Download - Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése
![Page 1: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/1.jpg)
Zajzon GergőBME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék
![Page 2: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/2.jpg)
• Eleveniszapos reaktor (Activated Sludge)• Mobilizált (szuszpendált) mikroorganizmusok• Pehely (néhány 100 mikron átmérőjű) -
belsejében eltérő körülmények• Fix filmes reaktor (biofilm)• Felülethez kötött mikroorganizmusok• Szervesanyag, tápanyag gradiensek a
biofilmen belül• Csepegtetőtestek, biofilterek (bioszűrők)• Hibrid rendszerek (biofilm + eleveniszap)• Természetes szennyvíztisztítás• Alacsony költségű (BK, UK), nagy területigenyű,
Kistelepüléseken vagy utótisztitásként
Hibrid rendszerekben alkalmazott biofilm hordozó: belső felületein vastagabb, a külsőn a fokozott nyíróhatás következtében vékonyabb biofilm alakul ki. A folyadékkal a hordozó részecskék (10-20 mm átmérőjű és 10 mm hosszúságú) együtt mozognak, miközben a levegőbuborékok függőleges irányban áramlanak közöttük felfele, mozgatva a részecskéket is.
![Page 3: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/3.jpg)
• Baktériumok
• Gombák
• Algák
• Protozoa
• Metazoa
![Page 4: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/4.jpg)
nagy számban fordulnak elő számuk: eleveniszap > biofilm az eleveniszap baktériumszáma 1010-1012 literenkéntSzervesanyaglebontás – heterotróf baktériumokNitrifikáció - autotróf baktériumok (szervetlen szénforrás (HCO-3)
Zoogloea sp. Aerob szervezet. A jó oxigén ellátottságú, magasabb terhelésű rendszerekben gyakori. Jobb ülepedéshez és a pelyhek zártságának javulásához járul hozzá. Felülete erősen szemcsésnek tűnik.
Fonalas kénbaktérium . Leggyakrabban kommunális és ipari (sör-, tejüzem, vágóhíd, gyümölcsipar, papír-és cellulózipar) szennyvizekben fordul elő. Jellemzően a következők kedveznek szaporodásuknak: nagy tartózkodású idejű, anaerob beérkező nyers szennyvíz, oldott oxigén hiány, medencében alul levegőztetett terek, magas koncentrációjú organikus savak.
![Page 5: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/5.jpg)
• Gombák versenyeznek a baktériumokkal a táplálékért, amely verseny leginkább a baktériumok javára dől el, • a baktériumok száma jóval nagyobb a
gombáénál az eleveniszapos rendszerkben• az alacsony pH érték a gombáknak
kedvezőbb. A biofilterekben nagyobb számú gomba van jelen, mint az eleveniszapos rendszerekben
Gombafonalak: Leggyakrabban savas szennyvízben jelennek meg, azonban előfordulásuk ritka. Cukorgyártás, zöldségfeldolgozás, sörgyártás szennyvizeiben gyakoriak. Nagy mennyiségű megjelenésük kis savkapacitásra utal. Vegyi kezeléssel szemben rendkívül ellenállóak, tömeges megjelenésük esetén a rendszerből nagyon nehezen távolíthatóak el. Túlterhelést jelez, iszapfelfúvódást, iszaepelúszást is okozhat.
![Page 6: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/6.jpg)
• Algák a biofilterek felületén helyezkednek el, ahol a körülmények (fény és tápanyag) számukra kedvezőbbek, • megjelennek algatavakban, illetve
szennyvíz utótisztító tavakban is• A leggyakrabban a kovaalgák, fonalas
zöldalgák, és cianobaktériumok jelennek meg
![Page 7: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/7.jpg)
• Auto- és heterotróf egysejtű, valódi sejtmaggal rendelkező (eukarióta) élőlények csoportja.• Biofilterekre jellemző. Eleveniszapos telepeken
a terhelés függvényében jelenik meg. Kisterhelésű telepen nagy számban fordulnak elő. A protozoa baktériummal táplálkozik, gombákat, algát szuszpendált szerves anyagot is fogyaszt és a szennyvíz utóülepítésében is fontos szerepet játszik. Az eleveniszapok vizsgálatakor a mikroszkóppal azonosítható indikátorszervezetek zöme ebbe a csoportba tartozik (Csillósok, Ostorosok, Gyökérlábúak, Szívókások).
