комплекса Еообце: в большинстве слз чаев проектирование систем управления предусматривает применение еь числительной техники для автоматизации отдельных задач, соответствз щах каким-либо функциям управляющего аппарата и допускает набор не связанных методологическим единством задач, лстественно, что без ш раздельного с проектированием систем автоматизации решения широкой комплекса задач организации самого производства да::;е хорошо спроектированная система не мо;кет бьг.'Ь элективно реализована.
Следует гагске отметить, что абсолютное большинство разработок в области создания средств и систем автоматизации осуществлены применительно к технологическим комплексам очистки, санкционирующим в непрерывном режиме. Характерная особенность такого реаима состои: в том, что основные технологические процессы в различных цехах и
производствах предприятия происходят непрерывно,'образующиеся стоки сбрасываются в канализацию круглосуточно и смешиваясь со сточными Еодами других производств, хозяйственно-бытовыми, а иногда и ливневыми сточными водами, поступают на головную часть очистных сооружений, и лишь б отдельных случаях стоки того или иного производства подвергаются очистке и обезвреживанию раздельно ееиду принципиальной невозможности совместной обработки. Смешанные таким образом сточные вода проходят механическую, предварительную физико-химическую и окончательную биохимическую очистку непрерывно, т.е. режим работы очистных сооружений полностью соответствует режим;/ сброса стоков с технологических установок предприятия.
Такие комплексы очистки строятся на предприятиях нефтехимич-?-ск1"0 комплекса, машиностроения, для очистки стоков больших городов и населенных пунктов, в их работе изменения расхода стоков и "он".енграцай загрязнений на различных этапах обработки как техно-
- о —
логическим путём, гак и о дамоаьв автоматизированных слстем не имеют места, что значительно упрощает задачу управленая комплексом в целом. Очистные сооружения рассматриваются как 'единый технологическая комплекс, в котором режимы работы установок по технологической схеме взаимосЕязанна, и возможно, использование централизованной структури сисгег.ш для управления всем комплексом на осноеє традиционных подходов, предусматривающих создание мощной вычислительной подсистемы для обработки информации, поступающей от многочисленных датчиков, установленных на большинстве сооружениях , и (Іормарованая управляющих воздействия. Безусловно .реализация таких систем возможна лишь с использованием эЖективных методов и средств контроля -технологических параметров на отдельных этапах обработки.
"іежду тем большой интерес, Евиду особой сложности, из-за несоответствия режима сброса стоков ре:шиу работа очистных сооружена,"', представляет проблема автоматизации контроля и управления техноло-гаческлми комплексами очистки, санкционирование которых носит дис-кретно-непрернЕный характер. Такие комплекса, как правило, создаются на предприятиях винодельческой, сахарной, картойелзперерабати-ваэдей я т.д. промышленности, работа которых носит сезонный харак^ тзр.
Актуальность это-i проблемы для Азербайджанской республики связана с тем, что заЕода первичного Еиноделая (.ЗІВ), расположенные преимущественно в сельской местности, являются одними из основных загрязнителей окружающей среды и вследствие этого требуется создание БысоюэйуекгиЕшх технологических комплексов (ТК) для очистка и обезвреживания сточных вод (GB) этих предприятий.
Как известно, ещё в 1979 году директивными решениями о разва-'тии виноградарства а виноделия в Азербайджане предусматривалось в I930-I99Q годах строительство 63-х новых и реконструкция 12-ти дей-сгвуюзих вино дольче сках заюдов, которые долана были лерерабатывать 3 миллиона тонн винограда в сезон. Реализация этих директив привела бы к увеличению объёма СВ, образуемых на заводах виноделия, до 120 тыс. м3/сутки. Несмотря на то, что начиная с 1985 года эти работы были частично свернуты, вопросы развития виноградарства и виноделия и вместе с ними проблемы обезвреживания стоков производства Еина ц виноматеряалов вновь со всей острогой стоят на повестке дня.
Проблема обезвреживания СВ и других жидких отходов ШВ в Азербайджане ранее ввиду неактуальности не была исследована. Содержа-
идеся в опубликованных по этой проблеме зарубежом источниках решения не могут быть использованы в наших условиях, гак как с одной стороны сама-технология виноделия в. этих странах существенно отличается от нашей и осноЕцвается на использовании других реагентов, а с другой - в публикациях отсутствуют необходимые для проектирования сведения о методах, процессах и схемах очистки стоков.
