Способ определения концентрации веществ в системе биологической очистки сточных вод Российский патент 2021 года по МПК C02F3/02 

Способ относится к области водоотведения, а также к способам моделирования аппаратов (устройств) биологической очистки сточных вод на канализационных очистных сооружениях.

К недостатку существующих способов расчета, например, по СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения» или по учебнику «Водоотведение и очистка сточных вод» (авторы Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев изд. АСВ 2006 г.), относится то, что расчет системы биологической очистки сточных вод сводится к определению длительности аэрации, продолжительности пребывания сточных вод в аэрационном сооружении и его вместимости, т.е. объем определяется исходя из расчетных расходов сточных вод. Указанные способы применяются при расчетах и проектировании сооружений биологической очистки сточных вод. При этом концентрации загрязнений не определяются. Но указанный параметр является важным при моделировании работы и создании эксплуатационных моделей сооружений. Поскольку изменения условий протекания процесса, в том числе физических и химических параметров, оказывает сильное влияние на процессы, происходящие внутри сооружений. Точное определение и прогнозирование параметров процесса позволит создавать эксплуатационные модели, а эксплуатирующему персоналу принимать обоснованные решения по управлению процессами биологической очистки сточных вод.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу служит патент на изобретение RU №2 656 687, Система и способ для моделирования и расчета химико-технологических систем, G06N 7/00, G09B 25/02, опубликованный 06.06.2018, Бюл. №16, включающий следующие шаги:

а) создание пользователем новой химико-технологической схемы или выбор и/или редактирование пользователем созданной или существующей химико-технологической схемы из набора химико-технологических схем посредством интерфейса ввода-вывода на клиентской стороне, сохраненных на сервере, где химико-технологическая схема описывает химико-технологическую систему, характеризующуюся, по крайней мере, одним химико-технологическим процессом, причем химико-технологическая схема состоит из модулей химико-технологической схемы, связанных входными и выходными потоками, и расчет аппаратов химико-технологической схемы выполняется расчетными модулями, реализованными в виде элементов Сервисной Шины Предприятия;

б) выбор и добавление модулей химико-технологической схемы в химико-технологическую схему и задание пользователем входных параметров химико-технологической схемы и/или параметров модулей химико-технологической схемы, включающих, по крайней мере, параметры входного потока и/или выходного потока для химико-технологической схемы, и/или параметры аппаратов химико-технологической схемы, и/или параметры для модулей химико-технологической схемы, и/или выбор расчетных модулей для модулей химико-технологической схемы;

в) передача данных, полученных в пунктах а) и б) с описанием химико-технологической схемы на сервер в виде HTTP-запроса для расчета химико-технологической схемы;

г) преобразование полученных со стороны пользователя данных на сервере в конфигурационное задание в формате Сервисной Шины Предприятия;

д) проведение расчета посредством обработки Сервисной Шиной Предприятия конфигурационного задания, причем химико-технологические потоки представлены сообщениями Сервисной Шины Предприятия и модули химико-технологической схемы представлены элементами Сервисной Шины Предприятия;

е) отправка результатов расчета химико-технологической схемы на клиентскую сторону в виде HTTP-ответа.

Имеется вариант развития, когда задаваемые параметры модулей химико-технологической схемы включают задание, по крайней мере, одного входного потока модуля химико-технологической схемы.

Имеется вариант развития, когда модулю химико-технологической схемы соответствует, по крайней мере, один расчетный модуль химико-технологической схемы, выполненный в виде программного модуля, реализованного на языке программирования.

Имеется вариант развития, когда расчетные модули создаются пользователем на языке Сервисной Шины Предприятия в дополнение к ранее созданным расчетным модулям.

Имеется вариант развития, когда модули химико-технологической схемы преобразуют входящие потоки в выходящие потоки аппаратов.

Имеется вариант развития, когда интерфейс пользователя является веб-интерфейсом

Имеется вариант развития, когда расчетные модули преобразуются на сервере в элементы Сервисной Шины Предприятия.

Имеется вариант развития, когда характеристики потоков химико-технологической схемы моделируются сообщениями Сервисной Шины Предприятия, которые включают химико-технологические параметры потоков, такие как: давление; температуру; расход, концентрации химических элементов.

