Реферат

Объем 110 страницы, 5 частей, 10 рисунков, 13 таблиц, 2 приложения, 30 источников литературы.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД, ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА, ЭКСПЕРТНО-ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, БЛОК БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.

Цель работы: разработать экспертно-диагностическую систему для управления процессом биологической очистки сточных вод, а также разработать блок диагностики аварийных и нештатных ситуаций с применением экспертной системы.

Для того, чтобы разработать эффективную систему диагностики был произведён анализ состояния проблемы автоматизации сооружений для биологической очистки сточных вод. Дополнительно были проанализированы возможности реализации системы диагностики нештатных ситуаций. В результате для системы автоматизации был выбран современный контроллер CompactLogixфирмыAllen-Bradley, также были выбраны необходимые приборы полевой автоматики. Было установлено, что наиболее эффективным и предпочтительным с точки зрения возможных изменений в мощности очистных сооружений, требований к качеству воды, сложности функциональных связей между входными и выходными параметрами процесса является создание экспертной системы для управления технологическим процессом.

Для создания диагностической модели процесса очистки сточных вод был проанализирован регламент, что позволило получить необходимую информацию о возможных нарушениях. Эта информация была формализована и представлена в виде продукционных правил.

Для создания экспертной системы была использована пустая программная оболочка экспертной системы KAPPAV2.4. Тестирование системы показало, что система правильно анализирует параметры технологического процесса очистки и в результате выдает отчёт оператору о проявившихся нештатных ситуациях, причинах их возникновения с рекомендациями о методах устранения.

В соответствии с требованиями к квалификационной работе, в записке представлены такие специальные разделы, как технико-экономическое обоснование проектных решений, а также перечень использованных во время написания проекта стандартов, норм и правил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 7

1. Аналитический обзор 9

2. Разработка системы автоматизации и выбор комплекса технических средств для блока биологической очистки сточных вод 29

3. Разработка экспертной системы управления процессом биологической очистки сточных вод 39

4. Синтез и исследование модуля диагностической экспертной системы 51

5. Технико-экономическое обоснование автоматизации блока биологической очистки сточных вод 58

Заключение 70

Список использованных источников 72

Приложение А. Заказная спецификация 75

Приложение Б. Программа экспертной системы в среде КАРРА 2.4 80

Введение

Проблема очистки сточных вод является актуальной проблемой, т.к. позволяет улучшить экологическую обстановку, уменьшить негативную нагрузку на окружающую среду. Естественно, что эффективность процесса существенно зависит от правильного соблюдения регламента, особенно это важно, т.к. в процессе участвуют живые микроорганизмы. Отсюда следует важность автоматизации процесса на современном уровне и актуальность поставленной в проекте цели: модернизации существующей системы автоматизации.

Модернизированная АСУ ТП биологической очистки сточных вод предназначена не только для эффективного управления оборудованием, обеспечения надежности его работы в технологическом процессе, а также для непрерывного контроля параметров процесса и диагностики возникающих нештатных ситуаций. АСУ ТП создается с целью повышения оперативности контроля технологического процесса, снабжения оператора в случае возникновения нештатной ситуации рекомендациями по их устранению.

Повышение эффективности работы очистных сооружений должно быть достигнуто за счет точного исполнения регламента эксплуатации сооружений, обеспечиваемого средствами автоматизации.

Перечень конкретных целей включает в себя следующие пункты:

• обеспечение обслуживающего персонала очистных сооружений полной, достоверной и оперативной информацией о технологическом процессе;

• повышение надежности работы сооружений за счет своевременного обнаружения нештатных ситуаций, определения причин, их вызвавших, и их ликвидации;

• повышение эффективности работы очистных сооружений за счет поддержания рациональных режимов работы, оперативности и обоснованности принимаемых решений по управлению технологическим оборудованием и высокой точности контроля их исполнения;

• хранение и регистрация информации о протекании технологического процесса;

• повышение уровня технической оснащенности и культуры труда обслуживающего персонала.

Для поддержки принятия решения операторами процесса, в рамках данного проекта планируется создание экспертной системы, которая при обнаружении нештатных ситуаций в ходе процесса, будут определять причины их возникновения и выдавать оператору рекомендации по устранению этих нарушений. Такой подход к управлению должен обеспечить выполнение поставленных целей по поддержанию оптимального режима функционирования блока биологической очистки и улучшению показателей качества процесса.

