Ієрархія математичних моделей для розрахунку аеротенків

ENG: Purpose. Aeration tanks are widely used in wastewater treatment. Complex processes of mass transfer of impurities, activated sludge, and oxygen occur in an aeration tank. Therefore, it is very important to have specialized mathematical models that allow for a comprehensive consideration of complex multifactorial processes in aeration tanks. The aim of this work is to identify the advantages and disadvantages of mathematical models used to evaluate the efficiency of water treatment in aeration tanks, as well as to develop numerical models for analyzing the operation of aeration tanks. Methodology. System analysis methods used in accordance with hydrodynamics and mass transfer models in wastewater treatment tasks in aeration tanks. The solution of the hydrodynamics problem is based on the use of potential flow model. Mass transfer equations that take into account convective and diffusive transport are used to describe the process of impurity movement in an aeration tank. The development of numerical models is based on the use of the method of splitting modeling equations. Findings. Numerical models for calculating the efficiency of water purification in an aeration tank have been developed and implemented in software. These models are a modern tool for mathematical modeling of complex, multifactorial mass transfer processes in aeration tanks. Originality. Based on a systematic analysis, the advantages and disadvantages of the models used to analyze the efficiency of aeration tanks have been identified. The construction of effective numerical models for calculating hydrodynamics and mass transfer in aeration tanks has been considered. Practical value. The proposed numerical models of hydrodynamics and mass transfer in aeration tanks can be useful for rapid assessment of the efficiency of wastewater treatment in aeration tanks.

UKR: Мета. Аеротенки мають широке застосування при очистці стічних вод. Процес очищення стічних вод в аеротенку має дуже складний характер з точки зору математичного опису. В аеротенку відбуваються складні процеси масопереносу домішки, активного мулу, кисню. На процес очистки води в аеротенку суттєво впливає гідродинаміка течії стічних вод, місце подачі кисню, розмір повітряних бульбашок, наявність різного роду перешкод в очисній споруді. Тому для практики дуже важливо мати спеціалізовані математичні моделі, що дозволяють комплексно враховувати складні багатофакторні процеси в аеротенках. Метою роботи є визначення переваг та недоліків математичних моделей, що використовуються для оцінювання ефективності очистки води в аеротенках, а також розробка чисельних моделей для аналізу роботи аеротенків. Методика. Методи системного аналізу, використані відповідно до моделей гідродинаміки та масопереносу в задачах очистки стічних вод в аеротенках. Рішення задачі гідродинаміки базується на використанні моделі потенціальної течії. Для опису процесу руху домішки в аеротенку використовуються рівняння масопереносу, що враховують конвективний та дифузійний перенос. Побудова чисельних моделей базується на використанні методу розщеплення моделюючих рівнянь. Результати. Розроблено та здійснено програмну реалізацію чисельних моделей розрахунку ефективності очистки води в аеротенку, що являють собою сучасний інструмент математичного моделювання складних, багатофакторних процесів масопереносу в аеротенках. Наукова новизна. На основі системного аналізу визначені недоліки та переваги моделей, шо використовуються для аналізу ефективності роботи аеротенків. Розглянуто побудову ефективних чисельних моделей для розрахунку гідродинаміки та масопереносу у аеротенках. Практична значимість. Запропоновані чисельні моделі гідродинаміки та масопереносу в аеротенках можуть бути корисними для експрес оцінювання ефективності очистки стічних вод в аеротенках.