1 / 54

Eleveniszapos szennyvíztisztítás modellek

Eleveniszapos szennyvíztisztítás modellek. A modellezés célja:. tervezés: nem létező rendszerek „működtetése” (csupán segédeszköz) kutatás: nehezen, vagy egyáltalán nem vizsgálható jelenségek megismerése/elemzése folyamatirányítás: gyors válaszok a feltett kérdésekre

yazid
Download Presentation

Eleveniszapos szennyvíztisztítás modellek

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Eleveniszapos szennyvíztisztítás modellek

  2. A modellezés célja: tervezés: nem létező rendszerek „működtetése” (csupán segédeszköz) kutatás: nehezen, vagy egyáltalán nem vizsgálható jelenségek megismerése/elemzése folyamatirányítás: gyors válaszok a feltett kérdésekre folyamat optimalizálás: sok változat rövid idő alatti vizsgálata (pl. kapacitás növelés) oktatás: szemlélet kialakítása

  3. A modellezés: Modell nem azonos a szimulátorral! Modell: biológiai folyamatok leírása matematikai eszközökkel szimulátor: teljes (esetleg egy részleges) szennyvíztisztítási eljárás számítására alkalmas, számítógépen működtetett szoftver

  4. Szennyvíztisztítás modellek A kezdet: 1960-70-as évek egyszerű modellek (biológiai folyamatok leírása) 1980: számítástechnika 1987 ASM No 1. (Activated Sludge Model) 1995-1999 ASM No 2, No 2d, No 3. „Egyéb” szvt modellek: Biofilm modell (1980) ADM (anaerob rothasztási modell) csatornahálózati biológiai modell

  5. Az ASM család • ASM1 - szén/nitrogén modell (1987) • ASM2 - szén/nitrogén /foszfor (1995) • biológiai többletfoszfor eltávolítás (EBPR) • ASM2d - ASM2 + anoxikus EBPR • ASM3 - nagymértékben módosított ASM1 (1999)

  6. Az ASM No.2. • ASM1 továbbfejlesztése • biológiai többletfoszfor eltávolítás • szükségeképpen több szennyvíz frakció • polifoszfátok (a biomassza része, de TSS-ben kifejezve) • kémiai kicsapás • ...

  7. Az ASM No.1 és az ASM No. 3.

  8. ASM No.1…ASM No.3. Paraméterek száma nő Minden modell „korlátok között” alkalmazható (egyszerűsítések, feltételezések) pl ASM No1.: semleges pH, tranziens folyamatok kizárása, tápanyag limitáció nem szerepel

  9. Anyagmérlegek Reakciók Bemenetek Kimenetek Változás = Bemenetek - Kimenetek ± Reakciók

  10. Szennyvíz frakciók Előrelépés a klasszikus komponensek alkalmazásához képest KOI-ban mért szervesanyag frakciók (tehát nem BOI5) Nitrogén és foszforformák frakcionálva szerepelnek

  11. A szennyvíz és az eleveniszap jellemzése(ASM nomenklatúra) S - oldott komponensek X - szilárd (partikulált) komponensek Indexelés B - biomassza S - szerves szubsztrát O - oxigén N; B,H; B,A; NO; ND; stb.

  12. ASM1 szennyvíz frakciók Si Oldott inert szerves anyagok Ss Biológiailag könnyen bontható (oldott) szubsztrát g KOI/m3 Xi Partikulált inert szerves anyagok g KOI/m3 Xs Biológiailag nehezen bontható (partikulált) szubsztrát g KOI/m3 Xbh Aktív heterotróf biomassza g KOI/m3 Xba Aktív autotróf biomassza g KOI/m3 Xu Biológiailag inert alakos formában lévő … g KOI/m3 So Oldott oxigén g O2/m3 Sno Nitrát és nitrit g N/m3 Snh Szabad ammónia és ammónium iong N/m3 Snd Oldott biológiailag bontható szerves nitrogén (ss) g N/m3 Xnd Alakos biológiailag bontható szerves nitrogén (xs) g N/m3

  13. Nem mérhető frakciók? Respirometria (OUR, NUR stb.) batch (lombik) kísérletek becslés (telepi anyagmérlegekből)

  14. Oldott/szilárd szétválasztása S oldott szilárd anyag (átmegy a filteren) X lebegőanyagok A határvonal? 1.6 m (GF/A) 1 m (GF/C) 0.45 m pórusméretű filterek

