Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Структурно-параметрическая оптимизация гибкой технологической схемы биологической очистки сточных вод

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Структурно-параметрическая оптимизация гибкой технологической схемы биологической очистки сточных вод"

РГй од

^ К.0,1 №

на правах рукописи ЛАПТЕВА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ГИБКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2000

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете.

Научный руководитель Научный консультант

кандидат технических наук, доцент Зиятдинов H.H. доктор технических наук, профессор Островский Г.М.

Официальные оппоненты

доктор химических наук, профессор Дьяконов Г.С. кандидат технических наук, доцент Фролова Л. Л.

Ведущая организация

Всероссийский научно-исследовательский институт углеводородного сырья (ВНИИУС), г. Казань.

Защита диссертации состоится " 14 " июня 2000 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.37.05 при Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420(Н5, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета (А-ЗЗО).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан " 14 " мая 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

А. С. Сироткин

А iOOtQ4>C А Атап Пй П

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сточные воды химических и нефтехимических предприятий являются одним из наиболее токсичных источников загрязнений окружающей среды, к качеству очистки которого предъявляются достаточно жесткие требования. Преимущественным способом очистки или доочистки таких стоков является биологическая очистка, интенсификация которой по-прежнему актуальна. Известными методами интенсификации процесса биоочистки являются использование технического кислорода либо обогащенного воздуха, поддержка определенной температуры, использование адаптированной микрофлоры, рационализация технологической схемы и другие. Следствием использования указанных методов является резкое удорожание процесса очистки из-за возрастания энергетических либо капитальных затрат. Однако существуют технологические схемы, которые могут быть рационализированы вследствие своей гибкости.

Под гибкой технологической схемой будем понимать технологическую схему, которая путем изменения режимных параметров и (или) структуры схемы позволяет адаптировать ее к изменяющимся условиям эксплуатации с целью выполнения возложенных на нее функций.

Изменение производительности и режимов работы отдельных производств предприятия, связанные с различными причинами, приводят к изменению расходов и качественного состава сточных вод, поступающих на очистку. Это требует адаптации существующих технологических схем биоочистки сточных вод к новым условиям эксплуатации.

Диссертационная работа выполнялась в рамках НИОКР "Химия и химическая технология" Республики Татарстан. Цель работы.

1. Разработка математической модели технологической схемы биологической очистки сточных вод, включающей математические модели основных аппаратов схемы.

2. Идентификация параметров математических моделей аппаратов по результатам лабораторных и промышленных экспериментов.

3. Разработка эффективного метода синтеза технологических схем для структурно-параметрической оптимизации гибких технологических схем.

4. Проведение структурно-параметрической оптимизации гибкой технологической схемы биологической очистки сточных вод на примере технологической схемы ОАО "Казаньоргсинтез".

Научная новизна.

1. Разработаны математические модели аэротенка и регенератора установки биологической очистки сточных вод нефтехимического предприятия, отличающиеся от известных включением уравнений кинетики окисления и покомпонентного материального баланса по основным загрязнителям и продуктам автолиза.

2. Предложен модифицированный метод структурных параметров доя синтеза технологических схем, отличающийся от известных одновременным использованием структурных параметров, характеризующих наличие связи между аппаратами, и структурных параметров, характеризующих наличие аппарата в схеме, а также использованием метода ветвей и границ при поиске оптимальной схемы. Практическая ценность.

1. Разработанный модифицированный метод структурных параметров для синтеза технологических схем и математические модели аппаратов включены в программный комплекс расчета и оптимизации химико-технологических систем.

2. Решена задача структурно-параметрической оптимизации технологической схемы биоочистки сточных вод ОАО "Казаньоргсинтез" на основе существующего оборудования с использованием построенных моделей аппаратов схемы и предложенного модифицированного метода структурных параметров.

3. Программный комплекс и результаты решения задачи переданы для использования в цех нейтрализации и биологической очистки сточных вод ОАО "Казаньоргсинтез".

4. Программный комплекс используется в учебном процессе центра "Системотехника" КГТУ при обучении магистров и повышении квалификации преподавателей университета.

Апробация работы. Основные положения и результаты научной работы докладывались на международных научных конференциях "Математические методы в химии и химической технологии" (Тула-1993 г., Тверь-1995 г., Тула-1996 г., Новгород Великий-1999 г.), "Методы кибернетики химико-технологических процессов" (Москва-1994 г., Казань-1999 г.), 3-й республиканской конференции "Нефтехимия-94", (Нижнекамск-1994 г.), межрегиональной научно-практической конференции "Пищевая промышленность 2000", (Казань-1996 г.), отчетной научно-технической конференции КГТУ 1999 г. По теме диссертации опубликованы 2 научные статьи.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения, содержит /7/ страниц машинописного текста, рисунков и ЗУ таблиц, /^^наименований использованных литературных источников и страниц приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении рассмотрено краткое содержание работы и показана актуальность решаемых в ней задач.

В первой главе анализируются работы, посвященные моделированию системы биологической очистки, рассматривается различное аппаратур-

ное и технологическое оформление процесса, способы интенсификации процесса, представлен анализ современных методов оптимального синтеза сложных технологических систем.

Вторая глава посвящена разработке математической модели технологической схемы биоочистки сточных вод на примере технологической схемы ОАО "КазаньОргсинтез" (рис. 1). Сточные воды поступают в блоки биоочистки I, II, III. Блоки включают параллельно работающие коридорные аэротенки (21-23,41, 42, 51-54), вторичные отстойники (61 - 67) и регенераторы активного ила (31, 32). В аэротенках предусмотрена возможность распределения сточной воды по длине первого коридора. Блоки различаются числом параллельно работающих аппаратов и их конструкцией. В аэротенках второго и третьего блоков первый коридор используется в качестве регенератора активного ила. Сточная вода поступает в аэротенки, далее очищенная вода поступает во вторичный отстойник, откуда поток осветленной воды сбрасывается в водоем, а поток уплотненного ила поступает в регенератор и затем подается на вход аэро-тенка. Предусмотрена возможность выведения избыточного ила на дальнейшую переработку, представленную блоком IV метантенков (71, 72) и блоком V аэробной стабилизации (81). Полученный в метантенках биогаз передается на потребление, а отработанный ил сбрасывается на специ-

ально подготовленную площадку. Технологическая схема предусматривает возможность отключения любого количества блоков, либо аппаратов в них на ремонт, перераспределения нагрузок между блоками и аэро-тенками в них, возможность переключения аэротенков на аэробную стабилизацию без подачи сточной воды. Перечисленные особенности позволяют охарактеризовать данную технологическую схему как гибкую. Для моделирования и оптимизации технологической схемы необходимо построить математические модели аэротенка, вторичного отстойника и регенератора, а также метантенка и аэробного стабилизатора.

Предложенная-математическая модель замкнутой системы биологической очистки включает аэротенк, вторичный отстойник и регенератор активного ила, учитывает многокомпонентный состав загрязнителя. В отличие от известных, в ней учтены процессы отмирания, автолиза биомассы и окисление автолизата, что позволило замкнуть модели аппаратов в единую систему.

Математическая модель аэротенка состоит из моделей кинетики, гидродинамической структуры потока и массообмена.

Для моделирования кинетики роста активного ила использована модель Герберта, учитывающая процесс отмирания биомассы (1). Учитывая сложность описания биохимического процесса образования и окисления продуктов автолиза, содержание мертвых клеток и продуктов их автолиза в модели кинетики учитывалось общей концентрацией у (3). Процесс окисления субстрата представлен по обобщенному показателю ХПК (2) и покомпонентным окислением загрязнителя (5). Компоненты загрязнителя: фенолы (/=!)> СПАВы 0=2), гликоли (/=3).

Удельная скорость роста биомассы (4) и покомпонентное окисление (5) представлены мультипликативными функциями, состоящими из трех частей: субстратной и учитывающих лимитирование процесса концентрацией растворенного кислорода и ингибирование процесса концентрацией неактивной биомассы и продуктами автолиза.