Amphileptus sp. : Szabadon úszó csillós egysejtű élőlény. Alacsony és közepes terhelésű rendszerekben, 0,15 - 0,2 kg/(kg•d) iszapterhelés esetén fordul elő. Alacsony oldott oxigéntartalom esetén is megél.A jól bedolgozott, jól működő berendezések stabilizálódott iszapjában találhatók. Egyes szerzők szerint a nitrátképződés megindulása után jelennek meg.
Aspidisca cicada (Járólábas csillós): Járólábas csillós faj, ami „lelegeli” a pelyhek felszínéről a rosszul kötődő szerves anyagokat és bakteriális sejteket. Száma tisztán nitrifikáló rendszerekben éri el a maximumot. Csak pehelytől pehelyig úsznak, az iszappelyheken mászkálva legelnek. Megjelenésük a nitrifikációs folyamatok kezdetét jelzi. Eltűnésük terhelésnövekedést, elégtelen oxigénbevitelt, vagy mérgező anyagok rendszerbe kerülését jelzi.
Helytülő (szeszilis) szájkoszorús csillós . Nem képez telepet, magányosan, hosszú, csavarmenetben összehúzódó nyélen ülnek. Ezen élőlények jelenléte a jó minőségű, érett iszap jellemzője. Általában az alacsony terhelésű, jó oxigén ellátottságú rendszerekben fordulnak elő. Csak akkor jelenik meg, ha a nitrifikáció tartós. Ha az oldott oxigéntartalom 4mg/l alá csökken leszakad a száráról (nyeléről), betokozódik és elpusztul. A túllevegőztetést nem viseli el.
![Page 8: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/8.jpg)
Metazoa magasabb rendű élőlény. Az eloszlásuk a protozoához hasonló, biofilterekben és eleveniszapos telepeken egyaránt előfordulnak. Többféle faj előfordulhat úgymint Rotifera, Crustacea, egyéb állatfajok és rovarok.
Medveállatka (Tardigrada sp.)Többsejtű élőlény. Alacsony terhelésű rendszerekben jellemző. A latin név jelentése: ”lassan lépkedő”. Széles hőmérsékleti spektrumot is elvisel (0-150 C °). A generációs idejük nagy, ezért a szennyvíziszapban csak akkor tudnak elszaporodni, ha az iszapkor kellően nagy. A stabil, idős iszap indikátorai.
Rotaria sp.: A kerekesférgek (Rotatoria) Bdelloidea rendjébe tartozó faja. Igénytelen faj, 0,2 kg/(kg•d) terhelésű és 1 mg/l alatti oxigéntartalmú vizekben is megél. Baktériumokkal, algákkal, szerves törmelékkel táplálkozik. Generációs ideje nagy (több nap). A stabil, idős iszap indikátora.
![Page 9: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/9.jpg)
• Iszap el/felúszást legyakarabbi okai:• Alacsony F/M (Food/Microorganism) arány• Alacsony oldott oxigén koncentráció• Alacsony pH• Szeptikus (berothadt) szennyvíz• Denitrifikáció az utóülepítőben• TápanyaghiánySzámos telepen okoznak problémát az üzemeltetés
során, mikroszkópos vizsgálatokkal a pehely szerkezetből, indikátor fajok jelenlétéből ill. hiányából következtetéseket lehet levonni, hogy a fenti okok közül melyik okozhatja az elúszást.
![Page 10: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/10.jpg)
• Szelekció•a szelekció (kiválasztódás) egy olyan folyamat, mely egyes fajok elszaporodását (növekedését) okozza, míg más fajok egyedszáma csökken. •alapja a fajok megfelelő diverzitása
![Page 11: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/11.jpg)
• Szelekció eleveniszapos telepeken• Elektron akceptor (például oxigén vagy
nitrát)• Szubsztrát• Ülepítési, vagy flokkulációs
karakterisztikák• Hőmérséklet• Növekedési sebesség• Szabadon szuszpendált életformák
• Fixfilmes (biofilm) szennyvíztisztítás:• A fenti tényezőkön kívül:• Adhézió• Biofilmben rögzült mikroorganizmusok
![Page 12: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/12.jpg)
igen
Potenciálisan elszaporodni
képes baktérium
Aerob? Elpusztul
Elsődleges
szubsztrát
felvétele?
nem
Másodlagos
szubsztrát felvétele?
nem
Ülepedési tul.
