автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Интегрированный подход к моделированию и построению информационных систем для разработки технологических схем очистки сточных вод

На правах рукописи

ЧЕЛНОКОВ ВИТАЛИЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ И ПОСТРОЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

05.13.01. — Системный анализ, управление и обработка информации (химическая технология, нефтехимия и нефтепереработка, биотехнология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2004 г.

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор МЕНЬШУТИНА Н.В. Официальные оппоненты:

диссертационного совета Д 212.204.03 в РХТУ имени Д.И. Менделеева (125047 Москва, Миусская пл., д. 9) в конференц-зале.

С диссертацией можно ознакомится в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан « 27 » мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н, профессор ПРОТОПОПОВ Игорь Иванович, д.т.н, профессор ГОРДИН Игорь Викторович, д.т.н, профессор БОЯРИНОВ Анатолий Иванович.

Ведущая организация: МГП «Мосводоканал»

Защита состоится «_2_».

июля 2004 г. в 11.00 часов на заседании

Д 212.204.03

Бобров Д.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современное состояние промышленности и экологическая ситуация в России требует развития нового подхода к правильному и быстрому выбору схем очистки сточных вод и газовых выбросов. Особенно это актуально для больших мегаполисов. Например, Москва в списке городов РФ числится одним из городов с высокой степенью загрязнения воздуха, воды и почвы. На территории города расположено свыше 5 тысяч промышленных предприятий и организаций, в том числе около 2,5 тысяч автотранспортных хозяйств, 13 тепловых электростанций и их филиалов (ТЭЦ), 63 тепловых районных квартальных станций (РТС и КТС), 103 отопительных котельных, более 1200 промышленных и коммунально-бытовых котельных (КБК). Их стоки и выбросы различны и многообразны. По этой причине выдача рекомендаций по их очистке или утилизации очень затруднительна. Данную проблему невозможно решить, используя глобальный и единый подход. Решение возможно только на базе всестороннего изучения состава стоков, их классификации, а затем подбора соответствующего очистного оборудования.

Одним из перспективных подходов, способствующих выбору и внедрению оборудования и технологий для очистки сточных вод, является развитие интеллектуальных информационных систем (ИИС), содержащих большой объем сведений по существующим схемам очистки и новому очистному оборудованию.

В настоящее время существует большое количество информационно -справочных систем в области охраны окружающей среды, которые объединяют информацию по экологическому мониторингу, по токсикологическим характеристикам веществ, оценке уровня загрязнений окружающей среды. Однако не существует пока информационной системы, обобщающей методы и

оборудование для очистки сточных вод.

В связи с вышесказанным, актуальным является разработка интегрированного подхода к моделированию и построению информационных систем на базе современных компьютерных технологий с целью автоматизированного выбора технологических схем и отдельного оборудования для очистки сточных вод различных производств; а также создание и внедрение нового высокоэффективного оборудования для очистки и утилизации осадков сточных вод.

Информационная система поможет посредством INTERNET-технологии инженерам и ученым, работающим на различных предприятиях, рассмотреть существующее и выбрать необходимое оборудование для очистки сточных вод. У департаментов промышленности, транспорта, энергетики появится возможность доступа к новым технологиям и образцам российского оборудования, что позволит провести сравнение с западными образцами и оценить экономическую эффективность в случае отказа от закупки дорогостоящего оборудования по импорту.

Основные научные исследования и практические работы выполнены в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ ЛН РФ по направлению «Теоретические основы химической технологии», проектов и заданий Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды по теме «Формирование компьютерной базы данных природоохранных технологий и оборудования» (ИК 1.10-55-2000) и Департамента науки и промышленной политики г. Москвы «Научно-исследовательская разработка интеллектуально-информационной системы для проектирования технологических схем обезвреживания жидких отходов и создание нового универсального модуля для извлечения неорганических и органических загрязняющих веществ» (63-Т/02; 2003 год).

Цель работы. Разработка интегрированного подхода к созданию интеллектуальных систем, основанных на формализованных моделях и методах искусственного интеллекта и используемых для составления технологических

схем очистки сточных вод.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

• системный анализ и классификация информации по технологиям и оборудованию для очистки сточных вод, исследование сточных вод различных производств и деление их на классы в зависимости от состава;

• разработка концептуальных и инфологических моделей представления данных и знаний в области технологий и оборудования для очистки сточных вод;

• разработка структуры и оболочки ИИС для выбора очистного оборудования, способствующей облегчению и ускорению процесса составления технологической схемы очистки сточных вод химических предприятий;

• разработка принципов обработки, анализа и хранения данных в базе данных (БД) разрабатываемой системы;

• создание алгоритмов и выбор критериев поиска необходимой информации, разработка алгоритмов составления технологической схемы или выбора отдельного очистного оборудования на основе постадийного принципа обработки сточных вод;

• создание моделей и интегрированных с БД расчетных модулей, создание блока расчета на основе формализованных моделей для проектирования новых установок с использованием передовых технологий очистки сточных вод;

• исследование возможности внедрения в технологические схемы для очистки сточных вод такого перспективного для городского хозяйства высокоэффективного инновационного оборудования для очистки сточных вод, как мембранные модули, мембранные биореакторы и пульсационные сушилки;

• разработка методик анализа экономической эффективности использования очистных технологий;

• использование ИИС для составления технологических схем очистки

сточных вод различных производств.

Научная новизна. Разработан интегрированный подход к построению ИИС, основанных на моделях и методах искусственного интеллекта, развит новый класс компьютерных информационных технологий на основе объектно-ориентированного и структурного программирования. Разработаны основные принципы автоматизированного построения моделей: комплексное использование модели на всех стадиях создания и функционирования производства; открытость; блочность; решение задач разного уровня с помощью структурно идентичных моделей (полиморфизм); соответствие сложности модели целям исследования.

• Систематизирована и классифицирована информация, накопленная в области методов и оборудования для очистки сточных вод, что позволило научно обосновать деление сточных вод на классы, поставить в соответствие каждому классу группу методов, пригодных для его очистки, и соответствующее оборудование. Предложенная впервые полная и подробная классификация создала базу для автоматизированного проектирования.

• На основе предложенной классификации разработаны оригинальные структура и оболочка ИИС для составления технологических схем очистки сточных вод. В рамках ИИС созданы концептуальные и инфологические модели представления данных и знаний в области технологий и оборудования для очистки сточных вод, на основе которых разработаны структуры баз данных системы. Созданы алгоритмы составления технологической схемы или выбора отдельного очистного оборудования на основе постадийного принципа обработки сточных вод, а также алгоритмы и критерии поиска необходимой информации.

• Предложена методология разработки формализованных блочных моделей, опирающихся на базы данных и экспертные системы, с использованием принципов объектно-ориентированного моделирования.

• Разработаны математические модели современного оборудования для очистки сточных вод с исследованием мембранных модулей, мембранных

биореакторов, пульсационных аппаратов для обезвоживания, которые были использованы при проектировании технологических схем очистки сточных вод.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследования. Разработанная ИИС позволяет значительно экономить затраты на экспериментальные исследования, трудовые затраты, технические ресурсы и время, необходимое для проектирования технологических схем очистки сточных вод промышленных предприятий.

Собранная информация в банках данных системы представляет отдельную ценность и может способствовать налаживанию контактов и установлению прочных связей между химическими предприятиями и организациями, занимающимися производством очистного оборудования, а также способствует созданию и внедрению в производство российских технологий и оборудования.

Разработаны методики анализа экономической эффективности использования очистного оборудования.

Доказана возможность внедрения в технологические схемы для очистки сточных вод перспективного высокоэффективного оборудования для очистки сточных вод: мембранных модулей, мембранных биореакторов и пульсационных сушилок. Созданы и внедрены полупромышленные установки (мембранный модуль, мембранный биореактор, пульсационная сушилка) для очистки сточных вод и утилизации осадков. Экономический эффект от внедрения составляет 670 тыс. рублей в год по ценам 1996-1997 годов.

Предложенный интегрированный подход к построению моделей и информационных систем может быть применен для решения других задач проектирования как в химической, так и в других отраслях промышленности, в результате чего система приобретает дополнительную привлекательность в условиях рынка научных исследований.

Разработана интеллектуальная информационная система, которая позволяет хранить сведения обо всех типах выпускаемого в России

оборудования и схем для очистки сточных вод, а также выбирать из них наиболее подходящие на основе на основе созданной экспертной системы. Экономический эффект от апробации. этой системы на ряде российский предприятий составляет 570 тыс. рублей в год по ценам 1996-1997 годов.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на следующих конференциях: Международный форум «Тепломассообмен», г. Минск, 1992 г., Конференция по методам управления технологическими процессами (МР-96), г. Пардубицы, 1996 г., Международный симпозиум АСНЕМА, г. Франкфурт-на-Майне, 1997 и 2000 гг., Всемирный конгресс по технологии частиц, г. Брайтон, 1998 г., 11-й Международный симпозиум по сушке (Ш8-98), г. Салоники, 1998 г., 13-й Международный конгресс по химическим и инженерным процессам (СИ18Л'98), г. Прага, 1998 г., 2-я Конференция по процессам интефации, моделирования и оптимизации в области энергосбережения и снижения зафязнений (РЯЕ88'99), г. Будапешт, 1999 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 32 печатные работы.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, приложения и содержит 365 страниц основного текста, 102 рисунка, 12 таблиц и список литературы из 207 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, поставлена цель работы, обоснован применяемый подход к решению проблемы.

В первой главе — литературном обзоре — проанализировано состояние компьютерных информационных систем, моделей и оборудования для решения экологических проблем очистки сточных вод. Предложен широкий обзор существующих информационных систем и баз данных по экологическим вопросам.

На основе анализа литературных источников и поиска в INTERNET было выявлено большое количество информационно-справочных систем в области охраны окружающей среды, которые объединяют информацию по экологическому мониторингу, по токсикологическим характеристикам веществ и по оценке уровня загрязнений окружающей среды. Однако не существует пока информационной системы, обобщающей технологии и оборудование для очистки сточных вод.

Был проведен анализ представления данных в задачах химической технологии, отмечена их структурная сложность. Рассмотрены методы согласования, обработки и анализа информации при проектировании технологической схемы для очистки сточных вод.

Проведенный анализ существующего оборудования и схем для очистки сточных вод и утилизации осадков позволил выделить наиболее перспективные методы и оборудование, выбрать параметры, характеризующие степень очистки. Было установлено, что для такого огромного мегаполиса как Москва перспективными методами очистки стоков являются высокоэффективные малогабаритные мембранные комплексы, мембранные биореакторы, а для утилизации осадков - пульсационные сушилки, характеризующиеся низким энергопотреблением и капитальными затратами и отсутствием требований к начальной консистенции стоков.

В соответствии с целью работы и на основании выводов, сделанных в результате анализа литературы, была сформулирована постановка задачи исследования и намечены этапы ее решения.

Вторая глава посвящена изложению интегрированного подхода к моделированию и разработке информационных систем. Показано, что в основе интегрированного подхода лежит системный анализ, фундаментально разработанный на кафедре кибернетики ХТП академиком Кафаровым В.В. и профессором Дороховым И.Н. Центральным понятием интегрированного подхода, также как и системного анализа, является понятие объекта (или

системы), взаимодействующего с внешней средой и обладающего сложным внутренним строением, большим числом составных частей и элементов (условно неделимых единиц). Совокупность элементов и связей образует структуру объекта. Пространственно-временные агрегаты взаимодействующих элементов, обладающие определенной целостностью и целенаправленностью, выделяются в функциональные подсистемы. Сложность системы определяется сложностью ее структуры, количеством элементов и связей, числом уровней иерархии, объемом информации, циркулирующей в объекте. Объект характеризуется алгоритмом функционирования, направленным на достижение определенной цели.