Для идентификации модели кинетики в лабораторном аэротенке был проведен эксперимент, по результатам которого построены кинетические кривые для каждого из компонентов загрязнений и по обобщенному показателю ХПК. В процессе идентификации в качестве субстратной составляющей рассматривались различные формулы. Для обобщенного субстрата составляющей удельной скорости окисления была выбрана формула Мозера, для удельной скорости покомпонентного окисления -

Х"К м"/л

еоо

\ а) « Эш

530 А - - №о

V * ---Греу

400 ' V V 1 \\ - •. -Сгатз+ая

зя й | Мяера

230

№ ^ N

0 -1- —к—1 .....V'1'

о

сгщмпь

б ■

•ч

в)

, \

\ > \

10; •

б)

V*

\\

V'

■ Экш --Мэго

гшкоги, мг/л

и

----Стспэ+ея ^20 - •

80--

\\ ¿V

Н- -1--

24^4

12

16

■ Эт

--№но

- - - Он ймея

20 311,4 ■ Эксп

--Мою

- - • - Степени

20

24 1н

Рис. 2. Аппроксимация экспериментальных кинетических кривых скорости окисления ХПК (а), фенолов (б), СПАВов (в), гликолей (г)

уравнение формальной химической кинетики (рис. 2). Результаты идентификации представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Константа окисления проектов автолиза к2, л/(мг-ч) Константа гибели биомассы ки 1/ч Константа ингибирования продуктами автолиза с!

0,0005 0,0038 0,0001

Субстратная составляющая уравнения удельной скорости роста биомассы (4)

Модель Формула Параметры

к & п т

Мозера 0,074 220 2,1 3,25

Субстратная составляющая уравнения покомпонентного окисления (5)

Модель Формула компонент к п

Степенная Фенолы СПАВы Гликоли 0,002 0,00007 0,0003 1,5 1,2 1,5

4

В

0

4

8

, V

4 - ■

2-

О

Для построения модели гидродинамической структуры потока проводились исследования в промышленном аэро-тенке импульсным методом с использованием в качестве трассера раствора поваренной соли. Результаты исследований показали наличие неодно-родностей в гидродинамической структуре потока. В качестве математической модели структуры потока была выбрана ячеечная модель, неоднородности учтены обратным перемешиванием и застойными зонами (рис. 3). В процессе идентификации были определены объемы застойных зон и расходы потоков обратного перемешивания и обмена с застойными зонами.

Математическая модель аэротенка приняла вид: ум*ы + уГ (х,+1 - ) + " ) = (V, - ^х,)V, (6)

Ме -V/ (8)

кс +С1 \+с!у1

О1(г0-г,) = ^(ЯРг,-С1)К<> (10)

+ -С,) + У2(сг -с,У, -а^ц.х.К.ХП

г = 1,4 - номер ячейки, } =1,3 - соответственно фенолы, СПАВы, гликоли В уравнениях (10), (11) коэффициент К1 рассчитывался по модель Хигби, а удельная поверхность контакта фаз о, по формуле Кальдербанка В качестве математической модели регенератора активного ила был; принята модель аэротенка, с учетом того, что в регенераторе процессь окисления отмершей биомассы и продуктов автолиза преобладают нa^ процессами отмирания активной биомассы и образования продуктов ав толиза. Поскольку система биоочистки обладает единым биоценозом ак тивного ила, то отдельно для регенератора идентифицировали парамет ры, характеризующие процессы образования неактивной биомассы и е» окисление. Для идентификации модели на каждом из блоков биологиче ской очистки сточных вод были проведены измерения объемных расхо дов потоков, концентраций активного ила и компонент загрязнения н

С, мг/л ^ Сэксп

-С2

120 у ----С1

80'

40 + 0

/

ж:

0 2 4 6 1,4

Рис. 3. Исследование структуры потока в аэротенке. С2 - расчетная кривая ячеечной модели, С1 - расчетная кривая ячеечной модели с учетом неоднородностей

входе и выходе из регенератора. Результаты идентификации даны в таблице 2.

Таблица 2.

Константа окисления продуктов автолиза кг, л/(мг-ч) Константа гибели биомассы ки 1/ч Константа ингибирования продуктами автолиза с!

0,008 0,0018 0,0001

Номер блока Концентрация активного ила на выходе из регенератора, мг/л

I II III

Номер опыта 1 2 1 2 1 2

Эксперимент 5260 4550 5800 4000 5835 6150

Расчет 5250 4562 5900 4100 5830 6200

Математическая модель вторичного отстойника построена по методу Дика. Для выбора функции, аппроксимирующей скорость осаждения активного ила в отстойнике, был проведен эксперимент по исследованию процесса осветления надьиловой жидкости, взятой из каждого вторичного отстойника. В результате анализа данных проведенного эксперимента для аппроксимации скорости осаждения была выбрана известная степей-

уь

ная зависимость II = 17,

. Значение начальной скорости осажде-

ния было взято из литературы, описывающей аналогичные аппараты. Также было выявлено различие скоростей осаждения активного ила в разных блоках биологической очистки. Математическая модель вторичного отстойника приняла вид:

Г ■

V =5

упл отст

и0{ь~ 1)

Ьх„

(Ь-1>

упл )

= V + V

осе упл '

^освУ<

осе ^ осе '

(12)

(13)

(14)

(15)

; = 1,3, соа=свх. (16)

Математическая модель дополнена описанием процесса отмирания активной биомассы и образования продуктов автолиза, который отражен балансовым уравнением (15).

Идентификация математической модели на каждом из отстойников технологической схемы была проведена по промышленным данным рас-кодов потоков и концентраций активного ила на входах во вторичные отстойники и на выходе из них. Результаты идентификации модели привезены в таблице 3.

кххуплУ Vосвхдсв + V'уплхупл. ^уплУупл ~ ^вхУвх ^угиУ

«У о/ _

авх осе •'упл

Таблица 3.

Результаты идентификации модели вторичного отстойника

Номер блока Поток из отстойника Коэффициенты модели

Концентрация биомассы X, мг/л Расход потока V, м3/ч Показатель степени Ь Константа гибели биомассы ки 1/ч

Опыт Расчет Опыт Расчет

I 5600 5097 103 111 7,55 0,0051

4820 4985 137 130

5320 5064 113 117

II 4333 4438 261 253 17,3 0,0040

4260 4779 467 487

III 5850 6111 312 298 13,4 0,0046

6000 6228 300 273

5820 6105 315 301

В качестве критерия идентификации математических моделей использовано относительное отклонение экспериментальных и расчетных данных.

Сборка математических моделей аппаратов в единую систему биоочистки сточных вод проводилась с использованием последовательного модульного подхода. Полученная система является замкнутой. Для ее расчета в качестве условно-разрываемого был выбран поток, поступающий в регенератор активного ила. При расчете схемы наилучшую сходимость показал квазиньютоновский метод Бройдена, совмещенный с методом простой итерации. Результаты моделирования стационарного режима системы биоочистки при равномерно распределенной подаче сточной воды в аэротенк адекватно описывают процессы, происходящие в системе (рис. 4).

В первом коридоре аэротенка (первые 2 часа пребывания) происходи! разбавление потока активного ила, поступившего из регенератора, потоком сточной воды. Вследствие этого, в первом коридоре происходит увеличение концентрации загрязнителя. Концентрация загрязнителя начинает падать, е активного ила расти во втором коридоре аэротенка. В течение всего период; пребывания в аэрогенке происходит отмирание активной биомассы, образование продуктов автолиза и их окисление, причем скорость отирания биомассы и образования продуктов автолиза превышает скорость их окисления Во вторичном отстойнике, вследствие уплотнения активного ила, происхо-дат увеличение концентрации активного ила и неактивной биомассы в потоке уплотненного ила. В регенераторе происходит восстановление активно ста биомассы вследствие окисления активным илом отмерших клеток \ продуктов автолиза.

Технологическая схема предусматривает возможность переработки из быточного ила в блоке параллельно работающих метантанков, либо в блок< аэробной стабилизации. Расчет метантенков проводился по модели Конто. I качестве модели аэробного стабилизатора была взята математическая мо дель регенератора.

X* 10, мг/л У, мг/л

400

200

0

О

4

б

8

2

аэрогенк отстойник регенератор

Рис.4. Результаты моделирования системы биологической очистки

при распределенной подаче сточной воды Полученные математические модели аппаратов с учетом взаимосвязей между ними представляют математическую модель гибкой технологической схемы биологической очистки сточных вод.

Третья глава посвящена разработке математического метода структурно-параметрической оптимизации сложных технологических схем.

