автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы и инфографические модели автоматизированного проектирования очистных сооружений

На правах рукописи

В ИЖЕВСКАЯ Татьяна Васильезка

МЕТОДЫ И ИНФОГРАФИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность - 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования'

Автореферат . диссертации на соискание ученой стелен:! кандидата технических наук

Москва 1993

Работа ¡заполнена в Университете Методология Знания ( UM3 r.üocKja.

Научны с руководители:

члек-корреспондснт Ингенерной йкадекии Российской Овдерации, докгор технических наук профессор Ч9ЛК0В В.О.

кандидат технических наук доцент АРТАМОНОВ B.R.

инициальные о п_п о н с н т и : доктор технических наук профессор .ЕЙПОВНЯКОВ H.H. кандидат технических наук 1£УСПНБА О.П. Ведущая организация - Акционерное общество з.т. ГПИ-2 г.Москва

Заде мстит» ■ - -.»4 г.

в fl6.—~~ часов-на заседании диссертационного совета Д 053. И. 11 при Коскозскг-i Государственно!: Строительно* Университете по адресу: я 1?.9377, г. Москва, Елдзовая iie,Cep£inos. 8, о лyд¿p^/ttv-1?/

о.SX \<7 /

П С диссертацией коенс ознакомиться в библиотеке университета.

П: сс:\ч Бас прилягь ьчастис б 3?;çtc к направить Bas отзыв в 2-х экземплярах по адресу: 2333?, г. Москва. Ярославское зосса, д.25. МГСЧ, Уцени?. Совет.

Автореферат разосла!! "__„__"____--У-^ 1394. г

ihejmï* секретарь ' У

диссертационного ссвета J^^7 Куликов B.C.

- 3 -

ОБЩАЯ 'ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тем;;. Современный лаучйо-техккчсский прогресс не-збенно приводит к услокнениа технических,систем, внедрение новых тех-ологических процессов, активной и направленной реконструкции действу-цих производств. Состояние скружасцей среды настоятельно требует,что-и обций технический прогресс сопровождался прогрессом в экологии, энным аспектом обеспечения экологической безопасности внедряемых спеем и процессов является "обезврекивание зидких отходов производства сточных вод). Перед специалистами этой области стоит задача повышения здеяности проектных ревеннй при возраставшей ' слогкостк технологии сб-зботки воды. Разрешение противоречия требований улучшения качества и овысения экономичности проектных ресенпй, сокращения трудоемкости и роков их разработки везхенно 'лтаь путем соверыгнстзозаккя методов про-«тирозания. Наиболее прогрессивным из таких методов является азтомати-зция проектирования.

Опыт внедрения 'автоматизации проектирования а области технологии -¡истки сточных вод свидетельствует о тенденции перехода от решения от-зльных задач к создания систем и технологических линий азтоматкзпро-?::ного проектирования (САПР и ТЛИ)-. Отличительной особенностью систем Зработки сточных вод является их слозность, больное разнообразие гль-зрнативных схем, пр'сцессоз и сооружений, нестабильность состава и рас-зда сточных вод. Это налагает асобые требования к методам расчета, оп-«изацам и проектирования данных объектов.

Основная, идея работы состоит в том, что для повышения гффектиз-эсти проектных решений систем водообработки необходимо еоздгкие САПР 1'оснозе системного подхода к решению проблем:;. Определяющее значение зи этом имеет разработка прикладного математического обеспечения САПР, гразакщего ейецифику методов и процессов очистки воды, а такге их про-)аммное воплощение. Созданная на этой основе'технология автоиатизиро-¡нного проектирования очистных сооружений ' ориектирозана на специалис-¡3 отделоз водоснабжения И канализации ,проектных'институтов.

Работа выполнялась в рамках , целевой комплексной научно-техничес-)й программы 0.1].027 (постановление ,ТКНТ СМ СССР, 'Госплана СССР, Пре-щиума АН СССР от 12.12.1980г.' N 474/253/132)", задание 04.32 .. "Разьмть внедрить в ГПЯ-5.систему автоматизированного проектирования предприя-' ¡й легкой промышленности с 'внедрением инвариантных компонент в-проект-¡х институтах Кинлегпроиа СССР", отраслевой программы работ на. 1985-90 >ды и йа период до".2000 года в области , создания и;использования САПР-Кинлегпроне СССР (постановление от 26.03 Л?85г.),-'задание "Развить и

- 4 "

ввести в действие в ГПИ-14 система автоматизированного проектировани предприятий легкой промышленности.с внедрением инвариантных компонент проектных институтах отрасли".,

Цель диссертационной работы: обеспечение эффективности САПР систе физико-хг.мичегкой очистки сточных вод на основе разработки методов иноографических моделей оптимального их проектирования.