  15. Szerves anyagok Kémiai oxigénigény dikromátos (KOICr) KOI frakciók CKOI=SS+SI+XS+XI SS könnyen bontható (oldott) szerves anyag SI oldott, biológiailag inert szerves anyag XS lassan bontható (szuszpendált) szerves anyag XI. biológiailag inert (szuszpendált) szerves anyag

  16. Nitrogén (ASM No.1) CTN =SNOX+SNH4+SND+SN,I+XN,D+XN,D+XN,I CTN összes nitrogén SNOX nitrit és nitrát nitrogén, SNH4 ammónium és ammónia nitrogén, SN,D oldott, könnyen bontható szerves nitrogén vegyületek, SN,I oldott inert szerves nitrogén, XN,D szuszpendált, bontható szerves nitrogén vegyületek, XN,I szuszpendált inert szerves nitrogén

  17. Nitrogén frakciók meghatározása Feltételezve, hogy a nitrogéntartalom a különböző szerves frakciókban állandó: SN,I = fSN,I·SI XN,I = fXN,I·XI XN,D = fXB,N·XS fSN,I, fXN,I, fXB,N, tipikus értéke-0.04-0.08 közötti SN,I, nagymértékben változhat (1-4 g N/m3)

  18. Nitrogén frakciók meghatározása(becsléssel) SND=(CTKN-SNH-SNI-XNI-SNbiomassza)·(1-CXTKN) XND=(CTKN-SNH-SNI-XNI-SNbiomassza)·CXTKN CTKN a szennyvíz összes Kjeldahl-nitrogén koncentrációja SNI oldott inert TKN frakció: (SNI= CTKN·fNI) (mgN·L-1) XNI partikulált inert TKN frakció: ((XNI= fIPN·fIP·CKOI) (mgN·L-1) fIPN: a N:KOI arány szennyvíz inert partikulált KOI-jára vonatkoztatva (-) fIP: a szennyvíz partikulált inert szervesanyag (KOI) frakciója (-) CKOI szennyvíz KOI koncentráció (mg·L-1) SNbiomassza=Σ·XB·(fBA+fBH) XB a szennyvíz biomassza koncentrációja (mgKOI·L-1) CXTKN a szennyvíz partikulált TKN koncentrációja (mgN·L-1), azaz CXTKN=CTKN-CSTKN

  19. Foszfor (ASM No.2-től) CTP = SPO4+Sp-P+Sorg.P+Xorg.P CTP összes foszfor, SPO4 oldott szervetlen ortofoszfát, Sp-P oldott szervetlen polifoszfát, Sorg.P oldott szerves foszfor, Xorg.P szuszpendált szerves foszfor.

  20. Összetett változók Si SKOI SBOIu Ss Xs BOIu KOI XBOIu Xbh XKOI fbod Xba icv ivt Xu BOI5 VSS Xi TSS BKOI= biológiailag bontható KOI

  21. Tipikus nyers szv. KOI “valóság” IAWPRC Modell KOI 10 inert inert Si 60 Könnyen bontható Könnyen bont. Ss oldott Gyors hidrolízis 100 Lassan bont. 110 Lassú hidrolízis Xs 20 nem-denit. het. denit. het. 59 alakos 1 autotrófok 40 inert Xi inert 400 össz.

  22. Példák KOI frakcionálásra

  23. Nitrogén összetevők Sno Snh Összes N sTKN Snd TKN Xnd

  24. valóság IAWPRC Model nitrát ammónium ammónium oldott szervetl. Snh könnyen bont. Inert old. inert Karbamid, ammónia Gyorsan bontható Oldott szerv. Gyors hidrolízis Snd nehezen bonth. Lassú hidrolízis Xnd Szuszpendált inert Biomassza Inert szuszpendált Xni Tipikus nyers szv. N Sni

  25. Példák nitrogén frakcionálásra

  26. Reaktor hidraulika Tökéletesen kevert “Plug flow”

  27. CSTR Qinput d= V

  28. “Plug flow” reaktor Bemenet Túlfolyás Recirk. Elfolyás

  29. A PFTR egy szektora Befolyó Túlfolyás a következő részbe Az előző reaktorból bejővő i Iszap recirk. Belső recirkuláció

  30. Peterson Mátrix Komponens i Foly. seb  [ML-3T-1] 1 Xb 2 Ss 3 So j Eljárás µSs -(1-Y) 1 Növekedés 1 -1/Y Xb Y k+Ss 2 Elhalás -1 -1 b Xb Megfigyelt sebess. r =  µ = maximum fajlagos növekedés Anyagmérleg Sztöchiometrikus Paraméterek: oxigén [M(KOI)L-3] biomassza [M(KOI)L-3] szubsztrát [M(KOI)L-3] K = fél szaturáció konstans Y = valós növekedési hozam b = pusztulás seb. Folyamatosság Kinetikai paraméterek