Задача структурно-параметрической оптимизации гибкой технологической схемы может быть представлена как задача синтеза: пусть известны исходные вещества Хи и вещества У-, которые нужно получить, а

также имеется набор из N аппаратов. Требуется выбрать и соединить И,

N < N, аппаратов и задать управления С/), таким образом, чтобы получить заданные количества целевых продуктов Т, при достижении минимума некоторого критерия. Вследствие многовариантности структурного и аппаратурного оформления технологических схем, решение задачи имеет сложный комбинаторный характер.

Принцип, лежащий в ряде алгоритмических методов синтеза сложных технологических систем, заключается в построении гиперструктуры, которая включает в себя все альтернативные технологические схемы синтезируемой системы. Для построения гиперструктуры используются структурные параметры двух типов: структурные параметры первого рода а11с, соответствующие потоку, соединяющему 1-ый и Аг-ый аппараты, и струк-

турные параметры второго рода 6к, соответствующие к-му аппарату и указывающие его наличие, либо отсутствие в синтезируемой схеме. При построении гиперструктуры на вход каждого аппарата ставится смеситель потоков, на выход - делитель. Выходные потоки каждого делителя подают на смесители на входах некоторых аппаратов.

При использовании параметров первого рода сложно включить в задачу эвристические правила и знания технологов, оформленные в виде логических условий. При использовании структурных параметров только второго рода включение логических условии не сложно, однако, возрастает число поисковых переменных задачи.

Предлагается подход, основанный на использовании обоих видов структурных параметров (рис. 5). В данном подходе делитель, стоящий на выходе к-го аппарата, часть потока (1-5^.) выводит из схемы, а остальную часть распределяет между входами других аппаратов. Сделав замену переменных у1к -а1к5к, и

определив К как множество ненулевых параметров <5ь получаем задачу вида:

(17)

(18) (19)

(20) ср*(и*,/)<0, (21)

(22) ]Гуы<М>,, (23)

(24) В уравнениях(17)-(24) кЛ&К.

Здесь уравнения (18)-(19) представляют структуру схемы, уравнения (20) - математические модели аппаратов, условия (21) - технологические ограничения. Структурные параметры у,,. отличаются от параметров а1к

тем, что при 8к = 0, ук = 0, 1 = Х.И, то есть все выходные потоки из аппарата и вклад его в критерий будут равны 0. По сравнению со вторым подходом здесь меньше размерность задачи, по сравнению с первым -несложно включение логических условий, например, присутствие в схеме и аэротенка и вторичного отстойника можно представить условием 5юр - Ьотст - 0, а выбор метантенка либо аэробного стабилизатора условием ^ мет став =1-

Рис. 5. Одновременное использование структурных параметров первого и второго рода

пап

и ,уй.64

кеК

46К

ук=/к(хкУ]

0<уы<1, бк=0 или 1.

Для решения задачи используется метод ветвей и границ. Каждому шагу метода соответствует граф, построенный следующим образом. Среди вершин ¿-графа, полученного на шаге к по некоторому правилу, находится висячая вершина, в которой строится (Ы-к+\) потомков. Тогда (к+1^-граф будет включать А-граф и все построенные потомки. Вершины

графа будем обозначать А*, где к - номер шага, а / - номер потомка, полученного на данном шаге. Первой вершине соответствует гиперструктура, каждому ее потомку - часть гиперструктуры, полученная удалением из нее одного из блоков, и так далее. Предложены и другие принципы

ветвлений. Тогда вершине А? соответствует схема, полученная из гиперструктуры удалением каких-либо (к-\) блоков. Такую схему будем называть ¿/-глобальной схемой. Заменив в задаче оптимизации условие (24) на

О < Ък < 1, к е К, (25)

получим задачу нелинейного программирования. Решение этой задачи можно считать нижней оценкой р* ¿/-глобальной вершины. •

Алгоритм процедуры метода ветвей и границ на к-ом шаге можно представить следующим образом.

1) Определение квазиоптимальной вершины А\, имеющей наименьшую нижнюю оценку р^ среди всех висячих вершин, полученных к к-му шагу.

2) Построение в вершине А* (Ы-к+\) потомков.

3) Определение нижней оценки для каждого потомка путем решения задачи (17)-(23), (25).

4) Определение верхней оценки для вершины. Получим значения структурных параметров второго рода , округляя полученные на шаге 3)

структурные параметры 5* по одному из предложенных правил. Подставив полученные значения в задачу (17)-(24), получим задачу нелинейного программирования, решение которой может служить верхней оценкой

вершины гк+:. Верхнюю оценку всех потомков выберем из множества 7*

верхних границ потомков, полученных к к-му шагу, по правилу:

¿+1 . 1 г = тт г .

5) Отсечение неперспективных для ветвления потомков. Если для какого-либо потомка верно > гкЛ, то очевидно, что вершина не содержит оптимальной схемы и исключается из дальнейшего рассмотрения.

6) Критерием окончания процедуры ветвления служит исчерпание числа ветвлений на гиперструктуре, либо выполнение условия:

Для решения задач нелинейного программирования предлагается использование хорошо зарекомендовавшего себя метода модифицированных функций Лагранжа, который сводит задачу условной минимизации к последовательности задач безусловной минимизации, а для безусловной минимизации - квазиньютоновский метод Бройдена-Флетчера-Гольдфарба-Шенно. Перечисленные методы включены в программный комплекс расчета и оптимизации химико-технологических систем.

В четвертой главе рассматривается применение разработанных математических моделей и предложенного метода синтеза сложных технологических схем к задаче структурно-параметрической оптимизации гибкой технологической схемы биоочистки сточных вод ОАО "КазаньОргсинтез". Рассматриваемая технологическая схема может использоваться в качестве гиперструктуры вследствие своей гибкости. Анализ производственных ситуаций позволил выделить две задачи оптимизации технологической схемы биоочистки сточных вод.

Задача 1. При заданном объеме и составе сточных вод, поступающих на очистку, числе работающих аэротенков и способе переработки избыточного ила распределить нагрузки между аэротснками и выбрать режимы их работы так, чтобы обеспечить минимум эксплуатационных затрат при достижении требуемого качества очистки. Задача имеет вид: найти min F, где:

1 upi

(III III

^ = 4 + +cnw1P-cMvM-cu{vv +vlv) (27)

при ограничениях

- Ь 0 , с, - Sjmc )< о , (28)

с; (s™aS + s;em - s 1ПДК)< О , (29)

Gmn< ^G^G™, Gt > Gmi", i-IM.ni.V, (30)

i=i,u,my

где j= ХПК, фенолы, СПАВы, гликоли,

0<у,<1, ij=W; £у*=1, ' = 13; £уи=1, i = Un. (31)

k=1 k=lV

Римскими цифрами обозначены номера блоков технологической схемы, арабскими - источники загрязнений.

Ограничения типа равенств и неравенств (28)-(31) налагались на структурные параметры первого рода (31) и были дополнены ограничениями, накладываемыми на предельно-допустимый сброс загрязнителя с очищенной водой (28), содержание загрязнителя в отработанном иле (29)

а также на расход подаваемого на барботаж воздуха (30), отражающими требования технологического регламента. Задача является задачей нелинейного программирования. В результате решения задачи был найден оптимальный режим работы технологической схемы биологической очистки сточных вод в рассматриваемых условиях, позволяющий обеспечить требуемое качество очистки сточной воды и снизить эксплуатационные затраты.

Задача 2. При заданном количестве и составе сточных вод выбрать один из блоков, распределить нагрузки между аэротенками в блоке, выбрать способ утилизации активного ила и определить режим работы полученной технологической схемы, обеспечивающий минимум затрат на ее эксплуатацию при обеспечении требуемого качества очистки.

