Научная статья на тему 'ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД'

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
206
54
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИННОВАЦИИ / СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС / БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА / СТОЧНЫЕ ВОДЫ / ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Бебихов Ю.В., Семёнова М.Н., Голиков В.В., Павлова С.Н.

В статье произведено описание модернизации существующих очистных сооружений в городе Мирном путем проектирования, разработки и внедрения инновационной системы автоматического управления технологическим процессом второй ступени биологической очистки сточных вод. Модернизация существующей технологической схемы биологической очистки связана с изменением количественных и качественных показателей сточных вод, поступающих от абонентов, а также необходимостью внедрения системы автоматического управления с применением современных технологий очистки сточных вод. Выполнены работы по внедрению инновационных технологических решений в области электроснабжения и комплексной автоматизации. Предлагаемая к внедрению инновационная автоматическая система обладает высоким уровнем надежности и защиты от ошибочных действий персонала: сигнализация, тревожные сообщения, защитная блокировка на срабатывание исполнительных механизмов, производиться самодиагностика неполадок в системе, обработкой данных и архивированием с составление протокола отчетности. Внесены предложения по дальнейшей модернизации процесса биологической очистки сточных вод за счет управления процессом доочистки, который позволит задержать взвешенные вещества на внутренней поверхности дисков самопромывных дисковых фильтров. Это приведет к снижению количества отфильтрованных твердых частиц, показателей химического и биологического потребления кислорода, фосфатов и, как следствие, снижению платы за сброс сточных вод.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DESIGN AND DEVELOPMENT OF AN INNOVATIVE AUTOMATIC BIOLOGICAL WASTEWATER TREATMENT SYSTEM

The article describes the modernization of existing treatment facilities in the city of Mirny by designing, developing and implementing an innovative system for automatic control of the technological process of the second stage of biological wastewater treatment. The modernization of the existing technological scheme of biological treatment is associated with a change in the quantitative and qualitative indicators of wastewater coming from subscribers, as well as the need to introduce an automatic control system using modern wastewater treatment technologies. Works on the implementation of innovative technological solutions in the field of power supply and complex automation have been completed. The innovative automatic system proposed for implementation has a high level of reliability and protection against erroneous actions of personnel: alarms, alarm messages, protective blocking for actuation of executive mechanisms, self-diagnosis of system malfunctions, data processing and archiving with drawing up a reporting protocol. Proposals have been made for further modernization of the biological wastewater treatment process by controlling the post-treatment process, which will allow retaining suspended solids on the inner surface of the self-cleaning disc filters' disks. This will lead to a decrease in the amount of filtered solid particles, indicators of the chemical and biological consumption of oxygen, phosphates and, as a consequence, a decrease in the payment for wastewater discharge.

Текст научной работы на тему «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД»

Проектирование и разработка инновационной автоматической системы биологической очистки сточных вод

см о см

О!

о ш т

X

<

т о х

X

Бебихов Юрий Владимирович,

к.ф.-м.н., магистрант кафедры математической экономики и прикладной информатики Института математики и информатики Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова, bebikhov.yura@mail.ru

Семёнова Мария Николаевна,

к.ф.-м.н., магистрант кафедры математической экономики и прикладной информатики Института математики и информатики Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова, mariya_semyonova86@mail.ru

Голиков Виктор Викторович,

студент кафедры электроэнергетики и автоматизации промышленного производства Политехнического института (филиала) Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова, kafeiagp@rambler.ru

Павлова Светлана Никандровна,

к.э.н., доцент, заведующая кафедрой гуманитарных, социально-экономических, правовых дисциплин и физического воспитания Политехнического института (филиала) Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова, snikandrovna@yandex.ru