Сущность системного подхода в данном случае состоит в том, что вся информация, получаемая в лабораториях, на опытных и промышленных установках, последовательно накапливается и обогащается в процессе разработки полной математической модели химико-технологической системы. Данная информация может сохраняться в базах данных и базах знаний и в последствии использоваться для эвристического анализа новой, ранее не рассматривавшейся проблемы. Современные средства хранения и анализа данных дают огромные возможности для создания баз данных нового поколения — информационных систем, использующих алгоритмы искусственного интеллекта, интерактивного взаимодействия с пользователем, экспертного анализа и самообучения.

Для достижения частичной или полной автоматизации процесса моделирования предлагается разбиение объекта на отдельные элементы-блоки. При использовании блочного подхода к моделированию системы любая, сколь угодно сложная, технологическая система, может быть представлена как совокупность уже описанных математически блоков - технологических единиц. Причем, под технологической единицей понимается как отдельное явление, так и технологический аппарат, потому что и явление, и работа аппарата в целом могут рассматриваться как сложная система, для которой существует отдельное

математическое описание.

Таким образом, блочный подход к моделированию технологической схемы (или процесса) обеспечивает упрощение математического описания и существенно повышает возможность автоматизации процесса моделирования.

Применение описанных выше принципов позволяет создавать компьютерные программы, автоматизирующие процесс моделирования. Такие программы могут использоваться в качестве компьютерных сред моделирования. Среда моделирования подразумевает наличие некоторого банка моделей элементарных технологических единиц, технологических процессов, включающего данные по их свойствам и параметрам. Такой банк данных может быть реализован в виде баз данных, взаимодействующих между собой по одному или нескольким полям (реляционных баз данных).

В интегрированной среде разработки осуществляется «сборка» математической модели процесса из математических моделей элементарных процессов и технологических единиц, содержащихся в базах данных, и связывание этих моделей в единое целое, благодаря специализированным базам знаний и экспертным системам, использующим эти знания для составления «каркаса» химико-технологической системы (рис. 1).

Создание подобных приложений, то есть интегрированных сред разработки требует, в первую очередь, накопления достаточного количества данных и их систематизации в табличной форме, а также выработке всесторонних экспертных оценок, которые позволят впоследствии автоматизированным средствам разработки проводить анализ эффективности того или иного решения, принятого экспертом-разработчиком, либо самой системой.

Случай, когда сама система генерирует решение задачи, ранее никогда не решавшейся, является наиболее трудным с точки зрения программирования, и может быть разрешен с применением двух методов, имеющих свои достоинства и недостатки: прецедентный анализ и эвристический анализ. Комбинирование

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ||

Рис. 1. Формирование математической модели

данных методов в рамках интегрированной среды разработки дает максимальный результат, придавая процессу разработки большую гибкость и элемент интеллектуальности со стороны компьютера.

Таким образом, создание интегрированных средств разработки является сложной программно-технической задачей, требующей разработки информационноемких приложений, тесно интегрированных с современными базами данных.

В данной главе также изложены основные принципы генерации моделей. Разработка интегрированной среды моделирования возможна при использовании объектно-ориентированного программирования (ООП), как наиболее подходящего средства реализации блочных принципов построения моделей. Основными свойствами ООП являются: инкапсуляция, наследование и полиморфизм объектов, что в свою очередь обеспечивает масштабируемость, адекватность и возможность из моделей, как из кирпичей, создавать высокоинтеллектуальные компьютерные системы для решения задач любой сложности.

Для разработки компьютерной среды моделирования были предложены следующие принципы автоматизированного построения математических моделей и моделей информационных систем:

• комплексное использование моделей на всех стадиях создания и функционирования жизненного цикла промышленного производства;

• возможность наращивания и усложнения моделей (принцип «открытости» построения моделей);

• построение моделей из типовых блоков (принцип «блочности»);

• решение задач различного уровня с использование структурно-идентичных моделей (принцип «полиморфизма»);

• выбор структуры и состава модели в зависимости от целей исследования, т.е. оптимизация модели с использованием аппарата чувствительности.

Рис. 2. Алгоритм выбора методов по стадиям обработки

Предлагаемые принципы пояснены на примерах, изложенных в диссертации, и легли в основу разработанной ИИС и ряда моделей и расчетных модулей, вошедших в ее состав.

Третья глава посвящена разработке интеллектуальной информационной системы WAAM для выбора очистного оборудования.

Первой стадией разработки ИИС по выбору очистного оборудования была систематизация и упорядочение существующих знаний по характеристикам сточных вод и оборудованию для их очистки. Все сточные воды были разделены на классы, и каждому классу подобран один или группа показателей. Соответствующая таблица представлена в диссертационной работе. Каждому классу сточных вод соответствует метод или группа методов, пригодных для его обезвреживания или очистки. Однако некоторые методы дают возможность очистки сточных вод нескольких классов, поэтому однозначного соответствия между классом и методом обработки не существует, что было отражено в разработанном алгоритме выбора оборудования.

Следующим этапом разработки ИИС было создание алгоритма выбора оборудования. В основу алгоритма выбора методов очистки ИИС было положено деление всего процесса обработки на четыре стадии обработки: предварительная, первичная, вторичная, и глубокая доочистка. Каждой стадии соответствует своя группа методов (рис. 2), а каждому методу - оборудование.

Проведена систематизация технологий и оборудования по областям применения. Произведена структуризация данных, выделены основные информационные объекты: сток, метод очистки, тип оборудования, технологическая схема, аппарат, предприятие-изготовитель. На основе проведенного анализа была построена концептуальная модель множества данных системы. Структура разработанной ИИС представлена на рис. 3. Система включает в себя большое количество различных модулей. Ядром системы является Навигатор, осуществляющий всю работу по взаимодействию с пользователем и включающий в себя все функции управления. Навигатор

Рис. 3. Структура информационной системы

определяет режим дальнейшей работы системы, предлагая выбрать один из трёх вариантов: обычный режим, режим эксперта и поисковый режим.

В первом варианте в работу поочерёдно вступают все блоки системы с включенными интеллектуальными функциями. Рассматриваются все стадии обработки и используются все подключенные базы данных. Поиск аппаратов и методов полностью автоматический. После ввода основных показателей сточных вод и проверки на токсичность, система пытается найти подходящую схему обработки, основываясь на базе готовых схем очистки. Если такая схема отсутствует в базе, происходит передача управления на блоки-стадии обработки. На каждой стадии пользователю предлагается ответить на некоторые вопросы и сформулировать дополнительные требования к методу очистки. После анализа будет предложен метод или методы обработки, а также набор подходящих аппаратов, реализующих эти методы (поиск проводится по базе данных оборудования). При наличии подключенного расчётного модуля метода, можно произвести вычисление основных параметров процесса. Окончательный выбор конкретного аппарата осуществляется пользователем, исходя из предложенных системой вариантов.

В режиме эксперта всю навигацию по системе перехватывает пользователь-эксперт. Он определяет, какие модули выполнять, а какие нет. Эксперт самостоятельно подключает необходимые расчётные модули и базы данных. Блок каждой стадии работает независимо, он находит методы и подбирает аппараты, исходя из тех классов вредных факторов, которые необходимо обезвредить на этой стадии.

Поисковый режим используется, при необходимости подобрать новый аппарат, взамен устаревшего, более эффективный, компактный, менее энергоёмкий, возможно с большей производительностью. Поиск осуществляется непосредственно по базе данных оборудования по заданным параметрам. Работа осуществляется только с системой управления базами данных.

ИИС WAAM содержит следующие базы данных:

• БД по методам очистки сточных вод;

• БД российского оборудования;

• БД существующих и предлагаемых схем очистки;

• БД патентов.

Все базы данных содержат информацию из литературных, коммерческих источников и патентов. Пример окон Навигатора и базы данных ШЛАМ показан на рис. 4.

ИИС также обладает определёнными экспертными, или интеллектуальными функциями. К главной экспертной функции следует отнести автоматизированный выбор аппарата для каждой стадии обработки. Для выбора методов обработки и оборудования используется вышеупомянутый алгоритм. Основной его принцип - разделение стока на классы загрязнителей или вредных факторов. Каждому классу соответствуют методы для его обезвреживания. Л каждый конкретный метод реализован в аппарате, причем методу могут соответствовать несколько аппаратов с различным диапазоном рабочих характеристик.

Весь процесс анализа стока и выбора конкретных аппаратов был разбит на 6 шагов: идентификация классов вредных факторов в стоке, определение соответствующих найденным классам методов, проверка методов на пригодность для обработки данного стока, сравнение методов по дополнительным требованиям, определение аппаратов, реализующих данный метод, и проверка аппаратов на возможность обработки данного стока с отсеиванием непригодных. Алгоритм был сформулирован в виде терминов теории множеств.

Кроме двух вышеупомянутых функций - управления и экспертной -ИИС содержит функции: сервисные, расчетные и расширения комплекса.

Сервисные функции системы — это, прежде всего, удобство ввода и вывода информации. Все модули ИИС имеют удобные и понятные графические элементы управления. Кроме того, наглядное графическое представление

результатов вычислений — почти обязательная черта расчётных модулей.

Рис. 4. Пример окон Навигатора и базы данных

Подключенные к системе расчётные модули составляют её расчётные функции. Ряд расчетных модулей базируется на формализованных моделях, построение которых рассмотрено в четвертой главе. При наличии соответствующих вычислительных модулей можно произвести расчёт параметров метода или рассчитать конструктивные характеристики и рабочие параметры конкретного аппарата.

Разработан модуль расчета материальных балансов в системе очистки сточных вод для определения общего солесодержания стока, его кислотности, содержания вредных примесей до и после очистки, количества реагентов, необходимых для нейтрализации стока (рис. 5). Модуль реализован для реагентного (химического) метода - одного из основных методов очистки сточных вод. В процессе работы модуля подбираются реакции с добавляемыми компонентами, учитывается выпадение осадков, изменение рН среды, изменение объема стока за счет добавления/удаления части материального потока (слив, флотация, добавление растворов). На заключительном этапе выводится отчет с полной информацией по проведенным технологическим операциям. Отчет также содержит информацию о конечных концентрациях всех компонентов, их соответствии (несоответствии) ПДК. В состав модуля входят следующие блоки:

• БД «Вещества»;

• БД «Химические реакции»;

• блок расчета рН и количества необходимых реагентов.

Данный расчетный блок используется при составлении химических реакций, выборе реагентов и определении их количества, расчете состава стока на выходе из реактора. Окно расчетного модуля представлено на рис. 6.

Рис. 6. Окно ИИС «WAAM» «Химические реакции»

В ИИС заложены богатые возможности по расширению. Это дополнение баз данных новыми методами и оборудованием, добавление новых модулей, и замена существующих на усовершенствованные новые модули. Все это возможно благодаря использованию при разработке ИИС концепции ООП и структурного программирования: принцип модульности, открытость и универсальность.

В четвертой главе разработаны формализованные математические модели, алгоритмы и программы расчета некоторых процессов и современного оборудования для очистки сточных вод и утилизации отходов:

• микрофильтрации на трубчатом, плоско-параллельном, рулонном и патронном элементах;

• схем разделения на основе мембранных модулей;

• биоочистки в мембранных реакторах с различной кинетикой,

гидродинамикой и конструкцией аппаратов;

• утилизации осадков в пульсационных аппаратах.

