DOI: https://doi.org/10.26642/tn-2019-1(83)-115-125

Моделювання та дослідження процесу біологічної очистки води з урахуванням температурного режиму

Андрій Петрович Сафоник, Іван Миколайович Таргоній, Петро Олександрович Лакус

Анотація


Побутові стічні води відрізняються від промислових, як за складом, так і за концентрацією залежно від області. Але незалежно від типу всі стічні води потребують обов’язкового очищення, оскільки містять забруднюючі речовини, які значно перевищують допустимі норми концентрації. Незважаючи на велику кількість досліджень відповідних процесів, актуальною проблемою дослідження залишається взаємодії активного мулу з забруднення під впливом зовнішніх факторів, таких як різна температура тощо. Також важливою задачею є прогнозування параметрів технологічного процесу очищення стічних вод на основі інформації при неповних даних на етапі проектування очисної системи. Автоматизація процесів, що протікають у реакторі, зокрема: використання бактерій з оптимальним віком, створення умов для максимальної поглинаючої здатності активного мулу, мінімізація економічних витрат є невід’ємними складовими сучасних систем.
Розроблено математичну модель аеробного очищення стічних вод, яка описує процеси, що відбуваються на очисній споруді з урахуванням взаємних впливів характеристик процесу на характеристики середовища. Враховано вплив зовнішніх факторів для температурного розрахунку на основі рівняння теплового балансу та законів термодинаміки. Знайдено розв’язок відповідної модельної задачі з використанням м-функції pdepe програмного середовища Matlab. Наведені результати розрахунків розподілу концентрації забруднення та температури протягом часу очистки рідини. Досліджено вплив температури водного середовища, концентрації кисню на поглинаючу здатність активного мулу. Показано залежність активності бактерій від температури води, що дає можливість більш детально та комплексно спрогнозувати та автоматизувати технологічні процеси біологічного очищення стічних вод.

Ключові слова


математична модель; біологічна очистка; температурний режим; аеробна очистка

Повний текст:

PDF

Посилання


Pauli de, Aline Roberta, Espinoza-Quiñones, Fernando Rodolfo and Goes, Daniela (2018), «Trigueros Integrated two-phase purification procedure for abatement of pollutants from sanitary landfill leachates», Chemical Engineering Journal, Vol. 335, pp.19–29.

Gao, F., Nan, J., Li, Sh. and Wang, Y. (2018), «Modeling and simulation of a biological process for treating different COD:N ratio wastewater using an extended ASM1 model», Chemical Engineering Journal, Vol. 332, рр. 671–681.

Ochando-Pulido, J.M., Stoller, M. and Martinez-Ferez, A. (2018), «Boundary flux modelling for purification optimization of differently-pretreated agro-industrial wastewater with nanofiltration», Separation and Purification Technology, Vol. 193, рр. 147–154.

Adetola, D. and Lehrer, M. (2011), Adaptive estimation in nonlinearly parameterized nonlinear dynamical systems, American Control Conf., San Francisco, рр. 31–36.

Dochain, D. (2001), Dynamical modelling and estimation in wastewater treatment processes, IWA Publishing, London, 342 p.

Henze, М., Grady, G and Gujer, W. (1987), «Task group on mathematical modelling for design and operation of biological wastewater treatment processes», Scientific and Technical Report, Vol. 1, IAWPRC, London, 243 p.

Ilenze, M., Gujer, W. and Mino, T. (2000), «Task group on mathematical modelling for design and operation of biological wastewater treatment. Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3», Scientific and Technical Report, Vol. 1, IWA Publishing, London, 122 p.

Knightes, G.D. (2000), «Statistical analysis of nonlinear parameter estimation for monod biodegradation kinetics using bivariate data», Biotechnol. Biocng., Vol. 2, рр. 160–170.

Ghai, Q. (2008), Modeling, estimation and control of biological wastewater treatment plants, Telemark University College, Norwegian, 187 p.

Lisia, S, Dias, C., Tsay, P., Baldea, M. and other (2018), «Simulation-based Optimization Framework for Integrating Scheduling and Model Predictive Control, and its Application to Air Separation Units», Computers and Chemical Engineering.

Safonyk, A. (2015), «Modelling the filtration processes of liquids from multicomponent contamination in the conditions of authentication of mass transfer coefficient», Models and Methods in Appl., Vol. 9, рр. 189–192.

Bomba, A. (2016), «Mathematical modeling of wastewater treatment from multicomponent pollution by using microporous particles», AIP Conf. Proc., рр. 1–11, [Online], available at: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4964966

Bomba, A., Safonyk, A. and Fursachik, E. (2013), «Identification of Mass Transfer Distribution Factor and Its Account for Magnetic Filtration Process Modeling», Journal of Automation and Information Sciences, Vol. 45 (4), рр. 16–22.