Сложности решения этой проблемы прежде всего связаны Сезонностью работы заводов, их большим разнообразием, размещением преимущественно е посёлках и сельской местности, не имеющих канализационных систем, неравномерностью образования стоков, сложностью их состава, склонностью к интенсивному брожению а загниванию.
Как правило.' часть действующих заводов сбрасывает свои стоки в Еодоёш, овраги, рзки и т.д. без всякой очистки. Очистные сооружения, имзющаеся на ШВ, нз обеспечивают полной очистки при высоких конценгг рациях загрязнений и неравномерности подачи стоков. Основной дричи-ной этого является необоснованность технических решений, заложенных в основу проектирования и строительства, и вследствие этого несоответствие режима сброса стоков режиму работы очистных сооружений.Реконструкция этих сооружений с целью повышения их эффективности экономически не оправданна, а использование средств и систем автоматизации малоэффективно'с технической точки зрения, поэтому вопросы разработки автоматизированных и более эффективных ТКО приобретают особую актуальность.
Необходимо подчеркнуть, что в существующих работах по созданию средств и систем автоматизации ТКО ПСБ вопросам организованности самой технологической системы должного вникания не уделено, или же эги вопросы не. рассмотрены вообще, а системы автоматизации привязаны к существувдам и в большинстве случаев не лучшим образом организованным технологическим комплексам (процессам). Между тем практика показывает, что серьёзные прогрессивные сдвиги в любой области во многом зависят от взаимосвязанного решения комплекса задач: а) разработки новых технологических процессов и типизации решений по ним; б) создания нового технологического оборудования для типизированных технологических процессов; в) разработки эффективных методов контроля и управления процессами и оборудованием на основе автоматизации.
Применительно к нааему случаю решение проблемы должно сводиться к разработке отвечающей критериям технической и экономической эффективности и реализуемой на высокоэффективном оборудовании рациональной технологии очистки и обезвреживания ПСВ ШВ и созданию
элективных мегодов, средств л систем автоматизированного контроля и управления ТКО.Немалованным является а го,, что реализация технологических процессов очистки на типовых сооружениях создаёт благоприятную возможность для использования разработаншх мэгодов и средств контроля, а также структурных решений систем улрааченяя на технологических комплексах предприятий другій отраслей про.\аалзннос-ти.
Проведённые исследования базируются на результатах законченных научно-исследовательских работ:
I) Разработать системы автоматического регулирования и контроля процесса биохимической очистки сточных вод я рекомендации по их проектированию; 2) Определение гидродинаїліческих характеристик крупноразмерных Еторичных отстойников Пово-^урьянозской станции аэрации методом радиоактавних индикаторов; 3) Разработать система ав-гоштического контроля и управления первичными .отстойниками и рекомендации по дальнейшей автоматизации комплекса очисгшх сооружений "Сумгаитхаьшрома"; 4) Разработка автоматизированных систем управления и контролі замкнутой системы водоснабжения и канализации Тобольского нефгехимкомбяната; 5) Разработать ркомендациа по использовании окислительно-восстановительного потенциала для автоматизация контроля процессов биохимической очистім сточных еод; 6) Разработка новых и усовершенствование существующих технологических схем, конструкций сооружений биологической очистки промышленных сточных еод и методов их расчёта с применением ЭЕ!.1 (Рекомендации для проектирования технологических схем очистки сточных вод заводов первичного виноделия); 7) Разработка алгоритмов' управления технологическими процессами и структурных принци- . пов построения аппаратно-программных систем контроля качества; 3) Исследование а разработка комплекса средств автоматики для локальных систем контроля. Цель и задачи работы. Анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта исследования, проектирования, строительства и эксплуатаг ции ТКО ПСВ, средств и систем их автоматизации позволили в качестве ' составных частей обще! народнохозяйственной значимости проблемы создания высокоэффективных дискретно-непрерывных ТК выделить: I. проблему обеспечения рационального (сбалансированного) сочетания возможностей организованного ТКО и обеспечивающих его эффективное (Тункционирование средств и системы автоматизации, а гакке разработки таковых применительно к конкретным задачам н условиям функ-
- a -
шинирования дискретно-непрерывных ТКО; 2. проблему осуществления единого методологического подхода к анализу современных тенденций развития даскретно-неярерыЕных ТК, в час ноем на дршлере заводов виноделия, дозволяющего разработать универсальные для применения на любом аналогичной объекте высокоэффективные комплексы для очистки сточных вод (ОСВ), Помимо перечисленных при создании ТК, а такае средств и систем для их автоматизации Есегда возникают те или иные специфические проб леш, которые такке требуют сеоєго разрешения.
