Szennyvztisztts

Eleveniszapos szennyvztisztts modellekA modellezs clja:tervezs: nem ltez rendszerek mkdtetse (csupn segdeszkz)kutats: nehezen, vagy egyltaln nem vizsglhat jelensgek megismerse/elemzsefolyamatirnyts: gyors vlaszok a feltett krdsekrefolyamat optimalizls: sok vltozat rvid id alatti vizsglata (pl. kapacits nvels)oktats: szemllet kialaktsaA modellezs:Modell nem azonos a szimultorral!Modell: biolgiai folyamatok lersa matematikai eszkzkkelszimultor: teljes (esetleg egy rszleges) szennyvztiszttsi eljrs szmtsra alkalmas, szmtgpen mkdtetett szoftverSzennyvztisztts modellekA kezdet: 1960-70-as vek egyszer modellek (biolgiai folyamatok lersa)1980: szmtstechnika1987 ASM No 1. (Activated Sludge Model)1995-1999 ASM No 2, No 2d, No 3.Egyb szvt modellek:Biofilm modell (1980)ADM (anaerob rothasztsi modell)csatornahlzati biolgiai modellAz ASM csaldASM1 - szn/nitrogn modell (1987)ASM2 - szn/nitrogn /foszfor (1995)biolgiai tbbletfoszfor eltvolts (EBPR)ASM2d - ASM2 + anoxikus EBPRASM3 - nagymrtkben mdostott ASM1 (1999)Az ASM No.2.ASM1 tovbbfejlesztsebiolgiai tbbletfoszfor eltvolts szksgekppen tbb szennyvz frakcipolifoszftok (a biomassza rsze, de TSS-ben kifejezve)kmiai kicsaps...Az ASM No.1 s az ASM No. 3.

ASM No.1ASM No.3.Paramterek szma nMinden modell korltok kztt alkalmazhat (egyszerstsek, felttelezsek)pl ASM No1.: semleges pH, tranziens folyamatok kizrsa, tpanyag limitci nem szerepelAnyagmrlegekBemenetekKimenetekReakcikVltozs = Bemenetek - Kimenetek ReakcikSzennyvz frakcikElrelps a klasszikus komponensek alkalmazshoz kpestKOI-ban mrt szervesanyag frakcik (teht nem BOI5)Nitrogn s foszforformk frakcionlva szerepelnekA szennyvz s az eleveniszap jellemzse (ASM nomenklatra)S - oldott komponensekX - szilrd (partikullt) komponensek

IndexelsB - biomasszaS - szerves szubsztrtO - oxignN; B,H; B,A; NO; ND; stb.

ASM1 szennyvz frakcikSiOldott inert szerves anyagokSsBiolgiailag knnyen bonthat (oldott) szubsztrtg KOI/m3XiPartikullt inert szerves anyagokg KOI/m3XsBiolgiailag nehezen bonthat (partikullt) szubsztrtg KOI/m3XbhAktv heterotrf biomasszag KOI/m3XbaAktv autotrf biomasszag KOI/m3XuBiolgiailag inert alakos formban lv g KOI/m3SoOldott oxigng O2/m3SnoNitrt s nitritg N/m3SnhSzabad ammnia s ammnium ion g N/m3SndOldott biolgiailag bonthat szerves nitrogn (ss)g N/m3XndAlakos biolgiailag bonthat szerves nitrogn (xs) g N/m3Nem mrhet frakcik?Respirometria (OUR, NUR stb.)batch (lombik) ksrletekbecsls (telepi anyagmrlegekbl)

