Μαθηματική προσομοίωση συστημάτων ενεργού ιλύος με βιοαντιδραστήρες κινούμενης κλίνης (MBBR)

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εφαρμογή μαθηματικής προσομοίωσης για τη μελέτη υβριδικών συστημάτων ενεργού ιλύος με βιοαντιδραστήρες κινούμενης κλίνης (MBBR) για την απομάκρυνση οργανικού άνθρακα και αζώτου από αστικά λύματα. Στην εργασία αυτή χρησιμοποιήθηκε το μαθηματικό μοντέλο ενεργού ιλύος 1 (ASM1), ενώ η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε μέσω του εξειδικευμένου λογισμικού WEST 2012 της DHI. Αρχικά, διερευνήθηκε η απόκριση δύο συστημάτων ενεργού ιλύος, ενός συμβατικού και ενός υβριδικού (MBBR/IFAS), για ένα εύρος τιμών του χρόνου παραμονής στερεών (SRT), μεταβάλλοντας ορισμένες στοιχειομετρικές και κινητικές παραμέτρους. Οι παράμετροι αυτές είναι ο ρυθμός παραγωγής της ετεροτροφικής (ΥΗ) και αυτοτροφικής βιομάζας (ΥΑ) και ο μέγιστος ρυθμός ανάπτυξης της ετεροτροφικής (μmaxH) και αυτοτροφικής βιομάζας (μmaxA) στους 20 οC. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας για το σύστημα MBBR/IFAS, μεταβάλλοντας την πυκνότητα του βιοφίλμ (biofilm density), το ποσοστό των βιοφορέων στο βιοαντιδραστήρα (solid support) και την ειδική επιφάνεια (specific surface area). Διεξάχθηκε, ακόμη έλεγχος επάρκειας των συστημάτων για δύο σενάρια, ένα για τα λειτουργικά χαρακτηριστικά τους και ένα για μειωμένη θερμοκρασία και χρόνο παραμονής στερεών. Τέλος, εξετάστηκε η επίδραση δυναμικής φόρτισης με ωριαία μεταβολή της παροχής στις συγκεντρώσεις της εκροής και των δύο συστημάτων.

The purpose of this diploma thesis is the application of mathematical simulation for the studying of hybrid activated sludge systems with moving bed biofilm reactors (MBBR) for the removal of carbon and nitrogen concentrations from urban wastewater. The mathematical model used, is the activated sludge model ASM1, while the simulation was conducted over the WEST 2012 software of DHI. Initially, the response of the plant for a range of solids retention time (SRT), the production rate of heterotrophic (YH) and autotrophic biomass (YA) and the maximum growth rate of heterotrophic (μmaxH) and autotrophic biomass (μmaxA) was investigated. A sensitivity analysis was carried out for the MBBR/IFAS system by changing the values of the biofilm density, the solid support and the specific surface area. Furthermore, the efficiency of the systems was tested by conducting two scenarios, one for their operational characteristics and the other for lower temperature and sludge retention time. Finally, a dynamic simulation was conducted by changing the hourly inflow to both systems.