В данной статье рассмотрены преимущества и недостатки моделирования для процесса дезодорации питьевой воды, рассмотрены теоретические предпосылки развития данного вопроса, определены условия для разработки модели параметров дезодорации питьевой воды.
Ключевые слова: дезодорация, вода, система водоснабжения.
In this article, the advantages and disadvantages of modeling for the process of deodorization of drinking water are considered, the theoretical prerequisites for the development of this issue are considered, the conditions for the development of a model of the parameters of deodorization of drinking water are determined.
Keywords: deodorization, water, water supply system.
Для процессов дезодорации питьевой воды математическое моделирование позволяет выделить для исследования наиболее важные свойства объекта, абстрагируясь от несущественных его характеристик. Часто моделирование позволяет сформулировать новые гипотезы и получить новые знания об объекте, которые при его исследовании были недоступны [78, 100]. Моделирование сложных объектов дает возможность избежать слишком больших затрат, необходимых для их непосредственного исследования. Построение модели и формализация связей между ее элементами позволяет устранить пробелы в знаниях об объекте и выявить новые качественные проблемы, которые изначально не могли быть предусмотрены. Моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Логичность и формализованность моделей позволяет определить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения её параметров и начальных условий [25, 47, 51, 67, 68, 74, 110].
Преимущества моделирования для процесса дезодорации питьевой воды:
– сокращение затрат на проведение экспериментальных исследований;
– возможность рассмотрения процесса во времени;
– совершать многоразовые испытания, каждый раз возвращая модель в первичное состояние;
– возможность прогнозирования рассматриваемого процесса;
– возможность выявления общих закономерностей;
– получать разные характеристики объекта в числовом или графическом виде;
– находить оптимальные параметры объекта, не прибегая к пробным экспериментам;
– проводить эксперименты без риска негативных последствий для здоровья человека или окружающей среды.
Недостатки моделирования:
– предопределенность результатов моделирования свойствами выбранного метода моделирования;
– запрограммированность результата свойствами самой модели (в рамках выбранного метода).
Преимущества и недостатки моделирования для процесса дезодорации представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Основные преимущества и недостатки применения моделирования к проблеме дезодорации воды
Применение математического моделирования к проблемам запаха питьевой и исходной воды, вопросам дезодорации и применению сорбентов рассматривались в работах Гусева Е. Е., «Одорирующие вещества биологического происхождения в природных водах и способы их удаления при водоподготовке» [1], в которой рассмотрен прогноз появления одорирующих веществ (запахов) в водоисточниках при помощи корреляционного и регрессионного анализа данных; Енютиной С. Г. «Математическое моделирование как основа энергосбережения в процессе дезодорации» [2], в которой рассматривается возможность применения математического моделирования к вопросам дезодорации; Герасимова М. М. «Разработка методов повышения барьерных функций очистных сооружений водопроводов в отношении антропогенных загрязнений» [3], в которой научно и практически обосновывается методика для выбора порошкообразного активированного угля (ПАУ); а так же в работах Малыгина К. А., Цхе А. А., Рогалевой Л. В., Смагной Н. А., Сапиной Н. В., Гандуриной Л. В., Сомина В. А., Кутковец А. А. Трусовой В. В., Грун Н. А., Гутенева В. В., Смирнова А. Д., Климова Е. С. и др.
Кроме того, следует определить условия для разработки модели: показатели исходной воды являются неконтролируемым параметром, показатели питьевой воды -обязательным условием (данное условие формируется согласно перечню СанПиН 2.1.4.559–96), параметры процесса дезодорации (основные параметры: дозирование сорбента, его адсорбционная активность и время контакта с водой) являются контролируемыми параметрами, оптимальное значение которых моделируется в зависимости от показателей исходной и питьевой воды (рисунок 2).
Рис. 2. Определение условий для разработки модели параметров дезодорации питьевой воды
При разработке модели следует рассматривать технологическую схему водоснабжения и дезодорации как систему процессами и работой которой можно управлять, а также моделировать.
В разработке модели параметров дезодорации питьевой воды особый интерес представляет применение искусственной нейронной сети (ИНС): в отличии от линейных методов статистики она позволяет создать нелинейные зависимости и тем самым более точно описывать рассматриваемые. Кроме того, нейронная сеть обучается на всей выборке, не фрагментируя её, что повышает точность результатов. Актуальность исследований в этом направлении подтверждается и массой различных применений нейросетей. Это автоматизация процессов распознавания образов, адаптивное управление, аппроксимация функционалов, прогнозирование, создание экспертных систем, организация ассоциативной памяти и многие другие приложения. Применение искусственных нейронных сетей рассматривались в работах А. С. Ефремова, А. Ю. Горнова, А. Н. Васильева, С. А. Проказова, А. А. Макаренко, З. И. Сичинава, А. Л. Оганезова, М. Г. Тиндовой, С. А. Дягтерева, М. А. Шулаковой, М. П. Коваленко, Б. А. Якимовича, В. А. Тененева и т. д.
Кроме того, представляется актуальным проведение корреляционного и регрессионного анализа данных для показателей исходной и питьевой воды, а также параметров дезодорации. Преимущества корреляционного анализа очевидны: он позволяет выявить наличие связи между рассматриваемыми параметрами; его можно применять в ряде особых случаев, в которых экспериментальный подход сопряжен с трудностями или даже невозможен; позволяет получать информацию, основанную на более разнообразных выборках и более близкую к существующим реальным условиям — в отличие от результатов экспериментов, проводимых в лаборатории. Основным же преимуществом регрессионного анализа является выявление факторов, способных наиболее сильно влиять на целевые показатели, а также возможность концентрировать усилия на развитии тех параметров, которые способны улучшить ситуацию в области дезодорации воды.
Литература:
- Гусев Е. Е. Одорирующие вещества биологического происхождения в природных водах и способы их удаления при водоподготовке: автореф. дисс. канд. тахн. наук. — Москва, 2007.
- Енютина С. Г. Математическое моделирование как основа энергосбережения в процессе дезодорации: дисс. канд. техн. наук. — Красноярск, 2000.
- Герасимов М. М. Разработка методов повышения барьерных функций очистных сооружений водопроводов в отношении антропогенных загрязнений: автореф. дисс. канд. техн. наук. — Москва, 2008.
