Проведений аналіз сучасних джерел вітчизняної та світової наукової літератури виявив, що однією з найбільш поширених і нагальних потреб при очищенні природних і стічних вод є якість фільтрувального завантаження і необхідність періодичної його заміни. Враховуючи вітчизняні особливості природних ресурсів та економічні показники, найбільш конкурентоспроможними є два типи сировини для фільтрувального завантаження: гравій-пісок з природного матеріалу (гірської породи, що пройшла підготовку подрібненням) кліноптилоліту Сокирницького родовища та штучний матеріал на базі спінених гранул харчових марок полістиролу.
Літературний аналіз існуючих фізико-математичних моделей основної стадії фільтрування виявив, що вони не враховують особливостей початкової стадії фільтрування. Ці моделі були розроблені для випадку використання кварцового піску у якості фільтрувального завантаження, що має від’ємний заряд ζ-потенціалу. Крім того, актуальні наукові публікації засвідчують, що застосування сучасних високоточних вимірювальних приладів дозволило провести прямі вимірювання ζ-потенціалу пінополістиролу та визначити, що його заряд є додатнім. Даний експериментально визначений факт, відповідно до закону Кулона, переносить параметр ζ-потенціалу з категорії факторів, що заважають затриманню колоїдних частинок (переважна більшість яких має від’ємний заряд ζ-потенціалу) гранулою пінополістирольного завантаження у категорію факторів, що сприяють даному процесу. Це викликало необхідність розробки фізико-математичної моделі початкової стадії фільтрування водної суспензії через фільтр із зернистим завантаженням, що доповнює існуючі фізико-математичні моделі процесу фільтрування.
Зважаючи на формулювання та постановку задачі, для її розв’язку було застосовано потужності сучасних інформаційних технологій. Для цієї мети найкращим чином підходить використання апарату алгоритмічних засобів до параметрів технологічного моделювання. На базі розробленої фізико-математичної моделі процесу фільтрування водних суспензій та параметрів, що є загальновідомими з наукових літературних джерел, розроблено логічну структуру алгоритму вибору оптимальних технологічних і конструктивних параметрів фільтра з зернистим завантаженням.
На основі розробленої фізико-математичної моделі було заплановано та проведено порівняльні досліди з очищення природних та доочищених стічних вод за допомогою вищезазначених фільтрувальних матеріалів. З цією метою були розроблені відповідні методики досліджень та дослідні установки. На базі результатів цих досліджень було розроблено емпіричну модель процесу фільтрування водної суспензії через фільтр із зернистим завантаженням для очистки поверхневих (природних) та доочистки стічних вод. Проте, недоліком даної моделі виявилась її точковість для конкретних об’єктів досліджень, тобто не універсальність.
Тому виникла необхідність у розробці універсальної теоретичної моделі вищезазначеного процесу. Для цього було застосовано сучасні математичні засоби оптимізації роботи штучних нейронних мереж. Коректність роботи алгоритму оптимізації перевірено шляхом порівняння з результатами експериментальних досліджень на реально діючих об’єктах водопідготовки. Недоліком такого підходу виявилась неможливість визначення частини параметрів за допомогою алгоритму оптимізації.
Поєднання означених вище факторів створило необхідність розробки змішаної або напівемпіричної моделі у вигляді алгоритму технологічного моделювання фільтрування водної суспензії через зернисте завантаження. В якому технологічні та конструктивні параметри, які можна коректно визначити із застосуванням математичних засобів оптимізації, визначаються за допомогою розробленої теоретичної моделі. А всі інші задаються у напівемпіричній моделі як константи та визначаються за допомогою розробленої емпіричної моделі.
В результаті застосування даної напівемпіричної моделі розроблено конструкцію прояснювального фільтра - затримувача фітопланктону для очистки оборотних вод державного підприємства «Червонослобідський спиртзавод», що займається переробкою сільськогосподарської продукції. Завдяки чому розроблено нову конструкцію прояснювального фільтра - затримувача фітопланктону. Практичне застосування такого фільтра забезпечило необхідний рівень затримки клітин та конгломератів ціанобактерій з очищуваних вод. Впровадження науково-технічних розробок одержаних у даному дослідженні дало змогу підвищити економічну ефективність оборотного використання стічних вод Червонослобідського спиртзаводу в 1,5 - 1,7 разів у порівнянні з ринковими пропозиціями механічних фільтрів.
