Магистр ДонНТУ Петрова Екатерина Эдуардовна






ПЕТРОВА
Екатерина Эдуардовна

Факультет компьютерных информационных
технологий и автоматики

Кафедра электронной техники

Специальность «Электронные системы»

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ
СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
ПАРАМЕТРОВ АКТИВНОГО ИЛА НА ОЧИСТНЫХ
СООРУЖЕНИЯХ

Научный руководитель:
доц., к.т.н. Тарасюк Виктория Павловна


РЕФЕРАТ

Содержание реферата


Введение

Современные темпы развития промышленности и сельского хозяйства с каждым годом требуют все большие объемы водных ресурсов для удовлетворения нужд городов, населенных пунктов, заводов, фабрик, а также для оросительных систем земледелия. Очевидно, что одновременно с увеличением потребления воды промышленностью и сельским хозяйством растет и ее загрязнение, поскольку главным источником загрязнения водной среды являются сточные воды.

В Донецком регионе сосредоточена пятая часть промышленного потенциала государства. Здесь расположено около 1,5 тыс. крупных промышленных предприятий; около 70% произведенной в области продукции реализуется на внешнем рынке. По объему реализованной продукции в структуре промышленного производства более 82% приходится на экологически опасные производства: металлургическую (48%) и добывающую (12%) промышленности, электроэнергетику (10%), химическую, нефтехимическую и коксохимическую промышленность (13%). В то же время Донецкая область занимает в Украине первое место по сбросу загрязненных сточных вод [1, 2].

Основная масса сточных вод в Донецкой области, как и на всей территории Украины (около 80% от общего объема очищенной воды), очищается на биологических очистных сооружениях, которые являются мощным защитным экраном.

В табл. 1 представлена сравнительная характеристика основных методов очистки сточных вод.

Таблица 1 — Сравнительная характеристика основных методов очистки сточных вод.

Метод очистки
Сущность метода, преимущества, недостатки
Механический Нерастворимые частицы удаляют грубой фильтрацией, улавливателями и отстойниками. Когда-то это был основной способ обработки стоков большинства предприятий. Сейчас же его используют лишь для предочистки стоков
Химический На некоторых очистных сооружениях используются химические реагенты для очистки стоков. После реакции с реагентами нечистоты выпадают в осадок. Осажденные частицы изымаются механическим способом. Химический способ имеет малую эффективность при очистке сточных вод, содержащих много различных по своей структуре нечистот
Электролитический Через воду пропускают электрический ток, что вызывает выпадение в осадок большинства растворенных веществ. Несмотря на то, что такой способ имеет высокую эффективность, одним из его существенных недостатков является высокая энергозатратность
Биологический Наиболее эффективный и экономичный способ. Минерализация происходит благодаря биологическим процессам, способности бактерий активного ила обрабатывать растворённые вещества, содержащиеся в бытовых стоках. Такой способ подходит для вод, разных по происхождению своего загрязнения. В естественных условиях бытовые стоки подаются на поля для орошения, где их перерабатывают бактерии, находящиеся в грунте. Биологический метод используется также в автономных станциях по очистке сточных вод (СОСВ). Эффективность станций биологической очистки достигает 98%. Вода на выходе сравнивается по качеству с технической водой и может использоваться для соответствующих нужд [3].

Из приведенной в табл. 1 сравнительной характеристики методов очистки очевидно, что биологический метод наиболее эффективен для очистки стоков различного состава, и его эффективность может достигать 98%.

В основе метода биологической аэробной очистки лежит работа аэротенка и биологически активной массы — активного ила.

Активный ил — сообщество бактерий и простейших, обитающих колониями в виде взвешенных в воде хлопьев. В присутствии кислорода микроорганизмы поглощают и окисляют органические вещества. После переработки порции этих веществ активный ил надо отделить от очищенной воды и вернуть в загрязненные стоки, где процесс поглощения (очистки) продолжится.

Аэротенк — емкость (обычно прямоугольной формы) с активным илом и устройством распыления воздуха, который перемешивает поступающую сточную воду и насыщает кислородом [4, 5].

1. Актуальность темы.

