Reactive settling denotes the process of sedimentation of small solid particles dispersed in a viscous fluid with simultaneous reactions between the components that constitute the solid and liquid phases. This process is of particular importance for the simulation and control of secondary settling tanks (SSTs) in water resource recovery facilities (WRRFs), formerly known as wastewater treatment plants. A spatially one-dimensional model of reactive settling in an SST is formulated by combining a mechanistic model of sedimentation with compression with a model of biokinetic reactions. In addition, the cross-sectional area of the tank is allowed to vary as a function of height. The final model is a system of strongly degenerate parabolic, nonlinear partial differential equations (PDEs)that include discontinuous coefficients to describe the feed, underflow and overflow mechanisms, as well as singular source terms that model the feed mechanism. A finite difference scheme for the final model is derived by first deriving a method-of-lines formulation (discrete in space, continuous in time), and then passing to a fully discrete scheme by a time discretization. The advantage of this formulation is its compatibility with common practice in development of software for WRRFs. The main mathematical result is an invariant-region property, which implies that physically relevant numerical solutions are produced. Simulations of denitrification in SSTs in wastewater treatment illustrate the model and its discretization.


翻译:重新沉积过程是指在粘粘液中散布的小固体颗粒沉积过程,在构成固体阶段和液体阶段的各组成部分之间同时反应。这一过程对于模拟和控制水资源回收设施(以前称为废水处理厂)中的二级沉淀槽(SSTS)特别重要,这一过程对模拟和控制以前称为废水处理厂的水资源回收设施中的二级沉淀槽(SSTS)特别重要。通过将沉淀和压缩的机械模型与生物动力反应模型相结合,形成了一个空间沉淀和压缩的单一空间模型。此外,罐体的跨部门区域允许随着高度的函数而变化。最后模型是一种严重退化的抛射、非线性部分差异方程式(PDEs)系统,其中包括不连续的系数,用以描述饲料、水下和溢出机制,以及模拟进料机制的单一源术语。最后模型的有限差异机制是先从一种方法-线模型模型的配方(空间差异,持续时间),然后通过时间分解而通过完全分离的方式传递到完全分离的系统。这一模型的优势在于这一公式的优点在于描述的不连续的数学区域,这是SIMF的模型中的一种共同的模型的模型的物理结果。

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