Oldott/szilrd sztvlasztsaS oldott szilrd anyag (tmegy a filteren)X lebeganyagok

A hatrvonal?1.6 m (GF/A) 1 m (GF/C)0.45 m prusmret filterekSzerves anyagokKmiai oxignignydikromtos (KOICr)KOI frakcikCKOI=SS+SI+XS+XISSknnyen bonthat (oldott) szerves anyagSIoldott, biolgiailag inert szerves anyagXSlassan bonthat (szuszpendlt) szerves anyagXI.biolgiailag inert (szuszpendlt) szerves anyagNitrogn (ASM No.1)CTN =SNOX+SNH4+SND+SN,I+XN,D+XN,D+XN,I CTN sszes nitrognSNOXnitrit s nitrt nitrogn,SNH4ammnium s ammnia nitrogn,SN,Doldott, knnyen bonthat szerves nitrogn vegyletek,SN,Ioldott inert szerves nitrogn,XN,Dszuszpendlt, bonthat szerves nitrogn vegyletek,XN,Iszuszpendlt inert szerves nitrognNitrogn frakcik meghatrozsaFelttelezve, hogy a nitrogntartalom a klnbz szerves frakcikban lland:SN,I = fSN,ISIXN,I = fXN,IXIXN,D = fXB,NXSfSN,I, fXN,I, fXB,N, tipikus rtke-0.04-0.08 kzttiSN,I, nagymrtkben vltozhat (1-4 g N/m3) Nitrogn frakcik meghatrozsa(becslssel)SND=(CTKN-SNH-SNI-XNI-SNbiomassza)(1-CXTKN)XND=(CTKN-SNH-SNI-XNI-SNbiomassza)CXTKNCTKN a szennyvz sszes Kjeldahl-nitrogn koncentrcija SNI oldott inert TKN frakci: (SNI= CTKNfNI) (mgNL-1)XNI partikullt inert TKN frakci: ((XNI= fIPNfIPCKOI) (mgNL-1) fIPN: a N:KOI arny szennyvz inert partikullt KOI-jra vonatkoztatva (-)fIP: a szennyvz partikullt inert szervesanyag (KOI) frakcija (-)CKOI szennyvz KOI koncentrci (mgL-1)SNbiomassza=XB(fBA+fBH)XB a szennyvz biomassza koncentrcija (mgKOIL-1)CXTKN a szennyvz partikullt TKN koncentrcija (mgNL-1), azaz CXTKN=CTKN-CSTKN

Foszfor (ASM No.2-tl)CTP = SPO4+Sp-P+Sorg.P+Xorg.P

CTPsszes foszfor,SPO4oldott szervetlen ortofoszft,Sp-Poldott szervetlen polifoszft,Sorg.Poldott szerves foszfor,Xorg.Pszuszpendlt szerves foszfor.sszetett vltozkBKOI= biolgiailag bonthat KOITSSSKOISiSsXsXbhXbaXuXiSBOIuXBOIuBOIufbodBOI5XKOIKOIVSSicvivtTipikus nyers szv. KOInem-denit. het.inertvalsgIAWPRC ModelloldottalakosKOIKnnyen bonthatGyors hidrolzisLass hidrolzisdenit. het.autotrfokinert10601001102059140400 ssz.inertinertKnnyen bont.Lassan bont.SiSsXsXiPldk KOI frakcionlsra

Nitrogn sszetevksTKNSnoSnhSndXndTKNsszes NTipikus nyers szv. NSninitrtvalsgIAWPRC Modeloldottszervetl.ammniuminertSnhKarbamid, ammniaammniumOldott szerv.SzuszpendltInert old.GyorsanbonthatGyors hidrolzisLass hidrolzisBiomasszaInertszuszpendltSndnehezen bonth.inertknnyen bont.XndXniPldk nitrogn frakcionlsra

Reaktor hidraulikaTkletesen kevertPlug flowCSTRd=QinputVPlug flow reaktorBemenetRecirk.TlfolysElfolysA PFTR egy szektoraiBefolyAz elzreaktorbl bejvIszap recirk.Tlfolys a kvetkez rszbeBels recirkulciPeterson MtrixKinetikai paramterekFolyamatossgKomponensij Eljrs1Xb2Ss3SoFoly. seb [ML-3T-1]1 Nvekeds2 ElhalsMegfigyelt sebess.r = biomassza[M(KOI)L-3]szubsztrt[M(KOI)L-3]oxign[M(KOI)L-3]1-1/Y-(1-Y)-1-1YSsk+SsXbb Xb = maximum fajlagos nvekedsK = fl szaturci konstansb = pusztuls seb.SztchiometrikusParamterek:Y = vals nvekedsi hozamAnyagmrlegEgyenletrendszer SsK+SsXbrSs = biomasszaszubsztrtrXb = - b Xb-1Y SsK+SsXboxignrSo = -(1-Y)Y SsK+SsXb- bXbAz ASM No.1. mtrix

