Автоматизация биологической очистки сточных вод

ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ, ЭТАПОВ И ОБОРУДОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД 5
1.1 Биохимические принципы биологической очистки сточных вод 5
1.2 Последовательность и особенности этапов очистки бытовых стоков 22
1.3 Обзор способов интенсификации процессов в жидких средах 25
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ РАМП И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ДЛЯ КОМПЛЕКСА АКТИВАЦИИ ИЛА 40
2.1 Принцип функционирования РАМП новой конструкции 41
2.2 Реализация автоматизации комплекса активации ила 42
2.3 Выбор аппаратных компонентов системы 47
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 66
3.1 Оценка показателей надежности системы 66
3.2 Компьютерное моделирование работы РАМП в программной среде ANSYS 68
3.3 Расчёт технологических режимов обработки 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 76
ПРИЛОЖЕНИЕ А 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 79
ПРИЛОЖЕНИЕ В 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 81

Весь текст будет доступен после покупки

Современные системы водоотведения сталкиваются с необходимостью обеспечивать высокую эффективность очистки при одновременном снижении эксплуатационных затрат и повышении устойчивости работы. Биологическая очистка сточных вод, основанная на жизнедеятельности микроорганизмов активного ила, остаётся ключевым этапом в технологической цепочке очистных сооружений. Однако её эффективность напрямую зависит от стабильности условий среды – концентрации кислорода, температуры, гидродинамики смеси и других параметров, которые вручную поддерживать крайне сложно. В этих условиях актуальность автоматизации процессов биологической очистки становится очевидной: она позволяет не только оптимизировать режимы работы, но и предотвращать технологические сбои, снижать энергопотребление и повышать качество очищенной воды.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы управления процессом биологической очистки сточных вод на основе нового технического решения – роторного аппарата с модуляцией потока (РАМП) для комплекса активации ила.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
– проанализировать биохимические основы, последовательность этапов и существующее оборудование, применяемое в биологической очистке, а также методы интенсификации процессов в жидких средах;
– разработать конструкцию РАМП и на её основе спроектировать систему автоматизации комплекса активации ила;
– обосновать выбор аппаратных компонентов системы (датчиков, контроллеров, исполнительных устройств);
– оценить надёжность разрабатываемой системы, выполнить компьютерное моделирование гидродинамических процессов в РАМП с использованием программной среды ANSYS и рассчитать оптимальные технологические режимы его функционирования.
Объектом исследования выступает процесс биологической очистки сточных вод в системах с активным илом. Предметом (субъектом) исследования является автоматизированная система управления этим процессом, реализованная на базе роторного аппарата с модуляцией потока.
В работе использованы следующие методы: теоретический анализ технологических процессов, инженерное проектирование, математическое и компьютерное моделирование, а также расчётно-аналитические методы определения технологических параметров.
Практическая значимость результатов работы заключается в возможности применения разработанной автоматизированной системы на реальных очистных сооружениях. Предложенная конструкция РАМП в сочетании с современной системой управления способна повысить интенсивность биохимических реакций, улучшить перемешивание и аэрацию, а также обеспечить гибкое и устойчивое регулирование процесса в зависимости от нагрузки, что в совокупности ведёт к повышению качества очистки и снижению эксплуатационных расходов.

