Обґрунтування методів розрахунку вилучення азоту (нітрифікація) в біореакторах з використанням біоплівкових моделей
DOI:
https://doi.org/10.32347/2411-4049.2021.2.18-38Ключові слова:
модель, очистка, сполуки азоту, біоплівка, біореактор, кисень, концентраціяАнотація
Наведена математична модель і розрахунки параметрів очистки стічних вод від сполук амонійного азоту (нітрифікація) в біореакторах з додатковим облаштуванням в їх об’ємі закріпленого біоценозу у вигляді біоплівки. Дана оцінка впливу різних факторів на параметри очистки. В моделі використовується кінетика реакцій згідно з нелінійним рівнянням Моно, що дозволяє проводити розрахунки з визначення концентрацій азоту на зовнішній та внутрішній поверхнях біоплівки та оцінювати ефективність дії біоплівки заданої товщини по характеру проникнення в ній забруднень азоту. Показано, що товщина біоплівки і потік всередині неї зменшуються із збільшенням швидкості відриву біомаси з її поверхні, тоді як із збільшенням концентрації азоту ці характеристики зростають. При цьому потік субстрату та глибина проникнення в біоплівку є функціями концентрації субстрату на поверхні біоплівки, швидкості реакції всередині біоплівки і дифузійного масопереносу. У якості основного параметра для оцінки впливу кисню, який контролює процес окислення амонію до нітритів, пропонується використання відношення концентрацій кисню до амонійного азоту. Як показали конкретні приклади і розрахунки, дане відношення може бути кращою альтернативою контролю за нітрифікацією в реакторі у порівнянні з концентрацією кисню.
Посилання
Henze, M., M van Loosdrecht, M.E., Ekama, G.A., & Brdjanovic, D. (2008). Biological Wastewater Treatment. London: IWA Publishing.
Oleiynik, A.Ya., & Teterja, A.I. (2001). The peculiarities of the modeling of the removing on the organic pollutants from the waste waters on the constructions with a small productivity. Applied Hydromechanics, 3 (75) (4), 2-27 (in Russian).
Lee, M.W., & Park, J.M. (2007). One-dimensional mixed-culture biofilm model considering different space occupancies of particulate components. Water Res., 4, 4317-4328.
Person, F., Wik, T., Sorensson, F., & Hermanson, M. (2002). Distribution and activity of ammonium bacteria in a lange-scale trickling filter. Water Res., 36, 1439-1448.
Henze, M., Harremoes, P., Jansen, C., & Arwin, E. (2002). Wastewater Treatment. Springer, Berlin, New York.
Gujer, W. (2010). Nitrification and me – A subjective review. Water Res., 44, 1-19.
Vayenas, D.V., Palvou, S., & Lyberatos, G. (1997). Development of a dynamic model describing nitrification in trickling filters. Water Res., 31 (5), 1135-1147.
Beyenal, H., & Tanyalac, A.A. (1994). A mathematical model for hollow fiber biofilm reactors. The Chemical Eng. Journal, 56, 53-59.
Steyer, J.-P., & Delgenes, I.P. (2005). Modeling and control of nitrite accumulation in nitrifying biofilm reactor. Biochem. Engin. Journal, 24, 173-183.
Oliynyk, O.Ya., & Maslun, G.S. (2010). Modeling of the oxygen regime in the bioreactors at the treatment on the waste waters. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 10, 52-56 (in Ukrainian).
Airapetian, T.S., Telyma, S.V., & Oliynyk, O.Ya. (2017). A modeling of the oxygen regime in bioreactors-aerotanks at the purification of waste waters from organic pollutants. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 6, 21-27. Doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.06.021 (in Ukrainian).
Oliynyk, O.Ya., & Airapetian, T.S. (2015). Increasing of the efficiency of biological waste waters cleaning owing to suspended and loaded biocenoses. Scientific Visnyk of Building, 3 (81), 106-109 (in Ukrainian).
Wanner, O., Ebert, N.I., & Rittman, B.E. (2006). Mathematical modeling of biofilms. Scientifical and Technical report, 18.
Oliinyk, O.Ya, Vasilenko, T.V., Rybachenko, C.A., & Hamid Ihao Achmad. (2006). Modeling the processes of additional treatment of the urban-communal waste waters on the filters. The problems of the water supply, drainage and hydraulic, 7, 85-97 (in Ukrainian).
Oliynyk, O.Ya., & Kolpakova, O.A. (2014). Modeling and calculations of the biological sewage treatment on trickling biofilters. Environmental safety and natural resources, 16, 68-86 (in Ukrainian).
Perez, M., Piccioreanu, C., & van Loosdrecht, M. (2005). Modelling biofilm and floss diffusion processes based on analytical solution of reaction – diffusion equations. Water Res., 39, 1311-1323.
Lachner, S., Terada, A., Horn, H., Henze, M., & Stets, B. (2010). Nitrification performance in membrane – aerated biofilm reactors differ from conventional biofilm systems. Water Research, 44, 6073-6084.
Mosquera-Corral, A., de Kreuk, M.K., Heijnen, I.I., & van Loosdrecht, M.C.M. (2005). Effects of oxygen concentration on N-removal in an aerobic granular sludge reactor. Water Res., 39, 2676-2686.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Oleksandr Ya. Oliynyk, Sergiy V. Telyma, Yuriy I. Kalugin, Yevheniy O. Oliynyk
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.