В настоящее время сооружения очистки сточных вод в нашей стране работают неэффективно по причине морального и физического износа оборудования, недостаточного уровня автоматизации и недостаточной квалификации персонала, вследствие недостатка данных для принятия решений. Это вызвано тем, что ряд значений параметров трудно определяемы из-за отсутствия соответствующих измерительных средств.

Жесткие условия эксплуатации при несовершенстве технологического режима приводят к систематическим нарушениям условий работы аэротенков. Попытки улучшить работу существующих сооружений путем изменения системы впуска сточных вод, увеличения расхода воздуха, подаваемого дополнительной установки аэраторов часто оказываются технически трудно осуществимыми и приводят к незначительным результатам. Поэтому лучшим выходом из ситуации является использование автоматизированных систем контроля и прогнозирования условий работы аэротенка для улучшения их работы.

2. Постановка задачи исследований

Автоматизация управляемых процессов биохимической очистки сточных вод в настоящее время развивается в двух направлениях:

  1. Контроль качества поступающей воды (характер загрязнения, присутствие ПАВ, значение рН, присутствие токсинов);
  2. Контроль технологического процесса очистки (температура, наличие питательных веществ, содержание растворенного кислорода в иловой смеси, иловый индекс и др.) [6].

Популяции флокулообразующих бактерий составляют в иле (90-95)%, их функциональное состояние, активность и адаптивность к экологическим условиям аэротенков определяют устойчивость и эффективность биохимического окисления загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах. Экологические условия в аэротенках обеспечиваются совокупностью многочисленных влияющих на активный ил факторов, которые определяются конструктивными особенностями сооружений, условиями их эксплуатации и составу очищаемых сточных вод.

В процессе эксплуатации очистных сооружений регистрируется множество параметров, характеризующих качество очищаемых сточных вод. Это связано с необходимостью комплексного контроля всех процессов, влияющих на физиологическое состояние организмов активного ила, а следовательно, — на результат очистки. Комплекс параметров, характеризующих состояние активного ила, полученных при диагностике, может быть использован в системах прогнозирования для выявления причин, неблагоприятно влияющие на биомассу активного ила.

Таким образом проблема технологического контроля за процессом является актуальной, особенно в условиях повышения интенсивности использования биологического метода очистки сточных вод, а оперативное отслеживание состояния активного ила позволит прогнозировать состояние биологической среды аэротенков, и как следствие, степени и качества очистки загрязненных вод. Поэтому важной задачей является разработка электронной системы контроля параметров активного ила в аэротенке.

3. Цель работы:

  1. Разработка и обоснование структурной схемы электронной системы контроля индекса ила, поскольку нарушения в режиме эксплуатации сооружений в первую очередь сказывается на образовании хлопьев активного ила и их осадке, при ухудшении седиментационных характеристик ила он плохо отделяется от очищенной воды и вымывается из вторичных отстойников;
  2. Моделирование электронной системы контроля индекса ила.

4. Обзор существующих решений

Существующие современные методики расчета процессов очистки используют различные подходы и дают близкие результаты. С каждым годом количество разработок и методик расчета, применяемых на сооружениях очистки сточных вод, растет.

4.1. Мировые

В США для расчета аэротенков наибольшее развитие получила методика, разработанная в 1993 г. агентством по экологической защите EPA [7]. В странах Западной Европы для расчета объемов сооружений – методика расчета аэротенков для удаления биогенных элементов, разработанная Немецкой водной ассоциацией DWA [8, 9]. Наиболее распространенной общепризнанной методикой в Европе считается немецкий стандарт ATV-DVWK-A 131E [8]. В основу расчета аэротенков заложено определение минимального аэробного возраста активного ила, необходимого для сохранения и аккумуляции в нем нитрифицирующих бактерий [10]. Группа ученых Хенце М., Армоэс П.А., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. в своей книге [11] излагают методики расчета аэротенков при различных комбинациях известных параметров сточных вод, а также занимаются разработкой систем моделирования и прогнозирования.