Разработка подхода к автоматизированному построению формализованных математических моделей будет способствовать ускорению проектирования высокоэффективного малогабаритного (что важно для городского хозяйства) инновационного оборудования.

При построении моделей использованы принципы, предложенные во второй главе. Модели строятся из отдельных блоков, обладают «гибкостью» и возможностью модернизации, используют сведения из баз данных и записаны в формализованной форме, что позволяет хранить их в базе данных и использовать в ИИС.

В первой части четвертой главы показано автоматизированное построение (в рамках ИИС) математических моделей процесса микрофильтрации для различных мембранных элементов. Мембранные элементы - трубчатый, плоско-параллельный, рулонный, патронный - имеют разный принцип действия (тупиковая, тангенциальная фильтрация) и схему движения потоков. Однако в них реализован единый процесс -микрофильтрация. Поэтому на основании изложенных принципов разработана блок-схема автоматизированного построения математической модели процесса микрофильтрации на мембране (рис. 7). Предлагаемая блок-схема реализована в детальном алгоритме (приведенном в диссертационной работе) и программном продукте. Пользователь с помощью этого программного продукта может выбрать уравнения модели (блок 3), отвечающие поставленной задаче, определить, какие исходные данные необходимы (параметры, коэффициенты в уравнениях модели, начальные и конечные данные, граничные условия - блок 2) и какие эксперименты надо провести (блок 1), чтобы обеспечить необходимой информацией блоки 2 и 3.

В диссертационной работе рассмотрено построение математических моделей процесса микрофильтрации при определенных допущениях для

Рис. 7. Блок-схема автоматизированного построения математической модели процесса микрофильтрации на мембране

трубчатого, плоско-параллельного, рулонного и патронного элементов. Разработанные математические модели являются моделями с распределенными параметрами и позволяют определить изменение основных параметров процесса по длине и высоте аппарата, изменение их со временем, а также рассчитывать конструкционные характеристики аппаратов. Решение уравнений модели реализовано в виде графиков и таблиц, что позволяет подбирать оптимальные режимы.

В качестве примера расчета приведен график зависимости удельной производительности мембраны (трубчатого керамического элемента) от времени (рис. 8).

Рис. 8. Зависимость удельной производительности мембраны от времени и по длине канала (длина элемента 0,8 м, внутренний диаметр 0,025 м)

Во второй части четвертой главы разработана обобщенная модель разделения для конструирования схем разделения на основе мембранных модулей. Модель разделения на многоступенчатой схеме основана на выделении внешней математической модели для ступеней и внутренней математической модели для каждого элемента. Обобщенная модель разделения

Удельная производительность мембраны

использует БД по свойствам мембран, разработанную ранее как самостоятельный программный продукт.

Третья часть четвертой главы посвящена разработке подходов к моделированию мембранных биореакторов. Проведен анализ работы различных типов мембранных биореакторов, рассмотрены возможные варианты конструктивного исполнения мембранного биореактора (встроенный и вынесенный мембранный модуль, иммобилизированные ферменты). На рис. 9 представлена схема мембранных биореакторов с вынесенным и встроенным мембранным модулем. Систематизированы и классифицированы явления в них, выявлены наиболее значимые.

Рис. 9. Мембранные биореакторы с вынесенным и встроенным мембранным модулем

Выявлены основные задачи, которые являются составной частью разработки обобщенной модели мембранного биореактора. На рис. 10 показаны блоки, входящие в состав модели мембранного биореактора. Основными среди них являются блоки кинетической модели, гидродинамики и микрофильтрации на мембране. Каждый из данных блоков может быть представлен математическим описанием различной сложности от эмпирических моделей до сложных моделей в частных производных, учитывающих микроявлений с заданной точностью. Выбор моделей определяется в зависимости от решаемой

задачи: научные исследования, предпроектный расчет или автоматизация режимов работы мембранного биореактора. В работе рассмотрены разные типы математических моделей и в разработанном комплексе программ реализованы различные возможности.

Кинетика

• Моио

• МоноИерусалим

Рис. 10. Стратегия построения математической модели мембранного

биореактора

Построение математических моделей для мембранного биореактора рассмотрено на примере очистки сточных вод лакокрасочного производства (производства алкидных смол).

Для мембранного биореактора со встроенными и вынесенными мембранными элементами рассчитаны основные параметры работы в непрерывном режиме. Установлено, что при непрерывном режиме работы мембранного биореактора достигается необходимая степень очистки, а производительность при этом в два раза выше, чем в периодическом биореакторе.

Были сделаны рекомендации по организации схемы очистки для сточных вод алкидных смол биохимическим методом, предложена оригинальная схема мембранного биореактора со встроенными мембранами на Санкт-Петербургском заводе «Пигмент».

В четвертой части четвертой главы рассмотрено построение математической модели пульсационного аппарата для утилизации отходов. Пульсационные аппараты могут использоваться как для обезвоживания осадков сточных вод, так и для их сжигания. На обезвоживание могут подаваться осадки сточных вод с различной концентрацией: от растворов до паст, так как в аппарате под действием пульсирующего давления и скоростного напора происходит измельчение до тонкодисперсного состояния. Генерация тепла и механической энергии происходит в пульсационной топке, встроенной в аппарат. Пульсирующее давление, создающееся в топках, имеет амплитуду до 2 изб. атм. и позволяет трансформировать в механическую энергию около 1 кВт на 1 кг топлива, сжигаемого за 1 час. При этом расход воздуха составляет 240 кг/час, расход бензина - 8 кг/час, частота пульсаций - 100 Гц, расход испаренной влаги (в случае обезвоживания) — 100 кг/час.

Как показали экспериментальные работы и опыт зарубежных проектировщиков, на основе пульсационных потоков можно создать экономичные высокоэффективные промышленные аппараты для обезвоживания, потребляющие в 2-3 раза меньше энергии, чем существующие. Сокращение веса и капиталовложений доходит до десятикратного.

Математическая модель содержит три основных блока:

• расчет тепловых и аэродинамических параметров пульсационной

топки;

• моделирование процессов в выхлопной трубе;

• моделирование процесса обезвоживания в сушильной камере.

В результате расчета тепловых и аэродинамических параметров пульсационной топки определяются давление, скорость и температура на выходе из топки и, соответственно, на входе в выхлопную трубу. Кроме того, рассчитывается время одного цикла пульсаций, которое определяется как сумма времен воспламенения, всасывания и сжатия.

Объединение всех блоков в единую модель позволяет рассчитывать параметры проведения процесса обезвоживания осадков сточных вод в пульсационном аппарате и рекомендовать данный аппарат для утилизации жидких отходов городских хозяйств.

В пятой главе приведены примеры выбора очистного оборудования для очистки сточных вод различных производств с помощью разработанной интеллектуальной информационной системы:

• очистка ливневых стоков автотранспортных предприятий (мойки, АЗС)

• сточные воды производства алкидных смол биохимическим методом для лакокрасочной промышленности;

• стоки производства синтетического каучука;

• кислотно-щелочные стоки гальванических производств.

В качестве примера работы ИИС рассмотрена очистка ливневых стоков автотранспортных предприятий города Москвы. Предварительный запрос составлялся, исходя из присутствия определенных классов примесей в стоке. Полученная выборка оборудования и технологий уточнялась с учетом требований по эффективности и возможностей модулей очистки (рис. 11а). Приведены примеры предварительных и уточняющих запросов, формы отчета по выбранному оборудованию.

Также ИИС была протестирована на примере составления схемы очистки

стоков комбината по производству спирта. Стоки комбината отличаются высоким содержанием органических примесей, взвешенных веществ и повышенным солесодержанием. Готовых технологических решений, удовлетворяющих требованиям очистки, в базе найдено не было. Вспомогательный экспертный блок на основе анализа стока комбината, опираясь на базу методов обработки, предложил несколько вариантов очистки (рис. 116). Варианты обработки были оценены экономически и экологически по

Рис. 11. Примеры работы ИИС: а) подбор оборудования для стоков автотранспортных предприятий; б) составление концептуальной схемы очистки стоков предприятия по производству спирта

данным, извлеченным из базы данных методов и адаптированным к параметрам рассматриваемого стока. В результате была выбрана одна схема, которая практически полностью соответствует последовательности обработки, применяемой на этом заводе в настоящее время.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложен интегрированный подход к построению информационной системы и моделей, развит новый класс компьютерных информационных технологий на основе объектно-ориентированного и структурного программирования.

2. Разработаны основные принципы автоматизированного построения моделей: комплексное использование модели на всех стадиях создания и функционирования производства; открытость; блочность; решение задач разного уровня с помощью структурно идентичных моделей (полиморфизм); соответствие сложности модели целям исследования.

3. Систематизированы и классифицированы существующие знания по характеристикам сточных вод, технологиям и оборудованию для их очистки. Сточные воды разделены на классы, характеризующиеся соответствующими показателями.

4. Построен алгоритм выбора технологической схемы или отдельного очистного оборудования на основе постадийного принципа обработки сточных вод.

5. Разработана структура, алгоритмы и программное обеспечение информационной системы для выбора очистного оборудования, способствующей облегчению и ускорению процесса составления технологической схемы очистки сточных вод химических предприятий.

6. Разработаны формализованные модели процесса микрофильтрации на мембранах, процесса биоочистки, обезвоживания и выделения ценных компонентов из сточных вод в пульсационных аппаратах. Модели разработаны

на основе объектно-ориентированного программирования.

7. Разработанные математические модели позволили рассчитать конструкционные характеристики и параметры функционирования некоторых современных видов высокоэффективного малогабаритного очистного оборудования и рекомендовать к внедрению перспективные высокоэффективные аппараты для очистки сточных вод в городских условиях: мембранные модули и схемы, мембранные биореактора и пульсационные установки.

8. Разработана методика оценки экономической эффективности очистного оборудования произвольной конфигурации, позволяющая сравнивать конструктивно различные схемы и выявлять наиболее экономически целесообразную.

9. Показано использование интеллектуальной информационной системы для решения задач очистки стоков автотранспортных предприятий г. Москвы, очистки сточных вод производства алкидных смол для лакокрасочной промышленности, производства синтетического каучука и кислотно-щелочных стоков гальванических производств. Составлены эффективные оригинальные схемы, включающие мембранные аппараты, мембранные биореакторы и пульсационные аппараты. Выбранное и рассчитанное оборудование рекомендовано в производство, что позволит получить 11 млн. рублей прибыли в год по сравнению с предотвращенным ущербом.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии и учебные пособия

1. Меныиутина Н.В., Челноков В.В. и др. Анализ, хранение и обработка информации в химической технологии. — Калуга: Издательство научной литературы Н.Ф. Бочкаревой, 2003. - 282 с.

2. Челноков В.В., Мещерякова Т.В., Меныиутина Н.В., Василенко Е.А.

Экологический мониторинг. Информационные поисковые системы и базы данных. - М.: ВИНИТИ, 2001. - 56 с.

3. Челноков В.В., Мещерякова Т.В., Меныиутина Н.В., Василенко Е.А. Автоматизированная информационно-поисковая система STN International. -М: ВИНИТИ, 2001. -92 с.

4. Мещерякова Т.В., Меныиутина Н.В., Челноков В.В. и др. Обзор информационных систем и баз данных в области экологии: Учеб. пособие / РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000. - 91 с.

