Модель дифракції електромагнітних хвиль на вибухонебезпечних предметах

 

Кустов Максим Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6960-6399

 

Кулаков Олег Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5236-1949

 

Карпов Артем Андрійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0009-0007-9895-1574

 

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6434-6575

 

Михайловська Юлія Валеріївна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1090-5033

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-38-3

 

Ключові слова: рівень цивільного захисту територій, вибухонебезпечні речовини, електромагнітні хвилі, відбивання, поглинання, дифракція

 

Анотація

 

Запропоновано модель дифракції електромагнітних хвиль на вибухонебезпечному предметі без металевих конструкційних елементів. Проаналізовані властивості речовин найбільш розповсюджених протипіхотних мін та встановлено, що їх оболонка є діелектричною, а безпосередньо вибухові речовини поділяються на дві групи в залежності від їх дипольного моменту. Зокрема вибухові речовини гексоген, пентаеритріттетранітрат та фульмінатом ртуті є речовинами з нульовим дипольним моментом й за електромагнітними властивостями відносяться до ідеальних діелектриків. Вибухові речовини тринітротолуол, тетрил, тринітрорезорцинату свинцю та азид свинцю слід розглядати як діелектрики з малими втратами. Побудовано електродинамічну модель для розрахунку коефіцієнту відбивання та коефіцієнту проходження електромагнітних плоских хвиль надвисокочастотного діапазону крізь багатошарову структуру вибухонебезпечного предмету. Для визначення еквівалентного хвильового опору багатошарової структури вибухонебезпечного предмету запропоновано використання теорії довгих ліній. Встановлено, що для випромінювання надвисокочастотного діапазону шарами корпусу вибухонебезпечних предметів із діелектричних речовинами можна нехтувати внаслідок їх малої товщини. За результатами проведених розрахунків встановлено ступінь ослаблення енергії електромагнітних хвиль у товщі вибухової речовини та показано, що більшість протипіхотних мін має низький коефіцієнт відбивання, що ускладнює їх виявлення. Однак, при цьому збільшується кількість енергії, що проходить у глибину вибухової речовини. Показано, що вибухонебезпечні предмети із дипольними вибуховими речовинами здатні до поглинання енергії електромагнітного випромінювання. Отримані результати дозволяють якісно оцінити схильність вибухових речовин до їх дистанційного знешкодження внаслідок опромінення електромагнітним випромінюванням надвисокочастотного діапазону.

 

Посилання

 

