Реактор периодического действия с интеллектуальной системой управления Fuzzy logic

Реактор периодического действия для очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод с интеллектуальной системой управления Fuzzy Logic
Описание
Полезная модель относится к области очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод.
Наиболее распространенным методом очистки хозяйственно-бытовых сточных вод является биологический метод с применением аэрационных сооружений с активным илом (Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. - М.: Стройиздат. 1980. - 200 с).
В условиях неравномерного поступления сточных вод наибольшей эффективностью обладают последовательно действующие системы - реакторы периодического действия более известных под английским названием sequencing batch reactors (SBR).
Процесс биологической обработки осуществляется в одном реакторе, в котором последовательно производится аэрация и затем осветление. Отстаивание ила происходит во время остановки аэрации, а чтобы удалить отстоявшуюся воду, используется устройство для слива (Технический справочник по обработке воды в 2 т. Т.1: пер. с фр. - СПб: Новый журнал, 2007).
Типичный цикл состоит из пяти последовательных операций, объединенных в три фазы процесса обработки:
1. Подача сточной воды и ее биологическая обработка (аэрация/перемешивание в реакторе);
2. Отстаивание (отделение ила)
3. Опорожнение и затем перерыв (удаление избытка осадка)
Широко известна установка Cyclor (Дегремон, Франция), которая состоит как минимум из двух реакторов периодического действия. Длительность циклов программируется. С целью адаптации установки к характеристикам поступающих на обработку сточных вод (более или менее концентрированные, температура) применяется три стандартных цикла: кратковременны, средний и долговременный. Они различаются по времени, отведенному на фазу биологической обработки. Недостатком установки является фиксированное или дискретное программирование длительности фаз биологической обработки.
Предлагаемое решение решает задачу по определению длительности фазы биологической обработки на основании качества очищенной воды в реальном времени посредством датчиков рН, ОВП, 02 и интеллектуальной системы управления Fuzzy Logic.
Преимуществами данного решения являются: время обработки адаптируется к текущей нагрузке по загрязнениям; время каждой фазы длится столько времени, сколько необходимо для текущих внешних условий. Таким образом, фаза биологической обработки становится короче, и происходит значительная экономия времени, что позволяет осуществить больше циклов и, следовательно, большее количество сточных вод может быть очищено.
Реактор периодического действия для очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод с интеллектуальной системой управления Fuzzy Logic (рис. 1) состоит из: корпуса (1) с установленным в нем оборудованием: декантации воды (2), удаления избыточного ила (3), аэрации (4), механического перемешивания (5), системы управления (6), подогрева воды (13), модуль интеллектуальной системы управления Fuzzy Logic (14) и датчиками: растворенного кислорода (7), давления (8), рН (9), ОВП (10), температуры воды (11) и температуры воздуха (12).
Последовательные фазы обработки сточной воды в одном реакторе периодического действия с интеллектуальной системой управления Fuzzy Logic происходят в следующем порядке (рис. 2):
- Наполнение и Активация (Р+А). В реактор поступают сточные воды, концентрация кислорода удерживается постоянной, обеспечивается достаточная концентрация растворенного кислорода перед началом операции AKT-N (2)
- Активация нитрификации (AKT-N). Сточные воды в реактор не поступают, поддерживается постоянная концентрация кислорода
- Денитрификация (AKT-D). В реактор поступают сточные воды в качестве субстрата. Реактор перемешивается, условия в реакторе соблюдаются аноксические
- Отстаивание (DOS). Реактор находится в покое, сточные воды в реактор не поступают, происходит осаждение активного ила во всем реакторе
- Откачка чистой воды (CCV). Происходит откачка чистой воды из реактора, сточные воды в реактор не попадают
- Откачка ила (CKA). Происходит откачка избыточного ила из реактора, сточные воды в реактор не попадают.
Длительности операций Активации-нитрификации (AKT-N) и денитрификации (AKT-D) в значительной степени зависят от степени загрязненности сточных вод, поэтому в реакторе периодического действия с интеллектуальной системой управления Fuzzy Logic завершение фаз осуществляется согласно следующим простым правилам:
а) операция Денитрификации (AKT-D) заканчивается, когда весь нитратный азот денитрифицирован и весь доступный органический углерод использован в процессе;
б) операция Активации-нитрификации (AKT-N) заканчивается, когда фосфаты аккумулируются или весь аммонийный азот окислится до нитратного азота в зависимости от того, что произойдет позже.
Процесс обработки сигналов от датчиков рН (9), ОВП (10), растворенного кислорода (7) интеллектуальной системой управления Fuzzy Logic осуществляется по заданному алгоритму (рис. 3), на основании зависимостей (рис. 4, рис. 5).
В течение операции Активации-нитрификации (AKT-N) аммонийный азот окисляется до нитратов, в то время как фосфор используется бактериями, в это время полностью окисляется органические загрязнения. Соответствующие кривые значений рН и растворенного кислорода показаны на рис. 4 с первым видимым перегибом кривой рН в конце потребления фосфора и последующим выравниванием кривой растворенного кислорода, когда весь аммонийный азот был окислен.
В течении операции Денитрификации (AKT-D) весь доступный нитратный азот денитрифицируется до нитритов и высвобождаются фосфаты. Соответствующие кривые значений рН и ОВП на рис. 5. Завершение денитрификации сигнализируется кратковременным повышением рН, после которого уменьшается из-за высвобождения фосфатов. Кривая ОВП понижается по мере углубления анаэробных условий в реакторе. Завершение реализации фосфора сигнализируется стабилизацией рН и изменением наклона кривой ОВП.
Благодаря уменьшению времени операций за счет применения интеллектуальной системы управления Fuzzy Logic происходит экономия времени, электроэнергии и повышается производительность в целом.
Кроме этого, благодаря интеллектуальной системе управления Fuzzy Logic предотвращается сброс недостаточно очищенных сточных вод. В тех случаях, когда сточные воды, поступающие на очистку, имеют высокие концентрации, система увеличивает время соответствующей операции.
Предлагаемое техническое решение в силу применения интеллектуальной системы управления Fuzzy Logic в реальном времени на основании качества очищенной воды обладает намного лучшими, по сравнению с ближайшим аналогом, показателями энергоэффективности и надежности работы.