Моделювання і розрахунки параметрів сумісної очистки органічних забруднень (ОЗ) і сполук азоту (N) в біореакторах з використанням закріпленого біоценозу (біоплівки)

Анотація

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.