KONTROLA NAPOWIETRZANIA KOMÓR BIOLOGICZNYCH PRACUJĄCYCH W TECHNOLOGII SEKWENCYJNO-PRZEPŁYWOWEJ

Podobne dokumenty
MODEL OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW JAKO NARZĘDZIE DO OPTYMALIZACJI PROCESÓW BIOLOGICZNYCH

Budowa i eksploatacja oczyszczalni ściek. cieków w Cukrowni Cerekiew. Cerekiew S.A.

BADANIA SYMULACYJNE STRATEGII STEROWANIA OPARTEJ O POMIARY STOPNIA WYKORZYSTANIA TLENU METODĄ OFF-GAS

BADANIA PODATNOŚCI ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU CUKIERNICZEGO NA OCZYSZCZANIE METODĄ OSADU CZYNNEGO

BADANIA TECHNOLOGICZNE OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Z PRZEMYSŁU CUKIERNICZEGO METODĄ OSADU CZYNNEGO

WYNIKI BADAŃ PODATNOŚCI ŚCIEKÓW NA ROZKŁAD BIOLOGICZNY FRAKCJE ChZT NA PRZYKŁADZIE OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W RYBNIKU

OKREŚLENIE PARAMETRÓW BIOKINETYCZNEGO MODELU OSADU CZYNNEGO ASDM DLA OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW PRACUJĄCEJ W TECHNOLOGII SEKWENCYJNO PRZEPŁYWOWEJ

DYNAMICZNA SYMULACJA KOMPUTEROWA BIOLOGICZNEGO USUWANIA ZWIĄZKÓW BIOGENNYCH NA PRZYKŁADZIE OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W ZAMOŚCIU

Optymalizacja zużycia energii na Oczyszczalni Ścieków Klimzowiec. Opracował: Piotr Banaszek

Oczyszczanie ścieków w reaktorach BPR z całkowitą redukcją osadu nadmiernego

Osad nadmierny Jak się go pozbyć?

TECHNOLOGIA EW-COMP BIOCOMP

Biologiczne oczyszczanie ścieków

POZYSKIWANIE OSADU NADMIERNEGO W STANDARDOWYM UKŁADZIE STEROWANIA OCZYSZCZALNIĄ ŚCIEKÓW

OCENA MOŻLIWOŚCI OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU PRZEMYSŁU CUKIERNICZEGO

WYKORZYSTANIE POMIARÓW AKTYWNOŚCI ODDECHOWEJ OSADU CZYNNEGO DO KONTROLI PRZEBIEGU PROCESÓW BIOLOGICZNEGO OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW

Charakterystyka ścieków mleczarskich oraz procesy i urządzenia stosowane do ich oczyszczania. dr inż. Katarzyna Umiejewska

OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW PRZEMYSŁOWYCH O DUŻEJ ZAWARTOŚCI OLEJÓW NA ZŁOŻU BIOLOGICZNYM

Napowietrzanie w oczyszczalni ścieków od modelu do sterowania

Jolanta Moszczyńska Ocena skuteczności usuwania bakterii nitkowatych...

Praktyczne aspekty dawkowania alternatywnych. od badań laboratoryjnych do zastosowań w skali technicznej

Przydomowe oczyszczalnie biologiczne

MARCIN GŁODNIOK, DARIUSZ ZDEBIK *

14. CZYNNOŚCI SERWISOWE

WYKORZYSTANIE ANALIZ RESPIROMETRYCZNYCH DO KONTROLI PROCESU OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW PRZEMYSŁOWYCH

BIOREAKTOR LABORATORYJNY TYPU SBR DO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI OSADU CZYNNEGO I PROCESÓW OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW

Zastosowanie wielowymiarowego nieliniowego algorytmu predykcyjnego do sterowania stężeniem tlenu

Założenia obciążeń: Rozkład organicznych zw. węgla Nitryfikacja Denitryfikacja Symultaniczne strącanie fosforu. Komora osadu czynnego Osadnik wtórny

Czy mamy deficyt węgla rozkładalnego? Powody złego usuwania azotanów:

(43) Zgłoszenie ogłoszono: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA

3.10 Czyszczenie i konserwacja kanalizacji Kontrola odprowadzania ścieków rzemieślniczo-przemysłowych (podczyszczanie ścieków)

MODYFIKACJA CYKLU PRACY SEKWENCYJNEGO BIOREAKTORA MEMBRANOWEGO PODCZAS OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW PRZEMYSŁOWYCH

OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE

RESEARCH REPORTS MINING AND ENVIRONMENT. Kwartalnik Quarterly 1/2010

Niskonakładowa i bezreagentowa metoda oczyszczania odcieków z przeróbki osadów w oczyszczalniach mleczarskich

Dezintegracja osadów planowane wdrożenia i oczekiwane efekty

Wieloobszarowy miękkoprzełączalny regulator PI w sterowaniu stężeniem tlenu w biologicznej oczyszczalni ścieków