Задача является смешанной, имеющей как дискретные - 5, так и непрерывные - у - переменные. При использовании технологической схемы биоочистки сточных вод в качестве гиперструктуры структурные параметры второго рода подключались к блокам биологической очистки и блокам переработки, а также к аппаратам в блоках. Предусматривалась возможность переключения аэротенков на режим аэробной стабилизации. Вследствие большой размерности задачи была проведена свертка системы. В результате свертки число поисковых переменных сократилось до 34, число ограничений до 59. Задача приняла вид: найти min F, где:

/

N

F ~с в YßiGi*bvGv +срец Xй, уГ" +cuö,vw,v -cM8lvv

nuIVw!V

(32)

при ограничениях

(33)

(34)

ХПК, фенолы, СПАВы, гликоли,

G""" < <Gmax, G, >Gm"\ i = 1,11, III, V,

(35)

i=I,H.JU,V

Y ivi + У vi = 5,, i = Ulli, y,i + yi2 + y,3 < 35,-, i = I,III,

1u +7ш ¿35,., i = IV,V,

(36)

0<у2>и=и = 1Д

(37)

к=1

0<^'< 3, 0<^<2, 0<£™ <2,

5, + 5Л + 5Ш

= 1, 81У =1,

(38)

0<^щ<4, Ш = ОЭ/>,С/77

5^=0 или 1,

Критерий оптимальности (32) отражает вклад в него каждого из работающих аппаратов. Ограничения (33) и (34) отражают требования на качество очистки и содержание загрязнителя в отработанном иле, соответственно. Ограничения (35) определяют расход воздуха, подаваемого н; барботаж. Условия (36), (37) отражают структуру технологической схе мы, (38) - логические правила. Решение задачи проводилось по предло

женному алгоритму метода ветвей I границ. Учитывая постановку задачи

в вершине А\ было построено три по томка, каждый из которых в ключа, один блок биологической очистки 1 оба блока переработки избыточноп ила. В результате сравнения нижни: границ потомков и верхней границь из рассмотрения была исключена вер <2

а,

а;

Блоки I, IV, V

а;

Блоки II, IV, V

а:

Блок» III, IV, V

а;

Блоки III, IV

Блоки III, V

Рис. 6. Граф задачи 2

ветвлении

шина Л-2 , как не содержащая опта

мальной схемы. Из оставшихся вер шин была выбрана вершина А^, ка имеющая наименьшую нижнюю оценку. В ней было построено два пс томка, среди которых наименьшую нижнюю границу имеет вершина А~ На этом процесс ветвлений был исчерпан. Граф ветвлений представле на рис. 6.

С целью подтверждения оптимальности полученного решения бь ли проведены ветвления в отброшенных вершинах. Для полученны потомков была решена задача поиска оптимального режима работ* Значения оценок критерия и структурных параметров второго рода вершинах полученных потомков приведены в таблице 4.

В результате решения задачи была получена оптимальная технолог] ческая схема, представленная на рис. 7. Оптимальная схема исследов; лась на чувствительность к изменению нагрузок по объемному расходу концентрации загрязнителя в потоке сточной воды. Была выявле! структурная устойчивость технологической схемы к возмущениям I указанным параметрам в пределах 15 процентов.

Таблица 4. Оценки вершин графа ветвлений

Вершина Значения структурных параметров второго рода Нижние оценки

Sui öw Sy

1 0 0 9.103

0 1 0 9.291

л! 0 0 1 j 5.01

Значение верхней оценки 9.23

0 0 1 1 0 9.31

А1 0 0 1 0 1 7.27

Результаты ветвления вершины Л,2 ,

1 0 0 1 0 11.055

1 0 0 0 1 9.23

Результаты ветвления вершины

0 1 0 1 0 9.999

0 1 0 0 1 9.292

счшценна»

SUSI

ТУГ

•ЧУ* юзпух

Рис. 7. Оптимальная схема биоочистки сточных вод

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

I. Разработаны и идентифицированы по данным промышленного и лабо->аторного экспериментов математические модели аэротенка и регенерато->а установки биоочистки сточных вод нефтехимического предприятия, сличающиеся от известных включением уравнений кинетики окисления I покомпонентного материального баланса по основным загрязнителям и фодуктам автолиза.

1. Предложена и идентифицирована по данным промышленного и лабо-юторного экспериментов математическая ¿модель вторичного отстойника, дполненная уравнением, учитывающим процесс образования неактивной иомассы.

. Полученные математические модели с использованием последова-ельного модульного подхода объединены в систему биоочистки сточных од, замкнутую по концентрациям биомассы, основных загрязнителей и еактивной биомассы.

. Предложен модифицированный метод структурных параметров для интеза технологических систем, отличающийся от известных одновре-енным использованием структурных параметров, характеризующих на-ичие связи между аппаратами, и структурных параметров, характери-

зующих наличие аппарата в схеме, а также использованием метода ветвей и границ при поиске оптимальной схемы.

5. Разработанный метод и математические модели включены в программный комплекс расчета и оптимизации химико-технологических схем.

6. Решена задача параметрической и структурно-параметрической оптимизации технологической схемы биологической очистки сточных вод ОАО "Казаньоргсинтез" на основе существующего оборудования с использованием построенных моделей аппаратов схемы и предложенного модифицированного метода структурных параметров.

7. Программный комплекс и результаты решения задачи переданы дац использования в цех нейтрализации и биологической очистки сточны> вод ОАО "Казаньоргсинтез". Предполагаемый эффект от внедрения составляет 112000 руб. в год.

8. Программный комплекс используется в учебном процессе центр; "Системотехника" КГТУ при обучении магистров и повышении квали фикации преподавателей университета.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

as - стехиометрический коэффициент по загрязнителю, a0j - расходный коэффициент по кислороду, ос 1к, у 1к - структурный и модифицированны структурный параметры 1 рода, р) ,гк - нижняя и верхняя оценки, Ак вершина графа, 8к - структурный параметр 2 рода, ц - удельная скорост роста биомассы, 1/ч, (j,, р, - субстратные составляющие, i, - структурны параметр свертки, Ъ - параметр модели отстойника, с - концентрация рас творенного кислорода, мг/л, d - константа ингибирования, св, срец, си, сл

цены, руб/м3, сп - цены, руб/Гкал, сх, с}, с j - цены, рубАг, F - критерк

оптимальности, G, - расход воздуха в z-ый блок, м3/ч, Gmax - максимал: ный расход воздуха, м3/ч, Gmw - минимальный расход воздуха, м3/ч, Н константа растворимости Генри, ki - константа гибели биомассы, 1/ч, к2 константа окисления биомассы и продуктов автолиза, л/(мг-ч), кс - koi станта полунасыщения по кислороду, /г - доля потока сточной воды в i-ячейку, KiCi ~ объемный коэффициент массопередачи, 1/ч, N - число а паратов в гиперструктуре, п - число компонентов загрязнений, Р - давл ние, атм, s - концентрация загрязнителя, выраженная в обобщенном ХП мгОг/л, Sj - концентрация /-го компонента загрязнителя, мг/л, SL - ко станта полунасыщения по загрязнителю, t - время, ч, Uq- начальная с» рость осалсдения активного ила, м/ч, ик - управление для к-то аппарата, - расход потока в i-ю ячейку, м3/ч, V, - объем /'-ой ячейки, м3, - расх

входящего в аппарат потока, м3/ч, vce, vr¡ , v¡ - расходы потоков сточной

воды, обратного перемешивания и обмена с застойной зоной, м3/ч, w -расход пара в блок метантенков, Гкал/ч, х, у ~ концентрации активного ила, отмершей биомассы и продуктов их автолиза, мг/л, z - концентрация кислорода в воздухе. ИНДЕКСЫ: к, l,s- номер аппарата, аэр - аэротенк, в - входной, и - отработанный ил, мет - метантенк, осв - осветленный поток, п - водяной пар, ПДС - предельно допустимый сброс, per - регенератор, рец - рецикловый, св - сточная вода, ст - стабилизация, стаб - аэробный стабилизатор, упл - уплотненный.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМАТИКЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Зиятдинов H.H., Борисович Т.В., Емельянов В.М. Один из подходов к построению оптимальных технологических схем очистки сточных вод. Тезисы докладов 8-й Международной научной конференции "Математические методы в химии" г. Тула, 1993 г. С. 51.

2. Островский Г.М., Зиятдинов H.H., Борисевич Т.В. Метод избыточных структурных параметров в задаче синтеза ХТС. Тезисы докладов IV Международной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" ("KXTn-IY-94"), г. Москва, 1994 г. С. 104 -105.

3. Зиятдинов H.H., Борисевич Т.В., Морозова Т.И., Назарова Т.Г. Инструментальный программный комплекс моделирования, расчета и оптимизации химико-технологических систем (РОХТС). Тезисы докладов 3-й Республиканской конференции по интенсификации нефтехимических процессов "Нефтехимия-94", г. Нижнекамск, 1994 г. С. 127-128.