  1. Іщенко А. В., Кобець М. В. Засоби і методи виявлення вибухових речовин та пристроїв у боротьбі з тероризмом. Національна академія внутрішніх справ України. 2005, 146 c. URL: http://elar.naiau.kiev.ua/bitstream/123456789/18996/1/
    Kobets%20M.V.%20Zasoby%20i%20metody%20vyaiyvlenaiy%20VP.pdf
  2. Yoo L. S., Lee J. H., Lee Y. K., Jung S. K., Choi Y. Application of a drone magnetometer system to military mine detection in the demilitarized zone. Sensors. 2021. Vol. 21(9). P. 3175. doi: 3390/s21093175
  3. Фірман В. М., Сеник В. В., Білінський Б. О. Виявлення вибухових пристроїв шляхом детектування парів і часток вибухових речовин та особиста безпека персоналу. Пожежна безпека. 2019. Том 8. С. 30–32. URL: https://journal.
    ldubgd.edu.ua/index.php/PB/issue/archive
  4. Kagan, Jimmie C. O. Counterterrorist Detection Techniques of Explosives, Second Edition. 2022. P. 429. URL: https://www.elsevier.com/book-and-jurnals
  5. Clifford, Ing H., McFee J., Cousins T. High rate counting electronics for a thermal neutron analysis land mine detector. Proc. SPIE 3769. Penetrating Radiation Systems and Applications. (1 October 1999). doi: 10.1117/12.363677.
  6. Gaft M., Nagli L. UV gated Raman spectroscopy for standoff detection of explosives. Optical materials. 2008. Vol. 30(11). P. 1739–1746. doi:1016/
    j.optmat.2007.11.013
  7. Sun W., Liu S., Wang M., Zhang X., Shang K., Liu Q. Soil copper concentration map in mining area generated from AHSI remote sensing imagery. Science of The Total Environment. 2023. Vol.860. P. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.160511
  8. Horvath T. Emergency Cases at Countering Improvised Explosive Devices (C-IED), and their Potential Management. Land Forces Academy Review. 2019. Vol.24(2). 95–106. URL: https://www.armyacademy.ro/reviste/rev2_2019/
    Horvath_ RAFT_2_2019.pdf
  9. Kabessa Y., Eyal O., Bar-On O., Korouma V., Yagur-Kroll S., Belkin S., Agranat A. J. Standoff detection of explosives and buried landmines using fluorescent bacterial sensor cells. Biosensors and Bioelectronics. 2016. Vol.79. P. 784–788. doi: 10.1016/j.bios.2016.01.011
  10. Shimoi N., Takita Y. Remote mine sensing technology using a mobile wheeled robot rat-1. In ICCAS. 2010. P. 622–626. doi: 10.1109/ICCAS.2010.5669836
  11. Wynn C. M., Palmacci S., Kunz R. R., Rothschild M. A novel method for remotely detecting trace explosives. Lincoln Laboratory Journal. 2008. Vol.17(2).  27–39. URL: https://www.ll.mit.edu/sites/default/files/publication/doc/novel-method-remotely-detecting-trace-wynn-ja-14525.pdf
  12. Kustov М., Karpov A. Sensitivity of explosive materials to the action of electromagnetic fields. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2023. № 1(37). C. 4–17. doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-1
  13. Kolcunová I., Pavlík M., Beňa L., Čonka Z., Ilenin S., Kanálik M., Zbojovský J. Influence of electromagnetic shield on the high frequency electromagnetic field penetration through the building material. Acta Physica Polonica A. 2017. Vol. 131(4). P. 1135-1137. doi: 10.12693/APhysPolA.131.1135
  14. Rahmani-Andebili M. Problems: Transmission Line Model and Performance. In: Power System Analysis. Springer, Cham. 2022. Р. 53–57. doi: 10.1007/978-3-030-84767-8_5

 

Обґрунтування необхідності створення робото-технічних комплексів для гуманітарного розмінування

 

Невлюдов Ігор Шакірович

Харківський національний університет радіоелектроніки

http://orcid.org/0000-0002-9837-2309

 

Янушкевич Дмитро Анатолійович

Харківський національний університет радіоелектроніки

http://orcid.org/0000-0003-3684-518X

 

Толкунов Ігор Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5129-3120

 

Попов Іван Іванович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4705-4404

 

Іванець Григорій Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-4906-5265

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-38-2

 

Ключові слова: гуманітарне розмінування, робото-технічний комплекс, нетехнічне та технічне обстеження територій, вибухонебезпечний предмет

 

Анотація

 

Проведено дослідження робото-технічних комплексів військового, спеціального або подвійного призначення, які застосовуються у системі гуманітарного розмінування. Визначено, що система гуманітарного розмінування передбачає виконання наступних завдань: обстеження об’єктів та місцевості, забруднених вибухонебезпечними предметами; їх пошук, дистанційна ідентифікація, знешкодження та знищення; картографування та маркування небезпечних територій тощо. У зв’язку з цим доведено, що для проведення гуманітарного розмінування доцільним буде використання робото-технічних комплексів спеціального призначення, які повинні бути оснащеними маніпуляторами та детекторами (сенсорами, датчиками), засобами прийняття рішень на всіх етапах виконання робіт. Розроблено математичну модель і керуючий алгоритм щодо очищення від вибухонебезпечних предметів території бойових дій з використанням робото-технічних комплексів, які реалізують принцип комплексного підходу до вирішення проблеми очищення територій України. Запропонована математична модель уявляє собою сукупність об’єднання взаємозв’язаних моделей: оцінки термінів вирішення проблеми очищення від вибухонебезпечних предметів території бойових дій, загальної кількості особового складу та технічного оснащення підрозділів для виконання поставлених завдань. За результатами дослідження запропоновано рекомендації щодо використання сучасних робото-технічних комплексів у гуманітарному розмінуванні та встановлено, що для підвищення ефективності виявлення вибухонебезпечних предметів доцільне комплексне використання різних методів пошуку в одному робото-технічному комплексі. Одним з найбільш перспективних методів є застосування комбінації електромагнітного, оптичного та механічного методів, а також розробка комплексів, здатних здійснювати пошук, знешкодження та знищення вибухонебезпечних предметів не тільки на поверхні ґрунту, але і на певній глибині.