Задачи исследования: системный анализ технологических схем очисти сточных.?од (ТСВ), методЪв и моделей их описания; разработка структур прикладного математического и программного обеспечения комплекса евтс матизированного пр.ектирования ТСВ; разработка математических моделе ТСВ и мстодпв их использования в технологическом проектировании; разра ботка математических моделей процессов и сооружений очистки сточных вс как элементов ТСВ и алгоритмов их расчета; обоснование метода оптимиза ции ТСВ; разработка технологии автоматизированного проектирования оптк мальных ТСВ; экспериментальная^проверка.и внедрение результатов иссле дований. '

Методы исследования: системно-структурный анализ, инфография, тес рия графов, теория алгоритмов, структурного программирования, оптимизм ции, тесрия принятие решений.' математического моделирования, статисп чсского и регрессионного анализа. Общей методологической основой работ является системный подход. . Описание технологических схем и процессс очистки сточных' вод осуществлено на принципах инфографического модел! рования, реализующего отчуждение ыыследеят.ельных моделей й их фиксац> на материальных' носителях (по В.О.Чулкову).

Научная новизна состоит, в разработке научных основ создания САГ • оптимальных ТСВ: разработана-универсальная модель структуры ТСВ и про} лояен метод ег решения; разработана математические модели процессов о; зико-хикической очистки сточных вод; разработаны принципы построения структура программного обеспечения САПР ТСВ;' разработана технология а! тсматизирзвенного проектирования оптимальных ТСВ на основе математиче( кого и программного обеспечения.

На зац'.-т^'йиносятся: универсальная модель структуры ТСВ и декоиш зациинный метод ее решения; математические.модели процессов физико-х! маческой очистки сточных вод, пригодные для технологического и констр! кционного проектирования и оптимизации; принципы построения и структу; программного обеспечения САПР ТСВ; технология автоматизированного пр« ектированиз оптимальных ТСВ на основе разработанных автором метода ¡:нфогрз$ических моделей и'програмх:шго обеспечения.

Реализация результатов работы, Практическая ценность работы состо! в: создании на основе теоретических исследований методов и алгоритм

:чета схем и процессов очистки сточных вод; создании методологических гериалов по проектированию оптимальных технологических схем очистки цы; разработке обьектно-ориентнрованной диалоговой автоматизированной :темы проектирования ТСВ, обладающей свойствами универсальности, име-зй открытую структуру, которая используется для'обоснования оптимально варианта-очистных сооружений; использовании результатов в учебных зсах при подготовке специалистов - пользователей САПР в области водо-збжения и канализации.Полученные теоретические и практические резуль-гы воплощены в подсистемах 'САПР, •функци'онирувщих в ряде проектных ин-1тутов легкой проммиённостн/Целесообразность и эффективность исполь-¡ания в программных комплексах.ОПТИНА и ЗКОСАПР разработанных здесь шципов, методов, моделе:";, алгоритмов, программ подтверадена резуль-■а:;и внедрения.-" Ряд разработанных программ приняты в ОФАП легкой про-¡ленности. Материалы работы включены в учебные пособия спецкурса САПР I студентов специальности "Во'доснабзение и канализация" в УИИВХ.

Апробация работы. Основные полояения'к результаты работы доло-!ы на всесоюзных, республиканских.конференциях в Кишиневе, Харькове, ¡но,. Киеве, .Самарканде, Ужгороде в. 1980-1993 г.г.

Структура и обьем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, [их выводов, списка литературы. Объем диссертации 112 страниц, 5 та-[ц, 17 рисунков, список литературы на И страницах, 2 прилоаения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Во "введении обосновывается актуальность работы, дает-общая характеристика целей и задач исследования, а также полученных ультатов. Показана научная новизна и практическая значимость работы, ведена структура работы и краткое содержание по главам. В первой -главе приведен анализ методов и моделей ав-атизированного проектирования очистных сооружений, определены задачи ледований и сформирована методологическая концепция создания обрспе-ий САПР ТСВ. ; . .

В области очистки сточных вод разработаны многочисленные пакеты кладных программ САПР для обьектов очистки,сточных вод. Они предна-чены для расчета и оптимизации по различным критериям сооруеений ме-ической (гидроциклоны, отстойники, флотаторы), биологической (азро-ки, биофильтры, вторичные отстойники) очистки,, доочистки (фильтры, орберы), обработки и обезвоживания осадков (уплотнители, аэробные и эробные стабилитаторы, центрифуги,, вакуум-фильтры, иловые площадки), ечен большой вклад в"развитие автоматизации работ в области очистки

сточных вод Я.И.Голика, Л.П.Истоминой, А.П.Кулаковой, И.й.Лосевой, Б. Найдекко, И.В.Скирдова, И.Г.Статгхи.Репаемые ими задачи относятся к с ласти статической оптимизации очистных соорукений. Динамической оптиь зации процессов очистки сточных вод посвяцены работы И.З.Гордина, Н. Канусовой, Д.Н.Смирнова. По мере развития методов автоматизации прос тирования очистных соорунений наметилась тенденция к комплексному рей ни'-: задач на основе системного подхода (Ь.В.Найденко,- И.Г.Статвха). С нако в области автоматизации- проектирования систем очистки сточных е существует целый ряд проблем и нзрезенных задгч, связанных, прежде вс го, с замкнутостью разработанных программно-методических средств и, с ответственно, сломостье расииренля области их применения в САПР.

