WPàYW PARAMETRÓW TECHNOLOGICZNYCH NA ILOĝû

Architectura 6 (2) 2007, 59–70
WPàYW PARAMETRÓW TECHNOLOGICZNYCH
NA ILOĝû BIOMASY W REAKTORZE BIOLOGICZNYM
ZE ZàOĩEM RUCHOMYM
Maágorzata Makowska
Akademia Rolnicza im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu
Streszczenie. Badania obejmowaáy oczyszczanie Ğcieków w reaktorach ze záoĪem ruchomym, nazywanych reaktorami hybrydowymi. Biomasa wystĊpuje tam w formie zawieszonej
– osad czynny, i utwierdzonej – báona biologiczna. Badania laboratoryjne przeprowadzono
na trzech równolegle pracujących reaktorach w systemie przepáywowym i porcjowym. Reaktory byáy napowietrzane cyklicznie, a ich wypeánienie stanowiáy cylindryczne ksztaátki
z tworzywa sztucznego. Oczyszczaniu poddano Ğcieki bytowe po wstĊpnym oczyszczeniu
w osadniku gnilnym. Na podstawie badaĔ stwierdzono, Īe w obu systemach zawartoĞü
biomasy zawieszonej malaáa, a utwierdzonej rosáa wraz ze wzrostem áadunku i obciąĪenia biomasy áadunkiem organicznym. Analogicznie wzrastaáa iloĞü biomasy usuwanej ze
Ğciekami oczyszczonymi. Wyznaczone wspóáczynniki przyrostu biomasy byáy wiĊksze dla
systemu porcjowego i nie zaleĪaáy od parametrów technologicznych procesu.
Sáowa kluczowe: reaktory hybrydowe, osad czynny, báona biologiczna, záoĪe ruchome
WSTĉP
Usuwanie ze Ğcieków związków organicznych i biogennych jest powszechnie realizowane w reaktorach biologicznych z osadem czynnym (w ukáadzie przepáywowym
lub porcjowym) lub ze záoĪem biologicznym. Przy oczyszczaniu maáych iloĞci Ğcieków
w ukáadach jednostopniowych, gdzie wystĊpuje bardzo duĪa nierównomiernoĞü iloĞci
i jakoĞci dopáywających Ğcieków, pojawiają siĊ problemy z utrzymaniem w reaktorze
odpowiedniej iloĞci biomasy. Dobrym rozwiązaniem tych problemów wydaje siĊ system wykorzystujący w jednym reaktorze biomasĊ zawieszoną (osad czynny) i biomasĊ
utwierdzoną (báonĊ biologiczną). Reaktory tego typu są nazywane reaktorami ze záoĪem ruchomym lub reaktorami hybrydowymi [Gebara 1999]. System taki jest bardziej
odporny na przeciąĪenia hydrauliczne i moĪe przyjąü wiĊkszy áadunek zanieczyszczeĔ
Adres do korespondencji – Corresponding author: Maágorzata Makowska, Akademia Rolnicza
im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu, Katedra Budownictwa Wodnego, ul. Wojska Polskiego
73A, 60-625 PoznaĔ, e-mail: [email protected]
60
M. Makowska
niĪ system klasyczny, ze wzglĊdu na moĪliwoĞü zgromadzenia wiĊkszej iloĞci biomasy
w dwóch postaciach. IloĞü i przyrost biomasy zaleĪą od warunków prowadzenia procesu
[Abbassi i in. 2000, Fouad i Bhargava 2005], mają równieĪ wpáyw na skutecznoĞü usuwania zanieczyszczeĔ ze Ğcieków. Ciekawym rozwiązaniem jest reaktor hybrydowy ze
zmiennym napowietrzaniem [Yoo i in. 1999], w którym moĪliwe jest jednoczesne usuwanie związków wĊgla oraz związków azotu poprzez symultaniczny proces nitryfikacji
– denitryfikacji [Hanhan i in. 2005]. Zaletą takiego systemu jest moĪliwoĞü prowadzenia
wszystkich procesów usuwania zanieczyszczeĔ w jednym reaktorze, dziĊki odpowiednim warunkom dla rozwoju róĪnorodnych kultur bakterii. Jest to szczególnie istotne
w ukáadach oczyszczania o maáej przepustowoĞci, gdzie czĊĞü biomasy utwierdzonej na
noĞniku umoĪliwia jej szybkie odtworzenie na wypadek przeciąĪenia hydraulicznego.