Elpusztulnem
igen
Hőmérséklet
Növekedési
sebesség
Szuszpendált mikororg.
Eleveniszapos baktérium
igen
igen
igenigen
igen
KimosodásElpusztul
Kimosodás Elpusztul
nem
nemne
m
nem
![Page 13: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/17.jpg)
• 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]
max
S
K SS
![Page 18: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/18.jpg)
Biológiailag bontható toxikus anyagok: Andrews kinetika
![Page 19: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/20.jpg)
- Biológiai növekedés
- Hidrolízis
- Pusztulás
![Page 21: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/21.jpg)
• Biológiai növekedésA szennyvíztisztítási folyamatban előforduló baktériumok a növekedésükhöz kicsi, és egyszerű felépítésű molekulák lebontását végzik el. Ilyenek lehetnek például az ecetsav, etanol, metanol, propionsav, glükóz, ammónium, nitrit stb.
![Page 22: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/22.jpg)
• Baktériumok szaporodási sebessége
fajlagos szaporodási sebesség [t-1]
X mikroorganizmus koncentráció [M*L-3]
dX
dtX
![Page 23: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/23.jpg)
• Biológiai növekedés: rV,XB = max·f(S)·XB
rV,XB a térfogati biológiai növekedés (dimenzió M·L-3·T-1, mértékegység például kg KOI(B)/(m3·d))
max a maximum fajlagos szaporodási ráta (dimenzió T-1, mértékegység például h-1, vagy d-1)
f(S) a szaporodás kinetikáját írja le (például nullad- vagy elsőrendű, vagy Monod-kinetika)
XB biomassza koncentráció (dimenzió MX·L-3, egység kg KOI(B)/m3 vagy kg SS(B)/m3)
![Page 24: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/24.jpg)
• Baktérium szaporodási sebesség (tápanyaglimitált környezetben), felhasználva a Monod kinetikát:
dX
dt
S
K SX
S
max
![Page 25: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/25.jpg)
• A hozamkonstans
• a tápanyagok részleges felhasználása:• új sejtek létrehozása• szerves és szervetlen végtermékek
kialakulása• Pl.: szervesanyag lebontás: CO2 + sejtenyag
Y hozamkonstans [M/M] pl.: kgKOI(biomassza)/kgKOI(szubsztrát)
dX
dtYdS
dt
![Page 26: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/26.jpg)
• Szubsztrát fogyasztás: rV,S = (rV,XB)/Ymax
Ymax a legnagyobb hozamkonstans
(dimenzió MXB·MS-1, egység például
kg KOI(B)/KOI(S) vagy kg VSS(B)/kg KOI(S))
A hozamkonstans kismértékű ingadozást mutathat, melyet a telepre érkező szennyvíz minősége és a telep terhelésének változása okoz.
![Page 27: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/27.jpg)
• A szubsztrátfogyasztás sebessége:
• Több szubsztrát esetén (Nitrogén, foszfor…)
dS
dt Y
S
K S
S
K S
S
K S
S
K SX
S S S
n
Sn n
1 1
1 1 2 2
max ...
dS
dt Y
S
K SX
S
1 max
![Page 28: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/28.jpg)
Hidrolízis: Elsőrendű kinetikával:rV,XS = kh·XS
A nagyméretű molekulák kisebb méretű molekulákká konvertálódnak (lehet partikulált, kolloid vagy oldott anyag is)A hidrolízis sebessége általában kisebb mint a biológiai növekedésé
A hidrolízis gyakran a sebesség-limitáló tényező a biológiai szennyvíztisztítási folyamatokban.
![Page 29: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/29.jpg)
Hidrolizis Monod-kinetikával leírva:
khX hidrolízis konstans
(dimenzió MXS·MXB-1·T-1)
Kx hidrolízis szaturációs konstans
(dimenzió MXS·MXB-1).
