DOI: https://doi.org/10.15802/stp2019/195294

### MODELING OF WASTE WATER TREATMENT IN VERTICAL SETTLER

V. D. Petrenko, M. I. Netesa, O. L. Tiutkin, O. V. Gromova, V. A. Kozachyna

#### Abstract

Purpose. Increasing the effectiveness of water treatment plants is an urgent technical problem. To obtain the efficiency analysis of certain facility of water treatment plant, at the design stage, it is necessary to have special mathematical models. In the paper, the development of mathematical models for assessing the performance of vertical settler having additional structural elements and used in wastewater treatment systems is considered. Methodology. The pollutant distribution in the settler has been computed using the hydrodynamics equation for the viscous incompressible fluid. Additional equation is the equation for the spread of contaminants in a vertical settler. The equations used to calculate the vertical settler take into account the most significant physical factors affecting efficiency of the settler. For numerical integration of the modeling impurity transfer equation in the water treatment plant, difference splitting schemes are used. The numerical solution of the equation describing the process of pollutant movement in a vertical settler is based on splitting this equation into the equation of a more simplified structure. For numerical integration of the modeling equations of the inviscid fluid flow, implicit difference splitting schemes are used. Numerical calculation is performed on a rectangular difference grid. Findings. On the basis of the developed numerical models, a package of application programs was created. This package allows quick determining the settler efficiency using a computational experiment. The results of a computational experiment to determine the efficiency of the settler with two plates are presented. Originality. The developed mathematical models make it possible to determine the velocity field and the impurity transfer process, taking into account the geometric shape of the settler and the use of plates, which affect the flow hydrodynamics in the water treatment plant, and therefore the efficiency of water treatment. Practical value. The calculation time for one version of the task based on the constructed mathematical models is several seconds. The models can be used to obtain an expert assessment of the operation of water treatment plants that are being designed.

#### Keywords

wastewater treatment; numerical simulation; vertical settler

#### Full Text:

PDF (Українська) HTML (Українська)

#### References

Biliaiev, N. N., & Nagornaya, E. K. (2012). Matematicheskoye modelirovaniye massoperenosa v otstoynikakh sistem vodootvedeniya. Dnepropetrovsk: Novaya ideologiya. (in Russian)

Biliaiev, N. N., & Kozachina, V. A. (2015). Modelirovaniye massoperenosa v gorizontalnykh otstoynikakh: Monografiya. Dnepropetrovsk: Aktsent PP. (in Russian)

Gornostal, S. A., & Petrukhov, O. A. (2014). Analysis of simulation results of biological wastewater treatment process. Scientific Bulletin of Construction, 1, 112-114. (in Ukrainian)

Kanalizatsiia. Zovnishni merezhi ta sporudy. Osnovni polozhennia proektuvannia, 128 DBN V.2.5-75-2013 (2013). (in Ukrainian)

Epoian, S. M., & Sukhorukov, D. G. (2012). Osoblyvosti roboty porystoi polimerbetonnoi perehorodky vodoprovidnoho horyzontalnoho vidstiinyka i yii reheneratsiia. Scientific Bulletin of Construction, 69, 327- 331. (in Ukrainian)

Kozachina, V. A. (2015). Modeling of the mass transfer process in a sump during impulse supply of impurities. Scientific Bulletin of Construction, 1(79), 162-165. (in Russian)

Oleynik, A. Y., & Kolpakova, O. A. (2014). Modelling and calculation of bioiligical wastewater treatment to trickling biofilters. Environmental safety and natural resources, 16, 68-86. (in Ukrainian)

Oleynik, A. Y., & Airapetyan, T. S. (2015). The modeling of the clearance of waste waters from organic pollutions in bioreactors-aerotanks with suspended (free flow) and fixed biocenoses. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 5, 55-60. doi: 10.15407/dopovidi2015.05.055 (in Ukrainian)

Oliinyk, O. Ya. & Airapetian, T. S. (2015). Pidvyshchennia efektyvnosti biolohichnoho ochyshchennia stichnykh vod v aerotenkakh za rakhunok zvazhenoho ta zakriplenoho biotsenozu. Scientific Bulletin of Construction, 3(81), 106-109. (in Ukrainian)

Oliinyk, O. Ya, & Airapetyan, T. S. (2016). Pidvyshchennia efektyvnosti roboty aerotenkiv-vytyskuvachiv za rakhunok zavysloho i zvazhenoho biotsenozu. Problemy vodopostachannia, vodovidvedennia ta hidravliky, 26, 123-130. (in Ukrainian)

Oliinyk O. Ya., & Airapetian T. S. (2015). Povyshenie effektivnosti roboty aerotenkov. Visnyk Odeskoi derzhavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury, 59, 214-222.