Koncepcja modernizacji oczyszczalni ścieków w Złotoryi część III

Wpływ azotynów i zewnętrznych źródeł węgla na efektywność usuwania azotu w procesie nitryfikacji denitryfikacji w reaktorze SBR

BIOCHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE TLENU

Koncepcja przebudowy i rozbudowy

ANALIZA EFEKTYWNOŚCI USUWANIA ZANIECZYSZCZEŃ ZE ŚCIEKÓW W OCZYSZCZALNI W WOLI DALSZEJ K/ŁAŃCUTA

dr Karol Trojanowicz Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Stanisława Pigonia w Krośnie Instytut Politechniczny Zakład Inżynierii Środowiska

Biologiczne oczyszczanie ścieków komunalnych z zastosowaniem technologii MBS

NOWOŚĆ. Cennik ROTH MicroStar. Zycie pełne energii. Oczyszczalnia MicroStar. Ważny od 1 marca

Weryfikacja eksploatacyjna danych wyjściowych do modelowania procesów usuwania związków biogennych

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 02/05. RYSZARD SZETELA, Wrocław, PL BEATA SOSNOWSKA, Świdnica, PL

Akademia Morska w Gdyni, Wydział Przedsiębiorczości i Towaroznawstwa, Katedra Chemii i Towaroznawstwa Przemysłowego, alina@am.gdynia.

PL B1. UNIWERSYTET WARMIŃSKO-MAZURSKI W OLSZTYNIE, Olsztyn, PL BUP 22/13. BARTOSZ LIBECKI, Olsztyn, PL

Oczyszczalnia ścieków w Żywcu. MPWiK Sp. z o.o. w Żywcu

Postępy Nauki i Technologii Przemysłu Rolno-Spożywczego 2014 t. 69 nr 2-4

MOŻLIWOŚCI ZWIĘKSZENIA EFEKTYWNOŚCI USUWANIA ZE ŚCIEKÓW AZOTU I FOSFORU W OCZYSZCZALNI W ŁOPUSZNEJ

Inżynieria Ekologiczna Nr 24, (2350 mgo 2. /dm 3 ), ChZT (2990 mgo 2. /dm 3 ) i azotanów V (54,5 mgn-no 3-

REAKTORY BIOCOMP BIOLOGICZNE OCZYSZCZALNIE ŒCIEKÓW

Dr inż. Jakub Drewnowski Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Synteza inżynierii procesu oczyszczania ścieków według REWOŚ z rysem ekonomicznym.

MULTI BIOSYSTEM MBS. Nowoczesne technologie oczyszczania ścieków przemysłowych Multi BioSystem MBS

Rozwinięciem powyższej technologii jest Technologia BioSBR/CFSBR - technologia EKOWATER brak konkurencji

UNIWERSYTET WARMIŃSKO-MAZURSKI W OLSZTYNIE WYDZIAŁ NAUK O ŚRODOWISKU

dr inż. Katarzyna Umiejewska inż. Aleksandra Bachanek inż. Ilona Niewęgłowska mgr inż. Grzegorz Koczkodaj

Mariusz Pepliński, Ryszard Lidzbarski Chemiczne wspomaganie usuwania...

ZASTOSOWANIE LOGIKII ROZMYTEJ DO STEROWANIA NAPĘDOWYMI UKŁADAMI NAPOWIETRZANIA KOMÓR TLENOWYCH W OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW

PL B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 C02F 3/ BUP 13/ WUP 07/00

Oczyszczanie ścieków miejskich w Bydgoszczy

Wanda Wołyńska Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego Oddział Cukrownictwa. IBPRS Oddział Cukrownictwa Łódź, czerwiec 2013r.

EFEKTYWNOŚĆ OCZYSZCZANIA ODCIEKÓW Z BEZTLENOWEJ STABILIZACJI OSADÓW Z OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW MLECZARSKICH NA ZŁOŻU BIOLOGICZNYM

BEZTLENOWE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU PRZETWÓRSTWA ZIEMNIAKÓW Z WYKORZYSTANIEM POWSTAJĄCEGO BIOGAZU DO PRODUKCJI PRĄDU, CIEPŁA I PARY

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

Kompleksowa oczyszczalnia ścieków

OCENA PRZEMIAN ZWIĄZKÓW WĘGLA, AZOTU I FOSFORU PODCZAS OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW KOMUNALNYCH

WPŁYW CZASU NAPOWIETRZANIA NA PRACĘ

ŚCIEKÓW MLECZARSKICH. Prof. nzw. dr hab. inż. Krzysztof Barbusiński Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki

Inżynieria Środowiska II stopnia (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) dr hab. Lidia Dąbek, prof. PŚk.

