Анотація до роботи:

Штепа В.М. Енергоефективні режими електротехнологічної очистки стічних вод птахівничого комплексу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи. – Національний аграрний університет, Київ, 2008.

Дисертацію присвячено вирішенню проблеми якісної електрокоагуляційної очистки стічних вод птахівничого комплексу при мінімальних енерговитратах. У роботі проведено аналіз водоспоживання птахівничих комплексів яєчного та м’ясного спрямування, існуючих типових систем водоочистки (на прикладі ЗАТ “Комплекс Агромарс”). Запропоновано доповнити їх електротехнологічною коагуляційною установкою для зменшення існуючих перевищень ГДК завислих частинок. Як захід підвищення енергоефективності її функціональних показників вирішено синтезувати відповідну АСК (вхідні параметри: концентрація завислих частинок, рН, лінійна швидкість потоку у міжелектродному просторі; керуючий вплив – значення густини анодного струму) режимами роботи. Враховуючи експериментально та теоретично досліджену нестаціонарність, нелінійність, неконтрольованість та непередбачуваність зміни вхідних значень та взаємозв’язків між технологічними факторами при створенні системи керування, застосовано апарат нечітких нейронних мереж. Синтезована нейроінформаційна експертна система продемонструвала функціональну адекватність технологічним вимогам. Використавши її, створили вхідну вибірку даних для побудови відповідної ННМ АСК електрокоагулятором, перевірка роботи якої показала функціональну відповідність вимогам енергоефективності та забезпечення нормованої якості очистки. Імітаційне моделювання, теоретичне та виробниче дослідження підтвердили енергоефективність роботи АСК електрокоагуляційною очисткою стічних вод птахівничого комплексу. Запропоновано ресурсозберігаючу схему технологічного водозабезпечення птахівничого комплексу.

1. Встановлено, що показники якості стічних вод птахівничих комплексів та об’єми цих вод коливаються у межах 5-20%, що призводить до непередбачуваних змін енергоефективності режимів електротехнологічної водоочистки в межах 10-40%, тому перспективним напрямом підвищення енергоефективності цих процесів є використання адаптивних систем керування.

2. Експериментально встановлено, що енергоефективність електротехнологічної очистки стічних вод птахівничого комплексу досягатиметься за умов стаціонарності вхідних параметрів для таких діапазонів: концентрація завислих частинок – 0,1-1,2 г/л, рН – 3-3,5, швидкість потоку води – 3-5 м/год, густина анодного струму – 0,5-1 А/дм².

3. За результатами дослідження регресійних моделей електротехнологічної очистки стічних вод птахівничого комплексу, визначено, що при збільшенні густини анодного струму (0,1-1,2 А/дм²), рН (3-7) та лінійної швидкості потоку (2-6 м/год) якість очистки нелінійно покращується на 5-60%, а енергозатратність при цьому нелінійно зростає на 5-30%;

4. Дослідження математичної моделі електротехнологічної водоочисної установки виявили істотний нелінійний вплив збурюючих факторів (об’єм скиду, якість води, сила струму) на електротехнологічну очистку води, що свідчить про доцільність застосування нейроінформаційної системи керування для забезпечення енергоефективності режимів роботи електрокоагулятора у птахівничому комплексі.

5. Обґрунтовано та розроблено алгоритм застосування ННМ для встановлення енергоефективних режимів функціонування електротехнологічної коагуляційної установки на птахівничому комплексі, що дало можливість створити енергоефективну поновлювальну базу знань режимів функціонування такого обладнання (похибка не перевищує 1,6%).

6. Шляхом імітаційного моделювання встановлено, що якість роботи електротехнологічної водоочисної установки із нейроінформаційною системою керування характеризується такими показниками: швидкодія – 0,5-1 с, перерегулювання – близько 2 %, максимальне динамічне відхилення – близько 1,5% г/л, що відповідає технологічним вимогам “Правил охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами” (Затверджено Постановою Кабінету Міністрів України від 25 березня 1999 р. - № 465).