 

Посилання

 

  1. Tarhan M. Invisible Death: Antipersonnel mines continue to claim thousands of lives.Anadolu agency. URL: https://bit.ly/352MG61
  2. Manjula Udayanga Hemapala. Robots for Humanitarian Demining. Submitted: 25th October, 2016; Reviewed: 29th June, 2017; Published: 20th December, 2017. doi: 10.5772/intechopen.70246
  3. Florez J., Parra C. Review of sensors used in robotics for humanitarian demining application. Colombian Conference on Robotics and Automation (CCRA); 29–30 September, 2016. Bogota: IEEE, 2016. P.1-6
  4. Koppetch K. Mechanical Demining Equipment Catalogue [Internet]. Geneva: GICHD. 2019. URL: http://www.eudem.vub.ac.be/publications/publication.asp?pub_id=14
  5. Trevelyan J., Hamel W.R., Kang S.C. Robotics in hazardous applications. Springer Handbook of Robotics. Springer International Publishing. London: 2016. P.1521–
  6. Cepolinaa E., Bruschini C., De Bruyn K. Providing demining technology end-users need. In: Proceeding of the IARP International workshop on Robotics and Mechanical Assistance in Humanitarian Demining (HUDEM2005). Tokyo Denki University, 21–23 June, 2005. Tokyo, Japan: 2005. Р.9– URL: https://www.gichd.org/fileadmin/pdf/LIMA/HUDEM2005.pdf
  7. Струтинський В. Б., Юрчишин О. Я. , Кравець О. М. Розвиток основних положень проектування маніпуляторів мобільних роботів спеціального призначення адаптованих для роботи з небезпечними об’єктами. Матеріали XXII міжнародної НТК «Прогресивна техніка, технологія та інженерна освіта». Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського. 2021. С. 129–131. URL: http://conf.mmi.kpi.ua/proc/article/view/239152
  8. Furuta K., Ishikawa J. Anti-personnel Landmine Detection for Humanitarian Demining. London: Springer, 2009. URL: https://commons.lib.jmu.edu/cgi/ viewcontent.cgi?article=1483&context=cisr-journal
  9. Kasban H., Zahran O., Sayed M. Elaraby, M. El-Kordy, F. E. Abd El-Samie. A Comparative Study of Landmine Detection Techniques. An International Journal Sensing and Imaging. 2010. Vol. 11. Р. 89–112. URL: https://www.researchgate.net/publication/225752842_A_Comparative_Study_of_Landmine_Detection_Techniques
  10. Янушкевич Д. А., Іванов Л. С. Роботизовані засоби спеціального призначення: аналіз міжнародних нормативних документів. Виробництво & Мехатронні Системи 2021. Матеріали V Міжнародної конференції. Харків, ХНУРЕ. 2021. С. 176–179. URL: https://nure.ua/wp-content/uploads/2021/M&MS-2021/zbirnik-_m-ms_2021.pdf
  11. Янушкевич Д. А., Іванов Л. С. Сучасні тенденції застосування роботизованих систем для гуманітарного розмінування. Збірник матеріалів ІIІ форуму «Автоматизація, електроніка та робототехніка. Стратегії розвитку та інноваційні технології» AERT-2021. URL: https://mts.nure.ua/conferences-ua/forum/aert-2021
  12. Freese M., Matsuzawa T., Oishi Y., Debenest P., Takita K., Fukushima E.F., Hirose S. Robotics-assisted demining with gryphon. Advanced Robotics. 01 January, 2007. Tokyo, Japan. 2007. 21(15). Р. 1763–1786. URL: https://ru.booksc.eu/book/36010951/4c0f48TALON Small Mobile Robot URL: https://www.globalsecurity.org/military/
    systems/ground/talon.htm
  13. Foster-Miller unveils TALON robot that detects chemicals, gases, radiation and heat. URL: https://bit.ly/3FrZ1Rm
  14. Dragon Runner 6×6. URL: https://bit.ly/3xsWxQ2
  15. Warrior 710. URL: http://www.army-guide.com/rus/ product4994.html
  16. Наземні бойові роботи: лідери та Україна. URL: https://lb.ua/news/2021/11/17/498795_nazemni_boyovi_roboti_lideri.html

