Інтенсифікація роботи водоочисних споруд із зернистим завантаженням шляхом визначення раціональних значень тривалості фільтрування й промивки - Автореферат

Вирішення поставленої задачі може бути досягнуто вдосконаленням систем водопостачання, підвищенням ефективності їх роботи, впровадженням енергозберігаючих технологій і засобів автоматизації виробництва, застосуванням нових матеріалів і конструкцій. Роботу фільтрувальної споруди можна представити у вигляді двох послідовних і взаємоповязаних між собою робочих циклів - фільтрування та промивки. Розробка методик, що дозволяють визначати основні параметри режимів експлуатації фільтрувальних споруд за допомогою засобів автоматизації, в значній мірі дозволить підвищити ефективність і надійність роботи фільтрів, а також знизити екологічне навантаження на навколишнє середовище. розробити алгоритми керування роботою фільтрувальними спорудами; фільтрувальний споруда керування продуктивність розроблено алгоритми керування роботою фільтрувальними спорудами, що використовують оперативну інформацію роботи фільтрів.Виявлено, що для вирішення завдань підвищення ефективності фільтрувальних споруд окрім відомих методів інтенсифікації їх роботи (фільтрування в напрямку зменшення розміру зерен завантаження; фільтрування зі швидкістю, що зменшується по ходу потоку; фільтрування зі швидкістю, що зменшується в часі; використання фільтруючих матеріалів завантажень з високою пористістю та розвиненою поверхнею; підвищення ефективності регенерації завантаження та ін.) доцільно використовувати ще й пошук раціональних значень тривалості фільтрування й промивки (раціональних режимів роботи фільтрувальних споруд). При цьому керування роботою фільтром здійснюватиметься за допомогою методу адаптивного керування - керування, коли бажаний стан системи визначається на основі попереднього процесу керування (тобто на основі накопичення досвіду). У завантаженні залишається більша кількість невимитих забруднень, затриманих в ході процесу фільтрування, що призводить до зниження пористості завантаження, зростання втрат тиску в ній і, як наслідок, скорочення тривалості фільтрування Т і зменшення кількості профільтрованої води Wф. Основним критерієм оцінки роботи фільтрувальної споруди є витрати води на власні потреби Р, які визначаються як відношення обєму води, що витрачається на одну промивку Wпр, до обєму води, профільтрованої за один фільтроцикл Wф, і корисна продуктивність фільтра Vп - витрата фільтрату за фільтроцикл, отримана з 1м2 фільтруючого завантаження, за вирахуванням витрати води на промивку (рис.1) - Тут Z1, Z2, ZФ, ZФ0 - пєзометричні відмітки в колекторі сирої води, колекторі фільтрату, у фільтрі, початкова відмітка води у фільтрі (рівень жолоба), м; hрасп - напір в фільтрі, м; hз - втрата напору в завантаженні, м; V1 - швидкість подачі води у фільтр, м/год; Vф - швидкість фільтрування, м/год; Т - тривалість фільтроциклу, год; t, тпр - тривалості промивки, простою фільтра при промивці, год; S1, S2, - коефіцієнти опору комунікацій, с2/м5; ?ф - щільність затриманого осаду у поровому просторі, г/м3; L - висота фільтруючого шару, см; v - динамічна вязкість води, см2/с; mo - пористість фільтруючого матеріалу; dэ - еквівалентний діаметр зерен, см; Vпр - інтенсивність промивки, см/с; Vп - корисна продуктивність фільтра, м/год; Wф - обєм фільтрату, м3; Wпр - обєм води, витраченої на промивку, м3; G - маса забруднень, затриманих одиницею обєму завантаження, г/м3; Goct - маса забруднень, що залишилися в одиниці обєму завантаження після промивки фільтра, г/м3; F - площа фільтра, м2; Р - витрати води на власні потреби, %; ?СПР - різниця каламутності промивної води на виході з фільтра і каламутності фільтрату, яким промивається фільтр, г/м3.Проаналізовано відомі способи інтенсифікації фільтрувальних споруд і показано актуальність пошуку раціональних режимів керування роботою фільтрувальних споруд. Вивчено режими роботи фільтрувальних споруд та існуючі засоби керування їх роботою. Встановлено відсутність обґрунтованих рекомендацій за визначенням тривалості фільтроциклу T і промивки t для найбільш поширеного випадку - роботи при продуктивності, що знижується в часі. Визначено критерії оцінки ефективності роботи фільтра - витрата води на власні потреби Р і корисна продуктивність фільтра Vп. Запропоновано математичні моделі, що дозволяють відображати взаємозвязок вибраних засобів керування (Т і t) та основних технологічних характеристик фільтрувальних споруд.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Проаналізовано відомі способи інтенсифікації фільтрувальних споруд і показано актуальність пошуку раціональних режимів керування роботою фільтрувальних споруд.