METODYKA
Badania na reaktorach biologicznych ze záoĪem ruchomym przeprowadzono w laboratorium technologicznym Katedry Budownictwa Wodnego Akademii Rolniczej w Poznaniu.
Badania wykonano w dwóch etapach: w pierwszym etapie reaktory pracowaáy w systemie
przepáywowym, w drugim etapie – w systemie porcjowym. W obu przypadkach równolegle
pracowaáy trzy reaktory o pojemnoĞci 75 l kaĪdy (rys. 1), róĪniące siĊ miĊdzy sobą obciąĪeniem hydraulicznym i áadunkiem doprowadzanych zanieczyszczeĔ. ObjĊtoĞü czynna
osadnika wtórnego (rys. 1a) i zbiornika poĞredniego (rys. 1b) wynosiáa 30 litrów.
Charakterystyczną cechą badanych ukáadów byáo zmienne napowietrzanie, realizowane za pomocą grubopĊcherzykowych dyfuzorów, zasilanych dmuchawami sterowanymi wyáącznikiem czasowym. KaĪdy etap badaĔ skáadaá siĊ z kilku serii, róĪniących
siĊ czasem napowietrzania i przerwami w dopáywie powietrza, w przypadku reaktorów
przepáywowych, oraz dáugoĞcią cyklu pracy, w przypadku reaktorów porcjowych. Czas
napowietrzania i przerwy w dopáywie powietrza w reaktorach cyklicznych byá staáy dla
wszystkich serii badaĔ. Okres zmiennego napowietrzania byá równy okresowi napeániania reaktora; sedymentacja osadu trwaáa 30 min, dekantacja 15 min, niezaleĪnie od
dáugoĞci cyklu pracy reaktora. ZáoĪe ruchome, umieszczone w kaĪdym z reaktorów, miaáo postaü cylindrycznych ksztaátek z karbowanego polietylenu o wymiarach 13/13 mm
i porowatoĞci nasypowej 0,86. Liczba ksztaátek, obliczona zgodnie z wczeĞniej podaną
metodyką [Makowska 2002], w obydwóch etapach badaĔ byáa jednakowa w kaĪdym
z reaktorów i wynosiáa 2000 sztuk. Ukáad przepáywowy byá wyposaĪony w recyrkulacjĊ
osadu w iloĞci 50% przepáywu dobowego. Osad nadmierny w ukáadzie przepáywowym
usuwano 1 raz w tygodniu; w ukáadzie porcjowym w 1. serii badaĔ osad usuwano równieĪ raz w tygodniu, w serii 2. i 3., w których obciąĪenie reaktorów byáo duĪe, osad
nadmierny usuwano sporadycznie lub nie usuwano. Do badaĔ uĪyto Ğcieków bytowych,
wstĊpnie podczyszczonych w osadniku gnilnym. Temperatura badanych Ğcieków wahaáa
siĊ od 16 do 23qC. Parametry technologiczne badanych ukáadów dla systemu przepáywowego i porcjowego przedstawiono w tabeli 1.
W celu okreĞlenia niezbĊdnych parametrów pracy badanych systemów oraz ich
wpáywu na iloĞü biomasy i skutecznoĞü usuwania zanieczyszczeĔ oznaczano: zawartoĞü
związków wĊgla (jako BZT5 – metodą respirometryczną, i ChZTCr – metodą spektrofotometryczną) i związków azotu (azot ogólny Kjeldahla – metodą destylacji, azot amonoActa Sci. Pol.
Wpáyw parametrów technologicznych na iloĞü biomasy...
a
Rys. 1.
Fig. 1.