4. Островский Г.М., Зиятдинов H.H., Борисевич Т.В., Асадуллин А.З. Синтез технологической схемы биохимической очистки сточных вод с использованием метода избыточных структурных параметров. Сборник тез. Международной научной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" ММХ-9, ч. 2, г. Тверь, 1995 г. С. 32-33.

5. Зиятдинов H.H., Назарова Т.Г., Морозова Т.Н., Борисевич Т.В., Емельянов В.М. Автоматизация решения задач синтеза ХТС с использованием программного комплекса РОХТС. Сборник тез. Международной научной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" ММХ-9, часть 2, г. Тверь, 1995 г. С. 78.

6. Шарифуллин В.Н., Зиятдинов H.H., Борисевич Т.В., Валеев H.H. Моделирование и оптимизация биоочистки сточных вод. Тезисы докладов межрегиональной научно-практической конференции "Пищевая промышленность 2000", г. Казань, 1996 г. С. 192.

7. Шарифуллин В.Н., Зиятдинов Н.Н., Борисевич Т.В., Валеев Н.Н. Моделирование системы биоочистки сточных вод. Тезисы доклада международной конференции ММХ-10, Тула 1996 г. С. 128.

8. Зиятдинов Н.Н., Емельянов В.М , Назарова Т.Г., Морозова Т.й, Борисевич Т.В, Программный комплекс расчета и оптимизации химико-технологических систем. Учебное пособие, КГТУ, Казань, 1996 г. 64 с.

9. Ostrovsky G.M., Ziyatdinov N.N., Borisevich T.V. About an approach chemical plant synthesis problem. // Bulgarian Chemical Communications Journal, V 29, N 1 pp 5-16, 1996/97 r.

Ю.Островский Г.М., Зиятдинов H.H., Борисевич Т.В. Синтез химико-технологических систем модифицированных методом структурных параметров. //Теоретические основы химической технологии, 1997 г., том 31. №1, С. 88-97.

11. Зиятдинов Н.Н., Лаптева Т.В., Асадуллин А.З. Оперативное управление гибкой технологической схемой биологической очистки сточных вод. Тезисы докладов V-ой Международной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов". Казань 1999 г. С. 161-162.

12. Зиятдинов Н.Н., Лаптева Т.В. Формализация эвристических правил в модифицированном методе структурных параметров для синтеза ХТС. Тезисы 12-й Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях", том 1, Новгород Великий, 1999г. С. 116-117.

Соискатель

Лаптева Т.В.

Заказ

Тираж 80 экз.

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Лаптева, Татьяна Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные закономерности процесса биологической очистки сточных вод

1.2. Способы интенсификации процесса биологической очистки сточных вод

1.3. Сравнительный анализ методов синтеза

1.3.1. Формализация постановки задачи синтеза ХТС

1.3.2. Синтез ХТС с применением глобальных схем

1.3.3. Синтез технологических схем с использованием структурных параметров первого рода.

1.3.4. Синтез технологических схем с использованием структурных параметров второго рода.

1.4. Математическое моделирование технологической схемы биологической очистки сточных вод

1.4.1. Математическое моделирование узла биологической очистки

1.4.2. Узел обработки осадка ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БИООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

2.1. Описание технологической схемы

2.2. Построение математической модели узла биологической очистки сточных вод

2.2.1. Построение модели аэротенка и регенератора

2.2.2. Модель вторичного отстойника

2.2.3. Идентификация математической модели системы аэротенк-вторичный отстойник-регенератор

2.2.4. Математическое моделирование системы аэротенк-вторичный отстойник-регенератор

2.3. Математическое моделирование узла переработки осадка

2.3.1. Описание модели метантенка

2.3.2. Модель аэробного стабилизатора

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

3.1. Метод синтеза с использованием структурных параметров первого и второго рода

3.2. Описание алгоритма ветвления

3.3. Выводы

ГЛАВА 4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ ГИБКОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

4.1. Формализованная постановка задачи оптимизации технологической схемы БОСВ

4.2. Свертка информационной блок-схемы

4.3. Задача параметрической оптимизации

4.3.1. Свертка информационной блок-схемы

4.3.2. Описание критерия, поисковых переменных и ограничений задачи

4.3.3. Решение задачи параметрической оптимизации

4.4. Задача структурно-параметрической оптимизации

4.4.1. Свертка информационной блок-схемы

4.4.2. Описание критерия, поисковых переменных и ограничений задачи

4.4.3. Решение задачи структурно-параметрической оптимизации

4.5. Анализ оптимальной технологической схемы

4.6. Выводы 124 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 125 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 127 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 145 ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение Диссертация по географии, на тему "Структурно-параметрическая оптимизация гибкой технологической схемы биологической очистки сточных вод"

В настоящее время решение проблемы охраны окружающей среды от результатов деятельности промышленных предприятий проводится в двух основных направлениях. Первое направление связано с созданием «экологически-дружественных» технологий [1, 2]. Второе направление, традиционное и не утратившее актуальности, связано с созданием новых и улучшением существующих «барьерных» технологий, предотвращающих выброс в окружающую среду произведенных загрязнений [3-5].

Важное место в этом направлении занимает биохимическая очистка сточных вод (БОСВ), интенсификация которой имеет актуальное значение. С одной стороны, это позволяет увеличить нагрузки на существующие очистные сооружения, с другой, снизить капитальные затраты проектируемых сооружений. Известные способы интенсификации БОСВ [5] предусматривают: применение технического кислорода вместо воздуха; использование специфической микрофлоры; оптимизацию температурного режима процесса; создание рациональных технологических схем.

Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки.

Изменения производительности и режимов работы отдельных производств нефтехимического предприятия, связанные с экономическими причинами, остановы производств на капитальный и текущий ремонты и другие причины приводят к изменению расходов и качественного состава сточных вод, поступающих на очистку. Это требует необходимости решения задачи оперативного управления существующим оборудованием с целью обеспечения требуемого качества очистки при минимальных энергетических и материальных затратах.

Эффективными инструментами решения поставленной задачи являются методы математического моделирования и оптимизации [2, 5]. Они требуют построения математических моделей аппаратов технологической схемы БОСВ и разработку эффективного метода структурно-параметрической оптимизации технологических схем, сформулированной в виде задачи синтеза. 6

Вследствие многовариантности структурного и аппаратурного оформления технологической схемы БОСВ [5], решение задачи имеет сложный комбинаторный характер, в настоящее время остается актуальной и не может считаться окончательно решенной.

В представленной диссертационной работе сделана попытка ее решения, в результате которой:

- разработаны и идентифицированы по данным промышленного и лабораторного экспериментов математические модели аэротенка и регенератора установки биологической очистки сточных вод нефтехимического предприятия, отличающиеся от известных включением уравнений кинетики и покомпонентного материального баланса по основным загрязняющим веществам и продуктам автолиза;

- предложен модифицированный метод структурных параметров для синтеза химико-технологических систем (ХТС), отличающийся от известных одновременным использованием структурных параметров характеризующих наличие связи между аппаратами и структурных параметров характеризующих наличие аппарата в схеме, а также использованием метода ветвей и границ при поиске оптимальной схемы;

- разработанный метод и математические модели включены в программный комплекс расчета и оптимизации химико-технологических систем;

- решена задача структурно-параметрической оптимизации технологической схемы биологической очистки сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез» на основе существующего оборудования с использованием построенных моделей аппаратов схемы и предложенного модифицированного метода структурных параметров для синтеза ХТС;

- программный комплекс и результаты решения задачи переданы для использования в цех нейтрализации и биологической очистки сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез».

Диссертационная работа выполнялась в рамках программы НИОКР "Химия и химическая технология" Республики Татарстан на 1996-1997г.г. 7

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Лаптева, Татьяна Владимировна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны и идентифицированы по данным промышленного и лабораторного экспериментов математические модели аэротенка и регенератора установки биоочистки сточных вод нефтехимического предприятия, отличающиеся от известных включением уравнений кинетики окисления и покомпонентного материального баланса по основным загрязняющим веществам и продуктам автолиза.

2. Предложена и идентифицирована по данным промышленного и лабораторного экспериментов математическая модель вторичного отстойника, дополненная уравнением, учитывающим процесс образования неактивной биомассы.

3. Полученные математические модели с использованием последовательного модульного подхода объединены в систему биоочистки сточных вод, замкнутую по концентрациям биомассы, основных загрязняющих веществ и неактивной биомассы.