Oczyszczanie Ścieków

Analiza zmian udziału frakcji ChZT w procesie denitryfikacji z zewnętrznym źródłem węgla

ŚCIEKI PO HYDROLIZIE JAKO DODATKOWE ŹRÓDŁO WĘGLA DLA BAKTERII DENITRYFIKACYJNYCH W OCZYSZCZALNIACH ŚCIEKÓW CUKROWNICZYCH

Katarzyna Ignatowicz, Łukasz Nowicki, Monika Puchlik Katedra Technologii

BIODEGRADACJA TŁUSZCZÓW W ŚCIEKACH, ODPADACH I GRUNCIE

Obieg związków organicznych i form azotu w oczyszczalni ścieków z reaktorem przepływowym

NOWOŚĆ! REWELACJA!!! PRZYDOMOWA OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW SSB AQUATO STABI-KOM OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW. Pełnobiologiczne oczyszczanie

WROCŁAW JAKO OCZYSZCZALNIA ZERO- ENERGETYCZNA SFERA MARZEŃ CZY REALNA ALTERNATYWA?

Woda i ścieki w przemyśle spożywczym

OCENA USUWANIA ZWIĄZKÓW WĘGLA, AZOTU I FOSFORU W KOMUNALNEJ OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W SOKÓŁCE

ANITA Mox Zrównoważone oczyszczanie ścieków wysoko obciążonych amoniakiem

Barbara Adamczak, Anna Musielak P.H.U. Ortocal s.c., SFC Umwelttechnik GmbH

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

Wprowadzenie. Danuta WOCHOWSKA Jerzy JEZNACH

OCENA EFEKTYWNOŚCI WSPÓŁOCZYSZCZANIA W BIOREAKTORZE SBR ODCIEKÓW ZE SKŁADOWISKA KOMUNALNEGO ORAZ ICH WPŁYWU NA MIKROORGANIZMY OSADU CZYNNEGO

OCENA DZIAŁANIA OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW TYPU SBR W STERKOWCU-ZAJAZIE

Acta 12 (2) 2012.indd :41:15. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 12 (2) 2013,

DOŚWIADCZENIA Z PROWADZENIA PROCESU DENITRYFIKACJI KOŃCOWEJ NA REAKTORACH Z RUCHOMYMI ZŁOŻAMI BIOLOGICZNYMI (MBBR) NA OCZYSZCZALNI KLAGSHAMN

Odbiór i oczyszczanie ścieków

KOMPUTERYZACJA SIECI WODOCIĄGOWYCH I OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW. Jan Studziński

Ocena pracy oczyszczalni ścieków w Bielsku-Białej w latach An evaluation of sewage treatment plant in Bielsko-Biała in the years

ANALIZA ZMIAN JAKOŚCI ŚCIEKÓW W TRAKCIE PROCESÓW OCZYSZCZANIA NA OCZYSZCZALNI W PRZEMYŚLU

MODELOWANIE USUWANIA BIOGENÓW W PROCESIE BIOLOGICZNEGO OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW W TECHNOLOGII SEKWENCYJNO-PRZEPŁYWOWEJ

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Oczyszczanie ścieków projekt. zajęcia VI. Stanisław Miodoński

Wpływ dodatku biowęgla na emisje w procesie kompostowania odpadów organicznych

Bohdan Bączak. Zastępca Prezydenta Miasta Zgierza. W związku z Pana interpelacją z dnia r. złożoną w dniu r.

Transkrypt:

PRACE NAUKOWE GIG GÓRNICTWO I ŚRODOWISKO RESEARCH REPORTS MINING AND ENVIRONMENT Kwartalnik Quarterly 1/2011 Dariusz Zdebik KONTROLA NAPOWIETRZANIA KOMÓR BIOLOGICZNYCH PRACUJĄCYCH W TECHNOLOGII SEKWENCYJNO-PRZEPŁYWOWEJ Streszczenie W artykule zawarto wyniki optymalizacji systemu napowietrzania dostarczającego powietrze do komór biologicznych pracujących w technologii BioDenipho. Opisano wyniki uzyskane przy zmniejszeniu stężenia tlenu, z zachowaniem długości czasu trwania fazy nitryfikacji oraz wyniki uzyskane przy zmianie czasu trwania fazy nitryfikacji i denitryfikacji. Przedstawiono wyniki wprowadzenia w oczyszczalni ścieków sterowania stężeniem tlenu rozpuszczonego w oparciu o pomiary on line bezpośrednio w komorze biologicznej. Wprowadzenie tego systemu przyniosło oszczędności w zużyciu energii. Control of the aeration of biological chambers working in the sequential-flow technology Abstract The paper contains the results of optimization of the aeration system supplying air to the biological chambers working in the BioDenipho technology. The results obtained by the introduction of reducing the oxygen concentration while keeping the duration of the nitrification phase, and the results obtained by changing the duration of the nitrification and denitrification phases have been described. The results of the introduction, in sewage treatment plant, of control of the dissolved oxygen concentration, based on on-line measurements directly in the biological chamber have been presented. The introduction of this system resulted in some energy savings. 1. WPROWADZENIE Podstawę oczyszczania ścieków z wykorzystaniem technologii BioDenipho, stanowi zewnętrzna recyrkulacja osadu czynnego. Charakteryzuje się ona wysoką sprawnością usuwania związków biogennych zawartych w dopływie. W technologii BioDenipho osad czynny z osadników wtórnych jest zawracany w recyrkulacji zewnętrznej do komory defosfatacji, w której miesza się ze ściekami. Stężenie osadu czynnego w komorach jest regulowane przez usuwanie osadu nadmiernego. Czas zatrzymania osadu (wiek osadu) w układzie powinien być dobrany tak, aby zapewnić prawidłowy przebieg procesów nitryfikacji i denitryfikacji. Na podstawie badań kinetycznych i stechiometrycznych parametrów technologicznych, Henze (Henze i in. 1987) określił zależność między stężeniem suchej masy a czasem zatrzymania osadu (rys. 1). Główny Instytut Górnictwa 89