Весь текст будет доступен после покупки

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ, ЭТАПОВ И ОБОРУДОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД
1.1 Биохимические принципы биологической очистки сточных вод
В живой микробной клетке постоянно и параллельно происходят два взаимосвязанных процесса: расщепление молекул (катаболизм) и их построение (анаболизм). В совокупности они образуют метаболизм – обмен веществ. Другими словами, разрушение органических соединений, поступающих в микроорганизм, неразрывно связано с биосинтезом новых клеточных структур, а также промежуточных или конечных продуктов метаболизма. На эти процессы расходуется энергия, вырабатываемая клеткой при утилизации питательных веществ.
Гетеротрофные микроорганизмы используют в качестве источников питания углеводы, белки, липиды, спирты и другие органические соединения. Их ферментативное расщепление может осуществляться как при наличии кислорода (аэробно), так и в его отсутствие (анаэробно). Многие продукты микробной трансформации либо выделяются во внешнюю среду, либо аккумулируются внутри клетки. Некоторые из промежуточных метаболитов выполняют роль резервных питательных запасов, которые задействуются после истощения основного субстрата.
Все этапы взаимодействия клетки с окружающей средой – от захвата до преобразования питательных веществ – контролируются и направляются специфическими ферментами. Эти белковые катализаторы локализованы в цитоплазме, мембранных структурах, на поверхности клетки или секретируются во внешнюю среду. Общее количество ферментов может составлять 40–60 % от всего белкового содержимого клетки, при этом доля отдельного фермента варьируется от 0,1 до 5 %. В одной клетке одновременно может функционировать более 1 000 различных ферментов, а каждую биохимическую реакцию обычно катализируют 50–100 молекул соответствующего фермента.
Некоторые ферменты представляют собой сложные белки – протеиды, состоящие из белковой части (апофермента) и небелкового компонента (кофермента). В качестве коферментов часто выступают витамины или металлоорганические комплексы, содержащие ионы металлов.
Согласно международной классификации, ферменты подразделяются на шесть классов в зависимости от типа катализируемых реакций:
1. окислительно-восстановительные;
2. перенос химических групп между молекулами;
3. гидролиз химических связей;
4. отщепление или присоединение групп к субстрату;
5. внутримолекулярные перестройки;
6. синтез молекул с затратой энергии высокоэнергетических соединений.
Поскольку микробная клетка способна усваивать только водорастворимые соединения, такие полимеры, как крахмал, белки или целлюлоза, должны быть предварительно гидролизованы. Для этого клетка выделяет в окружающую среду специфические гидролитические ферменты, расщепляющие сложные молекулы до простых, усвояемых форм.
Коферменты определяют характер катализируемой реакции и условно делятся на три функциональные группы:

Весь текст будет доступен после покупки

1) Воронов, Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод : учебник для вузов / Ю. В. Воронов, С. В. Яковлев. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : АСВ, 2021. – 736 с. – ISBN 978-5-93093-987-4.
2) Голубовская, Э. К. Биологические основы очистки воды : учебное пособие / Э. К. Голубовская. – М. : ИНФРА-М, 2022. – 288 с. – (Высшее образование). – ISBN 978-5-16-110245-1.
3) Денисов, С. Е. Автоматизация процессов биологической очистки сточных вод на основе интеллектуальных систем управления / С. Е. Денисов, С. П. Максимов // Водоснабжение и санитарная техника. – 2021. – № 5. – С. 45–52.
4) Коршунова, Т. Ю. Микробиологические процессы на очистных сооружениях : монография / Т. Ю. Коршунова, Н. Н. Силищев, О. Н. Логинов. – Уфа : РИЦ БашГУ, 2020. – 84 с. – ISBN 978-5-7477-5123-9.
5) Липунов, И. Н. Основы химии и микробиологии природных и сточных вод : учебное пособие / И. Н. Липунов. – Екатеринбург : УрФУ, 2021. – 224 с. – ISBN 978-5-7996-2841-7.
6) Промтов, М. А. Методы расчёта характеристик роторного импульсного аппарата : монография / М. А. Промтов, А. Ю. Степанов, А. В. Алешин. – Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2020. – 148 с. – ISBN 978-5-8265-1442-9.
7) Червяков, В. М. Использование гидродинамических и кавитационных явлений в роторных аппаратах : монография / В. М. Червяков, В. Г. Однолько. – М. : Машиностроение, 2021. – 120 с. – ISBN 978-5-1234-5678-9.
8) Юдаев, В. Ф. Ячеечная модель поглощения субстрата флокулами активного ила / В. Ф. Юдаев, О. В. Маршалов, В. И. Биглер // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. – 2020. – № 11. – С. 66–68.
9) Активный ил: состав, свойства, управление [Электронный ресурс] / ООО «Аква Композит». – URL: https://industrialwater.ru/aktivnyj_il/ (дата обращения: 10.04.2025).

Весь текст будет доступен после покупки