автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Разработка принципов моделирования оптимальных систем очистки сточных вод



ГСССИЙСНИЙ ШГО4ШШ"ИЧЕСЮЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.ИЛ-ЩЩЛЕЕВА

fia правах рл ¡описи

есшов ïlî®g НУДАЕАЕШЧ

разрашша пищик® тдатоЕщи атмшш систш отеши сточных вод

05.1?.03. - Г!ре и агтататы химической ~и!ОПМ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соисканиа ученой степеш доктора техничеасих наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Казахском химико-технологическом институте и Российском химико-технологичсском университете им. Д.И.Мен-ЯУеева.

член-корреспондеэт Мевднаюлной инженерной академии, доктор технических наук, профессор Гошеев Л.С.

Научный консультант:

(фатальные оппоненты:

■ведущая организация:

локтор технических н-чук, профессор Помин И. В.,

член-корреспондент Меяидгнатоднрй юскенешсй академии, доктор технически наук, профессор Винаоов А.Ю.,

ччен-корсеспонпент Иевд'нагшнсй таснешой академии. доктор технических наук, пюЛнсаои Валабетев О.С.

Производственное объединение "Азот". г.Нономосковск ■

Нанята дисссгтании состоится

XV

-193-1 г. в

часо1< на заседании специализированного совета № Л С63.34.03 в Российском химико-технологическом ушверситете им.Д.Н.М.^'елеева.

С дассеотациой маяк» ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан--1Э94 г.

Ученый секретарь 4пецизлизирсван-ного совета к.т.н.. додзнт

Бобров Д.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

¿ЕТУдлыюптТ; Ряб1тн- Одим Из"еа)*йейших мероприятий в экологической проблеме является стрвитшлтво очиотных сооружений при каждом заводе, Городе, предприятий^ ;позволяющих использовать оборотное водоснабжение и сбраонгать вода, ненаносящие ущерб окружающей среде. Воли учесть,ЧТО капитальные затраты на оЧйстные сооружения составляют от 20 Я до 3056 стоимости нового предприятия, то отановитвя понятным;Йакоо важное значение приобретает разработка научно обоснованных методов проектирования Н расчета оптимальных систем очистки сточных вод.\

В настоящее время проектирование систем очистки сточных вод, а также расчет отдельных аппаратов производятся на\ основе разрозненных математических моделей отдельных элементов схем, а также различных эмпирических или полуэмпирических соотношений.

В ряде случаев формирование технологических схем очистных -сооружений осуществляется на интуитивной основе, что часто приводит к необоснованным завышенным объемам аппаратов, сооружений, или не обеспечивает требуемую степень очистки сточных ВОД.

Это объясняется отсутствием необходимых научных предпосылок для формирования единого подхода и методологии к оптимальному проектированию очистных сооружений на осуюве математических моделей процесса очистки сточных вод.

Цель и валачи работы«. Целью настоящей работы,. является:

- научный анализ формирования сточных шд предприятий различных отраслей промышленности с целью ЙХ классификации; ^

- анализ методов проектирования и расчета очистных сооружений с обоснованием выбора критерия эффективности их работы;

- разработка принципов моделирования оптимальных систем водоочистки;

- разработка математическ. х моделей и алгоритмов расчета основных аппаратов и элементов очистных сооружений;

- разработка принципов синтеза технологических схем"и выбора методов очистки сточных вод;

- разработка лабораторных и полупромышленных установок и проведение экспериментальных исследований на них;

- теоретические и экспериментальные исследования разработанных математических моделей процессов очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической и фармацевтической от-

раслей промышленности с целью идентификации математических моделей;

- разработка конструкции аппаратов и способов организации их потоков с целью интенсификации процессов очистки сточных вод, протекающих вниз.

- синтез гибкой системы очистки сточных вод предприятий фармацевтической промышленности;

Научная новизна;

Разработана система классификации сточных вод, включающая • подсистему классификации по фазо-дисперсному состоянию примесей, по концентрации примесей, по химическому составу примесей и по свойству примесей.

Для реализации кавдой из этих подсистем разработаны алгоритмы и пакеты программ.

Разработана оригинальная методология проектирования оптимальных систем очистки сточных вод на основа использования методов кибернетики и системного анализа химико-технологического моделирования процессов очистки сточных вод как основа проектирования систем водоочистки.

Предложена многовариангная схема технологических систем водоочистки, которая охватывает совокупность наиболее распрос-транЭнных существующих схем. Она может деформироваться в более простые схемы и использоваться при проектировании систем водоочистки.

Разработаны принципы синтеза технологической схемы очистки сточных вод, с помощью которых можно выделить из многовариантной схемы технологических систем водоочистки, насколько альтернативных вариантов. Для роаллзацяи этой системы разработаны алгоритмы выбора методов очистки к их взаимного расположения в структуре системы водоочистки.

Для выбора оптимальной системы водоочистки из нескольких альтернативных, прэдяогена оцзюш эффективности очистных сооружений с точки зрения "затрат", "устойчивости" и "безопасности".

Раскрыты принципы я особенности построения математических моделей процессов очистки сто так год, с использованием которых разработаны математические модели процессов очистки сточных вод в авротенках, отстойниках, камерах хлопьеобразования. Получены количественные и качественные характерней® гвдроди-

намической обстановки в этих аппаратах при различных режимах их работы.

Разработаны алгоритмы решения уравнений математических моделей.

Разработана новая конструкция аппарата— цилиндрическая мешалка'; предназначенная для проведения процесса хлопьеобразова-ния сточных вод и проведены экспериментальные, и теоретические исследования этого аппарата, получены математические описания процессов коагуляции (хлопьеобразования), разработаны алгоритма расчета конструктивных параметров зтй* айяаратов.

На основе исследованйя особенносФй формирования сточных вод химико-фармацевтических заводов показано, чтб резкие колебания в течение года и даже квартала характеристик сточных вод, вызываемые сменностью ассортимента выпускаемой продукции, требуют проектирования гибких систем очистки сточных вод . В этой связи сформулирована задача построения гибкой системы очистки сточных вод, способной изменять свои структурно-параметрические характеристики .

Показана возможность использования математических моделей оптимальных систем водоочистки и при проектировании гибких систем очистки сточных вод.

Практи шская ценность. 11

Создана методология проектирования оптийальных систем водоочистки и реконструкции действующих очистных сооружений с целью интенсификации их функционирования на основе математических моделей процессов очистки сточных вод. \

Разработана система классификации сточных вод, позволяющая осуществить целенаправленный метод очйсткй.

С использованием математических моделей процессов очистки сточных вод с различными способами организации режимов работы аэротенков станции биологической очистки Новомосковского ПО "Азот" предложен оптимальный вариант организации его потоков, в результате чего увеличивается производительности очистных сооружений, повышается надежность их работы и достигается высокая степень очистки сточных вод.

Предложенные мероприятие по реконструкции аэротенков путем дополнения их перфорированными перегородками , а также переход на аэробно - анаэробные способы организации процессов изъятия субстрата микроорганизмами, позволяют интенсифицировать про-

цесс очистки сточных вод Шнмкеитокого НПЗ .

Для Шымкенского ХФЗ разработана технологическая схема, способная изменять свои структурно-парамадричеекие характеристики при резких изменениях состава, содержания и концентрации сточных вод,вызываемых сменой ассортимента выпускаемой продукции.

Разработан аппарат "цилиндрическая мешалка'; обаепачивающий оптимальное ведение процесса коагуляции и флокуляции шшшен-ных частиц сточных вод. Предложено дополнить технологическую схему очистки сточных вод фосфорных производств аппаратом "цилиндрическая мешалка", установив его между нейтрализатором и вторичным отстойником. В результате этого обеспечивается повышение степени очистки сточных вод.