Таким образом, только совокупное ре'шение указанных Еыше проблем
ЕОЗВОЛЯСТ СОЗДаТЬ СООГЕОТСГЕуВДКе СОБреЖНКЫМ Требования!.!, EUCOK03'J>-
(ективные и универсальные для применения дискретно-непрерывные ТК для ОСВ.
Целью настоящей работы является обобщение теоретического и практического опыта проектирования технологических комплексов очистки и разработка принципов построения таковых на примера очистки ПСВ ЗПВ, универсальных методов и средств контроля технологических параметров и систем управления ре;.шжш рабой очистных сооружений.
Для дости:кения поставленной цели в работе реаени следующие основные задачи:
1. Изучение технологических процессов - источников образования G3,
методов очистки и обезвреживания стоков на винзаводах различных
стран мира и состояния автоматизации контроля и управления техно
логическими процессами очистки и режимами работы оборудования.
2. Исследование динамики изменений количественных и качественных по—
. казателей.СЗ действующих заводов в Азербайджане и сопоставление
результатов с опубликованными данными. .3. Разработка-рационально организованной технологии для очистки я обезвреживания ПСЗ ЗПБ, обеспечивающей высокий эффект очистки, низкие капитальные и эксплуатационные затраты, минимальное влияние на окружающую среду а максимальную утилизацию ценных компонентов.
4. Разработка методов' и средств контроля технологических параметров
процессов очистки.
5. Разработка систем автоматизации сооружений ТК на основе принципа
разумного сочетания эффективности организованной технологии с
преимуществами автоматизированного управления процессами и обо-
рудованием.-
6. Разработка принципов проектирования высокоэффективных автомати-
зироваиных дискретно-непрерывных ТК для очистка СЗ ЗПБ.
Для решения поставленных задач используются унифицированные методы анализа еод, экспериментальна!; исследования по предварительной рэагенгной обработке и окончательной глубокой биохимической очистке сточных вод, методы теории вероятностей, теории нечетких множеств, математического моделировгч- і, автоматического- управления.
Научная ноеизнэ работы. Основной научный результат работы сос
тоит в создании научных основ для решения проблемы 02В ЗЕВ на базе
единого методологического подхода к проектированию в достаточное сте
пени универсальных для пришнешя на аналогичных, но имеющих различ
ный состав цехов и производств 'предприятиях ТК, в меру оснащенных
средствами и системами автоматизации, ресурсы которых используются
полностью. . . '
Б ходе решения основной проблемы решен ряд не маловажных сопутствующих задач и получены следующие существенные научные результаты, отличающиеся новизной и выносимые на защиту:
-
Исследования качественных и количественных характеристик ПСЗ, сбрасываемых с технологических установок ЯШ, позволяющие определить полный состав загрязнителей, их удельное количество в каздом виде стоков и осуществить принципиально новый методологический подход к решению проблемы 0C3, предусматривающий раздельную предварительную обрабогку.усреднение а-глубокую биохимическую очистку и разработку универсальной и высокоэффективной.схемы обезвреживания. '.:'
-
Новая,безотходная,дискретно-непрерывная 'технология очистки СВ ЗПВ, включающая раздельную предварительную.реагентную обработку кон-' центрированных стоков каждого производства до мере их образо- . вания в дискретном режиме, усреднение их состава путём накопления я двухступенчатую биохимическую очистку в непрерывном режиме, обеспечивающая высокую степень очистки СВ, утилизацию осадков и очищенных еод при минимальных.затратах с использовш. ,-м простых в реализации приёмов и методов,, доступных и дешс *ых реагентов, а гакке преимущественно типовых сооружений.