61
b
Schemat modelu laboratoryjnego: a – w ukáadzie przepáywowym, b – w ukáadzie porcjowym
Lay-out of laboratory set-up: a – in continuous flow system, b – in batch system
wy, azotynowy i azotanowy – metodą spektrofotometryczną) oraz zawiesinĊ w Ğciekach
surowych i oczyszczonych, zawartoĞü biomasy zawieszonej i utwierdzonej w reaktorach
(metodą wagową bezpoĞrednią i poprzez oznaczenie azotu ogólnego Kjeldahla metodą
destylacji, przyjmując, Īe stanowi on 4,28% suchej biomasy) oraz rzeczywistą przepustowoĞü ukáadów oczyszczających. Próby Ğcieków do badaĔ pobierano z odpáywu z osadnika wtórnego w ukáadzie przepáywowym i z odpáywu z reaktora w ukáadzie porcjowym.
Próby osadu pobierano bezpoĞrednio z reaktorów.
Na podstawie wykonanych analiz obliczono iloĞü biomasy zawieszonej i utwierdzonej w badanych reaktorach, ustalono zaleĪnoĞü iloĞci i przyrost biomasy od doprowadzanego áadunku zanieczyszczeĔ organicznych i od obciąĪenia biomasy tym áadunkiem.
ZmiennoĞü danych zawartych w tabeli okreĞla odchylenie standardowe Ğredniej. Próby,
w áącznej iloĞci 15 sztuk w kaĪdej serii badawczej, pobierano w odstĊpach tygodniowych. Wyznaczono równieĪ rzeczywisty (obserwowany) wspóáczynnik przyrostu biomasy (Yobs). Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, jaki byá wpáyw parametrów technologicznych na iloĞü i przyrost biomasy pozostającej w reaktorze w postaci
zawieszonej i utwierdzonej oraz usuwanej wraz ze Ğciekami oczyszczonymi. Ustalono
zaleĪnoĞci pomiĊdzy poszczególnymi parametrami.
Architectura 6 (2) 2007
62
M. Makowska
Tabela 1. Parametry technologiczne badaĔ na modelach laboratoryjnych reaktorów hybrydowych
Table 1. Technological parameters of processes in the laboratory hybrid reactors
Seria
Run
1
Parametr
Parameter
2
Przepáyw [dm3/d]
Capacity
Czas retencji [d]
Retention time
1
2
Ukáad przepáywowy
Continuous flow system
Reaktor 1
Reactor 1
Reaktor 2
Reactor 2
Reaktor 3
Reactor 3
Reaktor 1
Reactor 1
Reaktor 2
Reactor 2
Reaktor 3
Reactor 3
3
4
5
294,9
r15,9
6
7
44,3 r4,5
92,7 r3,2
8
159,5
r6,9
0,21
0,20
58,3 r1,6 114,9 r3,1
1,30
Czas trwania cyklu [h]
Cycle time
Napow./przerwa [min/min]
Aeration/non aeration int.
Obj. porcji Ğcieków [dm3]
Volume of the sewage
BZT5 Ğ. sur. [mg O2/dm3]
BOD raw sewage
ChZT Ğ. sur. [mgO2/dm3]
COD raw sewage
N-NH4 Ğ. sur. [mg/dm3]
N-NH4 raw sewage
N caák. Ğ. sur. [mg/dm3]
Ntot raw sewage
Przepáyw [dm3/d]
Capacity
Czas retencji [d]
Retention time
Czas trwania cyklu [h]
Cycle time
Napow./przerwa [min/min]
Aeration/non aeration int.
