Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 2. szám - SZAKCIKKEK - Karches Tamás: Kaszkádolás szerepe a rögzített biofilm hordozót alkalmazó szennyvíztisztítási technológiákban
62 Hidrológiai Közlöny 2018. 98. évf. 2. sz. Belső recirkuláció hatása A világ eltérő részein a kezelt szennyvízre eltérő határértékeket határoznak meg, nemcsak a konkrét koncentrációk, hanem a vizsgált komponensek tekintetében is. Indiában az elfolyó kezelt szennyvízre sok helyen nem TN-re, hanem TKN-re írnak elő, általában 10 mg/l-es határértéket, ráadásul a tervezési módszertan különbözik az általunk megszokottól, a Központi Közegészségügyi és Környezetmérnöki Szervezet (CPHEEO: Central Public Health and Environmental Engineering Organisation) ajánlásait veszi figyelembe (CPHEEO 2000). Az elfolyó kezelt szennyvízminőségi követelményből következik, hogy a telepen a nitrifikációnak végbe kell mennie, azonban nem szükséges denitrifíkálni. Ugyan a belső recirkuláció elsődleges szerepe a denitrifikációban nyilvánul meg, de hatását a nitrifikációra a többlet folyadékáram hígító, elkeverő hatása által fejti ki, ezért javasolt az alkalmazása különösen fixfílmes rendszerekben, ahol az áramlás keverő hatását különösképp erősíti a rendszerben jelen lévő többlet áramlási energia. Alkalmazása során általában elegendő az 50%-os befolyó szennyvízáramnak megfelelő recirkuláció. Ahhoz, hogy ezt a másodlagos hatást figyelembe tudjuk venni, olyan rendszert kell vizsgálnunk, melyben a nitrifikáció végbemegy, de nem szükséges denitrifíkálni, vagyis anoxikus teret nem kell létrehozni. A vizsgálat célja, hogy numerikus szimulációkkal meghatározzuk milyen mértékben segíti a belső recirkuláció a nit- rifikációt különböző elemű reaktorkaszkád rendszerben és meghatározzuk, mikor érdemes az alkalmazása. A vizsgált időszak kéthetes átlagos befolyó szennyvíz KOI értéke 474 mg/1 volt. Ebből az oldott frakció 323 mg/1, az ülepíthető partikulált rész viszonylag kevés, 151 mg/1 koncentrációval rendelkezett. A KOI frakciókat tekintve az oldott inert, a könnyen bontható, a partikulált inert és a lassan bontható KOI frakció rendre: 61, 259, 27 és 123 mg/l-re adódott. A lebegőanyagkoncentráció 236 mg/1, az összes Kjeldahl-nitrogén 61 mg/1 volt, mely utóbbi a szerves nitrogén és ammónium-nitrogén-t tartalmazza, viszont a nitrit- és nitrát-nitrogént nem veszi figyelembe. A VSS/TSS arány 0,75-ös átlagos értéket vett fel. A szennyvíz hőmérséklete a vizsgált időszakban 20-21°C- os, mely kedvez a nitrifikációnak. Az átlagos hidraulikai tartózkodási idő 14-15 h. A biofilm paraméterek megegyeznek az előző alfejezetekben használt értékekkel. A modellszámításokat 1, 2, 4, 6, 10 és 20 elemű reak- torkaszkádra végeztük el (a teljes reaktortérfogat, az oldott oxigénkoncentráció és IR nagysága minden esetben ugyanakkora volt) IR alkalmazásával és anélkül. A vizsgált elfolyó paraméter az ammónium-nitrogén volt, mely eredmények összefoglalását a 2. táblázat mutatja. A szimulációk során szén és foszfor limitációval nem lépett fel. A 2. táblázat alapján elmondható, ha teljesen elkevert reaktorunk (1) van, akkor az elfolyó határértékben nincs szerepe az IR alkalmazásának vagy