Mining and Environment 8 0,6 Stężenie suchej masy, g/l 7 6 5 4 3 2 1 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Ilość nitryfikantów w biomasie osadu, g/l 0 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Czas zatrzymania osadu, dni Stężenie suchej masy [g/l] Ilość nitryfikantów [g/l] Aktywna biomasa [g/l] Rys. 1. Zależność między stężeniem suchej masy osadu a aktywną biomasą i ilością nitryfikantów (Henze i in. 1987) Fig. 1. The relation between the concentration of suspended solids mixed liquor and the active biomass with the nitrificant amount (Henze et al. 1987) 0 Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) w ściekach dopływających do układu jest wykorzystywane jako substrat w procesie denitryfikacji. W dopływie można wyróżnić biodegradowalne ChZT, które składa się z rozpuszczalnej łatwo przyswajalnej frakcji i wolno przyswajalnej zawiesiny (Marsman, Roeleveld, Rensink 1997). Wolno przyswajalna zawiesina adsorbowana na powierzchni kłaczków jest hydrolizowana i wykorzystywana jako substrat, natomiast ChZT łatwo rozpuszczalne, jest przyswajane przez mikroorganizmy w sposób szybki i ciągły (Bakmer i in. 1998). Procesy denitryfikacji i nitryfikacji wywołują spadek i wzrost w stosunku do odczynu ph w komorach osadu czynnego. Dlatego też ph w układzie z recyrkulacją zewnętrzną jest parametrem, który podlega samoregulacji. Zasadowość wytworzona podczas denitryfikacji jest równoważona w czasie nitryfikacji układ nie wymaga zewnętrznej stabilizacji ph, o ile ścieki dopływające do oczyszczalni nie wpływają istotnie na zmianę ph całego systemu. 2. MOŻLIWOŚCI OPTYMALIZACJI PROCESU BIOLOGICZNEGO OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Analizie poddano głównie możliwości wykorzystania pomiarów on line do optymalizacji sterowania procesami napowietrzania komór oraz dynamicznego sterowania 90

