Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі

Автор(и)

  • Наталія Віталіївна Іванчук Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне
  • Петро Миколайович Мартинюк Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне
  • Віктор Леонідович Филипчук Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне

DOI:

https://doi.org/10.32626/2308-5916.2020-21.76-82

Анотація

Біоплато — споруда для очищення господарсько-побутових, виробничих стічних вод, забрудненого поверхневого стоку. У відомих конструкціях біоплато відбувається поступова кольматація порового простору фільтрувальної засипки та нижнього дренажу біоплівкою і мінералізованим осадом, накопичення мулу в донній частині споруди. Для відновлення роботи біоплато необхідна їх періодична зупинка на складні і тривалі ремонтно-відновлювальні роботи, пов‘язані з промивкою і регенерацією фільтрувальної засипки та дренажу. Тому прогнозування роботи біоплато актуально проводити саме на етапі проектування з метою здійснення прогнозних розрахунків. Доцільніше це робити саме засобами математичного та комп’ютерного моделювання без проведення натурних експериментів. В даній роботі авторами побудовано математичну модель фільтрації з урахуванням кольматації та суфозії в системі біоплато-фільтра у двовимірному випадку. В побудованій математичній моделі враховано фізичні ефекти динамічної зміни пористості та залежності коефіцієнта фільтрації від концентрації забруднень, чого немає у відомих аналогах. Нелінійність побудованої моделі не дозволяє говорити про аналітичні розв’язки відповідної крайової задачі. Більше того, якщо в подальшому розглядати тривимірну задачу. Математичне моделювання дозволяє оцінити ефект впливу розглянутих факторів, але не дозволяє знизити такий негативний вплив. Тому для збереження продуктивності біоплато авторами запропоновані інженерні рішення, які знижують вплив кольматаційно-суфозійних процесів на ефективність роботи біоплато-фільтра. А саме: в математичній моделі авторами враховано наявність додаткової системи перфорованих труб, яка розміщена в товщі фільтрувальної засипки. Урахування вказаних факторів дозволяє підвищити адекватність математичної моделі для досліджуваних фізичних процесів. Числові розв’язки задачі знайдено методом скінченних елементів. Проведення чисельних експериментів планується у безкоштовному програмному середовищі FreeFem++

Посилання

Завацький С. В., Котельчук Л. С., Котельчук А. Л. Біоінженерні споруди для очищення стічних вод малої продуктивності. Будівництво, інженерні системи та комунікації. Чернігівський науковий часопис. 2012. Серія 2: Техніка і природа. № 1 (3). С. 57-63.

Филипчук В. Л., Бондар О. І., Курилюк М. С., Айайа Анієфіок, Кривошей П. П., Курилюк О. М., Почтар О. В. Очищення води у фільтраційно-регенераційних біоплато. Вісник НУВГП. 2016. Вип. 2 (74). С. 193-204.

Филипчук В. Л., Курилюк М. С., Филипчук Л. В. та ін. Очищення каламутних вод у фільтраційно-регенераційних біоплато. Вісник інженерної академії України. 2016. Вип. 3. С. 150-155.

Berres S., Bürger R., Wendland W. L. Mathematical Models for the Sedimentation of Suspensions. Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics. 2006. Vol. 28. P. 7-44.

Bomba A., Safonik A. Mathematical Simulation of the Process of Aerobic Treatment of Wastewater under Conditions of Diffusion and Mass Transfer Perturbations. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. № 91. P. 318-323.

Chetti A., Benamar A., Hazzab A. Modeling of Particle Migration in Porous Media: Application to Soil Suffusion. Transport in Porous Media. 2016. Vol. 113. № 3. P. 591-606.

Chrysikopoulos C. V., Katzourakis V. E. Colloid particle size-dependent dispersivity. AGU Water Resources Research. 2015. Vol. 51, Issue 6. P. 4668-4683.

Gleichman-Verheyc E. G., Putten W. H., Vander L. Alvalwaterzuvering met helofytenfilters, een haalbaarheidsstudie. Tijdschr. watervoorz. en. afvalwater. 1992. № 3. Р. 56-60.

Healy A., Cawleyb M. Nutrient Processing Capacity of a Constructed Wetland inWestern Ireland. J. Environ. Quality. 2002. № 31. Р. 1739-1747.

Liu L., Fu Y., Wei Q., Liu Q., Wu L., Wu J., Huo W. Applying Bio-Slow Sand Filtration for Water Treatment. Pol. J. Environ. Stud. 2019. Vol. 28, No. 4. Р. 2243-2251.

Liu J., Liu L., Huang Z., Fu Y., Huang Z. Contaminant Removal and Optimal Operation of Bio-Slow Sand Filtration Water Treatment Based on Nature-Based Solutions. Pol. J. Environ. Stud. 2020. Vol. 29. № 2. Р. 1703-1713.

Moshynskyi V., Filipchuk V., Ivanchuk N., Martyniuk P. Computer modeling of water cleaning in wetland taking into account of suffosion ang colmatation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. № 1/10(91). P. 38-43.

Moshynsky V., Riabova O. Approaches to Aquatic Ecosystems Organic Energy Assessment and Modelling. NAPSC. 2013. P. 125-135.

Safonyk A., Bomba A., Tarhonii I. Modeling and Automation of the Electrocoagulation Process in Water Treatment. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2018. Vol. 871. P. 451-463.

Seetha N., Mohan Kumar M. S., Hassanizadeh S. M. Modeling the cotransport of viruses and colloids in unsaturated porous media. Journal of Contaminant Hydrology. 2015. Vol. 181. P. 82-101.

Zhang M., He F., Zhao D., Hao X. Transport of stabilized iron nanoparticles in porous media: Effects of surface and solution chemistry and role of adsorption. Journal of Hazardous Materials. 2017. Vol. 322, Part A. P. 284-291.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-05-13