Obj. porcji Ğcieków [dm3]
Volume of the sewage
BZT5 Ğ. sur. [mgO2/dm3]
BOD raw sewage
ChZT Ğ. sur. [mgO2/dm3]
COD raw sewage
N-NH4 Ğ. sur. [mg/dm3]
N-NH4 raw sewage
N caák. Ğ. sur. [mg/dm3]
Ntot raw sewage
Ukáad porcjowy
Batch system
0,66
0,27
nd
6
75/45
15/15
11,08
r0,38
nd
23,18
r0,80
39,88
r1,72
132 r8
80 r4
169 r15
166 r11
30,4 r1,8
25,6 r2,1
53,5 r3,6
43,2 r2,0
59,5 r4,6 113,6 r8,5
1,36
0,24
0,72
208,1
r9,0
0,37
69,1 r3,2 117,6 r3,1
0,14
0,16
nd
4
45/45
15/15
nd
11,52
r0,53
198,5
r8,7
0,19
19,6
r0,52
33,08
r1,45
137 r5
10 r7
199 r6
169 r9
23,4 r3,5
31,6 r3,5
51,7 r1,6
40,1 r1,8
Acta Sci. Pol.
Wpáyw parametrów technologicznych na iloĞü biomasy...
63
Tabela 1 cd.
Table 1 cont.
1
3
4
2
Przepáyw [dm3/d]
Capacity
Czas retencji [d]
Retention time
Czas trwania cyklu [h]
Cycle time
Napow./przerwa [min/min]
Aeration/non aeration int.
Obj. porcji Ğcieków [dm3]
Volume of the sewage
BZT5 Ğ. sur. [mgO2/dm3]
BOD raw sewage
ChZT Ğ. sur. [mgO2/dm3]
COD raw sewage
N-NH4 Ğ. sur. [mg/dm3]
N-NH4 raw sewage
N caák. Ğ. sur. [mg/dm3]
Ntot raw sewage
Przepáyw [dm3/d]
Capacity
Czas retencji [d]
Retention time
Napow./przerwa [min/min]
Aeration/non aeration int.
BZT5 Ğ. sur. [mgO2/dm3]
BOD raw sewage
ChZT Ğ. sur. [mgO2/dm3]
COD raw sewage
N-NH4 Ğ. sur. [mg/dm3]
N-NH4 raw sewage
N caák. Ğ. sur. [mg/dm3]
Ntot raw sewage
3
72,4 r5,3
1,11
4
142,2
r5,1
5
259,5
r14,5
0,54
0,30
6
97,4 r 4,7
0,10
7
171,7
r7,7
0,11
nd
3
30/30
15/15
12,18
r0,49
nd
21,46
r0,87
106 r10
136 r10
174 r8
185 r18
26,2 r2,1
28,8 r5,0
41,6 r3,0
41,9 r2,7
67,8 r1,2
137,4
r3,7
224,1
r5,5
nd
1,11
0,55
0,34
nd
15/15
nd
131 r5
nd
214 r8
nd
19,7 r3,0
nd
46,7 r2,2
nd
8
272,2 r11
0,14
34,03
r1,34
WYNIKI BADAē I DYSKUSJA
Na rysunku 2 przedstawiono zawartoĞü biomasy zawieszonej i utwierdzonej w badanych systemach. DuĪa przewaga masy osadu nad masą báony biologicznej byáa spowodowana stosunkowo maáym udziaáem záoĪa ruchomego w objĊtoĞci reaktora (ok. 10%
w ukáadzie przepáywowym i 10–15% w ukáadzie porcjowym).
Z wykresów wynika, Īe zawartoĞü biomasy zawieszonej i utwierdzonej w reaktorach przepáywowych byáa porównywalna w kolejnych seriach badaĔ, przy róĪnych (coraz
krótszych) cyklach napowietrzania. W reaktorach porcjowych zawartoĞü biomasy zawieszonej malaáa, a utwierdzonej rosáa wraz ze skracaniem dáugoĞci cyklu pracy reaktora.
ZawartoĞü biomasy w reaktorach byáa zaleĪna od áadunku i obciąĪenia ukáadu áadunkiem zanieczyszczeĔ organicznych. PoniewaĪ wraz ze wzrostem áadunku wzrastaáo
Architectura 6 (2) 2007
64
M. Makowska
a
sucha masa org.
organic mass [g]
1000
100
R1
R2
10
R3
seria/run 1
b
seria/run 2
seria/run 3
báona/biofilm
osad/sludge
báona/biofilm
osad/sludge
báona/biofilm
osad/sludge
báona/biofilm
osad/sludge
1
seria/run 4
sucha masa org.
organic biomass [g]
1000
100
R1
R2
10
R3
seria/run 1
Rys. 2.
