CC BY
221
Рис. 3 - Экран оператора
Таким образом, в процессе разработки системы автоматического упора были решены следующие задачи:
1. проанализированы существующие готовые решения в сфере автоматизированных систем подачи упора;
2. предложены решения по модернизации рольганга с внедрением системы автоматического упора;
3. собрана лабораторная установка по моделированию процесса автоматизированной подачи упора;
4. проведено моделирование процесса подачи упора
Моделирование процесса автоматической подачи упора необходимо для предвосхищения ошибок, которые могут произойти при внедрении системы. Также можно тестировать работу двигателя в разных режимах работы и пробовать на модели разные варианты программы управления. В ходе дальнейшей работы будет собрана лабораторная установка с физическим упором и столом, вместо их компьютерной модели, для последующего внедрения на предприятия.
Литература
1. Автоматизация оконного производства и бизнеса [Электронный ресурс]. URL: http://wise-service.com.ua/ (дата обращения:
17.02.2015) .
2. Джеффри Тревис. LabVIEW для всех: Пер. с англ. Клушин Н.А.-М.:ДМК Пресс; Прибор Комплект, 2005. - 544с.
3. Петров И.Н. Конструкции и расчет рольгангов прокатных станов: Свердловск, 1967. - 37 с.
4. Расчет мощности шагового двигателя [Форум]. URL: http://forum.rcdesign.ru/f110/thread145751/ (дата обращения: 15.01.2015).
References
1. Avtomatizaciya okonnogo proizvodstva i biznesa [Jelektronnyj resurs] URL: http://wise-service.com.ua/ (data obrashhenija
17.02.2015) .
2. Dzeffri Trevis. LabWIEV dlya vseh: Per. S angl. Klushyn N. A. - M.:DMK Press; Pribor Komplekt, 2005. - 544s.
3. Petrov I.N. Konstrukzii I raschet rolgangov prokatnyh stanov: Sverdlovsk, 1967. - 37 s.
4. Raschet moschnosti shagovogo dvigatelja [Forum]. URL: http://forum.rcdesign.ru/f110/thread145751 (data obrashhenija 15.01.2015)
Зайцева Н.А.'Пыршкова А.Н.2
'Доцент кафедры строительных конструкций, водоснабжения и водоотведения; 2студентка гр.ВВб-121, Кузбасский
государственный технический университет ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЙ
Аннотация
В данной статье рассмотрена проблема утилизации осадков сточных вод (ОСВ) и предлагаются пути ее решения. Анализ химического состава ОСВ сооружений канализации г. Кемерово и сравнение результатов с требованиями ГОСТ доказывает возможность использования их в качестве азотно-фосфорного удобрения.
Ключевые слова: осадки сточных вод, утилизация осадков, использование осадков сточных вод, Кемерово.
Zaitseva N. A \ Pirsikova A.N 2
'Assistant Professor of building structures, water supply and canalization; 2Student of VVb-121, Kuzbass state technical university
THE USE OF SEWAGE SLUDGE AS FERTILIZER
Abstract
The article considers the problem of disposing of sewage sludge and proposes solutions to this problem. Analysis of the chemical composition of the sewage sludge sewerage structures Kemerovo and comparing the results with the requirements of GOST proves the possibility of using them as a nitrogen-phosphorus fertilizer.
Keywords: sewage sludge, waste sewage sludge, the use of sewage sludge.
Вопросы обработки и утилизации осадков бытовых и производственных сточных вод остро актуальны для всех крупных водоканалов нашей страны и представляют серьезную проблему. Каждый год в России образуется порядка 2 млн. тонн осадков по сухому весу (а при исходной влажности 98% их масса составляет порядка 100 млн. тонн). Накапливаясь вблизи очистных сооружений на иловых площадках, заполняя очистные сооружения и водоемы, переполняя пруды-накопители, осадки формируют крупные очаги загрязнения прилегающих территорий, поверхностных и подземных вод, так как воздействие мест накопления ОСВ на окружающую среду часто превышает установленные ПДК [3].
