Please use this identifier to cite or link to this item: http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/13437
Title: Моделювання біологічного очищення стічних вод в аеротенку з рухомим біоценозом
Other Titles: Simulation of Biological Wastewater Treatment in Aerotanks with Moving Biocenosis
Authors: Біляєв, Микола Миколайович
Лемеш, Максим Вікторович
Задоя, В’ячеслав Олександрович
Машихіна, Поліна Борисівна
Татарко, Л. Г.
Якубовська, Зінаїда Миколаївна
Keywords: очищення води
біологічне очищення води
математичне моделювання
біореактор
модель Monod
рухомі носії біоценозу
water treatment
biological water treatment
mathematical modeling
bioreactor
Monod model
mobile biocenosis carriers
КГВ
КЕМ
Issue Date: 2021
Publisher: Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Citation: Біляєв М. М., Лемеш М. В., Задоя В. О., Машихіна П. Б., Татарко Л. Г., Якубовська З. М. Моделювання біологічного очищення стічних вод в аеротенку з рухомим біоценозом. Наука та прогрес транспорту. 2021. № 1 (91). С. 15–24. DOI: 10.15802/stp2021/227358.
Abstract: UK: Мета. Основною метою статті є розробка чисельної моделі для аналізу процесу біологічного очищення стічних вод в реакторі з рухомим біоценозом. Методика. Для математичного моделювання процесу біологічного очищення стічних вод в реакторі з рухомим біоценозом використано гідродинамічну модель нев’язкої безвихрової течії. Крайові умови для моделювального рівняння розраховано на поверхнях біореактора, твердих стінках, верхній поверхні; на вхідній границі; на границі витоку зі споруди. Для розрахунку процесу руху активного мулу та субстрату в біореакторі використано модель масопереносу, що враховує конвективно-дифузійний рух. Процес біологічного очищення води в тій частині біореактора, де немає рухомих носіїв біоценозу, розраховано на базі моделі Monod. А процес біологічного очищення води в частині біореактора з рухомими носіями розраховано на базі емпіричної моделі в три етапи. На першому етапі визначено субстрат за допомогою моделі Harremoes. На другому етапі розраховано швидкість «споживання» субстрату в біоплівці. На третьому етапі визначено зміну концентрації субстрату в зоні, де розташовані носії біоценозу, за рахунок конвективного руху, дифузії субстрату в потоці та його деструкції в біоплівці на носіях. Хаотичний рух носіїв біоценозу в реакторі змодельовано на базі параболічного рівняння дифузії. Для чисельного інтегрування моделювальних рівнянь використано кінцево-різницеві схеми. Результати. Здійснено програмну реалізацію побудованої чисельної моделі. Проведено обчислювальний експеримент із визначення ефективності біологічного очищення стічних вод у різних частинах біореактора. Наукова новизна. Створено ефективну багатофакторну чисельну модель, що дозволяє оперативно аналізувати ефективність біологічного очищення стічних вод в аеротенку з рухомими носіями біоценозу. Практична значимість. Створена двовимірна чисельна модель може бути використана для проведення серійних розрахунків на етапі проєктування систем біологічного очищення стічних вод та аналізу ефективності роботи біореакторів за різних умов експлуатації.
EN: Purpose. The main purpose of the article is to develop a numerical model for the analysis of the process of biological wastewater treatment in a reactor with a mobile biocenosis. Methodology. For mathematical modeling of the process of biological wastewater treatment in a reactor with a moving biocenosis, a hydrodynamic model of a nonviscous vortex-free flow is used. We calculated the boundary conditions for the modeling equation on the surfaces of the bioreactor, solid walls, and the upper surface; at the inlet boundary; at the outlet boundary from the building. To calculate the process of movement of activated sludge and substrate in the bioreactor, a mass transfer model is used, which takes into account the convective-diffusion movement of the substrate and activated sludge. The process of biological water purification in that part of the bioreactor where there are no mobile biocenosis carriers will be calculated based on the Monod model. The process of biological water purification in the part of the bioreactor where there are mobile carriers is calculated on the basis of an empirical model in three stages. The first stage is determined using the Harremoes model. At the second stage, the rate of substrate «consumption» in the biofilm is calculated. At the third stage, the change in the substrate concentration in the zone where the biocenosis carriers are located is determined due to convective movement, substrate diffusion in the flow and its destruction in the biofilm on the carriers. The chaotic motion of biocenosis carriers in the reactor is modeled based on the parabolic diffusion equation. Finite-difference schemes are used for numerical integration of modeling equations. Findings. The software implementation of the constructed numerical model is carried out. A computational experiment to determine the efficiency of biological wastewater treatment in different parts of the bioreactor was conducted. Originality. An effective multifactorial numerical model has been created, which allows quick analysis of the efficiency of biological wastewater treatment in an aeration tank with mobile biocenosis carriers. Practical value. The created twodimensional numerical model can be used for serial calculations at the stage of designing biological wastewater treatment systems and analysis of the efficiency of bioreactors under different operating conditions.
Description: М. Біляєв: ORCID 0000-0002-1531-7882; М. Лемеш: ORCID 0000-0002-1230-8040; В. Задоя: ORCID 0000-0001-9408-4978; П. Машихіна: ORCID 0000-0003-3057-9204; З. Якубовська: ORCID 0000-0002-9893-3479
URI: http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/13437
http://stp.diit.edu.ua/article/view/227358/229740
http://stp.diit.edu.ua/article/view/227358
ISSN: 2307–3489 (Print)
2307–6666 (Online)
Other Identifiers: doi: 10.15802/stp2021/227358
Appears in Collections:Статті КЕМ
Статті КГВ
№ 1 (91)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Biliaiev.pdf1,27 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.