В статье произведено описание модернизации существующих очистных сооружений в городе Мирном путем проектирования, разработки и внедрения инновационной системы автоматического управления технологическим процессом второй ступени биологической очистки сточных вод. Модернизация существующей технологической схемы биологической очистки связана с изменением количественных и качественных показателей сточных вод, поступающих от абонентов, а также необходимостью внедрения системы автоматического управления с применением современных технологий очистки сточных вод. Выполнены работы по внедрению инновационных технологических решений в области электроснабжения и комплексной автоматизации. Предлагаемая к внедрению инновационная автоматическая система обладает высоким уровнем надежности и защиты от ошибочных действий персонала: сигнализация, тревожные сообщения, защитная блокировка на срабатывание исполнительных механизмов, производиться самодиагностика неполадок в системе, обработкой данных и архивированием с составление протокола отчетности. Внесены предложения по дальнейшей модернизации процесса биологической очистки сточных вод за счет управления процессом доочистки, который позволит задержать взвешенные вещества на внутренней поверхности дисков самопромывных дисковых фильтров. Это приведет к снижению количества отфильтрованных твердых частиц, показателей химического и биологического потребления кислорода, фосфатов и, как следствие, снижению платы за сброс сточных вод.

Ключевые слова: инновации, система автоматического управления, технологический процесс, биологическая очистка, сточные воды, программное обеспечение, энергоэффективность.

Введение. На сегодняшний день большинство кана-лизационно-очистных сооружений по всей территории Российской Федерации находятся в стадии реконструкции [1-3]. Это связанно с рядом многих причин, таких как увеличение производительности станций, моральный износ устаревшего технологического оборудования, увеличение загрязняющих веществ в поступающих сточных водах с применением современной бытовой химической продукции [4-6]. Также произошли изменения культуры быта и поведения человека с появлением разновидностей загрязнений в виде наличия крупных частиц - остатков средств личной гигиены (ватные палочки, увлажняющие салфетки и т.д.) [7-10].

Технология очистки сточных вод на очистных сооружениях г. Мирного осуществляется по трубопроводам, которые направляют стоки в приемный резервуар первой насосной станции с предварительной очисткой стоков от мусора автоматизированными решетками, далее стоки направляются в песколовки для осаждения песка с последующим его вывозом на утилизацию. Из песколовок сток самотеком попадает в резервуар второй насосной станции для дальнейшего перенаправления стоков в блок биологической очистки, который представляет собой блок емкостей биологической очистки из трёх параллельных линии, включающие (по ходу движения потока) первичный отстойник, двухкоридорный, че-тырехсекционный аэротенк, вторичный отстойник и резервуар очищенной воды. Первичные и вторичные отстойники представляют собой квадратные в плане емкости с центральной трубой и коническими днищами, в которых осадок из конусов отстойников откачивается погружными насосами на узел обезвоживания осадков и вывозиться на полигон. Обеззараживание стоков, прошедших биологическую очистку, производится ультрафиолетовыми установками УФ-излучения.

В связи с ужесточением показателей нормативно-допустимого сброса в водные объекты очищенных сточных вод, классическая технологическая схема очистки сточных вод, разработанная согласно СНиП 2.04.03-85, не способна достичь нормативных показателей, поэтому было принято решение определить технологические решения [11, 12].

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка инновационной системы автоматического управления технологическим процессом биологической очистки сточных вод в связи с необходимостью модернизации существующих очистных сооружений вследствие изменения количественных и качественных показателей сточных вод, поступающих от абонентов. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: предложена современная технология очистки сточных вод, описаны структурная схема и информационное обеспечение, разрабо-

тана функциональная схема и выбран комплекс технических средств, создан графический интерфейс оператора с интегрированной информационной системой станции.

Результаты исследования.

Инновационные технологические решения.

Так как для удаления биогенных элементов основная роль принадлежит сооружениям биологической очистки, то одновременное удаление азота и фосфора целесообразно разделять на биологическое удаление азота в аэротенках путем нитриденитрификации и на химическое осаждение фосфора во вторичных отстойниках [1315]. Для дальнейшей реализации этих инновационных мероприятий было принято решение выполнить корректировку рабочей документации по разделам: технологический, электромеханический и комплексной автоматизации существующего проекта.

