Hidrológiai Közlöny 1971 (51. évfolyam)
3. szám - Dr. Benedek Pál: Tervezési irányelvek módosítása az eleveniszapos szennyvíztisztításnál (I. rész)
106 Hidrológiai Közlöny 1971. 3. sz. Dr. Benedek P.: Tervezési irányelvek A baktérium-szaporodás kinetikája Monod [44] és Herbert [32] munkássága alapján köztudott, hogv egy termosztátba helyezett, oxigénnel kielégítően ellátott és kevert baktériumkultúra szaporodása, ha ennek csak a széntartalmú tápanyagforrás ($-koncentrációval jelöljük) a korlátozója, a következő egyenlettel írható le: dX 1 1 v x = ~~r,— -^r— = v X l S dí I, S + K n (1) V X illetve dí X 1 K AX 1 S=k[S, dí = kiSX l t (la) illetve d S d t dS 1 _v x d t X 1 y' 1 dX x v x S y dt y S + K m (2) (2a) A (2) egyenlet értelmében tehát a baktériumszaporodás sebessége (ellentett előjellel) arányos a tápanyaglebontás sebességével ós a konstans arányossági tényező y. (la) és (2a) kombinációjából pedig adódik: dS =k,SX u dt 1 1 (2b) --v~—k e. (lb) folyamattal, az oxigénfogyasztással (respiráció, légzés) lesz teljes. Az S töménységű szervesanyag (1—y) hányada energiatermelő oxidációhoz szükséges és a k eX 1 sejtanyaglebontás is oxigénfelhasználást igényel. Végeredményben tehát a (2) és (3) egyenletek „kiegészítő" egyenletét így írhatjuk fel: dO, 1 dí X 1 •=KRV, + K', (4) ahol v x az X y koncentrációjú baktériumtömeg (melyet a szennyvíztisztításban az eleveniszap szerves frakciójával helyettesítünk) fajlagos szaporodási sebessége. Az egyenletben két konstans szerepel: v X f mely a v x maximális értéke (és ez korlátlan tápanyagbőségnél áll be) majd K m, mely a v x félértékéhez tartozó tápanyagkoncentráció. Az (1) egyenlet egyébként hiperbola egyenlete, melyet kis tápanyagkoncentrációnál (S <§ K m) érintőjével helyettesíthetünk. Utóbbi egyenlete: ahol a fajlagos légzési sebesség közismert nemzetközi jele k r, (bár a logika úgy kívánná, hogy minden fajlagos sebesség fogalmat u-vel jelezzünk!) és lc r, valamint k e r az (1—y). illetve k e konstansok „oxigén-egyenértéke", azaz közelítőleg 1,4-el szorzott értéke. A (4) egyenlet X x-el megszorozva: r — dOa át -k fi i d S dt + h$X 1 (4a) ahol k[ = konstans, (a v x ós Km konstansok hányadosa). Az eleveniszapos szennyvíztisztítás gyakorlati eseteiben az (la) összefüggés kielégítő pontossággal írja le a tényleges szaporodási viszonyokat. Gyakorlati tapasztalat alapján a tápanyag eltávolítás sebességére felírható még, hogy Ez közismert gyakorlati összefüggés, a respiráció: r egyenlete. Összefoglalva, tehát, az (lb), (2) és (4) egyenletek olyan egyenletrendszert alkotnak, mely teljes egészében leírja a tápanyaglebontásból származó baktériumszaporodás időbeli változását. A differenciálegyenletrendszer megoldásával nyerjük az 1. ábra görbéit. ahol = k'jy. Ugyancsak a tapasztalat mutatja, hogy a baktériumok állandóan folytatnak (ellentett értelmű), ún. endogén anyagcserét, vagyis saját sejtanyagaikat égetik, oxidálják, melynek egyenlete így írható : ahol lc e az ún. endogén lebomlási konstans, vagy átírva: -^± = k eX 1. (3a) A nettó szaporodási sebesség, v x n, tehát a (1) és (3) egyenletek előjel-helyes összege: A baktériumok anyagcsere tevékenysége még egy harmadik, az előzőkkel párhuzamosan zajló Az eleveniszap azonban nem egynemű (homogén) baktériumkultúra, hanem adott üzemi körülmények (hőmérséklet, pH, 0 2 koncentráció, tápanyagösszetétel stb.) között kialakult különféle baktériumfajok dinamikus együttélése. Az üzemi körülmények legfontosabbika, hogy az üzem folytonos táplálású, a vízhozam (q) és a tápanyaghozam (qS 0), vagy más szóval szervesanyag-(BOI 5) terhelés — kisebb ingadozásoktól eltekintve — az időben állandó. Ha tehát a (1), (2), illetve (2b), (3) és (4) egyenletekben szereplő konstansokat kísérletileg meg óhajtjuk határozni, azt folyamatos kísérleti körülmények között (különböző, de huzamos időtartamon keresztül tartó q értékek mellett) kell tennünk. Ezt írják elő az ún. populáció dinamizmus törvényszerűségei [18]. Anyagmérleg egyenletek [6, 24] A folyamatos üzem technológiai sémáját a 2. ábra mutatja. A q vízhozammal érkező S„ kezdeti tápanyag koncentráció a V térfogatú keverős tartály reaktorban (minden eleveniszapos levegőztetőmedence valamilyen reaktortípusnak felel meg; legáltalánosabb a „keverős tartály", melyben az áthaladó vízrészecskék eloszlása folytonos függvénnyel jellemezhető) v sX 1 sebességgel S e kilépő X, sejt tömeg 1. ábra. Szakaszos táplálású eleveniszapos rendszer Fig. 1. Intermittent — feed, activated sludge system