  31. Egyenletrendszer biomassza µ Ss - b Xb Xb rXb = K+Ss szubsztrát µ Ss -1 Xb rSs = Y K+Ss oxigén µ Ss (1-Y) Xb rSo = - - bXb K+Ss Y

  32. Az ASM No.1. mátrix

  33. ASM1 eljárások 1. Heterotrófok aerob növekedése 2. Heterotrófok anoxikus növekedése 3. Autotrófok aerob növekedése 4. Heterotrófok pusztulása 5. Autotrófok pusztulása 6. Oldott szerves nitrogén ammonifikáció 7. Visszatartott szerves anyagok hidrolízise 8. Visszatartott szerves nitrogén hidrolízise

  34. ASM1 eljárások 1. Heterotrófok aerob növekedése Az oldott szubsztrátok (szénalapú) konverziója a biomasszába folyamat sebessége - szubsztrát és oxigén szükséges - a szaturáció függvényében = Sx/(Ksx + Sx) kis mennyiségű ammónium igény (ASM3 tápanyag limitáció) lúgosság megjelenése a modellben

  35. ASM1 eljárások 2. Heterotrófok anoxikus növekedése hasonló az aerob növekedéshez, kivéve, hogy a nitrát nitrogén az electron akceptor (oxigén az aerob növekedésnél) switching function = Koh/(Koh + So) megnöveli a lúgosságot

  36. ASM1 eljárások 3. Autotrófok aerob növekedése nitrifikáció (nitrifikáló szervezetek növekedése) biomassza növekedés (oldott ammónium, mint energiaforrás használatával) oxigén és ammonia-nitrogén szükséges nitrát-nitrogén keletkezik legnagyobb hatás a lúgosságra

  37. ASM1 eljárások 4. Heterotrófok pusztulása a biomassza halála (“kannibalizmus”, lízis) heterotróf biomassza konverziója biológiailag lassan bontható szubsztráttá és inert alakos anyaggá alakos szerves nitrogén is keletkezik

  38. ASM1 eljárások 5. Autotrófok pusztulása a heterotrófok pusztulásához hasonló modell

  39. ASM1 eljárások 6. Oldott szerves nitrogén ammonifikációja az oldott szerves nitrogén konverziója ammoniává

  40. ASM1 eljárások 7. Szerves anyagok hidrolízise biológiailag nehezen bontható szubsztrátok konverziója biológiailag könnyen bontható szubsztráttá a heterotrófok esetében elsőrendű elektron donor szükséges (oxigén és/vagy nitrát)

  41. ASM1 eljárások 8. Szerves nitrogén hidrolízise alakos szerves nitrogén konverziója oldott szerves nitrogénre (ezután ammóniummá - 6. pont) A visszatartott szerves anyagok konverziójához hasonló modell

  42. ASM1 mechanizmusok Nyers szv. Reaktor Tisztított szv. Si Si Ss Ss degradáció pusztulás O2 Xb hidrolízis 1-fu Xs X Xs fu Xu Xi Xi

  43. Hőmérséklet függőség Arrhenius egyenlet µT= µ20 • K (T-20) K = 1.123 µ 10 30 T

  44. Kinetika az ASM modellekben

  45. Alapfolyamatok Biológiai növekedés Hidrolízis Pusztulás

  46. A Monod-görbe

  47. Fajlagos szaporodási sebesség  fajlagos szaporodási sebesség [t-1] max maximum fajlagos szaporodási sebesség [t-1] S limitáló szubsztrát koncentráció [M/L-3] KS szubsztrát féltelítési állandó [M/L-3]

  48. Biomassza növekedés (tápanyaglimitált környezetben), a két egyenlet összevonásával:

  49. A hozamkonstans a tápanyagok részleges felhasználása: új sejtek létrehozása szerves és szervetlen végtermékek kialakulása Y: hozamkonstans [M/M] tipikus tartományok: aerob mikroorg.: 0,4-0,8 mg/mg anaerob mikroorg: 0,08-0,2 mg/mg

  50. Szimulátorok Több nemzetközi kutatóhelyen SSSP, ASIM, BioWin, EFOR, GPS-X, SIMBA, STOAT, WEST ASM alapokon működnek

More Related