Имеется вариант развития, когда Сервисная Шина Предприятия может быть построена с использованием фреймворка для интеграции корпоративных приложений «Spring Integration», основанном на ядре «SpringFramework».

Имеется вариант развития, когда описание химико-технологической схемы включено в конфигурационный файл, представленный в формате сохранения данных, например XML.

Имеется вариант развития, когда после окончания расчета химико-технологической схемы результаты расчета добавляются в конфигурационный файл в виде свойств элементов Сервисной Шины Предприятия.

Имеется вариант развития, когда конфигурационный файл сохраняется на сервере и может быть запрошен пользователем для восстановления исходной химико-технологической схемы.

Имеется вариант развития, когда описание химико-технологической схемы включает упрощенное описание модулей химико-технологической схемы, позволяющее производить быстрый расчет химико-технологической схемы.

Имеется вариант развития, когда конфигурационный файл сохраняется в базе данных.

Имеется вариант развития, когда расчетные модули подключаются к серверу для расчета, по крайней мере, одного модуля химико-технологической схемы.

Имеется вариант развития, когда модули химико-технологической схемы могут быть скомпонованы в цепочки модулей химико-технологической схемы, описывающих, по крайней мере, один аппарат, причем такая цепочка рассчитывается, по крайней мере, одним выбранным для нее расчетным модулем.

Имеется вариант развития, когда цепочка модулей химико-технологической схемы сохраняется на сервере отдельно от химико-технологической схемы в виде блока химико-технологической схемы или модуля химико-технологической схемы.

Имеется вариант развития, когда цепочка модулей химико-технологической схемы может быть добавлена в химико-технологическую схему в виде блока модулей химико-технологической схемы или модуля химико-технологической схемы.

Имеется вариант развития, когда рассчитанные на сервере характеристики цепочки модулей химико-технологической схемы, включая входные, выходные и промежуточные потоки и их характеристики, хранятся вместе с цепочкой модулей и используются для расчета химико-технологической схемы, в которую такая цепочка модулей химико-технологической схемы была добавлена.

Имеется вариант развития, когда модулю химико-технологической схемы сопоставляется элемент Сервисной Шины Предприятия, при помощи которого на сервере выполняется расчет данного модуля химико-технологической схемы.

Имеется вариант развития, когда расчет модуля химико-технологической схемы проводится на разных серверах, в зависимости от настроек Сервисной Шины Предприятия.

Для указанного способа характерна ограниченная область применения, поскольку он позволяет осуществлять только моделирование и расчет схемы по конфигурационному заданию (без разработки модели всей системы) путем применения расчетных модулей, преобразующих входящие потоки в выходящие потоки элементов и цепочек элементов схемы. По этой причине известными являются только входные и выходные потоки, характеризующиеся, по меньшей мере, расходами и концентрациями веществ. При этом, значения параметров внутри каждого элемента остаются неизвестными. Для некоторых технологических процессов это является существенным ограничением. В частности, для технологических схем биологической очистки сточных вод, в которых автоматизированное управление осуществляется по алгоритмам, предусматривающим поддержание на требуемом уровне концентраций веществ не только на выходе, но и внутри элементов. Для этого их необходимо не только измерять, но и прогнозировать. Например, при определении концентрации растворенных и нерастворенных веществ, где она зависит от ее расходов потоков и концентрации потоков на входе и выходе, изменения скоростей протекания процессов внутри аппаратов (устройств). С применением известного способа концентрацию растворенных и нерастворенных веществ с учетом изменения параметров процесса внутри аппарата (устройства) определить невозможно.

Задачей настоящего изобретения является расширение области применения известного способа.

Поставленная задача решена так, что в известном способе включающем, по меньшей мере, следующие шаги:

а) создание новой схемы или редактирование созданной, или существующей схемы, описывающей систему, причем схема состоит из элементов схемы и цепочек элементов схемы, связанных входными и выходными потоками, характеризующимися, по меньшей мере, расходами и концентрациями веществ, и расчет элементов и цепочек элементов схемы выполняется соответственно расчетными модулями элементов и расчетными модулями цепочек элементов схемы,

б) задание входных параметров схемы и/или измеряемых параметров элементов схемы и цепочек элементов схемы, выбор расчетных модулей для элементов схемы и цепочек элементов схемы,

