Управління якістю біохімічного очищення стічних вод
Заропоновано підхід до менеджменту процесу очищення стічних вод, який базується на використанні методів теорії нечітких множин. Для запровадження методу експертної оцінки функцій належності визначено керуючі правила з вибору методу підвищення ефективності процесу, а також лінгвістичні змінні, які ха...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України
2012
|
| Назва видання: | Системні дослідження та інформаційні технології |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/50193 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Управління якістю біохімічного очищення стічних вод / І.С. Єремєєв, А.О. Дичко // Систем. дослідж. та інформ. технології. — 2012. — № 4. — С. 45-48. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-50193 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-501932013-10-07T03:06:11Z Управління якістю біохімічного очищення стічних вод Єремєєв, І.С. Дичко, А.О. Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах Заропоновано підхід до менеджменту процесу очищення стічних вод, який базується на використанні методів теорії нечітких множин. Для запровадження методу експертної оцінки функцій належності визначено керуючі правила з вибору методу підвищення ефективності процесу, а також лінгвістичні змінні, які характеризують процес очищення. Наведено приклад розбудови функції належності та евристики для процедур інтенсифікації біохімічного очищення стоків. Якісний моніторинг процесу біохімічного очищення стічних вод пропонується забезпечити шляхом використання теореми Байєса з метою визначення і уточнення ймовірності дійсності прийнятої гіпотези розподілу контрольних параметрів процесу в умовах невизначеності. Предложен подход к управлению процессом очистки сточных вод, который основывается на использовании методов теории нечетких множеств. Для внедрения метода экспертной оценки функций принадлежности определены управляющие правила выбора метода повышения эффективности процесса, а также лингвистические переменные, которые характеризуют процесс очистки. Приведен пример построения функции принадлежности и эвристики для процедур интенсификации биологической очистки воды. Качественный мониторинг процесса биохимической очистки сточных вод предлагается обеспечить путем использования теоремы Байеса с целью определения и уточнения вероятности действительности принятой гипотезы распределения контрольных параметров процесса в условиях неопределенности. The approach to the control of wastewater treatment process, which is based on the usage of fuzzy sets theory methods, is proposed. To implement the method of expert estimation of membership functions the control rules of choice of the method of ncreasing process effectiveness and also linguistic variables that characterize treatment process, are defined. Example of membership function formation and heuristics for wastewater biochemical treatment intensification procedures is given. Qualitative monitoring of wastewater biochemical treatment process is proposed to ensure by use of Bayesian theorem with the aim of definition and detailing of reality probability of accepted hypothesis of control process parameters distribution under uncertainty. 2012 Article Управління якістю біохімічного очищення стічних вод / І.С. Єремєєв, А.О. Дичко // Систем. дослідж. та інформ. технології. — 2012. — № 4. — С. 45-48. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1681–6048 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/50193 628.35 uk Системні дослідження та інформаційні технології Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах |
| spellingShingle |
Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах Єремєєв, І.С. Дичко, А.О. Управління якістю біохімічного очищення стічних вод Системні дослідження та інформаційні технології |
| description |
Заропоновано підхід до менеджменту процесу очищення стічних вод, який базується на використанні методів теорії нечітких множин. Для запровадження методу експертної оцінки функцій належності визначено керуючі правила з вибору методу підвищення ефективності процесу, а також лінгвістичні змінні, які характеризують процес очищення. Наведено приклад розбудови функції належності та евристики для процедур інтенсифікації біохімічного очищення стоків. Якісний моніторинг процесу біохімічного очищення стічних вод пропонується забезпечити шляхом використання теореми Байєса з метою визначення і уточнення ймовірності дійсності прийнятої гіпотези розподілу контрольних параметрів процесу в умовах невизначеності. |