Перспективным и недорогим методом утилизации ОСВ является использование осадков городских сточных вод в качестве органоминерального азотно-фосфорного удобрения. Было установлено, что осадки содержат макро- и микроэлементы, необходимые для питания растений и повышения плодородия почв. Осадки сточных вод, независимо от их вида, оказывают существенное влияние на показатели потенциального плодородия почвы. Происходит снижение почвенной кислотности, возрастает насыщенность почвы основаниями. Под влиянием ОСВ заметно улучшаются пищевой режим почвы, особенно азотный и фосфорный, биологическая активность [3]. Так, 10 млн. тонн ОСВ по содержанию сухого вещества, основных элементов питания растений и удобрительной ценности равноценны примерно 50 млн т навоза [2].
В настоящее время в России нет ни одной организации, которая отвечала бы за утилизацию отходов в регионах, в связи с этим в стране перерабатывается только 10% ОСВ, из которых в качестве удобрений используют не более 4-6%. В это время зарубежный опыт свидетельствует, что 70-80% ОСВ можно использовать в качестве удобрения, при этом значительно увеличивается продуктивность выращиваемых культур [3]. Причинами, сдерживающими использование осадков, являются их высокая влажность, трудность удаления с иловых площадок, недостаточное количество и несовершенство механизмов и транспортных средств для уборки осадков, а также содержание в них солей тяжелых металлов и наличие патогенной микрофлоры. Поэтому необходимыми
104
условиями подготовки ОСВ к утилизации в качестве удобрения являются ограничение приема в городскую канализацию токсичных производственных сточных вод, содержащих тяжелые металлы и их обеззараживание [4]. Отечественный и зарубежный опыт использования осадка сооружений биологической очистки сточных вод свидетельствует о перспективности способа его утилизации в качестве удобрения при отсутствии токсичных примесей, в частности, соединений тяжелых металлов. В Германии, например, из 50 млн.т ежегодно образующихся осадков в качестве удобрения используется примерно 30 %, депонируется до 60 % и сжигается не более 10%. В Нидерландах, при ежегодном количестве 5,5 млн.т ила до 70 % используется в качестве удобрения. Определенный опыт такой утилизации имеется в Швейцарии, Индии и других странах. [5]
Проблема утилизации осадков бытовых и производственных сточных вод требует решения и в городе Кемерово. На городских канализационных сооружениях только за месяц образуется 1,5 тыс.м3 осадков. Для дегельминтизации (обеззараживания) осадков, что является обязательным условиями подготовки ОСВ к утилизации в качестве удобрения, на стадии поступления сточных вод на решетки, вводят растительный овицидный препарат Purolat-Bingsti, эффективность которого достигает 99%.
На основании заключения о качестве иловых осадков с городских очистных сооружений г. Кемерово, высушенные осадки представляют собой массу, близкую по свойствам к низкокалорийному топливу (теплота сгорания в среднем 2500 ккал/кц). В связи с этим, в 2004 году был предпринят опыт сжигания осадка на ТЭЦ, который не нашел свое применение в дальнейшем.
Был проанализирован состав осадков (таб. 1)
Таблица 1 - Химический состав осадка с иловых карт очистных сооружений г. Кемерово и допустимые значения показателей
свойств ОСВ при использовании их для удобрения и рекультивации земель.