Корпорация HACH-Lange объединила крупнейших мировых производителей аналитических систем для анализа качества воды: HACH (США), Dr. Lange (Германия), Polymetron (Франция), American Sigma (США), LACHAT (США), Hydrolab (США), Radiomert analytical (Дания). НАСН-Lange предлагает готовые решения для полевого, лабораторного и промышленного анализа. Совершенные портативные и лабораторные приборы с запрограммированными методиками анализа в сочетании с готовыми к употреблению, дозированными реактивами сокращают время анализа и сводят вероятность ошибки измерений к минимуму. Промышленные анализаторы НАСН-Lange предназначены для непрерывной работы, имеют огромный ресурс, просты в использовании, отличаются низким расходом реагентов и требуют минимального обслуживания. Простые и испытанные методики НАСН-Lange заслужили широкое признание по всему миру как у опытных аналитиков, так и у непрофессиональных пользователей [12].

Лаборатория Hydrolab разработывает многопараметрические инструменты определения качества воды, построенные на основе современных датчиков [13]. В Дании исследованиями и разработкой новых экологически чистых и устойчивых технологий занимается департамент инженерной экологии (окружающей среды) [14]. Деятельность института и научных исследований, обучения и инноваций ориентирована на темы: инженерия отходных ресурсов, городское водное строительство, инженерия водных ресурсов, экологическая химия и микробиология. В Финляндии разработкой программного обеспечение для экспресс-исследования в области микробиологии «Bioscreen C» занимается компания Transgalactic Ltd. Система «Bioscreen C» представляет собой устройство-инкубатор для мониторинга роста культуры на 200 проб в одном корпусе. Микробиологические кривых роста (мутности от времени) и сложные микробиологические расчеты генерируются автоматически на более чем 20 листах MS Excel [15].
Немалый вклад в изучении темы биологической очистки воды, свойств активного ила ученых инженерного отдела водных ресурсов Королевского технологического института (Royal Institute of Technology (KTH), Стокгольм, Швеция) [16].

Значительный вклад в разработку современных методов расчета сооружений биологической очистки с удалением соединений азота и фосфора внесен учеными из Санкт Петербурга [17]. В основу расчета положена суточная нагрузка на ил по БПК Нi (кг/кг·сут), на основании которой затем определяется необходимая масса ила в сооружениях и вместимость аэротенка. Проблемой разработки типовых проектов современных сооружений очистки от органических и биогенных (азота и фосфора) элементов занимается работники Московского института коммунального хозяйства ВНИТИБП Баженов В.И., Денисов А.А., авторы работы «Проектирование современных комплексов биологической очистки сточных вод». Баженовым В.И. получена рециркуляционная модель биохимических процессов, обеспечивающая высокую степень корреляции аналитических зависимостей с данными экспериментальных исследований и надежность применения при проектировании промышленных очистных сооружений. На основании проведенных исследований разработаны методические рекомендации по оптимизации рециркуляционной модели биохимических процессов аэробной биологической очистки и методические рекомендации по инженерным вопросам проектирования сооружений аэробной биологической очистки сточных вод предприятий агропромышленного комплекса [18]. Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте биологической промышленности РАСХН и Московском институте коммунального хозяйства и строительства.

Маршалов О.В., Качанов Е.А., Рыжкова В.А., Абубикорова Ю.Р., студенты и аспиранты филиала ЮУрГУ г. Златоуста, целью проводимых исследований ставят разработку метода интенсификации процесса биологической водоочистки сточных вод. Ими опубликована работа «Математическое моделирование процесса биологической очистки сточных вод флокулирующим активным илом» [19]. В результате установлено, что одним из важных параметров, влияющих на скорость биологической очистки, является размер флокул активного ила. Воздействуя на ил с целью диспергирования хлопьев, можно интенсифицировать процесс очистки.

4.2. Национальные

На национальном уровне разработкой методов доочистки сточных вод с помощью водорослей и высших водных растений занимается Отдел биотехнологий и фиторесурсов Института биологии южных морей им. А.О. Ковалевского. Национальная академия наук Украины. Вавилиным В.А., Васильевым В.Б. написана книга «Математическое моделирование процессов биологической очистки сточных вод активным илом» [20]. В основе представленных в книге расчетов лежит экспериментальное исследование кинетических характеристик активного ила.

Есиным М.А. (НПФ «Экополимер», г. Харьков) на основании базовых критериев расчета предложена методика расчета аэротенков с удалением соединений азота и фосфора [10].

