Research and Automation of Biological Reactors of Effluent With the Oxygen Concentration Control

Abstract

ДОСЛІДЖЕННЯ ТА АВТОМАТИЗАЦІЯ РЕАКТОРІВ БІОЛОГІЧНОГО ОЧИЩЕННЯ СТОКІВ ПРИ КОНТРОЛІ КОНЦЕНТРАЦІЇ КИСНЮАктуальність. Вирішено актуальну задачу розроблення математичних моделей процесів очищення стічних вод, з урахуванням автоматизованого керування.Мета роботи -розробка математичної моделі процесу очищення стічних вод від біологічних речовин іммобілізованими мікроорганізмами при багатоступеневому анаеробно-аеробному способі очищення, яка б враховувала процеси окислення органічних речовин, розмноження і відмирання бактерій як сукупність взаємодії різних факторів в залежності від концентрацій розчиненого у воді кисню та забруднюючих органічних речовин.Метод. У роботі використано методи математичної фізики та гідродинаміки для побудови математичних моделей процесів очищення рідин, загальні підходи до побудови модельних задач, у яких одні складові домінують над іншими. Побудовано математичну модель процесу біологічного очищення стічних вод, що враховує зміну концентрацій забруднення, активного мулу і кисню при розмноженні та відмиранні бактерій в біологічних реакторах різного типу.Результати. Знайдено розв'язок відповідної модельної задачі з використанням функції pdepe середовища MatLab. Наведені результати розрахунків розподілу концентрації забруднення, активного мулу та кисню протягом часу очистки рідини, які враховують здатність бактерій до розмноження та відмирання.Висновки. Проведені експерименти підтвердили адекватність побудованої моделі. На основі отриманих результатів розроблено автоматизовану систему управління допустимою концентрацією забруднення у стічних водах, яка забезпечує енергозберігаючі принципи роботи установки.Ключові слова: математична модель, біологічне очищення, зворотний вплив, контроль кисню, автоматизоване управління. НОМЕНКЛАТУРА ( ), C x t -концентрація забруднення; ε -малий параметр (він враховує переваги одних складників процесу над іншими, а саме: явища міжком-понентної взаємодії процесу і є малим порівняно з інши-ми його складниками). ВСТУПІнтенсивний розвиток промисловості призводить до збільшення виробничих потужностей підприємств, що супроводжується погіршенням стану природних екосис-тем, зокрема, через недостатнє очищення промислових стоків, які є невід'ємною частиною харчового, мікробіо-логічного, фармацевтичного та багатьох інших вироб-ництв. Кількість і різноманітність відходів залежать від профілю і асортименту продукції підприємства. Незалеж-но від типу всі стічні води потребують обов'язкового очи-щення, оскільки в них містяться забруднюючі речовини, які значно перевищують допустимі концентрації [1].В залежності від концентрації забруднювачів у стічних водах для забезпечення відповідних допустимих показ-ників і зменшення згубного впливу на довкілля викорис-товують магнітні, механічні, біологічні та інші очисні системи. Одним з найчастіше застосовуваних методів є біологічне очищення [2, 3], де використовуються проце-си аеробної очистки (додатково подається повітря), ана-еробної очистки (без доступу повітря).В основі процесу біологічної очистки лежить дегра-дація і окислення органі...