Моделювання і розрахунки очистки стічних вод від сполук азоту в біореакторах з використанням біоплівкових моделей

Abstract

Запропоновано математичну модель та 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 нелінійного рівняння Моно, що дозволяє проводити розрахунки по визначенню концентрацій азоту на зовнішній та внутрішній поверхнях біоплівки та оцінювати ефективність дії біоплівки заданої товщини по характеру проникнення в ній забруднень азоту. 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.

The mathematic model and calculations of the waste waters cleaning parameters from the compounds ammonium nitrogen (nitrification) in bioreactors with the additional using of the fixed biocenosis as the biofilm in their volume are proposed. The valuation of the different influence factors on the waste waters cleaning parameters is given. The kinetics of reaction according to the Monod nonlinear equation is used that allowed us to calculate the nitrogen concentrations on the external and internal biofilm surfaces and to evaluate the efficiency of the biofilm work of the given thickness relative to the penetration character of the nitrogen pollutions in it. At this, the substrate flow and the penetration depth into the biofilm are functions of the substrate concentration on the biofilm surface, rate of the reaction within it, and the diffusive mass transfer. As a main parameter for the evaluation of the oxygen influence for the control over the process of ammonium oxidation to nitrite, the relation of the concentrations oxygen to ammonium nitrogen is proposed. The specific examples and calculations have showed that the given relation may be a better alternative for the control over the nitrification processes in the reactor in comparison with oxygen concentration.