Górnictwo i Środowisko fazami układu w zależności od stężenia amoniaku i azotanów w komorach osadu czynnego z zachowaniem płynności przejścia pomiędzy fazami. Analizując sposób funkcjonowania procesu oczyszczania ścieków w technologii sekwencyjno-przepływowej, można wyznaczyć kilka warunków brzegowych, które przy odpowiednich modyfikacjach mogą wpłynąć na wydajniejszą pracę układu. Schemat optymalizacji układu technologicznego, pracującego w oparciu o pomiary on line, przedstawiono poniżej. Technologia sekwencyjno-przepływowa oczyszczania ścieków polega na rozdziale faz na tlenową i beztlenową. Faza beztlenowa jest jednym z najważniejszych procesów operacyjnych dla biologicznego usuwania azotu. Wydłużenie tej fazy zwiększa możliwości wykorzystania biodegradowalnego ChZT do redukcji azotanów, podczas gdy skrócenie fazy beztlenowej powoduje zwiększenie zdolności nitryfikacji, tym samym zwiększa się zdolność utleniania amoniaku. Sterowanie długościami faz na podstawie pomiarów on line umożliwia lepsze usuwanie azotu całkowitego. Efektywne prowadzenie procesu wymaga kontroli wieku osadu, który jest ważnym parametrem technologicznym, związanym z biologicznym usuwaniem azotu. Zmniejszenie wieku osadu czynnego skutkuje znaczącą redukcją zawiesiny w układzie, co umożliwia przyjęcie większych ładunków zanieczyszczeń do oczyszczalni. Uzupełnienie systemu kontroli układu technologicznego oczyszczalni o pomiary wieku osadu, umożliwia zmniejszenie kosztów biologicznego usuwania azotu. Obieg azotanów w układzie sekwencyjno-przepływowym zaprojektowano jako zmienny pomiędzy fazami tlenowymi i beztlenowymi. Bez wykorzystania łatwo przyswajalnego ChZT, dopływającego ze ściekami surowymi lub dozowanego w postaci zewnętrznego źródła węgla organicznego do beztlenowej fazy, będzie ograniczona efektywność procesu redukcji azotanów (Zdebik, Głodniok 2010). Stąd, ważną kwestią jest zapewnienie ciągłego dopływu ścieków do fazy denitryfikacji lub wspieranie tego procesu przez dozowanie zewnętrznych substratów. Kontrolę napowietrzania, polegającą na pomiarach stężenia amoniaku i azotanów, można prowadzić dwoma sposobami. Pierwszym jest kontrola stężenia azotu amonowego (czujnik zwykle znajduje się przy wylocie z bioreaktora) na wcześniej wybranych ciągach technologicznych (Olsson 1976; Ko, Meinnis, Goodwin 1982; Olsson i in. 1985; Holmberg, Olsson, Andersson 1989; Marsili-Libelli 1989). Kontrola polega na pomiarze stężenia amoniaku do momentu aż osiągnie on założoną wartość, wówczas przepustnica napowietrzania ścieków zostaje automatycznie zamknięta i następuje zmiana fazy. Powoduje to efektywniejsze zmniejszenie stężenia azotanów, płynne sterowanie denitryfikacją oraz obniżenie kosztów napowietrzania. Innym sposobem jest utrzymanie sterowania napowietrzania w taki sposób, aby minimalizować stężenie azotu ogólnego w odpływie. W takim przypadku, proces nitryfikacji i denitryfikacji jest prowadzony na podstawie pomiarów amoniaku i azotanów. W procesie nitryfikacji ilość nitryfikantów w układzie jest określana przez ilość amoniaku utlenionego, natomiast podczas denitryfikacji ilość heterotrofów jest niezależna od ilości azotanów usuniętych z układu. Podwyższona zawartość amoniaku w ściekach powoduje zmniejszenie ilości nitryfikantów, a tym samym obniża zdolność nitryfikacji. Wypośrodkowanie pomiędzy efektywnym usuwaniem amoniaku 91

Mining and Environment i azotanów może skutkować skróceniem czasu trwania faz beztlenowych na rzecz wydłużenia natleniania. Kolejnym powodem intensyfikacji procesu usuwania amoniaku jest jego toksyczność i negatywny wpływ na środowisko wodne. 3. KONTROLA NAPOWIETRZANIA UKŁADÓW SEKWENCYJNO- -PRZEPŁYWOWYCH Kontrola napowietrzania technologii sekwencyjno-przepływowych typu BioDenipho była wielokrotnie przedmiotem analiz szczególnie w przypadku sterowania z wykorzystaniem systemów kontroli on line stężenia amoniaku i azotanów. System BioDenipho jest skomplikowany pod względem kontroli procesu biologicznego usuwania fosforu i azotu. Zmiany faz nitryfikacji i denitryfikacji są dokonywane w sposób sekwencyjny, okresowo, przez zmianę przepływu przez dwa równolegle napowietrzane zbiorniki (Bundgaard, Anderson, Petersen 1989). Kontrola napowietrzania tej technologii powinna być prowadzona w szczególności w układach sekwencyjno-przepływowych, do usuwania substancji biogennych ze ścieków. Typowy proces technologii BioDenipho składa się z sześciu faz. Zmiana stężenia amoniaku i azotanów w komorach napowietrzania wiąże się ze zmianami fazy, jak to przedstawiono na rysunku 2. Zmiana cykli w technologii sekwencyjno-przepływowej, z wykorzystaniem pomiarów azotu amonowego i azotu azotanowego, może być prowadzona zgodnie z poniżej przedstawionymi zasadami: Zasada 1: Przejście z fazy A do fazy B następuje, gdy stężenie amoniaku w reaktorze R1 osiągnie NH max. Zasada 2: Przejście z fazy B do fazy C następuje, gdy stężenie azotanów w reaktorze R1 osiągnie NO min. Zasada 3: Przejście z fazy C do fazy D następuje, gdy stężenie amoniaku w reaktorze R2 osiągnie NH min. W celu wyeliminowania wpływu zakłóceń zewnętrznych (nierównomiernego dopływu, zmiany temperatury i ph itp.), podjęto próbę ustalenia warunków brzegowych (Thornberg, Nielsen, Andersen 1993). Ustalenie tych warunków jest ściśle związane z ustaleniem zmiany faz, na podstawie stężeń NH min i NO min mierzonych on line tak, aby były one zgodne z warunkami panującymi w komorach osadu czynnego. Przykłady kryteriów brzegowych są następujące (Potter, Koopman, Svoeonos 1996): NO min = αnh 4 N +β NH min = γno 3 N + δ, gdzie: α, β predefiniowane parametry prędkości procesu nitryfikacji, γ, δ predefiniowane parametry prędkości procesu denitryfikacji, NH 4 N mierzone stężenie azotu amonowego w komorze osadu czynnego, NO 3 N mierzone stężenie azotu azotanowego w komorze osadu czynnego. 92