7. За результатами виробничих випробувань, встановлено, що апаратно-програмна реалізація нейроінформаційної АСК на базі мікроконтролера ICP DAS ICPCON i-8447, мови нечіткого програмування FCL у середовищі ISaGRAF підвищила енергоефективність використання електротехнологічної установки у водоочисних схемах птахівничого комплексу майже на 50%, покращила якість водоочистки порівняно із роботою електрокоагулятора без системи керування приблизно на 40% .

8. Показано, що термін окупності електротехнологічної коагуляційної установки очистки стічних вод птахівничого комплексу від завислих частинок із нейроінформаційною системою керування у розробленій схемі замкнутого технологічного водопостачання забійного цеху становить 5-6 місяців (залежно від поточного тарифу на електроенергію та воду), при цьому підвищується економія води питної якості (ГОСТ 2874-82) приблизно на 10% та покращуються екологічні характеристики птахівничого комплексу як регіонального об’єкта природокористування.

Публікації автора:

1. Лисенко В.П., Штепа В.М. Передумови створення автоматичної системи керування електролізними процесами очистки стічних вод промислових птахівничих комплексів з використанням нейроінформаційних технологій // Аграрна наука і освіта. – К.: НАУ. – 2006. – Т.7. - № 1-2. – С. 99-104. (Автору належить ідея застосування електрокоагуляції для агрегації завислих частинок та розробка структурної схеми автоматичної системи керування електротехнологічною коагуляційною установкою очистки стічних вод птахівничого комплексу).

2. Донченко М.І., Лисенко В.П., Штепа В.М. Електрохімічна поведінка електродів у водогінній воді та модельному розчині стічних вод птахівничого комплексу // Електрифікація та автоматизація сільського господарства. – К.: НАУ. – 2006. – № 2 (17) – С. 29-36. (Автором визначено режими роботи електротехнологічної коагуляційної установки стічних вод птахівничого комплексу, обгрунтовано конструктивні параметри експериментальної установки).

3. Лисенко В.П., Штепа В.М. Енергоефективність та якість функціонування нейроінформаційної автоматичної системи керування процесом електрокоагуляційної очистки стічних вод птахівничого копмплексу // Електрифікація та автоматизація сільського господарства. – К.: НАУ. – 2006. – № 2 (18) – С. 72-81. (Автором теоретично досліджено енергоефективність режимів роботи електротехнологічної коагуляційної установки стічних вод птахівничого комплексу із нейроінформаційною АСК, розраховано економічний ефект від використання системи керування, обгрунтовано ресурсозберігаючу схему технологічного водозабезпечення птахівничого комплексу).

4. Лисенко В.П., Штепа В.М. Порівняння моделей процесу електрохімічної очистки стічних вод птахівничого комплексу, отриманих методами математичної статистики та ANFIS // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. – Луганськ: МАІ. – 2007. – № 1 (14). – С. 37-40. (Автор експериментально формував базу знань для створення матстатистичних та ANFIS-моделей, здійснював їх синтез із використанням дисперсійно-регресійного аналізу та апарату нечітких нейронних мереж).

5. Лисенко В.П., Штепа В.М. Синтез енергоефективної адаптивної системи керування електрокоагуляційною очисткою стічних вод птахівничого комплексу на основі гібридних нейронних мереж // Аграрна наука і освіта. – К.: НАУ. – 2007. – Т.8. - № 1-2. – С. 77-83. (Автор розробив алгоритм синтезу енергоефективної ННМ АСК електрокоагулятором стічних вод птахівничого комплексу, реалізував його, створив імітаційну модель якості її функціонування у пакеті Simulink середовища MatLAB).

