РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОй ДЕГРАДАЦИИ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ГЕТЕРОГЕННОЙ ВОДНОЙ СРЕДЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ КИНЕМАТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ ПСЕВДО - ПЕРВОГО ПОРЯДКА

Применение кинематических моделей к интерпретации экспериментальных данных в области фотокаталитического очищения водных загрязнителей позволяет оптимизировать систему фотореактора, чтобы достичь достаточного объема фотореактора и минимизировать ту часть реактора, которая не облучается. Простейшие модели кинетики нулевого или первого порядка достаточны для описания и моделирования процесса фотоминерализации органических соединений. Существуют ряд фотокаталитических процессов, которые имеют нелинейный характер и не могут быть описаны кинетическим уравнением псевдо-первого порядка. В статье конкретно рассматривается задача оптимизации групповой реализации фотокаталитического процесса в любой зафиксированной момент в гетерогенно загрязненной среде, где степени загрязнения мест взятия проб воды составляют упорядоченное линейное множество. Целью настоящей работы является: 1.Формирование обобщенной нелинейной модели процесса фотокаталитического очищения вод; 2.Оптимизация группового процесса очищения вод на территории с гетерогенной степенью загрязнения вод. Проанализированы условия применения кинематического уравнения псевдо-первого порядка для оптимизации фотокаталитического очищения загрязнителей в гетерогенной водной среде. Для решения задачи оптимизации учитываем специфику группового процесса фотокаталитического очищения в гетерогенной среде, где обнаруживается функциональная связь между основными технологическими показателями и применяется некоторое ограничительное условие. Физической смысл дополнительно вводимого ограничительного условия применительно к основным технологическим показателям заключается в ограничение средств, пригодных для реализации метода группового фотокатализа. С учетом этого обстоятельства, несколько сужается пространство возможных функций пригодных для аппроксимации указанной функциональной связи. Предложен параметрический метод оптимизации группового каталитического процесса, предусматривающее наложение ограничительного условия на искомую оптимальную функцию. Дано решение модельной задачи минимизации оставшегося в заданный момент загрязнения с применением метода безусловной вариационной оптимизации.

фотокатализ, оптимизация, кинематическое уравнение, моделирование, органические загрязнители, кинематическая модель, фотореактор, кинетическое уравнение, гетерогенность, загрязненная среда

1. Chong M.N., Jin B., Chow C.W.K., Saint C. Recent developments in photocatalytic water treatment technology: a review // Water Research. - 2010. -Vol. 44. - P. 2997-3027.

2. Liu W., He T., Wang Y., Ning G., Xu Z., Chen X., Hu X., Wu Y., Zhao Y. Synergistic adsorption - photocatalytic degradation effect and norfloxacin mechanism of ZnO/ZnS@BC under UV - light irradiation // Scientific Reports. - 2020. - Vol. 10. - P. 11903. doi:10.1038/s41598-020-68517-x .

3. Xian T. Enhanced photocatalytic activity of BaTiO3@g-C3N4 for the degradation of methyl orange under simulated sunlight irradiation // J. Alloys Compd. - 2015. - No 622. - P. 1098-1104.

4. Malato S., Fernandez-Ibanez P., Maldonado M.I., Blanco J., Gernjak W. Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: recent overview and trends // Catal Today. - 2009. - Vol. 147. - P. 1-59.

5. Cho M., Chung H., Choi W., Yoon J. Linear correlation between inactivation of E. coli and OH radical concentration in TiO2 photocatalytic disinfection // Water Res. - 2004. - Vol. 38. - P. 1069-1077.

6. Cho M., Yoon J. Measurement of OH radical CT for inactivating Cryptosporidium parvum using photo/ferrioxalate and photo/TiO2 systems // J. Appl. Microbial. - 2008. - Vol. 104. - P. 759-766.

7. Marugan J. van Grieken R., Sordo C., Cruz C. Kinetics of the photocatalytic disinfection of Escherichia coli suspensions // Appl. Catal. B: Environ. - 2008. - Vol. 82. - P. 27-36.

8. Cho M., Chung H., Yoon J. Disinfection of water containing natural organic matter by using ozone - initiated radical reactions // Appl. Environ. Microbial. - 2003. - Vol. 69. - P. 2284-2291.