Aerob szennyvíztisztítási folyamatok modellezése
Az elfolyó víz minőségének javítására irányuló erőfeszítések oda vezettek, hogy a szennyvíztisztítók felépítése és üzemeltetési soha nem látott bonyolultságot ért el. Éppen ezért, a mai telepek és üzemeletetésük megtervezéséhez elengedhetetlen a dinamikus modellezés használata. Az összes ma használatos modell determinisztikus, mely alól csak néhány fekete doboz elvű irányítási modell alkot kivételt. A modellek fő célja, hogy minél pontosabb leírását adják a szennyvíztisztítókban zajló folyamatoknak. Ennek ellenére, a modellek soha nem írhatják le teljesen a valóságot, mivel a biológiai folyamatok sokszínűségét a mai ismereteink szerint nem lehet pontosan meghatározni. (Egyébként ha a modellezés pontossága eléri a teljes pontosságot, akkor az már nem modell, hanem maga a valóság.)
Azokkal a modellekkel kapcsolatban, melyekkel ma dolgozunk azt tapasztaltuk, hogy elégséges pontosságúak a kitűzött feladatok megoldására. A legnagyobb gond a modellekkel, hogy nem képesek követni a génmanipulációkkal létrehozott mikroorganizmusok okozta nagymértékű változásokat, így például a duzzadásra és felhabzásra való hajlamot. Éppen ezért, ezeket a folyamatokat jelenleg egyik modell sem kísérli meg leírni. Az alábbiakban a ma használatos modellekről olvashatunk egy áttekintést. (További ismeretek e témáról a Rehm et al., Wiley Biotechnology sorozat, 11/a kötet 13. fejezet, 1991.)
A modellezés célja
A modelleket többek között az alábbi célokra használhatjuk egy szennyvíztisztító teleppel kapcsolatban:
- Tervezés
- Irányítás
- Optimalizálás
- Oktatás
- Kutatások
A modell szerkezetét nagymértékben befolyásolja a tervezett használat, így például a tervezéshez és a szabályozáshoz használt modell nem azonos. Figyelembe kell venni, hogy egy modell soha nem fog többet tudni, mint az alkotói és számos tényező befolyásolja a tulajdonságaikat. A legfontosabb tulajdonságuk az, hogy hogyan kezelik az alapvető folyamatokat. A szennyvíz jellemezésének módja mind a valós tervezés, mind a modellezés esetén nagyon fontos. Ha a szennyvíz jellemzése nem megfelelő, az mind a valóságban az üzemeltetés esetén, mind a modellezésben súlyos problémákhoz vezethet.
Az eleveniszapos modell elemei
Az eleveniszapos modellek elemei több csoportba sorolhatóak:
- Szállítási folyamatok
- Komponensek
- Biológiai és kémiai folyamatok
- Hidraulika
Ezek adják a keretét a szükséges összetevőknek és adatoknak. Minél részletesebben akarjuk modellezni a valóságot annál több adatra, és ismeretre van szükség a szennyvíztisztítóról, így modellünk pontosságát befolyásolja a rendelkezésre álló adatok mennyisége és eredendő minősége is.
Szállítási folyamatok és a tisztító-telep szerkezete
A szállítási folyamatok közé értjük a víz és iszap mozgását a tisztítóban. A szennyvíztisztító áramlási rendszerét minden modellben pontosan meg kell határozni. Sajnos sokszor elengedhetetlen az áramlási séma egyszerűsítése a nagyon bonyolult felépítés vagy az alkalmazott modell illetve annak megvalósításának korlátai miatt. Az egyszerűsítés sokszor kedvező hatású a modellezés folyamán, így még akkor is érdemes elvégezni, ha egyébként nem lenne rá szükség. Például a párhuzamos műtárgyakat – ha egyébként minden paraméterükben megegyeznek – lehet egy (kétszeres méretű) műtárggyal modellezni. Azt viszont mindig szem előtt kell tartani, hogy minél nagyobb az egyszerűsítés mértéke, a modellel kapott eredmények annál kevésbé megbízható eredményt adnak. A szennyvíz és az iszap áramlási viszonyait mindig pontosan ismerni kellene, de azt sokszor még az üzemeltetők sem ismerik pontosan.
Levegőztetés
A levegőztetés állapotát minden műtárgyban gondosan le kell írni, akár tényleges értékkel – oldott oxigén (DO) koncentrációval –, akár levegőztetési koefficienssel (KLa). Valamint ismerni kell a levegőztetés szabályozásának vagy vezérlésének legalább percnyi pontosságú menetét. Figyelni kell azokra a műtárgyakra is, melyek bár nem rendelkeznek önálló levegőztető kapacitással, de a telep felépítése miatt – pl. túllevegőztetett szennyvíz kerül bele – mégis levegőztetett medenceként funkcionálnak. Nem szabad elfelejteni a felszínen keresztüli oxigénbeoldódást sem, ami egy denitrifikáló medencében jelentős változásokat okozhat. A DO ismerete nem elégséges a pontos nitrifikáció-denitrifikáció számításához, így a professzionális modellek minden esetben a KLa értéket használnak.
Összetevők
Ezek azon oldott és lebegő összetevők, melyek a szennyezést okozzák a vízben. Az, hogy melyek ezek az összetevők modellenként változik. Ha például a nitrifikáció működésének a modellezése a cél, akkor elég egy foszfor alapú összetevő figyelembevétele, míg ha a biológiai többletfoszfor eltávolítás modellezése a cél, legalább két összetevőt – a biomassza foszfortartalma (XPP), ortofoszfát (SPO4) – kell használni.
Folyamatok
Ebbe tartozik az összes biológiai és kémiai folyamat modellezése. Ezek határozzák meg, hogy a modell mennyire fedi a valóságot. Sok esetben egész egyszerű modellek is meglepően pontosan írják le a valóságot, míg más esetekben a legbonyolultabb modelljeink sem tudnak megfelelő eredményt hozni. Például egy egyszerű foszfor eltávolítási modell, mint amilyen az ASM2-es modellben is alkalmazásra kerül, teljes mértékben leírja a biológiai többletfoszfor eltávolítás hatékonyságát, míg például az úgynevezett szimultán denitrifikáció folyamatának modellezése máig megoldatlan probléma. Azaz az egyszerűsíthetőség mértéke valamint az alkalmazott modell részletessége független a folyamat fizikai kivitelezhetőségének bonyolultságától.
Hidraulikai séma
A különböző műtárgyak hidraulikáját is modellezni kell. A jelenlegi megoldások mindegyike mint tökéletesen kevert műtárgyat kezeli a reaktorokat, így némelyiket csak mint műtárgyak sorozatát tudjuk modellezni. A gyakorlati tapasztalatok szerint ennél bonyolultabb hidraulika-modellre csak ritkán van szükség.
A cikk még nem ért véget!
A teljes cikk letölthető az alábbi linken: Aerob szennyvíztisztítási folyamatok modellezése