Górnictwo i Środowisko Znaczenie kryteriów funkcji można zilustrować następującym przykładem: kiedy reaktor R1 z dużym ładunkiem azotu w fazie B osiągnie wysokie stężenie NO min faza zostanie zakończona wcześniej, aby pozostawić więcej czasu na nitryfikowanie amoniaku w komorze R1 (rys. 2), który dopłynął ze ściekami surowymi. Rys. 2. Schemat przejść pomiędzy fazami w cyklu BioDenipho: A, B, C, D, E, F kolejne fazy procesu technologicznego, R1, R2 reaktory biologiczne, DN denitryfikacja, N nitryfikacja, Clar. osadnik wtórny, NHmax maksymalne stężenie azotu amonowego, NHmin minimalne stężenie azotu amonowego, NOmin minimalne stężenie azotu azotanowego Fig. 2. The diagram of transitions between BioDenipho cycle phases: A, B, C, D, E, F the subsequent phases of the process, R1, R2 biological reactors, DN denitrification, N nitrification, Clar. secondary clarifier, NHmax the maximum concentration of ammonia nitrogen, NHmin the minimum concentration of ammonia nitrogen, NOmin the minimum concentration of nitrate nitrogen 4. KONTROLA NAPOWIETRZANIA SYSTEMÓW Z PREDENITRYFIKACJĄ Uzyskane wyniki symulacji komputerowych oczyszczalni pracującej w technologii sekwencyjno-przepływowej (BioDenipho) były podstawą do przygotowania algorytmów sterowania i przeprowadzania prób testowych w rzeczywistej skali, tj. w oczyszczalni ścieków w Rybniku (Zdebik, Głodniok, Korczak 2010). Modelowanie i symulacja dotyczyły oczyszczalni pracującej w cyklu czterofazowym, tj. cyklu, w jakim pracuje część biologiczna oczyszczalni. Zastosowanie warunków brzegowych określonych w modelu symulacyjnym w warunkach rzeczywistych wymagało zmiany nastaw technologicznych i wprowadzenia ręcznych korekt. 93

Mining and Environment Układ sekwencyjno-przepływowy wymaga dostarczania tlenu w odpowiednich ilościach, zależnie od ładunku amoniaku, jaki dopłynął do komory. Ładunek amoniaku jest utleniany przez około 90 minut (w cyklu czterofazowym), przez co zapotrzebowanie na tlen zmniejsza się wraz z czasem trwania fazy. W końcowej części fazy (przed rozpoczęciem denitryfikacji) ładunek azotu amonowego zostaje całkowicie utleniony. Przed opracowaniem algorytmu sterowania ilość dostarczanego tlenu była obliczana za pomocą skomplikowanego algorytmu sterowania pracą przepustnic, w którym są wykorzystywane dane archiwalne. W fazie nitryfikacji nie można było utrzymać zadanego stężenia tlenu rozpuszczonego około 2 mg/l. Pomiary stężenia tlenu rozpuszczonego w komorze biologicznej przed wprowadzeniem systemu sterowania przedstawiono na rysunku 3. W czasie rozkładu dobowego zmian stężeń tlenu rozpuszczonego obserwowano strefy niedotlenienia oraz strefy nadmiaru tlenu podczas procesu nitryfikacji. Jest to zjawisko niekorzystne podczas usuwania amoniaku ze ścieków. Przedstawiony problem wymagał rozwiązania, które pozwoliłoby na wyeliminowanie stref niedotlenienia i przetlenienia, jakie pojawiały się podczas prowadzenia nitryfikacji. Rys. 3. Zmiany stężenia tlenu rozpuszczonego w komorze biologicznej przed wprowadzeniem sterowania wyniki pomiarów on line z dnia 1.03.2010 r. Fig. 3. Changes in the concentration of dissolved oxygen in the biological chamber before the control introduction the on line results of measurements dated 1/03/2010 Przed przystąpieniem do badań, wykonano chwilowe próby technologiczne w celu określenia czasu trwania zmniejszania się stężenia tlenu w komorach. Wskazały one, że na 30 minut przed zakończeniem nitryfikacji, można obserwować zmniejszenie stężenia tlenu. Następnie przez pięć dni prowadzono ciągłe testy technologiczne. Wyniki wprowadzonych zmian przedstawiono na rysunku 4. Po wydaniu polecenia zmiany stężenia tlenu z 2 do 1 mg O 2 /l następowało przymknięcie przepustnicy (kolor niebieski) do 20%. Spadek stężenia tlenu rozpuszczonego następował po paru minutach. Zwłoka była spowodowana pracą przepustnicy początkowo przymykaniem, a następnie otwieraniem. 94