Большой вклад в национальные разработки в области водоочистки внесли Горносталь С.А., преп., НУГЗУ, Кириченко И.К., д-р физ.-мат. наук, проф., УИПА, Созника А.П., д-р физ.-мат. наук, проф., НУГЗУ. Ими исследована возможность улучшения качества биологической очистки сточных вод в аэротенках, установлено, что при реализации системы очистки в виде аэротенк-вытеснитель можно уменьшить концентрацию загрязнений, сбрасываемых в природные водоемы, приблизительно в 20 раз и повысить экологическую безопасность очистных сооружений [21]. На основе предложенной математической модели биологической очистки сточных вод в аэротенке проведен анализ работы аэротенка в различных условиях в зависимости от точек подачи, интенсивности подачи сточных вод и концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистку. На основе обобщения моделей биологической очистки в идеальных аэротенках предпринята попытка описать явления очистки в реальных сооружениях. Показано, что такие модели не пригодны для этих целей. Предложена новая математическая модель, результаты расчетов по которой позволят разработать рекомендации по предотвращению чрезвычайных ситуаций, связанных с попаданием в водоем недостаточно очищенных сточных вод [22, 23, 24].

4.3. Локальные

В Донецком национальном техническом университете вопросом биохимической очистки занимаются Федюн Р.В., Попов В.А., Найденова Т.В. (каф. «Автоматизированные системы управления»), в их работе «Принципы построения динамической модели процесса биохимической водоочистки» произведена декомпозиция процесса биохимической водоочистки на технологические модули. Обоснована структура модели процесса биохимической водоочистки с учетом связности параметров технологических модулей [6].

Найденова Т.В., Юрченко Р.В. (каф. «Автоматизированные системы управления») выделили комплекс контролируемых параметров технологического процесса очистки сточных вод для разработки эффективной модели системы автоматического контроля седиментационных свойств ила в аэротенках [25].

Приходченко Б.В., Тарасюк В.П. в работе «Математична модель аеротенку коридорного типу, що працює в умовах технологічного процесу біологічного етапу очищення стічних вод» [26] приводят результаты построения математической модели технологического процесса биологического этапа очистки сточных вод вплоть до этапа биохимических превращений, происходящих в аэротенке. В статье детально рассмотрен математический аппарат для определения гидродинамической структуры потоков в аэротенках коридорного типа. Также определены основные элементы структурной схемы компьютерной информационно-измерительной системы.

5. Выбор метода контроля

Задача обеспечения высокого качества очистки сводится к поддержанию удовлетворительного физиологического состояния активного ила и его ферментативной активности. Наиболее важными факторами, влияющими на развитие и жизнеспособность активного ила, являются температура, наличие питательных веществ, содержание растворенного кислорода в иловой смеси, значение рН, присутствие токсинов [4].

Информацию о флокуляции и осаждаемости ила дает иловый индекс. По определению, индекс ила — величина, обратная концентрации ила в иловой фазе после получасового отстаивания (1):


I = V0.5 / d, (1)

где V0.5 — доза ила по объему, см3/дм3; d — доза ила по массе, г/дм3.
Для удовлетворительной работы доза ила в аэротенках не должа превышать 3 г/дм3 [4].

На рис. 1 показана осаждаемость активного ила при удовлетворительных седиментационных характеристиках и высоком качестве очистки, обеспечиваемом таким илом.


Рис. 1 — Осаждаемость активного ила с удовлетворительными седиментационными характеристиками

Проведенная математическая модель показывает, что для обеспечения удовлетворительных условий жизнедеятельности ила и удовлетворительного режима эксплуатации сооружений необходимо поддерживать стабильность индекса ила.

Присутствие в аналитическом выражении (1) дозы ила по объему указывает на преимущество использования измерительного устройства в виде сосуда изначально известного объема, в котором необходимый расчет дозы ила V проводился бы бесконтактным способом во избежание взбалтывания исследуемой пробы. Поставленному требованию удовлетворяет оптический метод анализа мутных сред, основанный на измерении интенсивности поглощенного ими света, — турбодиметрии, который лишь в незначительной степени уступает аналитическим методам. Преимущества метода заключаются в его чрезвычайной чувствительности и скорости [27].