ASM1 eljrsok1. Heterotrfok aerob nvekedse2. Heterotrfok anoxikus nvekedse3. Autotrfok aerob nvekedse4. Heterotrfok pusztulsa5. Autotrfok pusztulsa6. Oldott szerves nitrogn ammonifikci7. Visszatartott szerves anyagok hidrolzise8. Visszatartott szerves nitrogn hidrolziseASM1 eljrsok1. Heterotrfok aerob nvekedseAz oldott szubsztrtok (sznalap) konverzija a biomasszbafolyamat sebessge - szubsztrt s oxign szksges - a szaturci fggvnyben = Sx/(Ksx + Sx)kis mennyisg ammnium igny (ASM3 tpanyag limitci)lgossg megjelense a modellbenASM1 eljrsok2. Heterotrfok anoxikus nvekedsehasonl az aerob nvekedshez, kivve, hogy a nitrt nitrogn az electron akceptor (oxign az aerob nvekedsnl)switching function = Koh/(Koh + So)megnveli a lgossgotASM1 eljrsok3. Autotrfok aerob nvekedsenitrifikci (nitrifikl szervezetek nvekedse)biomassza nvekeds (oldott ammnium, mint energiaforrs hasznlatval)oxign s ammonia-nitrogn szksgesnitrt-nitrogn keletkeziklegnagyobb hats a lgossgraASM1 eljrsok4. Heterotrfok pusztulsaa biomassza halla (kannibalizmus, lzis)heterotrf biomassza konverzija biolgiailag lassan bonthat szubsztrtt s inert alakos anyaggalakos szerves nitrogn is keletkezikASM1 eljrsok5. Autotrfok pusztulsaa heterotrfok pusztulshoz hasonl modellASM1 eljrsok6. Oldott szerves nitrogn ammonifikcijaaz oldott szerves nitrogn konverzija ammonivASM1 eljrsok7. Szerves anyagok hidrolzisebiolgiailag nehezen bonthat szubsztrtok konverzija biolgiailag knnyen bonthat szubsztrtta heterotrfok esetben elsrendelektron donor szksges (oxign s/vagy nitrt)ASM1 eljrsok8. Szerves nitrogn hidrolzisealakos szerves nitrogn konverzija oldott szerves nitrognre (ezutn ammniumm - 6. pont)A visszatartott szerves anyagok konverzijhoz hasonl modellASM1 mechanizmusokNyers szv.ReaktorTiszttott szv.SiSsSiSsXsXiXpusztulsXbXsXuXi1-fufuhidrolzisdegradciO2Hmrsklet fggsgT1030T= 20 K (T-20)K = 1.123Arrhenius egyenletKinetika az ASM modellekbenAlapfolyamatokBiolgiai nvekedsHidrolzisPusztulsA Monod-grbe

Fajlagos szaporodsi sebessg

fajlagos szaporodsi sebessg [t-1]max maximum fajlagos szaporodsi sebessg [t-1]S limitl szubsztrt koncentrci [M/L-3]KSszubsztrt flteltsi lland [M/L-3]

Biomassza nvekeds (tpanyaglimitlt krnyezetben), a kt egyenlet sszevonsval:

A hozamkonstansa tpanyagok rszleges felhasznlsa:j sejtek ltrehozsaszerves s szervetlen vgtermkek kialakulsa

Y:hozamkonstans [M/M]tipikus tartomnyok: aerob mikroorg.: 0,4-0,8 mg/mganaerob mikroorg:0,08-0,2 mg/mg

SzimultorokTbb nemzetkzi kutathelyenSSSP, ASIM, BioWin, EFOR, GPS-X, SIMBA, STOAT, WEST ASM alapokon mkdnek

Kinetikai/sztchiometriai paramterek

Kinetikai/sztchiometriai paramterek

Modell kalibrciMegbzhat eredmnyhez nlklzhetetlen!Cl: szmtott s mrt eredmnyek kztti klnbsg minimalizlsaNagy szm bemen adatignyMdszerekkzi kalibrci: paramterek vltoztatsa, s a vltozsok elemzse (lass, nagy szaktudst ignyel)automata; Szmtgp segtsgvel (pl. nagy szmtsi igny optimalizcis algoritmusok felhasznlsval sszegzsknt...A modellek alkalmazsa:hasznos eszkz lehet, dekell alapossgot ignyel (szv. frakcionls, kinetikai jellemzk meghatrozsa)szksges a motor mkdsnek ismerete (korltok, egyszerstsek stb.)

KomponensRousseau et al., 2001Cadet et al., 2004Gokay s Sin, 2004USA pldk

2003SASSPro V2, USAOrhon et al., 1997Wichern et al., 2002Xu s Hultman 1996Henze s Harremoes (1992)

Francia-orszg

Trk-orszgUSAUSATrk-orszgNmet-orszgSvd-orszg

KOI%KOI%KOI%KOI%KOI%KOI%KOI%KOI%KOI%

SI8SI6-204-1054 (2-20)4,2 (7)156*

SS212010-328-25209 (7-32)19 (17)2737*

XI1423-SI8-171,5-2,512,477-XS12 (12)1514

XS575733-607585-SS62,6XS54,8 (45)3323

XBH0

8-15001010 (19)819,7

XBA0

0

0,3

XP0

ASM No.1. komponensEPA, 1993 (Modellezsi plda)Rousseau et al. 2001Jobbgy et al., 2003

mgNL-1a TKN rsze (%)mgNL-1

SNH206426,3

SNO0

SN (oldott N)24

6,2

SND416X

XN (partikullt N)6

XND5203,8-X

JellsJelents(ASM No.1.)Tarto-mnyBiowin 32 (2004) Kim et al., 2002Haider (2003)GPS-XWEST