BBSX
BShXXS,V X
X/XK
X/Xkr
![Page 30: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/30.jpg)
Elektronakceptor
Hidrolízis konstans,oldott anyagok, kh
d-1
Hidrolízis konstans,lebegő anyagok, k h
d-1
Hidrolízis konstans, kh,X
kg KOI(X)/(kgKOI(B)·d)
Hidrolízis szaturációskonstans, KX
kg KOI(X)/
kg KOI (B)
Oxigén 3-20 0.6-1.4 0.6-1.4 0.02-0.05
Nitrát 1-15 0.15-0.4 0.15-0.4 0.02-0.05
Oxigén ésnitrát nélkül
2-20 0.3-0.7 0.3-0.7 0.02-0.05
Hidrolízis konstansok szerves anyagra különböző elektron akceptorok esetén
![Page 31: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/31.jpg)
• Pusztulás (elsőrendű kinetika): rV,XB = b·XB
b konstans (dimenzió T-1, egység például d-1).
• bizonyos mennyiségű lassan bontható anyag kerül be a rendszerbe. Ez az anyag hidrolizál, és következésképpen növekedést, vagy oxigén illetve nitrát fogyasztást okoz.
![Page 32: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/32.jpg)
• OUR (oxgen ultilization rate) teszt oldott oxigén koncentráció fogyása
• NUR (nitrate ultilization rate) teszt nitrát koncentráció fogyása
• Eleveniszap átlagos oxigén fogyasztási sebessége: 20-40 gO2/(kg*VSS*h)
• A kísérlet eredményeből számolt fogyási sebességek jellemzik a a biomassza biológiai aktivitását
• Szennyvíz biológiailag könnyen és nehezen bontható szervesanyag tartalmának meghatározására alkalmas
• Alacsony aktivitás oka lehet toxikus szennyvíz• Szennyvíz toxkiuságának vizsgálatára is használják
A kísérletet egy néhány literes reaktorban végezzük, eleveniszapot és szennyvizet keverünk össze és figyeljük az oldott oxigén (OUR teszt), nitrát (NUR teszt) koncentráció fogyását. A reaktorban megmérve a biomassza koncentrációját számítható az egységnyi biomassza tömeg által egységnyi idő alatt fogyasztott oxigén ill. nitrát.
![Page 33: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/33.jpg)
![Page 34: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/34.jpg)
Nyers szennyvíz szervesvegyületeinaek aerob biológiai tisztítása:
Szervesanyag
CO2 (aerob, anaerob)
CH4 (anaerob)
Biomassza
Biológiailag nem bontható
(inert) anyagok
Könnyen bontható
szervesanyaggá történő
átalakítás (hidrolizis)
Különböző tápanyagok:
Nitrogén, foszfor, kén vegyületek
![Page 35: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/35.jpg)
• Kinetika, aerob heterotróf átalakulásAz aerob mikroorganizmusok szubsztrát konverziója elsősorban a biomassza vonatkozásában írható le.
µobs telepre jellemző szaporodási sebesség, értéke szakirodalomban megtalálható, pontosítása az adott telepre mérésekkel meghatározható
Bobs
SV XY
r max
,
![Page 36: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/36.jpg)
• A környezeti tényezők hatása, aerob heterotróf konverziók
- Hőmérséklet
- Szubsztrát (szervesanyag)
- Oxigén
- pH
- Toxikus anyagok
- Nitrogén
- Foszfor
![Page 37: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/37.jpg)
• Hőmérséklet hatása az alábbi módon írható le
max(T) = max(20C)·exp ((T-20))
• A fenti egyenlet 0-32 °C között érvényes • 32-40 ° C között nincs számottevő hatása a
hőmérsékletnek• 40 ° C felett gyors csökkenés tapasztalható 45 ° C
foknál nullára csökken a biológiai aktivitás
![Page 38: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/38.jpg)
• Oldott oxigén koncentráció hatása:Monod-képlet szerint:
SO2.2 oxigénkoncentráció a reaktorban
KS,O2 oxigén szaturációs állandója.
2O,S2.2O
2.2Omaxobs KS
S
![Page 39: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/39.jpg)
Az oldott koncentráció jelenlétét befolyásolja a pehely szerkezete is, így az oldott oxigén koncentráció hatása pontosabban leírható:
“kettős” Monod-képlet:
A szaturációs konstans, KS,O2, függ a pehelymérettől a hőmérséklettől, amennyiben annak hatása van az oxigén pelyhekbe történő diffúziójára
2O,S2.2O
2.2O
S2
2maxobs KS
S
KS
S
![Page 40: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/40.jpg)
KpH pH állandó
I=10(optimum pH)-1Általában az alacsony pH okoz problémákat a biológiai folyamatokban
1K
KpH.optpH
pH
pHmaxmax
![Page 41: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/41.jpg)
Tapasztalat
Növekedés
pH modell
pH
![Page 42: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/42.jpg)
• Toxikus anyagok jelenléte (számos vegyület gátolhatja, az aerob szervesanyag lebontást, azonban ez a gyakorlatban ritkábban okoz problémát köszönhetően az aerob szervesanyag lebontók gyors szaporodásának
• Nitrogén és foszforvegyületek hiánya: A baktériumok szervesanyag mellett nitrogént és foszfort is felhasználnak növekedésük során, ha nincs megfelelő koncentrációban jelen ez is gátolhatja a növekedésüket.