Лпробяния рдботн. Основные результаты работы докладывались на 22 научных конференциях. Основные из них: Всесоюзная конференция "Автоматизация проектных и конструкторских работ" (Москва, 1979), Всесоюзные научные конференции "Современные машины и аппараты хиюяееких производств (Шитвнг, 1980; Наши, Ива) Всесоюзные конференции "Моделирование сложных СХТО" ( Таллинн, 1982; Одесса, 1985), Всесоюзная научная конференция "Ме?еда ки-бэрщтики хишке-технолвгичюких процессов (КХТП-1)" (Москва, 1984), Всесоюзное совещание по фосфорной промышленности (Шым-кент, 1986), Всесоюзное совещание "Созданий и производство пилотных установок для биотехнологических процессов (Нущино, 1987), Всесоюзная конференция "Современные машны и аппарат химичеекйХ производств" Химтехника - 88, ( Шцмкент , 1963 ), Всесоюзная тучшя конференция "Автоматизация я роботизация В химичезкей ПрОНШЛОНДОсти" (Тамбов, 1986), Всесоюзная конференция "Динаиика працзееов и аппаратов в химической технологии". (Вэрвтх, 1990). Всесоюзная \щтю-чттвстя конференция "Экология химических пройзшдетв" ( 0§8еродонецк, 1990 ), Всесоюная шучкэ-техничеехая конференция "Методы кибернетики химико-технологических процессов" ({,'оскга, 1989).

Публика^. Дэ теме диссертаций опубликована 52 научные работы, в том числа одно авторское скдатвльство на изобретение.

г.трукту^я дкпсяргЁЫйтдай рпбатц. Диссертационная работа состоит из ^ведения, семи глав, ёшздою, списка лмератури и приложения. Работа изложат ю В2ё> етрзяицах ттятвного текста, включает 109 рисунков и 42 таблица. Список литературы со-дераит 247 наименований.

- 5 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется цель работы, показана е9 актуальность и научная новизна, изложены основные положения, выносимые на защиту.

я парипй гуляла дан анализ состояния проектирования схем очистки сточных вод, приведены результаты исследования состава содержания, концентрации сточных вод предприятий химической, механической, химико - фармацевтической и легкой промышлендас-тей. Показано, что характеристики сточных вод претерпевают существенные изменения в течение квартала, месяца,\ и даже суток. Для того, чтобы дать оценку состава и содержания сточных вод, используют большое количество показателей. Это налагает определённые сложности при проектировании схем очистки сточных вод. Поэтому возникла необходимость разработки " Системы классификации сточных вод", которая позволила бы автоматически отнести исследуемые стоки к тому или иному классу, Ц в зависимости от этого класса спроектировать соответствующую схему очистки сточных .вод.

В настоящее время существует большое многообразий разрозненных технологических схем и поэтому выбор той или иной структуры очистных сооружений и определение их эффективности работы представляет собой сложную аадачу, обусловленную множественностью путей получения требуекюго качества очищенной вода.

Проведен анализ технологических схем очистки сточных вод, из которого следует, что при их проектировании закладываются в осноеном одни и те же узла N №йэнтй в различных сочетаниях и комбинациях, что создает ювмоьиость Использования систем автоматизированного проектирована Технологических схем на основа обобщенной схемы очистки сТочнЦх Ьод. Эта схема должна охватывать максимально возможные варианты сочетаний и комбинаций существующих узлов очистки I "очных вод и при необходимости деформироваться в более простые. Более того,необходимо разработать методологию и инструмент проектирования, позволяющий произвести синтез систем водоочистки из обобщенной технологической схемы.

Рассматривая., существующие элементы очистных сооружения и их расчет показано, что существующие схемы и конструкции аэро-тенков имеют свои определенные преимущества и недостатки, при этом, ни одна из них не носит универсальный характер и выбор

- б -

той или иной схемы организации потоков и расчет их конструктивных параметров приходится осуществлять на основе эмпирических или полуэмлирических соотношений. Это не обеспечивает достаточно обоснованного выбора геометрических размеров сооружений. Последнее возможно только с учбтом совокупности гидродинамической обстановки в сооружениях, способов организации потоков и кинетических закономерностей особенности процесса очистки- Существующие исследования по структуре и организации потоков в аэротвнквх носят противоречивый характер.

Показано, что приведенные способы расчета сооружений не позволяют в общем случае, решать задачи проектирования оптимальных технологических схем очистки сточных вод. Последнее возможно лишь с созданием моделирующих систем, включающих модули расчёта отдельных аппаратов и учёта возможных связей между ними.

Другим, не менее важным аппаратом, широко используемым в практике водоочистки, является отстойник, расчет которого производится на основе соотношений, учитывающих скорость осаждения взвеси в статистических условиях. Пока еще лет четко сформулированных требований к оптимизации процесса осаждения, которые необходимы при проектировании систем очистки сточных вод.

Рассмотрены также усреднители, смесители и камеры хлопье-образования.

Оценивая эффективность очистных сооружений,преимущественно используют экономический критерий , в частности,приведенные затраты:

ГО = С0+ Ен-К ( 1 )

При использовании приводешш затрат ( 1 ) в качестве критерия оптимизации , на учитывается качество очищенной вода,подаваемой на доочистку или другому потребителю , для использования .

для сравнения, экономической эффективности предлагаемого варианта технологической схемы очистки сточных вод с базовым вариантом используется формула:

Эг = (Сб + Ен Кб) - <СП + Е V (2)

Недостатком этого метода является то, что если предлагаемый вариант обеспечивает бол?е высокий эффект очистки или какие-то другие преимущества , то базовый вариант уже не может -

являться таковым.

Целью же оптимального проектирования систем очистки сточных вод является определение такого состава сооружений и оценок их конструктивных и технологических параметров, при которых очистка сточных вод до требуемого уровня достигается с наименьшими затратами и определенной надежностью.

Для решения такой задачи можно создать математический модуль системы, включающий математические модели'ее элементов. В качестве критерия оптимальности следует использовать критерий, учитывающий величину возможного ущерба, наносимого окружающей среде от выбросов и затраты на создание очистных сооружений.

Исходя из вышеизложенного, в работе сформулирована основная цель настоящей работы - разработать методологию проектирования оптимальных систем водоочистки на основе математических моделей процесса очистки сточных вод.

Во второй главе изложена стратегия проектирования оптимальных систем очистки сточных вод. Согласно этой стратегии, сточные воды, требующие очистку в зависимости от их характеристик (состав, содержание, концентрация и т.д.), относят к тому или иному классу По системе "классификация сточных вод". При этом учитывается диапазон изменения показателей, их отношения. За-, тем на основе обобщенной схемы водоочистки, выбираются альтернатив не варианты структуры очистных сооружений. Посла этого схеда расчленяют на отдельные узлы, агрегаты, элементы и т.д. И наконец, на основе математических моделей процессов очистки сточных вод в этих элементах и алгоритмов расчета определяют их конструктивные характеристики. Если математических описаний и алгоритмов расчета этих аппаратов нет, то приступают'к 1« разработке. При этом, основываются на разработанные ранее базовые математические модели, изменяя лишь отдельные е5 параметры, в зависимости от хяпэктеристик сточных вод.

Завершающим этапом проектирования систем очистки сточных вод является выбор наилучшей схемы очистных сооружений из рассматриваемых вариантов. Критерием оптимальности является обобщенная оценка выбора наилучшей системы очистки сточных вод, учитывающая " затраты ", "устойчивость" и " безопасность

При разработке системы " классификация сточных вод " необходимо учесть информацию о составе, содержании, концентрации сточных вод и диапазон возможных колебаний. Также нужно учесть

условия реализации того или иного метода очистки сточных вод и условия возможных комбинаций этих методов. Например, если в сточной воде содержатся ПАВ и их концентрация выше 50 мг/л, то для реализации процесса осаздения необходимо вначале провести мероприятия, позволяющие снизить концентрацию ПАВ или же заменить процесс осаждения другим методом очистки.

Вся эта информация представляет собой " Базу знаний наполнение которой осуществляют из различных источников: инструкции, книг, информации эксперта и т.д.

Задача классификации сточных вод формулируется следующим образом: Дано:

Множество независимых свойств объекта Р={Р,>

1 ' 2 * ' Ь

(методов очистки:нейтрализация, коагуляция, биологическая и т.д.)

М - признаков, характеризующих объект (концентрация, состав, содержание, рН и т.д.) '

Множество 0ю= 1 в031*08111** значений ш-го

признака, причем пт- число этих значений (концентрация - слабо кощантргрован, концентрировано, сильно концентрирована и т.д.

