On the question of optimization of the oil slick biodestruction in the bodies of water


Cite item

Full Text

Abstract

We propose the system of nonlinear partial differential equations of parabolic type that describes the processes of oil pollution of water surface and bacterial degradation of this contamination. Problem of the parametric optimization of the acceleration process of degradation of the oil pollution is solved using this model. Optimality criterion is to minimize the time spent on destruction of oil pollution. Coefficient, characterizing the rate of population growth of bacteria, is selected as control parameter. Research is conducted using linearization of functions from the right-hand side of an equation in the neighborhood of solutions having practical significance. Also using the simplified model we obtain the formula that allows to predict the time for necessary destruction level progressing. Checking the results obtained for the linear equations is made using MATLAB. A comparison of experimental data and the calculated values is carried on to show the suggested model adequacy.

About the authors

Olga S Afanaseva

Samara State Technical University

Email: afanaseva.os@samgtu.ru
(Cand. Tehn. Sci; afanaseva.os@samgtu.ru), Associate Professor, Dept. of Applied Mathematics & Computer Science 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Galina F Egorova

Samara State Technical University

Email: galahouse2009@mail.ru
(Cand. Tehn. Sci; galahouse2009@mail.ru; Corresponding Author), Associate Professor, Dept. of Applied Mathematics & Computer Science 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Ludmila V Kaidalova

Samara State Transport University

Email: ludmila.kaid@gmail.com
(Cand. Phys. & Math. Sci; ludmila.kaid@gmail.com), Associate Professor, Dept. of Hight Mathematics 18, First Bezimyanniy per., Samara, 443066, Russian Federation

References

  1. Научные аспекты экологических проблем России / ред. Ю. А. Израэль, Н. Г. Рыбальский. М.: НИА-Природа, 2012. 349 с.
  2. Wedepohl P. M., Lutjeharms J. R. E., Meeuwis M. Surface drift in the South-East Atlantic Ocean // South African Journal of Marine Science, 2000. vol. 22, no. 1. pp. 71-79. doi: 10.2989/025776100784125672.
  3. Мурыгина В. П., Маркарова М. Ю., Трофимов С. Я., Гайдамака С. Н. Разливы нефти растут быстрее чем добыча. Настоящее и будущее биоремедиации почв // Экология и жизнь, 2014.
  4. Артюх Е. А., Мазур А. С., Украинцева Т. В., Костюк Л. В. Перспективы применения биосорбентов для очистки водоемов при ликвидации аварийных разливов нефти // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), 2014. № 26 (52). С. 58-66.
  5. Atlas R., Bragg. J. Bioremediation of marine oil spills: when and when not - the Exxon Valdez experience // Microbial Biotechnology, 2009. vol. 2, no. 2. pp. 213-221. doi: 10.1111/j.1751-7915.2008.00079.x.
  6. Дембицкий С. И., Панина О. В., Корнев А. А. Геолого-геофизические методы оценки техногенного воздействия нефтепоисковых работ на природную среду морских акваторий // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2014. № 1. С. 34-44.
  7. Корнев А. А. Математическое моделирование загрязнения углеводородами акваторий морей континентального шельфа // Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем, 2009. № 7.
  8. Tkalich P. Oil Spill Modelling with a CFD (Computational Fluid Dynamics) Approach / Proc. of Sixth International Marine Environmental Modelling Seminar (2-4 September 2002). Trondheim, Norway, 2002. pp. 255-274.
  9. Дембицкий С. И., Дунаев И. М., Лаврентьев А. В., Ларионов А. В., Уртенов М. Х. Математические модели динамики и деструкции нефтяного слика на акватории моря. Краснодар: КубГУ, 2003. 71 с.
  10. Krapivin V. F., Phillips G. W. Application of a global model to the study of Arctic basin pollution: radionuclides, heavy metals and oil hydrocarbons // Environmental Modelling & Software, 2001. vol. 16. pp. 1-17. doi: 10.1016/S1364-8152(00)00031-1.
  11. Ризниченко Г. Ю. Математические модели в биофизике и экологии. М.: Институт компьютерных исследований, 2003. 184 с.
  12. Нахушев А. М. Уравнения математической биологии. М.: Высшая школа, 1995. 301 с.
  13. Пат. 2268934 РФ. Штамм Phyllobacterium myrsinacearum DKS-1 для деструкции нефтяных углеводородов солоноватоводных экосистем / Дзержинская И. С., Куликова И. Ю., Сопрунова О. Б. // Заявлено 28.10.03. Опубликовано 27.01.06. Бюл. № 3.
  14. Аушева Х. А., Гончарук Д. А., Бабусенко Е. С., Маркичев Н. С. Влияние толщины нефтяной пленки на динамику ее биодеструкции под действием биопрепарата на основе иммобилизованных клеток Acinetobacter valentis // Химическая промышленность сегодня, 2007. № 4. С. 41-43.
  15. Куликова И. Ю. Биопрепарат на основе углеводородокисляющего штамма Phyllobacterium myrsinacearum DKS-1 для восстановления нефтезагрязненных морских акваторий // Вода: химия и экология, 2011. № 7. С. 59-64
  16. Сидоров А. В., Морозов Н. В. Управляемая биоремедиация нефтяных загрязнений в природных водоемах как фактор здоровой экологии человека (на примере региона республики Татарстан) // Вестник Оренбургского государственного университета, 2009. № 6(112). С. 512-516.
  17. Албулов А. И., Самуйленко А. Я., Фролова М. А., Мурыгина В. П., Гайдамака С. Н., Фролов Ю. Д. Технологии производства товарной формы препарата-нефтедеструктора «Родер» и эффективность применения этих форм в лабораторных условиях и в природе // Изв. Самар. научн. центра РАН, 2013. Т. 15, № 3-5. С. 1545-1549.
  18. Murygina V. P., Markarova M. Y., Kalyuzhnyi S. V. Application of biopreparation “Rhoder” for remediation of oil polluted polar marshy wetlands in Komi Republic // Environ. Int., 2005. vol. 31, no. 2. pp. 163-166. doi: 0.1016/j.envint.2004.09.010.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2014 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).