На стадии корректировки рабочей документации очистных сооружений в г. Мирном производительностью до 19000 м3 сутки, была выбрана современная технология очистки сточных вод «Технология нитриденитрификации с глубоким биологическим удалением азота, фосфора и процессом преферментации в первичных отстойниках», которая имеет значительные отличия от классической схемы. Для процесса нитриденитрифика-ции в существующих зонах аэротенков демонтирован полимерный загрузочный материал (предназначенный ранее для поддержания биоценоза) и смонтирована система дисковой мелкопузырчатой аэрации для насыщения необходимой концентрации кислорода по всей площади емкости воздуходувками, оборудованными частотно-регулируемыми приводами.

В зонах нитрификации аэротенков установлены шесть систем контроля растворенного кислорода, которые посредством каскадного регулирования управляют воздуходувками. Реализуемая технологическая схема нитриденитрификации связана с созданием аноксидных условий в зоне денитрификации и подачей в нее сточной воды. Очистка от органического азота по выбранной технологии нитриденитрификации осуществляется согласно схеме, изображенной на рис. 1.

I

ЛЯ

1

N0

растворенный кислород в среде отсутствует, но есть кислород химически связанный, называются аноксид-ными. Аноксидные условия создаются при замене аэрации на механическое перемешивание, обеспечивающие поддержание активного ила во взвешенном состоянии.

Органический N Стадии «чистки:

1 - аммонификация (от орган! I чес кого азота)

2 - нитрификация (от аммонийного азота)

3 - денптрпфнкацпя (от нитритов и нитратов)

Рисунок 1 - Схема процесса нитриденитрификации

В стадии денитрификации происходит биовосстановление нитритов (стадия 3а) и нитратов (стадия 3б) до молекулярного азота, который отдувается из сточной воды в атмосферу. Денитрификация осуществляется под действием группы факультативно-анаэробных гетеротрофных микроорганизмов, которые должны существовать за счет органического субстрата и использовать кислород, входящий в состав нитратов. Присутствие растворенного кислорода перестраивает их метаболизм на аэробный путь и для окисления органических веществ денитрифицирующими бактериями используется уже не кислород нитритов и нитратов, а растворенный кислород, т.е. процесс осуществляется аналогично схеме аэробной биологической очистки. Условия, когда

Рисунок 2 - Схема новой технологии биологической очистки, где: Н - зона нитрификации (аэробные условия); Д - зона денитрификации (аноксидные условия)

Классическая схема биологической очистки сточных вод не способна осуществить эффективное удаление фосфора, поэтому для снижения концентрации фосфора фосфатов в очищенной воде применен метод химического осаждения фосфора во вторичных отстойниках, произведен подбор реагентов [16-18]. Для предотвращения возможного выноса взвешенных веществ из вторичных отстойников в проектных решениях рекомендуется в существующих объемах сооружений разместить современные сетчатые дисковые фильтры.

После выполнения работ по корректировке разделов существующего проекта очистных сооружений, было приобретено и смонтировано следующее оборудование системы автоматического управления: 2 автоматизированных рабочих места, 8 шкафов автоматики, 1 установка дозирования коагулянта, 4 автоматических пробоотборника, 27 задвижек с электроприводом, 6 кислоро-домеров, 6 датчиков уровня ила и осадка, 6 расходомеров избыточного ила.

Структурная схема системы управления.

Цель разработки АСУ ТП - замена существующих, морально устаревших средств управления технологическим процессом и повышение надежности функционирования системы; расширение функций автоматического и автоматизированного контроля и управления; повышение качества управления технологическим процессом, а также повышение надежности АСУ ТП. Система автоматического контроля позволяет стабилизировать основные параметры процесса, своевременно и достоверно обеспечить информацией обслуживающий персонал, защитить оборудование при возникновении предаварийных ситуаций.

При проектировании системы управления предусматривалась иерархическая, двухуровневая система управления. На нижнем уровне (локальная системы управления на базе программируемых контроллеров) реализуется локальное автоматическое управление технологическим оборудованием в реальном масштабе времени, а также производится сбор и обработка информации согласно перечням сигналов для передачи на верхние уровни управления [19-21].

Функции технического обеспечения нижнего уровня: централизованный контроль параметров и состояния механизмов объекта; автоматизированное управление технологическим процессом; предупредительная и аварийная сигнализация с регистрацией событий; диагностика обору-

X X

о

го А с.

X

го т

о

ю

2 О

м

дования; контроль работы системы. Информация о состоянии технологического процесса предоставляется персоналу в виде графических видеокадров (мнемосхем), на которых отображаются динамические параметры, характеризующие технологический процесс.

На верхнем уровне управления передача информации организуется в соответствии с функциональной принадлежностью по иерархическому принципу и состоит из: параметров режимов основных технологических процессов; данных обмена со смежными системами автоматизации; показателей и данных, представляемых руководству.

Компьютеры верхнего уровня и контроллеры объединены дублированной сетью Ethernet. Платформа Logix Allen-Bradley обеспечивает единую интегрированную архитектуру для дискретного управления, управления приводами, сервоприводами и непрерывными процессами на базе контроллеров фирмы изготовителя Rockwell Automation, которые обеспечены 20 % резервом по входам/выходам для проектного расширения функциональности системы [22, 23]. Для решения поставленной задачи использовались контроллеры ControlLogix.

. ш

ДИСПЕТЧЕРСКИЙ ПУНКТ

Рисунок 3 - Структурная схема системы автоматического управления технологическим процессом

Функциональная схема автоматизации.

Функциональная схема автоматизации является основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса проектируемого объекта, и оснащение его приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами вычислительной техники). Алгоритм проектирования ФСА включает в себя: постановку задачи автоматизации, исследование объекта автоматизации, разработку системы автоматизации, выбор комплекса технических средств, выбор вспомогательного оборудования, размещение средств автоматизации на щитах и пультах, изготовление технической документации.

На основании проведенного анализа технологического процесса как объекта автоматизации, разработана функциональная схема автоматизации (рис. 4), и мнемосхема производственного процесса (рис. 5).

es

0

CS

01

О Ш

m

X

<

m о х

X

Абтоыотииробомпое рабочее место ooepomofic W {APN 1)

МСМДОРМфбв N91 6

Коплю сети Cttoemet/P 100 Мбим/е

EtheivWiP

W*of Ш

Ш^Ш I

.■-У-

И-I

^ 1 VACONIOOfLOW]

jL_нл-i

I-7Тч~

1 VACCNlMflöWl

I улмтмпаш I

1 Шщ* UätKE

§ S \ i

Г, -i т vAcammo»

vtcancmo*\

Ht7.t-6

v<Kt*fmn.6*\

IN vtcomufUF

Рисунок 4 - Функциональная схема автоматизации процесса биологической очистки

ATW.1- txt

ЛП6}- oa

ЛМ1- oa

»no.t- oa

Рисунок 5 - Мнемосхема блока биологической очистки и выпуск сооружений

К инновационным техническим решениям здесь модно отнести:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Все средства измерения, относящиеся к нижнему уровню, имеют выходной сигнал 4-20 мА, устанавливаются на открытых технологических площадках, выполнены в исполнении для работы при температуре окружающего воздуха от - 40 до + 90°С и защищены от попадания влаги.

2. Кабельная связь от датчиков до вторичной аппаратуры и шкафа системы автоматизации прокладывается экранированными кабелями с заземлением экрана со стороны шкафа системы автоматизации.

3. Для контроля и управления технологическими процессами предусматривается применение датчиков с унифицированным интерфейсом ModBus RTU для связи контроллера с интеллектуальными устройствами, а также подключаемых по шинам DeviceNet/ControlNet.

4. В качестве пускозащитной аппаратуры предусматриваются магнитные пускатели TeSys производства фирмы Schneider Electric.

5. В целях обеспечения регулирования технологического процесса предусмотрены частотно-регулируемые преобразователи [24, 25] главного привода насосов DANFOSS, имеющие цифровой интерфейс Ethernet/IP для сопряжения с системой управления.

Графический интерфейс оператора.

Программирование осуществляем в интегрированной информационной системе для управления промышленным производством с помощью программного обеспечение RSLogix 5000. Для контура стабилизации уровня очищенных стоков применим метод изменения расхода стоков на станцию. Система регулирования, реализующая этот принцип, проста и наименее инерционна. Такая система содержит датчик уровня LT и ПЛК, который даёт задание регулятору подачи стоков. Используемый PID-регулятор обеспечивает высокую точность в установившемся режиме. На рис. 6 представлена система автоматического регулирования (САР)

уровня очищенных стоков, выполненная на языке программирования FBD.

X-Y K-Y

X 0

Y Y

41

iJC'

т»>-

—К»

-4«

Рисунок 6 - Система автоматического регулирования уровня очищенных стоков

Разработка АРМ оператора выполнена в интегрированной информационной системе для управления промышленным производством FACTORYTALK VIEW. Её особенностью является «технология единой линии программирования», то есть возможность разработки всех модулей АСУ ТП при помощи одного инструмента. Технология единой линии программирования позволяет в рамках одного проекта создавать средства человеко-машинного интерфейса, системы учёта ресурсов, программировать промышленные контроллеры и разрабатывать WEB-интерфейс. Для этого в инструментальную систему FACTORYTALK VIEW встроены специализированные редакторы.

es

0 es

01

о

Ш

m

X

<

m О X X

Для дальнейшей реализации АСУ ТП планируется рассмотреть мероприятия по разработке технологического описания управления процессом доочистки, математического обеспечения (методов, моделей и алгоритмов), программного обеспечения и проведение пуско-наладочных работ технологического процесса до-очистки. Мероприятия подразумевают приобретение и установку самопромывных дисковых фильтров, согласно проектным решениям. Это позволит задержать взвешенные вещества на внутренней поверхности дисков. Удаление мелкодисперсных твердых частиц из сточных вод, протекающих через фильтрующее полотно с отверстиями малого размера, повышается по мере забивания фильтрующих полотен. При достижении предварительно установленной максимальной разности давлений, взвешенные вещества автоматически удаляются с поверхности фильтрующего полотна. Также происходит снижение количества отфильтрованных твердых частиц, показателей химического и биологического потребления кислорода, фосфатов и снижение платы за сброс сточных вод.

Заключение. Практическое решение всей комплексной задачи управления такой сложной системой связано с большими трудностями, причиной которых является высокая размерность исходной задачи. Поэтому обычно общая задача автоматизации управления разбивается на несколько подзадач, при этом создается многоуровневая система управления, так называемая интегрированная АСУ ТП. В этих многоуровневых системах подсистемы управления материальными потоками играют роль нижнего высокочастотного каскада. В коммунальном хозяйстве больших городов и в системах водоотве-дения крупных промышленных предприятий обычно насчитывается несколько десятков, а иногда и сотен, таких подсистем. Качество управления материальными потоками в таких системах существенно влияет на точность отработки управляющих воздействий в АСУ ТП, а значит и на качество управления технологическими процессами на верхних уровнях иерархии. Кроме того, нестабильность потоков вызывает ухудшение режимов работы многих агрегатов и сооружений, что связано с дополнительными непроизводительными затратами реагентов и энергии. Свойства обрабатываемых потоков воды, ила и осадков весьма неблагоприятны для реализации автоматических измерений и управляющих воздействий. В этих условиях надежность, живучесть и энергоёмкость подсистем управления материальными потоками во многом определяют эксплуатационные характеристики всей интегрированной АСУ ТП. Однако до настоящего времени не исследована зависимость эффективности управления очистными сооружениями от структуры подсистем и способов управления материальными потоками, вследствие чего отсутствуют научно-обоснованные методы синтеза этих подсистем.

Таким образом, задачи исследования и разработки алгоритмов и систем управления материальными потоками являются актуальными и важными для развития и совершенствования АСУ ТП очистных сооружений, повышения их эффективности и улучшения эксплуатационных характеристик.

Разработанная в настоящей работе инновационная система автоматического управления технологическим процессом биологической очистки сточных вод может

стать базой для дальнейших исследований по комплексной автоматизации процессов водоснабжения и водоот-ведения.

Литература

1. Харькина О.В., Закиев Р.Р. Подходы к расчету сооружений биологической очистки сточных вод, обеспечивающие стабильное качество очистки: опыт компании SUEZ // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2020. № 6. С. 55-63.

2. Залётов С.В., Залётова Н.А. Расширение пределов применения биологической очистки сточных вод // Системные технологии. 2021. № 1 (38). С. 27-32.

