Mathematical Modeling and Software for Calculating Regimes of Galvanic Wastewater Purification from Heavy and Nonferrous Metals in Devices with Flow-Through Three-Dimensional Electrodes
Valentina Vladimirovna KUZINA,
Valery Konstantinovich VARENTSOV,
Alexander Nikolaevich KOSHEV,
Gleb Mikhailovich KUPRIYANKO https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2023-35(3)-6
Abstract
The paper briefly discusses progressive technologies of wastewater treatment from ions of heavy and nonferrous metals of industrial and small enterprises of urban agglomerations. An analysis of the efficiency of three-dimensional flow-through electrodes for wastewater treatment of harmful reagents is given. The mathematical models of electrochemical processes in three-dimensional flow-through electrodes as applied to extract metals from the solutions of galvanochemical industries are presented. The description of the set of programs developed in the programming language Object Pascal for computational experiments according to the obtained mathematical models is given. Numerical solution of scientific problem of practical importance has been obtained by using the program complex. A good correspondence between the results of calculations and experiments is shown.
About the Authors
Valentina Vladimirovna KUZINA
Penza State University of Architecture and Construction
Russian Federation
Russian Federation
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department "Information and Computer Systems" at Penza State University of Architecture and Construction
Valery Konstantinovich VARENTSOV
Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry of Siberian branch of Russian Academy of Scienc
Russian Federation
Russian Federation
Doctor of Technical Sciences, Professor, leading research associate of the Laboratory of heterogeneous systems at the Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS
Alexander Nikolaevich KOSHEV
Penza State University of Architecture and Construction
Russian Federation
Russian Federation
Doctor of Chemical Sciences, Professor, Professor of the Department of information and computer systems at Penza State University of Architecture and Construction
Gleb Mikhailovich KUPRIYANKO
Penza State University of Architecture and Construction
Russian Federation
Russian Federation
Postgraduate student of the Department "Information and Computer Systems" Penza State University of Architecture and Construction
References
1. Свергузова С.В. Комплексное обезвреживание сточных вод, утилизация осадков водоочистки и вторичное использование гипсо- и металлсодержащих промышленных отходов. 2008. Автореферат докторской диссертации, КГТУ, г. Казань, 38 с. / Sverguzova S.V. Integrated wastewater neutralization, utilization of water treatment sludge and recycling of gypsum and metal-containing industrial waste, 2008. Author's abstract of doctoral dissertation, KSTU, Kazan, 38 p. (in Russian).
2. Арутюнян Д.М., Трегубов А.Ю. Способ очистки промывных вод и отработанных электролитов. 2017. В сборнике трудов конференции, Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, стр. 81-83. Arutyunyan D.M., Tregubov A.Yu. Method for purification of wash water and spent electrolytes. In the Proceedings of the conference, Volgograd State Technical University, Volgograd, 2017, pp. 81-83. (in Russian).
3. Синельцев А.А. Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью модифицированного гранулированного глауконита. 2016. Автореферат кандидатской диссертации, Казан. нац. исслед. технол. ун-т., Казань, 22 с. / Sineltsev A.A. Sorption purification of wastewater from heavy metal ions using modified granulated glauconite, 2016. Ph.D. thesis abstract, Kazan National Research Technological University, Kazan, 22 p. (in Russian).
4. Варенцов В.К., Кошев А.Н., Варенцова В.И. Современные проблемы электролиза и задачи оптимизации процессов в реакторах с трехмерными углеродными электродами. Пенза: ПГУАС, 2015. 284 с. / Varentsov V.K., Koshev A.N., Varentsova V.I. Modern problems of electrolysis and optimization problems of processes in reactors with three-dimensional carbon electrodes: monograph. Penza: PSUAC, 2015, 284 p. (in Russian).
5. Варенцов В.К., Кошев А.Н., Варенцова В.И., Кузина В.В. Окислительно-восстановительные процессы на проточных трехмерных электродах. Математическое моделирование. Теория. Эксперимент. Пенза: ПГУАС, 2020, 172 с. / Varentsov V.K., Koshev A.N., Varentsova V.I., Kuzina V.V. Oxidation-reduction processes on flowing three-dimensional electrodes. Mathematical modeling. Theory. Experiment: monograph. Penza: PSUAC, 2020, 172 p. (in Russian).
6. Кузина В.В., Варенцов В.К., Кошев А.Н. Теория, математическое моделирование и экспериментальные исследования электрохимических процессов в проточных трехмерных электродах при электроосаждении металлов из растворов гальванических производств. Пенза: ПГУАС, 2022, 204 с. / Kuzina V.V., Varentsov V.K., Koshev A.N. Theory, mathematical modeling, and experimental studies of electrochemical processes in flowing three-dimensional electrodes during electrodeposition of metals from galvanic solutions: monograph. Penza: PSUAC, 2022, 204 p. (in Russian)
7. Варенцов В.К. Электролиз с трехмерными электродами в процессах регенерации металлов из промывных растворов гальванических производств / Известия Сибирского отделения Академии наук Союза Советских социалистических республик (СО АН СССР). Сер. химических наук. 1988. Вып. 3. Стр. 124-138. / Varentsov V.K. Electrolysis with three-dimensional electrodes in the processes of metal regeneration from washing solutions of galvanic production / Proceedings of the Siberian Branch of the AS USSR. Ser. of Chemical Sciences, 1988, vol. 3, pp. 124-138. (in Russian).