в) проведение расчетов с использованием данных, полученных в пунктах а) и б),

г) представление результатов расчетов,

в соответствии с настоящим изобретением:

в качестве системы принимают систему биологической очистки сточных вод,

в качестве схемы принимают технологическую схему системы биологической очистки сточных вод,

в качестве элементов схемы принимают, по меньшей мере, камеру/камеры смешения сточных вод, аэротенк/аэротенки, вторичный отстойник/отстойники, насосную станцию циркуляции активного ила имеющие входные и выходные потоки, выполненные так, что

камера/камеры смешения сточных вод имеет два входных и один выходной поток, при этом по первому входному потоку камеры/камер смешения сточных вод поступает сточная вода, по второму входному потоку поступает активный ил,

аэротенк разделен на k зон, k≥r, r=2,

выходной поток камеры/камер смешения сточных вод является входным потоком аэротенка/аэротенков, а входной поток аэротенка/аэротенков является входным потоком k-й зоны, при k=1, аэротенка/аэротенков,

выходной поток k-й зоны аэротенка/аэротенков является входным потоком k+1-й зоны аэротенка/аэротенков,

выходной поток k-й зоны аэротенка/аэротенков, при k=r является выходным потоком аэротенка/аэротенков,

выходной поток аэротенка/аэротенков является входным потоком вторичного отстойника/отстойников,

выходной поток вторичного отстойника/отстойников разделяют на первый и второй выходные потоки,

по первому выходному потоку отводится очищенная сточная вода,

второй выходной поток вторичного отстойника/отстойников является входным потоком насосной станции циркуляции активного ила,

выходной поток насосной станции циркуляции активного ила является вторым входным потоком камеру/камеры смешения сточных вод и/или подает сточную воду на аппарат (устройство) обезвоживания осадка,

выполняют декомпозицию зон аэротенка/аэротенков на совокупности подэлементов имеющих входные и выходные потоки, расположенные по ходу движения входного потока к выходному потоку, так, что

входной поток зоны при k=1 аэротенка/аэротенков является входным потоком i₁=1 подэлемента зоны при k=1 аэротенка/аэротенков,

выходной поток i_k-го подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков является входным потоком i_k+1-го подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков, i_k принадлежит множеству натуральных чисел,

выходной поток последнего подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков является входным потоком i_k+1=1-го подэлемента k+1-й зоны аэротенка/аэротенков, 1≤k≤r-1,

в качестве концентраций веществ принимают концентрации растворенных и/или нерастворенных веществ,

при этом, в качестве задаваемых параметров камеру/камеры смешения сточных вод принимают:

расходы в первом Q^I и втором Q^II входящих потоках камеры/камер смешения сточных вод,

концентрацию растворенных и/или нерастворенных веществ в первом и втором входящих потоках камеры/камер смешения сточных вод,

при этом, в качестве задаваемых параметров аэротенка/аэротенков принимают

габаритные размеры, как минимум длину L, ширину В и глубину Н аэротенка/аэротенков, объемы V_k зон аэротенка/аэротенков;

удельный расход подаваемого воздуха W_k в зоны аэротенка/аэротенков,

в качестве задаваемых параметров цепочек подэлементов аэротенка/аэротенков принимают

количество подэлементов в зонах аэротенка/аэротенков,

константы скоростей реакций в зонах аэротенка/аэротенков,

в качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы применяют модуль/модули, выполненный/выполненные с возможностью определения

расхода сточной воды, в выходном потоке камеры/камер смешения сточных вод,

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ во входном потоке аэротенка/аэротенков,

концентрации растворенных и нерастворенных веществ в подэлементах зон аэротенка/аэротенков,

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ во входящем потоке вторичного отстойника/отстойников,

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ в первом и втором выходящих потоках вторичного отстойника/отстойников

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ в выходных потоках насосной станции циркуляции активного ила.