к а 0эк.. .х <2М - множество .всех гипотетически возможных состояний объекта исследования, при втом состояние а^А характеризуется вектором, _

¥(а11-а1г-'а1и)' ГДВ а±м€С1т' П1=1'М

Требуется :

На основании знаний эксперта для каждого состояния из А идентифициросать наличие соответствующих свойств (методов очистки) ю шетосгга Р. л тем самым построить классификация X.

множества А=11 Ко тапуа, чтобы соотояшо а,£А относилось к классу 1«0

К^если объект в отом состоянии обладает свойством К классу К0 - относят при а то л таккэ состояния, в котором объект не обладает ни одаи га рзссгатрп&геша свойств.

Исходя из особенностей очистки сточных вод, как объекта исследования, мохаю поота&кшшую задачу представить следувдш образом: .

1. Если объект исслэдошш в гладом состоянии о1«А «охат обладать несколькими из Рг, то результатом классификации будет покрытие мноЕества состояний А лодмногэствами классов Ко, К,,-

к2..,кь.

2. Если объект исследования в каждом состоянии а1«А может обладать только одним из свойств множества Р, то результатом классификации должно быть разбиение множества А на Ь+1 класс.

При структуризации задачи классификации используется гипотеза о различной степени характерности отдельных знаний каждого признака для каждого свойства ( или что тоже самое класс ).

Формально это можно описать следующим образом. Упорядоченное значение признака <Зт по их характерности для свойства Р1 позволяет ввести на 0 транзитивное и антирефлексивное бинар-

т

ное отношение (линейный порядок) ^.определяемое следующим условием: (Огоа.Чщ-^) если значение с^ более характерно для

свойства чем значение чтг.

На основе этих отношений моннс построить бинарные отношения доминирования по характерности для каждого свойства на множестве состояний объекта исследования, которые определяются следующим образом:

1 — 1 Н =<са8,аг)*АхА|Ут=1,М,(агт,а8тт1 и ^

Эт 1мп0.-т такое, что(ает ,агт0К ф. 1=1,1, (3)

о о 1

Естественно предположить, что если по некоторому состоянию эксперт определяет наличие у объекта какого-то свойства, то и состояние , описываемое набором значений признаков, не менее характерных для этого свойства , также обладает этим свойством, т.е. если V

а «к, и (а.,а )€!*.,, то а£К, (4)

В Х- В 1 ь 1

Отсюда следует, что если в некотором состоянии объект исследования не обладает каким-то свойством, то этим свойством не обладают и менее хараки .ные для него состояния, т.е. если:

ав?К1 и (а4,ав)ей:1, то аг1К1 ( 5 ) .

Используя вышеизложенное, разбиваем 0т - признак (концентрация) на множество .О,,,.^»^), где ^ - слабо концентрирова-

ны; ч - концентрированы; ат -сильно юз ¿центрированы; с^ -очень концентрированы. 4

Каждый из элементов множества 0т хвзобъем на подмножества.

например. ^ ^ ^ £т }

где: £т11 - низкослабоконцентрированы, £т12 - средне - слабо-концентрированы и £т1Э - высоко-слабо концентрированы.

Аналогично для остальных ^ , 1=2,3,4

Предположим, что по каждому, признаку эксперт может упорядочить его значения по их характерности для соответствующего метода очистки из имеющегося набора.

Подбирая таким образом к каждому признаку (щщентрация, состав, рН, и т. д. ) соответствующие свойства (методы очистки) формируется " база знаний" системы классификации сточных вод.

Система^классификация сточных вод"состоит щ ч&тцрех программных подсистем: по фазо-дисперсным харахтарэддоам, по концентрации, по химическому составу и по СЕ£>2от;вам примесей. Каадая из этих подсистем состоит из классов и подклассов.

Классификация сточных вод

псРфазо-дисперсной характеристике примесей

т ь

1

к к

г

по концентрации примесей

по химическому составу примесей_________

[*1

к

0

н Ц

е н т Р

а Ц

и я

1

к к

¿1 (А. Ш I1Л.

ш!пзШ1в1&

к к л л

преимущественно растворенные органические примеси

преимущественно растворенные минеральные примеси

поимущественно минеральные примеси

преимущественно органические примеси

по свойству примесей

содержание агрессивных примесей

содержание

токсичных

примесей

содерзание

биогенных

примесей

содержание РВ И СПАВ

Рис.1. Структура классификации сточных вод

Система классификации сточных вод работает следующим образом. После ввода исходных данных и формирования векторов, зада-

ётся Цель, допустим "провести классификацию по фазодиспврсной характеристике примесей". Затем извлекается показатель сточной водй, йбМекается "правило" и определяется соответствие цели с правилом , которое имеет вид:

ЕСЛИ УШХ15>> больше Х(А1) . 1 , (6)

ТО в С. В. есть примеси Х(В) где у, х - переменные; Ъ - посылка; Х^- значение элемента вектора к примеру ХПК.

При выполнении условия производится запись результатов в матрицу " классификация" 1X3 следующим образом : х ] 1, если выполняется условие ^ 1 0, в противном случае После выборки показателей по " фазодиспврсной характеристике" переходим к классификации сточных вод по остальным показателям согласно алгоритмов, принципы разработки которых изло-гены в диссертации. .

Синтез оптимальной системы водоочистки невозможно осуществить без наличия обобщенной технологической структуры очистки сточных вод.

Такая обобщенная схема очистки сточных вод должна представлять собой совокупность вариантов наиболее распространенных схем в практике проектирования и способна деформироваться в более простые, расширяться, дополняться и модернизировапся.

Для выбора альтернативных вариантов технологических схем очистки сточных вод из обобщенной схемы, а также методов очистки и их взаимное расположение в структуре водоочистки,обеспечивающих требуемую степень удаления загрязнений, разработана система синтеза технологической структуры очистки сточных вод.

При разработке этой сист. л. нами были использованы принципы работы ¡экспертных систем, знания которых представляются в виде продукции:

и); 0; Р; А * В; N (8)

здесь, J - имя продукции; й - характеризует сферу применения продукции; А =» В - ядро продукции; Р - условие применимости ядра продукции; N - описывает постусловие продукции.

Для выбора методов очистки разработан алгоритм, в основе, которого положено правило:

ЕСЛИ в сточной воде имеются примеси 1 - оЯ гуупта. < 9 ) ТО в матрице " М. 0. " Есе метода! очистки, нззгодяг

в 1 - ом столбце будет участвовать в процедуре выбора метода очистки.

Рассматривая в качестве примера сточные воды К(К) - класса, которые нужно очистить, получены методы очистки , определяемые вектором Х14Ш. Для упорядочивания этих методов, разработан алгоритм определения местоположения методов очистки в технологической системе водоочистки. Согласно этого алгоритма , присвоение порядкового номера методу очистки возможно при наличии соответствия цели правилу , например , процесс осаждения не может быть после процесса фильтрации.

ПРАВИЛО: Мо < Мф (10)

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ: N0 = №г.к. .

¡здесь N0 - порядковый номер процесса осаждения; Мф - порядковый чомер процесса фильтрации; Мтк - текущий порядковый номер.

Процедура классификации сточных вод

Выбор методов очистки для к-го класса сточной воды

Компоновка структур „ для к-го -класса сточной воды

Нет

Оценка каждого варианта структур

3

Комплексная оценка структур

Установление оптимальной структуры

Рис.2. Алгоритм формирования структуры системы водоочистки

Результаты возможных соединений методов очистки сточных вод КШ класса между собой в виде графов отношений и матрицы смежности представлены в диссертации,

Окончательное формирование оптимальной структуры системы водоочистки производится согласно алгоритма, приведенного на рис.2.

