Ільків І. В. Методи і їх алгоритмічна, програмна та технічна реалізація побудови інформаційної системи біологічного очищення стічних вод.

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0823U100957

Облікова картка дисертації

0823U100957.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 122 - Комп’ютерні науки

08-09-2023

Спеціалізована вчена рада

ДФ 47.104.013

Національний університет водного господарства та природокористування

Анотація

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-прикладної задачі розроблення модельно-алгоритмічного забезпечення та апаратно-програмна реалізації інформаційної системи біологічної очистки для винесення обґрунтованих рішень щодо забезпечення та підтримання необхідної якості очищення стічних вод. У першому розділі викладено огляд та проведено аналіз систем біологічної очистки стічних вод як об'єкта функціювання апаратно-програмного комплексу інформаційної системи СБО, запропоновано модель її життєвого циклу. Показано, що: промислові системи біологічного очищення стічних вод являють собою складну, багатокомпонентну та багатозв'язну біотехнічну систему, для забезпечення безпеки, надійності та ефективності якої необхідно здійснювати безперервний контроль стану; найскладнішим і найменш вивченим з точки зору розробки модельно-алгоритмічного забезпечення та апаратно-програмної реалізації інформаційної системи біологічної очистки та підтримки прийняття рішень елементом є біореактор; сучасні підходи до моніторингу та аналізу стану в аналізованій предметній галузі використовуються недостатньо. Сформульовано вимоги до структури та функціонування системи моніторингу при біологічному очищенні стічних вод. Обґрунтовано необхідність спільного розгляду фізичних та біохімічних процесів очищення стічних вод з метою розробки узагальненої математичної моделі як основи побудови комп’ютерної моделі невимірюваних безпосередньо процесів та синтезу автоматизованої інформаційної системи для широкого класу конструкцій біореакторів. У другому розділі побудовано математичну модель структурних зв'язків та взаємного впливу основних параметрів процесу біологічного очищення стічних вод, життєдіяльності анаеробного біоценозу, технічних та технологічних особливостей організації процесу очищення та конструктивних рішень використовуваного обладнання, що дозволяє виділити контрольовані ознаки, що застосовуються для аналізу узагальненого стану системи біологічної очистки стічних вод. Розроблено узагальнену математичну модель процесу очищення стічних вод в біореакторі, яка пов'язує системотехнічні, фізичні та біохімічні процеси, враховує їхній взаємний вплив. Узагальнена математична модель включає конструктивні параметри біореактора лише на рівні визначення початкових та граничних умов, що дозволило використовувати її для більшості конструкцій анаеробних біореакторів, а облік впливу різнорідних факторів на процес очищення дозволило провести вибір та аналіз параметрів, значущих для визначення спостережуваного стану СБО. В третьому розділі розроблено алгоритмічне забезпечення чисельного розв’язку узагальненої моделі СБО для комп’ютерного моделювання СБО, яке надало можливість розраховувати значення діагностичних ознак у різних типах станів системи. Результати, отримані в ході моделювання, були використані при розробці алгоритмів аналізу генералізованого стану забруднень з тривалим терміном служби. Запропоновано алгоритми аналізу узагальненого стану СБО, які дозволили приймати рішення про працездатність системи з урахуванням ступеня деградації біомаси та причин інгібування мікроорганізмів за обмеженим набором діагностичних ознак, оптимальних з точки зору вартості та інформативності перевірок. Розроблені алгоритми були покладені в основу модуля аналізу вимірюваної в процесі роботи інформації в системі диспетчерського керування процесом біологічної очистки стічних вод, а також використані на стадії проектування системи очистки для реалізації необхідних вузлів установки контрольно-вимірювальної апаратури, що забезпечило керованість біореактора при синтезі автоматизованої інформаційної системи. Розроблені алгоритми розрахунку неспостережуваних параметрів СБО показують їх ефективність. Через недосконалість існуючих моделей СБО (прогнозування, керування та оперативних методів контролю), багато відповідних характерних параметрів не враховуються або задаються довільно. Є мало розробленими, безсистемними або, взагалі відсутніми механізми, що дають можливість ідентифікувати відповідні значення коефіцієнтів в реальному часі, що знижує продуктивність відповідних систем. Так в четвертому розділі було розроблено апаратно-програмну реалізацію автоматизованої інформаційної системи біологічної очистки стічних вод, що лягло в основу проведення розрахунків розподілу концентрації забруднень з урахуванням зміни технічних параметрів, пов'язаних з життєдіяльністю біомаси та впливу несправностей технічних підсистем очисних споруд на біохімічні процеси. Отримані результати надали змогу більш детально та комплексно прогнозувати та автоматизувати технологічні процеси очищення стічних вод. Розроблено лабораторну установку для визначення залізовмісного коагулянту на основі фотокалориметричного аналізу, що складається з непрозорої проточної кювети, через яку з постійною швидкістю пропускається досліджувана рідина, а також блоку обробки та зберігання інформації.

Читати повністю

Публікації

1. Ilkiv I., Zhukovskyy V., Zhukovska N., & Safonyk, A. (2022). Construction of a mathematical model and numerical study of interaction between moisture-, heat-, and mass transfer processes of salt solutions in an unsaturated soil layer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(10 (119), 23–31.

2. Safonyk A., Ilkiv I. Analysis of spatial nonlinear systems of diffusion type with delay. International Journal of Applied Mathematics. 2021. Vol. 34. No. 5. P. 1013–1029.

3. Safonyk A. Zhukovska N., Khrystyuk A., Koziar M., Ilkiv I. Mathematical modeling of the water purification process taking into account the inverse effect of the process characteristics on the characteristics of the environment. International Journal of Applied Mathematics. 2022. Vol. 35. No. 3. P. 459–472.

