Математическое моделирование процессов массопереноса при ультрафильтрации воды

Abstract

RU: Постановка проблемы. Загрязнённость поверхностных источников водоснабжения органическими веществами приводит к необходимости поиска новых технологий и решений в сфере очистки воды. Для очистки воды из пресных источников водоснабжения, загрязненных органическими веществами, наибольшее предпочтение отдается ультрафильтрации. Ультрафильтрация надежно снижает концентрацию органических загрязнений и препятствует проникновению микробиологических загрязнений в очищенную воду на физическом уровне. Одним из главных вопросов, возникающих при подборе аппаратов, является определение активной площади мембраны для обеспечения необходимого количества очищенной воды. Этот параметр выбирается из условия загрязнения поверхности мембраны и изменения ее проницаемости. Цель статьи - научное обоснование и разработка математической модели грязеемкости половолоконного модуля для прогнозирования процессов очистки природных вод. Результаты. Приведены исследования по отражающей способности и грязеёмкости половолоконных мембранных модулей. В процессе исследования предложена математическая модель, позволяющая производить расчёт эксплуатационных характеристик мембранных аппаратов. Научная новизна. Дано научное обоснование и разработана математическая модель грязеемкости половолоконного ультрафильтрационного модуля для прогнозирования процессов очистки природных вод. При помощи модели можно определить длительность фильтроцикла, а соответственно рассчитывать себестоимость 1 м3 очищенной воды. Практическое значение. Результаты проведенных исследований могут быть положены в основу прикладной программы для проведения расчетов при проектировании и эксплуатации сооружений для подготовки воды различного качества.

UK: Постановка проблеми. Забрудненість поверхневих джерел водопостачання органічними речовинами викликає необхідність пошуку нових технологій і рішень у сфері очищення води. Для очищення води з прісних джерел водопостачання, забруднених органічними речовинами, найбільша перевага віддається ультрафільтрації. Ультрафільтрація надійно знижує концентрацію органічних забруднень і перешкоджає проникненню мікробіологічних забруднень в очищену воду на фізичному рівні. Одне із головних питань, що виникають під час вибору апаратів, визначення активної площі мембрани для забезпечення необхідної кількості очищеної води. Цей параметр вибирається з умови забруднення поверхні мембрани і зміни її проникності. Мета статті наукове обгрунтування і розроблення математичної моделі брудоємності половолоконного модуля для прогнозування процесів очищення природних вод. Результати. Наведено дослідження щодо відбивної здатності та брудоємкості половолоконних мембранних модулів. У процесі дослідження запропоновано математичну модель, що дозволяє здійснювати розрахунок експлуатаційних характеристик мембранних апаратів. Наукова новизна. Дано наукове обгрунтування і розроблено математичну модель брудоємності половолоконного ультрафільтраційного модуля для прогнозування процесів очищення природних вод. За допомогою моделі можна визначити тривалість фільтроциклу, а відповідно розраховувати собівартість 1 м3 очищеної води. Практична значимість. Результати проведених досліджень можуть бути покладені в основу прикладної програми для проведення розрахунків під час проектування та експлуатації споруд для підготовки води різної якості.

EN: Problem statement. Contamination of surface sources of water supply with organic substances leads to the need to find new technologies and solutions in the field of water purification. For purification of water from fresh sources of water supply polluted with organic substances, ultrafiltration is mostly preferred. Ultrafiltration reliably reduces the concentration of organic pollutants and prevents the penetration of microbiological contaminants into the purified water at the physical level. One of the main issues arising in the selection of devices is the determination of the active area of the membrane to provide the required amount of purified water. This parameter is selected from the condition of contamination of the membrane surface and changes in its permeability. Purpose. Scientific substantiation and development of a mathematical model of dirt-holding capacity of a hollow fiber module for predicting natural water treatment processes. Results. Studies on the reflectivity and dirt-holding capacity of hollow fiber membrane modules are presented. In the process of research, a mathematical model was proposed, which allows to calculate the performance characteristics of membrane units. Scientific novelty. A scientific substantiation is given and a mathematical model of the dirt-holding capacity of a hollow fiber ultrafiltration module has been developed to predict natural water purification processes. Using the model, you can determine the duration of filter cycle, and accordingly calculate the cost of 1 m3 of purified water.Practical relevance. The results of the research can be used as the basis for an application program for calculations in the design and operation of facilities for the preparation of water of different quality.