В качестве Критерия оптимальности предлагается использовать комплексную оценку вффективности очистных сооружений учитывай©» *затрата *устойчивость", "безопасность" :

Ь(Х2)=то1пШХ21),Ш2г),П(Х23),ШХ24),МХг5)) (11) МХэ)=т1п(МХЭ1),ЫХз2)) здесь : Ъ(Х1) - затраты включают в себя капитальные затраты на строительство Ь(Х11),и эксплуатационные затраты - Ь(Х12); Л(Хг) - "устойчивость" определяется устойчивостью системы к количеству поступающей воды - Ь(Х£1).устойчивостью системы к изменениям качеотва поступающей воды - МХгг), у.гойчивостио системы к загрязнениям в поступающей юде - Ъ(Х23), надежностью системы - МХ2д)и технологичностью системы - ЫХ25>; Ь(ХЭ ) -"безопасность" вклйчает оценку системы по создаваемым опасностям •» ЫХЭ1), оценку системы по влиянию на окружающую среду -

ь <х32).

Вели стоит задача, выбора среди множества альтернативных вариантов технологических схем, одной наилучшей, с точки арония затрат - МХ,) то используется выражение вида: П(Х1)=т1п(П(Х11),Ь(Х12))=(С1+ЕнК1), 1=1,2,...,1 (12)

Каждая 1-ая схема состс из 3 - способов очистки и тогда: "л Л

<^=10 ;К = £К ; где 3=1,1,... ,3 (13)

3-1 ,л 1 Л=1 1,3

В свою очередь в каждом 3-ом способе очистки используются т -аппаратов и :

) т

С, <= Е Е С. ;

1,3 ¿=1 т=1 1"},т

3 т . .

К. Е Е К, (и)

По каждой 1-ой схеме требуется обеспечение ограничен^ :

Pz,3*e'> 1=1'2.....U 2=1,2,...,2 (\5)

ГД0: P1,Z~ величина 2-Ой примеси ( БПК, ХПК, ПАЕ, фосф^тц ц т.д.) в очищаемом потоке по i-ой схеме; Рв ^ -заданное Еодче-ние требуемой очистки Z-ой примеси.

Комплексная оценка эффективности системы очистки е.тощщх вод (11) заключается в распределении весов меяду здтмтаки, устойчивостью и безопасностью с учетом конкретных условий.

Общая оценка значимости В (х) задается в виде :

Е(х) = Мах(М1п (h(Xl) /\g (F)) (16)

РеР(Х) XI € Р, где Р(Х) - множество подмножеств, образованных из элементов X. При E.TOM оценка значимости посылок ЩХ,), h(X2), h(X3)> в каждом подмножестве посылок X = (X,, Хг, Хэ> распределяется монотонно уменьшающими весами q(Q) следующим обрезом

1) q(0) =0, q(X )=1

2) если V Qr Qg. Q1 « Q^, тогда (17)

q(Qt) < q(Qg)

Таким образом, в этой гдавэ разработана методология проектирования оптимальных систем очистки сточных вод на основе блочного принципа.

В третьей главе рассматривая математическое моделирование как основу проектирования оптимальных систем очистки сточных вод изложены принципы их построения, имевдих ряд особенностей.

Отмечено качественное отличие бжхюгкчесшЖ системы очистки сточных вод от систем неживой природа. Это многокомпонентные, многофакторные, саморегулирующиеся и многоуровневые системы, находящиеся в постоянном материальном и энергетическом обмене с окружающей средой .

Поведение популяции микроорганизмов, которые участвуют в процессах изъятия загрязнений, как и всякой другой биологической системы исключительно многогранно. В ходе роста и развития популяции ("чтивного ила) накапливается биомасса, изменяется состав окружающей среды, передается в популяцию наследственная информация, осуществляются процессы мутации и селекции, идет борьба за существование, протекает целый ряд и других процессов, которые характеризуют эту систему .

другой отличительной особенность» системы очистки сточных год, как объекта моделирования, является нестационарность сос-

тава> содержания, концентрации и расхода сточных вод. И наконец иШсокообьемность" сооружений (авротенки имеют тысячи кубических Метров объема).

Исходя из вышеизложенного,была разработана математическая модель аэрэТеНка и вторичного отстойника.

С целью унйфйцйкйьёййй существующих схем организащш подачи потоков й сооЬукёййй рёз^эаботана обобщенная схема подачи сточной ЬОДЙ! йктЙВйоШ ЙМ & йЗротенки.

с позиций скствйНбМ айаЛйзй процессов, протекающих в аэ-ротенке, Микроурошнк определяется совокупностью физических, химических й бйохиМйческйх явлений, имекщих место в клетках ЯМкроорганйэМо^ ко^о^Йе оцениваются интегрально уравнениями кинетики.

К факторам макроуровня относятся эффекты гидродинамические, диффузионные крупномасштабного характера, структура которых в значительной мере ФорМйруетсй особенностями конструкции аппарата, характером и способом подачи сточной воды, активного ила и воздуха.

С учетом вышеизложенной; Математическая модъль, в предположении, что' хлопки актиййоМ йм и субстрат переносятся вы-сокотурбулизированным потоков Едкости* имеет вид:

аз аи

ах с1и

I

60 йи

(IX У„(1) (IX

+ х - и (11г ° р

(18)

агс у,(1 ас

= + ксп-^--и

(11 0 7

с граничными условиями

л-\ 0

(11 0 (11 0

при 1=0

(19)

(11 0 ■11 ~ <31" " .11

и

= О при 1 = Ъ

Система уравнений (19) деформируется, если схема организации потоков более простая. Так, если величина В,У1(1)и V (1) равны нулю ( физически это соответствует режиму вытеснения с сосредоточенной подачей сточной воды и активного ила. Система (1.9) будет, иметь вид :

(Б,Х,С)=0

(31 1

и^ - V2(Б,Х,0)=0 (20)

(31

+ »,(Б,Х,С)=0 £11 Л

с граничными условиями :

. ^ Б = Б Ьх; X = X Ъх; С = С Ьх при I = О (Ш

Если О/О, а у1(1)=у2(1)=0, то получим однолараметрическу» диффузионную модель:

г^ _ „ЙБ

<11г <11 1

- и^ * Ш_(Б,Х,С)=0 (22) <31 £31 2

л

- + *,<Б,Х,С)=0 с!1 (31 3

с граничными условиями (19).

Решения уравнений математических моделей находились по алгоритму, в основе которого использован метод стрельбы с использованием метода Рунге - Кутта для интегрирования дифференциальных уравнений и Ньвтона-Рафсона для решения алгебраических уравнений .

При использовании разработанных'математических моделей для решения конкретных задач необходимо иметь данные по кинетике процесса XI, С^, где 1 = 1, 2, 3, структуре и органи-

зации потоку (0 и О, а также величине растворенного,кислорода в гадкой фазе К. Со.

Анализ существующих кинетических зависимостей показал, что модель Герберта, представляемая уравнениями:

аэ бос

= -а-ц

Л 'V® (23)

<зх в-х

— - к--КХ

<« а кя+з

имеет больше возможности и при соответствующем подборе кинетических констант может быть использована % достаточной степенью точности для описания процесса очистки сточных вод разнообразного состава.

в«—Я

В уравнениях : <х=—--коэффициент усвояемости субстрата;

X ~ максимаяьная Удельная скорость роста микроорганизмов;

Кв - концентрация субстрата в среде, при которой ц =

К - характеризует гибель микроорганизмов.

Для математического описания процесса осаждения во вторичном отстойнике предлагаются разрастании модели на основе "теории канальцев" < 24 ) и "блочного принципа" (26).

С

И = АШ •С^-ехр(- рД- ) (24)

При разработке (24) предполагалось, что осаждаемый ил представляет ' одеяло с системой канальцев, служащих для обеспечения возможности вытеснения вода.

При описании структуры потока во вторичном отстойнике г виде ячеечной модели уравнения имеют над :

■<с1-г V • ^25)

(Ск-Г V

я чятвдпто» глявяг посвященной экспериментальным исследованиям биологической очистки сточных вод, приведены результаты исследований структур« потоков на экспериментальной установке "аэротенк" с пневмомеханической аэрацией, результаты исслвдо-

0

' " У1Я'П

(301 0 •

I я ш>-т,тш

<11

(3

= 7кя

ваиий гидродинамики пилотной установки "аэ1отенк - вторичный отстойник", алгоритмы расчета конструктивных параметров аэро-тенка и вторичного отстойника, экспериментальные исследования промышленных объектов и результаты уценки точности математической модели процесса биологической очистки сточных вод в аэротенках.