Górnictwo i Środowisko Rys. 4. Zmiana stężenia tlenu w czasie prowadzenia testów Fig. 4. Change of oxygen concentration during the conducted tests W czasie prowadzenia ciągłych badań technologicznych nie zaobserwowano negatywnego wpływu zmniejszenia stężenia tlenu z 2 do 1 mg/l w końcowych 30 minutach nitryfikacji. Prędkość usuwania azotu amonowego nie uległa zmianie. Ze względu na wprowadzane zmiany w sterowaniu stężeniem tlenu w komorach, obserwowano częste włączanie zaworu bezpieczeństwa. Przeprowadzone badania były podstawą do opracowania modelu pracy systemu napowietrzania, który był poddany symulacjom komputerowym (Zdebik, Głodniok, Korczak 2010). W dalszej kolejności opracowano algorytm sterowania pracą dmuchaw, który zawierał warunki brzegowe przymykania lub otwierania przepustnic na rurociągach dostarczających powietrze do komór w zależności od aktualnych pomiarów on line tlenu rozpuszczonego, mierzonych za pomocą sond zanurzonych w komorach biologicznych. Realizacja przedstawionego problemu badawczego doprowadziła do zmiany sterowania pracą przepustnic, przez wprowadzenie prostego układu sterowania z wykorzystaniem wyników pomiarów sond tlenowych bez wprowadzania korekty nastaw w czasie rzeczywistym. Przygotowany program został wprowadzony do systemu SCADA sterującego pracą oczyszczalni. Wyniki pracy układu sterującego kontrolującego stężenia tlenu rozpuszczonego w komorach osadu czynnego, z uwzględnieniem pomiarów in situ, jak i wartości zadane przez dyspozytora, przedstawiono na rysunku 5. Wprowadzenie 95

Mining and Environment sterowania pozwoliło na wyeliminowanie stref niedotlenienia i przetlenienia ścieków podczas procesu nitryfikacji. Rys. 5. Zmiany stężenia tlenu rozpuszczonego w komorze biologicznej po wprowadzeniu systemu sterowania wyniki pomiarów on line z dnia 27.07.2010 r. Fig. 5. Changes in the concentration of dissolved oxygen in the biological chamber after the control introduction the on line results of measurements dated 27/07/2010 Potwierdzeniem tych zależności są badania wykonane urządzeniem Bioscope. Monitorowana wartość OUR (oxygen uptake rate prędkość poboru tlenu), wynosząca 24 30 mg O 2 /l/h przez całą fazę nitryfikacji, świadczyła o prawidłowym przebiegu procesu usuwania amoniaku (Głodniok, Zdebik 2010). Spadek wartości OUR poniżej 15 mg O 2 /l/h w końcowej fazie nitryfikacji świadczył o usunięciu ładunku amoniaku w komorze biologicznej. W takiej sytuacji utrzymanie stężenia tlenu wynoszącego 2 mg/l lub możliwość sterowania jego zmniejszeniem pozwala na efektywne wykorzystanie dmuchaw. W czasie prowadzenia badań można było zaobserwować, że w okresach nocnych stężenie azotu azotanowego, który powstał w wyniku utleniania azotu amonowego ze ścieków dopływających w godzinach południowych i popołudniowych dnia poprzedniego, ulegało znacznemu obniżeniu. Przygotowanie części biologicznej oczyszczalni w godzinach nocnych i rannych (przy zmniejszonym dopływie ścieków oraz mniejszym ładunku) na przyjęcie szczytu porannego ładunku azotu amonowego, który dopływa do komór biologicznych około godz. 11.00 12.00, po uwzględnieniu retencji w osadnikach wstępnych, powodowało obniżenie stężenia azotu azotanowego, który jest efektem jego utleniania. Rozwiązanie takie może być wykorzystane do przygotowania testowego algorytmu sterowania pracą komór biologicznych, który może być zastosowany w układzie automatyki. Efektem zastosowania systemu sterowania stężeniem tlenu rozpuszczonego w komorach jest zmniejszenie zużycia energii elektrycznej w stacji dmuchaw. W 2009 roku jednostkowe zużycie energii elektrycznej w stacji dmuchaw wynosiło około 0,17 kw/m 3, natomiast w 2010 roku, spadło do około 0,13 kw/m 3, czyli o około 30%. Na rysunku 6 przedstawiono jednostkowe zużycie energii elektrycznej w poszczególnych miesiącach 2009 i 2010 roku. W 2010 roku od lipca, jednostkowe zużycie energii elektrycznej w polu stacji dmuchaw charakteryzowało się małym wahaniem w stosunku do wartości średniorocznej. 96