3. Харькина О.В. Использование методик для расчета сооружений биологической очистки сточных вод (в порядке обсуждения) // Водоснабжение и санитарная техника. 2020. № 10. С. 21-26.

4. Короткова Т.Г., Касьянов Г.И. Метод расчета ректификационной колонны для разделения смеси легкой и тяжелой воды // Журнал физической химии. 2021. Т. 95. № 5. С. 800-809.

5. lyare P.U., Ouki S.K., Bond T. Microplastics removal in wastewater treatment plants: A critical review // Environmental Science: Water Research and Technology.

2020. V. 6. Is. 10. P. 2664-2675.

6. Лобанова А.А., Бахирева О.И. Изучение культуры микроорганизмов для биологической очистки сточных вод от формальдегида // Химия. Экология. Урбанистика.

2021. Т. 2021-2. С. 136-139.

7. Землянова М.В., Вялкова Е.И. Исследование комбинированного действия сверхвысокочастотного электромагнитного излучения на свойства осадков сточных вод // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 4. С. 20-25.

8. Белова Л.В., Вялкова Е.И., Глущенко Е.С., Оси-пова Е.Ю. Технология очистки производственных сточных вод гальванического цеха // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23. № 3. С. 143-154.

9. Игнатенко А.В. Анализ токсичности и детоксикации сточных вод в процессе их биологической очистки // Химическая безопасность. 2021. Т. 5. № 1. С. 64-80.

10. Pariy A.V., Lysov A.V. Creating a national benchmarking system for the utilities of water supply and wastewater sector in Russia // Water Science and Technology: Water Supply. 2014. V. 14. Is. 3. P. 438-443.

11. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения - М.: ОАО «ЦПП», 2008.

12. Свод правил СП 31.13330.2012. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-84 (с изменением). - М.: ОАО НИЦ «Строительство», 2013.

13. Xu X., Ma S., Jiang H., Yang F. Start-up of the anaerobic hydrolysis acidification (ANHA) - simultaneous partial nitrification, anammox and denitrification (SNAD)/enhanced biological phosphorus removal (EBPR) process for simultaneous nitrogen and phosphorus removal for domestic sewage treatment // Chemosphere. 2021. V. 275. No. 130094.

14. lannacone F., Di Capua F., Granata F., Gargano R., Esposito G. Shortcut nitrification-denitrification and biological phosphorus removal in acetate- and ethanol-fed moving bed biofilm reactors under microaerobic/aerobic conditions // Bioresource Technology. 2021. V. 330. No. 124958.

15. Chen S., Chen Z., Dougherty M., Zuo X., He J. The role of clogging in intermittent sand filter (ISF) performance in treating rural wastewater retention pond effluent // Journal of Cleaner Production. 2021. V. 294. No. 126309.

16. Pestryak I.V., Morozov V.V. Flotation of copper-molybdenum ores with household wastewater recycling // Obogashchenie Rud. 2020. V. 2020. Is. 4. P. 3-9.

17. Pestryak I.V., Morozov V.V. Modeling and investigation of the effect of calcium ions on the floatability of molybdenite // Obogashchenie Rud. 2019. V. 2019. Is. 3. P. 22-29.

18. Эрдэнэзуул Ж., Морозов В.В. Оптимизация реа-гентных режимов флотации медно-молибденовых руд с применением экономикоориентированных критериев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № 3. С. 210-220.

19. Semenov A.S., Bebikhov Y.V., Yakushev I.A. On the Characteristic Features of Implementing the NET Linx Open Network Architecture in the Control Logix System // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2021. V. 729. P. 32-41.

20. Bebikhov Y.V., Podkamenniy Y.A., Golikov V.V., Spiridonov V.M. On the Issue of Complex Automation of Mining Operations in the Diamond Mining Industry // 2020 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon 2020), Vladivostok, Russia. 2020. No. 9271623.

21. Semenov A.S. Practice of effective using variable-frequency drives in the mining industry process units // International conference on industrial engineering, applications and manufacturing (ICIEAM 2021), Sochi, Russia. 2021. No. 9446364. P. 270-274.