5. Мещерякова Т.В., Меныиутина Н.В., Челноков В.В. и др. Информационные технологии в химии. Поисковые компьютерные системы и базы данных в области экологического мониторинга: Учеб. пособие / РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000. - 52 с.

Статьи и тезисы докладов

6. Челноков В.В., Мещерякова Т.В., Мепьшутина Н.В., Василенко Е.А. Состояние поисковых компьютерных систем в области экологического мониторинга // Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология. — 2004. — Т.47,-№2.-С. 154-166.

7. Войновский А.А., Меньшутина Н.В., Челноков В.В. Методика оценки энергопотребления сушильного оборудования // Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология. — 2004. - Т.47, № 3. — 8 с.

8. Челноков В.В., Меньшутина Н.В., Колесников В.А., Богословская О.В. Информационная интеллектуальной система «ВОДОСВ» по выбору оборудования для очистки сточных вод // Программные продукты и системы. - 2002. - № 2. - С. 15-18.

9. Челноков В.В., Колесников СВ., Меньшутина Н.В. Использование реляционных баз данных для выбора метода очистки сточных вод // Программные продукты и системы. - 2002. - № 4. - С. 38-41.

10. Челноков В.В., Меньшутина Н.В., Гусева Е.В. Обобщенный подход к

разработке математической модели процесса микрофильтрации для различных мембранных элементов // Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология. - 2002. - Т.45, - № 2. - С. 77-81.

11. Bogoslovskaya О., Menshutina N.tKolesnikov V., Chelnokov V. Selection ofthe equipment for waste water purification in electrochemical productions on the base of the information system // International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology ACHEMA2000: Abstracts of the lecture groups «Automation technology. Information systems. Vocational and professional training». - Frankfurt am Main, 2000. - P. 178-180.

12. Мепыиутипа Н.В., Челноков В.В., Авраменко Ю.Г. Информационная система по выбору оборудования для очистки сточных вод // Компьютерные информационные технологии для создания экологически чистых производств: Тезисы докладов международного научного семинара / РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000. - С. 19.

13. Менъшутина Н.В., Челноков В.В., Богословская О.В. Компьютерно-интеллектуальная система для выбора наиболее подходящего оборудования при организации водооборота // Компьютерные информационные технологии для создания экологически чистых производств: Тезисы докладов международного научного семинара / РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М., 2000. - С. 26.

14. Челноков В.В. Внедрение новых экологических и природоохранных технологий городского коммунального хозяйства в технологию работы служб аэропортов // Информационно-аналитический журн. «Аэропорт. Сервис. Новости». - 1999. - № 2. - С. 23-25.

15. Челноков В.В. Внедрение новых экологических и природоохранных технологий в городском коммунальном хозяйстве // Тез. докл. научно-практического семинара «Ресурсосберегающие технологии и машины -городскому хозяйству». - М., 1999.

16. Tchelnokov V., Bogoslovskaya О., Meshcheryakova Т., Menshutina N. The

Information System of Ecological Monitoring of Sewage // Proceedings of the 2nd Conference on Process Integration, Modeling and Optimization for Energy Saving and Pollution Reduction PRESS'99. - Budapest, 1999. - P. 655 - 658.

17. Chelnokov V., Goncharova S, Sazhin V., Menshutina N. New Approach to the Estimation of Thermodynamics Equilibrium on the Basis of the Sorption-Structure Analysis // World Congress on Particle Technology. - Brighton, 1998. - 6 p.

18. Goncharova S, Chelnokov V., Menshikov V., Menshutina N. Mathematical modeling of cross-flow belt dryer // Proceedings of the 11th International Drying Symposium IDS'98. - Halkidiki, 1998. - V. A. - P. 407-413.

19. Chelnokov V., Goncharova S, Menshutina N. Modeling of belt dryer // Materials of the 13th International Congress of Chemical and Process Engineering CH1SA'98. -Praha, 1998. - V.8 - P. 69.

20.Nikulina E.A., Menshutina N.V., Goncharova S.V., Chelnokov V.V. Synthetic latex spray drying in presence of solid phase dispersed filler // International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology ACHEMA2000: Abstracts of the lecture groups «Thermal process engineering». -Frankfurt am Main, 1997. - 3 p.

21. Chelnokov V.V., Nikulina E.A., Baranov S.B., Menshutina N.V. Mathematical model for spray-drying process control // Process Control RIP-96. - Pardubice, 1996. -V.l.-5p.

22. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Челноков В.В., Меньшутина Н.В. Гибридная экспертная система для разработки оптимальной технологии сушки // Межвуз. сб. науч. тр. - М.: МТИ им. Косыгина, 1991. - С. 8-12.

23. Челноков В.В., Никулина Е.А., Меньшутина Н.В. Разработка новых способов сушки и обезвоживания: Отчет № ГР 01.91,0043292. -М.: МХТИ, 1990.

24. Челноков В.В., Никулина Е.А., Меныиутина Н.В. Методика расчета параметров гигротермического равновесия влажного материала с использованием фотометрических исследований. // Физико-химические проблемы химических производств: Сб. науч. тр. - М.: МХТИ, 1990. - С. 36-39.

Заказ № 63 _Объем ¿.0 п.л._Тираж 100 экз.

Издательский центр РХТУ им. Д.И.Менделеева

»10592

Введение.

1. Анализ состояния компьютерных информационных систем, моделей и оборудования для решения экологических проблем очистки сточных вод.

1.1. Существующие информационные системы и базы данных по экологическим вопросам.

1.1.1. Обзор типов информационных систем.

1.1.2. Состояние информационных компьютерных систем и баз данных по экологическим проблемам.

1.2. Анализ существующего оборудования и схем для очистки сточных вод и утилизации осадков.

1.2.1. Мембранные установки.

1.2.2. Мембранные биореакторы.

1.2.3. Анализ существующего оборудования и схем для утилизации осадков сточных вод.

1.2.4. Методы оценки эффективности инвестиций в очистное оборудование.

1.3. Анализ математических моделей аппаратов для очистки и утилизации осадков сточных вод.

1.3.1. Моделирование процесса микрофильтрации.

1.3.2. Математические модели процесса биохимической очистки.

1.3.3. Моделирование процесса сушки в пульсационных установках.

Выводы.

1.4. Постановка задачи исследования.

2. Интегрированный подход к моделированию и разработке информационных систем.

2.1. Системный анализ как основа блочного принципа моделирования.

2.2. Разработка интегрированного подхода к компьютерной среде моделирования.

2.3. Основные принципы автоматизированного построения моделей.

2.3.1. Комплексное использование моделей.

2.3.2. Открытость, блочность и структурная идентичность.

2.3.3. Соответствие сложности модели целям исследования.

2.3.3.1. Оптимизация модели.

2.3.3.2. Упрощение модели на основе аппарата чувствительности

2.4. Объектно-ориентированное программирование для создания среды моделирования.

Выводы.

3. Разработка информационной системы для выбора очистного оборудования.

3.1. Разработка алгоритма для выбора оборудования.

3.1.1. Классификация вредных факторов сточных вод.

3.1.2. Стадии обработки сточных вод.

3.1.3. Алгоритм выбора метода и аппарата на стадии обработки.

3.1.4. Алгоритм выбора методов по стадиям обработки.

3.2. Структура информационной системы и ее функции.

3.2.1. Структура системы.

3.2.2. Функции системы.

3.2.3. Режимы работы системы.

3.2.4. Расчетные функции системы.

3.2.5. Управление базами данных.

3.2.6. Сервисные функции системы.

3.2.7. Расширение системы.

Выводы.

4. Математические модели современного оборудования для очистки сточных вод и утилизации отходов.

4.1. Математические модели процесса микрофильтрации на различных мембранных элементах.

4.1.1. Структура модели микрофильтрации на базе объектно -ориентированного моделирования.

4.1.2. Математическая модель трубчатого керамического элемента.

4.1.3. Математическая модель плоско-параллельного элемента.

4.1.4. Математическая модель патронного элемента.

4.1.5. Проектирование схем мембранного разделения.

4.2. Математические модели мембранных биореакторов для очистки сточных вод.

4.2.1. Структура обобщенной модели мембранных биореакторов на базе объектно - ориентированного моделирования.

4.2.2. Основы автоматизированного построения кинетики биосинтеза в биореакторе.

4.2.2.1. Кинетика роста биомассы.

4.2.2.2. Кинетика накопления продукта.

4.2.2.3. Кинетика утилизации субстрата.

4.2.2.4. Кинетические модели с учетом гидродинамики.

4.2.3. Разработка математической модели мембранного биореактора.

4.2.3.1. Типы мембранных биореакторов.

4.2.3.2. Математическая модель мембранного биореактора

4.3. Моделирование процессов обезвоживания в пульсационных аппаратах.

4.3.1. Расчет тепловых и аэродинамических параметров пульсационной топки.

4.3.2. Моделирование процесса сушки в выхлопной трубе.

4.4. Экономический анализ использования очистного оборудования.

4.4.1. Общие положения.

4.4.2. Выбор критерия сравнительного экономического анализа схем очистки сточных вод.

4.4.3. Разработка методики расчета срока окупаемости установки по очистке сточных вод химической промышленности.

4.4.4. Оценка ущерба от загрязнения водных объектов сточными водами.

Выводы.

5. Разработка технологических схем очистки сточных вод различных химических производств на основе предлагаемого подхода.

5.1. Схема очистки сточных вод лакокрасочных производств.

5.2. Схема очистки сточных вод производства каучука и резины.

5.3. Схема очистки сточных вод гальванического производства.

5.3.1. Пример стоков гальванохимического производства.

5.3.2. Подбор методов по стадиям обработки.

5.3.3. Результат подбора схемы очистки.

5.4. Подбор оборудования для очистки нефтесодержащих стоков.

5.4.1. Состав стока автозаправочных предприятий.

5.4.2. Формирования запроса и критерий отбора.

5.5. Составление схемы очистки предприятия по производству спирта.

5.5.1. Характеристики стока и врежные факторы.

5.5.2. Сосоавление последовательности обоработки.

Выводы.

Современное состояние промышленности и экологическая ситуация в России требует развития нового подхода к правильному и быстрому выбору схем очистки сточных вод и газовых выбросов. Особенно это актуально для больших мегаполисов. Например, Москва в списке городов РФ числится одним из городов с высокой степенью загрязнения воздуха, воды и почвы. На территории города расположено свыше 5 тысяч промышленных предприятий и организаций, в том числе около 2,5 тысяч автотранспортных хозяйств, 13 тепловых электростанций и их филиалов (ТЭЦ), 63 тепловых районных квартальных станций (РТС и КТС), 103 отопительных котельных, более 1200 промышленных и коммунально-бытовых котельных (КБК). Их стоки и выбросы различны и многообразны. По этой причине выдача рекомендаций по их очистке или утилизации очень затруднительна. Данную проблему невозможно решить, используя глобальный и единый подход. Решение возможно только на базе всестороннего изучения состава стоков, их классификации, а затем подбора соответствующего очистного оборудования.

Одним из перспективных подходов, способствующих выбору и внедрению оборудования и технологий для очистки сточных вод, является развитие информационных систем, содержащих большой объем сведений по существующим схемам очистки и новому очистному оборудованию.

В настоящее время существует большое количество информационно-справочных систем в области охраны окружающей среды, которые объединяют информацию по экологическому мониторингу, по токсикологическим характеристикам веществ, оценке уровня загрязнений окружающей среды. Однако не существует пока информационной системы, обобщающей методы и оборудование для очистки сточных вод.

