Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 2. szám - SZAKCIKKEK - Karches Tamás: Kaszkádolás szerepe a rögzített biofilm hordozót alkalmazó szennyvíztisztítási technológiákban
57 Kaszkádolás szerepe a rögzített biofilm hordozót alkalmazó szennyvíztisztítási technológiákban Karches Tamás* *Nemzeti Közszolgálati Egyetem, Víztudományi Kar, Vízellátás és Környezetmérnöki Intézet, 6500 Baja, Bajcsy-Zsilinszky u. 12- 14., (' Karches.Tamas@uni-nke.hul Kivonat A szennyvíztisztítás biológiai fokozatában a különböző folyamatok elkülönítésére és azok környezeti paramétereinek biztosításához több reaktorteret alkalmazunk. Az elkülönítés elsősorban az oxigénellátottság szerint történik (oxikus, anoxikus, anaerob környezet), de ajobb iszapszerkezet kialakítása (szelektor) is cél lehet. Ezen túlmenően a reaktorterek kaszkádolásával vízvonali iszaphozamcsökkenést is elérhetünk. Jelen kutatás célja, hogy fix hordozót alkalmazó fixfil- mes rendszerekben anyagforgalmi (biokinetikai) modell segítségével vizsgálja a különböző reaktorfelosztások hatását az elfolyó kezelt szennyvíz minőségére a keletkező iszapmennyiség tekintetében, és meghatározza az optimális felosztást. Külön kitérünk a belső recirkuláció szerepére, mely a visszavezetett többletvízhozam miatt az áramlási viszonyokat, és ezzel együtt az alkalmazott reaktormodellt befolyásolja. Kulcsszavak Anyagforgalmi modellek, belső recirkuláció, fixfilmes rendszerek, reaktor modellek. Separation of reactor volumes in fixed biofdm systems in wastewater treatment Abstract Cascade reactors are used in biological wastewater treatment in order to distinguish each process requiring different conditions. The separation of the reactor volumes is based primarily on dissolved oxygen concentration (oxic, anoxic, anaerobic), but applying aerobic selector better floe structure, thus more efficient sedimentation could be achieved. Beyond that, more reactor in series produce less sludge compared to a single CSTR. In this paper the effect of the number of cascaded tank on the effluent quality and sludge production is investigated and optimized in wastewater treatment system applying fixed biofilm. The analysis is performed by biokinetic simulations. Emphasis is on the impact of the internal recycle (IR), since the increased flow and velocities in the reactor may change the flow field and the reactor model. Simulations revealed that system applying integrated fixed film behaves already like a tank in series system and further optimization is not possible. In such a system the sludge production is already about 10% lower compared to a single CSTR sludge production. Application of IR has an impact on reactor model, it increases the Peclet number, which is an indication of convective flow dominance over the entire reactor. Further investigation is proposed by performing numerical fluid dynamic simulations in order to couple the hydrodynamics and biokinetics. Keywords Attached growth system, biokinetic modelling, internal recycle, reactor models. BEVEZETÉS Szennyvíztisztítási technológiák egyik csoportosítása aszerint történhet meg, hogy a biológiai folyamatokban részt vevő biomassza lebegő vagy kötött állapotban van. Az előbbit eleveniszapos, utóbbit pedig összefoglalóan fixfilmes technológiának nevezzük. Ezenkívül ismerünk még kombinált rendszereket, melyekben egyszerre jelen van mindkét típusú biomassza. Mindegyik esetben a lebontási folyamatok biológiai és kémiai jellege azonos, azonban a biomassza reaktortéren belüli elhelyezkedésében különböznek. Eleveniszapos rendszerben a mikroorganizmusokat tömörítő pelyhek ideális esetben a reaktortér teljes egészét kitöltik, homogén eloszlásúak. Éppen ezért a medencetérbe érkező szennyvíz megfelelő keverés mellett a lebontó mikroorganizmusokhoz könnyen eljut. A keveredést aerob medencetérben a levegőztetés és a mechanikus keverés, anoxikus térben többnyire csak a keverés biztosíthatja. Rögzített hordozókat alkalmazó fixfilmes rendszerek esetében a mechanikus keverés nehezen valósítható meg, aerob terekben a levegőztetés keverő hatására hagyatkozunk, anoxikus medencékben pedig a folyadékáram megfelelő elosztásával és irányításával vagy durva buborékos levegőztetéssel nyerhetünk eredményt. Szennyvíztisztítási technológiák tervezésekor, felülvizsgálatakor és intenzifikálásakor a folyamatokat leíró modelleket alkotunk. Ezekben a modellekben a biológiai folyamatokat leíró transzporegyenletekben az áramlási viszonyokat ideális reaktormodellekkel egyszerűsíthetjük. Rögzített biofilmhordozót alkalmazó kötött biofilmes rendszerekben azonban több feladatot is el kell látnunk az áramlás segítségével: (i) a szubsztrátot eljuttatni a biofilm felületéig, (ii) a szubsztrátot bejuttatni a biofilm belsejébe, leküzdve a lamináris határréteget, és (ifi) az anyagcseretermékeket elvezetni. A fixfilmes rendszerek további sajátja, hogy nehezen biztosítható a teljes elkeveredés, koncentrációgradiens jön létre, vagyis egy térben is spontán létrejöhet a reaktorkaszkád. Ilyen rendszerekben gyakori a holtterek megjelenése, mely a hatékony reaktortérfogatot csökkenti. A reaktorkaszkád alkalmazása többfajta optimalizációs lehetőséget kínál szennyvíztisztításban. Egyik irányvonal közülük az iszaphozam csökkentését célzó technológiák hatékonyságának növelése. Az iszaphozam csökkentése több módon is elérhető: (i) iszap többszörös hasznosításával (Hamer 1985), (ii) a fenntartásra fordított energia ma