Возконные путл разреаения подобных проблей указывают работы в ебл сти системотехники и автоматизации строительного проектирования учен Н.В.Варламова, Г.Й.Гемкерлинга, ' Й.Й.Гусакова, В.С.Нагинской, Н.П.Н ренкъва, Б.В.Прыкина, В.О.Чулкова, Н.Н.Шапокникова, работы il.fi. Pap кого, В.В.Кафарова, Г.Юстрозского в области оптимизации и моделиров ния химических производств.

Представляется правомерной разаботка САПР на основе системного ан лиза с целью рационального сочетания в изучаемых условиях'таких ее лр тиворечивцх принципов как: цельности, основанной на о^щей методологи информационном единстве, - и зтапности создания системы для разных ст дкй проекта, различных категорий сточных вод и методов их очистки; о крутости системы, возможности ее развития - и законченности системн модулей, соответствующих принятому уровни развития системы; универсал ности, выракаюцейся в распиреии;-; области применения и охвате широко круга задач, -,со специфичностью,' ориентацией на конкретные пробле проектирован--i и гетоды их резения;'оптимальном распределении функц кезду инкенером, обладающим творческим потенциалом, имевцим опят рев ния практических задач в данной предметной области, н 3BÜ, имеющей 04' ьидное преимуц£- тво в быстродействии решения формализованных процеду: Для систем впдеотведания плодотворность такого подхода показана в paöi тах В.В.Артамонова. - . ...-•■

"Системный ' анализ процесса проектирования лчиепшх сооружений ш называет, что определявшим стратегическим ого мокгнтгл: является выбор обоснован:-'.? предпочтительно."!.технологической схемы очис'т: воды. Опт] »аг.-гость выборе-. •;;:з'ки предопределяет во иасгс:- эффективность рекенш прик'.',-..емух на всех уровнях щ-эектьрования, является базисом надежно! ти прое:;тируе:;о;'; системы.Эти обстоятельства определили .обоснован! зтапности создания САПР ТСВ. 8.качестве первой очереди реализуется кхг чсвоЛ этап технологического проектирования г оптимизацией схемы очист!

очных вод. Конструирование, компоновка дчистных сооружений, разра-танных по оптимальной схеме, и автоматизированный выпуск чертежей ыо-т бить предметом разработки последующих очередей САПР ТСВ.

Системный подход к проектированию очистных сооружений реализу-ся также в моделировании их как целостной структуры, свойства,которой сводима к сумме свойств ее элементов. Для рассматриваемого этапа тех-логического проектирования инфографическая модель системы очистки очных вод представляет не только описание закономерностей процессов, ализованных в ее элементах, но и отражение взаимосвязей их в общей руктуре. Выделены такие иерархические уровни системы: технологическая ема и технологический процесс. ...

Оптимизацию ТСВ целесообразно 'осуществить по экономическому кри- ' рип как наиболее универсальному, позволяющему комплексно оценить ре-:1ие с учетом технологических, конструктивных и экономических факто-з. Для ТСВ, как природоохранной системы, обязательно ограничение по честву и надежности ее функционирования.

Сформулированы принципы построения" математического обеспечения, зрабатявавмого по иерархическим уровняй, которое должно включать: м.а-натическуп модель -структуры ТСВ, описываацуа единство, и взаимосвязь элементов; математические модели процессов, технологических и кскст-чтивных параметров сооружений, математические в^рааения целевой сунк-5 оптимизации. • '

Сформулированы основные задачи технологического проектирования, на горые ориентировано прикладное программное обеспечение САПР ТСВ: рас-г технологической схемы очистки сточных вод для стационарного резина :плуатации;-расчет технологических параметров реализации процессов 1С тки зоды для заданного резина работы ТСВ; расчет технологических и ¡структквных параметров соорукений для осуществления этих процессов; ¡еделение оптимального варианта ТСВ по экономическому критерию.

Во второй главе, излозенн методы и результаты ис-гдований по моделироваки^ технологических схем очистки сто-;ных вод. ^графическое моделирование предполагает перенесение мысленных моде-\ разработчика на материальные носители-с использованием ЗВН. Разрезанные модели включают описание структуры и ,злзнентоз ТСВ.

