Издательство
Каталог
Авторам
Рекламодателям
КонтактыВНИМАНИЕ!
Новый адрес редакций журналов Колодезный пер., 2 А.
ООО «Издательство «Инновационное машиностроение»
- КНИГИ Прайс-лист
- ЖУРНАЛЫ Прайс-лист
Книги и журналы, просмотренные ранее
Статьи автора
К последнему номеру журналаВсе статьи автора в журнале: Дерусов А.А.
- Зависимость электропроводности растворов от концентрации, температуры и применение ИИ-управления для мониторингаDependence of electrical conductivity of solutions on concentration, temperature and application of AI control for monitoringАвторы статьиAuthorsДерусов А.А.Derusov A.A.derusov.65@mail.ruderusov.65@mail.ru
Зависимость электропроводности растворов от концентрации, температуры и применение ИИ-управления для мониторинга
УДК 544.6:541.13:004.8:628.3
DOI: 10.36652/0202-3350-2025-26-9-394-401
Рассмотрены механизмы ионной проводимости, зависимость от концентрации и температуры электропроводности растворов нитратов, нитритов, фосфатов и растворенных металлов. Предложены методы автоматизации очистки сточных вод на основе искусственного интеллекта. Результаты демонстрируют возможность оперативного контроля электропроводности растворов и снижения затрат.
Ключевые слова
электропроводность, нитраты, нитриты, фосфаты, искусственный интеллект, очистка сточных вод
Dependence of electrical conductivity of solutions on concentration, temperature and application of AI control for monitoring
The mechanisms of ion conduction, dependence of the electrical conductivity of solutions of nitrates, nitrites, phosphates and dissolved metals on concentration and temperature are considered. Methods of automation of wastewater treatment based on artificial intelligence are proposed. The results demonstrate the possibility of operational control of the electrical conductivity and cost reduction.
Keywords
electrical conductivity, nitrates, nitrites, phosphates, artificial intelligence, wastewater treatment
- Теоретические и прикладные аспекты ламинарного состояния воды в технологиях очистки: обзор современных исследованийTheoretical and applied aspects of laminar flow state in water treatment technologies: a review of current researchАвторы статьиAuthorsДерусов А.А.Derusov A.A.derusov.1965@mail.ruderusov.1965@mail.ru
Теоретические и прикладные аспекты ламинарного состояния воды в технологиях очистки: обзор современных исследований
УДК 628.31.001.5:532.5:66.074:004.942
DOI: 10.36652/0202-3350-2025-26-11-523-527
Представлен углубленный анализ ламинарного состояния воды в очистных сооружениях с акцентом на гидродинамические основы (число Рейнольдса, профили скорости, градиенты), его влияние на ключевые процессы очистки (песколовки, отстойники, флокуляция) и энергоэффективность. Особое внимание уделено технологическим перспективам и научной новизне: оптимизации конструкций (ламельные отстойники, мембраны с покрытиями), интеграции биотехнологий (фотобиореакторы с микроводорослями, биопленочные реакторы), цифровизации (CFD-моделирование, ИИ, IoT) и применению новых материалов (графен). Рассмотрены проблемы поддержания ламинарного режима и пути их решения, а также практические примеры внедрения. Работа базируется на современных исследованиях (2023—2025 гг.), демонстрируя потенциал ламинарного течения для повышения эффективности и снижения энергозатрат в очистке сточных вод.
Ключевые слова
ламинарное течение, очистка сточных вод, гидродинамика, число Рейнольдса, энергоэффективность, флокуляция, графеновые покрытия, цифровые двойники
Theoretical and applied aspects of laminar flow state in water treatment technologies: a review of current research
Рresents an in-depth analysis of the laminar flow state in water treatment facilities, focusing on hydrodynamic fundamentals (Reynolds number, velocity profiles, gradients), its impact on key treatment processes (grit chambers, sedimentation tanks, flocculation), and energy efficiency. Special attention is given to technological prospects and scientific novelty: optimization of designs (plate settlers, coated membranes), integration of biotechnologies (microalgae photobioreactors, biofilm reactors), digitalization (CFD modeling, artificial intelligence, Internet of Things), and application of new materials (graphene). Challenges in maintaining laminar regime and their solutions are examined, along with practical implementation examples. Based on recent studies (2023—2025), this work demonstrates the potential of laminar flow for enhancing efficiency and reducing energy consumption in wastewater treatment.
Keywords
laminar flow, wastewater treatment, hydrodynamics, Reynolds number, energy efficiency, flocculation, graphene coatings, digital twins
- Модернизация существующих аэрационных комплексов коммунального хозяйства с интеграцией цифровых систем контроля ламинарно-турбулентного перехода: методология и технические решенияModernization of existing aeration complexes in public utilities with integration of digital systems for laminar-turbulent transition control: methodology and technical solutionsАвторы статьиAuthorsДерусов А.А.Derusov A.A.derusov.1965@mail.ruderusov.1965@mail.ru
Модернизация существующих аэрационных комплексов коммунального хозяйства с интеграцией цифровых систем контроля ламинарно-турбулентного перехода: методология и технические решения
УДК 628.3:621.6
DOI: 10.36652/0202-3350-2026-27-5-235-240
Рассмотрена проблема повышения энергоэффективности и стабильности биологической очистки сточных вод на существующих аэрационных комплексах коммунальных предприятий. Предложена методология модернизации на основе интеграции цифровых систем активного контроля ламинарнотурбулентного перехода в газожидкостных потоках аэраторов и воздуховодов. Разработана математическая модель, сочетающая уравнения Навье—Стокса с переходными турбулентными моделями (γ-Reθ, k-kl-ω), и структура киберфизической системы управления (IoT-датчики, SCADA/цифровой двойник, VFD-регулирование компрессоров). Численное моделирование в CFD-среде (Open FOAM/ANSYS) показало потенциал снижения энергозатрат на 20...40 % за счет оптимизации режима пузырькового потока и массопереноса кислорода (KLa). Предложены технические решения: активные мембранные диффузоры с датчиками перехода, алгоритмы предиктивного управления и интеграция с АСУ ТП.