Наименование показателя Значение Допустимое значение по ГОСТ Р 54534-2011
Класс опасности для окружающей среды V IV, V
Массовая доля сухого вещества, %, не менее 35 35
Массовая доля золы, % на сухое вещество, не менее 66,0/23,1 65
Массовая доля азота, % на сухое вещество, не менее 0,9/0,32 0,5
Массовая доля фосфора, % на сухое вещество, не менее 3,1/1,1 1,5
Ртуть, мг/кг сухого вещества, не более 10,8/0,0011 15
Хром, мг/кг сухого вещества, не более 420,0/0,0147 1000
Свинец, мг/кг сухого вещества, не более 119,0/0,0042 500
Кадмий, мг/кг сухого вещества, не более 34,2/0,0012 30
Никель, мг/кг сухого вещества, не более 118,0/0,0041 400
Медь, мг/кг сухого вещества, не более 605,0/0,212 1500
Цинк, мг/кг сухого вещества, не более 1910,0/0,669 3500
Мышьяк, мг/кг сухого вещества, не более 5,36/0,0002 20
Химическое потребление кислорода (ХПК5) водной вытяжки, мг/дм3, не более 225 300
Биохимическое потребление кислорода (БПК5) водной вытяжки, мг О2/дм3, не более 130 200
Бактерии группы кишечной палочки, индекс <1 100
Патогенные микроорган., в т.ч. сальмонеллы, клеток/г Не обнаруж. Отсутствие
Жизнеспособные яйца гельминтов и цисты простейших Не обнаруж. Отсутствие
Наличие жизнесп. личинок и куколок синантропных мух Не обнаруж. Отсутствие
В соответствии с «экологическим сертификатом (дата выдачи
15.12.2013г), осадки сточных вод очистных сооружений канализации г.Кемерово, обезвоженные и выдержанные на иловых площадках в течение 2-3 лет относятся к V классу опасности.» К данному классу опасности относятся отходы, которые являются малоопасными для окружающей среды. Несколько лет назад осадкам городских очистных сооружений г. Кемерово присваивался II класс, но в связи с закрытием ряда городских промышленных предприятий, класс опасности снизился до V.
Из проведенной таблицы, следует, что, в соответствии с ГОСТ Р 54534-2011 осадки с городских очистных сооружений г. Кемерово рекомендуется использовать в качестве почвогрунтов в зеленом строительстве при посадке деревьев и кустарников, формировании газонов и клумб, при проведении работ по благоустройству; в дорожном строительстве при благоустройстве и задернении придорожного полотна и высадке зеленых насаждений; в питомниках лесных и декоративных культур; для биологической рекультивации полигонов ТБО, полигонов промышленных отходов, неорганизованных свалок. Также разрешается размещать неиспользованные осадки на полигонах ТБО (территория бытовых отходов) и полигонах промышленных отходов [1].
В настоящее время осадки по договору вывозятся на ТБО.
Использование ОСВ в качестве органоминерального удобрения является наиболее перспективным методом, так как при сжигании и захоронении происходит неоправданное уничтожение органического вещества. Однако для эффективной и безопасной утилизации ОСВ в качестве удобрения необходим комплексный подход к поиску оптимального решения. Вопрос утилизации осадков при обработке сточных вод является не самой простой задачей, но необходимость сохранения здоровой экологической обстановки нашей страны должна привести к выбору и внедрению безопасных и экономически выгодных методов утилизации осадков.
Литература
1. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений. //Госстандарт России, 2001. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.docload.rU/Basesdoc/9/9201/index.htm (дата обращения 15.04.2013).
2. Евилевич А.З. Осадки сточных вод. Удаление, обработка, использование.. М.: Госстройиздат, 1954 - 226с.
3. Чемерис, М.С. Экологические основы утилизации осадков городских сточных вод (на примере мегаполиса г. Новосибирска) [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. докт. биол. наук (03.00.16) / Чемерис Марина Сергеевна; ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет. - Новосибирск, 2006.
4. Утилизация осадков сточных вод [Электронный ресурс] URL: http://engineeringsystems.ru/u7utilizacia-osadkov-stochnih-vod.php (дата обращения 05.03.2015)
5. Krause R. Технология утилизации канализационных осадков в сельском хозяйстве //Korrespond. Abwasser. - 1986 - 33. №8. - с.696-672.
105
References
1. GOST R 17.4.3.07-2001. Ohrana prirody. Pochvy. Trebovanija k svojstvam osadkov stochnyh vod pri ispol'zovanii ih v kachestve udobrenij. //Gosstandart Rossii, 2001. [Jelektronnyj resurs] — Rezhim dostupa. — URL: http://www.docload.ru/Basesdoc/9/9201/index.htm (data obrashhenija 15.04.2013).
2. Evilevich A.Z. Osadki stochnyh vod. Udalenie, obrabotka, ispol'zovanie.. M.: Gosstrojizdat, 1954 - 226s.
3. Chemeris, M.S. Jekologicheskie osnovy utilizacii osadkov gorodskih stochnyh vod (na primere megapolisa g. Novosibirska) [Tekst]: avtoref. dis. na soisk. uchen. step. dokt. biol. nauk (03.00.16) / Chemeris Marina Sergeevna; FGOU VPO Novosibirskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet. - Novosibirsk, 2006.