![Page 43: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/43.jpg)
Szimbólum Egység Mennyiség
Maximum specifikus növekedési sebesség max d-1 4-8
Bomlási konstans b d-1 0.1-0.2
Szaturációs konstans szubsztrátra KS,KOI g KOI/m3 5-30
Szaturációs konstans oxigénre KS,O2 g O2/m3 0.5-1
Maximum szaporodás hozam Ymax g KOI/g KOI 0.5-0.7
Hőmérsékleti állandó max, kh, b C-1 0.06-0.10
pH konstans KpH - 150-250
Hidrolízis konstans, lebegőanyagok kh d-1 0.6-1.4
Hidrolízis konstans, oldott anyagok kh d-1 3-20
Hidrolízis konstans khX kg KOI(X)/kg KOI(B)·d 0.6-1.4
Hidrolízis szaturációs konstans KX kg KOI(X)/kg KOI(B) 0.02-0.05
Szaturációs konstans, nitrogén KS,NH4 g N/m3 0.1-0.5
Szaturációs konstans, foszfor KS,PO4 g P/m3 0.1-0.2
Reakciósebességi állandók. Heterotróf aerob konverzió (20 C)
![Page 44: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/44.jpg)
Reakciók, átalakulások
![Page 45: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/45.jpg)
• Fogalom• A nitrifikáció olyan mikrobiológiai folyamat, mely az
ammóniumot nitritté, majd végül nitráttá alakítja. • A nitrifikáció reakciói
• Lényegesen lassabb a szaporodási sebességük mint a hetrotrófoknak
• a sebessége erősen hőmérsékletfüggő
• toxikus anyagok limitálhatnak
• autotróf mikroorganizmuscsoport tevékenységével két lépésben zajlik le
![Page 46: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/46.jpg)
• az ammónium ion oxidálódik nitritté egy baktériumcsoport által, melynek neve Nitrosomonas
• a nitrit nitráttá oxidálódik a Nitrobacter baktériumok segítségével.
12232 2223 OHNOHONH
222 322 NOONO
NmolNHkJH 4/270
NmolNOkJH 2/80
![Page 47: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/47.jpg)
- Szubsztrát koncentráció
- Hőmérséklet
- Oxigén
- pH
- Toxikus anyagok
Ammónium oxidációja a folyamat fő limitáló tényezője, mivel e nélkül nitrit se jelenik meg
![Page 48: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/48.jpg)
• 10 és 22 °C között azonos az aerob hetrotrofokéval
• 40 ° C fok felett már nincsen• 4 °C alatt az aktivitás már csak nagyon
kismértékű• Érzékeny a hirtelen hőmérsékletváltozásra, emiatt
gyors hőmérséklet emelkedés esetén az aktivitás emelkedése elmaradhat a képlet szerint várhatótól
![Page 49: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/49.jpg)
Oxigén koncentráció:•Monod kinetikával írható le•Érzékenyebb, mint az aerob hetrotrófokpH: 6-10 között fordulhat elő nitrifikációOptimum 8-9 között vanA nitrifikáció során a pH csökken, ha a szennyvíz lúgossága (karbonát ion) nem elég nagy, akkor gátolhatja a folyamatot a túlzottan lecsökkent pHHazai vizek karbonát ion koncentrációja magas, ezért nem szükséges a víz puffer kapacitásának növelése.
![Page 50: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/50.jpg)
Szimbólum
Mértékegység
Nitrosomonas
Nitrobacter
Teljes folyamat
Max. fajl. Szap. sebbeség
µmax,A d-1 0,6-0,8 0,6-1,0 0,6-0,8
Szaturációs konstans
KS,NH4,A
gNH4-N/m3 0,3-0,7 0,8-1,2 0,3-0,7
Szaturációs konstans
KS,O2,A gO2/m3 0,5-1,0 0,5-1,5 0,5-1,0
Hozam konstans
Ymax,A gVSS/gN 0,10-0,12 0,05-0,07
0,15-0,20
Pusztulási konstans
bA d-1 0,03-0,06 0,03-0,06
0,03-0,06
![Page 51: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/51.jpg)
Reakciók, átalakulások
![Page 52: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/52.jpg)
• A denitrifikáció során a nitrát nitrogén gázzá vagy dinitrogén oxiddá alakul
• A folyamathoz szükséges megfelelő mennyiségű könnyen bontható szervesanyag szükséges.
• A legtöbb heterotróf szervesanyag lebontó baktérium fakultatív, vagyis anoxikus körülmények között nitrátot használ fel elektron akceptorként, aerob körülmények között pedig oxigént, ha mindkettő jelen van az oxigént részesítik előnyben a baktériumok
• Emellett vannak csak aerob és csak anoxikus körülmények között élő baktériumok is
![Page 53: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/53.jpg)
• A környezeti tényezők hatása:- Hőmérséklet
- Szusztrát (szervesanyag)
- Oxigén
- pH
- Toxikus anyagok
- Nitrogén
- Foszfor
![Page 54: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/54.jpg)
• Hőmérséklet függés azonos mint az aerob heterotrófoknál
• Oxigén: 0,2 mg/l alatti oldott oxigén koncentráció alatt hatékony a denitrifikáció, efölött rohamosan csökken a hatásfoka
• Itt is jelentős hatása van a pehely szerkezetnek, ha a pehely elég sűrű a belsejében anoxikus zóna jöhet létre a levegőztett medencében is
• pH: 6-10 között jön létre • 7-9 között van az optimum• A denitrifikáció során a lúgosság növekszik, vagyis
a pH értéke is nő
![Page 55: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/55.jpg)
• A rendelkezésre álló szervesanyag forrás biológiai bonthatósága jelentős mértékben befolyásolja a denitrifikáció sebességét
Metanol, vagy ecetsav
Nyers szennyvíz szervesanyag
Szervesanyag endogén légzésből
Denitrifikációs sebesség (gNO3-N*kg VSS*h)
Hőmérséklet
![Page 56: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/56.jpg)
Szimbólum Egység Mennyiség
Legnagyobb specifikus növekedési sebesség* max d-1 3-6
Legnagyobb specifikus növekedési sebesség,metanol
max d-1 5-10
Bomlási állandó b d-1 0.05-0.10
Szaturációs állandó, nitrát KS,NO3 g N/m3 0.2-0.5
Szaturációs állandó, oxigén KS,O2(NO3) g O2/m3 0.1-0.5
Szaturációs állandó, metanol KS,MeOH g KOI/m3 5-10
Szaturációs állandó* KS,KOI g KOI/m3 10-20
Hidrolízis konstans, lebegőanyag kh d-1 0.15-0.4
Hidrolízis konstans, oldott anyag kh d-1 1-15
Hidrolízis konstans khX kg KOI(X)/kg KOI(B)d 0.15-0.4
Hidrolízis szaturációs konstans KX kg KOI(X)/kg KOI(B) 0.02-0.05
Maximum yield konstans, metanol Ymax kg KOI/kg KOI 0.5-0.65
Maximum yield konstans* Ymax kg KOI/kg KOI 0.4-0.6
Maximum yield konstans* Ymax kg KOI/kg NO3- 1.6-1.8
Hőmérsékleti állandó max és b-re C-1 0.06-0.12
*szervesanyag a nyers szennyvízben
A denitrifikáció reakciósebességi konstansai.
![Page 57: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/57.jpg)
![Page 58: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/58.jpg)
Biomassza növekedés és szubsztrát fogyás:
Tömeg megmaradás:
![Page 59: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/59.jpg)
• Activated Sludge Model No 1(ASM1) 1983- International Association on Water Quality (IWAQ, ma International Water Association, IWA) kutatócsoportja megalkotta az első eleveniszapos modellt, a későbbiekben ez került továbbfejlesztésre.
• Kommunális szennyvíztisztítás biológiai folyamatainak modellezésére fejlesztették ki
• Szervesanyag eltávolítás és nitrogén eltávolítás modellezésére használják
![Page 60: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/60.jpg)
Teljes KOIbefolyó vízben
Teljes biodegradálha
tó KOI
Teljes inert KOI
Könnyen biodegradálha
tóKOI (SS)
Lassan biodegradálha
tó KOI (XS)
Oldott inert
KOI (SI)Partikulált inert KOI (XI)
Biomassza KOI
Heterotróf (Xbh)
Autrotróf(Xba)
![Page 61: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/61.jpg)
Nitrát, nitrit
AmmóniumSNH
Szerves nitrogén
Biomasszában kötött
nitrogén
Oldott szerves nitrogén
Partikulált szerves nitrogén
Biológiailag nem
bontható oldott
nitrogén vegyületek
Biológiailag nem bontható
parikulált nitrogén
Biológiailag bontható nitrogén
Total Kjeldhal Nitrogén
![Page 62: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/62.jpg)
• Heterotróf biomassza növekedése aerob körülmények között (szervesanyag lebontás)
• Heterotróf biomassza növekedése anoxikus körülmények között (denitrifikáció + szervesanyag lebontás)
• Autotróf biomassza növekedése aerob körülmények között (nitrifikáció)
• Heterotrófok pusztulása• Autotrófok pusztulása• Oldott szerves nitrogén vegyületek ammonifikációja• Biológiailag nehezen bontható szervesanyag
hidrolizise• Szerves nitrogén vegyületek hidrolizise
![Page 63: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/63.jpg)
• Ez a modell az ASM1 modell biológiai többletfoszfor-eltávolítással kiegészített variánsa. Ahhoz, hogy a PAOk (phosphate accumulating organisms azaz foszfor-felhalmozó organizmus) életműködését megfelelően leírhassuk szükség volt új összetevők bevezetésére:
• • ecetsavhoz hasonlóan viselkedő anyagok, SA
• • fermentálható tápanyag, SF
• • nehezen bontható tápanyag, XS
• Az ASM 2-es modell feltételezi, hogy a növekedés ütemét a tápanyagok közül csak az SA befolyásolja, melyet a hidrolizált és fermentált tápanyagokból kapunk.
![Page 64: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/64.jpg)
• Ez a model egy alternatív lehetőséget kínál a heterotróf organizmusok leírására. Ezek az élőlények átmenetileg képesek polimer vegyületként – például polihidroxi-alkanoátként (PHA) vagy glykogénként (GLY) – szerves anyagot tárolni. Ezen tárolt anyagok képesek átsegíteni őket bizonyos tápanyaghiányos állapotokon. Mindehez jelentős oxigén felhasználás járul, ahogy azt az ábra is mutatja:
![Page 65: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/65.jpg)
• Predáció modellezése (protozoa, metazoa)• Biofilmek vizsgálata és modellezése• http://www.biofilms.bt.tudelft.nl/index.html• Példa 2D biofilm modellre:• http://www.biofilms.bt.tudelft.nl/frameworkMateria
l/monospecies2d.html (Java kiegészítő kell és nekem Exploreren futott)
• A tantárgy oldalára még feltettem egy 8 oldalas írást (Kárpáti Árpád: szennyvíztisztítási technológiák fejlődési irányai)
![Page 66: Biológiai szennyvíztisztítás és modellezése](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051516/56812d14550346895d91f243/html5/thumbnails/66.jpg)
• Milyen organizmus csoportok jelenhetnek meg a szennyvíztelepen?
• Mik okozhatnak ülepedési problémákat?• Mi a célja a fénymikroszkopós vizsgálatoknak?• Mi a szelekció, eleveniszapos és biofilmes rendszerekben milyen
környezeti tényezők befolyásolják?• Nulladrendű és elsőrendű kinetika (képlet, feltételezések)• Monod kinetika (grafikon, képlet, tagok neve értelmezése)• Biológiai átalakulás (növekedés, hidrolizis, pusztulás
kapcsolata,28 dia ábra)• Növekedés és szubsztrát fogyasztás kapcsolata, hozamkonstans
fogalma, mit fejez ki?• Respirációs kísérletek célja, OUR, teszt, NUR teszt rövid
ismertetése• Aerob heterotrófokat befolyásásoló környezet tényezők
(felsorolás)• Nitrifikációt befolyásoló környezeti tényezők (felsorolás)• Denitrifikációt befolyásoló környezeti tényezőt (felsorolás)• Tökéletesen elkevert reaktor működési elve (ábra,
tömegmegmaradás, növekedés, képletek)