Моделювання нелінійно-збурених керованих процесів очищення рідин від багатокомпонентних забруднень

Abstract

Виходячи з проблем моделювання, дослідження та оптимізації параметрів процесів очищення рідин від багатокомпонентних забруднень розвинено теорію математичного моделювання нелінійних технологічних процесів очищення рідин від багатокомпонентних забруднень з урахуванням автоматизованого керування та ідентифікації параметрів при домінуванні одних складових процесу над іншими, а також розроблено методологію розв’язання відповідних нелінійно-збурених задач, що націлено на покращення якості та підвищення інтенсивності механізмів очистки води. Зокрема, побудовано та досліджено нові моделі процесів очищення рідин від багатокомпонентного забруднення у одно-, дво- та багатошарових сорбційних фільтрах, фільтрах-прояснювачах із шаром завислого осаду, магнітних та біологічних фільтрах тощо; запропоновано спосіб ідентифікації невідомих параметрів та автоматизації відповідних процесів. Одержано асимптотичні та числово-асимптотичні розклади відповідних нелінійно-збурених модельних задач, а також обернених задач, задач із запізненням, задач на оптимізацію параметрів систем тощо. На основі розроблених математичних моделей процесів магнітного біологічного та механічного очищення рідин від багатокомпонентних забруднень розроблено автоматизовану систему керування відповідними процесами. Исходя из проблем моделирования, исследования и оптимизации параметров процессов очистки жидкостей от многокомпонентных загрязнений развито теорию математического моделирования нелинейных технологических процессов очистки жидкостей от многокомпонентных загрязнений с учетом автоматизированного управления и идентификации параметров при доминировании одних составляющих процесса в соответствии с другими, а также разработана методология решения соответствующих нелинейно-возмущенных задач, нацеленных на улучшение качества и повышение интенсивности механизмов очистки воды. В частности, построены и исследованы новые модели процессов очистки жидкостей от многокомпонентного загрязнения в одно-, двух- и многослойных сорбционных фильтрах, фильтрах-осветлителях с шаром зависшего осадка, магнитных и биологических фильтрах и т.п.; предложен метод идентификации неизвестных параметров и автоматизации соответствующих процессов. Получены асимптотические и числено-асимптотические разложения соответствующих нелинейно-возмущенных модельных задач, а также обратных задач, задач с опаздыванием, задач на оптимизацию параметров систем и т.п. На основе разработанных математических моделей процессов магнитной, биологической и механической очистки жидкостей от многокомпонентных загрязнений разработана автоматизированная система управления соответствующими процессами. Based on the simulation problems, the study and optimization of parameters of liquid purification processes from multicomponent contaminants, the theory of mathematical modeling of nonlinear processes of cleaning fluid from the multicomponent contaminants was developed. It is based on automated control and parameter identification with the domination of one over the other components of the process, as well as a methodology for solving the corresponding nonlinear perturbed problems, which is aimed at improving the quality and intensity of water treatment mechanisms. In particular, new models of fluid purification processes from multicomponent contamination in single, yards and multilayer sorption filters, clarifiers, filters with the ball hung sediment, magnetic and biological filters, were built and explored; a method for the identification of unknown parameters and automation of the corresponding processes were proposed. An asymptotic and the number of asymptotic expansions of the corresponding nonlinear perturbed model problems and inverse problems, problems with being late, problems at optimization of system parameters and others were obtained. On the basis of the mathematical models of processes of magnetic biological and mechanical purification of liquids from multicomponent pollution, an automated system of process control was developed. A mathematical model of the process of aerobic purification of waste water was built, it takes into account the interaction of bacteria, organic and biologically non-oxidizing substances and generally to water purification process in the filter illuminators with the influence of the dose of the reagent and irreversible coagulation of the impurity particles. Spatial generalization of the corresponding mathematical models of biological purification was suggested. It allows the calculation of the parameters needed cleansing process and to assess the accuracy of the calculations according to the results of experimental studies. A mathematical model of the process of deposition of magnetic impurities in single, yards and the n-ball filter was built. It describes the laws of filtration and accumulation of impurities in the porous filling and generalizes the process of deposition of magnetic impurities in the granular filter material in view of the magnetic field strength. It also describes the reverse impact of the process characteristics (sludge concentration) on the process parameters, in particular: the porosity of the magnetic field strength, the coefficient of separation of particles of granules of the filter material impurities filtering coefficient, which provides acceptable accuracy for calculations actual purification processes. Asymptotic and numerical-asymptotic expansions of the nonlinear perturbed model based on problems of purification processes from multicomponent fluids contamination (for one-dimensional and three-dimensional cases) were obtained. It expands the class of tasks and takes into account the shape of the filter. A method for determining the unknown parameters of the multi-pollution mechanical, magnetic and biological filters fluid purification models was offered. It makes it possible to apply the methods of inverse problems and, thus, extend the class of tasks to practical.