Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6
1.1 Общие сведения о предприятии целлюлозно-бумажного производства 6
1.2 Общая характеристика загрязняющих веществ в сточных водах целлюлозно-бумажного производства и их влияние на окружающую среду и организм человека 12
1.3 Определение перечня загрязняющих веществ, подлежащих нормированию .. 13
1.4 Характеристика существующих систем очистки, биофильтрующих систем, используемых для сокращения вредных выбросов промышленных предприятий 15
1.5 Виды мероприятий по восстановлению эффективности жизнедеятельности
активного ила 31
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 34
2.1 Обоснование цели и задач исследования 34
2.2 Анализ основных загрязнителей предприятия и общего состояния системы .. 35
2.3 Математическая модель системы 38
2.4 Предложения по усовершенствованию схемы очистки 49
2.5 Подбор и обоснование наиболее эффективных анализаторов для обеспечения
контроля концентраций 53
2.6 Разработка алгоритма анализа данных при помощи машинного обучения
датчиков, предназначенных для контроля сточных вод, поступающих в аэротенк 65 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 78
ПРИЛОЖЕНИЕ А 83
Отрасль целлюлозно-бумажной промышленности в России в последнее время претерпевает различные изменения по многим причинам. Появление новых технологий сильно опережает внедрение и практическое использование их в производственных процессах, также наблюдается высокая мировая конкуренция среди предприятий и всеобщая тенденция к экологически чистому производству и потреблению. Очередным вызовом являются высокие уровни потребления ресурсов, связанные с повышенным энергопотреблением, затратами колоссальных объемов воды и древесины. Недостаточная очистка сточных вод при всем этом способна привести к негативным последствиям для экосистемы.
Первоочередной задачей целлюлозно-бумажных предприятий (ЦБП) должно стать повышение экологической ответственности, соблюдение законодательных норм, укрепление контроля производственных процессов и постепенный переход к внедрению современных методов очистки сточных вод, наилучших доступных технологий. Пока происходит постоянное совершенствование очистных систем и пока степень очистки не достигнет допустимых законодательством Российской Федерации показателей, данная тема продолжит иметь высокую актуальность.
Актуальность темы исследования:
- выявлена проблема недостаточного уровня очистки стоков
производственного предприятия, расположенного в городской черте;
- сточные воды на разных этапах очистки перестали удовлетворять должным требованиям законодательства, соответственно, действующая схема очистки нуждается в пересмотре, выявлении причин несоответствия и в обновлении путем автоматизированного контроля поступающих стоков;
- чрезмерно возросла нагрузка на ил и постепенно привела к его угнетению, система биологической очистки утратила равновесие.
Бесконтрольные изменения стоков, происходящие в процессе биологической очистки, приведшие к нарушению состояния биоценоза активного ила аэротенка являются проблематикой исследования.
Предметом исследований стала ступень биологической очистки сточных вод целлюлозно-бумажного предприятия.
Целью данной работы стал анализ предприятия и возникшей в ходе его работы проблемы на участке биологической очистки сточной воды, математическое моделирование данной стадии очистки, предложение мер автоматизации контроля стоков.
Задачи:
- проанализировать имеющуюся на предприятии систему очистки и выявить проблему снижения ее эффективности;
- на основании имеющихся данных построить математическую модель происходящих в аэротенке процессов;
- предложить меры по усовершенствованию системы биологической очистки и внедрению новейших систем обработки данных с применением методов искусственного интеллекта.
Научная новизна работы состоит во внедрении в производственный процесс автоматизированных датчиков-анализаторов с предложением по их обучению методами искусственного интеллекта с помощью языка программирования Python.
Теоретическая значимость заключается в углубленном анализе деятельности блока биологической очистки сточных вод предприятия целлюлозно-бумажного производства, анализе возможных задач, возникающих на стадии биологической очистки стоков, и их последствий для окружающей среды и здоровья человека, рассмотрение проблемы на основании существующих методов математического моделирования.
Практическая значимость заключена в предложении мер для решения вопроса превышения концентрации поступающих в блок биологической очистки стоков, приводящих к гибели активного ила, с применением систем машинного обучения на языке программирования Python.
На данный момент применение методов биологической очистки является одной из наиболее актуальных тем для исследований. Высокие темпы развития сферы промышленности подразумевают увеличение выбросов и сбросов, что требует определенного контроля со стороны предприятий.
На основании представленного анализа экспериментальных данных, можно сказать, что:
- был произведен анализ веществ, вносящих наибольший вклад в угнетение состояния биоценоза активного ила;
- для прогнозирования и выявления наиболее вредных ЗВ было проведено математическое моделирование кинетики протекающих в аэротенке реакций окисления целого комплекса веществ;
- были предложены способы управления протекающими процессами и методы улучшения технологической схемы для повышения показателей очистки и состояния активного ила;
- разработан программный код в целях машинного обучения датчиков, организующих измерение концентрации и впуск сточных вод в аэротенк под действием на активизацию работы впускных клапанов для обеспечения контроля разрешения впуска сточных вод в блок биофильтрации и недопущения попадания несоответствующих запрограммированным максимально допустимым концентрациям в резервуар аэротенка;
- предлагаемые системы контроля имеют достаточно высокую достоверность измеренных данных, сравнимую с лабораторными методами диагностики, что говорит о целесообразности рассмотрения их в качестве предметов автоматизации и контроля технологического процесса