В связи с вышесказанным, актуальным является разработка интегрированного подхода к моделированию и построению информационных систем на базе современных компьютерных технологий с целью автоматизированного выбора технологических схем и отдельного оборудования для очистки сточных вод различных производств; а также создание и внедрение нового высокоэффективного оборудования для очистки и утилизации осадков сточных вод.

Информационная система поможет посредством INTERNET-технологии инженерам и ученым, работающим на различных предприятиях, рассмотреть существующее и выбрать необходимое оборудование для очистки сточных вод. У департаментов промышленности, транспорта, энергетики появится возможность доступа к новым технологиям и образцам российского оборудования, что позволит провести сравнение с западными образцами и оценить экономическую эффективность в случае отказа от закупки дорогостоящего оборудования по импорту.

Основные научные исследования и практические работы выполнены в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ АН РФ по направлению «Теоретические основы химической технологии», проектов и заданий Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды и Правительства Москвы.

В диссертационной работе, выполненной в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева, решались следующие задачи:

• исследование сточных вод различных производств и деление их на классы в зависимости от состава;

• построение алгоритма выбора технологической схемы или отдельного очистного оборудования на основе постадийного принципа обработки сточных вод;

• разработка структуры и оболочки информационной системы для выбора очистного оборудования, способствующей облегчению и ускорению Процесса составления технологической схемы очистки сточных вод Химических предприятий;

• разработка интегрированного подхода к построению информационной системы и моделей, что позволяет говорить об новом классе компьютерных информационных технологий: об информационной интеллектуальной системе, совмещающей функции поиска, экспертизы и расчета;

• развитие принципов объектно-ориентированного моделирования и использование их для разработки обобщенных моделей процесса фильтрации на мембранах, процесса биоочистки, обезвоживания и выделения ценных компонентов из сточных вод;

• проектирование новых установок на основе передовых технологий для очистки сточных вод, используя возможности созданной информационной системы;

• исследование возможного внедрения перспективного высокоэффективного оборудования для очистки сточных вод: мембранных модулей, мембранных биореакторов и пульсационных сушилок в технологические схемы для очистки сточных вод;

• создание и внедрение полупромышленных установок (мембранный модуль, мембранный биореактор, пульсационная сушилка) для очистки сточных вод и утилизации осадков;

• разработка анализа экономической эффективности использования очистных технологий.

Вышеперечисленные задачи решались в следующем порядке.

В первой главе диссертации проанализированы существующие информационные системы, модели и оборудование для решения проблемы очистки сточных вод.

На основе анализа существующего оборудования и схем для очистки сточных вод и утилизации осадков были выделены наиболее перспективные методы и оборудование, выбраны параметры, характеризующие степень очистки. Установлено, что перспективным методом очистки является биоочистка. Оборудование для биоочистки - это отстойники, аэротенки, биофильтры и мембранные биореактора, которые являются наиболее применимыми для городских условий из-за их компактности. Тонкую очистку и выделение ценных примесей обеспечивают мембранные комплексы. Для утилизации осадков в последние годы за рубежом используются пульсационные сушилки, характеризующиеся низким энергопотреблением и капитальными затратами и отсутствием требований к начальной консистенции сточных вод.

Проведенный обзор литературы позволил выделить перспективное оборудование и рассмотреть существующие модели этого оборудования.

На основе анализа литературных источников и поиска в INTERNET было выявлено большое количество информационно-справочных систем в области охраны окружающей среды, которые объединяют информацию по экологическому мониторингу, по токсикологическим характеристикам веществ и по оценке уровня загрязнений окружающей среды. Однако не существует пока информационной системы, обобщающей методы и оборудование для очистки сточных вод.

Во второй главе рассмотрен интегрированный подход к моделированию и построению информационных систем, развиты основные принципы современного моделирования и построения среды моделирования на компьютерах. Развиты принципы генерации моделей на основе объектно-ориентированного и структурного программирования. Показаны реализация и использование «полиморфизма, инкансуляции и открытости» при построении моделей и информационных систем. Рассмотренный интегрированный подход к моделированию и построению информационных систем, предполагающий использование их друг в друге, позволяет резко сократить время моделирования и расчетов, использовать соответствующей сложности модель для различных задач (проектирование, автоматизация, контроль), а также «собрать» модель из моделей более низкого уровня, использовав принципы, так называемых, «calls» технологий моделирования.

Развитие этих принципов показано на конкретных примерах в следующих главах.

В третьей главе представлена разработанная информационная система для выбора очистного оборудования, что позволяет максимально ускорить процесс составления технологической схемы очистки сточных вод. С целью автоматизированного выбора аппаратов был разработан алгоритм, в основу которого было положено деление всего процесса обработки стоков на четыре стадии: предварительная, первичная, вторичная и глубокая доочистка. Каждой стадии соответствует своя группа методов и оборудования.

Информационная система предполагает различные режимы работы: обычный, эксперта, поисковый. Ядром системы является Навигатор, связывающий все части системы (базы данных, экспертную, расчетную) и включающий в себя все функции управления.

При разработке информационной системы использованы концепции объектно-ориентированного и структурного программирования, что позволяет расширять системы с использованием возможностей INTERNET. Информационная система реализована в интегрированной среде разработки Delphi 3 и представляет удобный для пользователя интерфейс. В информационной системе заложены расчетные функции, рассмотренные в четвертой главе.

В четвертой главе представлены разработанные модели современного очистного оборудования, выделенного в первой главе. Рассмотрены модели, алгоритмы и результаты расчетов различных мембранных элементов (трубчатого, плоско-параллельного, рулонного, патронного), а также основные принципы и модели составления схем разделения и очистки с использованием мембран. Кроме того, рассмотрены модели для проектирования очистных сооружений на основе мембранных биореакторов и пульсационные сушилки для утилизации осадков. Разработанные модели использовались для проектирования различных очистных сооружений, которые были реализованы в виде опытно-промышленных установок.

В пятой главе была показана работа интеллектуальной информационной системы на примерах выбора оборудования для очистки стоков лакокрасочного производства, производства каучука и резины, гальванического производства, предприятий коммунального хозяйства (на примере автозаправочных станций), а также предприятий по производству спирта. Выбранные схемы очистки сточных вод были рекомендованы в производства, что подтверждено актами внедрения.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту профессору Меньшутиной Н.В., зав. кафедрой КХТП профессору Гордееву JT.C., доценту Гончаровой С.В. за консультации и замечания по диссертации и помощь в работе.

Выводы

1. Показано использование информационной интеллектуальной системы для решения задач очистки сточных вод:

• производства алкидных смол биохимическим методом для лакокрасочной промышленности;

• производства синтетического каучука;

• гальванических производств

• предприятий коммунального хозяйства (на примере автозаправочных станций)

• предприятий по производству спирта.

2. Выбраны оригинальные схемы, включающие мембранные аппараты, мембранные биореактора и пульсационные аппараты.

3. Рекомендовано в производство выбранное и рассчитанное оборудование, что позволит получить 11 млн. рублей в год по сравнению с предотвращенным ущербом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Предложен интегрированный подход к построению информационной системы и моделей, развит новый класс компьютерных информационных технологий на основе объектно-ориентированного и структурного программирования.

2. Разработаны основные принципы автоматизированного построения моделей: комплексное использование модели на всех стадиях создания и функционирования производства; открытость; блочность; решение задач разного уровня с помощью структурно идентичных моделей (полиморфизм); соответствие сложности модели целям исследования.

3. Систематизированы и классифицированы существующие знания по характеристикам сточных вод, технологиям и оборудованию для их очистки. Сточные воды разделены на классы, характеризующиеся соответствующими показателями.

4. Построен алгоритм выбора технологической схемы или отдельного очистного оборудования на основе постадийного принципа обработки сточных вод.

5. Разработана структура, алгоритмы и программное обеспечение информационной системы для выбора очистного оборудования, способствующей облегчению и ускорению процесса составления технологической схемы очистки сточных вод химических предприятий.

6. Разработаны формализованные модели процесса микрофильтрации на мембранах, процесса биоочистки, обезвоживания и выделения ценных компонентов из сточных вод в пульсационных аппаратах. Модели разработаны на основе объектно-ориентированного программирования.

7. Разработанные математические модели позволили рассчитать конструкционные характеристики и параметры функционирования некоторых современных видов высокоэффективного малогабаритного очистного оборудования и рекомендовать к внедрению перспективные высокоэффективные аппараты для очистки сточных вод в городских условиях: мембранные модули и схемы, мембранные биореактора и пульсационные установки.

8. Разработана методика оценки экономической эффективности очистного оборудования произвольной конфигурации, позволяющая сравнивать конструктивно различные схемы и выявлять наиболее экономически целесообразную.

9. Показано использование интеллектуальной информационной системы для решения задач очистки стоков автотранспортных предприятий г. Москвы, предприятий по производству спирта, очистки сточных вод производства алкидных смол для лакокрасочной промышленности, производства синтетического каучука и кислотно-щелочных стоков гальванических производств. Составлены эффективные оригинальные схемы, включающие мембранные аппараты, мембранные биореакторы и пульсационные аппараты. Выбранное и рассчитанное оборудование рекомендовано в производство, что позволит получить 11 млн. рублей прибыли в год по сравнению с предотвращенным ущербом.

1. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. -М.: Химия, 1985.- 448 с.

2. Ульман Д.Д., Уидом Д. Введение в системы баз данных. М.: Лори, 2000. - 373 с.

3. Дунаев С. Доступ к базам данных и техника работы в сети. М.: Диалог-МИФИ, 2000. -316 с.

4. Корнеев В.В., Гарев А.Ф., Васютин С.В., Райх В.В. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. М.: Нолидж, 2000. - 351 с.

5. Саймон А. Стратегические технологии баз данных. М.: Финансы и статистика, 1999. - 478 с.

6. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии. М.: Химия, 1995.-368 с.

7. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. 6-е изд. - М.: Вильяме, 2000. - 846 с.

8. Грабер М. Введение в SQL. М.: Лори, 2000. - 375 с.

9. Фролов А., Фролов Г Базы данных в Интернете. — М.: Русская редакция, 2000.-413 с.

10. Наш Д. Стандарты и протоколы Интернета. М.: Русская редакция, 2000. - 356 с.

11. Шафрин Ю. Информационные технологии: В 2 ч. М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. - 315 с.

12. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К Информатика. М.: Академия, 1999. - 811 с.

13. Хансен Г., Хансен Д. Базы данных: разработка и управление. М.: БИНОМ, 2000. - 699 с.

14. Вербовецкий А.А. Основы проектирования баз данных. М.: Радио и связь, 2000. - 86 с.

15. Артемьев В.И. Обзор способов и средств построения информационных приложений // СУБД. 1996. - № 5-6. - С. 52-67.

16. Кузнецов С.Д. Объектно-ориентированные базы данных: основные концепции, организация и управление. // Тез. докл. конф. Львов, 1991.

17. Мутушев Д.М., Филиппов В.И. Объектно-ориентированные базы данных. // Программирование. 1995. - № 6.

18. Галатенко В., Гвоздев А. Типы и структуры данных в INFORMIX-Universal Server. // СУБД. 1997. - № 3.

19. Копиенко С.А., Чепайкин А.О. Вопросы построения автоматизированной информационной системы с использованием сети Internet // Интеллектуальная собственность высшей школы. 1996. - № 7. - С. 61 - 69.

20. Raghavan V.V., Deogun J.S., Sever Н. Special topic issue: Knowledge discovery and data mining. // J. American Society of Information Science. -1998.-№ 5.- P. 395-402.