Исследования проводились на технологических схемах физико-хими-:кой очистки сточных вод предприятий легкой промииленности. Эта катета сточных вод характеризуется разнообразием состава и значительными щентрациями загрязнений. Очистка таких стоков представляет собой на-;ную проблему, успешное реиение которой позволит надежно защитить во-!ми от сбросов красителей, отделочных препаратов, дубителей, консер-

Бантов и других токсичных загрязнений. Сточные воды обезвреживаются с зико-химическими мс-тодами, включая отстаивание., -флотации, фильтрованн Для обработки иламов и осадков используются уплотнение и обезвокивани Разработка прикладного математического обеспечения проектирован сооруаений очистки таких сточных вод создает базовые предпосылки е использования и для других категорий стоков.

Особенности рассматриваемой категории сточных«вод является их мн гопаракетркчность, обусловленная сложным составом ингредиентов загря нения. Формально рассматриваемые .методы физико-химической очистки мо$ представить как разделение фаз, осложненное перераспределением ингред, ентов менду яидкой и твердой фазами, вызванное оказываемым на них физ] ко-химическим воздействием. Традиционные методы расчета и автоматиче! кого регулирования процессов очистки оперируют параметрами, связанны; с содержанием в воде твердой фазы загрязнений: эффективностью ее удал< ния, нагрузкой по .твердой фазе, влажностью осадков. Предложено считав содерзание твердой фазы базовым "показателем загрязнения и определят содержание прочих ингредиентов эквивалентно содержанию твердой фази.сг цественно сникая парааетричность системы кагмоделей.Правомочность такс го предложения подтверздена экспериментально на реальном стоке ковевеь ных заводов.

Математическая модель структуры ТСВ формируется по блочному прии ципу и включает топологическув модель, "систему уравнений баланса мате риалыш потоков и методы их решения.

Топологическая модель ТСВ представлена ориентированным потоковц градом. Вериинам.графа соответствует элементы схемы: аппараты, сооруге ния, в которых .происходят"изменения, -расхода, состава загрязнений, на правления движения воды вследствие осуществления технологических проце ссов.Ориентированные дуги, объединявшие вершины, характеризуют гехноло гические связи элементов схемы, реализованные .как массовые потоки.

. Технологическим схемам очистки сточных вод свойственно наличие обратных технологических езязей, что обусловливает замкнутый характе| потокового графа и значительно усложняет его' расчет.

Расчет такой математической модели осуществляется методом разрыв; сбрагн.'.'л' связей с применением итерационной процедуры.. Для уменыаени! обьека вычислений применен .декомпозиционный метод, позволявший за сче-, упорядочения схемы исклочить из итерационной процедуры потоки, не вхо-дяциз в закинутые циклы. Расчет всей- схемы заменен, таким образок, последовав ильным расчетом отдельных ее элементов. •

Декомпозиция технологической схемы заключается в выделении захкну-тых контуров и формировании комплексов, элементы которых могут быть (

засчитаны только совместно. Последовательность расчета комплексов оп-(еделяется на основе принципа их подчиненности. Задача выделения ксмп-;ексов и их упорядочения решается с применением катричной формы пред-тэвлениа структуры схемы. Лля комплексов," содеряацих замкнутые конту-ы, производится выбор множества дуг (потоков), разрыв которых прьвра-ает комплекс в разомкнутый разветвленный граф. При.выборе оптимального азрыващего мнояества учитывается параметричность потоков.

Система уравнений баланса материальных потоков >. представлена срво-упностьи независимых уравнений: собственно материальных балансог, от-акаящих законы сохранения вещества, неразрывности потоков; технологи-еских связей, устанавливаниях соотноиения мезду неизвестными-козфпици-нтами функциональных связей,' технологическими параметрами потоков и оказателями эффективности работы элементов ТСВ при заданных технологи-еских резинах. Выделение в качестве определяющего показателя качества оды содернания твердой фазы позволяет разделить оигтену- уравнений материальных балансов на две части, соответственно, описывающие массовые зтоки твердой фазы и связывающие массовые расходы других загрязнений с здернанием твердого (см. рис.1).

СТРИКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ !

СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ СХЕМЫ

1

■ система - •; система.. система

ориентиро- уравнений , уравнений уравнений

ванный материального технологических баланса масс

потоковый баланса связей . ингредиентов

граф базовыхпотоков элементов схемы ■ загрязнения

Рис;, ). Структура математической модели технологической схемы

С целью' .унификации, математического "описания элементов ТСВ, они делены, в отдельные- модели на.основе упорядочения системы и классифи-рованы по видам типовых технологических операторов, ■ количественно и

- !0 - ' • качественно,различным образом преобразующих входные по/соки в выходные Технологический оператор отрагает функциональное назначение элемента определяет характер зависимостей .математической модели. Выделены следу ющие вилы операторов: разделители (разделение на потоки с одинаковым или разиьш характеристиками без изменения химического состава или фа зового состояния компонентов); реакторы (изменение химического составили фазового состояния компонентов загрязнения сточных вод); смесител; (механическое обьединение потоков).

