МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ В ПРОБЛЕМАХ ОЧИСТКИ ВОДИ

Анотація

 Постановка проблеми. Аналіз ефективності роботи очисних споруд у системах водовідведення на етапі їх проєктування має велике значення. Також на етапі реконструкції споруд або налаштування їх роботи в умовах іншого навантаження потрібно знати ефективність очистки води на різних ділянках очисних споруд. Така інформація дає можливість раціонально експлуатувати споруди. Для розв’язання задач даного класу найбільш ефективний інструмент – це метод чисельного моделювання. В роботі розглянуто побудову комплексу чисельних моделей для розв’язання задач даного класу. Методологія. Для розв’язання задачі гідродинаміки – визначення поля швидкості потоку стічних вод в очисній споруді – використовуються дві фундаментальні моделі. Перша – модель безвихрового руху нестисливої рідини. Друга модель – рівняння Нав’є–Стокса, що записані у змінних Гельмгольца. Для визначення полів концентрації домішки в очисних спорудах використовується рівняння масопереносу, що враховує швидкість течії, дифузію, наявність джерел емісії домішки. Для розрахунку процесу біологічного очищення стічних вод використовуються рівняння матеріального балансу для субстрату та активного мулу. Для побудови чисельних моделей, що дозволяють розрахувати гідродинаміку потоку та розподіл концентрації домішки в споруді, використовуються скінченорізницеві схеми. Для чисельного розв’язання рівнянь матеріального балансу застосовується метод Ейлера. Результати. Побудовано чисельні моделі, що були використані для розробки комплексу комп’ютерних програм. Ці комп’ютерні програми дозволяють у режимі реального часу аналізувати ефективність очистки води у споруді. Новизна. Розроблено чисельні моделі, що дозволяють досліджувати процес очистки води в спорудах типу «відстійник» та в аеротенках, тобто для значного класу очисних споруд, що використовуються на практиці. Практична цінність. Час розрахунку поля швидкості та концентраційного поля домішки в очисній споруді, що має складну геометричну форму, складає декілька секунд. Це дозволяє використовувати розроблені чисельні моделі для серійних розрахунків у проектних організаціях у щоденній роботі.