Отличительными признаками заявленного Способа определения концентрации веществ в системе биологической очистки сточных вод:

1. Выбор в качестве системы системы биологической очистки сточных вод;

2. Выбор в качестве схемы технологической схемы системы биологической очистки сточных вод;

3. Принятие в качестве элементов схемы, по меньшей мере, камеру/камеры смешения сточных вод, аэротенк/аэротенки, вторичный отстойник/отстойники, насосную станцию циркуляции активного ила имеющие входные и выходные потоки;

4. Объединение входных потоков камеры/камер смешения сточных вод в один выходной поток;

5. Принятие в качестве среды в первом входном потоке камеры/камер смешения сточных вод сточной воды, прошедшей механическую очистку;

6. Разделение аэротенка/аэротенков зоны;

7. Принятие в качестве входного потока аэротенка/аэротенков выходного потока камер/камеры смешения сточных вод;

8. Принятие в качестве входного потока первой по ходу движения потока зоны аэротенка/аэротенков, входного потока аэротенка/аэротенков;

9. Принятие в качестве входного потока последующих зон аэротенка, выходного потока предыдущих зон аэротенка;

10. Принятие в качестве выходного потока аэротенка, выходного потока последней по ходу движения потока зоны аэротенка;

11. Принятие в качестве входного потока вторичного отстойника, выходного потока аэротенка;

12. Разделение выходного потока вторичного отстойника/отстойников на первый и второй выходные потоки;

13. Принятие в качестве среды в первом выходном потоке очищенной сточной воды;

14. Принятие в качестве входного потока насосной станции циркуляции активного ила, второго выходного потока вторичного отстойника/отстойников;

15. Принятие в качестве второго входного потока камеры/камер смешения сточных вод выходного потока насосной станции циркуляции активного ила;

16. Выполнение декомпозиции зон аэротенка/аэротенков на совокупность подэлементов аэротенка/аэротенков расположенных по ходу движения входного потока зон аэротенка/аэротенков к выходному потоку зон аэротенка/аэротенков и имеющих входные и выходные потоки;

17. Принятие в качестве входного потока первого подэлемента первой зоны аэротенка/аэротенков входного потока первой по ходу движения входного потока зоны аэротенка/аэротенков;

18. Принятие в качестве входного потока подэлемента зон аэротенка/аэротенков, выходного потока предыдущего по ходу движения входного потока подэлемента зон аэротенка/аэротенков;

19. Принятие в качестве выходного потока k-й зоны аэротенка/аэротенков, выходного потока последнего подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков;

20. Принятие в качестве выходного потока последней по ходу движения входного потока зоны аэротенка/аэротенков, выходного потока последнего подэлемента зоны аэротенка/аэротенков является выходным потоком,

21. Принятие в качестве концентраций веществ, концентрации растворенных и/или нерастворенных веществ;

22. Дополнительный выбор в качестве задаваемых параметров камеры/камер смешения сточных вод расхода в первом Q^I и втором Q^II входящих потоках камеры/камер смешения сточных вод;

23. Дополнительный выбор в качестве задаваемых параметров камеры/камер смешения сточных вод концентраций растворенных и/или нерастворенных веществ в первом и втором входящих потоках камеры/камер смешения сточных вод;

24. Дополнительный выбор в качестве задаваемых параметров аэротенка/аэротенков, габаритных размеров, как минимум длины L, ширины В и глубины Н аэротенка/аэротенков, объемов V_k зон аэротенка/аэротенков;

25. Дополнительный выбор в качестве задаваемых параметров аэротенка/аэротенков, удельного расхода подаваемого воздуха W_k в зоны аэротенка/аэротенков;

26. Дополнительный выбор в качестве задаваемых параметров цепочек подэлементов аэротенка/аэротенков, количества подэлементов в зонах аэротенка/аэротенков;

27. Дополнительный выбор в качестве задаваемых параметров цепочек подэлементов аэротенка/аэротенков, констант скоростей реакций в зонах аэротенка/аэротенков;

28. Применение в качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы модуля/модулей выполненного/выполненных с возможностью расхода сточной воды, в выходном потоке камеры/камер смешения сточных вод;

29. Применение в качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы модуля/модулей выполненного/выполненных с возможностью определения массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ во входном потоке аэротенка/аэротенков;

30. Применение в качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы модуля/модулей выполненного/выполненных с возможностью определения концентрации растворенных и нерастворенных веществ в подэлементах зон аэротенка/аэротенков;

31. Применение в качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы модуля/модулей выполненного/выполненных с возможностью определения массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ во входящем потоке вторичного отстойника/отстойников;

32. Применение в качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы модуля/модулей выполненного/выполненных с возможностью определения массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ в первом и втором выходящих потоках вторичного отстойника/отстойников;

33. Применение в качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы модуля/модулей выполненного/выполненных с возможностью определения массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ в входных потоках насосной станции циркуляции активного ила.

