Математична модель аналізу кисневого режиму в біореакторі

Мета. Сьогодні аеротенки широко використовують для очищення стічних вод підприємств та комунальних стоків. Оцінювання ефективності очищення води в аеротенках за різних режимів експлуатації є важливою задачею. Для розв’язання такої задачі потрібно мати математичні моделі, що дозволяють оперативно отримати дані щодо ефекту очищення в аеротенках. Основною метою роботи є розробка чисельної box-моделі для визначення ефективності очищення стічних вод в аеротенку. Методика. Для математичного моделювання процесу біологічного очищення стічних вод у біореакторі використовують нульвимірні рівняння матеріального балансу, що записані відносно концентрації субстрату, активного мулу та розчиненого кисню в стічних водах. Для розрахунку процесу окислення субстрату використано модель Monod. Для інтегрування моделювальних рівнянь використовують метод Ейлера. Розглянуто спрощену модель біологічного очищення води в біореакторі, що дає можливість отримати аналітичне розв’язання задачі. Отриманий аналітичний вираз дає можливість швидко визначити зміну концентрації розчиненого кисню в стічних водах залежно від зміни концентрації активного мулу в біореакторі. Побудована чисельна модель дає можливість визначати динаміку зміни концентрації забруднень, активного мулу та кисню в стічних водах за час перебування їх у біореакторі. Результати. Запропоновано інструмент теоретичної оцінки ефективності біологічного очищення стічних вод в аеротенку. Побудовано чисельну модель, що дає можливість визначити концентрацію розчиненого кисню, субстрату та активного мулу на виході з аеротенка. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельна модель, що дозволяє швидко розраховувати динаміку очищення стічних вод у біореакторі та на базі цієї інформації оцінювати ефективність роботи реактора. Практична значимість. Побудована математична модель може бути корисна під час реконструкції споруд біологічного очищення стічних вод, а також на етапі проєктування біореакторів для врахування їх роботи за різних умов експлуатації. Розроблено комп’ютерну програму, що реалізує побудовану чисельну модель. Наведено результати комп’ютерного експерименту.