Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Побудова математичних моделей будь-яких об’єктів пов’язано з формалізацією їх опису і з виділенням істотних рис розглянутої ситуації. Математична модель, узагальнюючи кількісні взаємозв’яз­ки між факторами процесу, дозволяє проаналізувати їхню роль у взаємодії і визначити оптимальні умови ведення процесу. Матема­тичні моделі підрозділяються на три типи: пошукові, портретні, до­слідницькі.

Пошукові моделі використовуються в умовах, коли механізм описуваного явища вивчений недостатньо. У цьому випадку, спо­стерігаючи за реакцією досліджуваної системи на зовнішні впливи, становлять гіпотетичну модель явища, яка потім емпірично переві­ряється в різних умовах з метою уточнення окремих її параметрів. Пошукова модель може досить точно описати взаємозв’язок основ­них параметрів реального явища. Недоліком моделей цього типу є їх обмеженість, тому що вони дійсні лише в умовах, близьких до тих, при яких визначалися емпіричні коефіцієнти. Пошукові моделі раціональні при визначенні оптимальних параметрів конкретного об’єкта з метою його автоматизації, наприклад, для оптимізації тех­нологічних процесів у мікробіологічній промисловості. Відомі спроби використання пошукових моделей для опису основних ста­дій біологічного очищення стічних вод, але внаслідок відзначених вище недоліків вони не знаходять широкого практичного застосу­вання. Портретні моделі використовуються в тих випадках, коли механізм об’єкта вивчений відносно повно, але важкий для безпо­середніх спостережень. Така ситуація зустрічається в біології при вивченні генетичних процесів, які тривають роками, або при дослі­дженні розвитку популяцій рослин і тварин.

Дослідницька модель служить для з’ясування потенційних можливостей досліджуваного об’єкта, тобто шляхів інтенсифікації процесів. Така модель повинна базуватися на теоретичних переду­мовах, але може містити в собі й приватні емпіричні залежності для опису другорядних стадій процесу.

Весь процес розробки математичної моделі можна умовно ро­збити на кілька різних етапів, зв’язаних зі збором необхідної інфор­мації, з аналізом експериментальних даних і виявленням закономі­рностей, а також власно з побудовою моделі, що базується на вияв­лених закономірностях, інтерпретацією результатів її аналізу і зі­ставленням теоретичних (модельних) даних з експериментальними. На кожному етапі вирішується цілком певний комплекс проблем.

На першому етапі проводиться дослідження загальних факто­рів біотермічного розкладання (вплив вихідної вологості гною, по­чаткової температури і ряду інших фізичних величин на швидкість протікання процесу). У результаті досліджень накопичується фак­тичний матеріал і робляться висновки, насамперед, якісного по­рядку про характер протікання процесу. На даному етапі дуже важ­лива постановка експериментів, наприклад, по виявленню характе­ру залежності тривалості процесу від вихідної вологості гною, рос­ту температури біомаси, наявності органічних речовин, впливу на­повнювача на ступінь розпаду органічної речовини, виявлення за­лежності зміни швидкості процесу від різних факторів. Величезну роль на цьому етапі відіграє розробка методик збору експеримента­льної інформації. За результатами проведених експериментів вста­новлюються основні параметри зміни процесу.

На другому етапі здійснюється статистичний аналіз накопиче­ного матеріалу, що приводить до виявлення наявних закономірнос­тей (наприклад, залежності тривалості процесу від температури і т. д.). Ці закономірності закладаються в основу прогностичних ал­горитмів, що дозволяють із певною ймовірністю пророкувати реа­лізацію тих або інших явищ.

На третьому етапі на основі виявлених закономірностей і ста­тистичного аналізу формується математична модель, що відобра­жає ці закономірності у вигляді математичних виражень, залежнос­тей, формул. Помітимо, що, як правило, математичні моделі не опираються на весь наявний фактичний матеріал, а лише в сильно спрощеному виді відображають особливості об’єкта, який моделю­ється.