4. Предложен модифицированный метод структурных параметров для синтеза технологических систем, отличающийся от известных одновременным использованием структурных параметров, характеризующих наличие связи между аппаратами, и структурных параметров, характеризующих наличие аппарата в схеме, а также использованием метода ветвей и границ при поиске оптимальной схемы.

5. Разработанный метод и математические модели включены в программный комплекс расчета и оптимизации химико-технологических систем.

6. Решены задачи параметрической и структурно-параметрической оптимизации технологической схемы биологической очистки сточных вод ОАО "Казаньоргсинтез" на основе существующего оборудования с использованием построенных моделей аппаратов схемы и предложенного модифицированного метода структурных параметров.

126

7. Программный комплекс и результаты решения задачи переданы для использования в цех нейтрализации и биологической очистки сточных вод ОАО "Казаньоргсинтез". Предполагаемый эффект от внедрения составляет 112000 руб. в год.

8. Программный комплекс используется в учебном процессе центра "Системотехника" КГТУ при обучении магистров и повышении квалификации преподавателей университета.

Библиография Диссертация по географии, кандидата технических наук, Лаптева, Татьяна Владимировна, Казань

1. Салпо J. Pereira Environmentally friendly processes //Chemical engineering Science. 1999. - №54, P. 1959-1973

2. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств. -М.: Химия, 1982. -287 с.

3. Яковлев C.B. и др. Очистка производственных сточных вод. -М.: Стройиздат, 1979. -320 с.

4. Яковлев C.B., Демидов О.В. Технологические проблемы очистки природных и сточных вод // Теоретические основы химической технологии. 1999. - Т. 33, № 5. - С. 591 - 592.

5. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности.-М.: Химия, 1987. 160 с.

6. Л.М.Климовицкая, Ю.С.Котов и др. Справочное руководство по компонентному составу водостоков и сточных вод различных производств. Казань: Изд. Казанского университета, 1992. - 82 с.

7. Гербер В.Я. Биохимическая очистка сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов: Тематический обзор. -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1974. 76 с.

8. Гербер В.Я., Лукьянов В.И., Попова И.А. // Химия и технология топ-лив и масел. 1979. - № 4з С. 19 - 23.

9. В.А.Проскуряков, Л.И.Шмидт. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: "Химия", 1977. - 464с.

10. Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев Л.С. Моделирование и системный анализ биохимических производств. -М.Лесная промышленность, 1985.-280 с.128

11. Куцак JIM., Швецов В.Н., Пшеницина И.В. //Труды ВНИИ ВО ДГЕО-1974.-Вып. 47, С. 208-212.

12. Швецов В.Н. и др./ Развитие методов механической и биологической очистки сточных вод. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1982. - С. 36-44.

13. Яковлев C.B., Скирдов И.В., Швецов В.Н. и др. /Советско-американский симпозиум по интенсификации биохимических методов очистки сточных вод. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1976,- С. 6-58.

14. Роговская Ц.И. //Водные ресурсы,- 1975 №3, С. 164-176.

15. Ротмистров М.Н. //Водные ресурсы. 1975. - №3, С. 160-163.

16. Kroos Hein //Ernahrungsindustrie. 1982. - № 3, P.61-62, 66.

17. Wasser, Luft und Betr. 1982. - № i2, S.26.

18. Just J., Stephenson J.P., Murphy K.L.//Eater Sei. and Technol. 1981. - V. 13,№4.-P. 138-142.

19. Warren D.Seider, J.D. Seader, Danie R. Lewin Process Design Principles: synthesis, analysis, evaluation. New York, John Wiley&Sons, Inc., 1999.824 p.

20. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии. -М.: Химия, 1995.

21. Кафаров В.В., Мешалкин В. П., Перов В. Л. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств. -М.: Химия, 1979.-320 с.

22. Островский Г.М., Бережинский Т.А. Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика. (Серия "Химическая кибернетика") М.: Химия, 1984. -240с.129

23. Химико-технологические системы. Синтез, оптимизация и управление / Под ред. И.П. Мухленова. JI.: Химия, 1986. - 424с.

24. Schembecker G., Schuttenhelm W., Simmrock K.H. Cooperating Knowledge Integrating Systems for the Syntesis of Energy-Integrated Distillation Processes. //Comput. chem. Engng. 1994. - Vol.18, P. 131-135.

25. Mizsey P. and Fonyo Z. Toward a more realistic overall process synthesis -the combined approach // Comput. chem. Engng. 1990. - Vol 14, № 11, P. 1213-1236.

26. Mizsey P. and Fonyo Z. A predictor-based bounding strategy for synthesizing energy integrated total flowsheets // Comput. chem. Engng. 1990-Vol. 14, № 11, - P. 1303-1310.

27. Серафимов JI.A., Мозжухин A.C., Науменкова Л.Б. Определение числа вариантов технологических схем ректификации n-компонентных зео-тропных смесей // Теоретические основы химической технологии-1993. Т.27, №3. - С.292-295.

28. Львов С.В. Некоторые вопросы ректификации бинарных и многокомпонентных смесей. М. Изд-во АН СССР, 1960.

29. Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 1976. - 464 с.

30. Кафаров В.В., Ветохин В.Н. Основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Наука, 1987. - 623 с.

31. Островский Г. М., Волин Ю. М. Методы оптимизации сложных химико технологических схем. - М.: Химия, 1970. - 328 с.

32. Кузичкин Н.В., Викторов В.К. Метод синтеза оптимальных тепловых систем с использованием термодинамических эвристик // Теоретические основы химической технологии. 1998. - Т. 32, № 6. -С. 635-639.

33. Корбут А. А., Финкельштейн Ю.Ю. Дискретное программирование.-М.: Наука, 1969.-366 с.

34. Островский Г. М., Бережинский Т. А., Беляева А. Р. Алгоритмы оптимизации химико-технологических процессов. М.: Химия, 1978.-296 с.131

35. Базара М., Шетти И. Нелинейное програмирование. Теория и алгоритмы. Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 583 с.

36. Евтушенко Ю. Г. Методы решения экстремальных задач и их применение в системах оптимизации. М.: Наука, 1982. - 432 с.

37. Дэннис Дж., мл., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений: Пер. с англ. М.: Мир, 1988.-440с.

38. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: Пер. с англ. М.: Мир, 1985. - 509 с.

39. Ostrovsky G.M. and Bereginsky Т.A. About on approach to solving the problem of the synthesis of chemical plants // Comput. chem. Engng-1991. V. 15, № 6. - P. 369-374.

40. Касти Дж., КалабаP., Методы погружения в прикладной математике-М.:Мир, 1976.

41. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химико-технологических систем: Учебник для вузов. М.: Химия, 1991. -432с.

42. Бояджиев Хр. Основи на моделирането и симулирането в инженерната химия и химичната технология. Българска Академия на науките. Институт по инженерна химия. София, 1993г. - 271с.132

43. Umeda Т.A., A. Hirai and A. Ichikawa. Synthesis of optimal processing systems by an integrated approach // Chem. Eng. Sci. 1972. - V.27, P.795-804.

44. Островский Г.М., Шевченко А.Л. О синтезе химико-технологических схем, //Теоретические основы химической технологии. 1979. -Т. ХШ, №3. - С. 428.

45. Kocis G.R., Grossmann I.E. A modelling decomposition strategy for the MINLP optimization of process flowsheets // Comput. chem. Engng-1989. V.13, №7. - P.797.

46. Grossmann I.E. Mixed-integer programming approach for the synthesis of integrated process flowsheets // Comput. chem. Engng. 1985. - V.9, P.463-482.

47. Островский Г.М., Бережинский Т.А. Об одном подходе решения задач синтеза химико-технологических схем // Теоретические основы химической технологии. 1993. - Т. 27, № 6. - С. 622.

48. Raman R., Grossmann I.E. Integration of logic and heuristic knowledge in MINLP optimization for process synthesis // Comput. chem. Engng. -1992. V.16, № 3. - P.155.

49. Mizsey P. and Fonyo Z. Toward a more realistic overall process synthesis -the combined approach // Comput. chem. Engng. 1990. -V. 14, № 11. -P. 1213-1236.

50. Floquet P., L. Pibouleau and S. Domenech, Mathematical programming tools for chemical engineering process synthesis // Chem. Engng Process-1988.-V. 23, P. 99.133

51. Raman R. and Grossman I.E. Relation between MILP modeling and logical inference for chemical process synthesis // Computers chem. Engng. -1991.-V. 15, №2.-P. 73-84.