Ключевые слова
аэрационные комплексы, ламинарно-турбулентный переход, цифровой контроль, газожидкостный поток, массоперенос кислорода, энергоэффективность, цифровой двойник, биологическая очистка сточных вод, модернизация технологических процессов
Modernization of existing aeration complexes in public utilities with integration of digital systems for laminar-turbulent transition control: methodology and technical solutions
The problem of improving energy efficiency and stability of biological wastewater treatment at existing aeration complexes of municipal enterprises is considered. A modernization methodology is proposed based on the integration of digital systems for active control of the laminar-turbulent transition in gas-liquid flows within aerators and air ducts. A mathematical model combining the Navier—Stokes equations with transitional turbulence models (γ-Reθ and k-kl-ω), along with the architecture of a cyber-physical control system (IoT sensors, SCADA/digital twin, and VFD regulation of compressors) has been developed. Numerical simulation in a CFD environment (OpenFOAM/ANSYS) demonstrate the potential for reducing energy consumption by 20...40 % through optimization of the bubble flow regime and oxygen mass transfer (KLa). The proposed technical solutions include active membrane diffusers with transition sensors, predictive control algorithms, and integration with the existing Automated Process Control System (APCS).
Keywords
aeration complexes, laminar-turbulent transition, digital control, gas-liquid flow, oxygen mass transfer, energy efficiency, digital twin, biological wastewater treatment, modernization of technological processes
- Математическое моделирование и оптимизация конструктивных параметров аэраторов с учетом влияния режима течения на энергопотреблениеMathematical modeling and optimization of aerator structural parameters taking into account the effect of flow regime on energy consumptionАвторы статьиAuthorsДерусов А.А.Derusov A.A.derusov.1965@mail.ruderusov.1965@mail.ru
Математическое моделирование и оптимизация конструктивных параметров аэраторов с учетом влияния режима течения на энергопотребление
УДК 628.356
DOI: 10.36652/0202-3350-2026-27-7-326-336
Разработана математическая модель и проведена оптимизация конструктивных параметров мелкопузырчатых и трубчатых аэраторов с учетом влияния ламинарно-турбулентного перехода на энергопотребление и коэффициент массопереноса кислорода. Построена трехмерная CFD-модель многофазного течения "газ—жидкость—твердые частицы" на основе подхода Эйлера—Эйлера с использованием модели турбулентности k-ω SST. Учтены неньютоновские реологические свойства иловой смеси. Проведена параметрическая серия расчетов с варьированием ключевых конструктивных характеристик: диаметра пор (0,5...3,0 мм), высоты установки аэраторов, шага распределения, угла наклона элементов. Оптимизация выполнена с применением многокритериального генетического алгоритма NSGA-II по целевым функциям: минимизация удельного энергопотребления и максимизация KLa при фиксированной окислительной мощности. Установлено, что переход от ламинарного к развитому турбулентному режиму (Re > 2500...3500 в пристеночном слое) позволяет повысить KLa на 18...32 % и снизить удельные энергозатраты на аэрацию на 22...29 % по сравнению с базовыми конструкциями. Получены новые критериальные зависимости для прогнозирования положения перехода и энергопотребления в зависимости от геометрических параметров аэраторов и расхода воздуха.
Ключевые слова
биологическая очистка сточных вод, аэрация аэротенков, мелкопузырчатые аэраторы, трубчатые аэраторы, массоперенос кислорода, CFD-моделирование, ламинарно-турбулентный переход, энергетическая эффективность, оптимизация аэраторов, генетический алгоритм NSGA
Mathematical modeling and optimization of aerator structural parameters taking into account the effect of flow regime on energy consumption
A mathematical model was developed and the design parameters of fi ne-bubble and tubular aerators were optimized, taking into account the influence of the laminar-turbulent transition on energy consumption and the oxygen mass transfer coefficient. A three-dimensional CFD model of the multiphase gas-liquid-solid particle flow was constructed based on the Euler—Euler approach using the k-ω SST turbulence model. The non-Newtonian rheological properties of the sludge mixture were taken into account. A series of parametric calculations were performed varying the key design characteristics: pore diameter (0.5...3.0 mm), aerator installation height, distribution pitch, and element inclination angle. Optimization was performed using the NSGA-II multi-criteria genetic algorithm with the following objective functions: minimization of specific energy consumption and maximization of KLa at a fixed oxidizing capacity. It was found that the transition from laminar to developed turbulent flow (Re > 2500...3500 in the near-wall layer) increases KLa by 18...32 % and reduces specific energy consumption for aeration by 22...29 % compared to baseline designs. New criteria relationships were developed for predicting the transition position and energy consumption depending on the geometric parameters of the aerators and air flow rate.
Keywords
biological wastewater treatment, aeration tanks aeration, fine-bubble aerators, tubular aerators, oxygen mass transfer, CFD modeling, laminar-turbulent transition, energy efficiency, aerator optimization, genetic algorithm NSGA-II, non-Newtonian activated