Oliinyk, O. Ya. & Airapetian, T. S. (2018). Rozrakhunok kysnevoho regymu pry biolohichnomu ochyschenni stichnykh vod v aerotenkakh-zmishuvachakh z zakriplenym I zvagenym biotsenozom. Scientific Bulletin of Construction, 4(98), 187-191. (in Ukrainian)

Vasylenko, O. A., Hrabovskyi, P. O., Larkin, H. M., & others. (2010). Rekonstruktsiia i intensyfikatsiia sporud vodopostachannia ta vodovidvedennia: navch.posib. K.: IVNVKP «Ukrheliotek». (in Ukrainian)

Griborio, A. (2004). Secondary Clarifier Modeling: A Multi-Process Approach. Dissertation and Theses. USA, University of New Orleans Publ. (in English)

#### GOST Style Citations

1. Беляев, Н. Н. Математическое моделирование массопереноса в отстойниках систем водоотведения / Н. Н. Беляев, Е. К. Нагорная. – Днепропетровск : Новая идеология, 2012. – 112 с.
2. Беляев, Н. Н. Математическое моделирование массопереноса в горизонтальных отстойниках / Н. Н. Беляев, В. А. Козачина. – Днепропетровск : Акцент ПП, 2015. – 115 с.
3. Горносталь, С. А. Аналіз результатів моделювання процесу біологічного очищення стічних вод / С. А. Горносталь, О. А. Петрухов // Науковий вісник будівництва. – ХНУБА, 2014. – № 1. – С. 112–114.
4. ДБН В.2.5-75-2013. Каналізація. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування. – Київ : Мінрегіон України, 2013. – 128 с.
5. Епоян, С. М. Особливості роботи пористої полімербетонної перегородки водопровідного горизонтального відстійника і її регенерація / С. М. Епоян, Д. Г. Сухоруков // Науковий вісник будівництва. – Харків : ХНУБА. – 2012. – Вип. 69. – С. 327–331.
6. Козачина, В. А. Моделирование процесса массопреноса в отстойнике при импульсной подаче примеси / В.А. Козачина // Науковий вісник будівництва. – ХНУБА, 2015. – № 1 (79). – С. 162–165.
7. Олійник, О. Я. Моделювання очистки стічних вод від органічних забруднень в біореакторахаеротенках зі зваженим (вільно плаваючим) і закріпленим біоценозом / О. Я. Олійник, Т. С. Айрапетян // Доповіді НАН України. – 2015. – № 5. – С. 55–60. doi: 10.15407/dopovidi2015.05.055
8. Олійник, О. Я. Підвищення ефективності біологічного очищення стічних вод в аеротенках за рахунок зваженого та закріпленого біоценозу / О. Я. Олійник, Т. С. Айрапетян // Науковий вісник будівництва. – Харків : ХНУБА, 2015. – № 3 (81). – С. 106–109.
9. Олійник, О. Я. Підвищення ефективності роботи аеротенків-витискувачів за рахунок завислого і зваженого біоценозу / О. Я. Олійник, Т. С. Айрапетян // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки : наук.-техн. зб. – Київ, 2016. – Вип. 26. – С. 123–130.
10. Олійник, О. Я. Моделювання і розрахунки біологічної очистки стічних вод на краплинних біофільтрах / О. Я. Олійник, О. А. Колпакова // Екологічна безпека та природокористування : зб. наук.-техн. пр. – Київ, 2014. – Вип. 16. – С. 68–86.
11. Олейник, О. Я. Повышение эффективности роботы аеротенков / О. Я. Олейник, Т. С. Айрапетян // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – Одеса : Optimum, 2015. – № 59. – С. 214-222.
12. Олійник, О. Я. Розрахунок кисневого режиму при біологічному очищенні стічних вод в аеротенкахзмішувачах з закріпленим і зваженим біоценозом / О. Я. Олейник, Т. С. Айрапетян // Науковий вісник будівництва. – Харків : ХНУБА, 2018. – № 4 (98). – С. 187–191.
13. Реконструкція і інтенсифікація споруд водопостачання та водовідведення: навч. посіб. / О. А. Василенко, П. О. Грабовський, Г. М. Ларкін та ін. – К.: ІВНВКП «Укргеліотек «, 2010. – 272 с.
14. Griborio, A. Secondary Clarifier Modeling: A Multi-Process Approach / A. Griborio // Dissertation and Theses (for the degree of Doctor of Philosophy in The Engineering and Applied Sciences Program). – University of New Orleans : USA, 2004. – 440 p.