УДК 628.35:663.41

Моделирование системы очистки сточных вод предприятия пивоваренной промышленности

Савдур Светлана Николаевна – кандидат технических наук, доцент Казанского государственного аграрного университета.

Аннотация: В статье рассматривается технологический комплекс очистки сточных вод (ОСВ) производства пива. На основе проведенного обзора основных методов моделирования дискретно-непрерывных химико-технологических систем (ХТС) обоснована целесообразность использования аппарата теории сетей Петри (СП) для моделирования процесса ОСВ производства пива. Предложено использовать модификацию сетей Петри, ориентированную на моделирование и анализ дискретно-непрерывных ХТС, путем включения приоритетных переходов, времени задержки меток в позициях и переходах. Результатами исследования является построение модели в виде модифицированной сети Петри (МСП). Средствами SCADA-технологии TRACE MODE разработан программный комплекс системы управления технологическим процессом ОСВ.

Ключевые слова: модифицированные сети Петри, очистка сточных вод, системный анализ, сложные системы, предприятия пивоваренной промышленности.

Сточные воды на производственных предприятиях пивоваренной промышленности относятся к концентрированным, эффективная очистка которых в современных условиях обострения экологической ситуации приобретает особенное значение. Повышенная значимость охраны окружающей среды и использования природосберегающих технологий обусловливает актуальность эффективной очистки вод в производственных процессах.

В настоящее время очистные сооружения предприятий пивоваренной промышленности находятся на высокой стадии технологического усовершенствования. В связи с этим оборудование пивоваренной промышленности, служащее для целей очистки, может трактоваться в качестве сложных кибернетических систем. Подобный подход непосредственно связан с многоуровневой структурой и сложностью современных очистных сооружений предприятий пивоваренной промышленности. Для повышения эффективности подобного оборудования на современном этапе целесообразно применять научно обоснованные методы системного анализа объектов, в основе которых лежат математические принципы технологического процесса [1].

Использование для современных очистных сооружений пивоваренных предприятий методов системного анализа детерминирует основополагающие принципы разработки системы управления очистки вод при изготовлении пива. Данная система, предполагающая разработку математической модели в основе которой лежит сеть Петри, сможет наиболее эффективно управлять потоками в установке. Ниже представлена схема очистки сточных вод при производстве пива (см. рис.1) [2].

Сточные воды собираются из накопителей, которые располагаются на разной территории предприятия. Накопители имеют песколовку, с помощью которой задерживаются механические частицы крупного объема. После того как потоки сточных вод объединяются, производится замер pH. С целью удаления мусора сточные воды, при помощи насосов, перекачиваются через механическую решетку в первичный осветлитель. Также на данном этапе, из сточных вод удаляют мусор, остатки дрожжей и частицы сырья. Эта процедура очень важня для того, чтобы они не смогли накапливаться на следующем этапе очистки.

После механической очистки вод наступает стадия обработки их в смесителе-усреднителе с функцией накопителя. Здесь проводится коррекция рН стоков: с помощью соляной кислоты или каустической соды, сточные воды нейтрализуются.

Далее наступает этап аэробной очистки. Воздух, при помощи мелкопузырчатых аэраторов нагнетается в каскадный аэротенк. После двухстадийной анаэробной и аэробной очистки, обеззараживания и отстаивания, показатель воды становится соответствующим нормативу для рыбохозяйственных водоемов.

Осадок и активный ил, которые образуются при биологической очистке, собираются в накопителях, сгущаются и затем обезвоживаются. Обработанный таким образом активный ил применяют в сельском хозяйстве как органический компост.

В рассмотренном случае модифицированные сети Петри эффективно служат для описания процесса очистки сточной воды в процессе изготовления пива. Модификация сети Петри (МСП) - это сеть следующего типа:

С=<P,T,I,O,M,L,t₁,t₂>,

где T={t_j} – конечное непустое множество символов (переходов). Вычисляется при учете величины порций изготавливаемого продукта в условиях непрерывной подачи.

P={p_i} - конечное непустое множество символов (позиций). Это количество аппаратов технологического процесса.

I: PxT→{0, 1} – входная функция, которая задается для каждого перехода t_i множество позиций p_i I (t_j).

О: PxT→ {0, 1} – выходная функция, которая отражает переход в множество выходных позиций p_i O (t_j).

M: P → {1, 2, 3…} - функция разметки сети, которая отражает соответствие каждой позиции неотрицательного целого числа, приравненного к изменяемой величине меток в позиции.

t₁: T→N и t₂: P→N функции, которые определяют время задержки в процессе срабатывания перехода и задержки в позиции.

Движение меток, влияющих на динамику потоков полупродуктов, детерминирует динамику выполнения МСП.

Рисунок 1. Технологическая схема очистки сточных вод производства пива.

Таким образом, модификация сетеи Петри, проанализированная в рамках данного исследования, эффективно выполняет ряд задач:

Позволяет проанализировать переключение управления на сетевом уровне;
Открывает обширные возможности анализа работы аппаратов системы при возможном возникновении нештатных ситуаций;
Позволяет эффективно проанализировать технологические схемы с учетом принципа дискретности, что имеет особенное значение для обеспечения стабильного функционирования систем [3].

Для повышения эффективности управления очисткой сточных вод при изготовлении пива подготовлена и описана математическая модель технологической схемы в виде МСП (рис. 2). Реализация данной математической модели открывает обширные возможности, связанные с анализом закономерностей и системных связей функционирования установки. На ее основе можно создать программный комплекс, служащий целям мониторинга системы очистки и прогнозирования внештатных ситуаций в процессе очистки. Повышенная значимость анализа систем очистки в процессе промышленного производства особенно актуальна в связи с необходимостью внедрения в производственные процессы природосберегающих технологий.

Рисунок 2. Модель технологического модуля в виде МСП.

Список литературы

Лукашевич С. О. биологическая очистка сточных вод пивного производства (обзор) / С. О. Лукашевич, Р. М. Маркевич // Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. - 2022. - №1 (253). - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/biologicheskaya-ochistka-stochnyh-vod-pivnogo-proizvodstva-obzor (дата обращения: 05.03.2023).
Воронов Ю. В. Биологическая очистка сточных вод пивоваренных заводов / Ю. В. Воронов, С. П. Берцун // Вестник МГСУ. - 2014. - №3. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/biologicheskaya-ochistka-stochnyh-vod-pivovarennyh-zavodov (дата обращения: 05.03.2023).
Савдур С.Н., Моделирование процесса анаэробного сбраживания навоза на основе сетей Петри / С.Н. Савдур, Г.С. Степанова // Научные труды Международной научно-практической конференции, посвященной памяти д.т.н., профессора Мудрова П.Г. «Современное состояние и перспективы развития технической базы агропромышленного комплекса». - Казань, 2021. - С. 368-371.

Интересная статья? Поделись ей с другими: