Статья

Название статьи АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕССЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ В МОДЕЛЯХ НИТРИФИКАЦИИ И ДЕНИТРИФИКАЦИИ
Автор О. И. Брикова, С. Е. Душин
Рубрика РАЗДЕЛ II. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ
Месяц, год 05, 2018
Индекс УДК 681.54
DOI
Аннотация Существующие модели, описывающие процесс биологической очистки сточных вод не учитывают влияния внешних факторов, таких как температура окружающей среды, рН и т.д. Целью данной работы является исследование влияния температуры окружающей среды на рост и развитие бактерий в процессе нитрификации и денитрификации. Модели нитрификации и денитрификации являются частями полной модели типа ASM1. В данной статье предложены нелинейные математические модели биохимической очистки сточных вод активным илом, построенные на основе динамических моделей нитрификации и денитрификации, с учетом влияния температуры окружающей среды. Приведены концептуальные модели процессов нитрификации и денитрификации, описывающие взаимосвязь компонентов в математической модели. В качестве влияющего внешнего фактора рассматривается изменение температуры окружающей среды. Развитие биоценоза происходит в ограниченном пространстве реактора при определенных технологических ограничениях и допущениях. Для описания зависимости скорости роста микроорганизмов от температуры внешней среды принимается эмпирическое уравнение Вант-Гоффа. Решаемые задачи заключаются в анализе влияния температуры внешней среды на биологические процессы нитрификации и денитрификации. На основе разработанных математических моделей были построены компьютерные модели в среде MATLAB/Simulink. Представлены результаты исследований для пяти различных температурных режимов. Изменение температурного режима осуществляется за счет постепенного увеличения и последующего снижения температуры окружающей среды до заданных значений. Приведены семейства графиков переходных процессов различных показателей при различных температурных режимах. Определены температурные режимы, которые создают наиболее благоприятные условия развития биоценоза бактерий и обеспечивают наиболее эффективную очистку. Представленные результаты моделирования подтверждают чувствительность поведения системы к температурным изменениям, а также необходимость поддержания постоянной температуры в биореакторе. Полученные результаты следует учитывать при построении многорежимной системы управления с целью улучшения показателей качества воды, снижения временных затрат на биологическую очистку и снижения конечной стоимость очистных сооружений.

Скачать в PDF

Ключевые слова Биологическая очистка; активный ил; нитрфикация; денитрифкация; математическое моделирования; температура внешней среды; ASM модели.
Библиографический список 1. Фролов Ю.П., Розенберг Г.С. Управление биологическими системами. Надорганизменный уровень. – Самара: Самарский университет, 2002. – 191 с.
2. Грудяева Е.К., Душин С.Е., Шолмова Н.Е. Анализ технологического процесса очистки сточных вод с мембранным биореактором // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – 2013. – № 5. – С. 48-56.
3. Душин С.Е., Красов А.В., Кузьмин Н.Н. Моделирование систем управления: учеб. пособие для вузов / под ред. С.Е. Душина. – М.: Студент, 2012. – 348 с.
4. Липунов И.Н. Очистка сточных вод в биологических реакторах с биопленкой и активным илом (расчет биофильтров и аэротенков): учеб. пособие. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. университет, 2015. – 110 с.
5. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. – М.: Стройиздат, 1980. – 200 с.
6. Henze M., Grady C.P.L., Gujer W., Marais G.v.R., Matsuo T. Activated Sludge Model No. 1.
– M.: Henze, – London: IAWPRC, 1987.
7. Henze M., Gujer W., Mino T. Activated Sludge Models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3.
– M.: Henze – London, 2000.
8. Gujer W., Henze M., Mino T. [et. al.]. Activated sludge model no. 3 // Water Science and Technology. – 1999. – Vol. 39, Issue 1. – P. 183-192.
9. Вавилин В.А., Васильев В.Б. Математическое моделирование процессов биологической очистки сточных вод активным илом. – М.: Наука, 1979. – 119 с.
10. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. – М.: АКВАРОС, 2003. – 512 с.
11. Базыкин А. Нелинейная динамика взаимодействующих популяций. – М., Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. – 368 с.
12. Stricker A., Racault E.Y. Application of Activated Sludge Model No. 1 to biological treatment of pure winery effluents: case studies // Water Science and Technology. IWA Publishing and the authors. – 2005. – Vol. 51, No. 1. – Р. 121-127.
13. Pazl I., Koloini T. ASM1 limitations modeling of wastewater treatment process // Acta Chim. Slov. – 2001. – No. 48. – Р. 625-636.
14. Petersen B., Gernaey K., Henze M. [et. al.]. Evaluation of an ASM1 model calibration procedure on a municipal–industrial wastewater treatment plant // IWA Publishing 2002 Journal of Hydroinformatics. – 2002. – No. 04. – P. 15-38.
15. Грудяева Е.К., Душин С.Е. Анализ динамики процесса нитрификации в модели биологической очистки сточных вод ASM1 // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – 2015. – № 1.
– С. 12-17.
16. Грудяева Е.К., Душин С.Е., Кузьмин Н.Н. Динамические модели управляемых биохимических процессов очистки сточных вод // Известия вузов. Приборостроение. – 2015.
– Т. 58, № 9. – С. 732-737.
17. Гордеева Ю.Л., Гордеев Л.С. Математическая модель непрерывного процесса в биореакторе с рециклом субстрата и биомассы // Вестник АГТУ. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. – 2013. – № 2. – С. 9-18.
18. Мурачев Е.Г. Методика построения системы управления технологическим процессом биологической очистки сточных вод на основе гибридных нейронных сетей // Известия МГТУ «МАМИ». – 2009. – № 2 (8). – С. 231-241.
19. Иванов В.Ф. Очистка городских сточных вод. – Одесса: ОНТУ ВСНХ УССР, 1929. – 512 с.
20. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и чистка сточных вод. – М.: АСВ, 2006.
– 704 с.

Comments are closed.