Hidrológiai Közlöny 2006 (86. évfolyam)

3. szám - Koncsos László–Melles Zoltán: Optimalizációs eljárás a nitrogén-eltávolítás növelésére nagyterhelésű szennyvíztisztítókban

12 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2006. 86. ÉVF. 3. SZ. - Az eleveniszapos rendszerbeli autotróf hozam-konstansra a kevert (autotróf és heterotróf mikroorganizmusokat is tartalmazó) iszapokra jellemző értéket (0,22 gKO!-gNH4-N" ') kaptam. Ez a sztöchiometriai konstans az ASM No.l. alapértékétől (0,24 gKOI gNH4-N"') kismértékben tér el. A kalibráció során kapott pontseregre (több, mint ezer pont) készített burkológörbe alakja a paraméterek érzékenységére is jellemző. A célfüggvény minimum közelében nagymértékben változó paraméterérték azt jelzi, hogy a modell kevésbé érzékeny az adott paraméterre. Ilyen paraméterek voltak a féltelítési állandók, a heterotróf szaporodási sebesség és a pusztulási sebességek. A fejlesztett modell kalibrációját tehát a szennyvíz-analitikai értékek és anyagmérleg egyenletek felhasználásával végeztük el. A mérhető szennyvíz összetevők esetében átlagos értékeket vettem figyelembe. Az átlagos értékeket viszonylag hosszú időszakra számítottuk, amelyben a szennyvízhőmérséklet változása viszonylag kicsiny volt. A kalibrációval kapott paraméter készlet bizonytalansága ennek következtében nem hagyható figyelmen kívül. A modellezési gyakorlatban a modellek igazolásához általában meglehetősen költséges és időigényes félüzemi kísérletsorozatokat végeznek el. A fejlesztett modell azonban elsősorban (tervezést segítő) szimulációs vizsgálatok elvégzésére készült, ezáltal a modelligazolás elkészítése nem volt indokolt. Ugyanis a modell alkalmazásával kerüljük el a költséges félüzemi kísérleteket, tehát a félüzemi igazolás a modell alkalmazásának létjogosultságát kérdőjelezné meg. 3. táblázat. A kalibrált paraméterek (Jelölések lásd: Herne et al, 1987) Paraméter ASM No.l. value Kalibrált értékek Y

H 0,67 0,63 YA 0,24 0,22 fp 0,08 0,07 íx.B 0,086 0,086 'XP 0,06 0,09 M-H.max 6 6,52 M-A,

max 0,8 0,9 Ks 20 23,2 KOH 0,2 0,27 KNO 0,5 0,74 t>H 0,62 0,82 KNH 1,0 1,0 b

A 0,15 0,15 0,8 0,99 k

h 3,0 3,85 kx 0,03 0,015 1B 0,4 0,4 A lépcsős beoltás A nitrifikáció sebességét számos tényező befolyásolja, mint például az oldott oxigén és az ammónium koncentrációja, a reaktor kialakítása (geometria) az előkezelés (pl. előülepítés) hatékonysága (EPA, 1993). A beoltás, mint intenzifikálási módszer többnyire olyan esetekben fordult elő, ahol a nitrifikáló biomassza a tisztítórendszer valamely másik részében képződött. A szennyvíztisztítási gyakorlatban a beoltással kapcsolatban összegyűlt tapasztalatok egyértelműen rámutatnak arra, hogy a kis iszapkorú eleveniszapos rendszerekben a beoltás jelensége (a kedvező körülmények következtében) „előfordult", nem tudatos beavatkozás eredményeként jött létre. A nitrifikáció várható mértékének előrejelzését a szerzők pedig nem, vagy csupán nagy bizonytalansággal tudták megadni (Melicz, 2005). Mindezek rámutatnak arra, hogy a „felesleges" anyagként általában többlet költséget jelentő biomasszában rejlő lehetőségek kiaknázása feltétlenül indokolt. Figyelembe véve a dugattyús áramú reaktorokban kialakuló határozott szubsztrát profilokat (ammónium és oxigén) indokolt lehet a külső forrásból származó (beoltó) biomassza adagolásának reaktor mentén történő elosztása. Ennek eredményeként a biomassza a fajlagos terhelések (iszapmunka) értéke csökken, az aerob környezetben szaporodó nitrifikálók pedig a nagyobb oldott oxigén koncentrációval jellemezhető reaktorszegmensbe vezethető. Az oltóanyag adagolás „hátra" helyezésével tehát a nitrifikálók alacsonyabb szervesanyag tartalmú, nagyobb oldott oxigén tartalmú térrészbe érkeznek. A kis iszapkorú rendszerekben az ammónium koncentrációja általában elég magas, így nem valószínűsíthető hogy szubsztrát (ammónium) gátlás következne be. Optimalizáció A kalibrált modellel az oltóanyag adagolás hatásait vizsgáltuk az eleveniszapos rendszerben. A BLIND-algoritmuson alapuló optimalizációs eszköz beillesztésével lehetőség nyílik a nitrifikáló biomasszának a reaktor hossz mentén történő elosztásának, illetve az optimált levegőbevitel vizsgálatára. Az optimalizációs algoritmus a reaktorból elfolyó nitrogén (szerves nitrogén, ammónium és oxidált állapotú nitrogénformák) mennyiségét minimalizálta. A szennyvíztisztítási gyakorlattól eltérően a nitrogéneltávolítási hatásfok értékében a fölösiszappal távozó nitrogén mennyisége is szerepel. Eredmények A beoltás helyének és az oltóanyag mennyiségének hatása A dugattyús áramú rektorban kialakuló oxigén és szubsztrát-profil miatt az oltóanyag bevezetés helyének változtatásával a reaktorban létrejövő nitrifikáció mértéke eltérő lehet. A 8. ábrán a 3800 m

3 d 1 oltóanyag mennyiséggel végzett szimuláció eredményei láthatók. Az oltóanyag bevezetési pontjának a reaktor hossz mentén történő változtatásával az elfolyó vízben eltérő NH4-N koncentrációk mérhetők. A legkisebb és legnagyobb mértékű nitrifikáció közötti különbség jelentős, 9 % közeli. A szimuláció eredményeinek segítségével kijelölhető a nitrifikáció szempontjából legkedvezőbb, oltóanyag bevezetési pont a reaktorban. A vizsgált esetben az optimális oltóanyag bevezetés a reaktor hosszának első harmadában található. ! 4.0 S 3.0 z •S 2.0 S 1.0 0,0 Iszapkor: 1.68-1.70 d Oltóanyag mennyiség: 3800 mV Maradék NH4-N koncentráció oltóanyag bevezetés nélkül: 21,98 mg/L Oltóanyag bevezetés helye (a reaktor hossz %-ában) 8. ábra. Az oltóanyag bevezetés helyének hatása a nitrifikációra