Оцінювання ефективності роботи вертикальних відстійників систем водовідведення на основі числової моделі

H. K. Nagornaya

Анотація


Постановка проблеми. Раціональне водокористування та підвищення ефективності очищення стічних вод – одне з найважливіших завдань водопостачання та водовідведення. Важливу роль у забезпеченні ефективної роботи комплексу очисних споруд відіграють відстійники різних типів, які використовуються як на стадії механічного очищення, так і для відокремлення очищеної води від мулової суміші після біологічного очищення. Наразі спостерігається тенденція експлуатації відстійників, форма яких суттєво відрізняється від класичних. Такі відстійники мають ряд внутрішніх конструктивних особливостей, що дозволяють поліпшити процес очищення води. В Україні для розрахунку відстійників систем водовідведення традиційно застосовову-ють емпіричні [2; 3], балансові [9; 13] або одномірні кінематичні моделі [8; 10; 12; 14; 18]. Ці моделі прості й економічні у практичному відношенні, але не дозволяють проектувальнику враховувати гідродинамічний режим роботи відстійника, варіювати в широкому діапазоні розмірів і, що особливо важливо, конструктивних особливостей відстійників очисних споруд. В Україні багатовимірні CFD (Computational fluid dynamics) моделі, які дозволяли б розрахувати поле концентрації домішки всередині відстійника з урахуванням формування зони осаду, не розробляються. Мета статті. Навести 2-D числову модель масопереносу у вертикальному відстій-нику, що дозволяє врахувати геометричну форму відстійника, його конструктивні особливості, зону формуван-ня осаду. Форму і розмір можливої зони формування осаду можна попередньо оцінити, виходячи з експеримен-тальних даних або спостережень на об’єктах і, задаючи її в розробленій математичній моделі, “програвати” різні сценарії, характерні для кожного конкретного випадку. Висновок. Розроблено нову числову модель для розрахунку процесу масопереносу в каналізаційних вертикальних відстійниках. Застосування математичного моделювання на основі CFD моделей дозволяє враховувати геометричні розміри відстійників, конструктивні особливості, а також кінетику відстоювання стічних вод. На основі побудованої числової моделі розроблено спеціалізований код «Settler–2», який може бути використаний як інструмент вирішення комплексу питань, що виникають під час проектування та реконструкції вертикальних відстійників. Такий підхід дозволить проектувальникам швидко оцінювати ефективність очищення води на етапі обґрунтування проектних параметрів очисної споруди. 


Ключові слова


вертикальний відстійник; числове моделювання; CFD–масоперенос

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Belyaev N. N. Nagornaya H. K. Matematicheskoe modelirovanie massoperenosa v otstoynikah sistem vodootvedeniya [Mathematical modeling of mass transfer in the settlers systems of water removal]. Dnepropetrovsk, Nova Ideologiia, 2012. 112 p. (in Russian).

Gornostal S. A. Soznik A.P. Opisanie protsessov, proishodyaschih v sisteme “aerotenk-vtorichny otstoynik” i ih fizicheskoe modelirovanie [The description of the processes happening in system “aerotenk-secondary settler” and their physical modeling]. Kommunalnoe hozyaystvo gorodov: nauch.-tehn. sbornik, KhNUGH. im. A. N. Beketova – Utilities of cities : scientific-technical collection , O. M. Beketov Kharkov National University of Urban. Kharkov, 2008, no. 81, pp. 133 – 139. (in Russian).

Sewerage. Zovnishni merezhi ta sporudy. OsnovnI polozhennia proektuvannia : DBN V.2.5-75:2013 [External networks and facilities. The main provisions of the design : DBN В.2.5-75:2013 ]. Ministerstvo regionalnogo rozvytku, budivnytstva ta zhitlovo-komunalnogo gospodarstva Ukrainy. Na zminu SniP 2.04.03-85; chynnyi vid 2014-01-01. − Ministry of Regional Development, Construction, Housing and Utilities of Ukraine. Kyiv, Minregion Ukrainy, 2013. 210 p. (in Ukrainian ).

Loytsyanskyy L. H. Mehanika zhidkosti i gaza [Fluid and Gas Mechanics]. Moscow, Nauka., 1978. 735 p. (in Russian).

Marchuk H. Y. Matematicheskoe modelirovanie v probleme okruzhayuscchey sredy [Mathematical modeling in the environmental problem].Moscow, Nauka, 1982. 320 p. (in Russian).