21. Дроган С.В., Копанев АА., Францев Р.Э. Основы информационных систем. СПб.: СПГУВК, 1998. - 88 с.

22. DATA-STAR. Руководство для пользователей. М., 1986. - 25 с.

23. Петрова Е.М., Розенман М.И. Автоматизированный банк данных. STN-INTERNATIONAL. М., 1987. - 41 с.

24. Челноков В.В., Мещерякова Т.В., Менъшутина Н.В., Василенко Е.А. Автоматизированная информационно-поисковая система STN International. М.: ВИНИТИ, 2001. - 92 с.

25. Челноков В.В., Мещерякова Т.В., Менъшутина Н.В., Василенко Е.А. Экологический мониторинг. Информационные поисковые системы и базы данных. М.: ВИНИТИ, 2001. - 56 с.

26. Мещерякова Т.В., Менъшутина Н.В., Челноков В.В. и др. Обзор информационных систем и баз данных в области экологии: Учеб. пособие / РХТУ им. Д.И.Менделеева. М., 2000. - 91 с.

27. Мещерякова Т.В., Менъшутина Н.В., Челноков В.В. и др. Информационные технологии в химии. Поисковые компьютерные системы и базы данных в области экологического мониторинга: Учеб. пособие / РХТУ им. Д.И.Менделеева. М., 2000. - 52 с.

28. Челноков В.В., Мещерякова Т.В., Меныиутина Н.В., Василенко Е.А. Состояние поисковых компьютерных систем в области экологического мониторинга // Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология. 2004. Т. 47,-№2.-С. 154-166.

29. Яценко О.В. Информационная система для биомониторинга тяжелых металлов в акваэкосистемах: Дисс. . канд. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1999. - 160 с.

30. Смирнов В.Н. Принципы автоматизированного управления природно-промышленными комплексами «химическое производство -окружающая среда»: Дисс. . докт. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1998. - 377 с.

31. Королев А.Я. Базы данных России. М.: НТЦ «Информрегистр», 1993. - 567 с.

32. STN BASICS I, STN BASICS И. Columbus, OHIO, 1997.

33. STN International. CAS ONLINE. The CA-file. USA, Columbus, 1983. - 47 c.

34. STN International. CAS ONLINE. The Registry file, vol. 1. The basics. -USA, Columbus, 1984. 39 c.

35. STN International. CAS ONLINE. The Registry file, vol. 2. Building Structures. USA, Columbus, 1984. -51 c.

36. Петрова E.M., Розенман М.И. Автоматизированный банк STN International. М.: ВНИИПАС, 1987. - 138 с.

37. Databases online. Instruction to online databases uses and benefits. -Fachinformationszentrum, Karlsruhe, 1998. - 25 c.

38. Patent information from online databases STN International. FIZ Karlsruhe, STN Service Center Europe, 1998. - 25 c.

39. STN International Service Center Europe. FIZ Karlsruhe / http://www.fiz-karlsruhe.

40. Комиссаров Ю.А. Анализ и синтез систем водообеспечения химических производств: Учеб. пособие / Ю.А.Комиссаров, Л.С.Гордеев, С.Н. Нгуен. М: Химия, 2002. - 496 с.

41. Меныиутина Н.В., Шамбер А.И., Меньшиков В.В. Методы очистки сточных вод и газовых выбросов в лакокрасочной промышленности // Технологии и оборудование. 1998. - № 1. - С. 14 - 17.

42. Хантургаев Г.А. Модульный принцип построения гибких замкнутых водоочистных систем для промышленных предприятий в бассейне озера Байкал: Дисс. . докт. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1997.-317 с.

43. Николаев НИ. Диффузия в мембранах. М.: Химия, 1980. - С. 11 - 13.

44. Lemeshov S., Litsky W. Classification of membrane filters // ASM News. -1980.-No. 46.-P. 601.

45. Lorenz R.C., Hsu J.C., Tuovinen O.H. Difference, classification and analysis of membrane filters I I J. Amer. Water Works Assoc. 1982. - No. 74. -P. 429 - 437.

46. Lukaszewicz R.C., Tanny G.B., Meltzer T.N. Descriptions and significance of membrane filters // Pharm. Techn. 1978. - No. 2. - P. 77 - 82.

47. Lukaszewicz R.C., Meltzer T.N. Validity of application filters // J. Parent. Drug Assoc. 1979. - No. 33. - P. 187 - 194.

48. Неорганические мембраны за рубежом. Аналитический обзор // НПО «Полимерсинтез», МНТК «Мембраны». Владимир, 1989. - С. 54.

49. Гордеев Л.С., Меныиутина Н.В., Гусева Е.В. Керамические мембраны: применение и моделирование // Вестник Тамбовского государственного технического университета. Тамбов, 1997. - № 1-2. - С. 61 - 82.

50. Гец М.Е. Информационно-вычислительный комплекс для автоматизации научных исследований мембранных микрофильтрационных процессов: Дис. . канд. техн. наук. М., 1994. - 170 с.

51. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. М.: Химия, 1986.— 271 с.

52. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М.: Химия, 1978.-351 с.

53. Дытнерский Ю.И, Брыков В.П., Каграманов Г.Г. Мембранное разделение газов. М.: Химия, 1991. — 342 с.

54. Брык Ы.Т., Цапюк Е.А., Твердый А.А. Мембранная технология в промышленности. Киев: Тэхника, 1990. — 247 с.

55. Брок Т. Мембранная фильтрация. М.: Мир, 1987. - 464 с.

56. Мембранная технология в России: Рекламные материалы // НПО «Полимерсинтез». Владимир, 1992. - 137 с.

57. Мембраны и мембранная техника: Каталог // НИИТЭХИМ. Черкассы,1990.-42 с.

58. Michaels A.S. Application of polymerous membranes // Pure Appl. Chem. -1976.-No. 46. P. 193 -204.

59. Sheppard Layrel M. Corosion-resistant Ceramics for Severe Environment // Amer. Ceram. Sol. Buel. 1991.-Vol. 70,No.7.-P. 1146- 1158, 1166.

60. Серпуненко EA., Пономарев М.И., Михалюк В А., Павликов В. A. Керамические фильтрующие материалы и их свойства // Мембранные методы разделения смесей: Тез. докл. Владимир, 1991. - С. 41.

61. Пат. 4894160 США, МКИ В 01 D 29/00. Hoheycomb Structure for fluid filtration. Abe Fumio, Мои Hiroshi; NGK Insulators, LTD - № 240723. Заявл. 6.09.88. Опубл. 16.01.90. Приор. 4.09.87. - № 62 - 222771 (Япония); НКИ 210/510.1.

62. Ready Denis W. Ceramics and environment // Amer. ceram. Soc. Bull.1991.-Vol. 70, No. 10.-P. 1561.

63. Заявка 2141483 Япония, МКИ С 04 В 38/00, В 01 Д 39/20. Проницаемая губчатая керамика. Халси Юси. № 63. - 294876. Заявлен. 21.11.88. Опубл. 30.05.90 // Кокай Токие Кохо. - 1990. - Сер. 3(1). - С. 533 - 534. - Яп.

64. Вакишото Масааки, Ерита Хироси. Высокопрочный сверхдолговечный керамический фильтр // Jap. Energy and Technol. Intell. 1991. - Vol. 39, No. 2.-P. 81 - 84. - Яп.

65. Хасэгава Хироси, Ивабути Мунэюки. Керамические мембраны // Хайкан то соти = Pip. and Process Equip. 1991. - Vol. 31, No. 3. - P. 34 - 40. - Яп.

66. Неорганические мембраны: новый класс керамических материалов. Les membranes inorganiques: une nouvelle classe de materiaux ceramiques:

67. Rapp. REMCES 4 lessemin. francophone phys. - chim. mater, solides, Fes. 1 - 4 nov. 1989. Cot I. //J.chim. phys. et phys. -chim biol. - 1991. ~ Vol. 88, No. 10.-P. 2083 - 2095. - Фр.

68. Прохорова T.B., Трушин A.M., Дмитриев E.A. Применение микрофильтрационных керамических мембран для регенерации трансформаторных масел // Российская конф. по мембранам и мембранным технологиям: Тез. докл. — Москва, 1995. С. 85.

69. Заявка 2111649 Япония, МКИ С 04 В 26/14, С 04 В 14/04. Производство керамики для очистки воды. Ямамото Киекадзу. № 63. - 263553. Заявл. 18.01.85. Опубл. 24.04.90 // Кокай Токие Кохо. - Сер. 3(1). - 1990. - 25. -С. 317-318.-Яп.

70. SCHUMACHER Umwelt- und Trenntechnik GmbH // Prospect from 25th Exhibition Congress International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology. Frankfurt am Main, 1997.

71. PCI Membrane Systems Ltd. // Prospect from 25th Exhibition Congress International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology. Frankfurt am Main, 1997.

72. TECH-SEP Rhone-Poulenc Group // Prospect from 25th Exhibition Congress International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology. Frankfurt am Main, 1997.

73. IDEEWA. Industry: BIAT (Bremen Institute for Waste-Water-Disposal Technology), FASU (Research-Centre for Sewage- and Sludge-Disposal

74. Technology at Bremen University), DEPRA (Demonstration -and Validationth

75. Facility) // Prospect from 25 Exhibition Congress International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology. -Frankfurt am Main, 1997.

76. Zenon Environmental Inc. // Prospect from 25th Exhibition Congress International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology. Frankfurt am Main, 1997.

77. Хасэгава Хироси, Ивабути Мунэюки. Керамическая мембрана для тонкой очистки // Коге дзайре = Eng.Mater. 1991. - Vol. 39, No.6. -P. 43 - 46. - Яп.

78. Ван-Гассель Т. Дж., Рипперджер С. Микрофильтрация в поперечном потоке в промышленных процессах.

79. Schwering Н., Golish P., Kemp A. Crossflow microfiltrarion for extending the service life of aqueous alkali decreasing solution // Pleat, and Surface Finish. -1993. Vol. 80, No. 4. - P. 56 - 58.

80. Воробьева В.В., Какурин Н.П., Комягин ЕА. и др. Разработка неорганических мембран // «Мембраны-95»: Тез докл. Росс. конф. по мембранам и мембр. технологиям. Москва, 1995. - С. 187.

81. Ceramic filters chemical free water dezinfection // Process Eng.(Austral). -1992.-Vol. 20, No. 4. - P. 42.

82. Касимото Юкинори, Такэхара Хидэхико, Касимото Юкинори II Кокай Токие Кохо. 1990, - Vol. 54, No. 1. - P. 389 - 396.

83. Rickert Hans, Holzapfel Gunter, Muller Peter, В ewer Bewnard. U.S. Patent No. 4003193.4.

84. Образцов С.В., Мухамеджанов К.Ю., Миносов A.JI., Шиян JI.H. II НИИ ядерной физики при Томском политехническом институте.4692287126.

85. Menjeaud Christian, Van de VJist Edo, Spanu Jean-Pierrei. SMP-soc. Material Perrier. No. 9101007.

86. Un procede de traitement d'eaux residuaires industrielles // Ind. Ceram. -1992.-No. 11.-P. 736-737.

87. Waste water avoidance in the ceramic industry by means of microfiltration // Interceram. 1992. - Vol. 42, No. 1. - P. 44 - 45.

88. Irmlerh. Kontinuierliche Abwasserentsorgung durch und Filterprebtechnik // Keram. Z. 1993. - Vol. 45, No. 5. - P. 284 - 285.

