priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-2-140-147pribor-304Research ArticleНАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИSCIENTIFIC AND PRACTICAL DEVELOPMENTSАнализ работоспособности систем анаэробной биологической очистки сточных вод в процессе эксплуатацииAnalysis of the Performance of Anaerobic Biological Wastewater Treatment Systems during OperationФоменковаА. А.FomenkovaА. А.

Анастасия Алексеевна Фоменкова — Институт вычислительных систем и программирования, кафедра компьютерных технологий и программной инженерии; старший преподаватель

Anastasia A. Fomenkova — Institute of Computational Systems and Programming, Department of Computer Technologies and Software Engineering; Senior Lecturer

a.a.fomenkova@mail.ruСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияSt. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation202203122024652140147Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/304

Предлагается учитывающая взаимное влияние физических и биохимических процессов структурная модель взаимосвязей процессов биологической очистки сточных вод. Модель позволяет анализировать работоспособность систем анаэробной биологической очистки при эксплуатации. Обосновывается необходимость непрерывного контроля технического состояния этих систем, ориентированного, в первую очередь, на выявление причин деградации микроорганизмов. На основе общего подхода к диагностике сложных технических систем предложены алгоритмы непрерывного контроля технического состояния системы анаэробной биологической очистки сточных вод, позволяющие выявить причины неисправностей различной природы и сократить число проводимых лабораторных исследований.

A structural model of processes interrelation in biological wastewater treatment is proposed. The model accounts for the mutual influence of physical and biochemical processes and provides an analysis of the performance of anaerobic biological treatment systems during operation. It has been proven that continuous monitoring of the technical condition of these systems is necessary, focused primarily on identifying the causes of degradation of microorganisms. Based on a general approach to diagnostics of complex technical systems, algorithms for continuous monitoring of the technical condition of an anaerobic biological wastewater treatment system are proposed, which make it possible to identify the causes of malfunctions of various nature and reduce the number of laboratory tests carried out.