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительный признак №1-3, в технической литературе известен, а остальные - нет, что отвечает условию патентоспособности «новизна».

Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, который заключается в том, что расширяется область применения известного способа, т.к. он может быть применен для определения параметров технологического процесса очистки сточных вод с учетом изменения характеристик сточной воды по ходу движения потоков с учетом изменения параметров процесса внутри аппаратов (устройств). Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1-33, т.к. в результате применения настоящего изобретения появляется возможность определять характеристики очищаемой и потока рециркулирующего ила в процессе очистки сточных вод с учетом изменения параметров процесса при обработке сточных вод в аппаратах (устройствах).

Предлагаемый авторами способ отличается от прототипа.

На фиг. 1 представлен пример схемы технологического процесса.

На фиг. 2 представлена схема подэлементов вторичного отстойника

На фиг. 3 представлен пример варианта результатов определения концентрации веществ в системе биологической очистки сточных вод.

Осуществление изобретения

На этапе а) создают новую схему (фиг. 1) или редактируют созданную, или существующую схемы, описывающую систему, причем схема состоит из элементов схемы и цепочек элементов схемы, связанных входными и выходными потоками, характеризующимися, по меньшей мере, расходами и концентрациями веществ.

При этом:

- в качестве системы принимают систему биологической очистки сточных вод;

- в качестве схемы принимают технологическую схему системы биологической очистки сточных вод, см. фиг. 1;

- в качестве элементов схемы принимают:

камеру/камеры смешения сточных вод 1, которая имеет первый 12, второй 10 входные потоки и выходной поток 3, при этом по первому входному потоку 12 подается сточная вода, прошедшая механическую обработку, например на решетках и/или первичных отстойниках, по второму 10 - подается активный ил;

аэротенк/аэротенки 2, при этом аэротенк/аэротенки 2 делится на k зон, для примера k=2 и в зоне 13 при k=1 производится анаэробная обработка сточных вод, в зоне 14 при k=2 - оксидная обработка сточных вод,

выходной поток 3 камеры/камер смешения сточных вод 1 является входным потоком аэротенка/аэротенков 2;

входной поток 3 аэротенка/аэротенков 2 является входным потоком k-й зоны 13, при k=1,

выходной поток k-й зоны 13 аэротенка/аэротенков 2 является входным потоком k+1-й зоны 14 аэротенка/аэротенков 2,

выходной поток зоны 14, при k=2, аэротенка/аэротенков 2 является выходным потоком 5 аэротенка/аэротенков 2;

вторичный отстойник/отстойники 4, при этом

выходной поток 5 аэротенка/аэротенков 2 является входным потоком вторичного отстойника/отстойников 4,

выходной поток вторичного отстойника/отстойников 4 разделяют на первый 6 и второй 7 выходные потоки вторичного отстойника/отстойников 4;

по первому выходному потоку 6 отводится очищенная сточная вода;

насосную станцию циркуляции активного ила 8, при этом

второй выходной поток 7 вторичного отстойника/отстойников 4 является входным потоком насосной станции циркуляции активного ила 8, имеющую выходной поток 9.

В соответствии с настоящим изобретением допускаются различные варианты использования второго выходного потока 9 насосной станции циркуляции активного ила 8, например, когда насосная станция циркуляции активного ила 8 по напорным трубопроводам 9 и 10 подает активный ил камеру/камеры смешения сточных вод 1 и/или по напорным трубопроводам 9 и 11 - подавать активный ил на обработку, например на обезвоживание.

В качестве концентраций веществ принимают концентрации растворенных и/или нерастворенных веществ.

На этапе б) задаются входными параметрами схемы и/или измеряемыми параметрами элементов схемы и цепочек элементов схемы, осуществляют выбор расчетных модулей для элементов схемы и цепочек элементов схемы (фиг. 2):

расходами сточных вод в первом 12 Q^I и рециркулирующего ила втором 10 Q^II входных потоках камеры/камер смешения сточных вод 1, например определяемых с помощью расходомеров, для примера Q^I=200 м³/час, Q^II=190 м³/час;

концентрациями растворенных S₀ и нерастворенных Х₀ веществ в первом 12 S^I и X^I и втором 10 S^II и X^II входных потоках камеры/камер смешения сточных вод 1, которые, могут быть определены, например по результатам эксперимента, или при помощи датчиков, или любым другим известным способом, для примера приведен расчет по аммонийному азоту в растворенном состоянии S^I=14,84 мг/л, S^II=0,49 мг/л и активного ила X^I=20 мг/л, X^II=4876 мг/л.