Аналіз літератури по даному питанню дозволив визначити ос­новні параметри біотермічного процесу обробки відходів, на основі яких проектується дослідницька математична модель. В основу опису процесу були закладені основні рівняння, що описують роз­виток і відмирання мікроорганізмів, розкладання органічної речо­вини, зменшення вологовмісту в суміші, зміну температури компо­стируємо!’ суміші й споживання кисню в ході процесу біотермічно­го знезаражування. Вироблення газу в день залежно від рівня зава­нтаження при термофільному і мезофільному режимах відповідно показано на рисунку 5.3 та рівняннями (5.1) і (5.2), відповідно:

Рисунок 5.3 — Залежність вироблення газу від рівня завантаження і те­мпературного режиму

ZVrA3=l,4087-V^6P39, (5.1)

ХУГАЗ=1,7437-У3°/Г9Р33. (5.2)

Частка метану в біогазі залежно від рівня завантаження при термофільному і мезофільному режимах відповідно, описується рі­вняннями показано на рисунку 5.4 та рівняннями (5.3) і (5.4), відпо­відно:

Рисунок 5.4 — Доля метану в біогазі залежно від рівня завантаження і температурного режиму

М = 56,131-V3™2P45, (5.3)

М = 65,352 — V^p91- (5.4)

Виробництво метану, л/день, при мезофільному і термофіль­ному зброджуванні при різних рівнях завантаження описується на­ступним рівнянням показано на рисунку 5.5 та рівняннями (5.5) і (5.6), відповідно:

Рисунок 5.5 — Виробництво метану при термофільному і мезофільному зброджуванні при різних рівнях завантаження

ПРтерм = 0,7919 • V^fp874, (5.5)

ПРмез = 1,1363 • V^152, (5.6)

де Пртерм, ПрМез — виробництво метану при термофільному і мезофіль­ному зброджуванні відповідно, в день;

V3aip — рівень завантаження, грам летучих речовин на л об’єму реактора в день.

Побудувавши залежність завантаження від необхідного виро­блення газу, одержимо залежність показано на рисунку 5.6.

Рисунок 5.6 — Залежність завантаження, від необхідного вироблення метану при мезофільному і термофільному режимах

Залежність завантаження, від необхідної виробки метану при мезофільному і термофільному режимах описується наступними рі­вняннями показано на рисунку 5.7 та рівняннями (5.7) і (5.8), відпо­відно:

Рисунок 5.7 — Ефективність виробництва метану в мезофільному і тер­мофільному режимах при різних рівнях завантаження, л метану на л об’єму реактора

V,,, = 0,9406-Пр1,7717,	(5.7)
V»B, Me3 = 1,3041 — Пр1-125′,	(5.8)

де Узавдерм, Узав, мез — рівень завантаження при термофільному і мезофіль­ному режимах зброджування відповідно, грам летучих речовин на л об’єму реактора в день;

Пр — виробництво метану, л в день.

Ефективність виробництва метану в мезофільному і термофі­льному режимах, л метану на л об’єму реактора в день, при різних рівнях завантаження описується наступними рівняннями показано на рисунку 5.8 та рівняннями (5.9) і (5.10), відповідно:

Рисунок 5.8 — Залежність кількості метану в біогазі від рівня заванта­ження і режиму зброджування

ХМЄз = 0.3755 • V3Arp0’5191, (5.9)

Vr, терм= 0-2655-Уз.^08838 , (5.10)

де Vr, мез — вихід метану при мезофільному режимі, л метану на л об’єму реактора;

VI; терм — вихід метану при термофільному режимі, л метану на л об’єму реактора;

Узав — рівень завантаження реактора, г летучих речовин на л об’єму реа­ктора в день.

Кількість метану в біогазі при різному рівні завантаження, в термофільному і мезофільному режимах описується наступними рі­вняннями показано на рисунку 5.9 та рівняннями (5.11) і (5.12), від­повідно:

Рисунок 5.9 — Залежність сумарної енергії біомаси від рівня заванта­ження і режиму зброджування

КМТЄрм=56,131 — Зав0,0245,

КМмез=65,352-Зав’0’791.

Сумарна енергія біомаси при мезофільному і термофільному режимах описується наступними рівняннями:

СЕмез=32,83-Зав1’154, (5.13)

СЕТЄрМ=3 5,818 • Зав1,0435, (5.14)

де СЕмез, СЕхерм — сумарна енергія біомаси при мезофільному і термофі­льному режимах зброджування відповідно, кДж/день;

Зав — рівень завантаження, грам летучих речовин на л об’єму реактора в день.

Міра перетворення енергії в метан при термофільному і мезо­фільному зброджуванні визначається наступними рівняннями пока­зано на рисунку 5.10 та рівняннями (5.15) і (5.16), відповідно:

Вихід біогазу залежно від вмісту сухої органічної речовини, що визначається по формулі та наведено на рисунку 5.11 та рівнян­нями (5.17):

Вих=0,2885-СС0’9821

Вміст сухи органчноїречовинні кг’м3 гною • — нічні години, + — денні години Рисунок 5.11 — Залежність виходу біогазу від вмісту сухої органічної речовини [3]

Комментарии запрещены.