Таким образом, в электронной системе контроля индекса ила использован измерительный преобразователь, реализующей оптический метод анализа мутных сред, а именно фотопреобразования рассеянного от частиц ила света.

6. Решение задачи

Предлагаемая электронная система контроля индекса ила состоит из измерительной части, системы преобразования и управления на основе микропроцессора. Структурная схема системы контроля индекса ила представлена на рис. 2.


Рис. 2 — Структурная схема электронной системы контроля индекса ила

Основной принцип функционирования электронной системы заключается в определении мутности по всей длине исследуемого сосуда с илом по изменению интенсивности света, рассеянного под любым углом. На рис. 2 обозначены: УВХ — устройство выборки и хранения, МКПС — микропроцессорная система.

Измерительная часть представляет собой блок освещения, блок фотоприемников и седиментационный сосуд (рис. 3), по всей длине которого расположены фотопреобразователи 3 на основе фотодиодов, а в верхней части сосуда светоизлучатель 2. Предлагаемая конструкция измерительного устройства имеет отверстие для заполнения сосуда иловой смесью 4. Датчик уровня жидкости 1 срабатывает при заполнении необходимого объема пробы, сигнал от которого поступает в микропроцессорную систему, где формируется сигнал остановки электромеханизма забора пробы [11].


Рис. 3 — Конструкция измерительного устройства

Освещение осуществляется с помощью светоизлучателя, в качестве которого использован светодиод. Для возбуждения светоизлучателя использована схема ТТЛ-формирователя с активным высоким уровнем.

После заполнения емкости исследуемая жидкость отстаивается в течение 30 минут, причем каждые 3 минуты включается освещение и производится измерение освещенности по всей длине сосуда с помощью фотоприемников, судя по которой можно сделать вывод о плотности осадка, а значит и объеме, занимаемом осадком, по всей длине измерительного устройства.

Для коммутации выходов фотопреобразователей освещенности ко входу устройства выборки-хранения (УВХ), а далее к АЦП, использовано мультиплексорное дерево из аналоговых мультиплексоров. Управление мультиплексорами осуществляется при помощи кода выборки, поступающего от микроконтроллера. Сигналы, коммутированные мультиплексорным деревом, поочередно преобразуются с помощью АЦП и записываются в память микроконтроллера. Далее светоизлучатель отключается, микроконтроллер производит расчет дозы ила по объему и индекса ила.

По истечении 30 минут строится седиментационная характеристика на дисплее.

Микропроцессорная система на основе микроконтроллера управляет блоками взаимодействия с измерительным устройством, электромеханизмом забора пробы, блоком коммутации, преобразованием сигнала с помощью АЦП, устройствами ввода-вывода: блоком кнопок, графическим дисплеем, интерфейсом для интеграции с персональным компьютером RS232.

Алгоритм функционирования системы приведен на рис. 4.


Рис. 4 — Алгоритм функционирования измерительной части системы контроля индекса ила
(анимация: 7 кадров, 5 циклов повторения, 136 Кб)

Принцип работы устройства измерительной части системы с использованием рассеянного света представлен на рис. 5.


Рис. 5 — Принцип измерительной части прибора с использованием рассеянного света. L — источник света (светоизлучающий диод); О1, О2 — первый и второй объективы; Pr — проба; Е — приемник (фотодиод)

Приемник Е (фотодиод) находится за пробой на оптической оси прибора, измеряющего затухания свечения, вызванное рассеянием света, т.е. определяет мутность пробы [28].

Поскольку активный ил представляет собой дисперсную систему с множеством дисперсных фаз, доли испытывают воздействие молекул среды. Кривая осаждения полидисперсной суспензии показана на рис. 6. На рисунке обозначены q1 — количество крупной фракции с размером частиц от rmax до r1, %; t1 — время оседания фракции; q1; q2 — количество фракций с размером частиц от r1 до r2, %; t2 — время оседания фракции. q2; q3, q4 аналогічно q1, q2 [29]. Кривая оседания активного ила как зависимость объема, который занимает осадок от времени осадки являются седиментационной характеристикой, приведенной выше на рис. 1.