Orlov, V.O. (2016), «Simulation the process of iron removal the underground water by polystyrene foam filters», International Journal of Pure and Applied Mathematics, Vol. 90 (2), рр. 87–91.

Bomba, А., Gavriluk, V.І., Safonyk, А.P. and Fursachyk, О.А. (2011), Neliniyni zadachi typu philtraciya – konvekciya – dyphuziya masoobmin zа umov nepovnyh danyh, NUVGP, Rivne, 276 p.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Aline Roberta de Pauli Integrated two-phase purification procedure for abatement of pollutants from sanitary landfill leachates / Aline Roberta de Pauli, Fernando Rodolfo Espinoza-Quiñones, Daniela Estelita Goes Trigueros // Chemical Engineering Journal. – 2018. – № 335. – Р. 19–29.
  2. Modeling and simulation of a biological process for treating different COD:N ratio wastewater using an extended ASM1 model / F.Gao, J.Nan, Sh.Li, Y.Wang // Chemical Engineering Journal. – 2018. – № 332. – P. 671–681.
  3. Ochando-Pulido J.M. Boundary flux modelling for purification optimization of differently-pretreated agro-industrial wastewater with nanofiltration / J.M. Ochando-Pulido, M.Stoller, A.Martinez-Ferez // Separation and Purification Technology. – 2018. – № 193. – P. 147–154.
  4. Adetola D. Adaptive estimation in nonlinearly parameterized nonlinear dynamical systems / D.Adetola, M.Lehrer. – San Francisco : American Control Conf., 2011. – P. 31–36.
  5. Dochain D. Dynamical modelling and estimation in wastewater treatment processes / D.Dochain. – London : IWA Publishing, 2001. – 342 p.
  6. Henze М. Task group on mathematical modelling for design and operation of biological wastewater treatment processes / М.Henze, G.Grady, W.Gujer // Scientific and Technical Report. – London : IAWPRC, 1987. – № 1. – 243 p.
  7. Ilenze M. Task group on mathematical modelling for design and operation of biological wastewater treatment. Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3 / M.Ilenze, W.Gujer, T.Mino // Scientific and Technical Report. – London : IWA Publishing, 2000. – № 1. – 122 p.
  8. Knightes G.D. Statistical analysis of nonlinear parameter estimation for monod biodegradation kinetics using bivariate data / G.D. Knightes // Biotechnol. Biocng. – 2000. – № 2. – P.160–170.
  9. Ghai Q. Modeling, estimation and control of biological wastewater treatment plants / Q.Ghai. – Norwegian : Telemark University College, 2008. – 187 p.
  10. Simulation-based Optimization Framework for Integrating Scheduling and Model Predictive Control, and its Application to Air Separation Units / S.Lisia, C.Dias, P.Tsay, M.Baldea and other // Computers and Chemical Engineering. – 2018.
  11. Safonyk A. Modelling the filtration processes of liquids from multicomponent contamination in the conditions of authentication of mass transfer coefficient / A.Safonyk // Models and Methods in Appl. – 2015. – № 9. – Р. 189–192.
  12. Bomba A. Mathematical modeling of wastewater treatment from multicomponent pollution by using microporous particles / A.Bomba // AIP Conf. Proc. – 2016. – Р. 1–11 [Electronic resource]. – Access mode : https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4964966.
  13. Bomba A. Identification of Mass Transfer Distribution Factor and Its Account for Magnetic Filtration Process Modeling / A.Bomba, A.Safonyk, E.Fursachik // Journal of Automation and Information Sciences. – 2013. – № 45 (4). – Р. 16–22.
  14. Orlov V.O. Simulation the process of iron removal the underground water by polystyrene foam filters / V.O. Orlov // International Journal of Pure and Applied Mathematics. – 2016. – № 90 (2). – Р. 87–91.
  15. Neliniyni zadachi typu philtraciya – konvekciya – dyphuziya masoobmin zа umov nepovnyh danyh / А.Bomba, V.І. Gavriluk, А.P. Safonyk, О.А. Fursachyk. – Rivne : NUVGP, 2011. – 276 p.




Copyright (c) 2019 Андрій Петрович Сафоник, Іван Миколайович Таргоній, Петро Олександрович Лакус

Ліцензія Creative Commons
Це видання ліцензовано за ліцензією Creative Commons Із Зазначенням Авторства - Некомерційна 4.0 Міжнародна.