Κοινοποίησε

Αξιολόγηση Χρήστη: 5 / 5

Αστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια Ενεργά
 

Η περίσσεια ενεργού ιλύος είναι σημαντική παράμετρος λειτουργίας σε μία εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων με την μέθοδο της ενεργού ιλύος. Ο υπεύθυνος μηχανικός της εγκατάστασης οφείλει να γνωρίζει πως να την υπολογίζει και πως να την μεταβάλλει καθημερινά με στόχο να διατηρεί την βιομάζα μέσα στον αντιδραστήρα σε σταθερή συγκέντρωση.

Γενικά

Η περίσσεια ενεργού ιλύος εκφράζει τον ρυθμό παραγωγής ιλύος ανά ημέρα που πρέπει να απομακρυνθεί από την βιολογία του συστήματος επεξεργασίας λυμάτων, είναι ένα μέγεθος εκτατικό, δηλαδή μεταβάλλεται ανάλογα με τον όγκο των εισερχόμενων ακατέργαστων λυμάτων και την συγκέντρωση του προς επεξεργασία οργανικού φορτίου που περιέχουν αυτά. Ως ρυθμός παραγωγής εκφράζεται με μονάδες μέτρησης: κιλά ξηρής ιλύος ανά ημέρα. Δεν μπορεί να μετρηθεί άμεσα αλλά μπορεί να υπολογισθεί έμεσα με αναλυτές όγκου και αναλυτές συγκέντρωσης στερεών. Εάν ο υπεύθυνος μηχανικός γνωρίζει την σωστή διαδικασία υπολογισμού, το αποτέλεσμα μπορεί να εκφρασθεί σε όγκο υδαρής ιλύος με γνωστή συγκέντρωση στερεών ώστε να δώσει τις απαραίτητες εντολές απομάκρυνσης αυτού του όγκου από το σύστημα. Χρειάζεται επίσης και τον αναλυτή των στερεών που θα καταγράφει την συγκέντρωση των στερεών διότι αναμένεται αυτή να μειώνεται συνεχώς κατά την διάρκεια της αφαίρεσης, ώστε να γνωρίζει στο τέλος πόσο απόκλινε από την προγραμματιζόμενη ποσότητα.

Παράμετροι μοντέλου Monod

Από ποιές άλλες παραμέτρους όμως εξαρτάται η περίσσεια ενεργού ιλύος? Σε ποιό βαθμό επηρεάζεται από αυτές? Για να δωθούν απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα ο υπεύθυνος μηχανικός θα πρέπει να ανατρέξει στα μοντέλα του κλάδου βιοτεχνολογία της χημικής μηχανικής, που εφαρμόστηκαν κατά την μελέτη του βιολογικού καθαρισμού. Το σύνηθες μοντέλο που εφαρμόζεται ειναι το μοντέλο Monod για την αφομείωση του οργανικού φορτίου και την μετατροπή του αμμωνιακού αζώτου σε νιτρικό άζωτο και του νιτρικού σε αέριο άζωτο.

Στον παραπάνω πίνακα δίνονται οι κινητικές παράμετροι του μοντέλου Monod, το εύρος τιμών τους και η συνηθέστερη τιμή τους κατά τον σχεδιασμό εγκαταστάσεων ενεργού ιλύος με νιτροποίηση - απονιτροποίηση.

Παρατηρούμενη παραγωγή ολικών στερεών (συντελεστής Yobs)

Πριν φτάσει στον ημερήσιο ρυθμό περίσσειας ιλύος, ο υπεύθυνος μηχανικός, θα πρέπει να υπολογίσει τον συντελεστή παραγωγής ολικών στερεών, δηλαδή πόσα κιλά ολικών στερεών πρέπει να απομακρυνθούν από την βιολογία ανά κιλό αποδομούμενου οργανικού φορτίου. Η παράμετρος αυτή συμβολίζεται ως Yobs. Γνωρίζοντας για παράδειγμα, πόσα κυβικά λύματος ανά ημέρα εισήλθαν κατά μέσο όρο στην εγκατάσταση την προηγούμενη εβδομάδα, ποιά ήταν η μέση συγκέντρωση σε BOD5 (συγκέντρωση οργανικού φορτίου) στο αντίστοιχο διάστημα και ποιά είναι η ανώτερη επιτρεπτή συγκέντρωση σε BOD5 των επεξεργασμένων λυμάτων μπορεί να υπολογίσει την ημερήσια ποσότητα ολικών στερεών που πρέπει να αφαιρέσει από το σύστημα.

Η ανάλυση του BOD5 διαρκεί 5 μέρες οπότε είναι αναγκασμένος να περιμένει 1 εβδομάδα προκειμένου να του γνωστοποιηθούν τα αποτελέσματα. Αυτό βέβαια επιλύεται πλέον εύκολα αφού υπάρχουν μετρητές συνεχούς μέτρησης που μπορούν να του δώσουν σε λίγα λεπτά συσχετισμένη την συγκέντρωση του BOD5 και έτσι αντί να εφαρμόζει αναδρομικούς υπολογισμούς να χρονοπρογραμματίζει με βάση το παρών την λειτουργία των επόμενων ημερών.

