Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 2. szám - SZAKCIKKEK - Karches Tamás: Kaszkádolás szerepe a rögzített biofilm hordozót alkalmazó szennyvíztisztítási technológiákban
Karches Tamás: Kaszkádolás szerepe a rögzített biofilm hordozót alkalmazó szennyvíztisztítási technológiákban 59 sorba kapcsolt üstreaktor típusú közelítésből indulunk ki, hiszen az anyagforgalmi modellezésen alapuló szimulátorokban csak erre van lehetőség. Vagyis azt fogjuk vizsgálni, hogy a modell hány reaktorelem beépítésével adja vissza a mért értékeket. Ugyanis lehet, hogy a valóságban egy hosszú medencetérrel rendelkezünk, de hidrodinami- kailag az több részre osztható. Gyakorlati tapasztalatunk, hogy adott hosszúság/szé- lesség arányú medence fix biofilmhordozós és eleveniszapos rendszernél más reaktormodell alkalmazandó. Fixfil- mes rendszernél kisebb arányszám is elegendő a koncentrációgradiens létrehozásához, vagyis anélkül, hogy terelőlapokat helyeznénk el a medencében, a csőáramlásnak megfelelő diverzitás tapasztalható a biofilm összetételben. Ezek alapján a rögzített biofilmek leírására használt reaktormodel lek esetében az alábbi kérdésekre keressük a választ: (i) szükséges e terelőfalak alkalmazása a reaktorterek elválasztására (ii) kaszkádolással elérhető e az iszaphozam csökkentés (fii) a belső recirkuláció hatása fixfilmes rendszerek szennyezőeltávolítási hatásfokára Az egyes kérdések megválaszolásához anyagforgalmi modellezést hajtottunk végre, és ahol rendelkezésre állt, az eredményeket laboratóriumi mérésekkel hasonlítottuk össze. MODELLEK ÉS SZIMULÁTOROK Az anyagforgalmi modellezés egyik célja, hogy előre jelezze a szennyvízkomponensek adott körülmények (reaktorméret, üzemeltetési paraméterek) közötti lebontását. Elsősorban a különböző biológia folyamatok kinetikájának leírása kerül a középpontba. A legelterjedtebb modellcsa- lád az IWA munkacsoportja által megalkotott eleveniszapos modellcsalád (ASM: Activated Sludge Model), mely jól alkalmazható fixfilmes rendszerekre is. Az alapmodellek az idők folyamán jelentősen kibővültek; a szennyvíz- tisztítás 8 alapfolyamatát kibővítették több mint 50 folyamat leírására, mindamellett, hogy a modell paramétereket is finomhangolták (Henze 1987, 1995), ugyanakkor a leírandó folyamatok bővülése a számítási időigényt némely esetben szükségtelenül megnövelte. Az általunk vizsgált fixfilmes rendszer leírására az ASM2d modellt alkalmazzuk (Henze 1995), mely összesen 21 részfolyamatot különít el. Figyelembe veszi a lassan bontható szubsztrátok anaerob, anoxikus és oxikus térben való bontását, oxikus és anoxikus szaparodás folyamatait, a szervesanyagok fermentációját, a heterotróf baktériumok pusztulását, a fermentációs termékek betárolását, a polifoszfát betárolását anoxikus és oxikus körülmények között, a foszforakkumuláló baktériumok szaporodását, betárolt termékek pusztulását és bomlását, az autotróf baktériumok szaporodását, pusztulását és bomlását, a vegyszeres foszforkicsapást és a foszfor visszaoldódását. A folyamatok és paramétereik számossága miatt a modellek jobban áttekinthetők mátri- xos formában az ún. Petersen-mátrix segítségével, melyek a szimulátorprogramok alapját képezik. A mátrix sorai bővíthetők, újabb folyamatok hozzáadhatok. Fixfilmes rendszernél erre szükség lehet az esetben, ha nagy tartózkodási idővel és magasabb rendű szervezetek megjelenésével számolunk például az inert anyag felvétele által. A modellalkotás a befolyó szennyvíz karakterizációjával kezdődik, vagyis a vizsgálandó szeny- nyező komponensek transzportegyenleteinek kezdeti értékét kell megadni mérések segítségével. A mérések azonban gyakran kompozit paraméterekre terjednek ki, mint például a kémiai oxigénigény (KOI), biológiai oxigénigény (BOE), melyet fel kell bontani kisebb egységekre, frakciókra (Choi és társai 2005). Számításaink során a KOI frakcionálását végezzük el, vagyis a homogén mintából mért KOI értéket felbontjuk gyorsan bontható, lassan bontható, oldható inert és lebegő inert részekre. A gyorsan bontható, vagyis könnyen felvehető KOI szerepe a denitrifikáció eredményességében döntő szerepet vállal, a lebegő inert frakció ülepítéssel választható le, az oldható inert anyag viszont a rendszeren könnyen átjuthat, hiszen a biológiai folyamatok szempontjából közömbösnek számít, és vegyszeres behatás nélkül le sem választható. Az egyes frakciók meghatározása történhet méréssel; például a szűrt mintából mért KOI-vel meghatározhatjuk az oldott frakciót, vagy az ún. NUR teszttel, mely során anoxikus körülmények között az eleveniszaphoz szennyvizet és nitrátot adunk. A nitrát-redukáló baktériumok elhasználják a könnyen bontható tápanyagot és a nitrátot, mint elektron akceptort. Ha a mért értékeket lineáris trendvonalakkal közelítjük, két, eltérő meredekségű szakaszt kapunk: az első meredekebb, ekkor használják a baktériumok a könnyen bontható szubsztrátot. A második szakaszban a nehezen bontható frakciót használják (Ekama és társai 1986). Azonban nem mindig van lehetőség a mérések kivitelezéséhez, ekkor mérnöki becslés alapján az egyes frakciók arányával közelítünk. A befolyó szennyvíz felbontása után a technológia műveleti egységeit és azok kapcsolatait kell meghatározni. GPS-X szimulátort alkalmazva a kaszkádreaktor-modell megadására két lehetőség van: vagy egy egységen belül állítjuk be a sorosan kapcsolt részegységek számát, vagy különálló CSTR-ket helyezünk el. Az egységek közötti kommunikáció csak előre beállított anyagáramok definiálásával lehetséges, a modell nem veszi figyelembe a diffúziót. A modell a fix hordozós, fixfilmes rendszerhez való adaptálása a kalibrálással kezdődött, majd ezután a három vizsgálat mindegyikét ugyanazon rendszeren végeztük, vagyis a reaktortérfogatok, a hordozókitöltöttség, a szennyvíz jellege azonos volt, a környezeti jellemzők, a pillanatnyi szennyvíz minőség, üzemeltetési paraméterek kismértékben eltértek. Jelen tanulmány nem részletezi a kalibrálás folyamatát, mely megtalálható az inControl Solution Inc. jelentésében (Schraa 2014). A kalibrálás időben állandósult reaktorbeli biomasszatömeg elérését feltételezi, melyre a vizsgált időtartamon belül közel állandó elfolyó lebegőanyagkoncentráció enged következtetni. A kalibrálás egymást követő lépések sorozatából áll, ahol a mért és szimulált érték közötti különbséget előre meghatározott tartományon belül kell tartani. Fixfilmes rendszereknél az IWA GMP (Good Modelling Practice) iránymu