52. Aggarwal A. and Floudas C.A. Synthesis of heat integrated nonsharp distillation sequences // Comput. chem. Engng. 1992. -V. 16, № 2. -P. 89-108.

53. Jussi Manninen, (Frank) X.X. Zhu Optimal flowsheeting synthesis for power station design considering overall integration //Energy. 1999. -V. 24, P. 451-478.

54. Besan A., Transaronis G., Moran M. Thermal design and optimization. -New York: John Wiley and Sons, 1996.

55. Papoulias S.A., Grossmann I.E. A structural optimization approach in process synthesis I. Utility systems. // Comput. chem. Engng. - 1983. - V. 7, №6.-P. 695-706.

56. Grossmann I.E., Kravanja Z., Mixed-integer nonlinear programming techniques for process systems engineering // Comput. chem. Engng. 1995. -V. 19 (suppl), P. 189-204.

57. Bruno J.C, Fernandez F., Castello F., Grossmann I.E. A rigorous MINLP model for the optimal synthesis and operation of utility plants // Trans IchemE. 1998. - V. 76 (Part A), P. 246-258.

58. Daichendt M., Grossmann I.E. Integration of hierarchical decomposition and mathematical programming for the synthesis of process flowsheets // Comput. chem. Engng. 1997. - V. 22, № 1-2. - P. 147-175.

59. Victorov V. K., Weis W., Hartmann K. // Wiss. Z. Techn. Hohschule: Leuna-Merserburg. 1978. -Bd. 20, H.3. - S.325.134

60. Дови В.Г., Мешалкин В .П., Контюков Р.А. и др. Стохастический метод синтеза экономически оптимальных химико-технологических систем в условиях неопределенности // Химическая промышленность. -1999,-№8, С. 510-513.

61. Smith R. Chemical Process Design. New York: McGraw-Hill, 1995.

62. Galan, B. and I.E. Grossmann, Optimal Design of Distributed Wastewater Treatment Networks. //Ind.Eng.Chem. 1998. -Res. 37, P. 4036-4048.

63. Kravanja, Z. and Grossman, I.E. Prosyn an Automated Topology and Parameter Process Synthesizer. //European Symposium on Computer Aided Process Engineering. - V. 2, P. 87-93.

64. Duran M.A., Grossman I.E. A mixed-integer nonlinear programming algorithm for process systems synthesis/ // AIChE J. 1986. - V. 32, № 4. -P. 592-606.

65. Беллман P. Динамическое программирование. M.: Издатинлит, 1960. - 400 с.

66. Роберте С. Динамическое программирование в процессах химической технологии и методы управления. М.: Мир, 1965. - 488 с.

67. Найденко В.В., Кулакова А.П., Шеренков И.А. Оптимизация процессов очистки природных и сточных вод. М.: Стройиздат, 1984. -151 с.

68. Shin, Krishnan P. Dynamic optimization for industrial waste treatment design. //1. Water Pollut. Control Fed. 1969. - Y.10, P. 1787-1802.

69. Гланц С., Бласс E., Штихельмайер И., Пунин А.Е., Балагула И.М., Викторов В.К. Экономическая оптимизация систем разделения жид135ких смесей // Теоретические основы химической технологии. 1998. -Т. 32, №2.-С. 126-129.

70. Кухарь В.П., Зайцев И.Д., Сухоруков Г.А. Экотехнология. Оптимизация технологии производства и природопользования. АН УССР-Киев: Наук, думка, 1989 264 с.

71. Gruhn G., Hartmann К. и. а.: Systemverfahrenstechnik II, Bevertung, Optimierung und Synthese verfahrenstechnischer Systeme, 1. Aufl. Leipzig: VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1978. - S.188.

72. Вагнер Г. Основы исследования операций. Том 2. М.: Мир, 1973.-490 с.

73. Балакирев B.C., Володин В.М., Цирлин А.М. Оптимальное управление процессами химической технологии (экстремальные задачи в АСУ). -М.: Химия, 1978.-384с.

74. Гроссман К., Каплан А. А. Нелинейное программирование на основе безусловной минимизации. Новосибирск: Наука, 1981. - 184 с.

75. Пшеничный Б. Н., Данилин Ю. М. Численные методы в экстремальных задачах. М.: Наука, 1975. - 320 с.

76. Broyden C.G. // J. Inst. Maths. Appl. 1970. - V. 6, № 3, P.222 - 237.

77. Adachi N. On variable-metric algorithms. // JOTA 1971. -№7(6), P.391 -410.

78. Островский Г. M., Волин Ю. М. Моделирование сложных химико-технологических схем. М.: Химия, 1975. - 312 с.

79. Островский Г. М., Волин Ю. М., Ханзель К. Расчет стационарных режимов химико технологических схем. Вып. 2. - М.: НИИТЭХим, 1981.-63 с.

80. Ханзель К., Волин Ю. М., Островский Г. М. Методы структурного анализа в задачах исследования химико технологических схем. -М.:НИИТЭХим, 1980. - 60 с.

81. Кроу К. и др. Математическое моделирование химических производств. М.; Мир 1973. - 391 с.

82. Дитмар Р., Хартман К., Островский Г.М. Применение аппарата теории чувствительности для исследования и оптимизации химико технологических систем // Теоретические основы химической технологии. -1978. - Т. ХП, № 1.-С. 104-111.

83. Westerberg A.W., Hutchison H.R., Motard R.L. e. a. Process Flowsheeting. Cambridge: Cambridge University Press, 1979. - 25 lp.

84. ASPEN PLUS. User Guide. Aspen Tech. Ten Canal Park Cambridge. Massachusetts, 1995.

85. Provision with PRO/II. User Guide. Los-Andgeles: Simulation Sei. Inc., 1994.

86. ХЕМКАД 3.0, Руководство пользователя. M.: МХТИ, 1995. Ортега Дж., Рейнболдт В. Итерационные методы решения нелинейных систем уравнений со многими неизвестными. - М.: Мир, 1975. - 560 с.137

87. Дэннис Дж., мл., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений: Пер. с англ. М.: Мир, 1988.-440 с.

88. Broyden G. G. Ac class of methods for solving nonlinear simulteneous equations // Math. Comp. 1965. - V. 19, P. 577 -593.

89. Зиятдинов H.H. Сопряженный многоуровневый метод синтеза оптимальных химико- технологических систем. //Тезисы докладов V-ой Международной научной конференции Методы кибернетики химико-технологических процессов. Казань 1999. - С.68 - 70.

90. Островский Г.М., Зиятдинов H.H., Борисевич Т.В. Синтез химико-технологических систем модифицированным методом структурных параметров // Теоретические основы химической технологии. -1997. Т. 31, №1. - С. 100-109.

91. Drud A. Alternative model formulations in nonlinear programming some disastrous results. // Ops. Res. - 1985. -V.33, P.218.

92. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. М.: Наука, 1979. - 500 с.

93. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г. Теоретические основы и моделирование процессов разделения веществ. Казань: Изд. Казанского уни-та, 1993. - 437 с.

94. Кафаров В.В., Гордеев Л.С., Винаров Л.Ю. Моделирование биохимических реакторов. 1979. -341 с.

95. Вавилин В.А., Васильев В.Б. Математическое моделирование процессов биологической очистки сточных вод активным илом. М.: Наука, 1979. -118 с.

96. Deckwer W. D. Chemie-Ingenieur-Technik, 1977, v. 49, No 3, p. 213-223.

97. Ritman B.E. Biothechnol. Bioeng. 1982. - V. XXIY, № 6. -P. 1341-1370.

98. Комиссаров Ю.А., Гордеев JI.С., Вент Д.П. Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов: Учебное пособие для вузов. М.: Химия, 1997. - 368 с.

99. Цыганков С.П., Коваленко В.А. Анализ процесса биохимической очистки в многоступенчатом аэротенке.//Химия и технология воды,-1986, №1. С.67-70.

100. Дядовски И. Многоступенчатый аэротенк с рассредоточенным выпуском сточной и рециркуляцией активного ила в зонах перемешивания. .//Химия и технология воды.-1989, №11. С.541-543.

101. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. М.: Химия, 1969.-624 с.