Система уравнений собственно материального баланса для какдоп элемента ТСВ представлена двумя уравнениями, отражающими:баланс по расходу воды и расходу С^- твердой фазы с учетом коэффициентов связ( глементов схемы кц

У

Г

-О;

О/ ' к < 7 = О: (1 )

V * •

Уравнения технологических связей специфичны для каждого вида техно-лггических операторов. Модели разделителей связиваят массовые расходы исходного Он* и сгущенного Оех потоков с эффективностью Е разделения твердой фазы и концентрацией ее ¿'«в сгущенном потоке:

Оесс - О ем ' Ё;

г = Оех/Сех'. (2)

Уравнения реакторов учитывает зависимость массовых расходов раствора реагента и изменьния содерхання твердой фазы от дозы Л реагента, содержания Т активного вещества в товарном продукте, концентрации раствора реагента:

~ / Сех, '

Ок (3)

Пр,: определении уассззнх расходов ингредиентов загрязнения учи-Т1«акгся теоретически и экспериментально обоснованные распределение ин-грех.'.еыа мек'д^ твердой и видкой фазами,'наличие тесной корреляции ».и-ду ^Активностью удаления твердой оазы и извлечение» данного ингреьи--'нтй, г, стяпе-ль удаления ингредиента из аидкой саза.

М-тэий-ги^еские модели технологических процессов очистки сточных з..д ра^^итани хла процессов, характерных для схем фиоико-хккической

- И -

стки: отстаивания. Флотации, фильтрования, хют,¡зских реакций, асро-ния. а такке обезвояивания осадков. Их структура представлена на ри-ке 2.

Компоненты математического описания технологических процэсссв фио-химической очистки и состав математических зависимостей приведены абл. 1.

I СТРУКТУРА ШЕМАТИЧЕСШ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ЫСДЕЛЬ ПРОЦЕССА

зависимость ехнологических характеристик процесса от эффективности

зависимость технологических параметров от характеристик процесса

МОДЕЛЬ СООРУЖЕНИИ

зависимость констрцктивнкх параметров сооружений от технологических

зависикссгь нривс&еш'.чх' затрат о: параметров| процесса

■ Рис. 2. Структура натг.тличесноЛ модели технологических процессов

Специальное математическое обеспечение исподьзепаио а технологии жатизиросанного проектирования '-"СВ. разработке кстсрой пс-сза'доп о т р я глав а.Е данной р .(юте рзсснатризаа«? вопроса оптпт,«.-1и технологических схем, выделенные в традиционной технологии лреек-)всния в стадии ТЗР.Сохраняя такое организационное зичлэиадюе, г.рвА-гннал технология проектирования вводит формализации рчда проект;-:;.;-: Юдур, методически обеспечивая автоматизированное их заполнение. Технология процесса автоматизированного проектирования включает: гез структуры технологической схемы, анализ ' ей работоспособности ч (низациа. 5 технологии максимально исполозоган интеллект ннсепер-1-.зователя в части формирования задач к принятии рр.еен/й. '

Ка стадии синтеза рациональная классификация аргг-г.-.-'В очипхи ! позволила -умственно упростить как фораироввнаг.тг-.-: тг.ллд'.,::;-;:-': шт ТСВ. Оставляя выбор Саьиса элементов и структур;; ;<х зэаиаоевх:.--'.

- 12 -

г

Таблица 1.

Состав математических моделей технологических процессов

. .' Математические зависимости

Техноло- :----------------------------------------------------------

гический : технологических : технологических и, : технико-процесс ' : параметров : конструктивных пара- ¡экономичен

: процессов : метров соорукений : показа;еле

1

1. Процессы р Отстаивание -продоляктельиости отстаивания от'зффектив ности; -гидравлической крупно, сти удаляемых частиц от продолЕительности отстаивания.

Флотация -удельного расхода воз . -. духа от концентрации твердой фазы; -концентрации воздуха-в воде от давления и продолнительности на. сщения;

. -продолнительности' фло тации от эффективности; -обьема мама от продол Еитевь'лости яакопления.

азделения -гидравлической нагруз -приведенн ки ст гидравлической затрат о крупности частиц; расчетной -размеров отстойника расхода от расчетного расхода продолкит сточных вод, гидравли льности о ческой крупности, ско стаивания рссти потока. '' .

-рециркуляционного рас -приведенн хода от удельного рас. затрат- о хода воздуха и концен расхода с трацки его в воде; чных вод ; -рабочего обьема флота продолкит тора от продолвитель- льности 1 ности флотации и рас- способа четного расхода воды; флотации, -рабочей глубины от ка грузки по .твердому ве деству; ' ч -

-времени накопления и \

обьема. шлама от в лав. , \ ности; - •

-обьема напорного ре. зервуара от рециркуляционного- расхода. и . времени насыщения.

