Учёные Томского политехнического университета и Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН создали математическую модель для прогнозирования очистки промышленных сточных вод. Она учитывает влияние типа и концентрации примесей и позволяет точнее рассчитывать время осаждения в отстойниках, снижая погрешность расчётов до 15%. Металлургическая и целлюлозно-бумажная отрасли лидируют по объёму сброса сточных вод. Эффективность их многоступенчатых систем водоочистки зависит от качества воды. Первичная очистка стоков от примесей проводится в отстойниках: тяжёлые частицы оседают, лёгкие жидкости всплывают. Однако реальные стоки содержат множество примесей одновременно, которые могут сталкиваться и агломерировать. Это усложняет расчёт: формулы, применимые к отдельной частице, при описании многокомпонентных стоков могут давать значительную погрешность.
Как отмечает эксперт Среднерусского института управления — филиала РАНХиГС Сергей Федотов, за снижением погрешности до 15% стоит серьёзный научный прорыв. Классические модели — формула Стокса и уравнение Адамара-Рыбчинского — описывают осаждение одиночной частицы в идеальных условиях. Но реальные промышленные стоки — это сложная смесь: диспергированная древесина, сульфат железа, керосин, хлорид натрия, карбонат натрия. Эти компоненты взаимодействуют друг с другом: частицы сталкиваются и слипаются (агломерация), капли жидкостей сливаются (коалесценция), а осаждение носит стеснённый характер — частицы мешают друг другу падать.
Учёные провели комплексные эксперименты: сначала изучили каждую примесь по отдельности, затем создали многокомпонентные смеси, соответствующие реальным стокам. Результаты оказались показательны: при повышении массовой концентрации примесей с 0,5% до 5% скорость осаждения древесных частиц уменьшилась на 73—74%, а частиц сульфата железа — на 85—89%. Скорость разделения керосина и воды при том же увеличении концентрации снизилась более чем в 150 раз. А повышение концентрации с 0,5% до 10% увеличивает время осаждения в 1,9—2,2 раза. Классическая модель Стокса при этом завышала скорость осаждения на 25—30% — и именно эту ошибку удалось сократить до 15%.
Металлургическая и целлюлозно-бумажная отрасли — лидеры по сбросу сточных вод в России. Их многоступенчатые системы водоочистки критически зависят от качества воды на входе. Если расчёты времени осаждения ошибочны, отстойник либо работает с перегрузкой (и загрязнённая вода уходит дальше), либо простаивает дольше необходимого (и предприятие несёт издержки). Новая модель показывает, как концентрация примесей распространяется по высоте резервуара и сколько времени потребуется для осветления воды. Она уже может применяться на реальных отстойниках.
Отдельно учёные исследовали влияние температуры: повышение температуры суспензии всего на 20°C ускоряет осаждение твёрдых частиц на 12—23% за счёт снижения вязкости воды, а при нагреве до 60°C скорость флотации и разделения керосина увеличивается более чем вдвое. Эти данные позволяют оптимизировать работу очистных сооружений без капитальной реконструкции.
Новая математическая модель — это инструмент, который делает промышленную очистку сточных вод более предсказуемой и эффективной. Снижение погрешности с 30% до 15% означает, что предприятия смогут точнее проектировать отстойники, сокращать энергозатраты и снижать риск загрязнения окружающей среды.
© 2026 ООО "Мегасофт"