102. Stein W. //Chem. Ing. Tech. 1968. - V. 40, № 17. - P. 829.

103. Gibilaro L. C. //Chem. Eng. Sci. 1971. - № 26, P. 299.

104. Gibilaro L. C., Kroholler И. W., Spikins D. I. //Chem. Eng. Sci. 1967. -V. 22, P. 517.

105. Hockman I. M., McCord J. R. //Chem. Eng. Sci. 1970. - V. 25, P. 97.

106. Clegg G. Т., Coates R. //Chem. Eng. Sci. 1967. - V. 22, P. 1177.

107. Corrigan Т. E., Lander H. R., Shaefer R„ Dean M. I. //AIChE J. 1967. -V. 13, P. 1029.

108. Gianetto A., Cazzulo F.// Chem. Eng. Sci. 1968. - V. 23, P. 938.

109. Holmes D. В., Yoncker R.M., Dekker I.A. //Chem. Eng Sci. 1964. -V. 19, P. 201.

110. Van de Vusse I.G. //Chem. Eng. Sei. 1962. - V. 17, P. 507.

111. Harell I., Perrona I.I. //Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev. 1968. - V. 7,1. P. 464.

112. Klinkenberg A. //Chem. Eng. Sei. 1968. - V. 23, P. 175.

113. Кац М.Б., Ойгенблик A.A., Гении Л.С. В кн.: //Сборник докл.всесоюзн. конф. по хим. реакторам. Новосибирск, 1965. - Т. 4.

114. Кафаров В.В., Выгон В.Г., Гордеев Л.С. //Теоретические основыхимической технологии. 1968. - Т. 2, № 1. - С. 69.

115. Костанян А.Е., Пебалк В.Л. //Теоретические основы химическойтехнологии. 1973. - Т. 7, № 4. С. 557.

116. Гельперин Н.И., Пебалк В.Л., Костанян А.Е., Махмуд Ш. //Теоретические основы химической технологии. 1975. - Т. 9, № 1. - С. 60.

117. Гельперин Н.И., Пебалк В.Л., Костанян А.Е. Структура потоков и эффективность колонных аппаратов химической промышленности. М.: Химия, 1977.

118. Vajada Т. //Int. Chem. Ind. 1976. - V. 16, № 4. - P. 543.

119. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод./ Брагинский Л.Н., Евилевич М.А., Бегачев В.И. и др. Л.: Химия, 1980.-144С.

120. Очистка производственных сточных вод в аэротенках /Под ред. Карелина Я.А., Жукова Д.Д., Журова В.Н., Репина Б.Н. М.: Стройиздат, 1973.-223с.140

121. Комиссаров Ю.А., Глебов М.Б., Гордеев JI.C., Вент Д.П. Химико-технологические процессы. Теория и эксперимент: Учебник для вузов. М.: Химия, 1998. - 360с.

122. Кафаров В.В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1979. -440 с.

123. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. Пер. с англ. -М.: Химия (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии), 1982. -696 с.

124. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. Пер. с англ. в 2-х частях. Ч. 1. -М.: Мир, 1989. -692 с.

125. Изучение процесса массопередачи по кислороду в различных условиях турбулизации среды. /Селга С.Э., Краузе И .Я., Виестур У.Э. и др. Управляемый микробный синтез. Рига, 1973. - С. 25-36.

126. Linek V. Measurement of aeration. Capacity of Fermenters. //Adv. in Mi-crobiot. Eng. 1973. - № 4, P. 429-453.

127. Виестур У.Э., Кузнецов A.M., Савенков B.B. Системы ферментации. -Рига: Зинатне, 1986. -144с.

128. Аваев A.A., Блинов А.Е., Янковский A.A. Математическая модель потребления кислорода при очистке жидкости в объемах заданной геометрии. //Химия и технология воды. 1989. - №8, С.684-687.

129. Репин Б.Н., Баженов В.И. Моделирование кислородного режима в аэ-ротенках-вытеснителях. //Водные ресурсы. -1991,- №1, С.12-15.

130. Айзатуллин Т.А., Перлогинская Т.А., Леонов A.B. /Химия морей и океанов. -М., 1973. С. 70-72, 117.141

131. Евилевич M.А., Брагинский Л.И. Оптимизация биохимической очистки сточных вод. М., Стройиздат, 1979. - 159 с.

132. Запрудский Б.С., Гюнтер Л.И. Оптимальный расчет многоступенчатых аэротенков. // Микробиологическая промышленность. 1973. - №3, С. 31-34.

133. Вавилин В.А., Васильев В.Б. Модель биологической очистки сложного органического вещества активным илом. //Водные ресурсы. -1988. -№5, С. 423 -426.

134. Вавилин В.А. Обобщенная модель разложения многокомпонентных загрязнений. //Химия и технология воды. 1988. - №4, С.361-364.

135. Вавилин В.А. Макроуравнения биоочистки. //Водные ресурсы. -1988. №1, С.91-98.

136. Вавилин В.А. Время оборота биомассы и деструкция органического вещества в системах биологической очистки. М.: Наука, 1986. -144 с.

137. Quirk Thomas Р., Eckenfelder W.Wesley. Active massin activated sludge analysis and design.//J.Water Pollut Contr Fed.-1986. V.58, №9. -P.932-936.

138. C.B. Яковлев, В.H. Швецов, И.В. Скирдов, A.A. Бондарев Технологический расчет современных сооружений биологической очистки сточных вод. //Водоснабжение и санитарная техника. 1994. - № 2, С. 2-5.

139. Dick R.I., Ewing B.B. Evaluation of activated sludge thikening theories. // J. Sanit. Eng. Div. ASCE. 1967. - V. 93, № 1.

140. Dick R.I. Role of activated sludge final setting tanks. // J. Sanit Eng. Div. ASCE.-1970.-V. 96, №2.

141. Гюнтер Л.И., Юдина Д.Ф. и др. Биохимические характеристики активного ила в процессе изъятия загрязнений из сточных вод. / Теория и практика самоочищения загрязненных вод. М. Наука, 1972.

142. Математические модели контроля загрязнения воды /Под ред. А. Джеймса. Перевод с англ. -М.: Мир, 1981.

143. Анаэробная биологическая обработка сточных вод //Тезисы докладов участников республиканской научно-технической конференции 15-17 ноября 1988 г. Кишинев: АН МССР, 1988.

144. Chem J.R., Hashimoto A. G. Rinetica of Mathane Fermentation. // Biotechnology and Bioengineering Symp. 1978. - N8.

145. Chem J.R., Varal V.H., Hasimoto A. G. Methane Production from Agricultural Residues. A Short Review. // Symposium on Chemical from Cellulosic Materials. 179 National Meeting of the American chemical Society. -Houston, Texas, March, 1980.

146. Технологический регламент №43-82 очистки сточных вод в цехе нейтрализации и очистки промышленно-сточных вод КПО "Органический синтез". Казань, 1982.

147. Руководящий документ. Разрешение на специальное водопользование Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РТ от 17.05.1996 г.

148. Понкратова С. А. Разработка имитационного комплекса для управления процессом биологической очистки сточных вод ваэротенке. Автореферат канд. дисс. Казань, 1997. - 20с.143

149. Конончук P.M. Исследование биохимической очистки сточных вод на базе флокуляционной модели. Дис. . канд. техн. наук.: 11.00.11. -Казань, 2000.

150. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971. - 783 с.

151. Рамм В. M Абсорбция газов. М.: Химия, 1976. - 655 с.

152. Calderbank Р.Н. Mass Transfer in Fermentation Equipment in Blakebrougn// N/ Biochemical and Biological Eng. Sei. London: Academic Press. -1967.-V. l.,P. 101-108.

153. Аграноник P. Я. Технология обработки осадка сточных вод с применением центрифуг и ленточных пресс-фильтров. М.:Стройиздат, 1985. -144 с.

154. Гюнтер Л.И., Гольдфарб Л.Л. Метантенки. М.: Стройиздат, 1991. -128 с.

155. Зиятдинов H.H., Емельянов В.М , Назарова Т.Г., Морозова Т.И, Борисевич Т.В. Программный комплекс расчета и оптимизации химико-технологических систем: Учебное пособие. Казань: Изд-во Каз. гос. техн. ун-та, 1996. - 64 с.

156. Соколов В.Н., Доманский Н.В. Газожидкостные реактора, Л.: Машиностроение, 1976. -213 с.

157. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. М.: Высшая школа, 1991400 с.