Browsing by Author "Лемеш, Максим Вікторович"

Now showing 1 - 4 of 4

Компьютерное моделирование процессов биологической очистки сточных вод в аэротенках с пластинами
(Днипровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днипро, 2020) Беляев, Николай Николаевич; Лемеш, Максим Вікторович; Беляева, Виктория Витальевна; Машихина, Полина Борисовна; Якубовская, Зинаида Николаевна
RU: Цель. Определение эффективности работы аэротенка на этапе проектирования или реконструкции биореакторов, в которых осуществляется биологическая очистка сточных вод, требует использования специальных математических моделей и методов расчета. Основной целью статьи является разработка CFD-модели для оценки эффективности работы аэротенков. Методика. Для компьютерного расчета процесса биологической очистки сточных вод в аэротенках, с учётом гидродинамики, разработана численная модель. В основу модели заложены двухуровневые уравнения сохранения массы для субстрата и активного ила и уравнение для потенциала скорости. Процесс биологического преобразования субстрата рассчитан на базе модели Monod. Для численного интегрирования уравнений массопереноса активного ила и субстрата использована попеременно–треугольная разностная схема расщепления. При этом базовые уравнения разделены на два уравнения более упрощенного вида. Для численного интегрирования уравнения для потенциала скорости осуществлено его расщепление на два одномерных уравнения. Далее каждое уравнение решено по явной схеме. Для численного интегрирования уравнений, описывающих процесс трансформации субстрата на базе модели Monod, использован метод Эйлера. Результаты. Осуществлена программная реализация построенной численной модели. Приведены результаты вычислительного эксперимента по исследованию процесса очистки сточных вод в аэротенке за счет использования дополнительных элементов в сооружении – пластин. Это проводит к выводу, что управление качеством очистки сточных вод в аэротенках возможно с помощью применения пластин. Научная новизна. Разработана многофакторная CFD-модель, позволяющая быстро оценить эффективность работы аэротенка. Особенностью модели является возможность оценки работы аэротенка с учетом его геометрической формы и расположения в сооружении дополнительных пластин. Практическая значимость. Построенная численная модель может быть использована при проведении расчетов в случае проектирования сооружений аэротенков или при определении эффективности очистки сточных вод в новых условиях эксплуатации.
Моделювання біологічного очищення стічних вод в аеротенку з рухомим біоценозом
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Лемеш, Максим Вікторович; Задоя, Вячеслав Олександрович; Машихіна, Поліна Борисівна; Татарко, Л. Г.; Якубовська, Зінаїда Миколаївна
UKR: 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.
Моделювання процесу біологічного очищення стічних вод на базі камерних моделей
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2020) Лемеш, Максим Вікторович; Біляєв, Микола Миколайович; Татарко, Л. Г.; Якубовська, Зінаїда Миколаївна
UK: Мета. Основною метою статті є розробка багатофакторних камерних моделей для експрес-оцінки ефективності роботи реакторів біологічного очищення стічних вод. Методика. Для комп’ютерного моделювання процесу біологічного очищення стічних вод розроблено дві чисельні камерні моделі. В основу моделей покладено закон збереження маси для субстрату та активного мулу. Моделі є нуль-вимірними. У першій камерній моделі процес окислення забруднювача розраховують на базі реакції першого порядку. У другій камерній моделі для розрахунку окислення забруднювача використано модель Monod. Для чисельного інтегрування моделювальних рівнянь використано метод Ейлера. Моделі дозволяють під час розрахунку біореактора, враховувати зміну з часом концентрації активного мулу, субстрату, що потрапляють до реактора для біологічного очищення стічних вод. Результати. Здійснено програмну реалізацію розроблених чисельних моделей. Наведено результати комп’ютерних експериментів із дослідження ефективності очищення стічних вод у реакторах біологічного очищення для різних умов експлуатації споруд. Наукова новизна. Розроблено дві комп’ютерні камерні моделі, що дозволяють швидко оцінити ефективність роботи біореактора для очищення стічних вод. Практична значимість. Моделі можуть бути корисні під час проведення розрахунків у випадку проєктування споруд біологічного очищення або під час реконструкції наявних біореакторів для їх перспективної роботи в нових умовах.
Удосконалення методів розрахунку споруд біологічної очистки
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2020) Лемеш, Максим Вікторович
UKR: Дисертація присвячена розробці методів оцінки ефективності очистки води в біореакторах – аеротенках. Біологічна очистка стічних вод широко використовується в усіх країнах світу, тому що являє собою ефективний засіб ліквідації органічних забруднень. На етапі проектування споруд біологічної очистки, реконструкції існуючих біореакторів виникає потреба швидко оцінити ефективність роботи споруд для нових умов експлуатації. З часом конструкції біореакторів, режими їх роботи суттєво ускладнюються. Дуже часто умови експлуатації сучасних біореакторів відрізняються від «типових», коли для розрахунку біореакторів достатньо використання існуючих інженерних методів розрахунку. Інженерні методи не враховують ряд важливих параметрів, що впливають на процес біологічного очищення стічних вод, а саме: форму біореактора, присутність рухомих носіїв біоценозу, наявність додаткових конструктивних елементів в споруді, тощо. Тому інженерні методи не відповідають, в ряді випадків, сучасним вимогам. У зв’язку з цим розробка сучасних методів комп’ютерного моделювання багатофакторного процесу очистки стічних вод в біологічних реакторах з метою визначення ефективності їх роботи є важливою науковою задачею. Наукова новизна отриманих результатів: вперше: - розроблено метод оцінки ефективності роботи біологічного реактора для очистки стічних вод, що базується на використанні двовимірних моделей гідродинаміки, масопереносу та біологічної очистки, який дозволяє швидко розрахувати ефективність очистки води в споруді з урахуванням її конструктивних особливостей, режиму роботи; - розроблено метод оцінки ефективності роботи біологічного реактора для очистки стічних вод, що базується на використанні тривимірних моделей гідродинаміки, масопереносу та біологічної очистки, який дозволяє швидко розрахувати ефективність очистки води в споруді з урахуванням її конструктивних особливостей, режиму роботи; - розроблено метод оцінки ефективності роботи біологічного реактора для очистки стічних вод, що базується на використанні двовимірних моделей гідродинаміки, масопереносу та біологічної очистки, який дозволяє швидко розрахувати ефективність очистки води в споруді з рухомим біоценозом; удосконалено: - метод розрахунку біореактора для очистки стічних вод, що базується на використанні нуль–вимірних моделей біологічної очистки стічних вод, який дозволяє, на відміну від існуючих, враховувати зміну з часом витрати та концентрації активного мулу, субстрату, що надходять в біореактор. Практичне значення отриманих результатів. Розроблені в дисертації методи дозволяють швидко оцінювати ефективність роботи як класичних біореакторів, так і реакторів з додатковими конструктивними елементами, а також реакторів з рухомим біоценозом. Час розрахунку ефективності роботи біологічного реактору за допомогою розроблених методів складає декілька секунд, що є дуже важливим для їх практичного використання при проведенні проектувальних робіт. Розроблені методи розрахунку будуть корисними для оптимізації роботи існуючих біологічних реакторів при змінних режимах роботи. Результати дисертаційної роботи впроваджені на ТОВ «Енергосервіс-КР», а також використовуються в навчальному процесі Дніпровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна при підготовці студентів, які навчаються за освітньою програмою «Водопостачання та водовідведення».