Popis
So zvyšovaním požiadaviek na ochranu vodných zdrojov, kvality povrchových vôd, pôdy, podzemnej vody a ovzdušia sa využívajú aj zložitejšie procesy a technológie ich čistenia. Tieto technológie sa vyznačujú väčším počtom procesov s rozdielnymi reakčnými rýchlosťami, požiadavkami z hľadiska reakčných podmienok a vzájomných vplyvov a interakcií. Zložitejšie sú návrhové postupy a algoritmy ako aj prevádzkovanie týchto procesov a technológií.
K potenciálnym a v súčasnosti už aj v praxi čoraz viac využívanými prostriedkami, ktoré sú nápomocné pri navrhovaní a prevádzkovaní procesov a technológií ochrany základných zložiek životného prostredia patria matematické modely a simulačné programy.
Predmet Modelovanie procesov ochrany zložiek životného prostredia patrí k nadstavbovým predmetom procesov a technológií ochrany povrchovej vody, pôdy, podzemnej vody a ovzdušia a interdisciplinárneho predmetu v tejto oblasti Environmentálneho inžinierstva. Ide o prvý text takého záberu aj rozsahu, ktorý v značnej miere komunikuje s doterajším vývojom a profiláciou inžinierskeho študijného odboru Technológie ochrany životného prostredia a doktorandského štúdia v odbore Chémia a technológia životného prostredia.
Táto učebnica je určená študentom Bc. študijného programu v rámci predmetu Environmentálne inžinierstvo – prierezový predmet, študentom inžinierskeho štúdia v študijnom programe Technológie ochrany životného prostredia a študentom doktorandského študijného programu Chémia a technológia životného prostredia v rámci predmetu Modelovanie procesov ochrany základných zložiek životného prostredia a študentom inžinierskeho študijného programu Chemické inžinierstvo v rámci predmetu Environmentálne inžinierstvo I.
Učebnica je rozdelená do siedmich hlavných kapitol. Prvá kapitola je venovaná znečisťovaniu vody, pôdy a ovzdušia ako základných zložiek životného prostredia. Opisuje najzávažnejšie znečisťujúce látky, ich zdroje, transport a vzájomné ovplyvňovanie a interakcie týchto zložiek. Táto kapitola je určená hlavne študentom bakalárskeho študijného programu Chemické inžinierstvo.
Druhá kapitola je venovaná opisu základných matematických modelov zmeny a šírenia znečisťujúcich látok v povrchových vodách, pôde, podzemnej vode a ovzduší. Na opis a posudzovanie vplyvu vypúšťaných odpadových vôd na kvalitu vody v recipiente bola zvolená rovnica kyslíkovej krivky, ktorá zohľadňuje spotrebu kyslíka na odbúravanie zložiek znečistenia chemickými a biochemickými procesmi pozdĺž toku recipienta. V kombinácii s rovnicou biochemickej spotreby kyslíka je využívaná na ilustráciu vplyvu výsledkov simulačných výpočtov na kyslíkové pomery v recipiente, posúdenie životného cyklu alternatívnych technológií v rámci riešených projektov v inžinierskom a doktorandskom štúdiu. Súčasťou tejto kapitoly je aj opis základných mechanizmov transportu, zachytávania a transformácie a degradácie látok a modely transportu vody a rozpustených látok v podzemnej vode. Na opis rozptylu znečisťujúcich látok z bodových zdrojov emisií znečisťujúcich látok do ovzdušia je v tejto kapitole diskutovaný Gaussovský model. Na opis rozptylu a šírenia exhalátov z plošného zdroja je uvedený model, ktorý je odvodený z materiálovej bilancie exhalátov v uvažovanej oblasti.
Nasledovné tri kapitoly sú venované modelovaniu biologických procesov čistenia odpadových vôd. Súvisí to s profiláciou pedagogického procesu a vedeckovýskumnej činnosti na Katedre chémie a technológie životného prostredia, neskôr na Oddelení environmentálneho inžinierstva (OEI). V kontexte s prístupovými rokovaniami a neskôr so vstupom Slovenskej republiky (SR) do Európskej únie (EÚ) bola vznesená jedna z podmienok vstupu deklarovanie celého územia SR ako citlivej oblasti z hľadiska požiadaviek na kvalitu vypúšťaných odpadových vôd. So zvyšovaním požiadaviek na ochranu vodných zdrojov a tým aj na kvalitu vypúšťaných odpadových vôd vyplynula pre OEI výzva vyvíjať, navrhovať, implementovať do čistiarenskej praxe, zvyšovať efektívnosť a optimalizovať zložitejšie technológie ich čistenia. Tieto úlohy pretrvávajú aj naďalej. Tieto technológie sa vyznačujú väčším počtom procesov s rozdielnymi rýchlosťami, požiadavkami z hľadiska reakčných podmienok a celkovo zložitejšou skladbou technologickej linky. Osobitne rýchlosť biochemických reakcií je veľmi ovplyvnená typom substrátu, zložením biomasy, teplotou a ďalšími faktormi. Zložitejšie sú návrhové postupy a algoritmy ako aj prevádzkovanie týchto procesov a technológií, čo vyžaduje aj vývoj a aplikácie matematických modelov a simulačných programov.
V tretej kapitole sú uvedené základné teoretické poznatky o matematických modeloch, vývoji matematického modelovania biologických procesov ČOV a vytváraní matematických modelov. Súčasťou tejto kapitoly sú matematické modely pre ideálne a reálne hydrodynamické podmienky, ako aj maticový zápis kinetiky a stechiometrie procesov pre zjednodušené modelové predstavy, resp. matematické modely biologických procesov čistenia OV. Ďalšie časti tejto kapitoly sú venované stručnému opisu najrozšírenejšieho matematického modelu (Model No. 1), charakteristikám OV, aktivovaného kalu, biochemickým procesom a biokinetickým parametrom, vrátane literárnej rešerše zameranej na postupy ich určovania.
V štvrtej kapitole je uvedený stručný opis zvolených simulačných programov a ich porovnanie. Jednotlivé podkapitoly sú zamerané na možnosti využitia dynamických simulačných programov pri navrhovaní, rekonštrukciách ČOV, intenzifikácii, optimalizácii a riadení procesov čistenia odpadových vôd. V tejto kapitole sú ilustrované aj možnosti využitia simulačných programov vo vzdelávaní, výskume a zvyšovaní odbornej erudície pracovníkov v čistiarenskej praxi. V tejto kapitole sú sformulované typické úlohy, ktoré sú využívané pre semestrálne zadania inžinierskeho štúdia a projekty doktorandského štúdia.
Náplňou piatej kapitoly je modelovanie komunálneho systému odpadových vôd. Sú opísané základy integrovaného modelovania systému a modelovaniu procesov v stokovej sieti a recipiente, vrátane odstraňovania mikropolutantov. Súčasťou tejto kapitoly sú aj prípadové štúdie integrovaného modelovania.
Šiesta kapitola sa zaoberá modelovaniu procesov ochrany pôdy a podzemnej vody, vrátane prípadových štúdií.
Posledná kapitola je venovaná modelovaniu procesov ochrany ovzdušia, vrátane prípadovej štúdie.