22. Камакин А.Н., Фролов П.А., Сергеев И.А., Васильков Ю.В. Источники информации для автоматического формирования временного ряда отказов оборудования // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ. 2018. Т. 4. С. 110-112.

23. Николаев А.В., Камакин А.Н., Васильков Ю.В. Резервы производительности технологического оборудования, связанные с прикладным ПО АСУТП // Автоматизация в промышленности. 2017. № 8. С. 28-34.

24. Kugusheva N.N., Semenov A.S., Yakushev I.A, Pavlova S.N., Egorov A.N., Fedorov O.V. Choosing variable-frequency drive systems for the mining process units // E3S Web of Conferences. 2021. V. 244. No. 09011.

25. Кугушева Н.Н., Семёнов А.С., Якушев И.А., Павлова С.Н. Технико-экономические особенности выбора частотно-регулируемых электроприводов для технологических установок алмазодобывающих предприятий // Инновации и инвестиции. 2021. № 1. С. 145-149.

Design and development of an innovative automatic biological

wastewater treatment system Bebikhov Yu.V., Semenova M.N., Golikov V.V., Pavlova S.N.

North-Eastern federal university named after M.K. Ammosov

JEL classification: L61, L74, R53_

The article describes the modernization of existing treatment facilities in the city of Mirny by designing, developing and implementing an innovative system for automatic control of the technological process of the second stage of biological wastewater treatment. The modernization of the existing technological scheme of biological treatment is associated with a change in the quantitative and qualitative indicators of wastewater coming from subscribers, as well as the need to introduce an automatic control system using modern wastewater treatment technologies. Works on the implementation of innovative technological solutions in the field of power supply and complex automation have been completed. The innovative automatic system proposed for implementation has a high level of reliability and protection against erroneous actions of personnel: alarms, alarm messages, protective blocking for actuation of executive mechanisms, self-diagnosis of system malfunctions, data processing

and archiving with drawing up a reporting protocol. Proposals have been made for further modernization of the biological wastewater treatment process by controlling the post-treatment process, which will allow retaining suspended solids on the inner surface of the self-cleaning disc filters' disks. This will lead to a decrease in the amount of filtered solid particles, indicators of the chemical and biological consumption of oxygen, phosphates and, as a consequence, a decrease in the payment for wastewater discharge. Keywords: innovations, automatic control system, technological process,

biological treatment, waste water, software, energy efficiency. References

1. Kharkina O.V., Zakiev R.R. Approaches to the design of biological

wastewater treatment facilities that ensure a stable quality of treatment: the experience of SUEZ // Best available technologies for water supply and wastewater disposal. 2020. No. 6. S. 55-63.

2. Zaletov S.V., Zaletova N.A. Expansion of the limits of application of

biological wastewater treatment // System technologies. 2021. No. 1 (38). S. 27-32.

3. Kharkina O.V. The use of methods for calculating biological wastewater

treatment facilities (by way of discussion) // Water supply and sanitary engineering. 2020.No. 10.P. 21-26.

4. Korotkova T.G., Kasyanov G.I. Method for calculating a rectification column

for separating a mixture of light and heavy water // Journal of Physical Chemistry. 2021. T. 95. No. 5. S. 800-809.

5. Iyare P.U., Ouki S.K., Bond T. Microplastics removal in wastewater

treatment plants: A critical review // Environmental Science: Water Research and Technology. 2020. V. 6. Is. 10.P. 2664-2675.

6. Lobanova A.A., Bakhireva O.I. Study of the culture of microorganisms for

biological wastewater treatment from formaldehyde // Chemistry. Ecology. Urban studies. 2021.Vol. 2021-2. S. 136-139.

7. Zemlyanova M.V., Vyalkova E.I. Investigation of the combined action of

microwave electromagnetic radiation on the properties of sewage sludge // Ecology and Industry of Russia. 2018.Vol. 22.No. 4.P. 20-25.

8. Belova L.V., Vyalkova E.I., Glushchenko E.S., Osipova E.Yu. Technology

of purification of industrial waste waters of the galvanic shop // Bulletin of the Tomsk State Architectural and Construction University. 2021.Vol. 23.No. 3.P. 143-154.