Fig. 2.
seria/run 2
báona/biofilm
osad/sludge
báona/biofilm
osad/sludge
báona/biofilm
osad/sludge
1
seria/run 3
ZawartoĞü biomasy w reaktorach R1, R2, R3: a – w ukáadzie przepáywowym, b – w ukáadzie porcjowym
Contents of biomass in reactors R1, R2, R3: a – in continuous flow system, b – in batch
system
obciąĪenie, uzyskano analogiczny przebieg zaleĪnoĞci. Miaáy one postaü potĊgową lub
liniową w ukáadzie przepáywowym i logarytmiczną w ukáadzie porcjowym. Otrzymane
krzywe przedstawiono przykáadowo na rysunkach 3 i 4. Dla ukáadu przepáywowego wykres przedstawia zaleĪnoĞci dla 4 serii badaĔ, w której cykl napowietrzania 15/15 minut
zostaá wczeĞniej oceniony jako najkorzystniejszy [Makowska i in. 2005]. Dla ukáadu
porcjowego wykres przedstawia zaleĪnoĞci dla reaktora 1, charakteryzującego siĊ najwiĊkszą skutecznoĞcią usuwania zanieczyszczeĔ. W kaĪdym z reaktorów we wszystkich
seriach obu etapów badaĔ zaobserwowano taką samą prawidáowoĞü – wraz ze wzrostem
obciąĪenia biomasy áadunkiem organicznym malaáa zawartoĞü biomasy zawieszonej,
a rosáa zawartoĞü biomasy utwierdzonej. W ukáadzie przepáywowym zaleĪnoĞü iloĞci
biomasy od obciąĪenia hydraulicznego objĊtoĞci czynnej reaktora byáa analogiczna,
natomiast w ukáadzie porcjowym stwierdzono zaleĪnoĞü odwrotną – wraz ze wzrostem
obciąĪenia hydraulicznego rosáa zawartoĞü biomasy zawieszonej i malaáa utwierdzonej,
gdyĪ jednoczeĞnie wzrastaáa objĊtoĞü czynna reaktora.
Acta Sci. Pol.
Wpáyw parametrów technologicznych na iloĞü biomasy...
a
65
120
sucha biomas org.
organic biomass [g]
100
-2,1455
y = 3,2617x
2
R = 0,9883
80
60
40
1,0578
y = 18,702x
2
R = 0,9966
20
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
3
gChZT/dm d
0,5
0,6
0,7
osad – sludge
báona – biofilm
b
sucha biomasa org.
organic biomass [g]
120
100
y = 21,789x-0,9429
R2 = 0,9761
80
60
y = 7,3347x0,466
R2 = 0,989
40
20
0
0
0,5
1
1,5
A(ChZT), g/gsm d
2
2,5
osad – sludge
báona – biofilm
Rys. 3.
Fig. 3.
IloĞü biomasy w bioreaktorach przepáywowych R1, R2 i R3 w zaleĪnoĞci od: a – obciąĪenia objĊtoĞci reaktora áadunkiem zanieczyszczeĔ organicznych, b – obciąĪenia biomasy
áadunkiem zanieczyszczeĔ organicznych
Contents of biomass in continuous flow bioreactors R1, R2, R3 in relationship with:
a – organic load on reactor’s volume, b – organic load on biomass
ZawartoĞü biomasy zawieszonej i utwierdzonej przeliczono na objĊtoĞü reaktora,
a biomasy utwierdzonej dodatkowo na pole powierzchni ksztaátek. Otrzymane wartoĞci zamieszczono w tabeli 2. ĝrednie i odchylenia standardowe Ğrednich obliczono na
podstawie 15 pomiarów, wykonanych w odstĊpach od 3 do 7 dni. Analogicznie jak
w poprzednim przypadku: zawartoĞü osadu w przeliczeniu na jednostkĊ objĊtoĞci reaktora maleje, a zawartoĞü báony w przeliczeniu na jednostkĊ objĊtoĞci reaktora i jednostkĊ
powierzchni noĞnika roĞnie wraz ze wzrostem obciąĪenia áadunkiem organicznym. Przyczyną tego zjawiska mogą byü lepsze warunki rozwoju mikroorganizmów na noĞnikach
w sytuacjach stresowych oraz zasiedlanie powierzchni noĞnika przez mikroorganizmy
o dáugim cyklu rozwojowym.