(2004)Mrtk-egysg

YHHeterotrf mikroszervezetek hozamkonstans0,670,46-0,69

0,6 (0,67)0,670,66gKOI/gKOI

YAAutotrf mikroszervezetek hozamkonstans0,240,07-0,28

0,240, 150,24gKOI/gN

iNXA N/KOI arny a biomasszban0,086

0,0680,086gN/gKOI

iNIA N/KOI arny az inert anyagokban0,060,02-0,1

0,0680,06gN/gKOI

H,maxHeterotrf mikroszervezetek max. szaporodsi sebessge63-13,23,2

3,22,41/d

KSSzerves szubsztrt flteltsi llandja205-1805,0

520gKOI/m3

KOHOxign flteltsi/inhibicis llandja (heterotrf biomassza)0,20,01-0,2

0,20,20,2gO2/m3

KNONitrogn flteltsi/inhibicis llandja 0,50,05-1,6

0,51,00,5gNO3-N/m3

bHHeterotrf mikroszervezetek pusztulsi sebessge0,620,157-0,4*0,620,09-4,39

0,620,241/d

bAAutotrf mikroszervezetek pusztulsi sebessge0,150,04-0,20,17

0,040,0241/d

gAnoxikus nvekeds redukcis tnyezje0,8

0,5

0,10,8-

h, NO3Anoxikus hidrolzis redukcis tnyezje0,40,6-1,0

0,50,370,4-

khLegnagyobb fajlagos hidrolzis sebessg3,01,0-3,0

2,811,21/d

KxPartikullt KOI flteltsi llandja0,030,01-0,03

0,150,1gKOI/gKOI

AAutotrf mikroszervezetek max. szaporodsi sebessge0,80,34-0,860,90,34-0,65

0,75 (0,5)0,241/d

KNH4Ammnium flteltsi llandja1,0

0,7

1,00,5gNH4-N/m3

KO2AOxign flteltsi llandja (autotrf biomassza)0,4

0,20,4gO2/m3

kaAmmonifikci sebessge

0,08

0,0160,0481/d

fp

-0,08

0,080,08-

gKOI/gVSS

--

-1,48--

gVSS/gSS

--

-0,75(0,9)-

gKOI/gSS

--

--1,33-

JellsJelents(ASM No.1.)Tarto-mnyBiowin 32 (2004) Kim et al., 2002Haider (2003)GPS-XWEST

(2004)Mrtk-egysg

YHHeterotrf mikroszervezetek hozamkonstans0,670,46-0,69

0,6 (0,67)0,670,66gKOI/gKOI

YAAutotrf mikroszervezetek hozamkonstans0,240,07-0,28

0,240, 150,24gKOI/gN

iNXA N/KOI arny a biomasszban0,086

0,0680,086gN/gKOI

iNIA N/KOI arny az inert anyagokban0,060,02-0,1

0,0680,06gN/gKOI

H,maxHeterotrf mikroszervezetek max. szaporodsi sebessge63-13,23,2

3,22,41/d

KSSzerves szubsztrt flteltsi llandja205-1805,0

520gKOI/m3

KOHOxign flteltsi/inhibicis llandja (heterotrf biomassza)0,20,01-0,2

0,20,20,2gO2/m3

KNONitrogn flteltsi/inhibicis llandja 0,50,05-1,6

0,51,00,5gNO3-N/m3

bHHeterotrf mikroszervezetek pusztulsi sebessge0,620,157-0,4*0,620,09-4,39

0,620,241/d

bAAutotrf mikroszervezetek pusztulsi sebessge0,150,04-0,20,17

0,040,0241/d

gAnoxikus nvekeds redukcis tnyezje0,8

0,5

0,10,8-

h, NO3Anoxikus hidrolzis redukcis tnyezje0,40,6-1,0

0,50,370,4-

khLegnagyobb fajlagos hidrolzis sebessg3,01,0-3,0

2,811,21/d

KxPartikullt KOI flteltsi llandja0,030,01-0,03

0,150,1gKOI/gKOI

AAutotrf mikroszervezetek max. szaporodsi sebessge0,80,34-0,860,90,34-0,65

0,75 (0,5)0,241/d

KNH4Ammnium flteltsi llandja1,0

0,7

1,00,5gNH4-N/m3

KO2AOxign flteltsi llandja (autotrf biomassza)0,4

0,20,4gO2/m3

kaAmmonifikci sebessge

0,08

0,0160,0481/d

fp

-0,08

0,080,08-

gKOI/gVSS

--

-1,48--

gVSS/gSS

--

-0,75(0,9)-

gKOI/gSS

--

--1,33-