Nagornaya H. K. CFD-model protsessa massoperenosa v vertikalnom otstoynike [CFD-model of the process of mass transfer in a vertical settler]. Nauka ta progres transportu. Visnyk Dnipropetrovskogo natsionalnogo universytetu zaliznichnogo transportu imeni akademika V. Lazaryana - Science and Progress of vehicles. Bulletin of the Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan. Dnepropetrovsk, 2012, no. 1(43), pp. 39 – 50. (in Russian ).

Samarskyy A. A Teoriia raznostnykh skhem [The theory of difference schemes]. Moscow, Nauka, 1983. 616 p. (in Russian).

Stepova N. H., Kaluhin Yu. I., Oliynyk O.Ya. Do rozrahunku vertikalnogo vidstiinika z vrahuvanniam formy yiogo nizhnoi chastyny [Calculation of vertical settler with the shape of its bottom]. Problemy vodopostachannia, vodovidvedennia ta gidravliky: nauk.-tehn. zb., KNUBA–Problems of water supply, sewerage and hydraulic : scientific-technical collection , KNUCA. Kyiv, 2010, no. 14,pp. 145 –151. (in Ukrainian).

Tavartkyladze Y. M., Kravchuk A. M., Nechypor O. M. A Matematicheskaya model rascheta vertikalnyh otstoynikov s peregorodkoy [Mathematical model for calculating vertical tanks with divider].Vodosnabzhenie i sanitarnaya tehnika - Water supply and sanitary engineering. 2006, no. 1, pp. 39 – 42. ( in Russian ).

Oleynyk, Ya. A. Kaluhyn Yu. I. , Stepovaya, N. H Teoreticheskiy analiz protsessov osazhdeniya v sistemah biologicheskoy ochistki stochnyh vod [Theoretical analysis of deposition processes in biological wastewater treat-ment]. Prykladna gidromehanika - Applied Hydromechanics. 2004, v. 6 (78), no. 4, pp. 62 – 67. (in Russian ).

Zhurovskyy M. Z., Skopetskyy V. V.,. Khrushch V. K. Chislennoe modelirovanie rasprostraneniya zagryazneniya v okruzhayushchey srede [Numerical modeling of pollution in the environment]. Kiev, Naukova dumka, 1997. 368 p. (in Russian).

Plosz B. G., Nopens I., Rieger L., Griborio A., Clercq J.De., Vanrolleghem P. A., Daigger G. T., Takacs I., Wicks J, . Ekama G. A. A critical review of clarifier modelling: State-of-the-art and engineering practices. Proceed-ings 3rd IWA/WEF Wastewater Treatment Modelling Seminar, Mont-Sainte-Anne, Quebec, Canada, February 26 – 28, 2012,Mont-Sainte-Anne, 2012. pp.. 27 – 30.

Bьrger R. A. Сonsistent modelling methodology for secondary settling tanks in wastewater treatment Water Research. 2011, v. 45, no. 6, pp. 2247 – 2260.

Griborio A. Secondary Clarifier Modeling: A Multi-Process Approach: A Dissertation of Doctor of Philosophy in The Engineering and Applied Sciences Program .University of New Orleans, USA. New Orleans, 2004. 440 р.

Holenda B. Development of modeling, control and optimization tools for the activated sludge process. Doctorate School of Chemical Engineering University of Pannonia. Budapest, 2007. – 155 p.

Schamber D. R. Numerical analysis of flow in sedimentation basins. Journal of Hydraulic Division. 1981. v.107, pp. 595 – 591.

Shahrokhi M. The Computational Modeling of Baffle Configuration in the Primary Sedimentation Tanks. Environ-mental Science and Technology: proceedings of the 2nd International Conference, 26th to 28th February 2011, Singapore, 2011. v. 6, pp. 392 –396.

Plosz B. Gy, Clercq J. De, Nopens I, Benedetti L., . Vanrolleghem P. A. Shall we upgrade one-dimensional secondary settler models used in WWTP simulators? – An assessment of model structure uncertainty and its propagation / // Water Science and Technology. 2011. v. 63. pp. 1726 – 1738.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Беляев Н. Н. Математическое моделирование массопереноса в отстойниках систем водоотведения / Н. Н. Беляев, Е. К. Нагорная. – Днепропетровск : Нова Ідеологія, 2012. – 112 с.