Architectura 6 (2) 2007
66
M. Makowska
a
sucha biomasa org.
organic biomass [g]
1000
y = 647,93x4,3315
R2 = 0,9768
100
10
y = 0,812x-2,3467
R2 = 0,9926
1
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
3
gChZT/dm d
osad – sludge
b
báona – biofilm
sucha biomasa org.
organic biomass [g]
1000
-0,6879
y = 15,648x
2
R = 0,9871
100
10
0,3692
y = 6,0537x
2
R = 0,9845
1
0
0,1
0,2
gsub/gsm d
osad – sludge
Rys. 4.
Fig. 4.
0,3
0,4
0,5
báona – biofilm
IloĞü biomasy w reaktorze 1 w zaleĪnoĞci od obciąĪenia áadunkiem organicznym: a – objĊtoĞci czynnej, b – biomasy, dla ukáadu porcjowego
Contents of biomass in reactor 1 in relationship with organic loading: a – reactor’s volume, b – biomass, for batch system
Wraz ze zmianą obciąĪenia zmieniaáa siĊ iloĞü biomasy odprowadzanej z reaktorów ze
Ğciekami oczyszczonymi. Uzyskane zaleĪnoĞci w postaci logarytmicznej lub potĊgowej
przedstawiono na rysunku 5. W ukáadzie przepáywowym, we wszystkich seriach badaĔ,
wzrost obciąĪenia powodowaá zwiĊkszenie iloĞci odprowadzanej biomasy. W ukáadzie
porcjowym taką zaleĪnoĞü zaobserwowano w serii 1 i w serii 3. W serii 2 znaczny spadek
stĊĪenia biomasy w reaktorach nastąpiá w okresie adaptacji do zwiĊkszonych obciąĪeĔ,
a w trakcie trwania serii badawczej iloĞü usuwanej biomasy (osadu nadmiernego) malaáa
wraz ze wzrostem obciąĪenia. Wysoko obciąĪone reaktory porcjowe w serii 2 i 3 nie wymagaáy dodatkowego usuwania biomasy nadmiernej.
Acta Sci. Pol.
4
3
2
1
Seria
Run
1,056 r0,078
0,193
r 0,008
6,815
r0,270
1,709
r 0,078
0,064
r 0,003
2,258
r 0,096
1,553
r 0,164
0,044
r 0,004
1,563
r 0,145
1,388
r 0,235
0,045
r 0,002
1,577
r 0,085
ZawartoĞü báony [g/m3]
Biofilm density
Masa báony na jedn. pow. noĞnika [g/m2]
Biofilm mass
ZawartoĞü osadu [g/m3]
Activated sludge density
ZawartoĞü báony [g/m3]
Biofilm density
Masa báony na jedn. pow. noĞnika [g/m2]
Biofilm mass
ZawartoĞü osadu [g/m3]
Activated sludge density
ZawartoĞü báony [g/m3]
Biofilm density
Masa báony na jedn. pow. noĞnika [g/m2]
Biofilm mass
ZawartoĞü osadu [g/m3]
Activated sludge density
ZawartoĞü báony [g/m3]
Biofilm density
Masa báony na jedn. pow. noĞnika [g/m2]
Biofilm mass
Reaktor 1
Reactor 1
3,126
r 0,0360
0,088
r 0,010
0,385
r 0,048
2,584
r 0,145
0,0,073
r 0,004
1,180
r 0,099
3,755
r 0,113
0,106
r0,003
0,62
r 0,081
5,463
r 0,035
0,154
r 0,001
0,989 r0,089
Reaktor 2
Rezctor 2
Reaktor 3
Reactor 3
5,627
r 0,477
0,156
r 0,013
0,104
r 0,026
4,682
r 0,131
0,132
r 0,004
0,358
r 0,058
6,387
r 0,224
0,180
r 0,006
0,236
r 0,059