1. Аналитический обзор

1.1. Описание процесса очистки бытовых сточных вод

Очистка сточных вод в настоящее время имеет повышенное значение вследствие увеличивающейся с каждым годом нагрузки на окружающую среду. В основе метода биологической очистки лежит способность микроорганизмов использовать в качестве питательного субстрата многие органические соединения, содержащиеся в сточных водах. Трудности решения проблем биологической очистки сточных вод обусловлены сложностью физико-химических и биохимических процессов, лежащих в их основе.

Использование биологического метода очистки обусловлено его достоинствами: возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, простотой аппаратурного оформления, относительно невысокими эксплуатационными расходами. К недостаткам метода следует отнести большие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсическое действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений, необходимость обезвреживания активного ила (активный ил представляет собой сложный комплекс микроорганизмов разных систематических групп (бактерий, простейших, грибов), между которыми складываются определённые взаимоотношения). Самая многочисленная группа микроорганизмов в активном иле – бактерии.

Скорость биологической очистки зависит от концентрации органических загрязнений и доли органического вещества, способного окисляться в данном процессе. Она возрастает с увеличением концентрации субстрата и активного ила. Для повышения производительности процесс делится на стадии. Влияние кислорода на процесс биологической очистки сточных вод зависит от концентрации окисляемых веществ. С уменьшением концентрации субстрата влияние концентрации кислорода заметно снижается, поэтому максимальное повышение скорости очистки за счёт увеличения концентрации растворенного кислорода возможно только на начальных стадиях многоступенчатых схем.

До настоящего времени не существует системы биоиндикации процесса биологической очистки, и остаётся справедливым утверждение о множестве разноречивых данных, трактующих взаимосвязь качества очистки и специфических организмов. Это объясняется, прежде всего, особенностями микроорганизмов, обитающих в активном иле, его высоким адаптационными свойствами, благодаря чему одни и те же виды могут развиваться в разных экологических зонах, влиянием на его развитие сложного комплекса биотических и абиотических факторов. Основными абиотическими факторами, воздействующими на биоценоз ила, являются: температура, состав очищаемых сточных вод и наличие в них токсичных веществ, влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов; фактические концентрации и разнообразие растворённых питательных веществ, используемых микроорганизмами для роста; содержание растворённого кислорода в иловой смеси.

Управление технологическим процессом очистки в аэротенках должно преследовать как экологические, так и экономические цели: во-первых, обеспечивать заданную глубину или степень биохимической очистки сточных вод по концентрации или количеству снимаемых загрязнений; во-вторых, свести к минимуму отклонения в качестве очищенной сточной воды, вызванные колебаниями технологической нагрузки на входе в сооружения.

Для организации эффективного управления процессом биологической очистки необходимо получать оперативную информацию о ключевых параметрах процесса, таких как расход сточных вод, состав и концентрация загрязнений, интенсивность аэрации, концентрация растворенного кислорода и др., немаловажной остается проблема выбора режима очистки и управления им.

В этой части высокие требования предъявляются к управлению режимами массопередачи кислорода в водно-иловую среду. Процессы аэрации сопровождаются перемешиванием жидкости, которое является обязательным условием повышения скорости процесса биохимического окисления загрязняющих веществ. Эти процессы (аэрация и перемешивание) обеспечивают: адсорбцию кислорода из воздуха и десорбцию газообразных продуктов метаболизма из жидкости, равномерное распределение активного ила в аэротенке, градиент концентрации кислорода между зоной, соприкасающейся с поверхностью микрофлоры и общей концентрацией в аэротенке, механическое турбулентное воздействие жидкой среды на клетки и хлопья активного ила, разрушающее конгломераты.

Биологическая очистка сточных вод представляет собой результат функционирования системы активный ил - сточная вода, характеризуемой наличием сложной многоуровневой структуры. Биологическое окисление, составляющее основу этого процесса, является следствием протекания большого комплекса взаимосвязанных процессов различной сложности: от элементных актов обмена электронов до сложных взаимодействий биоценоза с внешней средой.

Результаты исследований показывают, что характерной особенностью сложных многовидовых популяций, к которым относятся и активный ил, является установление в системе динамического равновесия, которое достигается сложением множества относительно небольших отклонений активности и численности отдельных видов в ту или иную сторону от их среднего уровня.