3

Продолнение табл.1.

1

2

3

ильтрование -объема фильтрата от точных вод скорости процесса и Фильтрующих свойств загрузки;

-скорости фильтрования от потерь напора в загрузке.

>езвозивание :адков

агентная работка

реднение

-обьена фильтрата и • продолжительности фильтрования от давления и удельного сопротивления осад-■ ка.

2. Химические -концентраций ингредиентов загрл.- «гния от состава сточных вод и доз реагентов

3. П р оц е с с а с -концентраций загряз

нений п усредненное стоке от продолжительности усреднения;"

-продоле»тельноети фильтроцикла от скорости фильтрований и потерь напора; -площади фильтра от расчетного расхода и продолжительности фильтроцикла. -производительности фильтра.по исходному осадку от площади и времени фильтрования; -числа фильтров непре-разного и периодического действия.

процессы -расходов реагентов от их доз и содераа кия активного вещие тва в товарном продукте.

м е в е к и я' -регулиривцего обьема от графика поступления и отбора зоды; -объема усреднения от эффективности сглаживания колебаний концентраций загрязнения

-приведенных затрат от площади фильтрования и типа загрузки.

-приведенных затрат от площади и типа Фильтра.

-приведенных затрат от расходов реагентов

-приведена): затрат от обьена и типа усреднителя.

¡цело проектировщику, установление параметров работы элементов пронзился в автоматизированном регике. Достаточность и качество вводимой ¡ормации контролируется в резине диалога, актизизирдачего я направля-го работу инзенера.

Анализ ТСВ реализован з автоматическом регкае и вклэчает: дяорядо-ие структуры схемы, определение посладорательности расчета ее ^лгу.о-

нтов и разрезавшего мнозес-тва потоков; расчет технологической схемы ni обцену расходу, базовому'компонентулимитируюцим показателям.

С цельп выявления работоспособности каждого из вариантов ТСВ выполняется их расчет при экстремальных параметрах технологических процессов. По результатам анализа проектировщик принимает решение о'принятш варианта схемы для проектирования и оптимизации, о корректировке схем! путем изменения базы элементов,- потокораспределения,технологических параметров процессов либо об исключении принципиально непригодной схем! из далькейзего рассмотрения.

Учитывая, что целевая функция ТСВ является аддитивной относителен приведенных затрат ее элементов, а также исходя из наличия достаточш зестких ограничений по,эффективности работы очистных сооружений и, соответственно, допущения относительно узкого диапазона варьированш параметров,для оптимизации применен метод последовательных приближений. Поиск оптимального варианта производится путем изменения технологической эффективности работы определенного элемента системы. На каждом ваге оптимизации таким элементом выбирается тот, вклад которого в аддитивно; целевой функции максимален. Изменение принимается, если оно приводит ь цмекьиениа приведенных затрат при выполнении ограничений по качеству очнценной воды.Процесс оптимизации заканчивается, когда на определенной ыаге не оказется ни одного элемента, по.которому можно проводить' такие изменения. В процессе оптимизации в автоматическом режиме выполняют« расчет основных технологических параметров работы и конструктивных размеров сооружений, определение значений целевой функции. Технологически!" расчет процессов и сооружений выполняется для оптимального варианта v используется для формирования, проектных документов.

Приведены алгоритмы проектных процедур расчета технологических схем, процессов и сооружений.

В четвертой главе излононы сведения о программном комплексе, реализующем разработанные методы и модели в технологии автоматизированного проектирования, о внедрении результатов исследований и эффективности САПР ТСВ. Прикладное программное обеспечение реализовано на алгоритмическом языке Turbo Paskal для IBM-совместимых ЭВМ. ,

Особенностью САПР ТСВ является то, что она базируется на методах оптимального проектирования и автоматизированного документирования. Модульный принцип формирования математической модели'схемы и целевой функции оптимизации, открытость' базы моделей системы, являются основой ее дальнейшего развития.

Внедрение САПР ТСВ позволило повысить качество проектных решений как за счет исключения субъективных сшибок; т.ак и за счет Оптимизации

эхнологических параметров очистннх сооружен^. Пркнёкенне ягллггового зкима уменьшило трудоемкость подготовки исходных данных, позксило дс-говерность и обоснованность входной информации. Псвнсвлось такйо кач?-гво оформления проектной документации, формируемой з ритоизгизирпган-)М ренине. ■

Повышение надежности проектних разработок особенно зазпо, если ;есть природоохранной характер проектирус-иих объектов. Экономическая ^активность от внедрения САПР ТСЗ рассматривается з области проекти-1зания и реализации проектных решений. В области проектирован;;? гффэк-:вность проявляется в улучзении условий труда пооектирезг.мкоз, сокра-:ши сроков проектирования и дяучзеник качества рдерабдтузагхзА доку-нтации, 5 области реализации проектнах решений пояцчсннйй гс^ой: за-ичается в экономии строительных материалов. оборудован;'..*, злектрозне-ии за счет принятия обоснованных оптимальная'репений. Оценка природе-рзнного эффекта по существующим методикам затруднена.

