Енергоефективні режими електротехнологічної очистки стічних вод птахівничого комплексу

7. За результатами виробничих випробувань, встановлено, що апаратно-програмна реалізація нейроінформаційної АСК на базі мікроконтролера ICP DAS ICPCON i-8447, мови нечіткого програмування FCL у середовищі ISaGRAF підвищила енергоефективність використання електротехнологічної установки у водоочисних схемах птахівничого комплексу майже на 50%, покращила якість водоочистки порівняно із роботою електрокоагулятора без системи керування приблизно на 40%.

8. Показано, що термін окупності електротехнологічної коагуляційної установки очистки стічних вод птахівничого комплексу від завислих частинок із нейроінформаційною системою керування у розробленій схемі замкнутого технологічного водопостачання забійного цеху становить 5-6 місяців (залежно від поточного тарифу на електроенергію та воду), при цьому підвищується економія води питної якості (ГОСТ 2874-82) приблизно на 10% та покращуються екологічні характеристики птахівничого комплексу як регіонального об'єкта природокористування.

Рекомендації виробництву

1. У випадку, якщо концентрація завислих частинок у стічних водах птахівничого комплексу становить 0,5-2,5 г/л, доцільно застосувати для очистки стічних вод електротехнологічну коагуляцію, оскільки:

- виключається необхідність утримання реагентного господарства: масовий вихід речовин, що використовуються для коагуляції, зменшується в 20-25 разів порівняно з реагентною коагуляцією;

- знижується вміст іонів кальцію і магнію на 15-20%, сульфатних іонів - на 8-12 %, хлоридних - на 3-15%;

- активність продуктів, що утворилися за рахунок електродних реакцій, вища, ніж отримана реагентним шляхом;

- високий бактерицидний ефект дії електричного струму знижує витрати реагентів для подальшого знезараження води.

2. При виборі електротехнологічної коагуляційної установки для птахівничого комплексу слід врахувати: регіональний екологічний стан, технологічні особливості виробництва продукції, об'єми водоспоживання, якість та об'єми стічних вод підприємства в цілому, якість та об'єми стічних вод кожної технологічної лінії, відповідність нормативним вимогам виробничих площ під водоочисне обладнання, напірні характеристики водорозподільної мережі підприємства. Зазначена інформація формується із врахуванням перспективного плану розвитку птахівничого комплексу.

3. Враховуючи коливання показників якості стічних вод птахівничого комплексу (у межах 5-20%) та можливість появи нештатних ситуацій, для забезпечення раціональних параметрів процесу водоочистки доцільно використати автоматичну нейроінформаційну систему керування електротехнологічним водоочисним обладнанням.

4. Для апаратної реалізації нейроінформаційної АСК електротехнологічною очисткою стічних вод птахівничого комплексу від завислих частинок рекомендується використати мікроконтролер із стандартом підтримки програмного забезпечення ІЕС 1131-7; сприймаючі елементи такої системи повинні бути з електричними виходами з класом точності - не гірше 1,5.

5. Налаштування параметрів функціонування нечіткої нейроінформаційної адаптивної системи керування проводиться за умов відсутності на підприємстві нештатних ситуацій, а саме: незапланованих збільшень об'ємів скидів стічних вод та підвищень концентрації нормованих речовин, поривів водорозподільної мережі, незапланованих викидів нетипових для стічних вод речовин.

6. Для підвищення екологічної безпеки та ресурсозбереження електрокоагуляційної очистки стічних вод птахівничого комплексу слід розробити шляхи застосування електрозгенерованого осаду. Рекомендується його використання для будівництва.

7. При створенні замкнутих циклів технологічного водопостачання птахівничих комплексів враховується рівномірність навантаження технологічних ліній, через які подаватиметься вода, та робочі характеристики локальної водорозподільної мережі даного підрозділу.

Список опублікованих праць за темою дисертацїї

1. Лисенко В.П., Штепа В.М. Передумови створення автоматичної системи керування електролізними процесами очистки стічних вод промислових птахівничих комплексів з використанням нейроінформаційних технологій // Аграрна наука і освіта. - К.: НАУ. - 2006. - Т.7. - № 1-2. - С. 99-104. (Автору належить ідея застосування електрокоагуляції для агрегації завислих частинок та розробка структурної схеми автоматичної системи керування електротехнологічною коагуляційною установкою очистки стічних вод птахівничого комплексу).

2. Донченко М.І., Лисенко В.П., Штепа В.М. Електрохімічна поведінка електродів у водогінній воді та модельному розчині стічних вод птахівничого комплексу // Електрифікація та автоматизація сільського господарства. - К.: НАУ. - 2006. - № 2 (17) - С. 29-36. (Автором визначено режими роботи електротехнологічної коагуляційної установки стічних вод птахівничого комплексу, обгрунтовано конструктивні параметри експериментальної установки).