анаэробная очистка сточных водтехническое состояниенаблюдаемые параметрыдеградация биомассыалгоритмы анализа технического состояниядиагностика сложных системмодель анаэробного броженияanaerobic wastewater treatmenttechnical stateobserved parametersbiomass degradationalgorithms of technical state analysiscomplex systems diagnosticsanaerobic digestion modelработа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 20-08-00747.the work was supported by RFBR grant No. 20-08-00747.ReferencesДмитриев А. К., Юсупов Р. М. Идентификация и техническая диагностика. М.: МО СССР, 1987. 521 с.Dmitriev A.K., Yusupov R.M. Identifikatsiya i tekhnicheskaya diagnostika (Identification and Technical Diagnostics), Moscow, 1987, 521 р. (in Russ.)Копкин Е. В., Кравцов А. Н., Мышко В. В. Анализ технического состояния космических средств. СПб: ВКА им. А. Ф. Можайского, 2016. 190 с.Kopkin E.V., Kravtsov A.N., Myshko V.V. Analiz tekhnicheskogo sostoyaniya kosmicheskikh sredstv (Analysis of the Technical Condition of Space Vehicles), St. Petersburg, 2016, 190 р. (in Russ.)Охтилев М. Ю., Соколов Б. В., Юсупов Р. М. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. М.: Наука, 2006. 408 с.Okhtilev M.Yu., Sokolov B.V., Yusupov R.M. Intellektual'nyye tekhnologii monitoringa i upravleniya strukturnoy dinamikoy slozhnykh tekhnicheskikh ob"yektov (Intelligent Technologies for Monitoring and Controlling the Structural Dynamics of Complex Technical Objects), Moscow, 2006, 408 р. (in Russ.)Kazemi P., Bengoa C., Steyer J.-P., Giralt J.Data-driven techniques for fault detection in anaerobic digestion process // Process Safety and Environmental Protection. 2021. Vol. 146. P. 905—915. DOI: 10.1016/j.psep.2020.12.016.Kazemi P., Bengoa C., Steyer J.-P., Giralt J. Process Safety and Environmental Protection, 2021, vol. 146, рр. 905–915, DOI:10.1016/j.psep.2020.12.016.Sánchez-Fernández A., Baldán F. J. J., Sainz-Palmero G. I. I., Benítez J. M. M., Fuente M. J. J.Fault detection based on time series modeling and multivariate statistical process control // Chemometr. Intell. Lab. Syst. 2018. Vol. 182. P. 57—69. DOI:10.1016/j.chemolab.2018.08.003.Sánchez-Fernández A., Baldán F.J.J., Sainz-Palmero G.I.I., Benítez J.M.M., Fuente M.J.J. Chemometr. Intell. Lab. Syst., 2018, vol. 182, рр. 57–69, DOI:10.1016/j.chemolab.2018.08.003.Lardon L., Punal A., Steyer J.-P. On-line diagnosis and uncertainty management using evidence theory–– experimental illustration to anaerobic digestion processes // Journal of Process Control. 2004. Vol. 14. P. 747—763. DOI: 10.1016/j.jprocont.2003.12.007.Lardon L., Punal A., Steyer J.-P. Journal of Process Control, 2004, vol. 14, рp. 747–763, DOI: 10.1016/j.jprocont.2003.12.007.Boe K., Batstone D. J., Steyer J.-P., Angelidaki I.State indicators for monitoring the anaerobic digestion process // Water Res. 2010. Vol. 44. P. 5973—5980. DOI:10.1016/j.watres.2010.07.043Boe K., Batstone D.J., Steyer J.-P., Angelidaki I. Water Res., 2010, vol. 44, рp. 5973–5980, DOI:10.1016/j.watres.2010.07.043.Alcaraz-Gonzalez V., Lopez-Banuelos R. H., Steyer J.-P., Mendez-Acosta H. O., Gonzalez-Alvarez V., Pelayo-Ortiz C. Interval-based diagnosis of biological systems — a powerful tool for highly uncertain anaerobic digestion processes // CLEAN — Soil, Air, Water. 2012. Vol. 40. P. 941—949. DOI: 10.1002/clen.201100721.Alcaraz-Gonzalez V., Lopez-Banuelos R.H., Steyer J.-P., Mendez-Acosta H.O., Gonzalez-Alvarez V., Pelayo-Ortiz C. CLEAN Soil, Air, Water, 2012, vol. 40, рр. 941–949, DOI: 10.1002/clen.201100721.Xiao H., Huang D., Pan Y., Liu Y., Song K. Fault diagnosis and prognosis of wastewater processes with incomplete data by the auto-associative neural networks and ARMA model // Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 2017. Vol. 161. P. 96—107. DOI:10.1016/j.chemolab.2016.12.009.Xiao H., Huang D., Pan Y., Liu Y., Song K. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2017, vol. 161, рр. 96– 107, DOI:10.1016/j.chemolab.2016.12.009.Hill A., Tait S., Baillie C., Virdis B., McCabe B.Microbial electrochemical sensors for volatile fatty acid measurement in high strength wastewaters: A review // Biosensors and Bioelectronics. 2020. Vol. 165. P. 112409— 112420. DOI: 10.1016/j.bios.2020.112409.Hill A., Tait S., Baillie C., Virdis B., McCabe B. Biosensors and Bioelectronics, 2020, vol. 165, рр. 112409–112420, DOI: 10.1016/j.bios.2020.112409.Ключарёв А. А., Фоменкова А. А. Проектирование секционного анаэробного биореактора // Изв. Санкт Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2018. № 34(60). С. 95—100Klyucharev A.A., Fomenkova A.A. Proceedings of the St. Petersburg State Technological Institute (Technical University), 2018, no. 34(60), pp. 95–100. (in Russ.)Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2021613417. Программный модуль для имитационного моделирования системы анаэробной очистки сточных вод / А. А. Фоменкова, А. А. Ключарёв. № 2021612722, заявл. 09.03.2021.Certificate on the state registration of the computer programs №2021613417. Programmnyy modul' dlya imitatsionnogo modelirovaniya sistemy anaerobnoy ochistki stochnykh vod (Software module for simulation of an anaerobic wastewater treatment system), A.A. Fomenkova, A.A. Klyucharev. Priority 09.03.2021. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.