Программный комплекс ЗКОСАПР внедрен в.МНШЗП, ряде проектных ин-итутез легкой проаыилениости (ГПИ-2, ГПИ-10, ГП1!-14) » используется и проектировании и реконструкции очистных сооружений. Зкснотичйскип 1ект от внедрения системы в. ГПИ-2 состагил 31.5 тне.руб/год.

ОБЩ шоди.

1. Изучение практические опита проектных организаций с позиций ¡темного анализа проблема .¡роектирования. очиепш сооружений и блоч--иерархического подхода к ее рсненип позволяет считать, что характе-:тики ТСЗ во у.ногон предопределят эффективное.ь. результатов, полу-гиых на всех уровнях, проектирования. Поэтому в-прсблеме оптиааль.чого •скатизированного проектирования очистных сооруазний зпделзн эт^л ¡снования и вкоора предпочтительной технологической схени очистк.-; 1ЧКИХ вод в качестве' определявшего проектного резення технологичсс-о проектирования. . -

2. Определены основные задачи рассматриваемого этапа технологичес-о проектирования ТСВ; включавшие расчет ТСВ с стационарном режиме ее плуатащ.и: определение технологических характеристик процессов очле-

при расчетном рехине работа ТСВ; расчет -..технологических и конструк-них параметров сосрузг.цпй для-осуществления заданных процессозгоярэ-ение оптимального варианта ТСВ по экономическому критерии.

3. Установлено, что для рассматриваемого этапа проектирования стных сооружений целесообразно принять два иерархических уровня езнид ТП: технологический процесс и технологическая схема. Микро-

уровень, уровень технологического процесса, позволяет описать воздеш твия, обеспечивавшие направленное поэтапное изменение физико-химиче< ких свойств сточной вод. Макро-уровень акцентирует внимание на опис; нии взаимосвязи технологических процессов и условий их совместной ре; лизации.

4. Описание технологических схем и процессов очистки сточных во; осуществлено на принципах инфографического моделирования. Определено, что в составе описания ТСВ необходимо иметь четыре группы моделей: от-ранавздх структуру схемы; списывающих зависимость технологических характеристик процессов обработки сточных бод от их эффективности; представляющих взаимосвязь технологических и конструктивных параметров со-орузений и' характеристик процессов; содерващих математическое выражение целевой функции оптимизации. Предложено оценивать оптимальность технических ревений по экономическому критерию с учетом ограничений пс качеству счищенной воды.

5. Для выбранной категории сточных вод теоретико-зкспериментальныя путем разработаны все группы математических моделей схем физико-химической очистки сточных вод. С целью унификации математического описания на основе выполненной классификации все элементы ТСВ распределены по трем группам технологических операторов, качественно и количественно различным образом преобразующих входные -потоки в выходные.

6. Показано, что эфсективннм способом уменьшения параметричкости моделей является введение базового показателя загрязненности сточных вод.Экспериментально подтверждено, что для.изучаемых сточных вод ошибка в определении содергания иных ингредиентов загрязнения не превыпает 5% при использовании в качестве такого показателя взвешенных веществ.

7. Предложена технология "автоматизированного проектирования оптимальных ТСВ, позволяющая на основе разработанного математического обеспечения формализовать ряд проектных процедур. Применение модульного принципа формирования технологической схема очистки воды, разделение процедур синтеза и анализа. ТСВ'не ограничивают элементный и структурный состав очистных сооружений. Анализ, схена и расчет баланса материальных потоков позволяют точно определить нагрузки, на сооружения'^ автоматизированной выбор технологических параметров процессов представляет возмозность получить оптимальное их сочетание при соблюдении заданных условий надежной работы системы.

8. Применительно к предложенной технологии автоматизированного проектирования разработаны программные средства, реализующие математические модели и методы, являющиеся предметом изучения данной работы. Программные модули ЗКОСАПР и ОПТИКА выполняют Функции проектирования

- 17 - '

имальных технологических схем новых, реконструкции и интенсификации оты суцествуюцих, анализа функционирования и оптимизации зксплуата-[ действующих сооружений очистки сточных вод.

• 9. Экономическая эффективность и практическая ценность разработки дверждена результатами внедрения прогрсмчнах конплексов в системах оматизированного проектирования ряда проектных институтов.