3. Лисенко В.П., Штепа В.М. Енергоефективність та якість функціонування нейроінформаційної автоматичної системи керування процесом електрокоагуляційної очистки стічних вод птахівничого копмплексу // Електрифікація та автоматизація сільського господарства. - К.: НАУ. - 2006. - № 2 (18) - С. 72-81. (Автором теоретично досліджено енергоефективність режимів роботи електротехнологічної коагуляційної установки стічних вод птахівничого комплексу із нейроінформаційною АСК, розраховано економічний ефект від використання системи керування, обгрунтовано ресурсозберігаючу схему технологічного водозабезпечення птахівничого комплексу).

4. Лисенко В.П., Штепа В.М. Порівняння моделей процесу електрохімічної очистки стічних вод птахівничого комплексу, отриманих методами математичної статистики та ANFIS // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. - Луганськ: МАІ. - 2007. - № 1 (14). - С. 37-40. (Автор експериментально формував базу знань для створення матстатистичних та ANFIS-моделей, здійснював їх синтез із використанням дисперсійно-регресійного аналізу та апарату нечітких нейронних мереж).

5. Лисенко В.П., Штепа В.М. Синтез енергоефективної адаптивної системи керування електрокоагуляційною очисткою стічних вод птахівничого комплексу на основі гібридних нейронних мереж // Аграрна наука і освіта. - К.: НАУ. - 2007. - Т.8. - № 1-2. - С. 77-83. (Автор розробив алгоритм синтезу енергоефективної ННМ АСК електрокоагулятором стічних вод птахівничого комплексу, реалізував його, створив імітаційну модель якості її функціонування у пакеті Simulink середовища MatLAB).

6. Штепа В.Н., Донченко М.И., Срибная О.Г. Очистка растворов от дисперсных примесей методом электрокоагуляции. 1. Электрохимическое получение коагулянта // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2007. - № 9. - С. 86-95 (Автором теоретично та експериментально досліджено умови отримання електрозгенерованого реагента).

7. Штепа В.М. Особливості використання нейромережевих структур для моделювання процесу електрокоагуляції // Електрифікація та автоматизація сільського господарства. - К.: НАУ. - 2007. - № 1 (20) - С. 64-71.

8. Донченко М.І., Лисенко В.П., Штепа В.М. Вплив технологічних параметрів електрохімічної очистки стічних вод птахівничого комплексу на процес розчинення стальних електродів при низьких значеннях мінералізації // Електротехніка і механіка. - К.: НАУ. - 2006. - № 1. - С. 153-155 (Автор виконував методичне, алгоритмічне та організаційне забезпечення експериментальних досліджень впливу технологічних параметрів електрокоагуляції стічних вод птахівничого комплексу на зміну робочих характеристик електродної системи електротехнологічної коагуляційної установки).

9. Штепа В.М., Лисенко В.П. Використання “Теорії ігор” для створення математичної моделі екологічно безпечної ситуації в регіоні // Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції “Екологічні проблеми регіонів України”. - Одеса: ОДЕУ. - 2004. - С. 278-281. (Автор розробив та провів безкоаліційну гру можливості забруднення навколишнього середовища недоочищеними стічними водами промислових об'єктів).

10. Даценко І.О., Штепа В.М. Ефективність сучасних технологій очистки та транспортування води // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Екологія. Людина. Суспільство” - К.: НТУ “КПІ”. - 2005. - С. 72. (Автор формував базу даних якісно-кількісних характеристик роботи існуючих водоочисних систем та апаратів).

11. Гончаров Ф.І., Даценко І.О., Штепа В.М. Система безпечного водопостачання - компонент екології харчових виробництв // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Екотрафологія. Сучасні проблеми”. - Біла Церква.: БДАУ. - 2005. - С. 50-53. (Автор проаналізував рівень техногенного навантаження недоочищених стічних вод харчових виробництв на навколишнє середовище).

12. Гончаров Ф.І., Даценко І.О., Штепа В.М. Наслідки втрат води з мережі водоканалу та пошук шляхів їх подолання // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Підтоплення-2005”. - Херсон: НПЦ “Екологія. Наука. Техніка”. - 2005. - С. 37-41. (Автор опрацював із застосуванням методів математичної статистики дані експериментальних досліджень робочих напірних характеристик централізованої водорозподільної мережі).

13. Штепа В.М. Застосування нечіткої енергозберігаючої системи автоматичного керування електролізним знезараженням стічних вод птахофабрик для боротьби із потраплянням у навколишнє середовище збудників пташиного грипу // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Екологія. Людина. Суспільство”. - К.: НТУ “КПІ”. - 2006. - С. 147.