89. Lahiere R.J., Goodboy K.P. Ceramic membrane treatment of petrochemical wastewater // Envizon Progr. 1993. - Vol. 12, No. 2, P. 86 - 96.

90. Комягин E.A., Минин В.H., Опалейчук JI.C. и др. Очистка воды от тяжелых металлов с использованием керамических мембран // «Мембраны-95»: Тез докл. Росс. конф. по мембранам и мембр. технологиям. Москва, 1995. - С. 188.

91. Трусов Л.И., Лаповок В.Н., Новиков В.И. Металлокерамические мембранные фильтры для ультрафильтрации // «Мембраны-95»: Тез докл. Росс. конф. по мембранам и мембр. технологиям. Москва, 1995. - С. 189.

92. Wintgens Т. et al. Modelling of a membrane bioreactor system for municipal wastewater treatment // J. of Membrane Science. 2003. -№216.- P.55-65.

93. Wontae Lee, Seoktae Kang and Hangsik Shin. Sludge characteristics and their contribution to microfiltration in submerged membrane bioreactors // J. of Membrane Science. 2003. - № 216. - P. 217 - 227.

94. Yamagiwa K, Oohira Y., Ohkawa A. Simultaneous removal of carbonaceous and nitrogenous pollutants by a plunging liquid jet bioreactor with crossflow filtration operated under intermittent aeration // Bioresource technology. -1995.-Vol. 53.-P. 57-62.

95. Visvanathan C, Ben Aim R., Parameskwaran K. Membrane separation bioreactors for wastewater treatment // Critical reviews in environmental science and technology. 2000. - Vol. 30, - No. 1. - P. 1-48.

96. Scott J.A., Smith K.L. A bioreactor coupled to a membrane to provide aeration and filtration in ice-cream factory wastewater remediation // Water research. 1997. - Vol. 31, - No. 1. - P. 69-74.

97. Kayawake E., Narukami Y., Yamamata M. Anaerobic digestion by a ceramic enclosed reactor // J. of Fermentation and Bioengineering. 1991. - Vol. 71, -No. 2.-P. 122-125.

98. Brambach R., Rabiger N. Membrane reactor for biological elimination of hazardous substances out of composite wastewaters by the adjustment of substrate retention times // Universitat Bremen. 1994.

99. Ozoguz G., Rabiger N. Nitrogen elimination using membrane tubes in a second step for biological wastewater treatment // Universitat Bremen. 1992.

100. Catalytic converters : the next generation // Desing News. 1991. - Vol. 47, No. 19. - P. 29.

101. Кафаров В.В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1972. — 495 с.

102. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 2-е изд.: В 2 ч. - М.: Химия, 1995. — Ч. 2: Массообменные процессы и аппараты. — 368 с.

103. Воробьева Л.И Промышленная микробиология. М.: Изд-во МГУ, 1989.-293 с.

104. Беличенко Ю.П. Замкнутые системы водообеспечения химических производств. М.: Химия, 1989. - 208 с.

105. Kudra Т., Strumillo, С. Thermal processing of bio-materials. New York, london, Paris, Montreux, Tokyo, 1998. - 860 p.

106. Бабкин Ю.Л. Камеры пульсирующего горения как топочные устройства паровых котлов // Теплоэнергетика. 1965. - № 9. - С. 23.

107. GillL.E., Hewitt G.F., Lacey P.M. И Chem.Eng. 1964. -No. 19. - P. 665 -676.

108. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Физматгиз, 1965.

109. Кочович Е. Финансовая математика: Теория и практика финансово-банковских расчетов. М.: Финансы и статистика, 1994. — 268 с.

110. Stephen Lumby. Investment appraisal financing decisions. London: Chapman and Hall, 1990.

111. Большой экономический словарь. M.: Фонд «Правовая культура», 1994.

112. Четыркин E.M. Методы финансовых и коммерческих расчетов. М.: Bisiness Речь, 1992. - 231 с.

113. Долан Э.Дж., Домненко Б.И. Экономикс: Англо-русский словарь -справочник. М.: Лазурь, 1994. - 544 с.

114. Peters M.S., Timmerhaus K.D. Plant Design and Economics for Chemical Engineers. New York: McGraw-Hill, 1980.

115. Klumpar I. V., Slavky S.T. Updated Cost Factors: Process Equipment // Chem. Eng. 1985. - Vol. 92, No. 15. - P. 73 - 75.115 .Klumpar I.V., Slavky S.T. Updated Cost Factors: Commodity Materials // Chem. Eng. 1985. - Vol. 92, No. 17. - P. 76 - 77.

116. Garnet L., Patience G.S. Why Do Scale-up Power Laws Work? // Chem. Eng. Progress. 1993. - Vol. 89, No. 8.

117. Hall R.S., Vatavuk W.M., Matley J. Estimating Process Equipment Costs // Chem. Eng. 1988. - Vol. 95, No. 17. - P. 66 - 75.

118. Berman A.S. Laminar flow in channels with Porous walls // Journal of Appl. Physics. 1953. - Vol. 24, No. 9. - P. 1232 - 1235.

119. Yuan S. W., Finkelstein A.B. Laminar pipe flow with injection and suction through a porous wall // Transections of ASME. 1956. -Vol. 78, No. 4. -P. 719 - 724.

120. Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. -М.: Химия, 1975.-232 с.

121. Менъшутина Н.В., Массон С.Е. Моделирование процесса разделения газов в рулонном мембранном газодиффузионном элементе // Сб. научн. трудов. М., 1992. - С. 6.

122. Цыциков В.Н., Ветохин В.Н., Хантургаев Г.А. Очистка обработанных смазочно-охлаждаюших жидкостей методом ультрафильтрации с вращающейся мембраной // Химия и технология топлив и масел. — 1991. № 11.

123. Ветохин В.Н., Хантургаев Г.А., Цыциков В.Н. Очистка обработанных СОЖ методом ультрафильтрации // Мембранная технология в решении экологических проблем: Тез. докл. Всесоюзн. сем.-школы. Улан-Уде, 1990.

124. Dorohov I.N., Menshutina N.V., Masson S.E. Simulation of gas separation process for the cross flow case and creation of two-membrane element // Decheme Conf. — Frankfurt am Main, 1994.

125. Гусева E.B., Инжиевская H.B., Гордеев JI.C. Моделирование процесса микрофильтрации на керамических трубчатых мембранах // 8-я Междунар. конф. молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ 8»: Тез. докл. - Москва, 1994. - С. 30.

126. Гордеев Л.С., Менъшутина Н.В., Гусева Е.В. Математическое моделирование микрофильтрации в трубчатом керамическом элементе // Междунар. конф. «Математические методы в химии и химической технологии ММХ-9»: Тез. докл. Тверь, 1995. - Часть 4. - С. 42.

127. Gordeev L., Menshutina N., Tal-Figiel В., Guseva E. Modelling of biosuspension microfiltration with ceramic membrane // XVI Ogolnopolska Konferencia Inzynierii Chemicznejiprocesowej. Krakow, 1998.

128. Menshutina N.V., Tal-Figiel В., Guseva E.V., Gordeev L.S. Modelling of microfiltration processes on membranes for water cleaning // 13th International Congress of Chemical and Process Engineering «CHISA'98». -Prague, 1998. Summaries Vol. 4. - P. 43.

129. Regierer S.A. Soviet phys. // Techn.Phys. 1960. - Vol. 5, No. 6. - P. 602 -605.

130. Macey R.T. Pressure flow patterns in a cylinder with reabsorbing walls // Bull.Math.Biophys. 1963. -Vol. 25, No. 1. - P. 1 - 9.

131. Kelman R.B. A theoretical note on exponential flow in the proximal part of the mammalian nephron // Bull.Math.Biophis. 1962. - Vol. 24, No. 3. -P. 303 -317.

132. Terril R.M., Thomas P. W. On laminar flow through a uniformly porous pipe // Appl.Sci.Res. 1969. - Vol. 21, No. 1. - P. 37 - 67.

133. Kozinsky A.A., Sehmidt F.P., Lichtfoot E.N. Velocity profiles in porous-walled duchts // Ind. Eng. Chem. Fund. 1970. -Vol. 9, No. 3. - P. 502 - 505.

134. Sparrow E.M., Loefflor A.L. Longitudinal laminar flow between cylinders arranged in regular dray // AIChE J. 1959. -Vol. 5, No. 3. - P. 325 - 330.

135. Лейси Р.Е., Леб С. Технологические процессы с применением мембран. -М.: Мир, 1976.-372 с.

136. Kleinstreuer С., Paller M.S. Laminar dilute suspension flows in Plate-and-Flame ultrafiltration units // AIChE J. 1983. -Vol. 29, No. 4. - P. 529 - 533.

137. Hung C.C., Tien C. Effect of particle deposition on the reduction of water flux in reverse osmosis // Desalination. 1976. -Vol. 18, No. 2. - P. 173 - 187.

138. Leung W.F., Probstein R.F. Low polarization in laminar ultrafiltration of macromolecular solution // Ind.Eng.Chem.Fund. 1979. - Vol. 18, No. 3. -P. 274 - 278.

139. Merten U. Flow relationships in reverse osmosis // Lnd.Eng. Chem.Fund. -1963. Vol. 2, No. 3. - P. 229 - 232.

140. Kedem O., Katchalsky I. Thermodynamic analysis of the permeability of biological membranes to non-electrolytes // Biochimica et Biophysica Acta. -1958.-Vol. 27.-P. 229-232.

141. Depeyre D., Isambert A., Valter E., Mouihi M. Fouling experimental studies in tangential ultrafiltration of oil/water emulsion // Proceeding V~ World Filtration Congress.

142. Henry J.D. Cross-flow filtration // Recent development in separation science. Cleveland, 1972. - Vol. 2, CRC. - P. 205.

143. Blatt W.F. et al. Solute polarization and cake formation in membrane ultrafiltration: causes, consequences and control techniques I I Cake formation in membrane ultrafiltration. J.E.Flinn ed. Plenum Press, New-York, 1970. -P. 47 - 79.

144. Lee S.B. Contribution a l'etude de l'ultrafiltration des emulsions d'huile de coupe. These, 1984. - INS AT (Toulouse).

145. Sanchez V., Aimar P. A novel approach to transfer limiting phenomena during ultrafiltration of macromolecules I I Ind. Eng. Chem. Fundam. 1986. - No. 25.

146. Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения. М.: Химия, 1981.-464 с.

147. Aimar P., Taddei C., Lafaille J.-P., Sanchez V. Mass transfer limitation during ultrafiltration of cheese whey with inorganic membranes // J. Membrane Sci. -1988.-No. 38.-P. 203-221.

148. Coulson J.M., Richardson J.F. Chemical Engineering. 7th edn. - Oxford: Pergamon Press, 1967. - Vol. II.

149. Kimura S., Nakao S.I. Fouling of cellulose acetate tubular reverse osmosis modules treating the industrial water in Tokyo // Desalination. 1975. - No. 17.-P. 67.

150. Chudacek M.W., Fane A.G. The dynamic of polarization in instirred and stirred ultrafiltration // J.Membrane Sci. 1984. - No. 21. - P. 145.

151. Aimar P., Baklouti S., Sanchez V. Membrane-solute interactions: Influence on pure solvent transfer during ultrafiltration // J. Membrane Sci. 1986. - No. 29. - P. 207.

152. Schulz G. Ripperger. Concentration polarization in crossflow microfiltration // J. Membrane Sci. 1989. - No. 40. - P. 173 - 187.