| format |
Article |
| author |
Єремєєв, І.С. Дичко, А.О. |
| author_facet |
Єремєєв, І.С. Дичко, А.О. |
| author_sort |
Єремєєв, І.С. |
| title |
Управління якістю біохімічного очищення стічних вод |
| title_short |
Управління якістю біохімічного очищення стічних вод |
| title_full |
Управління якістю біохімічного очищення стічних вод |
| title_fullStr |
Управління якістю біохімічного очищення стічних вод |
| title_full_unstemmed |
Управління якістю біохімічного очищення стічних вод |
| title_sort |
управління якістю біохімічного очищення стічних вод |
| publisher |
Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/50193 |
| citation_txt |
Управління якістю біохімічного очищення стічних вод / І.С. Єремєєв, А.О. Дичко // Систем. дослідж. та інформ. технології. — 2012. — № 4. — С. 45-48. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| series |
Системні дослідження та інформаційні технології |
| work_keys_str_mv |
AT êremêêvís upravlínnââkístûbíohímíčnogoočiŝennâstíčnihvod AT dičkoao upravlínnââkístûbíohímíčnogoočiŝennâstíčnihvod |
| first_indexed |
2025-07-04T11:45:41Z |
| last_indexed |
2025-07-04T11:45:41Z |
| _version_ |
1836716699802402816 |
| fulltext |
© І.С. Єремєєв, А.О. Дичко, 2012
Системні дослідження та інформаційні технології, 2012, № 4 45
УДК 628.35
УПРАВЛІННЯ ЯКІСТЮ БІОХІМІЧНОГО ОЧИЩЕННЯ
СТІЧНИХ ВОД
І.С. ЄРЕМЄЄВ, А.О. ДИЧКО
Заропоновано підхід до менеджменту процесу очищення стічних вод, який ба-
зується на використанні методів теорії нечітких множин. Для запровадження
методу експертної оцінки функцій належності визначено керуючі правила з
вибору методу підвищення ефективності процесу, а також лінгвістичні змінні,
які характеризують процес очищення. Наведено приклад розбудови функції
належності та евристики для процедур інтенсифікації біохімічного очищення
стоків. Якісний моніторинг процесу біохімічного очищення стічних вод про-
понується забезпечити шляхом використання теореми Байєса з метою визна-
чення і уточнення ймовірності дійсності прийнятої гіпотези розподілу кон-
трольних параметрів процесу в умовах невизначеності.
ВСТУП
Ефективне управління процесами очищення стічних вод (СВ) зустрічається
з низкою проблем, серед яких однією з головних є відсутність можливості
точного й оперативного вимірювання якісних та кількісних показників СВ.
Це, у свою чергу, не дозволяє адекватно реагувати на зміни цих показників
під час надходження в очисні споруди та на їхньому виході. Отже, необхідно
змінити підхід до інформаційного забезпечення процесів поводження з СВ.
Останнім часом як альтернативу замість детермінованих функцій, які
зв’язують між собою вхідні дані, змінні, зовнішні чинники та параметри
з виходами, використовують функції належності (ФН), які спираються на
методи теорії нечітких множин та теорії можливостей [1, 2]. У практиці не-
чітких множин замість детермінованих цифрових даних користуються лінг-
вістичними змінними, які, наприклад, можуть мати такі значення: відсутнє
(В), мале (М), середнє (С) та багато (Б). Середнє, як правило, відповідає та-
кому, яке спостерігається у більшості випадків протягом значного часу. Тоді
функцію належності до тієї чи іншої лінгвістичної змінної можна подати
у такому вигляді:
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎪
⎨
⎧
≤≤
−
−
≤≤
≤≤
−
−
≤≤
=
,,
,,1
,,
,,,0
)(
dxc
cd
xd
cxb
bxa
ab
ax
xdax
xµ
де iiii dcba ≤≤≤ — відповідають експертним оцінкам меж, в яких перебу-
вають відповідні (і-ті) лінгвістичні змінні В, М, С та Б. Такий підхід дозво-
ляє використовувати нечіткі ФН замість детермінованих залежностей, що
суттєво спрощує проблему інформаційного забезпечення процесів пово-
І.С. Єремєєв, А.О. Дичко
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2012, № 4 46
дження із СВ і, у той же час сприяє підвищенню ефективності управління.
Справа у тому, що показники СВ визначаються як усереднені за період до
30 діб. У той же час потік крізь очисні споруди коливається у часі протягом
доби: близько 35 % потоку проходить у ранкові години (06:00 – 11:00),
25 % від 11:00 до 17:00, а решта (близько 40 %) — у вечірні години (17:00 –
22:00) [3], які відповідно можна зазначити як С, М та Б і далі використову-
вати їх для визначення режиму очищення СВ. Такі ж лінгвістичні змінні
можна визначити і для інших показників СВ.