10,616
r 0,031
0,300
r 0,031
0,452 r0,153
System przepáywowy
Continuous flow system
ZawartoĞü osadu [g/m3]
Activated sludge density
Parametr
Parameter
Tabela 2. ZawartoĞü biomasy zawieszonej i utwierdzonej w badanych ukáadach
Table 2. Concentration of suspended and attached biomass investigated systems
nd
nd
nd
2,062
r 0,224
0,093
r 0,070
0,545
r 0,082
1,194
r 0,158
0,054
r 0,007
2,262
r 0,266
0,665
r 0,095
0,030
r 0,004
4,251 r0,536
Reaktor 1
Reactor 1
nd
nd
nd
3,700
r 0,383
0,139
r 0,014
0,483
r 0,064
1,352
r 0,250
0,051
r 0,010
1,117
r 0,132
0,616
r 0,089
0,023
r 0,003
4,034 r0,415
Reaktor 2
Reactor 2
System porcjowy
Batch system
nd
nd
nd
3,947
r 0,356
0,112
r 0,020
0,441
r 0,084
3,757
r 0,375
0,106
r0,011
0,677
r 0,137
0,989
r 0,077
0,028
r 0,002
1,653 r0,360
Reaktor 3
Reactor 3
68
M. Makowska
a
biomasa w odpáywie
biomass in outlet [gsm/d]
25
y = 7,0062Ln(x) + 16,974
20
y = 7,3518x0,756
R2 = 0,9487
R2 = 0,9997
15
y = 2,6389Ln(x) + 8,5967
10
R2 = 0,9952
y = 5,6981x0,4994
5
R2 = 0,9129
0
0
0,5
1
seria 1
1,5
A, gChZT/gsm d
seria 2
2
2,5
seria 3
3
seria 4
biomasa w odpáywie
biomass in outlet [gsm/d]
b
100
y = 19,964Ln(x) + 82,581
2
R = 0,9899
80
60
-0,3407
y = 6,9087x
2
R = 0,9857
40
20
0,6842
y = 8,4716x
2
R = 0,6293
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
A, gChZT/gsm d
seria 1
Rys. 5.
Fig. 5.
seria 2
seria 3
Biomasa usuwana ze Ğciekami oczyszczonymi w zaleĪnoĞci od obciąĪenia áadunkiem
organicznym: a – w ukáadzie przepáywowym, b – w ukáadzie porcjowym
Biomass removed with purified sewage in relationship with organic loading: a – in continuous system, b – in batch system
Na podstawie wykonanych analiz wyznaczono równieĪ wartoĞci wspóáczynnika przyrostu biomasy (Yobs) wzglĊdem substratu usuwanego wyraĪonego jako ChZTCr. WartoĞci
dla ukáadu przepáywowego wynosiáy od 0,20 do 0,43 gsmorg/gsubus, a dla ukáadu porcjowego od 0,41 do 0,63 gsmorg/gsubus. Nie stwierdzono wyraĨnej zaleĪnoĞci wspóáczynnika od parametrów technologicznych procesu, choü moĪna zauwaĪyü zmniejszenie Yobs
przy wiĊkszych wartoĞciach obciąĪeĔ – zwáaszcza w reaktorach porcjowych przy duĪych
obciąĪeniach áadunkiem zanieczyszczeĔ. ZbliĪone wartoĞci Yobs podają dla ukáadu hybrydowego Fouad i Bhargava [2005]. WartoĞci wspóáczynników przyrostu biomasy dla
systemu hybrydowego są mniejsze niĪ przeciĊtne wartoĞci dla systemów z osadem czynnym, co moĪe Ğwiadczyü o stosunkowo duĪej zawartoĞci w biomasie utwierdzonej wolno
przyrastających mikroorganizmów, np. nitryfikatorów.