153. Houi D., Lenormand R. Particle accumulation at the surface of a filter // Filtration and Separation. 1986. -Vol. 23, No. 4. - P. 238 - 241.

154. Pusch W. Determination of transport parameters of membranes // Ber.Bunsenges.phys.Chem. 1977. - Vol. 8, No. 3. - P. 269 - 276.

155. Belford J. A molecular friction model for transport of uncharged solutes in neutral hyperfiltration water // Ibid. 1976. - Vol. 18, No. 3. - P. 259 - 281.

156. Mizguchi Riichiro. Моделирование процесса конструирования (керамики) и экспертные системы // Seramikkusu=Ceram.Jap. 1991. - Vol. 26, No. 5.- P. 415 419. - Яп.

157. Дудкин Б.А., Бугаева А.Ю., Коносов С.И. Моделирование оптимальных свойств керамических материалов // Труды науч. центра УрО АН СССР.- 1991.-№ 121.-С. 13 18.

158. Когановский A.M., Клименко Н.А., Левченко Т.М. и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М.: Химия, 1983.-287 с.

159. Ласкорин Б.Н., Громов Б.В., Цыганков А.П., Сенин В.Н. Безотходная технология в промышленности. М.: Стройиздат, 1986. 156 с.

160. Беличенко Ю.П., Гордеев Л.С., Комиссаров Ю.А. Замкнутые системы водообеспечения химических производств. М.: Химия, 1996. - 270 с.161 .Гордин И.В. Технологические системы водообработки. JL: Химия, 1987.-264 с.

161. Eecmpamoe В.Н., Киевский М.И., Беличенко Ю.П. Внедрение безотходной технологии доочистки сточных вод. М.: ВНИИИС, 1980. - 42 с.

162. Луниных Н.А., Липман Б.Л., Криштул В.П. Методы доочистки сточных вод. М.: Стройиздат, 1974. - 136 с.

163. Алферова Л.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов / Под ред. С.В. Яковлева. М.: Стройиздат, 1984. - 272 с.

164. Алферова Л.А., Зайцев В.А., Нечаев А.П. Использование воды в безотходном производстве // Итоги науки и техники (Сер. Охрана природы и воспр-во природных ресурсов). М.: ВИНИТИ, 1990. - Т. 29. - 196 с.

165. Сорокин Я.Г. Безотходное производство в нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Химия, 1983. - 200 с.

166. Беличенко Ю.П., Швецов М.М. Рациональное использование и охрана водных ресурсов. М.: Россельхозиздат, 1986. - 306 с.

167. Евилевич А.З. Утилизация осадков сточных вод. М.: Стройиздат, 1988. 146 с.

168. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1979. - 320 с.

169. Шабалин А.Ф. Оборотное водоснабжение промышленных предприятий. М.: Изд-во литературы по строительству, 1972. - 296 с.

170. Кучеренко Д.И., Гладков В.А. Оборотное водоснабжение. М.: Стройиздат, 1980. - 170 с.

171. Тютков О.В. Оптимизация планирования водного хозяйства промышленных районов. М.: Наука, 1985. - 120 с.

172. Ушаков Е.П., Голуб А.А., Беличенко Ю.П. и др. Водные ресурсы: рациональное использование. М.: Экономика, 1987. - 128 с.

173. Liu X.D., Cao C.W., Li B.G., Zbicinski I., Strumillo С. Pulse combustion drying // Proceedings of the 11th International Drying Symposium (IDS'98). -Halkidiki, Greece, 1998. Vol. A. - P. 496 - 503.

174. Strumillo C., Jones P.L., Zylla R. Energy aspects in drying, in Handbook of Industrial Diying / Ed. by A.S. Mujumdar. Mercel Dekker, Inc., New York, Basel, Hong Kong, 1995. - P. 1141 - 1226.

175. Strumillo C. Development of pulse combustion system for dewatering of industrial wastes. 1995.

176. Keller J.O., Hongo I. Pulse combustion: The mechanisms of NOx production // Combustion and Flame. 1990.

177. Zbicinski L, Grad J., Strumillo C., Smucerowicz I. Application of pulse combustion to drying process // Proceedings of the 10th International Drying Symposium (IDS'96). Krakow, Poland, 1996. - Vol. A. - P. 631 - 637.

178. Zbicinski I., Smucerowicz I., Strumillo C., Kasznia J., Stawczyk J. Experimental investigations on pulse combustion drying process // Proceedings of the 11th International Drying Symposium (IDS'98). -Halkidiki, Greece, 1998. Vol. C. - P. 1960 - 1966.

179. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: ГТТИ, 1953. - 736 с.

180. Francis W., Hoggarth М., Rey D. Pulsating combustors for industrial applications // J.G.E. 1963. - No. 47. - P. 11 - 17.

181. Palm R.B. Pulse combustion: a new approach // Heating. Piping. Air Conditioning. 1989.

182. Попов В.А. Технология пульсационного горения. -M.: Энергоатомиздат, 1993.

183. Масленников М.С. Пульсирующее горение // Теплоэнергетика. 1961. -№ 3.- С. 74.

184. Kitchen J.A. Pulse combustion drying applications for particulate materials. -U.S. Patent No. 4.697.358. 1987.

185. Zinn В. Т., Daniel B.R., Rabhan A.B. Methods and apparatus for conducting a process in a pulsating environment. U.S. Patent No. 4.909.731. - 1990.

186. Mansour M.N. Pulse atmospheric fluidized bed combustor apparatus and process. U.S. Patent No. 5.133.297. - 1992.

187. Sonodyne Industries Inc. Pulse combustion drying. Case Study, Portland. 1984.

188. Северянин B.C., Шелоков Я.М., Подымов В.H. Прикладные исследования вибрационного горения.—Казань: Изд. КГУ, 1978.

189. Kudra Т., Mujumdar A.S. Special drying techniques and novel dryers. -Handbook of Industrial Drying / Ed. by A.S.Mujumdar. Marcel Dekker, Inc., New York, Basel, Hong Kong, 1995. - P. 1087 - 1150.

190. Gray R.R. Pulse combustion drying applications for particulate materials. -U.S. Patent No 4.695.248. 1987.

191. Thaler M.D., Rubens R.W. Pulse combustion process for the preparation of pregelatinized starches. U.S. Patent No. 4.859.248. - 1989.

192. Stawczyk J., Zbicinski I., Murlikiewicz K. Neural modeling of pulse combustion in application to drying systems // Proceedings of the 11th International Drying Symposium (IDS'98). Halkidiki, Greece, 1998. - Vol. A.-P. 319-325.

193. Zbicinski /., Smucerowicz I., Strumillo C. et al. Optimization and neural modeling of pulse combustors for drying application // Drying Technology, 1999. Vol. 17, No. 3. - P. 609 - 634.

194. Розенвассер E.H., Юсупов P.M. Чувствительность систем управления. -М.: Наука, 1981.-464 с.

195. Автоматическое управление в химической промышленности / Под ред. Е.Г. Дудникова. М.: Химия, 1987. - 368 с.

196. Кульский JT.A. Очистка воды на основе классификации ее примесей. -Киев: Украинский НИИ НТИиТЭИ, 1967. 14 с.

197. Современные Российские Технологии. Оборудование для очистки, опреснения, обеззараживания воды и стоков различного происхождения. -М.: Эколайн, 1999.-315 с.

198. Менъшутина Н.В., Челноков В.В., Цуканов В.А. и др. Анализ, хранение и обработка информации в химической технологии. Калуга: Издательство научной литературы Н.Ф.Бочкаревой, 2003. — 282 с.

199. Менъшутина Н.В., Гончарова С.В., Колесников С.В. Информационная система «WAAM» для решения экологичеких проблем в области очистки сточных вод. Прикладное программное обеспечение: Учеб. пособие. М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2002. - 104 с.

200. Челноков В.В., Менъшутина Н.В., Колесников В А., Богословская О.В. Информационная интеллектуальной система «ВОДОСВ» по выбору оборудования для очистки сточных вод // Программные продукты и системы. 2002. -№ 2. - С. 15-18.

201. Kolesnikov VA., Menshutina N. V., Chelnokov V. V. Information system for selection of waste water treatment equipment // Proceedings of the International scientific seminar «Information technologies for clean industries».—Moscow, 2001. P. 68-69.

202. Челноков В.В., Колесников С.В., Меныиутина Н.В. Использование реляционных баз данных для выбора метода очистки сточных вод // Программные продукты и системы. 2002. - № 4. - С. 38-41.

203. Челноков В.В., Менъшутина Н.В., Гусева Е.В. Обобщенный подход к разработке математической модели процесса микрофильтрации для различных мембранных элементов // Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология. — 2002. — Т.45, — № 2.— С. 77-81.

204. Мулдер М. Введение в мембранную технологию. — М.: Мир, 1999. 513 с.

205. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1982. - 399 с.

206. Смирнов Н.Н., Плесовских В.А. Биохимические реакторы. СПб.: Химиздат, 1998. - 128 с.

207. Matsui Y., Yamaguchi F., Suwa Y., Yroshigawa Y. Growth characteristics of activated sludges acclimated to paranitrophenol in batch and continuous modes //Water Science and Technology. 1994. - Vol. 29, No. 7.

208. Prazeres D.M., Cabral J.M.S. Enzymatic membrane bioreactors and their application // Enzyme Microb. Technol. 1994. - Vol. 16. - P. 738 - 750.

209. Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев JI.C. Моделирование биохимических реакторов. М.: Лесная промышленность, 1979. - 344 с.

210. Бирюков В.В., Кантере В.М. Оптимизация периодических процессов микробиологического синтеза. М.: Наука, 1985. — 296 с.

211. Винаров А.Ю., Кафаров В.В., Гордеев JI.C. Моделирование процессов микро- и макроперемешивания в ферментационных средах. В кн.: Биоинженерия и биотехнология. Материалы симпозиума. - Рига, 1978. -Т. 1.-С. 31-32.

212. Винаров А.Ю., Гордеев JI.C. Применение модели Вольтерра для расчета процесса культивирования микроорганизмов // Микробиологическая промышленность. 1971. - № 1. - С. 11 - 15.

213. Чернавский Д.С., Иерусалимский Н.Д. О принципе минимума в кинетике ферментативных реакций. В кн.: Управляемый биосинтез. - М., 1966. -С. 19-24.

214. Гусева Е.В. Моделирование процесса микрофильтрации на трубчатом керамическом элементе (на примере производства лимонной кислоты): Дис. . канд. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1998. - 179 с.

215. Массон С.Е. Моделирование процесса на одно- и двухмембранном элементе и анализ схем газоразделения на их основе с целью экономической оптимизации: Дис. .канд. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1997. - 148 с.

216. Morgan-Sagastume J. et al. // Environmental Technology. 1994. - Vol. 15. -P. 233 - 243.

217. Livingston A.G. // Chem. Tech. Biotechnol. 1994. - Vol. 60. - P. 117 - 124.

218. Менъшутина H.B. Разработка и интенсификация технологий сушки синтетического каучука на основе математического моделирования: Дис. . докт. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1998. - 453 с.

219. Кей Р.Б. Введение в технологию промышленной сушки. М.: Наука, 1983.-262 с.

220. Богословская О.В. Информационная система для решения задач аппаратурного оформления технологии очистки сточных вод гальванических производств: Дис. .канд. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 2001. - 154 с.

221. Авраменко Ю.Г. Система поддержки принятия решений при проектировании химико-технологических процессов (на примере составления схемы очистки сточных вод промышленных предприятий): Дис. . .канд. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 2003. - 150 с.