4. Andrii Safonyk, Ivan Tarhonii, Ivanna Hrytsiuk, Andrii Rudyk, Ihor Ilkiv (2021). Dynamic optimization of the technological water treatment process automatic control system. Conference Paper 11th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT2021), Deggendorf, Germany, Pp. 13–18.

5. Anatoliy Vlasyuk, Tetiana Tsvietkova, Ihor Ilkiv, Viktor Ogiychuk (2021). Mathematical modelling of the infiltration impact on heart mass transfer in layered soils under conditions of heat transfer. Conference Paper 11th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT2021), Deggendorf, Germany, Pp. 9–12.

6. Сафоник А. П., Грицюк І. М., Міщанчук М. М., Ільків І. В. Інформаційна технологія визначення заліза в коагулянті на основі нейронної мережі. АСУ та прилади автоматики: наук.-техн. журнал. 2021. Вип. 177. С. 35–43.

7. Сафоник А. П., Грицюк І. М., Міщанчук М. М., Ільків І. В. Апаратно-програмний комплекс для визначення заліза в коагулянті на основі спектрофотометричного аналізу. Електронне моделювання: наук.-техн. журнал. 2021. Т. 43. № 4. С. 89–102.

8. Сафоник А. П., Грицюк І. М., Міщанчук М. М., Ільків І. В. Інформаційна система електрохімічного отримання коагулянту на основі фотоколориметричного аналізу. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: міжнародн. наук.-техн. журнал. 2021. № 1 (67). С. 97–104.

9. Сафоник А. П., Грицюк І. М., Таргоній І. М., Ільків І. В. Динамічна оптимізація системи автоматичного керування технологічним процесом очищення води. Біоніка інтелекту: наук.-техн. журнал. 2021. № 2 (97). С. 50–61.

10. Сафоник А. П., Присяжнюк О. В., Ільків І. В. Моделювання процесу очищення стічних вод з урахуванням зміни температури. Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. Сер. Технічні науки. 2022. Вип. 2 (98). С. 275–287.

11. Сафоник А. П., Присяжнюк О. В., Ільків І. В., Ластовецький Д. О. Нелінійна сингулярно збурена математична модель процесу очищення води з урахуванням температурного режиму. Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. Сер. Технічні науки. 2022. Вип. 3 (99). С. 82–90.

12. Власюк A., Ільків I., Цвєткова T. Математичне і комп’ютерне моделювання взаємозв’язаних процесів волого- і тепломасоперенесення в ненасиченому шарі ґрунту. Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології: наук. збірник. 2021. Вип. 32. С. 75–79.

13. Сафоник А. П., Ільків І. В. Оптимізація системи автоматизованого керування процесом очищення води. Інформаційні технології та комп’ютерне моделювання: матеріали Міжнародної науково-практичної конференції (м. Івано-Франківськ, 5–10 липня 2021 р.). Івано-Франківськ : п. Голіней О. М., 2021. C. 164–165.

14. Власюк А. П., Ільків І. В. Чисельне моделювання взаємозв’язаних процесів волого-тепло-масопереносу в грунті при наявності вертикального дренажу. Сучасні проблеми математичного моделювання, прогнозування та оптимізації: тези доповідей 9-ї Міжнародної наукової конференції. Кам’янець-Подільський: Кам’янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка, 2020. С. 33–35.

15. Vlasyuk A. P., Ilkiv I. V. Numerical modeling of the interconnected processes moisture and heat and mass transfer in two-layer soil, XXXV International conference problems of decision making under uncertainties, Sheki, Republic of Azerbaijan., May 11-15, 2020, 104-105.

16. Vlasyuk, A., & Ilkiv, I. (2019). Mathematical and Computer Simulation of the Interconnected Processes Mass, Heat and Moisture Transfer in Horizontal Soil Media. Modeling, Control and Information Technologies: Proceedings of International Scientific and Practical Conference, (3), 82–83.

17. Vlasyuk A. P., Ilkiv I. V. Mathematical modelling of salt transfer to system of horizontal drains in zones of complete and incomplete saturation under nonisothermal conditions / Abstract Internat. Conf. «Problems of decision making under uncertainties». – XXXII International Conference PDMU, Czech Republic, Prague, August 27–31, 2018. – P. 132.

18. Власюк А. П., Ільків І. В. Математичне та комп'ютерне моделювання перенесення солей при фільтрації та вологоперенесенні в насичено-ненасичених грунтах в одновимірному випадку в неізотермічних умовах. Сучасні проблеми математичного моделювання, прогнозування та оптимізації: тези доповідей 8-ї Міжнародної наукової конференції. Кам’янець-Подільський: Кам’янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка, 2018. С. 22.

Читати повністю

Файли

autoreferat-Анотація_Ільків.docx

Дисертація_Ільків.pdf

Схожі дисертації

0824U001153

Ткачик Олександр Андрійович

Методи та засоби кластеризації різнотипових даних

0824U001143

Чен Цзє ..

Моделі та методи оцінювання конкурентоспроможності освітньої діяльності університетів в умовах цифрової трансформації.

0824U001146

Худоба Богдан Петрович

Методи та засоби аналізу параметрів оператора з використанням комп’ютерних тренажерів

0824U001134

Чжоу Хуань ..

Моделі та методи компетентнісно-орієнтованого управління людськими ресурсами освітніх проєктів.

0824U001104

Лі Мін ..

Моделі, методи та інформаційні технології вибору методології управління міжнародними освітніми проектами