Мета роботи — використання теорії нечітких множин для оцінювання
ефективності методів інтенсифікації очищення СВ та розробка евристик, які
б сприяли застосуванню раціонального методу підвищення ефективності
очисних споруд з мінімізацією витрат та максимізацією безпеки довкілля.
ФУНКЦІЇ НАЛЕЖНОСТІ ТА ЕВРИСТИКИ ДЛЯ ПРОЦЕДУР
ІНТЕНСИФІКАЦІЇ БІОХІМІЧНОГО ОЧИЩЕННЯ СТОКІВ
Будь-яке керуюче правило з вибору методу інтенсифікації очищення стоків
можна подати у формі «ЯКЩО» {умови}, «ТО» {наслідки} [4].
Наприклад, доцільність попереднього коригування рівня рН (водневого
показника) СВ можна сформулювати таким чином:
ЯКЩО {(РРН_С) ТА (ШПС_С)},ТО {НКР_В},
ЯКЩО {(РРН_М) ТА (ШПС_Б)},ТО {НКР_Б},
ЯКЩО {(РРН_Б) ТА (ШПС_М)},ТО {НКР_С},
де РРН — рівень рН, ШПС — швидкість протоку стоків у споруді, НКР —
необхідність коригування рівня рН, а В, М, С, Б — відповідні оцінки.
Необхідне співвідношення біогенних елементів в аеротенку має стано-
вити БСКповн: .1:5:100: =PN Евристики для здійснення підживлення актив-
ного мулу сполуками азоту та фосфору мають такий вигляд:
ЯКЩО [{(БСК_С) ТА (ВАС_С) ТА (ВФС_С) },
АБО {(БСК_М) ТА (ВАС_С) ТА (ВФС_С) }],ТО {ПАМ_В},
ЯКЩО {(БСК_Б) ТА (ВАС_С) ТА (ВФС_М) },ТО {ПАМ_С},
ЯКЩО {(БСК_Б) ТА (ВАС_М) ТА (ВФС_М) },ТО {ПАМ_Б},
де БСК — значення біологічного споживання кисню (БСКповн) у стоках,
ВАС — вміст азоту в стоках, ВФС — вміст фосфору в стоках, ПАМ — під-
живлення активного мулу.
Евристики для застосування методів інтенсифікації процесу можна
сформулювати таким чином:
ЯКЩО [{(ШПС_С) ТА (БСК_С) ТА (КАМ_С) ТА (ІАМ_С)},
АБО {(ШПС_М) ТА (БСК_Б) ТА (КАМ_Б) ТА (ІАМ_С)}], ТО {НІП_В},
ЯКЩО {(ШПС_С) ТА (БСК_Б) ТА (КАМ_Б) ТА (ІАМ_С)}, ТО {НІП_С},
ЯКЩО {(ШПС_Б) ТА (БСК_С) ТА (КАМ_С) ТА (ІАМ_Б)}, ТО {НІП_Б},
Управління якістю біохімічного очищення стічних вод
Системні дослідження та інформаційні технології, 2012, № 4 47
де ШПС — швидкість протоку СВ, КАМ — концентрація активного мулу,
ІАМ — індекс активного мулу (відображає його властивості), НІП — необ-
хідність інтенсифікації процесу очищення.
Процедура використання евристик під час оцінки процесу очищення
активним мулом полягає у цьому (рис.). Якщо певна характеристика, що
використовується для оцінки необхідності інтенсифікації процесу (ШПС,
БСК, ІАМ тощо), приймає деяке значення 1X , то її належність до лінгвістич-
них змінних визначається в точці перетину такого значення із лініями на-
лежності — C1X (функцією належності до змінної С) та Х1М — функцією
належності до змінної М). Очевидно, що M1C1 XX < . Звідси це значення 1X
можна віднести до лінгвістичної змінної М.
Таким чином, прийняття рішень щодо впровадження додаткових
заходів із підвищення ефективності трансформації забруднюючих речовин у
СВ вимагає експертної оцінки функцій належності тих чи інших
лінгвістичних змінних (аналогів функцій розподілу випадкових величин)
із урахуванням таких даних, як щоденні та усереднені (щомісячні, щорічні):
швидкості протоку СВ у споруді з урахуванням співвідношення кількості
надходження промислових та комунальних стоків; показники якісного
складу стоків; характеристики активного мулу.
