Анотація до роботи:

Джигирей І.М. Синтез та оптимізація схем очищення стічних вод промислових підприємств. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.21 – технологія водоочищення. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2007.

Дисертація присвячена розробленню та впровадженню процедур підтримки прийняття рішень при проектуванні оптимальних схем очищення стічних вод промислових підприємств з розподіленими матеріальними потоками. Розроблено методику, яка включає етапи синтезу і структурної оптимізації. Пінч-аналіз, як важливу складову етапу синтезу, трансформовано в аналітичну форму шляхом виключення графічної частини даного методу. Запропоновано математичний опис узагальнених схем водоочищення з розподіленими потоками на основі відображення технологічних зв’язків коефіцієнтами розділення водних потоків. Обґрунтовано використання методу “покриття кластерів” із адаптацією для оптимізації структури узагальнених схем водоочищення на основі порівняльного аналізу методів умовної оптимізації. Запропоновано застосування математичних моделей процесів очищення з метою підвищення точності результатів структурної оптимізації та для врахування залежності ефективності очисних споруд від об’єму стічних вод і початкового вмісту забруднюючих речовин. Експериментально визначено залежність ефективності відстійного резервуару від об’єму стічних вод та початкового вмісту завислих речовин. Результати дослідження використані при розробленні пропозицій щодо проектування і модернізації схем водоочищення промислових підприємств. Розроблені методика та алгоритми знайшли застосування у наукових дослідженнях та у навчальному процесі на кафедрі кібернетики хіміко-технологічних процесів НТУУ “КПІ” (м. Київ) і на кафедрі хімічної інженерії Жешувського технологічного університету (м. Жешув, Польща).

1. Виходячи з необхідності впровадження у промисловість раціональних схем водоочищення та підвищення ефективності процесів очищення стічних вод, проведено дослідження технологічних схем очищення стічних вод з розподіленими матеріальними потоками (СОСВРП). Запропоновано нову методику синтезу і оптимізації систем очищення стічних вод промислових підприємств та впроваджено алгоритм для підтримки проектних рішень при розробленні та модернізації технологічних схем промислового водоочищення.

2. Розроблена методика синтезу СОСВРП використовує принцип структурної оптимізації та відрізняється від відомих у цьому напрямку підходів тим, що включає етапи синтезу та оптимізації узагальненої технологічної схеми з використанням математичних моделей очисних процесів. Це дозволяє врахувати залежність ефективності процесів очищення від об’єму стічних вод та початкового вмісту забруднюючих речовин.

3. Запропоновано новий спосіб проведення пінч-аналізу, як важливої складової етапу синтезу СОСВРП. Пінч-аналіз СОСВРП трансформовано в аналітичну форму шляхом виключення графічної частини даного методу. Запропоновано математичний опис узагальнених СОСВРП на основі відображення технологічних зв’язків коефіцієнтами розділення водних потоків. Обґрунтовано використання методу “покриття кластерів” із адаптацією для оптимізації структури узагальнених СОСВРП на основі порівняльного аналізу методів умовної оптимізації. Розроблено та реалізовано математичний опис алгоритму синтезу СОСВРП.

4. Проведено порівняльний аналіз запропонованої двохетапної методики та існуючих процедур синтезу СОСВРП. Показано, що нова методика дозволяє отримати СОСВРП із мінімальними загальними об’ємами стічних вод, що очищуються, за допомогою розробленого алгоритмічного забезпечення при менших витратах обчислювальних ресурсів.

5. Запропоновано застосування математичних моделей процесів очищення на етапі оптимізаційного пошуку розподілу потоків стічних вод у СОСВРП з метою підвищення точності результатів структурної оптимізації та для врахування зміни ефективності очисних споруд. Сформовано загальні вимоги до математичних моделей очисних процесів, які можуть бути застосовані у запропонованій методиці розроблення СОСВРП. Сформульовано математичні моделі очисних споруд, а саме: горизонтального відстійника, масловловлювача, пневмофлотатора, пластинчастого електрокоагулятора безперервної дії, біофільтра з площинним завантаженням, аеротенка-змішувача без регенераторів і з регенератором. Отримана експериментально-статистична модель відстійного резервуару була використана для модернізації схеми водоочищення асфальтобетонного заводу.

6. Методика синтезу і оптимізації СОСВРП, що запропонована, та розроблене алгоритмічне забезпечення були використані:

при розробленні пропозицій щодо модернізації схем очищення стічних вод гальванічного цеху верстатобудівного концерну “Веркон” і гальванічного цеху ВАТ “Завод “КиївПродМаш”, шкірообробного заводу ЗАТ “Чинбар”, ВАТ “Оболонь”, ЗАТ “Київський склотарний завод”, ВАТ “РІАП”, ВАТ “Оболонь”;

при розробленні проектів систем водоочищення Стаханівського заводу технічного вуглецю та ТОВ ПБК “Радомишль”;

під час реконструкції схеми очищення стічних вод асфальтобетонного заводу ВАТ “Шляхово-будівельне управління №41”.