14. Штепа В.М. Ресурсозберігаюча схема очистки стічних вод птахівничого комплексу із використанням нейроінформаційної системи керування // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні проблеми екології”. - Житомир: ЖДТУ. - 2007. - С. 205-207.

15. Штепа В.М. Синтез та апаратно-програмна реалізація інтелектуальної АСК електрокоагуляційною очистки стічних вод птахівночого комплексу // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Інтелектуальний аналіз інформації”. - К.: НТУ “КПІ”. - 2007. - С. 368-373.

16. Штепа В.М. Еколого-економічні аспекти виробничого впровадження нейроінформаційної системи керування електрокоагуляційною очисткою стічних вод // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва”. - К.: Інститут агроекології УААН. - 2007. - С.88-89.

17. Штепа В.М. Вплив концентрації сульфат-іонів на енергоефективність електрокоагуляційної очистки стічних вод птахівничого комплексу // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Еколого-правові та економічні аспекти техногенної безпеки регіонів”. - Харків: ХНАДУ. - 2007. - С. 63-65.

Анотація

Штепа В.М. Енергоефективні режими електротехнологічної очистки стічних вод птахівничого комплексу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи. - Національний аграрний університет, Київ, 2008.

Дисертацію присвячено вирішенню проблеми якісної електрокоагуляційної очистки стічних вод птахівничого комплексу при мінімальних енерговитратах. У роботі проведено аналіз водоспоживання птахівничих комплексів яєчного та м'ясного спрямування, існуючих типових систем водоочистки (на прикладі ЗАТ “Комплекс Агромарс”). Запропоновано доповнити їх електротехнологічною коагуляційною установкою для зменшення існуючих перевищень ГДК завислих частинок. Як захід підвищення енергоефективності її функціональних показників вирішено синтезувати відповідну АСК (вхідні параметри: концентрація завислих частинок, рН, лінійна швидкість потоку у міжелектродному просторі; керуючий вплив - значення густини анодного струму) режимами роботи. Враховуючи експериментально та теоретично досліджену нестаціонарність, нелінійність, неконтрольованість та непередбачуваність зміни вхідних значень та взаємозв'язків між технологічними факторами при створенні системи керування, застосовано апарат нечітких нейронних мереж. Синтезована нейроінформаційна експертна система продемонструвала функціональну адекватність технологічним вимогам. Використавши її, створили вхідну вибірку даних для побудови відповідної ННМ АСК електрокоагулятором, перевірка роботи якої показала функціональну відповідність вимогам енергоефективності та забезпечення нормованої якості очистки. Імітаційне моделювання, теоретичне та виробниче дослідження підтвердили енергоефективність роботи АСК електрокоагуляційною очисткою стічних вод птахівничого комплексу. Запропоновано ресурсозберігаючу схему технологічного водозабезпечення птахівничого комплексу.

Ключові слова: математична модель, багатофакторний експеримент, алгоритм, автоматизована система управління технологічними процесами, система прийняття рішень, нейронна мережа, завислі частинки, нечітка логіка, електрокоагулятор.

Аннотация

Штепа В.Н. Энергоэффективнные режимы электротехнологической очистки сточных вод птицеводческого комплекса. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы. - Национальный аграрный университет, Киев, 2008.

Диссертация посвящена решению проблемы качественной электрокоагуляционной очистки сточных вод птицеводческого комплекса при минимальных энергозатратах. В работе проведен анализ водопотребления птицеводческих комплексов яичного и мясного направлений, существующих типовых систем водоочистки (на примере ЗАО “Комплекс Агромарс”). Предложено дополнить их электротехнологической коагуляционной установкой для уменьшения существующих превышений ГДК взвесей. Как мероприятие повышения енергосбережения електрокоагуляции сточных вод птицеводческого комплекса, решено синтезировать соответствующую АСУ (входные параметры: концентрация взвесей, рН, линейная скорость потока в межэлектродном пространстве; управляющее воздействие - значения плотности анодного тока) режимами работы. Учитывая экспериментально и теоретически исследованную нестационарность, нелинейность, неконтролируемость и непредсказуемость изменения входных значений и взаимосвязей между технологическими факторами при созданнии системы управления, применен аппарат нечетких нейронных сетей. Синтезированная нейросетевая экспертная система продемонстрировала функциональную адекватность технологическим требованиям. Использовав соответствующую ННС ЭС, создали входную выборку данных для построения соответствующей ННС АСУ электрокоагулятором, которая отвечает требованиям энергоэффективности и обеспечения нормированного качества очистки. Имитационное моделирование, теоретическое исследование и производственная проверка подтвердили энергоэффективность работы АСУ електрокоагуляционной очисткой сточных вод птицефабрики. Предложена ресурсосберегающая схема технологического водообеспечения птицеводческого комплекса.

Ключевые слова: математическая модель, многофакторный эксперимент, алгоритм, автоматизированая система управления технологическими процессами, система принятия решений, нейронная сеть, взвеси, нечёткая логика, электрокоагулятор.

Annotation

Shtepa V.M. Energosaving operating modes of the electrified water treatment at a poultry farm. - The manuscript.

The thesis for reception PhD scientific degree of Technical Sciences on the speciality

05.09.03 - electrotechnоlogy and electroinstruments in agricultural. - National agrarian university, Kyiv, 2008.

The thesis is devoted to the solution of a qualitative electrocoagulational sewage treatment problem at a poultry-farming complex at the minimal power inputs. Water consumption of poultry-farming complexes is considered. By the example of Joint-Stock Company “ Complex Agromars ” quality of typical cleaning constructions' functioning is analyzed in structure of horizontal sediment bowls, sandtraps, aerotanks, double-leveled sediment bowls, chlorination place, silt fields. It is established that the basic exceeding of normative requirements to sewage quality are fixed on parameter of "suspension". As solution it is offered to use addition electrocoagulational treatment. It is caused by high ability of metals hydroxides to react, bactericidal action to an electric current, the intensification of hydrolysis etc.

To the factors which usually cause the overexpenditure of the electric power or poor-quality of electrocoagulational water treatment high concentration of suspensions and organic compounds have been related in case of an poultry farm. Therefore for energy efficiency increase it is offered to use the flexible approach - creation of an automatic electrocoagulator's control system (management information system).

The research of nonlinear and non-stationary fluctuations of charges and qualities of poultry-farming complexes' sewage has shown that it is difficult for traditional management systems to correspond to technological requirements of adequacy. For the solving this problem it is necessary a control system which depends on values of entrance parameters and will change internal options. Preliminary the management information system corresponds to these requirements.

Characteristics of electrolysis of modeling solution without disperse additives are experimentally investigated. The steel electrode system was used. The analysis of the data has shown complex character of interrelations between technological parameters, including electric.

Preliminary experiment (the modelling solution with disperse additives was used) has shown efficiency of application of electrocoagulation for suspensions' sedimentation in sewage of a poultry farm in researched technological ranges of entrance parameters change.

Taking into account conclusions of preliminary experiments, the factorial experiment has been carried out with the purpose of revealing characters of interrelations between parameters. Having processed its data, the static models of electrocoagulation of a poultry-farming complex's sewage have received as polynoms of the second order. The equation of regress was quantitatively confirmed with conclusions of preliminary experiments such as increase in a current and рН, reduction of entrance concentration of suspensions and speeds of a stream intensify electrocoagulational treatment. With the help of a sections method in "Statistica” compromises problem was solved and static optimums of this process were received.

The concentration of sulfates - ions (industrially are not realized flowing ion-metters) has been twice increased for the analysis of an opportunity of uncontrollable change of optimum conditions of electrocoagulation at an invariance of other parameters. Predictably it has negatively affected on energy efficiency process. The values of optimum also were displaced.

Dynamic model have received from warm mass translocation laws. The planes method has calculated transfer function of electrocoagulator which is characterized by inertial properties. For reception of a full picture of technological factor influence on dynamic properties of object of management (electrocoagulator), statistical experiment has been carried out with use of dynamic model and experimental researches. It has confirmed the nonlinearity of these influences.

Taking into account experimental and analytical calculations, the decision to synthesize the management information system was accepted on the basis of indistinct neural networks. First neural network expert system with entrance blocks of the experimental data have been created and then adequacy have been checked up. With its help, as far as this task is difficult to realize experimentally, blocks of the entrance data have been created for training energy efficient neural networking management information system.

At imitating modelling in "MatLAB, the synthesized electrocoagulator's control system for poultry farm sewage treatment has shown necessary quality of work. Apparatus-programme realization of the management information system was carried out with use of such the newest elaborations as the programming language of indistinct productions rules, the programmed logic controller, the ultrasonic gauge of suspensions concentration etc.

Industrial check of neural networking control systems for electrocoagulating poultry farm sewage treatment has confirmed energy efficiency of its functioning.

Based on theoretical, experimental and industrial researches of neural networking management information system of electrocoagulator it is offered resource saving closed system of technological water supply of a poultry farm with its use.

Key words: mathematical model, modeling method, algorithm, computer-aided control system, decisions support system, neural network, fuzzy logic, electrocoagulator.

Размещено на Allbest.ru