Для экспериментальной проверки теоретических положений и оценки параметров моделей была разработана и смонтщювана лабораторная установка "аэротвнк". Описание лабораторной установки приведено в диссертации.

В опытах снимались кривые йклйка на ступенчатые возмущения.

Для более полного приближения к рйаШШ усЙОЙММ работы действующих аэротенков и отстойников намй ШМ ¡рягработака й смонтирована пилотная установка, предстайляющай собой бйологическую систему "аэротенк - отстойник ". На ней 6НЛЙ проЬедеНЫ дополнительные исследования по изучению гидродинамической обстановки аэротенка и вторичного отстойника. Опйсанйй пШЮТНоЙ установки приведено в диссертации.

Благодаря тому» что установка расположена Пйра^леЛкНо с действующим сооружением, эксперименты были максимально приближены к реальным условиям (те же сточная вода; активный ил и воздух).

Результаты эксперимента свйдвтельст&уто о том, что: 1) величина Ре характеризующая гидродинамику аэротенка находится в пределах Ре = 2...8; 2) при переходе от чисто пневматгл еской аэрации к пневматической, степень перемешивания в аэутенке увеличивается.

Данные, полученные на полупромышленной установке соответствуют величине Ре = 6. ..11, т.е. совпадают с данными, полученными на лабораторной установке в диапазоне Ре = 6...8 .

Таким образом, результаты экспериментальных исследований подтвердили правильность теоретических предпосылок описания аэротенков однопараметрической модель».

Данные, полученные по процессу осаадения, указывают на неустойчивость работы вторичного отстойника действующего сооружения, откуда брали активный ил для эксперимента. '

Дня расчета конструктивных параметров аэротенка и вторичного отстойника разработаны соответствующие алгоритмы.

Предложенные алгоритмы могут быть использованы как при проектировании новых очистных сооружений, так и при реконструкции действующих.

Для проверки адекватности разработанных магматических моделей были проведены экспериментальные исследования промышленных очистных сооружений Новомосковского ПО "Азот" и Архангельского целлюлозно бумажного комбината, Шымкентского НПЗ.

Полученные данные, подтвердили результата исследований по структуре потоков на лабораторной установке и адекватность математических моделей реальному процессу.

В пятой гдаю в результате анализа системы очистки сточных вод щро. "Босфор" показало., ^то сточные вода фосфорных производств, 9 осцовдон.^о^мируится из стоков печного цеха, склада зуэлтого ^ос^р^а, ц^ха тонической фосфорной кислота.

В, $с состдаз, з основном,содаряатся фосфор, взвешенные вещества, Рг03, фтор. Величии рй колеблется в предел 1...5.

Для очистки этих стоков выбрана типовая схема, согласно которой ввод фяокулякга (шлиакрнязивда) в сточную воду осуществляется в трубопроводе ивжду даЯтрализаторои и вторично от-стсйгогкои. В то да время, структуре штока в трубопроводе близка к идеалыюцу вэтёснеки». в этой связи, введенный э сточные вода шжакриязкэд (ПАЛ) из мохет. равномерно распределиться по всеку объему обрабатываемой вода н етим самым не достаточно удовлетворительно обеспечивается сорбция молекулы полиакрила-, вида с отделькпм вэвеиекншя частица ж». Лигами словами, не достаточно эффективно проходит процесс образования флокул, что в конечном итоге определяет интенсивность процесса очистки сточных вод.

Для устранения этого недостатка необходимо схему очистки сточных вод дополнить аппаратом,способным обеспечить оптимальный редам проведения процесса хлопьеобразования.

Учитывая это, нами была, разработана конструкция аппарата "цилиндрическая мешалка", защищенная авторским свидетельством, достоинством этого аппарата является то, "то з нем совмещаются • возможности смесителя и камеры хлопьеоОразовяккя.

Этот аппарат высотой 1800 мм, диаметром 790 мм, состоящий из цилиндрического корпуса, двух роторов, выполненных в виде коаксиально установленных пустотелых цилиндров и вращающихся я противоположные стороны электродвигателями типа 11А8Ю7-Ш-л)-2,

мощностью 2„85 Кда яами смонтирован & цехе переработки фосфорной щайа ®Ю «фосфор* (рИс.З.).

Дйй математического олисанвд гидродинамической обстановки аппарата Шйй выбрана ячеечная модель» состоящая из трёх пос-ладовате«.нй соедабинн* зон с.продольным перемешиванием

Анад^з же кинетических зашсимостей процесса флокуляции Показал,, что наиболее удачным является уравнение, учитывающее образование и разрушение хлопьев:

= - (Кп-0,-5) + (К -Ср•б"') (26)

СП 01 р 2

\

-V

41

Рйс, 3. Камера адопЬеобразования с цкладдричесюш роторами, 1 - корпус» 2 - Патрубок ббоОа, 3 - патрубок вывода, 4 - внешний ротор» 5 - внутренний ротор, 6 -бал0 7 - привод, в - повштник, 9 - перёдаточные колёса.

Учитывая вышеизложенное, полную математическую модель процесса хлопьеобразования в аппарате можно записать:

«1С

й2С 1 (II2

<11

+к„с4с+к с<5„=о

0 1

р г

<1г0 <11

V Й1

йгС (10

0—г-ц

<11 <11

+ КС,С =0

+коо,с + крсгс-^о

с граничными условиями (2&-30)

О < 1 < 1,

1, < 1 < 12

1г < 1 < ь

(27)

^->0 - -°<оГ 0

(28)

Если же допустить, что величина коэффициента продольного перемешивания Р во всех зонах одинакова, то математическую модель (о?) посла соответствующих преобразований можно предста-

(31 1, 1, г й ^ ^

С . - С

Г (-Й2-) . - и-С . = 1>э<—) + - и-С +

г Ш 1г 3 <1е 1* 1*

С _ = С

гг 4 \

вить в безразмерной форме как:

О - Ре-^5- - (К.РеСа +К (Гт-.1рв Св)=-К0"п'1РеСа ' (Л)

№ £32 и р 0 '

с граничными условиями (32) 1 СЮ

1=с<°>; и (32>

Для получения количественных характеристик величины продольного перемешивания В проведены экспериментальна исследования на установке "цилиндрическая мешалка".

Методика проведения эксперимента и его результаты представ-лени в диссертации. В этой г» глава приведены блок охема расчета концентрации первичных частиц, решение уравнения (31) и результаты их расчета.

Анализ результатов расчета показал, что увеличение величины Кэмпа и Пекле приводи! к интенсификации процесса хлопьеоб-

разовэния.

ВинакыЖхнава разработаны методы интенсификации пгоцессов очистки сточных вед в системах водоочистки .

На основе разработанных математических моделей были рассмотрены различные варианты организации потоков аэротенка: сосредоточенная подача сточной воды и активного ;;ла; равномерно-рассредоточенная подача сточной воды при сосредоточенной подаче активного ила и неравномерно рассредоточенная подача сточной воды при сосредоточенной подаче активного ила. Изложет.

преимущества к недостатки каждого способа организации потоков аэротенка.

Для повышенм устойчивости к надежность' работы аэротенков (прк наличка существенных колебаний характеристик сточных вод) и интенснфу-исакации процессе окисления субстрата ¿енкроорганиз-каки предложен неравномерно рассредоточенный способ подачи сточной вода по соотношению"

Бч=-=-(33)

* ТГ

Предложенный способ организации потоков аэротенка Новомосковского ПО " Азот * позволил увеличить производительность очистных сооружений без дополнительных материальных затрат. Экономический эффект от внедрения этих мероприятий по цеху БХО НПО "Азот" составляет 57 тыс* руб. в год в ценах 1980.года.

Оценка степени влияния величины интенсивности перемешивания на процесс очистки сточных вод показал, что увеличение Ре от 3,0 до 9,0 сопровождается увеличением глубины очистки , Если концентрация сточной вода.поступающей на очистку, говна 240 г/и3, а концентрация активного ила 2000 г/м3и линейная скорость очищаемой жидкости составляет 104 м/ час, то при Ре = 3.0 на выходе аэротенка концентрация загрязнений падает до 28 г/м3, а при Ре = 9,0 такая же глубина очистки достигается угв в конце третьего коридора, т. е. 3/4 общей длины аэротенка,

Исходя иг этого , для увеличения скорости процесса оЧУа гкй сточных вод при интенсивном перемешиваний) предлагается секционирование аэротенков. Результаты зкСПвДОДеНтаЛьных исследований структуры потоков в аэротенках с 1га Одорированными перегородками показали хорошие результата.