Górnictwo i Środowisko Rys. 6. Jednostkowe zużycie energii elektrycznej w stacji dmuchaw w 2009 i 2010 roku Fig. 6. The unit electricity consumption of blowers station in 2009 and 2010 5. PODSUMOWANIE W czasie prowadzenia badań polegających na modyfikacji istniejącego cyklu technologicznego oczyszczalni przy zmniejszaniu stężenia tlenu w komorach oraz zmianie czasu trwania faz nitryfikacji i denitryfikacji stwierdzono, że wprowadzanie zmian w układzie sterowania przepustnicami powietrza doprowadzanego do komór biologicznych, wpływa na poprawę procesu nitryfikacji. Przygotowany, na podstawie wykonanych badań, algorytm sterowania otwieraniem/zamykaniem przepustnic powietrza został wprowadzony do systemu sterowania pracą części biologicznej oczyszczalni. Wprowadzony system sterowania stężeniem tlenu rozpuszczonego w komorach osadu czynnego, wykorzystujący pomiary on line stężenia tlenu rozpuszczonego w komorach, pozwolił na uwzględnienie ich w procesie technologicznym, czego efektem było utrzymanie stałej wartości tlenu rozpuszczonego od rozpoczęcia do zakończenia fazy nitryfikacji. Badania prędkości poboru tlenu (OUR) wykonane in situ po wprowadzeniu zmian w systemie sterowania, wykazały, że zastosowane rozwiązanie nie wpłynęło negatywnie na pracę osadu czynnego w fazie nitryfikacji. W wyniku wprowadzenia tego systemu odnotowano zmniejszenie zużycia energii elektrycznej w stacji dmuchaw. Literatura 1. Bakmer P., Ekfjorden L., Lumely D., Mattsson A. (1998): Upgrading for Nitrogen Removal Under Service Site Restriction. Wat. Sci. Tech. 37(9), s. 185 192. 2. Bundgaard E., Anderson K., Petersen G. (1989): Bio-Denitro and Bio-Denipho System Experiences and Advanced Model Development: The Danish System for Biological N and P Removal. Wat. Sci. Tech. 21, s. 1727 1730. 3. Głodniok M., Zdebik D. (2010): Wykorzystanie analiz respirometrycznych do kontroli procesu oczyszczania ścieków przemysłowych. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko nr 4, s. 5 16. 97

Mining and Environment 4. Henze M., Grady C.P.L Jr, Gujer W., Marais G.v.R, Matsuo T. (1987): Activated Sludge Model No. 1. London, IWAQ Scientific and Technical Report No. 1. 5. Holmberg U., Olsson G., Andersson B. (1989): Simultaneous DO control and Respiration Estimation. Wat. Sci. Tech. 21, s. 1185 1195. 6. Ko K., Meinnis B., Goodwin G. (1982): Adaptive Control and Identification of the Dissolved Oxygen Process. Automatica 18 (6), s. 727 730. 7. Marsili-Libelli S. (1989): Modelling, Identification and Control of the Activated Sludge Process. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology 38, s. 89 148. 8. Marsman E., Roeleveld P., Rensink J. (2007): High Nutrient Removal in the Three-Sludge Sewage Treatment System: Results and Economic Evaluation. Wat. Sci. Tech. 35 (10), s. 129 136. 9. Ollson G. (1976): State of the Art in Sewage Treatment Plant Control. AIChE Symposium Series 72(159), s. 52 76. 10. Olsson G., Rundqwist L., Eriksson L., Hall L. (1985): Self-tuning Control of the Dissolved Oxygen Concentration in Activated Sludge System, in Advances in Water Pollution Control. IAWPRC Workshop. Pergamon Press, Huston, Texas, USA, s. 473 480. 11. Potter T., Koopman B., Svoeonos A. (1996): Optimisation of Periodic Biological Process for Nitrogen Removal from Wastewater. Wat. Res. 30(1), s. 142 152. 12. Thornberg D., Nielsen M., Andersen K. (1993): Nutrient Removal: on-line Measurements and Control Strategies. Wat. Sci. Tech. 28(11 12), s. 549 560. 13. Zdebik D., Głodniok M. (2010): Wyniki badań podatności ścieków na rozkład biologiczny frakcje ChZT na przykładzie oczyszczalni ścieków w Rybniku. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko nr 4, s. 97 114. 14. Zdebik D., Głodniok M., Korczak K. (2010): Modelowanie usuwania biogenów w procesie biologicznego oczyszczania ścieków w technologii sekwencyjno-przepływowej. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko nr 2, s. 97 112. Artykuł opracowano w ramach projektu celowego nr 6 ZR7 2008C/07051 pn. Zwiększenie redukcji biogenów przez optymalizację procesu biologicznego oczyszczania ścieków w oczyszczalni ścieków Rybnik-Orzepowice. Recenzent: prof. dr hab. inż. Barbara Białecka 98