-
Способы: а) ускорения пуска сооружений биохимической очистки СВ, заключающийся в замораживании активного ила, хранении в течении необходимого периода, оттаивании и продувании воздухом перед пуском сооружений; б) регулирования прироста активного ила при биохимической очистке GB путём введения реагентов, ограничивающих конструктивный обмен в жизнедеятельности микроорганизмов.
4.-Ыетод определения способности СВ к биохимической очистке,предусматривавший контроль окислйгельно-восстаноьигельного потенциала при биохимическом оішелении органических веществ и СВ активным илом. 5. :.іетод определения токсичной концентрации СВ, основанный на контроле величины окаслигельно-восстановигельного потенциала при биохимическом окислении и сравнении времени полного окисления отдельного стандартного вещества и его смеси с испытуемой сточной водой. S. Структурный решения: а) средств конгроля уровня осадка и ила по величине оптической плотности среда,функционирующих по принципу непрерывного слекения за изменениями раздела фаз "осадок-вода" и "ил-Еода" в отстойных сооружениях, и учитывающих динамические сЕоііства последних; б) средств определения качества и седимента-ционкых свойств активного ила при.биохимической очистке СЗ,работающих по принципу одновременного определения динамики осаядения и концентрации ила фотоэлектрическим методом. 7.Исследования технологического и гидродинамического режимов работы отстойных сооруаениЗ с помощью фотоэлектрических приборов и методом радиоактивных индикаторов, позволяющие оценигь основные харак-. теристики объектов и учитывать конструктивно-технологические особенности сооружении при построении систем управления. 3. Структурные реаения систем управления узлами ТКО СВ, основанные на использовании новых, более эффективных информационных каналов, учитывающих специфические особенности объектов, а такке нечётких моделей и'алгоритмов, способствующих повышена» эффективности управления. Новизна полученных результатов защищена 13-л авторскими свидетельствам на изобретения.
Практическая ценность и реализация результатов работы заключаются в том, что предложенные решения позволяют снизить затраты на очистку СВ ЗІВ, повысить э^екг очистки СВ и утилизации осадков, такає ТК легко реализуются на используемых в технологии виноделия и управляемых системами автоматизации сооружениях и практически безвредны для окружающей среды.
Результаты работ были использованы: а) новая технология очистки - на ваизаводе "Мадраса" Шамахинского раі'юна Дзерба:дааііа;б)ме-тоди,средства контроля и управления: на очистных сооружениях Пермского н'.з^тепер-зрабатыЕазщего комбината, производственного объеда-",п'\х: "Зупгантхпмпрои", комплекса канализационных езор.' ;ия'.і горе-
- II -
да Зеленограда, НеЕиномысского п/о "Азот",при проектироЕании очистных сооружений Тольягтянского азотного завода а Волгоградского химкомбината, а также в учебном процессе на кафедре АТЭ Азербайджанской государственной нефтяной акадеь* ...
Апробация работы: Основные результаты работы докладывались .и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Прогрессивные методы очистки природо: и сточных вод" (Москва,19?1г.),-на первой Всесоюзной конференция по биотехнике (Москва,1972г.),на научно-технических конференциях молодых специалистов ВНИИ ВОДГЕО. в гг.Баку (1971,1974),Харькове (1973) и Ташкенте (1977),на ХЯП научной конференции Азербайджанского Политехнического института (Баку, 1972), на IX областной- научно-технической конференции "Применение вычислительной техники и автомагическое управление производственными процессами" (Пермь,1972), на семинаре "Очистка нефтесодержащих сточных "вод" (Москва, 1973),на научно-технической конференции молодых специалистов объединения "Союзводоканалпроект" (Ленинград,1973),отраслевом семинаре "Применение.новых разработок и прогрессивных решений при проектировании систем водоснабжения", канализации и очистки промстоков" (Калининград,1977), республиканской научно-технической конференции "Защита водных ресурсов от загрязнения и их рациональное использование в народном хозяйстве республики"(Баку,1980),демонстрировались на ВДНХ СССР и выставках НТТМ.
Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок опубликованы 47 работ, в'том числе 13 авторских-свидетельств на изобретения и одна брошюра.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9-й глав, заключения, .списка литературы и приложений! Тексг основной части изложен на 293 страницах, содержит 96 иллюстраций, 50 таблиц и .список литературы на 345 наименований.