Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Eleveniszapos szennyvíztisztítás modellek. A modellezés célja: tervezés: nem létező rendszerek „működtetése” (csupán segédeszköz) kutatás: nehezen, vagy.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Eleveniszapos szennyvíztisztítás modellek. A modellezés célja: tervezés: nem létező rendszerek „működtetése” (csupán segédeszköz) kutatás: nehezen, vagy."— Előadás másolata:

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: as évek egyszerű modellek (biológiai folyamatok leírása)  1980: számítástechnika  1987 ASM No 1. (Activated Sludge Model)  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 Bemenetek Kimenetek Reakciók 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 SiOldott inert szerves anyagok SsBiológiailag könnyen bontható (oldott) szubsztrát g KOI/m 3 XiPartikulált inert szerves anyagokg KOI/m 3 XsBiológiailag nehezen bontható (partikulált) szubsztrát g KOI/m 3 XbhAktív heterotróf biomasszag KOI/m 3 XbaAktív autotróf biomasszag KOI/m 3 XuBiológiailag inert alakos formában lévő …g KOI/m 3 SoOldott oxigéng O 2 /m 3 SnoNitrát és nitritg N/m 3 SnhSzabad ammónia és ammónium ion g N/m 3 SndOldott biológiailag bontható szerves nitrogén (ss)g N/m 3 XndAlakos biológiailag bontható szerves nitrogén (xs) g N/m 3

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 (KOI Cr )  KOI frakciók C KOI =S S +S I +X S +X I S S könnyen bontható (oldott) szerves anyag S I oldott, biológiailag inert szerves anyag X S lassan bontható (szuszpendált) szerves anyag X I.biológiailag inert (szuszpendált) szerves anyag

16 Nitrogén (ASM No.1)  C TN =S NOX +S NH4 +S ND +S N,I +X N,D +X N,D +X N,I C TN összes nitrogén S NOX nitrit és nitrát nitrogén, S NH4 ammónium és ammónia nitrogén, S N,D oldott, könnyen bontható szerves nitrogén vegyületek, S N,I oldott inert szerves nitrogén, X N,D szuszpendált, bontható szerves nitrogén vegyületek, X N,I szuszpendált inert szerves nitrogén

17 Nitrogén frakciók meghatározása  Feltételezve, hogy a nitrogéntartalom a különböző szerves frakciókban állandó: S N,I = f SN,I ·S I X N,I = f XN,I ·X I X N,D = f XB,N ·X S  f SN,I, f XN,I, f XB,N, tipikus értéke közötti  S N,I, nagymértékben változhat (1-4 g N/m 3 )

18 Nitrogén frakciók meghatározása (becsléssel) S ND =(C TKN -S NH -S NI -X NI -S Nbiomassza )·(1-C XTKN ) X ND =(C TKN -S NH -S NI -X NI -S Nbiomassza )·C XTKN C TKN a szennyvíz összes Kjeldahl-nitrogén koncentrációja S NI oldott inert TKN frakció: (S NI = C TKN ·f NI ) (mgN·L -1 ) X NI partikulált inert TKN frakció: ((X NI = f IPN ·f IP ·C KOI ) (mgN·L -1 ) f IPN : a N:KOI arány szennyvíz inert partikulált KOI-jára vonatkoztatva (-) f IP : a szennyvíz partikulált inert szervesanyag (KOI) frakciója (-) C KOI szennyvíz KOI koncentráció (mg·L -1 ) S Nbiomassza =Σ·X B ·(f BA +f BH ) X B a szennyvíz biomassza koncentrációja (mgKOI·L -1 ) C XTKN a szennyvíz partikulált TKN koncentrációja (mgN·L -1 ), azaz C XTKN =C TKN -C STKN

19 Foszfor (ASM No.2-től)  C TP = S PO4 +S p-P +S org.P +X org.P C TP összes foszfor, S PO4 oldott szervetlen ortofoszfát, S p-P oldott szervetlen polifoszfát, S org.P oldott szerves foszfor, X org.P szuszpendált szerves foszfor.

20 Összetett változók BKOI= biológiailag bontható KOI TSS SKOI Si Ss Xs Xbh Xba Xu Xi SBOIu XBOIu BOIu fbod BOI 5 XKOI KOI VSS icv ivt

21 Tipikus nyers szv. KOI nem-denit. het. iner t “valósá g” IAWPRC Modell oldott alakos KOI Könnyen bontható Gyors hidrolízis Lassú hidrolízis denit. het. autotrófok inert össz. inert Könnyen bont. Lassan bont. Si Ss Xs Xi

22 Példák KOI frakcionálásra

23 Nitrogén összetevők sTKN Sno Snh Snd Xnd TKN Összes N

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

25 Példák nitrogén frakcionálásra

26 Reaktor hidraulika  Tökéletesen kevert  “Plug flow”

27 CSTR d=  Qinput V

28 “Plug flow” reaktor Bemenet Recirk. Túlfolyás Elfolyás

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

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

31 Egyenletrendszer µ Ss K+Ss Xb r Ss = biomassza szubsztrát r Xb = - b Xb Y µ Ss K+Ss Xb oxigén r So = - (1-Y) Y µ Ss K+Ss Xb - bXb

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 Ss Si Ss Xs Xi X pusztulás Xb Xs Xu Xi 1-fu fu hidrolízis degradáció O2O2

43 Hőmérséklet függőség µ T µ T = µ 20 K (T-20) K = Arrhenius egyenlet

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 ] K S 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

51 Kinetikai/sztöchiometriai paraméterek

52

53 Modell kalibráció  Megbízható eredményhez nélkülözhetetlen! Cél: számított és mért eredmények közötti különbség minimalizálása Nagy számú bemenő adatigény Módszerek  „kézi” kalibráció: paraméterek változtatása, és a változások elemzése (lassú, nagy szaktudást igényel)  „automata”; Számítógép segítségével (pl. nagy számítási igényű optimalizációs algoritmusok felhasználásával

54 Összegzésként...  A modellek alkalmazása: hasznos eszköz lehet, de kellő alaposságot igényel (szv. frakcionálás, kinetikai jellemzők meghatározása) szükséges a „motor” működésének ismerete (korlátok, egyszerűsítések stb.)


Letölteni ppt "Eleveniszapos szennyvíztisztítás modellek. A modellezés célja: tervezés: nem létező rendszerek „működtetése” (csupán segédeszköz) kutatás: nehezen, vagy."

Hasonló előadás


Google Hirdetések