Таке оцінювання можна виконати, користуючись теоремою Байєса [5],
яка дозволяє визначити ймовірність того, що прийнята гіпотеза розподілу
випадкових величин відповідає дійсності, якщо є лише непрямі підтвер-
дження (дані), які не є вичерпними (непредставницькі вибірки) й можуть
бути неточними, як це й має місто під час моніторингу очищення стічних
вод. Отриману за формулою Байєса ймовірність можна при цьому далі уточ-
нювати, приймаючи до уваги дані нових спостережень iiii dcba ≤≤≤ . Та-
ким чином, за формулою Байєса ймовірність НІП:
,
)(
)()|()|(
BP
APABРBAP =
де )(AP — апріорна ймовірність гіпотези, A — функції розподілу лінгвіс-
тичної змінної (НІП); )|( BAP — апостеріорна ймовірність гіпотези A (НІП)
0
Н
ал
еж
ні
ст
ь
Х1С
Х1М
1
Значення М С БВідсутнє Х1
Рисунок. Визначення належності значення Х до відповідних лінгвістичних змінних
І.С. Єремєєв, А.О. Дичко
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2012, № 4 48
за умов здійснення події; B (БСК) — визначення реального розподілу;
)|( ABР — імовірність здійснення події B (БСК) за умов істинності гіпотези
A (НІП); )(BР — імовірність здійснення події B (БСК) або:
)(
)()|()|(
БСКP
НІПPНІПБСКРБСКНІПР = .
Важливим наслідком теореми Байєса є формула повної ймовірності по-
дії, яка залежить від декількох несумісних гіпотез:
)|()()(
1
i
N
i
i ABPAPBP ∑
=
= або ).|()()(
1
i
N
i
i БСКНІПPБСКPНІПP ∑
=
=
Ймовірність здійснення події B(НІП) залежить від низки гіпотез iA
(БСК_М, БСК_С, БСК_В), якщо відомі ступені достовірності цих гіпотез
(наприклад, отримані експериментальні дані), до того ж за робочу гіпотезу
варто прийняти )( kBР , яка задовольняє умові:
.)}|()(,),|()(),|()({max)( 2211 NNk ABPAPABPAPABPAPBР …=
ВИСНОВКИ
Використання теорії нечітких множин із визначенням достовірних меж, в яких
можуть знаходитися відповідні оцінки тих чи інших параметрів, дозволяє
забезпечити оптимальний менеджмент процесу біохімічного очищення СВ.
Прийняття рішень щодо впровадження заходів інтенсифікації процесу
біотрансформації забруднюючих речовин у СВ вимагає експертної оцінки
функції належності лінгвістичних змінних із урахуванням основних харак-
теристик процесу очищення — показників якісного складу стоків, швидко-
сті їх протоку в споруді, характеристик активного мулу тощо.
Використання теореми Байєса дозволяє визначити, а надалі й уточню-
вати, ймовірність дійсності прийнятої гіпотези розподілу параметрів
процесу в умовах невизначеності, яка існує під час моніторингу очищення
СВ.
ЛІТЕРАТУРА
1. Nikolaos V. Karadimos, Vassili Loumos, Alessandra Orsoni. Municipal Solid Waste
Generation Modeling based on Fuzzy Logic // Proceedings 20-th European Con-
ference on Modelling and Simulation. — 2006. — 68 р.
2. Fuzzy Image Processing: Fuzzy sets. — http://pami.uwaterloo.ca/tizhoosh/set.htm.
3. Protocol for the verification of residential wastewater treatment technologies for nu-
trient reduction. U.S. EPA, November 27. — 2000. — P. 1–41.
4. Єремєєв І.С. Проблеми прийняття рішень в умовах невизначеності під час
моніторингу довкілля // Системний аналіз та інформаційні технології,
матеріали Х міжнар. наук.-техн. конф. 20–24 трав. — 2008. — C. 187.
5. Hoetling J.A., Madigan D., Raftery A.E, Volinsky Ch.T. Bayesian Model Averaging:
A Tutorial // Statistical Science. — 1999. —14, № 4 — Р. 382–417.
Надійшла 01.04.2011
|