Экология СПРАВОЧНИК

Сложность заключается в том, что в структуру модели для биопленки должен быть вписан известный процесс, идущий в активном иле. Структура модели включает диффузию субстрата в биопленку и продуктов реакции из биопленки, рост биопленки и динамику изменения популяции внутри нее, как это описано в разд. 5.12. Многие из параметров модели определены нечетко из-за меньшей совместимости априорных знаний о структуре модели и представлений о ее параметрах.[ ...]

Приемлемым примером использования моделей биопленок могут послужить условия протекания нитрификации в реакторах с биопленкой.[ ...]

Данный пример основан на применении модели биопленки АСЗЧАБШ [3]. Матрица процесса представлена в табл. 11.3. Процесс, происходящий в любой точке биопленки, определяется отвечающими этой точке конкретными условиями (отличающимися от условий в толще воды). Набор параметров данного процесса не отличается от аналогичного набора параметров процесса с активным илом. Это же относится и к соответствующим параметрам процесса, перечисленным в табл. 11.4. Отличие состоит лишь в том, что в рассматриваемом примере коэффициенты диффузии субстратов и продуктов также являются важными параметрами. Они перечислены в табл. 11.5.[ ...]

Модель применяли к системе из четырех последовательно расположенных реакторов идеального перемешивания, обрабатывающих коммунальные стоки [4, 5]. При этом предполагалось, что биопленка толщиной 3 мм равномерно распределена по всем четырем реакторам. В первом реакторе нитрификации не происходит, поскольку нитрифицирующие бактерии вытесняются гетеротрофными организмами. В последующих реакторах нитрифицирующие бактерии могут конкурировать с гетеротрофными организмами, и в этих реакторах нитрификация происходит с невысокими скоростями, которые можно рассчитать. Расчетное пространственное распределение гетеротрофных и нитрифицирующих бактерий представлено на рис. 11.1. Обозначены пространственные скорости реакции.[ ...]

Нитрифицирующие бактерии являются доминирующими в третьем реакторе, поскольку в воде осталось мало органического вещества.[ ...]

Понятно, что активные бактерии составляют внешний слой (0,5-1,0 мм) биопленки, остальная ее часть является неактивной из-за исчерпания субстрата. Это пример того, как параметр может оказаться не идентифицируемым из экспериментальных данных. Толщина биопленки не влияет на результаты в том диапазоне концентраций, который здесь рассматривается. Кроме того, не существует способа определения толщины биопленки из данных о работе реактора с биопленкой. Толщину биопленки можно найти экспериментально только при использовании избыточной нагрузки на биофильтр, см. разд. 5.2.[ ...]

На рис. 11.2 представлены величины скоростей реакции, установленные экспериментально и рассчитанные с помощью откалиброванной модели. Эти данные характеризуют два типа обработанных стоков, поступающих со станции очистки без нитрификации. Первый поступает непосредственно из последнего отстойника, а второй проходит дополнительную обработку на обычном фильтре для удаления взвешенных веществ, который используется перед стадией нитрификации на биофильтре. Приведенные на рисунке кривые демонстрируют двухкомпонентный переход от реакции с порядком 1/2, лимитированной диффузией аммония, к реакции нулевого порядка по аммонию, лимитированной диффузией кислорода в биопленке. Форма кривых может ввести в заблуждение, поскольку кажется, что она описывается простой кинетикой Моно. Однако такое истолкование было бы ошибочным, поскольку кинетика Моно не учитывает ни изменений толщины биопленки, что может быть важным, ни зонного деления биопленки, например одновременного протекания денитрификации.[ ...]

Скорости реакций в фильтрованной воде выше, поскольку нагрузка по органическому веществу снижается, что благоприятствует развитию нитрифицирующих бактерий по сравнению с гетеротрофными бактериями.[ ...]

Испытания пилотных установок стоят гораздо больше, чем проведение компьютерного моделирования, но они дают более реальную информацию о работе будущей полномасштабной установки. Пилотные установки используют в основном по двум различным причинам.[ ...]

Пилотная установка создается и используется исключительно с целью идентифицировать/верифицировать параметры проектирования. Необходимо идентифицировать, какие параметры действительно важны. Это нелегкая задача, поскольку часто период работы пилотной установки невелик, а стоимость эксперимента высока. При одном подходе верифицируют стандартные значения нагрузки, при другом — параметры, использованные для моделирования. Наиболее перспективным является второй подход, он обеспечивает большее количество информации на единицу стоимости, вложенной в пилотную установку. Основная задача состоит в том, чтобы в результате работы пилотной установки искомые параметры могли стать идентифицируемыми. Это может потребовать таких изменений нагрузки на реактор, которые не совпадают с предполагаемыми нагрузками на полномасштабную станцию. В своем экстремальном выражении идея заключается в том, чтобы довести работу пилотной установки до грани срыва и даже далее и таким образом определить границы безопасного функционирования полномасштабной станции.[ ...]

Рисунки к данной главе:

Расчет распределения активных гетеротрофных и авто-трофных бактерий в биопленке, проведенный с использованием модели [4].

Экспериментально определенные скорости нитрификации в биопленке при различных концентрациях аммония в толще воды [4].

Результаты статистического анализа процесса при низких температурах на очистной станции; показано число дней с температурой ниже указанной температуры за 1 г. и за 5 лет (заштрихованные области отражают неопределенность оценки результатов, связанную с оценкой эффекта теплопереноса) [6].

Скорость нитрификации при 7°С. Приведены прогнозируемые значения и результаты измерений в периодическом режиме (•) и в режиме работающей полномасштабной станции (о).

Нормализация процесса нитрификации на пилотной установке. Благодаря усилиям, направленным на снижение ингибирующего влияния промышленных стоков, скорость нитрификации достигла и превзошла нормализованное проектное значение [6].

Отношение количества нитрифицирующих бактерий к общему количеству биомассы в двух пилотных установках [6].