Другим способом интенсификации процесса очистки сточных вод в аэротенках является проведение процесса в аэробно - анаэробных зонах. В аэробных зонах микроорганизмы насыщаются кислородом воздуха, а в анаэробных происходит доутилизация компонентов загрязнений с использованием ранее растворенного кислорода .

Предложенные мероприятия по интенсификации процессов биохимической очистки сточных вод внедрены на Шымкентском НПЗ и очистных сооружениях города Шымкента. Степень утилизации компонентов повысилась с 50...702 до 85...982, а экономический эффект на КПЗ составляет 2 миллиона 200 тысяч рублей в ценах 1992

года и 14 млн руб, в ценах 1993 г., на городских очистных сооружениях.

Одним из важных моментов при проектировании оптимальных систем водоочистки „ является использование системы ■'классификация сточных еод " разработанная в главе 2„ Для реализации алгоритмов этой системы был разработан пакет программ, который . состоит из восьми программных модулей,. Эти программные модули реализуют следугацие функции ;: формирование структур данных , в безэ данных (БД); корректировка БД (добавление, изменение, формирована лрзяад (БП); корректировка ЕЛ; списка, соо5п?уи^ (СС); корректировка СО: контроль ч, получение справочной информации о БД, БП, СС; клас-сг.^икщ'я, сточнвд вод; выводы результатов классификации сточных еод,.

Раэ^ботадная система классификации сточных вод в виде па-кэтоз, программ совместно с методологией проектирования опти-юлькнх систем очиоткя сточных вод, математическими моделями процессов очистки , алгоритмами расчета элементов очистных сооружений и критерием эффективности функционирования очистгах сооруязюЛ попользуются при проектировании йогах и реконструкции действую©« очистных сооружений.

Используя эти, разработки,Кыргызский научно-исследовательский и проектный инстщз* рзфонтвльотвв, прч лроектирокнпм ногах и рвконструхщп Х^Т^иу^Р. о«л:ст1ЫХ сооружений повысили степэгш ОЧИСТКИ СТОЧНЖ ЕОД. И УЕЗЛИЧМЯИ ИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ. РО-,02 )л ОИОЖМИЧвСКИЯ сффэкт от ¡рнэдройия в проект донных разработок составляет 12 или.руб., а оаидаешйМОО млн. в ценах 1593 годэ,.

ПросздаиниЯ анализ работы системи очистки сточных вод фосфорных производств, уля било отмечено рзнео, показал, что су-сествуюкий способ ввода гемакрЕШкзда а сточную воду, -в трубопроводе 1!эапу нейтрализатороа и вторчннм отстойником не обеспечивает равномерного переметгсэния реагента со сточной водой,в результате чого из достигается тг дуемая степень очистки сточ1шх под.

В этой связи были проведены промышленные исследования роботы очистных сооружений ШЛО " Фосфордополненные кэморой хлопьеобразования, разработанные и изложенные в пятой глав?.

Аппарат смонтирован на первой технологической нитке• пер-

вого отделения цеха переработки фосфорного шлама, между нейтрализатором и вторичным отстойником.

Анализ результатов экспериментальных исследований промышленных очистных сооружений показывает , что остаточная концентрация взвешенных веществ после аппарата " цилиндрическая мешалка " в сточной воде после 15-20 минутного отстоя составляет 80 - 170 мг/л., в то же время такая же вода,поступающая в отстойник, минуя аппарат после 30 минутного отстоя, составляет 1000 мг/л, т.е., практически не изменяется и остается такой же как после нейтрализатора.

Результаты этих исследований опробированы на ШЛО "Фосфор" и внедрены в Жамбылском АО "НОДФОС".

Предложенный способ организации технологических схем очистки сточных вод на АО "НОД ФОС" г. Жамбыла позволил повысить интенсивность процесса очистки сточных вод.

Экономический эффект от внедрения предложенных мероприятий составляет 17 млн.рублей в ценах 1993 года.

В г.рдьмой глава представлены особенности разработки систем очистки сточных вод химико-фармацевтических предприятий. Эти особенности, прежде всего,связаны с тем, что ассортимент выпускаемой продукции на этих предприятиях может изменяться в течение года и даже квартала, а это,в свою очередь, со.^вождается изменением состава , содержания , концентрации сточных вод В результате этого очистные сооружения этих предприятий , спроектированные в традиционных правилах и содержащие жесткую цепочку: нейтрализация , коагуляция и отстаивание.работают неудовлетворительно.

В настоящее время существует масса производств , которые в соответствии со структурой ассортимента выпускаемой продукции, технологическими процессами , их аппаратурным оформлением и т.д., относятся к гибким производственным системам . Эти предприятия требуют внедрения гибких систем водоочистки.

Под гибкой системой очистки сточных вод (ГСОСВ) будем понимать сложную и динамическую систему, способную в зависимости от изменения входных воздействий (параметры сточных вод).изменить свою организационно - технологическую структуру .

Исходя из этого , ГСОСВ при изменении характеристик сточных вод поступающих на очистку , способна проявить определенную гибкость и изменить свою структуру , свою организацию л.

свои параметры для удовлетворения требований предъявляемых оптимальным очистным сооружениям сточных вод .

Сформулируем это следующим образом: Допустим , предприятие в течение некоторого промежутка времени проводит смену ассортимента выпускаемой продукции - п раз. ' И при производстве одного 1-го вида ассортимента выпускаемой продукции возникают п - видов загрязнений с концентрациями:

Чвх^^вЛгв*.....с1,.ах> * <34>

требующие очистку до концентрации:

°1,ВЫх~^С1, 1ВЫх'С1,2ВЫх'"",'С1,тВЫх>

При производстве другого (1+1) вида продукции возникают сточные воды, содераащие к-видов загрязнений с концентрациями:

С =С ,С ,...,С ), (36)

1 + 1.ВХ 1+1,1ВХ 1+1,2вх 1+1,квх

требующие! очистку до концентрации .:

С1+1,ВЫх=^С1+1,1вых'с1+1,гвых'" ''С1 + 1,кВЫх'

Для этого, чтобы обеспечить степень очистки гида (35), требуется (1) вариант технологической схемы очистки сточных вод. Для обеспечения степени очистки (37), требуется другой -(1+1) вариант системы водоочистки, и наконец, для очистки сточных вод предприятий, где сменность товарной продукции производится п-рээ, трэбуотоя гибкая система, которая должна а зави-етягети от входных и глутроших параметров 'сточных вод, производить перэораентвю (поргстро?.ку) своей структуры к технологически реск/лах пзрттрсз такт - п раз.

Поетгано, что ттодоагкя проэктярования оптимальных систем содоочкстк» с статей классификации сточных сод, система сютеаа тохтлоптеогздх схем , математических мо-дздзй 1! I. д., ускгпго шгзт бить использовзна и при проекти-роклг:! ГСОСЗ . Но пг:» ВТОМ откэчоко , что в гибких системах очпатп) оточглх год юсбхосгто попользовать сооружения и аппаратуру, характеризуются сшгй ьзгагофункционэльностью.

Исходя го этого, была поставлена задача синтеза системы водоочистки Шшасентского УЛв. Но щи эхом , учитнвея , что сегодня ецэ нзт сооттатствуЕдего оборудования ; аппаратов для оргаиеацш полной гиб'юсти систем зодоочястки,мы рассматрява-т возможность использования существующих стандартных алеман-

с

тов очиотных сооружений.

Проведя классификацию сточных вод и используя систему синтеза технологических схем водоочистки , а также алгоритмы и программы выбора методов очистки и их упорядочение,были получены три структуры, это : 1 ) осаждение - нейтрализация - осаждение ; 2 ) осаждение - фильтрация - нейтрализация - коагуляция ; Э ) осаждение - фильтрация - нейтрализация - коагуляция - биологическая. Эти структуры обеспечивают очистку сточных вод соответственно I, Ш и IV классов.