 

Determination based on the Nusselt method  heat flow from surface rotation

 

Leonid Kutsenko

National University of Civil Defenсe of Ukraine

http://orcid.org/0000-0003-1554-8848

 

Andrii Kalinovsky

National University of Civil Defenсe of Ukraine

http://orcid.org/0000-0002-1021-5799

 

Elena Sukharkova

National University of Civil Defenсe of Ukraine

http://orcid.org/0000-0003-1033-4728

 

Svitlana Bordiuzhenko

National University of Civil Defenсe of Ukraine

http://orcid.org/0000-0001-6426-3473

 

Maxim Zhuravskij

National University of Civil Defenсe of Ukraine

http://orcid.org/0000-0001-8356-8600

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-37-25

 

Keywords: radiative heat transfer, surface of rotation, flame torch shape, Nusselt method, radial-parallel projection

 

Аnnotation

 

An approximate method for the numerical determination of the heat flux, which is radiated by a surface of revolution, and which reaches a figure of a given shape on the coordinate plane, is considered. The method is based on a graphical-analytical method for an approximate estimate of the heat flux (the Nusselt method or the unit-radius sphere method). Graph-analytical actions consist in the construction and description of a radial-parallel projection of the radiation source, directed to the figure of the heat receiver. As a result, we obtain a projection of the radiation source, the area of which must be compared with the area of a circle of unit radius that envelops it. The numerical value of the ratio of these areas will determine the measure of heat that will reach a certain point in the figure of the heat sink (local angular coefficient of radiation). But the application of the Nusselt method in such a "natural" interpretation in practice is associated with difficulties in calculating the indicated areas. The reason is the incomparable distances between the nodal points of the radial-parallel projection and the distances to the surface of revolution. To implement the Nusselt method in practice, it is necessary to generalize the scheme for describing and constructing a radially parallel projection of a radiation source. In the paper, a description of the radially parallel projection of coaxial circles located on the level planes of the surface of revolution, a description of the radially parallel projection of the axial vertical section of the surface of revolution, as well as formulas for calculating the integral angular coefficients of radiation for the considered case of surfaces are found. This problem was solved by using a projection relationship between an object and its radial-parallel projection. The results obtained can be used in practice in the form of a system for modeling and predicting emergency situations that occur on gas pipelines to assess heat flows from a virtual flame to the surfaces of buildings and structures.

 

References

 