Рис. 6 — Кривая оседания полидисперсной суспензии

Кривая оседания полидисперсной суспензии на рис. 6 и экспериментально полученная в [4] седиментационная характеристика активного ила на рис. 1 не являются прямыми и не имеют изломов, чаще всего это плавные линии. Это указывает на то, что система непрерывная динамическая. Оседание ила равномерное и плавное. К тому же скорость оседания крупных хлопьев ила (фракция q1 по сравнению с фракцией q2 на рис. 4) быстрее, поэтому они образуют осадок на дне сосуда. В таком случае рассеянный свет в низших слоях значительно меньше, чем в верхних. Более того, если для нижних слоев интенсивность рассеянного света уменьшается в верхних наоборот увеличивается благодаря оседанию более легких фаз суспензии и, как следствие, уменьшение мутности. Таким образом, концентрация ила, что влияет на интенсивность рассеивания света, в конкретном выбранном объеме dV зависит от времени осаждения и высоты от дна сосуда.

В идеальном случае принимаем характер осаждения от времени и высоты C(h,t) экспоненциальным.

На рис. 7 изображено семейство характеристик зависимости концентрации активного ила в седиментационном сосуде от времени и высоты от дна, полученное путем моделирования соответствующих характеристик в системе MathCad. По концентрации на момент начала осаждения (t=0) принято С=2 мг/л (по всему объему пробы), h16>h15>..>h0. Для t>0 концентрация определяется по объему осадка и осветленной воды, поэтому в нижних слоях пробы концентрацию возрастает и превышает 2 мг/л, а в верхних наоборот уменьшается.

Аналитически зависимость концентрации от времени имеет вид (2) для верхних слоев и (3) для нижних:


C(t,a) = Cм · e-t·a,

C(t,a) = Cм — Cм · e-t·a,		 (2)

(3)

где Cм — концентрация ила по всему объему седиментационного сосуда; a — коэффициент, учитывающий коэффициент поглощения и высоту от дна сосуда, a=f(k,h) — линейная функция.


Рис. 7 — Зависимость концентрации активного ила от времени и высоты от дна сосуда.

Поскольку среда активного ила по длине сосуда неоднородна, освещенность по всей длине сосуда можно описать совокупностью уравнений освещенности на каждом измеряемом уровне от дна сосуда E={E1, E2,.., En}.

Объем осадка (4) определяется по уровню освещенности фотодиодов E1≥E2≥...Em>>Em+1≥Em+2≥..≥En, где E1 — фотодиод у дна сосуда, En — фотодиод вверху сосуда, Em>>Em+1 — граница осадка и осветленной воды;


V = m · l · π · d2, (4)

где l — расстояние между фотодиодами; m — число фотодиодов, зарегистрировавших осадок; d — диаметр сосуда.

Принцип работы устройства измерительной части системы основан на измерении рассеянного света фотодиодом, включенным в фотопреобразователь. Напряжение на выходе i фотопреобразователя определяется выражением:

Uфп вых i = f(Eвх фп i(C)), (5)

где Eвх фп i = Ei — освещенность на i уровне измерения, зависимость от концентрации.

Фотопреобразователь представляет собой преобразователь освещенности в напряжение на основе фотодиода, включенного во входную цепь операционного усилителя (рис. 8).

Рис. 8 — Схема фотопреобразователя на операционном усилителе
Рис. 8 — Схема фотопреобразователя на операционном усилителе

Напряжение на выходе преобразователя определяется как


Uфу вых(С) = Iфп(С)·10-6 + Eсм1 · R5 / (R5 + R4), (6)

где Iфп(С) — зависимость фототока от концентрации ила; R6 — сопротивление в цепи обратной связи;
E — напряжение смещения; R4, R5 — делитель напряжения [30, 31, 32].

Поскольку концентрация ила меняется по экспоненциальному закону от времени на текущей высоте сосуда, построено семейство характеристик фототока фотодиода от концентрации ила для t от 0 до 15 мин. с шагом 2,5 мин. (см. рис. 9) в верхних и средних слоях седиментационного сосуда. При этом рисунку а) соответствуют характеристики осадка на максимальной высоте от дна сосуда (для верхнего фотодиода из блока фотодиодов), рисунку б) — характеристики, полученные для середины сосуды. На рис. 9 видно, что фототок изменяется незначительно, а скорость его изменения также уменьшается с увеличением времени отстаивания и объемом, который занимает осадок.