4. Utilizacija osadkov stochnyh vod [Jelektronnyj resurs] URL: http://engineeringsystems.ru/u/utilizacia-osadkov-stochnih-vod.php (data obrashhenija 05.03.2015)
5. Krause R. Tehnologija utilizacii kanalizacionnyh osadkov v sel'skom hozjajstve //Korrespond. Abwasser. - 1986 - 33. №8. -s.696-672.
Пякилля Б.И.
Аспирант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация
В статье предложен метод получения математической модели объекта на примере решения задачи идентификации управляемой мехатронной системы. В основе метода лежит использование вещественного интерполяционного преобразования.
Ключевые слова: передаточная функция, робот, мехатронная система, идентификация, линейная система, преобразование Лапласа.
Pyakillya B.I.
Postgraduate student, National Research Tomsk Polytechnic University EXPERIMENTAL BUILDING OF MECHATRONIC SYSTEM’S MATHEMATICAL MODEL
Abstract
In this paper a method of building the mathematical models in case of mechatronic system identification is presented. The method is based on real interpolation transform.
Keywords: transfer function, robot, mechatronic system, system identification, linear system, Laplace transform.
Проблема получения математической модели исследуемого объекта имеет огромное практическое значение. Адекватная математическая модель, а значит и точное описание свойств объекта, позволяет понять и предсказать его дальнейшее поведение, а также синтезировать оптимальное управление. Построение математической модели реального промышленного объекта на основе физических законов часто осложнено невозможностью применения этих законов или их излишней сложностью. В технических приложениях часто возникает задача, когда имеется некоторый набор данных в виде массивов значений входных и выходных сигналов и на их основе требуется построить модель типа «вход-выход», используемую в дальнейшем для синтеза регуляторов. Для построения таких моделей используются методы идентификации систем, являющейся особым разделом теории автоматического управления, и позволяющей, на основе специальных алгоритмов, получить математические модели динамических систем по данным наблюдений. В данной работе будет рассмотрена конкретная задача построения математической модели мехатронной системы, представленной в виде подвижного звена манипулятора робота [1].
Описание метода идентификации
Для получения математической модели был выбран метод идентификации, основанный на применении вещественного интерполяционного метода (ВИМ) [2,4,5].
ВИМ принадлежит к методам, оперирующим с математическими описаниями в области изображений. Основой метода является вещественное интегральное преобразование:
F(5) = Г f (t)e-stdt,5 е [С, ю), С > 0 (1)
J 0
где оригиналу f(t) ставится в соответствие изображение F(6), представленное как функция вещественной переменной 5 . Формулу (1), являющейся прямым преобразованием, можно рассмотреть как частный случай преобразования Лапласа, связанный с заменой переменной: комплексной p = 6 + jw на вещественную переменную 6.
Использование преобразования (1) для решения задачи идентификации, как и в базовом случае применения преобразования Лапласа, связано с определением передаточной функции по известным сигналам входа и выхода. Отличие заключается в переходе к вещественным изображениям W(6), X(6) = L{x(t)}, Y(5) = L{y(t)} ,5 е [С, ю), С > 0.На основе этих моделей формируется уравнение, в котором присутствует искомая функция.
Далее, имея математическое выражение вида
W (5)
J y(t)e~5tdt
J x(t)e 5dt
(2)
можно найти вещественную передаточную функцию W (5) . Переход к передаточной функции по Лапласу осуществляется формальной заменой вещественной переменной 5 на комплексную p в соответствии с рекомендациями [2,4].
Практическое применение соотношения (2) требует еще пояснения. В практических задачах входные и выходные сигналы заданы своими отсчетами. Эта особенность требует перехода в формуле (2) к численному интегрированию, что делается достаточно просто.
Математическая модель, в форме численной характеристики, объекта управления и исходная непрерывная вещественная передаточная функция имеют однозначную связь [4]. Она устанавливается при помощи системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), в которой количество неизвестных параметров равно количеству точек интерполяции:
106