  1. Makarov, A. N. (2014). Theory of radiative heat exchange in furnaces, fire boxes, combustion chambers is replenished by four new laws. Science Discovery, 2(2), 34–42. doi: 10.11648/j.sd.20140202.12
  2. Makarov, A. N. (2019). Calculations of heat transfer in torch furnaces under the laws of radiation from gas volumes. Journal of applied physics & nanotechnology, 2(1), 1–10. doi: 10.4236/wjet.2016.43049
  3. Makarov, A. N. (2016). Modeling of a torch and calculations of heat transfer in furnaces, fire boxes, combustion chambers. Part I. Calculations of radiation from solids and gas volumes by the laws of radiation from solid bodies. International Journal of Advanced Engineering Research and Science, 3(12), 44–48. doi: 10.22161/ijaers/3.12.9
  4. Makarov, A. N. (2016). Modeling of a torch and calculations of heat transfer in furnaces, fire boxes, combustion chambers. Part II. Calculations of radiation from gas volumes by the laws of radiation from cylinder gas volumes. International Journal of Advanced Engineering Research and Science, 3(12), 49–54. doi: 10.22161/ijaers/3.12.10
  5. Makarov, A. N. (2014). Regularities of heat transfer in the gas layers of a steam boiler furnace flame. Part II. Gas layer radiation laws and the procedure for calculating heat transfer in furnaces, fire boxes, and combustion chambers developed on the basis of these laws, thermal engineering. Thermal Engineering, 61(10), 717–723.
  6. Makarov, A. N. (2020). Determination of angular coefficients of thermal radiation of a torch on a heating surface, arranged parallel to the axis of the torch. JP Journal of Heat and Mass Transfer, 21(2), 251–262. doi: 10.17654/HM021020251
  7. Skovorodkin, A. I. (1976). Calculating angular radiation coefficients by the method of flow algebra. Journal of engineering physics, 30, 722724.
  8. Diaconu, B., Cruceru, M., Paliţă, V., Racoceanu, C. (2003). Radiative heat transfer equation in systems of grey-diffuse surfaces separated by non-participating media. 50 years University of Mining and Geology «St. Ivan Rilski». Part ІІ. Mining and Mineral Processing, 46, 243–246.
  9. Dulskiy, E., Ivanov, P., Khudonogov, A., Kruchek, V., Khamnaeva, A. (2019). Method of infrared reflectors choice for electrotechnical polymeric insulation energy-efficient drying. International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies, 515–529.
  10. Kabakov, Z., Gabelaya, D. (2013). Calculation of the angular coefficient of thermal radiation from the surface of continuous casting billet onto the support rollers with the screening effect of adjacent rollers. International Journal Of Applied And Fundamental Research, 2. Available at: http://www.science-sd.com/455-24249
  11. González, M. M., Hinojosa, J. F., Estrada, C. A. (2012). Numerical study of heat transfer by natural convection and surface thermal radiation in an open cavity receiver. Solar Energy, April 2012, 86(4), 1118–1128.
  12. Popov V.M. (2002). Metod otsinky teplovoho potoku, shcho vyprominyuyet sya poverkhneyu obertannya yak fakelom polumya. Avtoref. dys. k.t.n. spets. 05.01.01, Available at: https://revolution.allbest.ru/programming/00429032_0.html 
  13. Popov, V., Kutsenko, L., Semenova-Kulish, V. (2000). Metod otsinky teplovoho potoku, shcho vyprominyuyetsya elipsoyidom yak fakelom polumya. Kharkiv: KHIPB MVS Ukrayiny, 144.
  14. Blokh, A., Zhuravlev, Y., Ryzhkov, L. (1991). Teploobmen yzluchenyem. Spravochnyk. M.: Énerhoatomyzdat, 432.

 

Model for choosing optimal water flow rate for tank wall cooling

 

Basmanov Oleksii

National University of Civil Defence of Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-6434-6575

 

Maksymenko Maksym

National University of Civil Defence of Ukraine

http://orcid.org/0000-0002-1888-4815

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-38-1

 

Keywords: tank fire, thermal influence of fire, heat transfer, water cooling, water flow rate

 

Аnnotation

 

In this paper, we have considered the problem of choosing the optimal water flow rate for cooling the tank wall with water in the event of a fire in the adjacent tank. The optimal water flow rate is understood as the minimal flow ensuring a sufficient level of cooling. The choice of the water flow rate is based on the solution of the thermal balance equation for the tank wall and the thermal balance equation for the water film. The model takes into account the radiant heat transfer between the flame, the tank wall, the environment and the internal space of the tank. The convective heat transfer from the tank wall to water and vapor-air mixture is also taken into account. Here, we have developed an algorithm for determining the optimal water flow for cooling the tank wall. Solving the problem of choosing the rate of the cooling water flow is reduced to the sequential solution of the problems to determine the temperature distribution along the tank wall and the water film. We have constructed the functional dependence of optimal water flow rate for tank cooling on the direction and velocity of the wind. The inclination of the flame by the wind towards the adjacent tank increases the relevant heat influx, which requires a greater intensity of cooling. On the contrary, when the direction of the wind is away from the adjacent tank, the heat flux decreases. At the same time, for wind velocity greater than a certain value, the heat flux decreases to such an extent that there is no more need to cool the walls of the adjacent tank. With the perpendicular direction of the wind, at certain velocity values, there is no need to cool the walls of the adjacent tank either. The obtained results can be used to determine the rate of water flow for cooling the tank wall in the event of a fire in an adjacent tank.