10. Дальнейшее развитие системы автоматизированного г.роектироза-I ТСВ возможно благодаря модульному принципу ее построения при рас-1ении базиса моделей за счет- охвата эффективных способоз обработки [Ы, а такке введении описания графических образоз сооружений и авто-изации выпуска проектной документации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Артамонов В.В., Вивевская Т.В. Технологические схены очистки 1чных вод. - К.:"Буд1вельник", 1981.-64с.

2. Артамонов В.З., Вижевская Т.В..Кузьменко B.C..Потапенко П.П. [елирование реагентной очистки сточных вод //Гидромелиорация и гидро-сническое строительство/Сб.научлр.-вип.5:Изд-во при Львов. ун,-?е -шв, 1977. - С.65-70-. . - •

3. Артамонов В.В., Вихевская Т.В. Расчет нагрузок на очистные фуяения канализации. /Лоз. докл.ресл. н-т конф."Актуальные проблемы юхозяйственного строительства".Ровно, 1380.-С.13-14.

{. Виаевская Т.В. Исследование закономерностей процесса очистки )чных вод флотацией с применением коагулянтов.//.Тез. докл. респ. н-т

"Актуальные проблемы водохозяйственного строительства".Ровна,1980. .22. ■ - - ,

5. Артамонов В.В., Вивевская Т.В. Зптиаальное проектирование ii <онструкция сооружений очистки сточннх вод коаевенних зааодов. //Тез. ?л.ВсесоЕз.коно."Применение прогрессивных методов и оборудования для 1стки сточных вод и бессточной технологии"'.Кивинез. 1982.-С. 197-200.

6. Артамонов В.В., Ви1евская Т.В. Оптимизация систем физико-хи-1ьской очистки сточных вод.//Тез. докл. 1-й Всесояз. н-т конф/'Основ-! напразлекия развития водоотведения. очистки сточних вод и обработки здка".Харьков. 1382.-С.121-124.

7. Артамонов, В.В., Вивевская Т.В., Ласков S.M.Расчет натериаль-< балансов технологических схем очистки сточных вод./Йодоснабзение и «лизация - N 4: Н. ,1983.-С.64-67. ^

8. Артамонов 8. В., Виаевская Т.Б., Саблий ¡1.(1. Определение рз -зналького реяима усреднения сточных вод кояезенных заводов.//Гидрсме-

лиорация и гидротехническое строительстзо/Сб.кауч.тр.-вип.11:Изд-во nj Львов, ук.-те -Лъзоз, 1983.-С. 67-70.

S. Артамонов Б.Б., Викевская Т.В. Математическая модель* процес са Флотации-.У/Тез.докл.респ.н-т кокф. "Интенсификация очистки приройкы; и сточных вод".ЧЛ.Роекс, 1983.-С.43-44.

10. Вжеаская Т.Б. Опыт разработки математического обеспечен! САПР Ог.зико-'хихлческой очистки сточных вод.//Тез.докл.2-й Есосоюз.ксн; "Основные направления развитие Еодоснабгения.водоотведения,очистки ст< них год к обработки осадков".4.1. Харьков, 3S86.-С.355-353.

11. ВюевсКая Т.5., Кузьмонко й.П. Пример расчета техслогичесш схемы очистки сточных вод декомпозиционным методом. //Гидромелиорация гидротехническое строителъство/Сб.науч.тр.-вып.15:Изд-во при Львов.ун, те -Львов, 1Э£7.-С.50-82.

12. Зигезская Т.Б.; Кузьаенко А.П. Математическое моделировани! флотациокнап очистки води.//Тез.докл.к-т коно."Актуальные проблемы управления системам»: с распределенными параметрами".Киев, 1987.-С.45.

•3. Вилезская Т.Б., Кузьменко fl.IL Синтез оптимальных технолог! чееккх схе:.: очистки сточных вод.//Тез'.докл.Бсесовз.н-т конф."Методы и бернетики в хн-::;чзскоП технологии". -Баку, 198?.-С.59-60.

14. npTEüouoa d.E., ВкевскаяТ.В. Автоматизированное проектир! ванйе технологических систем водообработки.//Тез.докл.науч.-практ.кок; и.-Еколи-секинара "Компьютеризация строительства в hobltx. условиях хозя; ствс-вакия". Самарканд, 1990.-С. 17—1 '.' .

15. Артамонов В.В.," Виневская- Т.2., Чулков В.О. йвгоматизироз; ное проектирование технологических систем очистки 'сточных вод. /"Проз! ткрсвсьие к строительство" - КЗ: И.. 1S31.-C. 55-50.

16. Викевская Т.Б. .Методы, и-модели автоматизированного проект; розания очистных соорцаений. //Тез. до.кл. н-т конференции ШШ5Х. Секц: .водоснабжения, канализации и охраны водных ресурсов. Ровно-, lS92.-C.4i