Acta Sci. Pol.
Wpáyw parametrów technologicznych na iloĞü biomasy...
69
WNIOSKI
Na podstawie analizy wyników uzyskanych w badaniach reaktorów hybrydowych
w ukáadzie przepáywowym i porcjowym sformuáowano nastĊpujące wnioski:
1. ZawartoĞü biomasy w kaĪdym z trzech reaktorów przepáywowych byáa porównywalna we wszystkich seriach badaĔ i nie zaleĪaáa od dáugoĞci cyklu napowietrzania.
2. W reaktorach porcjowych zawartoĞü biomasy zawieszonej malaáa, a utwierdzonej
rosáa wraz ze skracaniem dáugoĞci cyklu pracy reaktora.
3. We wszystkich seriach badaĔ, dla obu ukáadów reaktorów, zawartoĞü biomasy zawieszonej malaáa, a utwierdzonej rosáa wraz ze wzrostem áadunku i obciąĪenia biomasy
áadunkiem organicznym.
4. IloĞü biomasy usuwanej ze Ğciekami oczyszczonymi wzrastaáa wraz ze wzrostem
obciąĪenia áadunkiem organicznym.
5. WartoĞci wspóáczynnika przyrostu biomasy (Yobs) byáy wiĊksze dla ukáadu porcjowego (0,41–0,63) niĪ dla ukáadu przepáywowego (0,20–0,43) i nie zaleĪaáy od parametrów technologicznych procesu.
PIĝMIENNICTWO
Abbassi B., Dullstein S., Raebiger N., 2000. Minimization of excess sludge production by increase
of oxygen concentration in activated sludge flocs; experimental and theoretical approach.
Wat Res. 34, 1, 139–146.
Fouad M., Bhargava R., 2005. Sludge production and settleability in biofilm-activated sludge process. Journal of Environmental Engineering ASCE 3, 417–424.
Gebara F., 1999. Activated sludge biofilm wastewater treatment system. Wat. Res. 33, 1, 230–238.
Hanhan O., Artan N., Orhon D., Yagci N.O., Insel G., 2005. Mechanism and design of intermittent aeration activated sludge process for nitrogen removal. IWA Specialized conference
on Nutrient Management in Wastewater Treatment Process and Recycle Streams. LEMTECH Konsulting, Kraków, 69–78.
Makowska M., 2002. Obliczanie reaktorów ze záoĪem ruchomym na podstawie obciąĪenia biomasy áadunkiem zanieczyszczeĔ organicznych. GWiTS 2, 336–338.
Makowska M., Spychaáa M., BáaĪejewski R., Borowski J., 2005. Nitrogen removal by moving bed
biological reactors with intermittent aeration. IWA Specialized Conference on Nutrient Management in Wastewater Treatment Processes and Recycle Streams, Kraków,1009–1013.
Yoo H., Ahn K.H., Lee H.J., Lee K.H., Kwak Y.J., Song K.G., 1999. Nitrogen removal from synthetic wastewater by simultaneous nitrification and denitrification (SND) via nitrite in an
intermittently – aerated reactor. Wat. Res. 33, 1, 145–54.
INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON BIOMASS IN
MOVING BED BIOLOGICAL REACTOR
Abstract. Laboratory studies of wastewater treatment in hybrid reactors with moving bed
are presented. The biomass in reactors exists as a suspend – activated sludge – and as an attached – biological biofilm. Laboratory research on 3 parallel reactors in continuous – flow
ad batch system was realized. Reactors were periodically aerated. As moving carriers for
biomass cylindrical PE elements were used. Domestic sewage after preliminary treatment
Architectura 6 (2) 2007
70
M. Makowska
in septic tank was treated. The study revealed, that the suspended biomass in systems has
decreased and the attached biomass has increased with an increase in organic loading. Likewise contents of suspended solids in the treated sewage has increased. Biomass growth was
higher in batch system and was independent of technological parameters of the process.
Key words: hybrid reactors, activated sludge, biofilm, moving bed
Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 22.02.2007
Acta Sci. Pol.