 

References

 

  1. Yang,, Khan, F., Neto, E. T., Rusli, R., Ji, J. (2020) Could pool fire alone cause a domino effect? Reliability Engineering & System Safety, 202, 106976. doi: 10.1016/j.ress.2020.106976
  2. Reniers, G., Cozzani, V. (2013). Features of Escalation Scenarios. Domino Effects in the Process Industries. Elsevier, 30–42. doi: 1016/B978-0-444-54323-3.00003-8
  3. Huang, K., Chen, G., Khan, F., Yang, Y. (2021). Dynamic analysis for fire-induced domino effects in chemical process industries. Process Safety and Environmental Protection, 148, 686–697. doi: 1016/j.psep.2021.01.042
  4. Hemmatian, B., Abdolhamidzadeh, B., Darbra, R., Casal, J. (2014). The significance of domino effect in chemical accidents. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 29, 30–38. doi: 10.1016/j.jlp.2014.01.003
  5. Wu, B., Roy, S. P., Zhao, X. (2020). Detailed modeling of a small-scale turbulent pool fire. Combustion and Flame, 214, 224–237. doi: 10.1016/j.combustflame.2019.12.034
  6. Shi, C., Liu, W., Hong, W., Zhong, M., Zhang, X. (2019). A modified thermal radiation model with multiple factors for investigating temperature rise around pool fire. Journal of Hazardous Materials, 379, 120801. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.120801
  7. Ahmadi, O., Mortazavi, S. B., Pasdarshahri, H., Mohabadi, H. A. (2019). Consequence analysis of large-scale pool fire in oil storage terminal based on computational fluid dynamic (CFD). Process Safety and Environmental Protection, 123,379–389. doi: 10.1016/j.psep.2019.01.006
  8. Li, Y., Jiang, J., Zhang, Q., Yu, Y., Wang, Z., Liu, H., Shu, C.-M. (2019). Static and dynamic flame model effects on thermal buckling: Fixed-roof tanks adjacent to an ethanol pool-fire. Process Safety and Environmental Protection, 127,23–35. doi: 10.1016/j.psep.2019.05.001
  9. Yi, H., Feng, Y., Wang, Q. (2019). Computational fluid dynamics (CFD) study of heat radiation from large liquefied petroleum gas (LPG) pool fires. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 61, 262–274. doi: 10.1016/j.jlp.2019.06.015
  10. Elhelw, M., El-Shobaky, A., Attia, A., El-Maghlany, W. M. (2021). Advanced dynamic modeling study of fire and smoke of crude oil storage tanks. Process Safety and Environmental Protection, 46, 670–685. doi: 10.1016/j.psep.2020.12.002
  11. Wang, J., Wang, M., Yu, X., Zong R., Lu, S. (2022). Experimental and numerical study of the fire behavior of a tank with oil leaking and burning. Process Safety and Environmental Protection, 159, 1203–1214. doi: 10.1016/j.psep.2022.01.047
  12. Semerak,, Pozdeev, S., Yakovchuk, R., Nekora, O., Sviatkevich, O. (2018). Mathematical modeling of thermal fire effect on tanks with oil products. MATEC Web of Conferences, 247(00040). doi: 10.1051/matecconf/201824700040
  13. Abramov, Y. A., Basmanov, O. E., Mikhayluk, A. A., Salamov, J. (2018). Model of thermal effect of fire within a dike on the oil tank. Naukovyi Visnyk NHU, 2, 95–100. doi: 10.29202/nvngu/2018-2/12
  14. Basmanov, O., Maksymenko, M. (2022). Modeling the thermal effect of fire to the adjacent tank in the presence of wind. Problems of emergency situations, 1(35), 239–253. doi: 10.52363/2524-0226-2022-35-18
  15. Wu, Z., Hou, L., Wu, S., Wu, X., Liu, F. (2020). The time-to-failure assessment of large crude oil storage tank exposed to pool fire. Fire Safety Journal, 117 (103192). doi: 10.1016/j.firesaf.2020.103192.
  16. Espinosa, N., Jaca, R. C., Godoy, L. A. (2019). Thermal effects of fire on a nearby fuel storage tank. Journal of Loss Prevention in the Process Industries,62(103990). doi:10.1016/j.jlp.2019.103990
  17. Maksymenko, M. (2023). A model of cooling the tank shell by water in the case of a fire in an adjacent tank. Problems of emergency situations, 1 (37), 156– doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-11
  18. Abramov, Y., Basmanov, O., Salamov, J., Mikhayluk, A., Yashchenko, O. (2019). Developing a model of tank cooling by water jets from hydraulic monitors under conditions of fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Ecology, 1/10 (97), 14–20. doi: 15587/1729-4061.2019.154669
  19. Fire Fighting Leader Handbook. (2017). Kyiv book and magazine factory, 2017, 320
  20. Zhang, X., Hu, L., Wu, L., Kostiuk, L. W. (2019). Flame radiation emission from pool fires under the influence of cross airflow and ambient pressure. Combustion and Flame, 202, 243–251. doi: 10.1016/j.combustflame.2019.01.015