2. Вивчено режими роботи фільтрувальних споруд та існуючі засоби керування їх роботою. Встановлено відсутність обґрунтованих рекомендацій за визначенням тривалості фільтроциклу T і промивки t для найбільш поширеного випадку - роботи при продуктивності, що знижується в часі. Визначено критерії оцінки ефективності роботи фільтра - витрата води на власні потреби Р і корисна продуктивність фільтра Vп.

3. Доведено, що найкращим методом керування роботою фільтрів є адаптивне керування.

4. Розроблено алгоритми оперативного й довгострокового керування роботою фільтра. Для скорочення числа послідовних наближень при пошуку раціональних величин Т і t рекомендовано застосовувати комбінований спосіб, заснований на пошуку рішень з використанням розроблених математичних моделей та бази даних.

5. Запропоновано математичні моделі, що дозволяють відображати взаємозвязок вибраних засобів керування (Т і t) та основних технологічних характеристик фільтрувальних споруд.

6. Для реалізації моделей обрано чисельний метод з використанням покрокового рахунку. Розроблено алгоритм розрахунку математичної моделі й вибрано крок часу, який забезпечує задовільну точність обчислень.

7. Проведено апробацію розробленої математичної моделі шляхом зіставлення результатів рішення ряду прикладних завдань з фізичними уявленнями про досліджуваний процес.

8. Проаналізовано існуючі методи оцінки ефективності впровадження запропонованого алгоритму, на основі чого для оцінки ефективності впровадження прийнято чистий дисконтний прибуток (ЧДП). Розроблено програму визначення економічної ефективності.

9. Запропоновані алгоритми було впроваджено на станції очищення води м. Південноукраїнська. Річна економія води на власні потреби контактного освітлювача площею 44 м2 склала 13,4 тис. м3, річний економічний ефект - близько 11 тис. грн, питомий економічний ефект 250 грн/м2.

1. Грабовский П.А., Горобченко А.И. Оптимизация режимов эксплуатации водоочистных станций с использованием современных средств автоматизации // Сб. материалов III международной выставки-коференции «Вода 2000». «Актуальные проблемы водоподготовки, водоснабжения и водоотведения стран Черноморского региона». Одесса, 14-16 сент. 2000 г. - Одесса, 2000. - С. 123-124.

2. Грабовский П.А., Горобченко А.И. Оптимизация режимов эксплуатации водоочистных станций // Сб. докладов Международного конгресса «ЭТЭВК-2001» - Экология, технология, экономика водоснабжения и канализации. Ялта, 22-26 мая 2001 г. - Ялта, 2001. - С. 127-129.

3. Грабовский П.А., Горобченко А.И. Способы управления работой скорых фильтров // Коммунальное хозяйство городов. Научно-техн. сб. ХНАГХ. - К.: Техника. - 2002. - Вып. 45. - С. 151-158.

4. Грабовский П.А., Горобченко А.И. Постановка задачи оптимального управления работой скорых водоочистных фильтров // Тезисы докладов V Международного конгресса «Вода: экология и технология» (ЭКВАТЭК-2002). Москва, 4-7 июня 2002 г. - М., 2002. - С. 344.

5. Грабовський П.О., Горобченко О.І. Керування роботою швидких водоочисних фільтрів // Науковій вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2003. - Вип. 22. - С. 132-136.

6. Горобченко А.И. Математическая модель и алгоритм управления фильтровальными сооружениями // Вісник ОДАБА. - Зб. наук. праць. - Вип. 11, Одеса: Астропринт, 2003. - С. 119-124.

7. Грабовский П.А., Горобченко А.И. Способы оптимизации работы фильтровальных сооружений // Тезисы докладов VI Международного конгресса «Вода: Экология и Технология» (ЭКВАТЭК-2004). Москва, 1-4 июня 2004 г. - М., 2004. - С. 559-560.

8. Горобченко А.И. Адаптивное управление работой фильтровальных сооружений // Сб. докладов Международного конгресса «ЭТЭВК-2007» - Экология, технология, экономика водоснабжения и

9. канализации. Ялта, 22-26 мая 2007 г. - Ялта, 2007. - С. 322-323.

10. Горобченко А.И. Математическая модель работы контактного осветлителя // Науковій вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2007. - Вип. 40. - С. 266-270.

11. Горобченко А.И., Гуринчик Н.А. Применение математического моделирования процесса фильтрования с переменной скоростью для получения оптимальных режимов работы фильтровальных сооружений // Программа и тезисы докладов XXXIV научно-техн. конфер. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ. - Часть 1. - Харьков, 2008. - C.162-165.

12. Грабовский П.А., Горобченко А.И. Гуринчик Н.А. Постановка задач оптимального проектирования и управления работой фильтровальных сооружений // Тезисы докладов VIII Международного конгресса «Вода: Экология и Технология» (ЭКВАТЭК-2008). Москва, 1-4 июня 2008 г. - М., 2008. - С. 15.