Обобщая эти структурные схеми, получена система водоочистки, способная производить очистку стоков Шымкентского ХФЗ. Эта схема обсуждена на экспертном совете завода и одобрена . Отмечено, что она позволяет повысить надежность работы системы водоочистки при изменениях характеристик стоков. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенных мероприятий на ШХФЗ составляет не менее 25 тыс. руб. в ценах 1991 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1 . Проведен анализ существующего состояния проектирования схем очистки сточных вод. Показаго, что сточные воды предприятий разнообразны по своему составу, содержанию, концентрации, расходу и претерпевают изменения в широком диапазоне,- а проектирование систем водоочистки основывается, на эмпирических или полуэмпирических соотношениях.

2. Показано, что известные экономические критерии эффс -стадности не всегда удовлетворяют требованиям, предъявляемым к очистным сооружениям, и поэтому назрела необходимость тсзработ-ки обобщенного критерия оценки эффективности очистных сооружений.

3. Разработана система классификации сточных вод, которая состоит из подсистемы классификации сточных вод: по фазо-дис-персному состоянию примесей; по концентрации примесей; по химическому составу примесей и по свойству примесей.

Для реализации этих подсистем разработаны алгоритмы классификации сточных вод по вышеперечисленным показателям.

»■ 4. Разработаны и систематизированы отношения и правила отношений показателей сточных вод для формирования базы знаний, необходимо при формировании технологических схем очистки сточных вод.

5. Предложена обобщенная оценка эффективности очистных сооружений с учетом таких показателей как: экономические затраты, устойчивость системы к колебаниям характеристик сточных вод и безопасности окружающей среда, позволяющая произвести выбор оптимального варианта.

6. Раскрыты принципы и особенности построения математических моделей систем водоочистки,ваключающився а качественном отличия поведения микроорганизмов ет неживой природа, з высокой нестационарности характеристик еточних вод я я "влсоко-объбмности" элементов очистных сооружений. Исходя нэ этого, разработаны математические модели и алгоритмы расчета процесса очистки сточных вод в аэротенках, модели и алгоритм расчета процесса осаждения во вторичных отстойниках, модели и алгоритмы расчета процесса хлопьеобразования в камера в цилиндрическими роторами,

7. Выполнены теоретические и аксперименталыш исследования гидродинамических характеристик, рзэработшшх лабораторных и полупромышленных установок , Получены дзшшз о структуре потоков в аэротенках, отстойниках 1* камерах хлопьеобразования. Обоснована эффективность рассредоточение!! подачи сточных еод, установки перфорированных парегороДОК и чередование аэробно-анаэробных бон в аэротенках.

в. Разработана новая кензтрукция аппарата "цилиндрическая мешалка", определены пути интенсификации процессов коагуляции и оптимальные технологические схема очистки сточных вод фосфорных производств, дазшлявдз увеличить степень очистки про-ттвшш стонов, погасить производительность очистных сооружений.

9. В результате проведенных теоретических и'экспериментальных исследований разработаны научные основы проектирования оптимальных систем очистки сточных вод .

10. Сформулирована задача построения гибкой системы очистки сточных вод. Показана возможность использования разработанной методологии проектирования оптимальных систем водоочистки с жесткой структурой для проектировании гибких систем водоочистки.

11. Результаты работ внедрены на Шнмкентском ЛО "Фосфор", Шымкентском ХФЗ, Шнмкентском НПЗ, Новомосковском ПО " Азот Еамбнлском ЛО "НОДФОО", очистных сооружениях г. Иимкента и

Кыргызском научно-исследовательской и проектном институте строительства.

Суммарный экономический эффект от внедрения предложенных мероприятий составляет более 29 млн. руб., а ожидаемый-более 100 млн. рублей в ценах. 1992 - 1993 года.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

0Э - суммарные експлуатационнне затраты; Ен - нормативный коэффициэнт. экономической . эффективности капиталовложений; К, Кл, К_, К., К. 4, К« 4 - капитальные затраты на реализацию

о И 1 I» Л

технологической схемы очистки сточных вод, да базовому варианту, на 1-ую схему, на З-ый способ по 1-ой схеме, на го-ый аппарат 3-го способа 1-ой схемы; Эг -годовой экономический эффект; Сл, 0 , С., С, С. , -себестоимость очистки по базовому и предлагаемому вариантам, по 1-ой схеме, по 3-му способу 1-ой схемы, т- аппарата 3-го способа 1-ой схемы; С.В.-сточная вода; А.И. - активный ил; ОВ - очищенная вода; 62, бэ - расход сточной вода, активного ила и воздуха; ВПК -биологическая потребность в кислороде; ХПК - химическая потребность в кислороде; ПАВ - поверхностно-активные вещества; Р - площадь сечения; Ь -длина аэротенка; и - линейная скорость штока; V, (1), У£(1), У3(1)- функции, задающие распределение подачи сточной воды, активного ила и воздуха; В-коэффициент продольного перемешивания; Б, X, 0 - концентрация субстрата активного ила, растворенного кислорода; 8,(3,X,С), Вг(Б,Х,С), «3(8,Х,С) - кшеги-ческие функции изъятия субстрата, прироста активного им и потребление кислорода; АШ - характеризует влияние диаметра отстойника на осаждение; Кн - константа, учитывающая влияние ила; Сю - концентрация сухого вещества; « - скорость осаждения ила; и^, ив - скорости вытеснения воды через канальцы в иле и вдоль стены; й - радиус канальца; Х0 - толщина слоя ила; V , ^гя' V " °®ьеш ячеек первой, второй, пооледней ступени; О -общий расход сточных вод и активного ила; п - число ячеек; С1, Сг, С3 - концентрация взвешенных в первой, второй и последней ступени; п1, пг - численная концентрация частиц, участвующих в агрегации и разрушении; К0, Кр - коэффициенты образования и разрушения хлопьев; С - средний градиент скорости; т - показатель степени; г -среднее время пребывания; величина Сд=С Т; с1 - рггход сточной воды в 1-ой точке; п-число точек вюда с-точ-

дай ВОДЫ.

W*.

1. Есвнев E.K., Гордеев Л.С. Исследование структуры потока в аэротенка* при различных режимах работы к ард аппаратурного оформления . // Дел. ВИНИТИ N 3)85 - ?8-79q, fgrg Q, l-f2.

2. Гордеев Л.0., Есенов B.K. Математтоекая ВДвЛЬ процво-са бдохшческой очиатни оточит род автомэдйзйроеанного про-ектирорадш очистных соорудадай- //Автоматизация проектных и коне Г py;<?Q родах paflöfi ^д.докл. ВсёееюноД конференции 1979г.-0. 37Э - 374.

3. рсенов В.К., Гордеев Л.О. Алгоритм проектного расчета Язрзтенков для биохимической очистки сточных вод // Вестник Академии наук. Кзэ.0СЙ-К11.~1980г.-3 с.

4. Есенов BAL, Вилвва М., Расчет конструктивны* параметров аэротенка. //Современные машины и аппараты химических про-изводаУВ ( Тез. док. II Всесоюзной научной конференции .-Чимкент, fiSQ,- том, 1,-с. 90.

5. Есенов В.К. Интенсификация системы очистки сточных вод в биологических прудах. // Математичвскоэ моделирование сложных химяко-тохнологических систем (СХТО - III} часть 2.- Таллин, 1982.

6. Еседая з.к. , Колшшга А. Штеисирмтя л утесов очистки сточных ВОД S а&ротеняах о рассредоточенной шдачей сточных год. //Современно шиш и ашарагы xm.mecicix пгюиз-юдств: Тез. дскл. Ш- Всесоюзная научна* тфрИШЯ г Навои, 1984 .

7. Вовтв S.U., ÄAtzsim 0.0., Йж«шшши?1 аизда» при исследовании проблем едеш ркруквдзЯ ерэда. // йтодн кибернетики хпкйго-технолйягчёскги процессов (КШ1 - 1). Всесоюзная научная конфэрзнцзиН,)., 19Э4.