elhagyásának. Ez érthető, hiszen éppen a teljesen elkevert reaktormodell definíciója miatt az adott reaktorból elvett, majd ugyanabba visszajutatott anyagáram pillanatszerűen elkeveredik. Nem értelmezhető ilyen formán az sem, hogy a reaktor végéből vesszük el az IR-t és az elejébe juttatjuk vissza, mivel teljesen homogén a rendszerünk. Ebből viszont az is következik, hogy egy medencetérrel rendelkező, IR-t használó rendszerek modellezésében is alkalmazni kell a reaktorkaszkádot, mintegy a medencetér virtuális felosztásával. 2. táblázat. Különböző szimulációs változatok elfolyó ammónium-nitrogén értékei mg/l-ben kifejezve Table 2. Effluent NH4-N in mg/l in various model setups 1 2 4 6 10 20 rererererereakakakakakaktor tor tor tor tor tor Nincs belső recirkuláció 1,5 0,8 0,52 0,42 0,37 0,37 Van belső recirkuláció 1,5 0,5 0,41 0,38 0,37 0,37 Ha az IR nélküli változatot nézzük, akkor az is látható, hogy a reaktorszám növelésével az elfolyó vízminőségjavul. Ennek oka a már korábban tárgyalt koncentráció gradiens létrehozása lehet. Nagy reaktorszámoknál újabb kaszkádelem bevezetése már nem éri megjelentős változást már nem tapasztalunk. Ha belső recirkulációt alkalmazunk, 2 reaktorkaszkád elemnél (ahol a második reaktorból vezetjük az első reaktorba az IR-t), akkor jobb elfolyó ammónium-nitrogént kapunk, mint IR nélkül 2 reaktoros esetben, melynek oka a hígító hatás lehet. Nagyobb reaktorszámok esetében viszont eltűnik a különbség, nem éri meg a belső recirkuláció alkalmazása. Ennek magyarázata, hogy az IR a konvektiv áramlást növeli, vagyis az adott ugyanolyan reaktorelrendezést vizsgálva az IR alkalmazása a Pe is számot növeli, vagyis egy adott technológia, melybe a az IR-t bevezetjük, viselkedése jobban fog közelíteni a csőreaktorok viselkedéséhez. Ezzel szemben, ha a reaktorkaszkádunk nagy elemű vagy az áramlás már alapból dugattyúáramlással közelíthető, akkor az IR bevezetése nem ad nyereséget ugyanúgy, mint az IR nélküli 10, illetve 20 elemű kaszkád között sem volt különbség. KÖVETKEZTETÉSEK Az anyagforgalmi modellekben használatos reaktormodel- leket érdemes újra gondolni, a modellben használatos reaktorszámot nem a tényleges reaktorszámnak megfelelően, hanem a valós hidrodinamikai viszonyoknak megfelelően kell megadni. A fix hordozóhoz kötött biomasszát alkalmazó rendszerek teljes elkeverése nehézségekbe ütközik, a valós reaktormodellük közelít a csőáramlához, hidrodinamikai okokból és a biomassza kötöttségéből adódóan a rendszer önmagát kaszkádolja,. Éppen ezért korlátozott lehetőség adódik az olyan irányú technológiafejlesztési javaslatok felhasználására, melyek a rendszer kaszkádolásának előnyét feltételezik, hiszen további jelentősnek tekinthető elfolyó vízminőségjavulást nem tapasztaltunk. A vizsgált hatelemes kaszkád iszapprodukciója már optimalizált, az egyelemű teljesen elkevert reaktorhoz képest 10-15%-kal kevesebb iszapvonalra jutó szárazanyag-tartalmat eredményezett. A kutatás során továbbá megállapítottuk, hogy a belső recirkuláció alkalmazása a reaktormodellre is hatással volt, növelte a konvektiv anyagtranszportot, ezért a medencék áramlási viselkedése a dugattyúáramlás irányába tolódott el.