 

Горносталь С. А. Описание процессов, происходящих в системе “аэротенк-вторичный отстойник” и их физическое моделирование / С. А. Горносталь, А. П. Созник // Коммунальное хозяйство городов : науч.-техн. сб. / Харьк. нац. ун-т гор. хоз-ва им. А.Н. Бекетова. – Харьков, 2008. – Вып. 81. – С. 133 – 139.

 

Каналізація. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування : ДБН В.2.5-75:2013 / Міністерство регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України. – [На заміну СниП 2.04.03-85 ;чинні від 2014-01-01]. – Вид. офіц. – Київ : Мінрегіон України, 2013. – 210 с.

 

Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа / Л. Г. Лойцянский. – Москва : Наука, 1978. – 735 с.

 

Марчук Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды / Г. И. Марчук. – Москва : Наука, 1982. – 320 с.

 

Нагорная Е. К. CFD-модель процесса массопереноса в вертикальном отстойнике /Е. К. Нагорная // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2012. – Вип. 1. – С. 39–50.

 

Самарский А. А. Теория разностных схем / А. А. Самарский. – Москва : Наука, 1983. – 616 с.

 

Степова Н. Г. До розрахунку вертикального відстійника з врахуванням форми його нижньої частини / Н. Г. Степова, Ю. І. Калугін, О. Я. Олійник // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки : наук.-техн. зб. / Київський нац. ун-т буд-ва та архіт. – Київ, 2010. – № 14. – С. 145 – 151.

 

Таварткиладзе И. М. Математическая модель расчета вертикальных отстойников с перегородкой / И. М. Таварткиладзе, А. М. Кравчук, О. М. Нечипор // Водоснабжение и санитарная техника. – 2006. – № 1, ч. 2. – С. 39 – 42.

 

Теоретический анализ процессов осаждения в системах биологической очистки сточных вод / Я. А. Олейник, Ю. И. Калугин, Н. Г. Степовая, С. М. Зябликов // Прикладна гідромеханіка. – 2004. – Т. 6(78), № 4. – С. 62-67.

 

Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде / М. З. Згуровский, В. В. Скопецкий, В. К. Хрущ, Н. Н. Беляев. – Киев : Наук. думка, 1997. – 368 с.

 

A critical review of clarifier modelling: State-of-the-art and engineering practices / B. G. Plosz, I. Nopens, L. Rieger, A. Griborio, J. De Clercq, P. A. Vanrolleghem, G. T. Daigger, I. Takacs, J. Wicks, G. A. Ekama // roceedings 3rd IWA/WEF Wastewater Treatment Modelling Seminar, Mont-Sainte-Anne, Quebec, Canada, February 26–28, 2012. – Mont-Sainte-Anne, 2012. – Р. 27–30.

 

Bьrger R. A. Сonsistent modelling methodology for secondary settling tanks in wastewater treatment /R. Bьrger, S. Diehl, I. Nopens // Water Research. – 2011. – Vol. 45, № 6. – Р. 2247-2260.

 

Griborio A. Secondary Clarifier Modeling: A Multi-Process Approach : A Dissertation of Doctor of Philosophy in The Engineering and Applied Sciences Program / Alonso G. Griborio ; University of New Orleans, USA. – New Or-leans, 2004. – 440 p.

 

Holenda B. Development of modelling, control and optimization tools for the activated sludge process / Balazs Holenda Ph.D. Thesis // Doctorate School of Chemical Engineering University of Pannonia. – Budapest, 2007. – 155 р.

 

Schamber D. R. Numerical analysis of flow in sedimentation basins / D. R. Schamber, B. E. Larock // Journal of Hydraulic Division. – 1981. – Vol. 107. – Р. 595-591.

 

Shahrokhi M. The Computational Modeling of Baffle Configuration in the Primary Sedimentation Tanks / M. Shahrokhi, F. Rostami, Md Azlin Md Said, Syafalni // Environmental Science and Technology : proceedings of the 2nd International Conference, 26th to 28th February 2011, Singapore. – Singapore, 2011. – Vol. 6. – Р. V2–392 – V2–396.

 

Shall we upgrade one-dimensional secondary settler models used in WWTP simulators? – An assessment of model structure uncertainty and its propagation / B. Gy. Plosz, J. De Clercq, I. Nopens, L. Benedetti, P. A. Vanrolleghem // Water Science and Technology. – 2011. – Vol. 63. – Р. 1726-1738.



Коментарі цієї статті

Дивитися всі коментарі