При этом принимают:

габаритные размеры, как минимум длину L, ширину В и глубину Н аэротенка/аэротенков 2, объемы 13 V₁ и 14 V₂ зоны аэротенка/аэротенков 2, которые могут быть определены из проектно-сметной документации, например L=75 м, В=5 м, Н=5 м.

Объем аэротенка L*B*H=75*5*5=1875 м³,

В состав аэротенка могут входить зоны с различными способами обработки сточных вод, например 1 - зона анаэробная обработка; 2 - аэробная.

V₁+V₂=625+1250=1875 м³.

Объемы зон V₁, V₂ определяются из проектно-сметной документации. Например, V₁=625 м³, V₂=1250 м³;

удельный расход подаваемого воздуха W_k в k зону аэротенка/аэротенков 2, который может быть определен из проектно-сметной документации, например W1=0 мг/л, W₂=3 мг/л;

в качестве параметров цепочек подэлементов аэротенка/аэротенков 2 принимают

количество подэлементов в k зонах аэротенка/аэротенков 2, для примера количество подэлементов в зоне 13 принимается n=5, а в зоне 14 m=10;

константы скоростей реакций, например константой скорости изменения концентрации аммонийного азота sw_i, и константой скорости прироста концентрации активного ила xw_i, которые являются функциями, например

sw_i=ƒ(t, X, W_k, S),

xw_i=ϕ(t, X, W_k, S).

где t - температура сточной воды;

Х - концентрация нерастворенных веществ;

S - концентрация растворенных веществ.

Константы скоростей реакций могут быть определены опытным путем, для используемых в примере условий они приведены на Фиг. 3 строка 26, 29.

На этапе в) с использованием данных, полученных в пунктах а) и б), проводят расчет элементов и цепочек элементов схемы расчетными модулями элементов и расчетными модулями цепочек элементов схемы.

При этом (фиг. 2):

выполняют декомпозицию зон аэротенка/аэротенков 2 на совокупности подэлементов имеющих входные и выходные потоки, расположенные по ходу движения входного потока к выходному потоку, так, что

объемы подэлементов

при k=1 объем подэлементов (фиг. 3, стр 24)

при k=2 объем подэлементов (фиг. 3, стр 24)

входной поток зоны при k=1 аэротенка/аэротенков является входным потоком i₁=1 подэлемента зоны при k=1 аэротенка/аэротенков, например, входной поток 3 зоны 13 аэротенка/аэротенков 2 является входным потоком 3 подэлемента 15 зоны 13 аэротенка/аэротенков 2;

выходной поток i_k-го подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков 2 является входным потоком i_k+1-го подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков 2, i_k принадлежит множеству натуральных чисел, например, выходной поток 16 i₁=1 подэлемента 15 первой зоны 13 аэротенка/аэротенков 2 является входным потоком i₁=2 подэлемента 17 первой зоны 13 аэротенка/аэротенков 2;

выходной поток последнего подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков является входным потоком i_k+1=1-го подэлемента k+1-й зоны аэротенка/аэротенков, 1≤k≤r-1, например, выходной поток 18 i₁=5 подэлемента 19 первой зоны 13 аэротенка/аэротенков 2, является входным потоком i₂=1-го подэлемента 20 второй зоны 14 аэротенка/аэротенков 2;

выходной поток последнего подэлемента k=r зоны аэротенка/аэротенков является выходным потоком k=r зоны аэротенка/аэротенков, например, выходной поток i₂=10-го подэлемента 21 второй зоны 14 аэротенка/аэротенков 2 является выходным потоком 5 зоны 14 аэротенка/аэротенков 2.

В качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы применяют модуль/модули, выполненный/выполненные с возможностью определения:

расхода сточной воды, в выходном потоке 3 камеры/камер смешения сточных вод 1 в аэротенк/аэротенки 2

Q=Q^I+Q^II=200+190=390 м³/час,

массового расхода и концентрации во входном потоке 3 аэротенка/аэротенков 2 растворенных

MS₀=(S^I*Q^I*S^II*Q^II)=3,0611 кг/час, (см. фиг 3, строка 27)

CS₀=MS₀/Q*1000=3,0611/390*1000=7,8490 мг/л, (см. фиг 3, строка 28)

и нерастворенных веществ,

MX₀=(X^I*Q^I+X^II*Q^II)=930,44 кг/час; (см. фиг 3, строка 30)

СХ₀=MX₀/Q=2,386 мг/л; (см. фиг 3, строка 31).

Параметры MS₀, МХ₀ характеризуют входной поток 3;

концентраций в подэлементах зон аэротенка растворенных (см фиг 3, строка 28) и нерастворенных веществ (см фиг 3, строка 31) в подэлементах аэротенка/аэротенков 2, например для первого подэлемента зоны 13 аэротенка 2, концентрация аммонийного азота в растворенном состоянии в подэлементах зон аэротенка/аэротенков 2

и нерастворенных веществ (см фиг 3, строка 25)

где dt - время нахождения сточных вод в i-ом подэлементе, для приведенного примера с (Фиг. 3, стр. 25),

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ во входном потоке вторичного отстойника/отстойников,

(см. фиг 3, строка 27)

(см. фиг 3, строка 30)

Параметры характеризуют выходной поток 5 аэротенка/аэротенков 2.

массового расхода и концентрации нерастворенных веществ в первом 6 и втором 7 выходных потоках вторичного отстойника/отстойников 4, например по массовому балансу веществ

CX^I=MX^I/(Q^I-q)

X^II=MX^II/Q^II кг/ч,

где MX^I - массовый расход нерастворенных веществ в первом выходном потоке 6 вторичного отстойника/отстойников 4, который может быть определен по любому известному методу, например по результатам экспериментального исследования, MX^I=(Q^I-q)*CX^I=(200-10)*10=(1900 мг/ч)/1000=1,9 кг/ч, CX^I=10 мг/л - концентрация нерастворенных веществ в первом выходном потоке 6 вторичного отстойника/отстойников 4;

MX^II - втором 7 выходных потоках вторичного отстойника/отстойников 4,

q - расход подаваемого активного ила на обработку, м³/час, q=10 м³/час.

Во вторичном отстойнике/отстойниках изменения концентрации растворенных веществ не происходит, поэтому

массового расхода растворенных и нерастворенных веществ в выходных потоках насосной станции циркуляции активного ила, которые могут определяться по массовому расходу растворенных и не растворенных веществ в первом входном потоке камеру/камеры смешения сточных вод 1.

Технический результат заключается в расширении области применения известного способа, позволяющем определять характеристики очищаемой сточной воды и потока рециркулирующего ила в процессе очистки сточных вод с учетом изменения параметров процесса при обработке сточных вод в аппаратах (устройствах).

Таким образом для предлагаемого способа характерна «промышленная применимость».

Способ относится к области водоотведения, а также к способам моделирования аппаратов (устройств) биологической очистки сточных вод на канализационных очистных сооружениях. Система биологической очистки содержит камеры смешения, аэротенки, отстойники. Аэротенк делится на зоны анаэробной обработки и оксидной обработки. Указанные зоны делятся на подэлементы. Концентрации загрязнений в очищаемых сточных водах и концентрации веществ в системе биологической очистки сточных вод определяют в потоках с учетом происходящих процессов в аппаратах (устройствах) внутри каждого элемента. При этом выходной поток подэлемента является входным потоком последующего подэлемента системы. Технический результат: расширение области применения способа очистки сточных вод, повышение качества и надежности биологической очистки сточных вод. 3 ил.