Επιδράσεις στο Yobs

Ενδιαφέρον παρουσιάζει η επίδραση των προαναφερόμενων κινητικών παραμέτρων στον συντελεστή Yobs. Ως βάση λήφθηκε το παράδειγμα 8-2 των Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, Treatment & Reuse. Τα χαρακτηριστικά του προς επεξεργασία λύματος δίνονται στον παρακάτω πίνακα.

 Οι απαιτήσεις στην έξοδο της εγκατάστασης είναι αμμωνιακό άζωτο <0.5mg/l, ολικά στερεά <15mg/l και BOD5<15mg/l. Ημερήσιος όγκος λυμάτων 22464κμ/ημέρα και θερμοκρασία λειτουργίας 12oC. Εφαρμόζοντας τα απαραίτητα ισοζύγια μάζας για βιολογικό αντιδραστήρα πλήρους ανάμιξης με οξυγόνωση και νιτροποίηση κατέληξαν στην τιμή Yobs=0,65KgTSS/KgBOD5. Αφορμή για εξέταση αυτού του παραδείγματος αποτέλεσε το ερώτημα του πόσο επηρεάζουν οι κινητικές παράμετροι Monod την παραπάνω τιμή του Yobs.

Πίνακας συσχετίσεων

Στον ακόλουθο πίνακα παρουσιάζονται οι συντελεστές συσχέτισης του Yobs με τις κινητικές παραμέτρους Monod συν επιπλέον και την θερμοκρασία. Ανακατασκευάσαμε το πλήρες μοντέλο των υπολογισμών στο excel και καταγράψαμε τις τιμές του Yobs για πέντε τιμές κάθε κινητικής παραμέτρου. Όλα τα δεδομένα ενοποιήθηκαν σε έναν ενιαίο πίνακα και ζητήσαμε από το excel να μας δώσει τους συντελεστές συσχέτισης στην μορφή του παρακάτω πίνακα.

Γραφήματα αμελητέας - χαμηλής συσχέτισης

Εδώ παρουσιάζονται εποπτικά οι συσχετίσεις των παραμέτρων Yn, Ko, μm20, Ks, fd και θερμοκρασίας με τον Yobs. Οι χαμηλοί βαθμοί συσχέτισης του πίνακα μεταφράζονται σε οριζόντια γραμμή συσχέτισης στα γραμήματα που σημαίνει ότι ο Yobs πρακτικά δεν εξαρτάται από τις προαναφερόμενες κινητικές παραμέτρους Monod στο εύρος τιμών που εξετάσθηκε.

 

 

Γραφήματα μεσαίας - υψηλής συσχέτισης

Εδώ παρουσιάζονται εποπτικά οι συσχετίσεις των παραμέτρων Kn20, kdn20, kd20, Y και μnm20 με τον Yobs. Οι μεσαίοι έως υψηλοί βαθμοί συσχέτισης του πίνακα μεταφράζονται σε κεκλιμένες καμπύλες ή ευθείες συσχέτισης στα γραμήματα που σημαίνει ότι ο Yobs εξαρτάται από τις προαναφερόμενες κινητικές παραμέτρους Monod στο εύρος τιμών που εξετάσθηκε.

 

Συμπεράσματα - Προτάσεις

  • Διαπιστώσαμε ότι οι κινητικές παράμετροι Yn, Ko, μm20, Ks, fd και θερμοκρασία δεν επηρεάζουν την τιμή του συντελεστή παραγωγής ολικών στερεών Yobs, ενώ οι Kn20, kdn20, kd20, Y και μnm20 τον επηρεάζουν (για το εύρος τιμών που εξετάσθηκε).
  • Μπορούμε εάν το επιθυμούμε να θέσουμε ένα όριο προσωπικής ανοχής σε σφάλμα +-15%, δηλαδή 0.55=0.65-0.10<Yobs<0.65+0.10=0.75 (ανοχή λόγω μεταβλητότητας άλλων συνθηκών)
  • Αυτή η ανοχή καλύπτει σχεδόν όλο το εύρος τιμών και για τις παραμέτρους που επηρεάζουν τον Yobs
  • Τέτοιες ανοχές επιβάλλεται να υπάρχουν επειδή η πραγματικότητα συχνά απέχει από τους υπολογισμούς που βασίζονται σε παραδοχές (π.χ. μόνιμης κατάστασης)
  • Τέλος, ενδιαφέρον θα παρουσίαζε η εξέταση του βαθμού συσχέτισης του Yobs με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του λύματος στην είσοδο και έξοδο της εγκατάστασης.

 

Chatziliontos I. Christodoulos
Chemical Engineer - Energy Auditor
Msc Environmental Design of Infrastructure Works
mob. +306983-759514, Αυτή η διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προστατεύεται από τους αυτοματισμούς αποστολέων ανεπιθύμητων μηνυμάτων. Χρειάζεται να ενεργοποιήσετε τη JavaScript για να μπορέσετε να τη δείτε.