Встановлено, що оптимізація розподілу технологічних потоків у схемах водоочищення, що розглядались, дозволяє зменшити об’єми стічних вод в очисних спорудах у середньому на 20% у порівнянні зі схемами до оптимізації. Аналіз варіантів схем очищення стічних вод досліджуваних підприємств показує можливість зменшення очікуваних сумарних річних зведених витрат промислових підприємств на очищення стічних вод до 10% порівняно з вихідними схемами.

7. Практично важливими результатами роботи є те, що:

сформовано математичні моделі очисних процесів, які можуть бути застосовані для моделювання і прогнозів ефективності очисних споруд в умовах варіації об’ємів і складу потоків стічних вод, що очищуються;

створено алгоритмічне забезпечення для розрахунку та модернізації схем водоочищення промислових підприємств;

запропонована методика може бути використана для оптимізації схем водоочисного господарства широкого класу підприємств хімічної, машинобудівної, харчової та споріднених галузей.

Розроблені методика та алгоритми знайшли застосування у наукових дослідженнях та у навчальному процесі на кафедрі кібернетики хіміко-технологічних процесів НТУУ “КПІ” (м. Київ) і на кафедрі хімічної інженерії Жешувського технологічного університету (м. Жешув, Польща).

Публікації автора:

1. Статюха Г.О., Квітка О.О., Джигирей І.М. Моделювання розподілених схем очищення стічних вод промислових підприємств на основі методів Інтеграції Процесів // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2005. – № 1. – С. 27–37. (0.67 авт.а.) Автором сформульоване завдання дослідження, застосовані концептуальні методи для синтезу і модернізації схем очищення стічних вод промислових підприємств; модифікований метод водного пінч-аналізу.

2. Джигирей І.М. Синтез розподілених схем очищення стічних вод: двостадійний підхід. – Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – Хмельницький, 2005. – № 6. – т. 1. – С. 26–30. (0.41 авт.а.) Дисертантом запропонована двохетапна методика синтезу схем очищення стічних вод промислових підприємств, що додатково включає розв’язування задачі умовного нелінійного програмування на другій стадії розрахункової процедури.

3. Джигирей І.М., Квітка О.О. Використання нелінійного програмування для моделювання розподілених схем очищення стічних вод промислових підприємств // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2005. – № 6. – С. 51–55. (0.32 авт.а.) Дисертантом обґрунтована доцільність застосування математичних моделей процесів очищення стічних вод у процедурі синтезу очисних схем.

4. Квитка А.А., Джигирей И.Н. Проектирование систем канализирования сточных вод промышленных предприятий: Комбинированный подход // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2006. – № 2. – С. 72–77. (0.40 авт.а.) Дисертантом проведено порівняльний аналіз розробленої комбінованої методики розрахунку схем очищення стічних вод та існуючих методів синтезу схем водоочищення з розподіленими матеріальними потоками, узагальнені результати дослідження.

5. Статюха Г.А., Квитка А.А., Бойко Т.В., Джигирей И.Н. Использование математических моделей процессов очистки для проектирования распределенных систем очистки сточных вод // Химия и технология воды. – 2006. – № 6.– т. 28. – С. 517–530. (0.42 авт.а.) Автором запропонована математична модель аеротенку-змішувача для застосування у процедурі визначення оптимального розподілу водних потоків у схемі очищення стічних вод пивоварного виробництва.

6. Statyukha G.O., Kvitka O.O., Dzhygyrey I.M., Jezowski J. A simple sequential approach for designing industrial wastewater treatment networks // Journal of Cleaner Production. – 2006. – PRES Special Issue. (0.9 авт.а.)

7. Квітка О.О., Джигирей І.М. Використання методу Пінч-аналізу для розрахунку схем очищення стічних вод // Экология. Человек. Общество: Сборник тезисов докладов V Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – К., 2002. – С. 436–437. (0.08 авт.а.)

8. Квитка А.А., Шахновский А.М., Джигирей И.Н. Математическое моделирование схем очистки сточных вод в пищевой промышленности// Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-16: Сборник трудов XVI международной научной конференции. – Ростов-на-Дону, 2003. – Т. 4. – С. 67–68. (0.05 авт.а.)

9. Джигирей І.М., Квітка О.О. Використання методу Пінч-аналізу для моделювання схем очищення стічних вод підприємств харчової промисловості // Крок у майбутнє – 3: Збірка тез доповідей всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених. – К., 2003. – С. 54–55. (0.07 авт.а.)

10. Статюха Г.О., Квітка О.О., Джигирей І.М. Використання методу Пінч-аналізу для моделювання схем очищення стічних вод промислових підприємств // Аква Україна: Матеріали науково-практичних конференцій міжнародного водного форуму. – К., 2003. – С. 192-193. (0.09 авт.а.)