8. Скороходов В.Ф., Китаева А.С., Бирюков В.В., Никитин Р.М., Артемьев А.В. Компьютерноe моделированиe процессов очистки промышленных сточных вод для выбора их оптимальных параметров. 2019. В сборнике трудов конференции "Теория и практика системной динамики". Кольский научный центр Российской академии наук (Апатиты), апрель 2019. стр. 137-139. / Skorokhodov V.F., Kitaeva A.S., Biryukov V.V., Nikitin R.M., Artemyev A.V. Computer modeling of industrial wastewater treatment processes to select their optimal parameters. In Proceedings of the conference "Theory and practice of system dynamics". Kola Scientific Center of the Russian AS (Apatity), April, 2019, pp. 137-139. (in Russian).
9. Ньюмен Дж. [Newman J.] Электрохимические системы. М.: Мир, 1977. 463 с. / Newman J. Electrochemical Systems. Moscow: Mir, 1977, 463 p. (in Russian).
10. Sioda R.E. Flow through electrodes composed of parallel screens. Electrochem Acta, 1977, vol. 22, nom. 4, pp. 439–443.
11. Маслий А.И., Поддубный Н.П., Медведев А.Ж. Влияние скорости и направления протока раствора на осаждение металла внутри пористого электрода. Конечная масса осадка и его распределение. Электрохимия, 2006. Т.42, №2. Стр. 183-189. / Masliy A.I., Poddubny N.P., Medvedev A.J. The influence of the speed and direction of the flow of the solution on the deposition of metal inside the porous electrode. The final mass of the sediment and its distribution / Electrochemistry, 2006, vol. 42, nom. 2, pp. 183-189. (in Russian).
12. Кошев А.Н., Варенцов В.К., Чиркина М.А. Анализ математических моделей и теория распределения поляризации проточных объемно-пористых электродов. Физикохимия поверхности и защита материалов. 2009. Т. 45. № 4. Стр. 441-448. / Koshev A.N., Varentsov V.K., Chirkina M.A. Analysis of mathematical models and polarization distribution theory of flow-through porous electrodes / Fizikokhimiya surface and protection of materials, 2009. vol. 45, nom. 4, pp. 441-448. (in Russian).
13. Кошев А.Н., Варенцов В.К., Чиркина М.А., Камбург В.Г. Математическое моделирование и теория распределения поляризации в электрохимических реакторах с проточными объемно-пористыми катодами/ А. Н. Кошев, // Математическое моделирование. 2011. Т. 23. № 8. Стр. 110-126. / Koshev A.N., Varentsov V.K., Chirkina M.A., Kamburg V.G. Mathematical modeling and theory of polarization distribution in electrochemical reactors with flow-through volume-porous cathodes / Mathematical modeling, 2011, vol. 23, nom. 8, pp. 110-126. (in Russian).
14. Гвоздева И.Г., Кошев А.Н., Воронцов А.А. Программный комплекс для расчета параметров электрохимического процесса в проточных углеродных волокнистых электродах. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2022616439, 08.04.2022. Заявка № 2022614434 от 24.03.2022. / Gvozdeva I.G., Koshev A.N., Vorontsov A.A. Software complex for calculating the parameters of the electrochemical process in flowing carbon fiber electrodes. Registration certificate of software 2022616439, 08.04.2022. Application number 2022614434 of 24.03.2022. (in Russian).
15. Official website of the Free Pascal compiler. [Electronic resource] Access mode: https://www.freepascal.org/ (Accessed 02/15/2023).
16. Official website of the GMP library. [Electronic resource] Access mode: https://www.gmplib.org/ (Accessed 20.02.2023).
17. Жорняк А.Г., Морозова Т.А. Применение среды разработки LAZARUS для научных и инженерных исследований. Часть I. Математические вычисления и визуализация полученных результатов. Научно-технический вестник Поволжья. 2023. № 1. С. 56-59. / Zhornyak A.G., Morozova T.A. Application of the LAZARUS development environment for scientific and engineering research. Part I. Mathematical calculations and visualization of the results obtained. Scientific and technical bulletin of the Volga region. 2023. No. 1. pp. 56-59.
18. Варенцов В.К., Кошев А.Н. Теоретические и экспериментальные исследования эффекта образования анодных зон в объеме катодно-поляризованного трехмерного электрода из углеродного волокнистого материала. // Теоретические основы химической технологии. 2022. Т. 56. № 4. Стр. 464-473. / Varentsov V.K., Koshev A.N. Theoretical and experimental studies of the effect of anodic zones formation in the cathodically polarized three-dimensional electrode made of carbon fiber material. / Theoretical basis of chemical technology, 2022, vol. 56, nom. 4, pp. 464-473. (in Russian) DOI: 10.31857/S0040357122040078.
Review
For citations:
KUZINA V.V., VARENTSOV V.K., KOSHEV A.N., KUPRIYANKO G.M. Mathematical Modeling and Software for Calculating Regimes of Galvanic Wastewater Purification from Heavy and Nonferrous Metals in Devices with Flow-Through Three-Dimensional Electrodes. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2023;35(3):83-90. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2023-35(3)-6
Email this article 