Из результатов, приведенных на рис. 9, следует, что при изменении концентрации ила по длине сосуда, а значит и индекса ила, в диапазоне от 0 до 2 мг/л ток фотодиода изменяется в незначительных пределах (1.0-1.8 нА). Выходное напряжение преобразователя для этих концентраций изменяется от 4.7 до 4.8 В. С учетом собственных шумов преобразователя на входе порядка 0.01 мВ и коэффициента преобразования усилителя (около 108 А/В) пороговая чувствительность составляет 0.01 мг/л, что удовлетворяет техническим требованиям к системе. Максимальное выходное напряжение составляет 0,1 В, что обеспечивает динамический диапазон усилителя без переключения диапазона измерения.


Рис. 9 — Семейство характеристик фототока фотодиода от концентрации ила для t=0, 2.5..15 c
а) на максимальной высоте от дна сосуда; б) на середине сосуда

Зависимость напряжения на выходе фотопреобразователя от концентрации ила изображена на рис. 9 для t от 0 до 15 мин. с шагом 2,5 мин. в верхних слоях пробы.


Рис. 10 — Зависимость напряжения на выходе фотопреобразователя от концентрации ила

Выводы

В проведенной работе:

При написании данного реферата квалификационная работа магистра еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: декабрь 2012 г. Полный текст и материалы по теме работы могут быть получены у автора или научного руководителя после указанной даты.