11. Джигирей И.Н., Квитка А.А. Применение Пинч-анализа к моделированию схем очистки сточных вод промышленных предприятий // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-17: Сборник трудов XVII международной научной конференции. – Кострома, 2004. – Т. 4. – С. 87–90. (0.19 авт.а.)

12. Statyukha Gennady, Kvitka Alexander and Dzhygyrey Iryna. The Application of “Pinch-Analysis” to the Distributed Wastewater Treatment Systems Modelling in the Food Industry // SSCHE–2004: Proceedings of 31^st International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering. – Slovakia, 2004. – PP. 087-1–087-6. (0.27 авт.а.)

13. Statyukha G.O., Kvitka O.O., Jezowski J., Dzhygyrey I.M. The application of conceptual design procedures to the retrofit of existing wastewater treatment systems // CHISA–2004: Materials of the 16th International Congress of Chemical and Process Engineering. – Praha, 2004. – Set 7. – 748. (0.27 авт.а.).

14. Статюха Г.О., Квітка О.О., Джигирей І.М. Моделювання розподілених схем очищення стічних вод на прикладі підприємств машинобудівної і верстатобудівної галузі // Аква Україна: Матеріали науково-практичних конференцій ІІ міжнародного водного форуму. – К., 2004. – С. 211–213. (0.13 авт.а.)

15. Статюха Г.А., Квитка А.А., Шахновский А.М., Джигирей И.Н. Проектирование ресурсосберегающих технологических схем водного хозяйства промышленных предприятий // Сотрудничество для решения проблемы отходов: Сборник тезисов докладов II Международной конференции. – Харьков, 2005. – С.185–187. (0.11 авт.а.)

16. Статюха Г.А., Квитка А.А., Джигирей И.Н. Использование математического программирования для моделирования систем очистки сточных вод // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-18: Сборник трудов XVIІI международной научной конференции. – Казань, 2005. – Т. 4. – С. 37–39. (0.12 авт.а.)

17. Statyukha Gennady, Kvitka Olexander, Dzhygyrey Iryna. The Wastewater Treatment Systems Modelling by Combined Approach // SSCHE–2005: Proceedings of 32^nd International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering. – Slovakia, 2005. – PP. 100-1–100-7. (0.44 авт.а.)

18. Статюха Г.О., Квітка О.О., Джигирей І.М.Моделювання локальних схем очищення стічних вод в харчовій промисловості // Аква Україна: Матеріали науково-практичних конференцій ІІІ міжнародного водного форуму. – К., 2005. – С. 274–276. (0.13 авт.а.)

19. Statyukha G.O., Kvitka O.O., Jezowski J., Dzhygyrey I.M. An Application of Mathematical Models of Treatment Processes for the Design of Distributed Wastewater Treatment Networks // SSCHE–2006: Proceedings of 33^rd International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering. – Slovakia, 2006. – P. 012-1–012-5. (0.27 авт.а.)

20. Джигирей И.Н., Квитка А.А. Использование математических моделей процессов очистки для синтеза систем канализации сточных вод // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-19: Сборник трудов XIX международной научной конференции. – Воронеж, 2006. – Т. 4. – С. 73–75. (0.15 авт.а.)

21. Statyukha G.O., Kvitka O.O., Dzhygyrey I.M., Jezowski J. An approach to design optimal wastewater treatment network with mathematical models of processes // CHISA–2006: Materials of the 17^th International Congress of Chemical and Process Engineering. – Praha, 2006. – P5.004. – P. 1223. (0.26 авт.а.).

22. Kvitka O., Statyukha G., Jezowski J., Dzhygyrey I., Shahnovskiy A. The Optimal Design of Wastewater Treatment Systems Using Mathematical Models of Cleaning Units // IUPAC ICGC - 1: Proceedings of 1^st International IUPAC Conference on Green-Sustainable Chemistry. – Dresden, 2006. – P. 355. (0.07 авт.а.)

23. Статюха Г.О., Квітка О.О., Джигирей І.М. Синтез та оптимізація схем водовідведення промислових підприємств // Аква Україна: Матеріали науково-практичних конференцій ІV міжнародного водного форуму. – К., 2006. – С. 342–345. (0.25 авт.а.)

24. Статюха Г.О., Квітка О.О., Шахновський А.М., Джигирей І.М. Системний підхід до впровадження ресурсозберігаючих технологічних схем водного господарства // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин: Тези доповідей ІІІ Української науково-технічної конференції з технології неорганічних речовин. – Дніпропетровськ, 2006. – С. 253–254. (0.1 авт.а.)

25. Джигирей І.М., Квітка О.О. Екологічні технології: Проектування розподілених систем водовідведення промислових підприємств // Перший Всеукраїнський з`їзд екологів (ECOLOGY-2006): тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції. – Вінниця, 2006. С. 218. (0.08 авт. а)