6. Штепа В.Н., Донченко М.И., Срибная О.Г. Очистка растворов от дисперсных примесей методом электрокоагуляции. 1. Электрохимическое получение коагулянта // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2007. – № 9. – С. 86-95 (Автором теоретично та експериментально досліджено умови отримання електрозгенерованого реагента).

7. Штепа В.М. Особливості використання нейромережевих структур для моделювання процесу електрокоагуляції // Електрифікація та автоматизація сільського господарства. – К.: НАУ. – 2007. – № 1 (20) – С. 64-71.

8. Донченко М.І., Лисенко В.П., Штепа В.М. Вплив технологічних параметрів електрохімічної очистки стічних вод птахівничого комплексу на процес розчинення стальних електродів при низьких значеннях мінералізації // Електротехніка і механіка. – К.: НАУ. – 2006. – № 1. – С. 153-155 (Автор виконував методичне, алгоритмічне та організаційне забезпечення експериментальних досліджень впливу технологічних параметрів електрокоагуляції стічних вод птахівничого комплексу на зміну робочих характеристик електродної системи електротехнологічної коагуляційної установки).

9. Штепа В.М., Лисенко В.П. Використання “Теорії ігор” для створення математичної моделі екологічно безпечної ситуації в регіоні // Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції “Екологічні проблеми регіонів України”. – Одеса: ОДЕУ. – 2004. – С. 278-281. (Автор розробив та провів безкоаліційну гру можливості забруднення навколишнього середовища недоочищеними стічними водами промислових об’єктів).

10. Даценко І.О., Штепа В.М. Ефективність сучасних технологій очистки та транспортування води // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Екологія. Людина. Суспільство” – К.: НТУ “КПІ”. – 2005. – С. 72. (Автор формував базу даних якісно-кількісних характеристик роботи існуючих водоочисних систем та апаратів).

11. Гончаров Ф.І., Даценко І.О., Штепа В.М. Система безпечного водопостачання – компонент екології харчових виробництв // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Екотрафологія. Сучасні проблеми”. – Біла Церква.: БДАУ. – 2005. – С. 50-53. (Автор проаналізував рівень техногенного навантаження недоочищених стічних вод харчових виробництв на навколишнє середовище).

12. Гончаров Ф.І., Даценко І.О., Штепа В.М. Наслідки втрат води з мережі водоканалу та пошук шляхів їх подолання // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Підтоплення-2005”. – Херсон: НПЦ “Екологія. Наука. Техніка”. – 2005. – С. 37-41. (Автор опрацював із застосуванням методів математичної статистики дані експериментальних досліджень робочих напірних характеристик централізованої водорозподільної мережі).

13. Штепа В.М. Застосування нечіткої енергозберігаючої системи автоматичного керування електролізним знезараженням стічних вод птахофабрик для боротьби із потраплянням у навколишнє середовище збудників пташиного грипу // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Екологія. Людина. Суспільство”. – К.: НТУ “КПІ”. – 2006. – С. 147.

14. Штепа В.М. Ресурсозберігаюча схема очистки стічних вод птахівничого комплексу із використанням нейроінформаційної системи керування // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні проблеми екології”. – Житомир: ЖДТУ. – 2007. – С. 205-207.

15. Штепа В.М. Синтез та апаратно-програмна реалізація інтелектуальної АСК електрокоагуляційною очистки стічних вод птахівночого комплексу // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Інтелектуальний аналіз інформації”. – К.: НТУ “КПІ”. – 2007. – С. 368-373.

16. Штепа В.М. Еколого-економічні аспекти виробничого впровадження нейроінформаційної системи керування електрокоагуляційною очисткою стічних вод // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва”. – К.: Інститут агроекології УААН. – 2007. – С.88-89.

17. Штепа В.М. Вплив концентрації сульфат-іонів на енергоефективність електрокоагуляційної очистки стічних вод птахівничого комплексу // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Еколого-правові та економічні аспекти техногенної безпеки регіонів”. – Харків: ХНАДУ. – 2007. – С. 63-65.