Способ определения концентрации веществ в системе биологической очистки сточных вод, включающий, по меньшей мере, следующие шаги:

а) создание новой схемы или редактирование созданной, или существующей схемы, описывающей систему, причем схема состоит из элементов схемы и цепочек элементов схемы, связанных входными и выходными потоками, характеризующимися, по меньшей мере, расходами и концентрациями веществ, и расчет элементов и цепочек элементов схемы выполняется соответственно расчетными модулями элементов и расчетными модулями цепочек элементов схемы,

б) задание входных параметров схемы и/или измеряемых параметров элементов схемы и цепочек элементов схемы, выбор расчетных модулей для элементов схемы и цепочек элементов схемы,

в) проведение расчетов с использованием данных, полученных в пунктах а) и б),

г) представление результатов расчетов,

отличающийся тем, что

в качестве системы принимают систему биологической очистки сточных вод,

в качестве схемы принимают технологическую схему системы биологической очистки сточных вод,

в качестве элементов схемы принимают, по меньшей мере, камеру/камеры смешения сточных вод, аэротенк/аэротенки, вторичный отстойник/отстойники, насосную станцию циркуляции активного ила, имеющие входные и выходные потоки, выполненные так, что

камера/камеры смешения сточных вод имеет два входных и один выходной поток, при этом по первому входному потоку камеры/камер смешения сточных вод поступает сточная вода, по второму входному потоку поступает активный ил,

аэротенк разделен на k зон, k≥r, r=2,

выходной поток камеры/камер смешения сточных вод является входным потоком аэротенка/аэротенков, а входной поток аэротенка/аэротенков является входным потоком k-й зоны, при k=1, аэротенка/аэротенков,

выходной поток k-й зоны аэротенка/аэротенков является входным потоком k+1-й зоны аэротенка/аэротенков,

выходной поток k-й зоны аэротенка/аэротенков, при k=r является выходным потоком аэротенка/аэротенков,

выходной поток аэротенка/аэротенков является входным потоком вторичного отстойника/отстойников,

выходной поток вторичного отстойника/отстойников разделяют на первый и второй выходные потоки,

по первому выходному потоку отводится очищенная сточная вода,

второй выходной поток вторичного отстойника/отстойников является входным потоком насосной станции циркуляции активного ила,

выходной поток насосной станции циркуляции активного ила является вторым входным потоком камеры/камер смешения сточных вод и/или подает сточную воду на аппарат (устройство) обработки осадка,

выполняют декомпозицию зон аэротенка/аэротенков на совокупности подэлементов, имеющих входные и выходные потоки, расположенные по ходу движения входного потока к выходному потоку, так, что

входной поток зоны при k=1 аэротенка/аэротенков является входным потоком i₁=1 подэлемента зоны при k=1 аэротенка/аэротенков,

выходной поток i_k-го подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков является входным потоком i_k+1-го подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков, i_k принадлежит множеству натуральных чисел,

выходной поток последнего подэлемента k-й зоны аэротенка/аэротенков является входным потоком i_k+1=1-го подэлемента k+1-й зоны аэротенка/аэротенков, 1≤k≤r-1,

выходной поток последнего подэлемента k=r зоны аэротенка/аэротенков является выходным потоком аэротенка/аэротенков,

в качестве концентраций веществ принимают концентрации растворенных и/или нерастворенных веществ,

при этом в качестве задаваемых параметров камеры/камер смешения сточных вод принимают:

расходы в первом Q^I и втором Q^II входящих потоках камеры/камер смешения сточных вод,

концентрацию растворенных и/или нерастворенных веществ в первом и втором входящих потоках камеры/камер смешения сточных вод,

при этом в качестве задаваемых параметров аэротенка/аэротенков принимают:

габаритные размеры, как минимум, длину L, ширину В и глубину Н аэротенка/аэротенков, объемы V_k зон аэротенка/аэротенков;

удельный расход подаваемого воздуха W_k в зоны аэротенка/аэротенков,

в качестве задаваемых параметров цепочек подэлементов аэротенка/аэротенков принимают:

количество подэлементов в зонах аэротенка/аэротенков,

константы скоростей реакций в зонах аэротенка/аэротенков,

в качестве расчетного модуля цепочек элементов схемы применяют модуль/модули, выполненный/выполненные с возможностью определения

расхода сточной воды, в выходном потоке камеры/камер смешения сточных вод,

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ во входном потоке аэротенка/аэротенков,

концентрации растворенных и нерастворенных веществ в подэлементах зон аэротенка/аэротенков,

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ во входящем потоке вторичного отстойника/отстойников,

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ в первом и втором выходящих потоках вторичного отстойника/отстойников,

массового расхода и концентрации растворенных и нерастворенных веществ в выходных потоках насосной станции циркуляции активного ила.