Разработка модели автоматизированного управления технологическим процессом анаэробного сбраживания осадков сточных вод в биореакторе

М В Паршикова

doi:10.22213/2410-9304-2026-3-23-29

Авторы

М. В. Паршикова ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2026-3-23-29

Ключевые слова:

биореактор, многопараметрический интеллектуальный датчик, модель автоматизации, осадок сточных вод, система автоматического регулирования

Аннотация

В статье представлены результаты исследований и моделирования процессов, проведенных на экспериментальной площадке кафедры «Водоснабжение и водоподготовка» ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. Целью исследований является разработка модели автоматизации рабочих процессов в биогазовой установке анаэробного сбраживания на основе анализа измеряемых параметров. Предложена система автоматизации управления технологических процессов биореактора с применением исполнительных механизмов и управляемых многопараметрических интеллектуальных датчиков, имеющих возможность обмена данными с карманным персональным компьютером (смартфон) посредством беспроводной связи. В статье представлена общая архитектура многопараметрических интеллектуальных датчиков и совместимых исполнительных механизмов, применяемых в мониторинге и управлении технологическим процессом в биореакторе. В статье представлена базовая архитектура интеллектуального многопараметрического датчика для биореактора. Представлены результаты исследований и структурная схема разработанной двухсекционной биогазовой установки с полуавтоматической системой управления, содержащей независимые перемешивающие устройства для каждой секции, независимые системы жидкостного подогрева субстрата для каждой секции, электрический пульт управления и контроля значимых факторов процесса. В статье рассмотрен сравнительный анализ технологических процессов утилизации органических отходов и представлены функциональные схемы автоматизации работы биореактора применительно к климатическим условиям Удмуртской Республики, данные исследования проводились на основании литературных источников. Рассмотрены принципиальные схемы подключения датчиков к фиксирующим устройствам, которые дают возможность оператору управлять технологическим процессом утилизации органических отходов с регулированием температуры в биореакторе. Автоматизация технологического процесса анаэробного сбраживания органических отходов в биореакторе позволит увеличить объем выработанного биогаза и повысить энергоэффективность метода.

Биография автора

М. В. Паршикова, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук

Библиографические ссылки

Абрамова А. А., Исаков В. Г., Непогодин А. М. Зеленые технологии в очистке поверхностных и сточных вод объектов ЖКХ // Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования : материалы VIII Междунар. конф. : в 2 т. Т.1. Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2019. С. 460-465.

Оценка загрязненности городских сточных вод антибиотическими препаратами цефалоспориновой группы и возможности их определения спектрофотометрическим методом / А. А. Абрамова, А. М. Батуева, А. В. Васильев, М. Ю. Дягелев, Е. Д. Наумкина, И. О. Чурсин // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2021. № 2. С. 53-65. DOI: 10.15593/2409-5125/2021.02.05. EDN: NUTWVV.

Безбородова О. Е. Комплексная утилизация сточных вод предприятий : диссертация. М. : LAP Lambert Academic Publishing, 2019. 124 c.

Благоразумова А. М. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод : учеб. пособие. СПб. : Лань, 2021. 208 с.

Брюханов А. Ю., Романов А. С., Белов П. В. Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров смесителя органических отходов // АгроЭкоИнженерия. 2026. № 1 (126). С. 145-154. DOI: 10.24412/2713-2641-2026-1126-145-154. EDN: QVUIJE.

Брюханов А. Ю., Васильев Э. В., Егоров С. А. Автоматизированная система управления биоферментатором барабанного типа // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2025. Т. 19, № 2. С. 4-10. DOI: 10.22314/2073-7599-2025-19-2-4-10. EDN: PFNHMB.

Брюханов А. Ю., Васильев Э. В., Базыкин В. И. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2025624770 Российская Федерация. База данных оборудования, применяемого в технологической линии для переработки твердых органических отходов методом биоферментации : заявл. 20.10.2025 : опубл. 28.10.2025 / А. Ю. Брюханов, Э. В. Васильев, В. И. Базыкин [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ". EDNRWLTFD.

Васильев Э. В., Романов А. С., Егоров С. А. Автоматизация технологического процесса переработки органических отходов путем разработки автономного биоферментатора // Техника и технологии в животноводстве. 2025. Т. 15, № 1. С. 63-68. DOI: 10.22314/27132064-2025-15-1-63. EDN: XXVNIS.

Волкова А. А., Шишкунов В. Г. Системный анализ и моделирование процессов в техносфере : учеб. пособие. Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та. 2019. 244 с. ISBN: 978-5-7996-2600-6. EDN: VRVHJV.

Метод сравнительной оценки тепловых потерь биореакторов на этапе аванпроекта биогазовой установки / В. Н. Диденко, М. В. Свалова, А. В. Исаев, Н. Д. Узаков // Энергосбережение и водоподготовка : научно-технический журнал. 2019. № 5 (121). С. 61-65. EDN: QFKORS.

Корнюшкин Д. А., Крылов А. А. Задачи совершенствования современных автоматизированных систем управления технологическими процессами // Инженерный вестник Дона. 2023. № 3 (99). C. 225-232. EDN: NROGYP.

Оковитая К. О. Повышение эффективности работы метантенков // Эффективные технологии в области водоподготовки и очистки в системах водоснабжения и водоотведения. 2021. С. 54-56. EDN: MNWLYQ.

Провоторова А. А. Сравнительный анализ использования аэротенков и метантенков при очистке сточных вод // Современная наука и ее ресурсное обеспечение: Инновационная парадигма : сборник статей по материалам VI международной научно-практической конференции. 2021. С. 97-102. EDN: WVZFMP.

Романов А. С. Определение теплового режима работы биоферментатора камерного типа // АгроЭкоИнженерия. 2024. № 2 (119). С. 82-92. DOI: 10.24412/2713-2641-2024-2119-82-9. EDN: THBOEA.

Смирнова А. Р. Пути повышении эффективности работы метантенков // Научный форум: технические и физико-математические науки : сборник статей по материалам XXXI Международной научно-практической конференции. 2020. С. 23-30.

Суворова Е. В., Микрюкова Е. М. Преодоление проблем с очисткой сточных вод от плотных эмульсий в нефтеперерабатывающей промышленности // Строительство и застройка: Жизненный цикл - 2020 : материалы V Международной (XI Всероссийской) конференции. Чебоксары, 2020. С. 415-422.

Таскаев М. В., Гарифянова Л. А., Свалова М. В. Анализ конструкции метантенков для обработки осадка с очистных сооружений // Интеллектуальные системы в производстве. 2022. № 1. С. 96-105. DOI: 10.22213/2410-9304-2022-1-96-105. EDN: DUEWME.

Ханова Е. Л., Сахарова А. А, Геращенко А. А. Способ интенсификации работы метантенков с разделением фаз брожения // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2019. № 1 (74). С. 72-79. EDN: BTTGJA.

Юхин Д. П. К вопросу повышения эффективности функционирования метантенка биогазовой установки // Наука молодых - инновационному развитию АПК : материалы XII национальной научно-практической конференции молодых ученых. 2019. С. 168-172.

NilgünBalkaya, ErcanErkan. Phosphate removal from wastewater by using water treatment sludge// Desalination and Water Treatment. 2019. № 17. P. 61-69.

Baowei Wang, Zhiwen Wang, Tao Chen, Xueming Zhao. Development of novel bioreactor control systems based on smart sensors and actuators // Front Bioeng. Biotechnol. Sec. Bioprocess Engineering. 2020. 15p. DOI: 10.3389/fbioe.2020.00007