ЕКСПРЕС-РОЗРАХУНОК КИСНЕВОГО РЕЖИМУ В ОЧИСНИХ СПОРУДАХ
DOI:
https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.261223.29.1004Ключові слова:
біологічне очищення води, аеротенк, чисельне моделювання, обчислювальний експериментАнотація
Постановка проблеми. Ефективність біологічного очищення води суттєво залежить від концентрації розчинного кисню в об’ємі біореактора. Але під час роботи біореакторів кисневий режим змінюється, тому важливо прогнозувати концентрацію кисню для різних режимів експлуатації очисних споруд. Для розрахунку кисневого режиму використовуються спрощені математичні моделі, але такі моделі розроблені для типових біореакторів. Важливим завданням стало розроблення ефективних багатофакторних чисельних моделей для оцінювання кисневого режиму в реакторах різної геометричної форми, що відрізняються від «класичних». Мета роботи − розроблення CFD-моделі для оперативного оцінювання кисневого режиму в біореакторах. Методика. Для математичного моделювання кисневого режиму в біореакторі використовується двовимірне рівняння масопереносу, що враховує місце подачі кисню від аератора, розташованого у споруді, гідродинаміку течії в біореакторі, процес дифузії. Для розв’язання гідродинамічної задачі використано модель потенціального руху. Чисельне інтегрування моделювальних рівнянь здійснюється шляхом використання скінченно різницевих схем розщеплення. На кожному кроці розщеплення різницеві рівняння розв’язуються за допомогою явних схем. Це дозволяє просту комп’ютерну реалізацію чисельної моделі. Наукова новизна. Розроблено багатофакторну двовимірну CFD-модель, що дозволяє швидко оцінити кисневий режим у біореакторі, який використовується для очищення стічних вод. Практична значущість. Розроблена CFD-модель та комп’ютерний код можуть бути використані на етапі проектування або реінжинірингу біореакторів з метою пошуку оптимального розташування в споруді аераторів. Висновки. Здійснено програмну реалізацію розробленої чисельної моделі. Наведено результати обчислювального експерименту із дослідження процесу очищення стічних вод у відстійнику.
Посилання
Біляєв М. М., Козачина В. А., Гунько О. Ю., Лемеш М. В. Комп’ютерне моделювання процесів біологічної очистки стічних вод. Дніпро : Журфонд, 2023. 186 с.
Василенко О. А., Грабовський П. О., Ларкіна Г. М., Поліщук О. В., Прогульний В. Й. Реконструкція і інтенсифікація споруд водопостачання та водовідведення : навч. посіб. Київ : ІВНВКП «Укргеліотек», 2010. 272 с.
Карелин Я. А., Жуков Д. Д., Журов В. Н., Репин Б. Н. Очистка производственных сточных вод в аэротенках. 1973. 223 с.
Ласков Ю. М., Воронов Ю. В., Калицун В. И. Примеры расчетов канализационных сооружений. 1981. 237 с.
Олійник О. Я., Айрапетян Т. С. Моделювання очисних стічних вод від органічних забруднень в біореакторах-аеротенках зі зваженим (вільно плаваючим) і закріпленим біоценозом. Доповідь НАН України. 2015. № 5. С. 55–60. DOI: https://doi.org/10/15407/dopovidi2015.05.055.
Alharbi A. O. M. The biological treatment of wastewater : mathematical models. Bulletin of the Australian Mathematical Society. 2016. Vol. 94, іss. 2. Pр. 347–348. DOI: https://doi.org/10.1017/S0004972716000411.
Babaei A., Azadi R., Jaafarzadeh N., Alavi N. Application and Kinetic Evaluation of upflow Anaerobic bio-film Reactor for Nitrogen Removal from Wastewater. Iranian Journal of Environmental Health Science and Engineering. 2013. Vol. 10, іss. 1. Pр. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1186/1735-2746-10-20.
Dapelo D., Bridgeman G. A CFD strategy to retrofit an anaerobic digester to improve mixing performance in wastewater treatment. Water Science & Technology. 2020. Vol. 81, іss. 8. Pр. 1646–1657. DOI: https://doi.org/10.2166/wst.2020.086.
Mocanu C. R., Mihaillescu R. Numerical Simulation Wastewater Treatment Aeration Processes. U. P. B. Sci. Bull., Series D. 2012. Vol. 74, іss. 2. Pр. 191–198.
Pereda M., Zamarreno J. M. Agent – based modeling of an activated sludge process in batch reactor. 19th Mediterrian Conference on Control and Automation Aquis. 2011. Pр. 1128–1133. DOI: https://doi.org/10.1109/med.2011.5983027.
Pisut Painmanakul et al. Theoretical Prediction of Volumetric Mass Transfer Coefficient (KLA) for Designing Aeration Tank. Engineering Journal. 2009. Рр. 13–28. doi:10.4186/ej.2009.13.3.13.
Vanags J., Suleiko A. Oxygen Mass Transfer Coefficient Application in Characterisation of Bioreactors and Fermentation Processes. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences. 2022. № 5. Рp. 21−32. DOI: https://doi.org/10.2478/lpts-2022-0038.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Біляєв М. М., Машихіна П. Б., Татарко Л. Г., Чірков А. О., Чирва М. В.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
<a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><img alt="Creative Commons License" style="border-width:0" src="https:/ /i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png" /></a><br />Ця робота ліцензована за <a rel="license" href="http://creativecommons.org /licenses/by/4.0/">Міжнародна ліцензія Creative Commons Attribution 4.0</a>.
