Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі
Bioplato — a facility for the treatment of domestic, industrial wastewater, contaminated surface runoff. In the known structures of the bioplato there is a gradual colmatation of the pore space of the filter backfill and the bottom drainage with biofilm and mineralized sediment, the accumulation of...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Kamianets-Podilskyi National Ivan Ohiienko University
2020
|
| Онлайн доступ: | http://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/216488 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences |
Репозитарії
Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences| id |
mcmtechkpnueduua-article-216488 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2020-11-17T08:54:01Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Іванчук, Наталія Віталіївна Мартинюк, Петро Миколайович Филипчук, Віктор Леонідович |
| spellingShingle |
Іванчук, Наталія Віталіївна Мартинюк, Петро Миколайович Филипчук, Віктор Леонідович Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі |
| author_facet |
Іванчук, Наталія Віталіївна Мартинюк, Петро Миколайович Филипчук, Віктор Леонідович |
| author_sort |
Іванчук, Наталія Віталіївна |
| title |
Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі |
| title_short |
Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі |
| title_full |
Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі |
| title_fullStr |
Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі |
| title_full_unstemmed |
Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі |
| title_sort |
математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі |
| title_alt |
Mathematical Modeling of Water Purification in Bioplato-Filter |
| description |
Bioplato — a facility for the treatment of domestic, industrial wastewater, contaminated surface runoff. In the known structures of the bioplato there is a gradual colmatation of the pore space of the filter backfill and the bottom drainage with biofilm and mineralized sediment, the accumulation of silt in the lower part of the structure. To restore the operation of the bioplato, it is necessary to periodically stop them for complex and long-term repair and restoration works related to flushing and regeneration of the filter backfill and drainage. Therefore, it is important to forecast the operation of the bioplato at the design stage in order to make predictive calculations. It is better to do it by means of mathematical and computer modeling without conducting field experiments. In this paper, the authors constructed a mathematical model of filtration taking into account colmatation and suffusion in the bioplato-filter system in the two-dimensional case. The constructed mathematical model takes into account the physical effects of the dynamic change of porosity and the dependence of the filtration coefficient on the concentration of contaminants, which is not in the known analogues. The nonlinearity of the constructed model does not allow us to speak about the analytical solutions of the corresponding boundary value problem. Moreover, if we consider the three-dimensional problem in the future. Mathematical modeling allows to estimate the effect of the considered factors, but does not allow to reduce such negative influence. Therefore, to preserve the productivity of the bioplato, the authors proposed engineering solutions that reduce the impact of colmatation-suffusion processes on the efficiency of the bioplato-filter. Namely: in the mathematical model, the authors take into account the presence of an additional system of perforated pipes, which is located in the thickness of the filter backfill. Taking into account these factors allows to increase the adequacy of the mathematical model for the studied physical processes. Numerical solutions of the problem are found by the finite element method. Numerical experiments are planned to do in the free software environment FreeFem++. |
| publisher |
Kamianets-Podilskyi National Ivan Ohiienko University |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/216488 |
| work_keys_str_mv |
AT ívančuknatalíâvítalíívna mathematicalmodelingofwaterpurificationinbioplatofilter AT martinûkpetromikolajovič mathematicalmodelingofwaterpurificationinbioplatofilter AT filipčukvíktorleonídovič mathematicalmodelingofwaterpurificationinbioplatofilter AT ívančuknatalíâvítalíívna matematičnemodelûvannâočiŝennâvodivbíoplatofílʹtrí AT martinûkpetromikolajovič matematičnemodelûvannâočiŝennâvodivbíoplatofílʹtrí AT filipčukvíktorleonídovič matematičnemodelûvannâočiŝennâvodivbíoplatofílʹtrí |
| first_indexed |
2025-07-17T10:14:17Z |
| last_indexed |
2025-07-17T10:14:17Z |
| _version_ |
1850409858908553216 |
| spelling |
mcmtechkpnueduua-article-2164882020-11-17T08:54:01Z Mathematical Modeling of Water Purification in Bioplato-Filter Математичне моделювання очищення води в біоплато-фільтрі Іванчук, Наталія Віталіївна Мартинюк, Петро Миколайович Филипчук, Віктор Леонідович Bioplato — a facility for the treatment of domestic, industrial wastewater, contaminated surface runoff. In the known structures of the bioplato there is a gradual colmatation of the pore space of the filter backfill and the bottom drainage with biofilm and mineralized sediment, the accumulation of silt in the lower part of the structure. To restore the operation of the bioplato, it is necessary to periodically stop them for complex and long-term repair and restoration works related to flushing and regeneration of the filter backfill and drainage. Therefore, it is important to forecast the operation of the bioplato at the design stage in order to make predictive calculations. It is better to do it by means of mathematical and computer modeling without conducting field experiments. In this paper, the authors constructed a mathematical model of filtration taking into account colmatation and suffusion in the bioplato-filter system in the two-dimensional case. The constructed mathematical model takes into account the physical effects of the dynamic change of porosity and the dependence of the filtration coefficient on the concentration of contaminants, which is not in the known analogues. The nonlinearity of the constructed model does not allow us to speak about the analytical solutions of the corresponding boundary value problem. Moreover, if we consider the three-dimensional problem in the future. Mathematical modeling allows to estimate the effect of the considered factors, but does not allow to reduce such negative influence. Therefore, to preserve the productivity of the bioplato, the authors proposed engineering solutions that reduce the impact of colmatation-suffusion processes on the efficiency of the bioplato-filter. Namely: in the mathematical model, the authors take into account the presence of an additional system of perforated pipes, which is located in the thickness of the filter backfill. Taking into account these factors allows to increase the adequacy of the mathematical model for the studied physical processes. Numerical solutions of the problem are found by the finite element method. Numerical experiments are planned to do in the free software environment FreeFem++. 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++ Kamianets-Podilskyi National Ivan Ohiienko University 2020-05-13 Article Article application/pdf http://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/216488 10.32626/2308-5916.2020-21.76-82 Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences; 2020: Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences. Issue 21; 76-82 Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки ; 2020: Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки. Випуск 21; 76-82 2308-5916 10.32626/2308-5916.2020-21 uk http://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/216488/216558 Авторське право (c) 2021 Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки |