Моделювання і розрахунки параметрів сумісної очистки органічних забруднень (ОЗ) і сполук азоту (N) в біореакторах з використанням закріпленого біоценозу (біоплівки)
DOI:
https://doi.org/10.32347/2411-4049.2022.3.5-21Ключові слова:
сумісна очистка, сполуки органічних забруднень, органічні забруднення, ОЗ, сполуки N, О2, сполуки, N, О2, модель, біоплівка, концентрації, бактерії, біореактор-аеротенкАнотація
Запропоновано математичні моделі та розрахунки параметрів сумісної біологічної очистки стічних вод від органічних забруднень і амонійного азоту в біореакторах-аеротенках з додатковим облаштуванням в їх об’ємі закріпленого біоценозу у вигляді біоплівки. Розглянуто питання, пов’язані з формуванням гетерогенної структури біоплівки із різних бактерій, і обґрунтовано для подальшої реалізації балансові рівняння з кінетичними реакціями, що описують сумісне вилучення органічних забруднень (ОЗ) і азоту (N) в біоплівці із врахуванням кисневого режиму О2. Детальний аналіз роботи аеротенків з додатковим закріпленим біоценозом показав можливість створення нових умов сумісного вилучення ОЗ та азоту зваженим та закріпленим біоценозом. При цьому рекомендується облаштовувати аеротенки-змішувачі у вигляді трьох секцій, в кожній із яких відбувається сумісна очистка згідно з обґрунтованими трьома стадіями в одному реакторі. Показано, що на різному завантаженні формується складна гетерогенна структура біоплівки, що складається з різних бактерій. Так, ближче до поверхні біоплівки при вилученні ОЗ вона складається із гетеротрофних бактерій, а при вилученні азоту – із автотрофних бактерій. При цьому більш активні гетеротрофні бактерії можуть зростати як в аеробних, так і в аноксичних умовах, і процеси, що відбуваються в біоплівці при сумісній очистці, пов’язані із зростанням конкуренції між гетеротрофами та автотрофами в боротьбі за кисень. При цьому гетеротрофи, що знаходяться у верхній частині біоплівки, значно більше використовують кисень, ніж автотрофи, що знаходяться в нижній частині біоплівки. В результаті реалізації розроблених моделей із врахуванням різних факторів впливу на процеси сумісної очистки ОЗ і N запропоновані рекомендації з розрахунку параметрів сумісної очистки, зокрема, встановлені граничні умови існування потрібних бактерій, при яких відбувається одночасне вилучення ОЗ і N, і який із субстратів – ОЗ, N чи О2 – буде лімітувати процес очистки.
Посилання
Henze, M., van Loosdrecht, M.E., Ekama, G.A., & Brdjanovic, D. (2008). Biological Wastewater Treatment. London: IWA Publishing London.
Henze, M., Harremoes, P., Jansen, C., & Arwin, E. (2002). Wastewater Treatment. Berlin, New York: Springer.
Oliynyk, O.Ya., & Airapetyan, T.S. (2015). Modeling of water treatment from organic contaminations in bioreactors-aerotanks with suspended (free floating) and fixed biocenosis. Dopov. nac. akad. nauk Ukr., 5, 55-60 [in Ukrainian].
Olyinik, A., Kalugin, Yu., & Airapetian, T. (2017). The use of nonlinear Mono kinetics in modeling a mixing tank with a biofilm on additional loading. J. Enterprise Technologies, 6/10(90), 17-23.
Airapetyan, T.S., Telyma, S.V., & Oliynyk, O.Ya. (2017). Modeling of the oxygen regime in bioreactors-aerotanks during waste water treatment from the organic contaminations. Dopov. nac. akad. nauk Ukr., 6, 21-27 [in Ukrainian].
Oliynyk, O.Ya., Telyma, S.V., Kalugin, Yu.I., & Oliynyk, Ye.O. (2021). Modeling and calculations of waste water treatment from nitrogen compounds in bioreactors with the use of biofilm models. Dopov. nac. akad. nauk. Ukr., 5, 39-49 [in Ukrainian].
Kelareva, D.A., Kravchyk, A.M., & Oliynyk, O.Ya. (2012). Modeling of the joint removing of the organic contaminations and nitrogen at the waste water treatment by biofiltration. Dopov. nac. akadem. nauk. Ukr., 5, 179-183 [in Ukrainian].
Elenter, D., Milferstedt, K., Zhang, W., Hausner, M., & Morgenroth, E. (2007). Influence of detachment on substrate removal and microbial ecology in a heterotrophic/autotrophic biofilm. Nat. Res., 41, 4657-4671.
Violi, P., Erano, B., Boni, M.R. et. al. (2002). Development and calibration of a mathematical model for the simulation of the biofiltration process. Advan. Envir. Res., 7, 11-33.
Wanner, O., Ebert, N.I., & Rittman, B.E. (2006). Mathematical modeling of biofilms. Scientific and Technical report, 18, 208.
Tsuno, H., Hidaka, T., & Nishimura, F. (2002). A simple biofilm model of bacterial competition for attached surface . Water Res., 36, 996-1006.
Lee, M.W., & Park, J.M. (2007). One-dimensional mixed – culture biofilm considering different space occupancies of particle components. Water Res., 4, 4317-4328.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 О.Я. Олійник, С.В. Телима, Ю.І. Калугін, Є.О. Олійник
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Збірник «Екологічна безпека та природокористування» працює у рамках міжнародної ліцензії Creative Commons Attribution («із зазначенням авторства») 4.0 International (CC BY 4.0).
Ліцензійна політика журналу сумісна з переважною більшістю політик відкритого доступу та архівування матеріалів.