9. Ignatenko A.V. Analysis of toxicity and detoxification of wastewater in the

process of their biological treatment // Chemical safety. 2021. T. 5. No. 1. S. 64-80.

10. Pariy A.V., Lysov A.V. Creating a national benchmarking system for the utilities of water supply and wastewater sector in Russia // Water Science and Technology: Water Supply. 2014. V. 14. Is. 3.P. 438-443.

11. SNiP 2.04.03-85. Sewerage. External networks and facilities - M .: JSC "TsPP", 2008.

12. The set of rules of the joint venture 31.13330.2012. Water supply. External

networks and facilities. Updated edition of SNiP 2.04.03-84 (as amended). - M .: JSC Research and Development Center "Construction", 2013.

13. Xu X., Ma S., Jiang H., Yang F. Start-up of the anaerobic hydrolysis acidification (ANHA) - simultaneous partial nitrification, anammox and denitrification (SNAD) / enhanced biological phosphorus removal (EBPR) process for simultaneous nitrogen and phosphorus removal for domestic sewage treatment // Chemosphere. 2021. V. 275. No. 130094.

14. Iannacone F., Di Capua F., Granata F., Gargano R., Esposito G. Shortcut

nitrification-denitrification and biological phosphorus removal in acetate-and ethanol-fed moving bed biofilm reactors under microaerobic / aerobic conditions // Bioresource Technology ... 2021. V. 330. No. 124958.

15. Chen S., Chen Z., Dougherty M., Zuo X., He J. The role of clogging in intermittent sand filter (ISF) performance in treating rural wastewater retention pond effluent // Journal of Cleaner Production. 2021. V. 294. No. 126309.

16. Pestryak I.V., Morozov V.V. Flotation of copper-molybdenum ores with household wastewater recycling // Obogashchenie Rud. 2020. V. 2020. Is. 4.P. 3-9.

17. Pestryak I.V., Morozov V.V. Modeling and investigation of the effect of calcium ions on the floatability of molybdenite // Obogashchenie Rud. 2019. V. 2019. Is. 3.P. 22-29.

18. Erdenezuul Zh., Morozov V.V. Optimization of reagent regimes of flotation of copper-molybdenum ores using economically oriented criteria // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2019.No. 3.P. 210-220.

19. Semenov A.S., Bebikhov Y.V., Yakushev I.A. On the Characteristic Features of Implementing the NET Linx Open Network Architecture in the Control Logix System // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2021. V. 729. P. 32-41.

20. Bebikhov Y.V., Podkamenniy Y.A., Golikov V.V., Spiridonov V.M. On the Issue of Complex Automation of Mining Operations in the Diamond Mining Industry // 2020 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon 2020), Vladivostok, Russia. 2020. No. 9271623.

21. Semenov A.S. Practice of effective using variable-frequency drives in the

mining industry process units // International conference on industrial

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

X X О го А С.

X

го m

о

ю

2 О

м

engineering, applications and manufacturing (ICIEAM 2021), Sochi, Russia. 2021. No. 9446364. P. 270-274.

22. Kamakin A.N., Frolov P.A., Sergeev I.A., Vasilkov Yu.V. Sources of information for automatic generation of the time series of equipment failures // Mathematical methods in engineering and technology - MMTT. 2018.Vol. 4.S. 110-112.

23. Nikolaev A.V., Kamakin A.N., Vasilkov Yu.V. Productivity reserves of technological equipment associated with the APCS application software // Automation in industry. 2017. No. 8. S. 28-34.

24. Kugusheva N.N., Semenov A.S., Yakushev I.A, Pavlova S.N., Egorov A.N., Fedorov O.V. Choosing variable-frequency drive systems for the mining process units // E3S Web of Conferences. 2021. V. 244. No. 09011.

25. Kugusheva N.N., Semyonov A.S., Yakushev I.A., Pavlova S.N. Technical and economic features of the choice of frequency-controlled electric drives for technological installations of diamond mining enterprises // Innovations and investments. 2021. No. 1. S. 145-149.

СЧ

0

es

01

О Ш

m

X

<

m О X X

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.