Список литературы

  1. Доклад о состоянии окружающей среды в Донецкой области. Под ред. С.Третьякова, Г.Аверина. — Донецк: 2007 г. — 116 с.
  2. Мухин В.В. Гигиеническая оценка микробного загрязнения и обеззараживания сточных шахтных вод Донецкой области / В.В.Мухин, Г.В.Бакун, А.Д.Амирбеков // Актуальные проблемы транспортной медицины. — 2008. — № 4 (14). — с. 65 — 71.
  3. Компания «Ювента-Групп». Профессиональная очистка производственных и бытовых сточных вод. — http://waterclean.com.ua/biologicheskaya-ochistka-stochnyih-vod.html.
  4. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. — М.: АКВАРОС, 2003 г. — 512 с.
  5. Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод / С.В.Яковлев, Я.А.Карелин, Ю.М.Ласков, В.И.Калицун. — М.: Стройиздат 1996, с. 588 — 594.
  6. Федюн Р.В. Принципы построения динамической модели процесса биохимической водоочистки / Р.В.Федюн, В.О.Попов, Т.В.Найденова. Наукові праці ДонНТУ. Серія «Обчислювальна техніка та автоматизація». — 2010 — Вип. 18 (169). — c. 172 — 179.
  7. Process Design Manuel for Nitrogen Control. – U.S. Environmental Protection Agency. (EPA/625/R-93/010 ). – Office of Research and Development. – Cincinnati, OH. – 1993. – 311р.
  8. Standard ATV-DVWK-A 131E. Dimension of Single-Stage Activated Sludge Plants. – 2000. – 57 p.
  9. Kayser R. New German design for single stage activated sludge plants. // Water Science and Technology. — 2000. — Vol. 41. — № 9. — pp. 139 — 145.
  10. Есин М.А. Современные подходы при расчете сооружений биологической очистки с удалением соединений азота и фосфора / «Науковий вісник будівництва». Збірник наукових праць. — Випуск 57, 2010. — URL: http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Nvb/2010_57/esin.pdf.
  11. Хенце М. Очистка сточных вод / М.Хенце, П.Армоэс, Й.Ля-Кур-Янсен, Э.Арван. — М.: Мир, 2009 г. — 480 с.
  12. Продукция корпорации HACH-Lange. — http://www.hach.ru/.
  13. Environment Protection: Hydrometry, Water Quality, Meteorology. — URL: http://www.hachhydromet.com/web/ott_hach.nsf/id/pa_home_e.html
  14. The Department of Enveronmental Engineering. — URL: http://www.env.dtu.dk/English.aspx
  15. Microbiology Reader Bioscreen C. — URL: http://www.bionewsonline.com/b/5/bioscreen_c_reader.htm
  16. Королевский технологический институт (Royal Institute of Technology (KTH), Стокгольм, Швеция). — URL: http://www.kth.se.
  17. Мишуков Б.Г. Технология удаления азота и фосфора в процессах очистки сточных вод / Б.Г.Мишуков, Е.А.Соловьева, В.А.Керов, Л.Н.Зверева. — СПб.: Издательство журнала «Вода: технология и экология», 2008. — 144 с.
  18. Баженов В.И. Комплексная рециркуляционная модель биохимических процессов аэробной биологической очистки: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Щелково: ВНИТИБП, 2008. — 56 с.
  19. Маршалов О.В. Математическое моделирование процесса биологической очистки сточных вод флокулирующим активным илом / О.В.Маршалов, Е.А.Качанов, В.А.Рыжкова, Ю.Р.Абубикорова // Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР-2007» / Математическое моделирование в технике, экономике и менеджменте. Моделирование в естественных и технических науках. — c. 150 — 152.
  20. Вавилин В.А., Васильев В.Б. Математическое моделирование процессов биологической очистки сточных вод активным илом. — М.: Наука, 1979. — 119 с.
  21. Созник А.П. Анализ работы аэротенков и пути повышения их экологической безопасности / А.П.Созник, С.А.Горносталь // Вісник Lонецького національного університету. Сер. А: Природничі науки, 2010, вип. 2. — c. 274 — 279.
  22. Горносталь С.А. Анализ результатов математического моделирования процессов биологической очистки сточных вод в аэротенках / С.А.Горносталь, А.П.Созник // Проблеми надзвичайних ситуацій. Збірка наукових праць. Випуск 11, 2010. — c. 45 — 49.
  23. Горносталь С.А. Моделирование процессов биологической очистки в идеальных и реальных аэротенках / С.А.Горносталь, Е.А.Петухова, А.П.Созник // Проблеми надзвичайних ситуацій. Збірка наукових праць. Випуск 10, 2009. — c. 61 — 65.
  24. Горносталь С.А. Оценка результатов натурных измерений и математического моделирования процессов биологической очистки сточных вод в аэротенках / С.А.Горносталь, И.К.Кириченко, А.П.Созник // Проблеми надзвичайних ситуацій. Збірка наукових праць. Випуск 12, 2010. — c. 67 — 77.
  25. Найденова Т.В. Атоматизация контроля седиментационных свойств ила в аэротенках / Т.В.Найденова, Р.В.Юрченко // Наукові праці ДонНТУ. Серія «Обчислювальна техніка та автоматизація». — 2011 — Випуск 21 (183). — c. 33 — 39.
  26. Приходченко Б.В. Математична модель аеротенку коридорного типу, що працює в умовах технологічного процесу біологічного етапу очищення стічних вод / Б.В.Приходченко, В.П.Тарасюк // Наукові праці ДонНТУ. Серія «Обчислювальна техніка та автоматизація». — 2011 — Випуск 20 (182). — c. 192 — 198.
  27. Булатов М.И. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа / Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. — 5е изд., перераб. — Л.: Химия, 1986. — 432 с.
  28. Измерения в промышленности: Справ. изд. в 3-х кн. Кн. 3. Способы измерения и аппаратура: Пер. с нем. / Под ред. П.Профоса. — 2е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1990. — 344 с.
  29. Ельцов С.В. Физическая и коллоидная химия / С.В.Ельцов, Н.А.Водолазская. — Харьков: ХНУ им. В.Н.Каразина, 2005., — 216с.
  30. Аксененко М.Д. Микроэлектронные фотоприемные устройства / М.Д.Аксененко, М.Л.Бараночников, О.В.Смолин. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 208 с., ил.
  31. Хламов М.Г. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни “Електронні системи”. – Донецьк: ДонНТУ, 2006.
  32. Ишанин Г.Г. Источники и приемники излучения / Г.Г.Ишанин, Н.К.Мальцева, В.Л.Мусяков. Источники и приемники излучения: Пособие по решению задач. — СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. — 85 с.
  33. Игнатов А.Н. Оптоэлектронные приборы и устройства: Учеб. пособие. — М.: Эко-Трендз, 2006. — 272 с: ил.

Вверх