№63-10

Розрахунок процесу очищення стічних вод на базі експрес моделі

В.А. Козачина¹, О.В. Громова¹, О.Ю. Гунько¹, В.Ю. Каспійцева², М.В. Чирва¹

¹ Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, Україна

² Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академії будівництва та архітектури», Дніпро, Україна

Coll.res.pap.nat.min.univ. 2020, 63:115-122

https://doi.org/10.33271/crpnmu/63.115

Full text (PDF)

АНОТАЦІЯ

Мета. Метою роботи є розробка чисельної моделі для розрахунку ефективності очищення стічних вод у відстійнику. Розроблена чисельна модель може бути застосована для моделювання поля швидкості і перенесення забруднювача в очисних спорудах, з урахуванням їх геометричної форми і при наявності додаткових елементів всередині споруди.

Методика досліджень. Для математичного моделювання процесу очищення стічних вод у відстійнику застосовуються фундаментальні рівняння механіки суцільного середовища. Для розрахунку поля швидкості в горизонтальному відстійнику використовується модель безвихрових течій ідеальної рідини (модель потенційної течії). Побудова поля концентрації домішки в горизонтальному відстійнику ґрунтується на чисельному рішенні рівняння масопереносу. Дане рівняння враховує перенесення домішки конвекцією і за рахунок дифузійного переносу. Для чисельного інтегрування рівняння для потенціалу швидкості використовується двокрокова схема умовної апроксимації. Чисельне інтегрування рівняння масопереносу здійснюється за допомогою кінцево-різницевої схеми розщеплення. Попередньо моделююче рівняння масопереносу розщеплюється на два рівняння. Перше рівняння описує перенесення домішки за рахунок конвекції. Друге рівняння описує перенесення домішки за рахунок дифузії. Для кожного рівняння будується різницева схема чисельного інтегрування таким чином, щоб на кожному кроці невідоме значення концентрації домішки розраховувалося за явною формулою.

Результати дослідження. На основі побудованої чисельної моделі розроблено пакет програм. Пакет програм дає можливість оперативно розрахувати поле концентрації домішки в горизонтальному відстійнику і ефективність очищення. Представлені результати розрахунків по визначенню ефективності очищення стічних вод в горизонтальному відстійнику всередині якого розміщені додаткові конструктивні елементи, що впливають на гідродинаміку потоку.

Наукова новизна. Розроблено швидкорахуючу чисельну модель для розрахунку процесу масопереносу домішки, що міститься в стічних водах, в горизонтальному відстійнику. Горизонтальний відстійник має додаткові конструктивні елементи. Побудована чисельна модель дозволяє проводити розрахунок процесу масопереносу у відстійниках, що мають складну геометричну форму, нерівномірне поле швидкості потоку стічних вод в очисній споруді, дифузію.

Практичне значення. Розроблена чисельна модель дозволяє в режимі реального часу оцінювати ефективність роботи горизонтального відстійника. Чисельна модель може бути використана при проведенні серійних розрахунків на етапі проектування споруд для очищення стічних вод.

Ключові слова: очищення стічних вод; математичне моделювання; відстійник, очисні споруди.

Перелік посилань:

1. Василенко, О.А., Грабовський, П.О., Ларкіна, Г.М., Поліщук, О.В., & Прогульний, В.Й. (2010). Реконструкція і інтенсифікація споруд водопостачання та водовідведення. Навч. посіб. ІВНВКП «Укргеліотек».
2. Alharbi, A. O. M. (2016). The biological treatment of wastewater: mathematical models. Bulletin of the Australian Mathematical Society, 94(2), 347–348.
   https://doi.org/10.1017/S0004972716000411
3. Беляев, Н.Н., & Нагорная, Е.К. (2012). Математическое моделирование массопереноса в отстойниках систем водоотведения. Монография. Новая идеология.
4. Беляев, Н.Н., & Козачина, В.А. (2015). Математическое моделирование массопереноса в горизонтальных отстойниках.Монография. Акцент ПП.
5. Епоян, С.М., Колотило, В.Д., & Друшляк, О.Г. (2010). Водопостачання та очистка природних вод. Навчальний посібник.Фактор.
6. Griborio, A. (2004). Secondary Clarifier Modeling: A Multi-Process Approach. Dissertation and Theses. University of New Orleans : USA.
7. Młyński, D., Bugajski, P., & Młyńska, A. (2019). Application of the Mathematical Simulation Methods for the Assessment of the Wastewater Treatment Plant Operation Work Reliability. Water, 11(5), 873.
   https://doi.org/10.3390/w11050873
8. Марчук,Г.И. (1982). Математическое моделирование в проблеме окружающей среды.Наука.
9. Згуровский, М.З., Скопецкий, В.В., Хрущ, В.К., & Беляев Н.Н. (1997). Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде. Наук. думка.
10. Biliaiev, M. (2011). Numerical Simulation of Indoor Air Pollution and Atmosphere Pollution for Regions Having Complex Topography. NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security, 87-91.
    http://doi.org/10.1007/978-94-007-1359-8_15

• < Попередня
• Наступна >