8. Йсеной В.К.» ГорЛзмЛ.О., ЛпвЖЭТОЗ А.Т., Тургумба-бв л. У, Шшаэгм еффеотяа»вга яэрот®нков путем установки в тн леррэщротжм пэрзгорэдок. Всесоюзная конференция.-Харьков, 1985 .

9. Есенов В,К. Интенсификация процессов очистки сточных вод фосфорных производств/УИзв- вузов. Сер, Химия >: химическая технолог,1Я,-19Э4,-И8.

10. Гордеев Л-С,, Есенов В.К., Тургумбаев А.А*. Оптимальная

система биохимической очистки сточных вод активным илом аэро-тенк - вторичный отстойник, // Математическое моделирование сложных ХТС. IV Всесоюзная научная конференция .-Одесса, 1985.

11. Есенов Е.К., Ахматова К.Т., Алсеметов А.Т. Стратегия интенсификации фосфорных производств на основе принципов и методов системного анализа. //BcecoitfiHöä совещание по фосфорной промышленности!- Чимкент, 1986,

12. Есенов Е.К., Гордеев Л.С., Калидолдин Б.А., Управление процессом биологической очистки сточных вод активным илом. //Материалы Всесоюзного совещания " Создание и производство пилотных установок для биотехнологических процессов. "-Пущино , 1987..- С. 21 - 22.

' 13. Есенов Е.К., ХЪрдеев Л. С. Принципы оптимальной организации систем биологической очистки сточных вод: Тезисы докладов Республиканской научно - технической конференции." "По проблеме Байкала".-Улан - Удэ , 1987.

14. Гордеев Л.С., Есенов Е.К., Алсеметов А.Т., Федорова Г.Ф. Повышение вффективности очистки сточных вод предприятий фосфорной промышленности. //СовмеЩвИНов МАХП. Всесоюзная конференция "Химтехника - 88", — Чимкент, 1988.

15. Ахметова К.Т., Есенов Е.К. Интенсификация фосфорных производств с использованием САПР. //Автоматизации и роботизация в химической промышленности". Всесоюзная научная конференция .-Тамбов ,1986,-С. 234.

16. Есенов Е.К., Гордеев Л.С., Тургумбаев А.У., Калвдол-дин Б.А. Математическое моделирование процессов биолол ческой очистки сточных вод активным илом , нефтеперерабатыгающих заводов. //Современные МАХП. Всесоюзная конференция "Химтехни-ка-88".-Чимкент, 1988.

17. Есенов Е.К. Разработка гибких систем очистки сточных вод//Изв. вузов,-1994,- Ю,

18. Ахматова К.Т., Черепанова Г.Г., Есенов Е.К. Извлечение фосфора из фосфорсодержащих шламов в аппарате динамической ко-агуляции//11 Всесоюзная научная конференция ТИХМ,-Тамбов,1988.

19. Есенов Е.К., Гордеев Л.С. Исмаилов С.У. Синтез гибкой системы очистки сточных вод химико- фармацефтического завода// II Всесоюзная научная конференция ТИХМ,- Тамбов, 1988.

20. Есенов Е.К., Мусин H.A., Калидолдин Б.А. Нелинейная на', апатическая модель процесса очистки сточных вод в ааротенке

с учетом продольного перемешивания // II Научно-техническая конференция Республики Казахстан "Научно-технический прогресс И экология"' Тезисы докладов,- Лктау - 27-29 мая 1992 <- T-I. -С. 73.

Калидолдин Б.А., Тургумбаев А.У., Палачев В.П., Есе-Нов Е.К. Математическая модель динамики процесса биологической очистки сточных вод // III Всесоюзная конференция "Динамика процессов и аппаратов в химической технологии"; Тезисы докладов. - Вороне» 12-18 октября 1990. — с. 40.

23. Есенов Е.К., Исмаилов С.У., Калидолдин Б.А. Механизм логического вывода в процедуре выбора методов очистки сточных вод// II Научно-техническая конференция Республики Казахстан "Научно-технический прогресс и экология"; Тезисы докладов -Актау - 27 - 29 мая 1992 , - 4.1 - С. 72.

23. Исмаилов 0.У., Есенов Е.К., Гордеев Л.С. Особенности формирования сточных вод химико-фармацевтических производств. //Казахский химико-технологический институт, _ Чимкент, 1990 .- 27с. Библиограф: 4 Наз!3> рус.-Деп. в Каз.ЮТНТИ 12.02.90. ДЗСНЭ Ка-90.

24. Гордеов A.C., Есенов Е.К., Исмаилов С.У. Система классификации сточных"вод для многоассортиментных производств . // Экология химических производств •: Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции-Свердловск 9-13 октября , 1990,-С. •• 34-35.

2Ь. Исмаилов С.У., Есенов В.К., Гордеев Л.0. О постановке задачи максимизации производительности гибкой системы очистки сточных вод. //Длкакжа процессов и агларзтов химической технологии: Тез. докл. Третьей Всесоюзной конферэнщи.-Воронея, 6-12 октября, 1990 - С. 119 - 120.

26. Есенов В.К., Шшлоз С.У., Гордеев Л.С. Элементы экспертной систем« для выбора технологической структуры водоочистки. // Проблемы лромкшдешой экологии :№яьузовский сбор-кик научных трудов. Казахский химико-технологкчеокий институт Чимкент, 1990. - С. 55 - 58.

27. A.C. N1576188. Устройство для перемешивания сточных вод . //Кафаров В.В., Гордеев Л.С., Есенов F.K. ч др. (СССР).

28. Апсемэтов А.Т., Гордеев Л.С., Есенов Е.К. Математическое моделирование процессов очисткч сточных вод в аппарате с цилиндрической мешалкой // Катода кибернетики хинико-техноло-

t

гчческих процессов: Тез. докл. III Всесоюзной научно-техничеО-кой конференции.-Москва, 1989,—С. 46.

29. Есенов Е.К., Алсеметов А.Т. О разработке камеры хлопъ-еобразования с целью интенсификации очистки сточных вод от взвешеннных примесей, i // Труды Международной научно-технической и учебно-методической конференции "Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования".— Шымконг, 1993.—С. 230-231.

30. Есенов Е.К., Гордеев Л.С., Апсеметов А.Т. Математическое описание динамики процесса флокуляции в аппарате с коаксиальными цилиндрическими роторами. // Динамика процессов и аппаратов химической технологий: Фаз. докл. Третьей Всесоюзной конференции.-Воронеж. 8-12 октября, 1990 - С. 44 - 4В.

31. Есенов Е.К., Апсеметов А.Т. Интенсификация, очистки сточных вод от взввшаШЫх Примесей. /Деп. в Каз.Гос. ИНГИ *4445-Ка 93.

32. Есенов E.K., licfaäiUiö£ С.У. Проектирование гибких систем . //Деп. Каз.Гос. ifliili ЦШ - Ка 93.

33. Есенов Е.К. Выбор оптимальной системы очистки сточных вод. // Экология И 1<сшШ1екс*ЙЯ переработка Мишрального сырья. Ккно-казахстанское отделение ШН РК.-Шимкенг, 1993.

34. Тургумбаев А.У.; ГорДееЙ Л.-С., Есенов Е.К. Динамическая модель процесса биох:ЙШёс&0Й ЬЧистки сточных вод. Ü Всесоюзная научная конференция кибернетики химико-тех ю-логических прэцессов?-Баку, 198?.

35. Есенов Е.К., ЧарвпвНОМ Г.К. Математическое описание процесса извлечения фосфора из шлама в АЦК. // Всесоюзная конференция "Динамика процессов и аппаратов химической технодо-гииГ-Воронеж, 1990.

36. Есенов Е.К., Тургумбаев А.У. Организация распределительного лотка вторичного отстойника системы биологической очистки сточных вод ШНГО. // Экология и комплексная переработка минерального сырья. Юхно-казахотанскоб отделение HAH PK?- Шымкент 1993.

37. Есенов Е.К., Исмаилов С.У. Сетевые модели для имитации работы гибких систем водоочистки. // Труды Международной научно-технической и учебно-методической конференции "Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования"-Вымкгнт, 1993.-С. 227-228.