 

Quantitative control of technological haracteristics of activated sludge in environmental biotechnologies

 

Valentyna Iurchenko

M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv

http://orcid.org/0000-0001-7123-710X

 

Svetlana Tkachenko

M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv

http://orcid.org/0000-0001-9542-5869

 

Yulia Levashova

M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv

http://orcid.org/0000-0001-6323-2114

 

Natalia Kosenko

M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv

http://orcid.org/0000-0002-4554-0305

 

Oksana Melnikova

M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv

http://orcid.org/0000-0001-5649-2997

 

Ganna Chernyshenko

M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv

http://orcid.org/0000-0002-0685-925X

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-37-24

 

Keywords: activated sludge, flakes, technological characteristics, shape, dimensions, structure, sedimentation properties, adhesion

 

Аnnotation

 

For the quantitative control of the technological characteristics of activated sludge in biological treatment plants, a computerized method was developed as part of the presented research, the use of which increases the reliability and man-made safety of the operation of biological treatment plants. The methodology is based on the quantitative determination of geometric (area, volume) and morphological (shape and structure) characteristics of activated sludge flakes during the processing of microphotographs of sludge in the Image J software product. Photographing of microscopic images of sludge was performed at a magnification of 100 times and zoomed using micrometer eyepiece. Currently, the morphological characteristics of activated sludge are determined only visually, which does not allow averaging the data of a large number of samples and generally determines the subjective nature of the assessments. Studies of sludge flakes in adhesions on membranes of a membrane biological reactor showed that flakes from the surface aerobic zone of adhesions have a somewhat rounder shape, smaller linear dimensions, area and volume than sludge flakes from the anaerobic zone in the depth of adhe-sions. Studies of the effect of magnesium ions on the properties of activated sludge flakes showed that with an increase in the concentration of magnesium in the sludge liquid, there is a decrease in the roundness of the flakes, a slight deterioration of the structure, but there is a much more significant increase in linear dimensions (by almost 60 %), area (by 134 %) and extraordinary increase (by 275 %) in the volume of flakes. These indicators indicate an improvement in the technological properties of the flakes and a reduction in their ability to stick to the reactor membranes. The developed computerized technique makes it possible to significantly detail and clarify the results of visual evaluations of the technological characteristics of activated sludge flakes and to detect the smallest changes in the morphological indicators of flakes in various wastewater treatment technologies in a large array of data.

 

References

 

  1. Sustainable Cities And Towns Campaign Available at: https://sustainableeu/sustainable-cities-platform/
  2. Burkinsky, B. V, Stepanov, V. N. Kharichkov, S. K. (2005). Economic and ecological foundations of regional nature management and development. Odesa: Phoenix, 575. Available at: https://nvd-nanu.org.ua/d578f989-9d9f-e859-760b-dd2853739841/
  3. Zgurovsky, M. Z. (2009). Sustainable development of the regions of Ukraine. Kiev: NTUU «KPI», 197. Available at: http://irbis-nbuv.gov.ua/ulib/item/ukr0000013879
  4. Henze, M., Harremoës, P., Jansen, J. l. C., Arvin E. (2002). Wastewater Treatment: Biological and Chemical Processes. Berlin; New York: Springer, 430. Available at: https://
    dtu.dk/en/publications/wastewater-treatment-biological-and-chemical-processes-2
  5. Zhmur, N. S. (2003). Technological and biochemical processes of wastewater treatment at facilities with aerotanks. Moscow: AQUAROS, 512. Available at: https://elima.ru/books/?id=5483
  6. Blinova, N. K., Kravchenko, A. (2018). Modern problems of biological wastewater treatment and ways to solve them. Visnik of the Volodymyr Dahl east Ukrainian national university, 3(244), 14. Available at: https://deps.snu.edu.ua/media/filer_public/35/56/3556d222-10ff-4466-939f-18fc2496c428/visnik_3_244_.pdf
  7. Eikelboom, D. (2000). Process Control of Activated Sludge Plants by Microscopic Investigation. London: IWA Publishing, 163. Available at: https://www.
    com/sites/default/files/ebooks/9781900222297.pdf
  8. Mark, C. M. van Loosdrecht, Per H. Nielsen, Carlos, M. Lopez-Vazquez and Damir Brdjanovic. (2005). Experimental Methods In Wastewater Treatment. Published by IWA Publishing, London, UK, 362. Available at: https://experimentalmethods.org/wp-content/uploads/2018/01/Experimental-Methods-in-Wastewater-Treatment.pdf
  9. Jenneé, R., Banadda, E., Smets, I., Van Impe, J. (2007). Monitoring activated sludge settling properties using image analysis. Water Science Technology, 50(7), 281. doi: 10.2166/wst.2004.0471
  10. Xu, D., Li, J., Ma, T. (2021). Rapid aerobic sludge granulation in an integrated oxidation ditch with two-zone clarifiers. Water Research, 175. doi: 10.1016/j.watres.2020.115704
  11. D’Antoni, B.M., Iracà, F., Romero, M. (2017). Filamentous foaming and bulking in activated sludge treatments: causes and mitigation actions. Brief review. doi: 10.13140/RG.2.2.29506.58560
  12. Sam, T., Le Roes-Hill, M., Hoosain, N., Welz, P. (2022). Strategies for controlling filamentous bulking in activated sludge wastewater treatment plants: the old and the new J. Water, 14(20), 3223. doi: 10.3390/w14203223
  13. Ai, S., Du, L., Wang, Z., Shao, L., Kang, H., Wang, F. and Bian, D. (2021). Effect of controlling filamentous bulking sludge by Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process, E3S Web of Conferences, 261, 04031. doi: 10.1051/e3sconf/202126104031
  14. Shchetinin, A. I., Yurchenko, V. A., Malbiev, B. Y., Mikhnev, A. N., Melnik, A., Korobkina, I. A. (2006). Filamentous activated sludge bulking and the effect of nutrient removal J. Chemistry and technology of water, 259(4), 83. Available at: http://jwct.org.ua/uk/home-uk.html
  15. Gulshin, I. (2017). The settling behavior of an activated sludge with simultaneous nitrification and denitrification. Matec Web of Conferences, 106. doi: 10.1051/matecconf/201710607002
  16. Mesquita, D. P., Amaral, A. L., Ferreira, E. C. (2013). Activated sludge characterization through microscopy: a review on quantitative image analysis and chemometric techniques. Analytica Chimica Acta, 802, 14. doi: 10.1016/j.aca.2013.09.016
  17. Mikkelsen, L. H., Keiding, K. (2002). The shear sensitivity of activated sludge: an evaluation of the possibility for a standardised floc strength test. Water Research, 36, 2931. doi: 10.1016/S0043-1354(01)00518-8
  18. Van Dierdonck, J., den Broeck, R., Vansant, A., Van Impe, J., Smets, I. (2013). Microscopic image analysis versus sludge volume index to monitor activated sludge bioflocculation: a case study. Separation Science and Technology, 48, 1433. doi: 10.1080/01496395.2013.767836
  19. Winkler, M. K., Kleerebezem, R., Strous, M., Chandran, K., van Loos-drecht, (2013). Factors influencing the density of aerobic granular sludge. Applied Microbiology and Biotechnology, 97.7459-7468. doi: 10.1007/s00253-012-4459-4
  20. Jan Hoinkisa, Shamim A. Deowan, Volker Panten, Alberto Figoli, Rong Rong Huang (2012). Enrico Drioli, Membrane Bioreactor (MBR) Technology – a Promising Approach for Industrial Water Reuse. Procedia Engineering, 33, 234. doi: 10.1016/j.proeng.2012.01.1199
  21. Aslam, M., Charfi, A., Lesage, G., Heran, M., Kim, J. (2017). Membrane bioreactors for wastewater treatment: A review of mechanical cleaning by scouring agents to control membrane fouling. Chemical Engineering Journal, 307, 897–913. doi: 10.1016/j.cej.2016.08.144
  22. Arabi S., Nakhla G. (2009). Impact of cation concentrations on fouling in membrane bioreactors Journal of Membrane Science, 343, 110–118. doi: 10.1016/j.memsci.2009.07.016