Weryfikacja eksploatacyjna danych wyjściowych do modelowania procesów usuwania związków biogennych Jerzy Mikosz 1 /Jerzy Kurbiel 2 STRESZCZENIE W oczyszczalni ścieków w Zamościu przeprowadzono badania, których celem było opracowanie symulacyjnego modelu komputerowego układu reaktor biologiczny osadnik wtórny dla tej oczyszczalni. Opracowany model został skalibrowany na danych uzyskanych podczas badań w oczyszczalni, zweryfikowany, a następnie wykorzystany do opracowania nowej strategii usuwania związków biogennych. Strategia to została wdrożona w grudniu 1998 roku. Zgodność wyników z symulacji komputerowych z wynikami obserwowanymi w oczyszczalni stanowi pozytywną weryfikację danych wyjściowych użytych do modelowania procesów biologicznych w tej oczyszczalni. Zastosowana metodyka zbierania danych wyjściowych do modelowania może być wykorzystana podczas badań symulacyjnych w innych oczyszczalniach ścieków. Badania te są realizowane przez autora artykułu w ramach przygotowywanej pracy doktorskiej. 1 Mgr inż. Jerzy Mikosz, Politechnika Krakowska, Instytut Zaopatrzenia w Wodę i Ochrony Środowiska, Zakład Technologii Wody i Ścieków, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków, tel. 012/633-0300 w. 2865 2 Prof. dr hab. inż. Jerzy Kurbiel, Politechnika Krakowska, Instytut Zaopatrzenia w Wodę i Ochrony Środowiska, Zakład Technologii Wody i Ścieków, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków, tel. 012/632-8710
1. WSTĘP W ostatnich latach symulacja komputerowa znajduje coraz szersze zastosowanie w technologii ścieków, szczególnie w odniesieniu do procesów wysokoefektywnego usuwania związków biogennych ze ścieków miejskich metodą osadu czynnego. Przyczyniło się do tego opracowanie wielu różnych modeli matematycznych pracy osadu czynnego, w tym tzw. modeli IAWQ nr 1 i nr 2 stworzonych przez zespoły specjalistów pod patronatem International Association for Water Quality (IAWQ), oraz dynamiczny rozwój techniki komputerowej w latach 90-tych. W oparciu o modele IAWQ nr 1 i nr 2 powstały pakiety programów komputerowych umożliwiające prowadzenie dynamicznej komputerowej symulacji poszczególnych procesów na oczyszczalni ścieków, a także symulację pracy całej oczyszczalni. Programy te są coraz częściej używane na oczyszczalniach ścieków w Europie Zachodniej, Kanadzie i Stanach Zjednoczonych do bieżącego sterowania i optymalizacji procesów technologicznych, projektowania nowych i rozbudowy istniejących oczyszczalni ścieków oraz do szkolenia pracowników. Niewątpliwie w najbliższych latach podobne tendencje rozwojowe będzie można zaobserwować także w Polsce. Warunkiem wykorzystania modelu symulacyjnego jest posiadanie odpowiedniej liczby danych wyjściowych o dobrej jakości, które mogą być wykorzystane do zdefiniowania modelu, a następnie do jego kalibracji i weryfikacji. Dane te powinny pochodzić z automatycznych urządzeń pomiarowych on-line zainstalowanych na oczyszczalni, z badań analitycznych składu ścieków i osadu czynnego, a także testów laboratoryjnych. Prawidłowy dobór danych wyjściowych jest warunkiem koniecznym efektywnej symulacji komputerowej. Dane te można zweryfikować eksploatacyjnie porównując wyniki z symulacji komputerowej i wyniki z oczyszczalni. Przykładem tego mogą być badania przeprowadzone na oczyszczalni w Zamościu, których wyniki zastały przedstawione w tym artykule. 2. OPIS OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W ZAMOŚCIU Oczyszczalnia ścieków w Zamościu jest oczyszczalnią mechaniczno-biologiczną o przepustowości projektowej 25 000 m 3 /d. Obecnie do oczyszczalni dopływa około 14 000 m 3 /d ścieków miejskich, w których udział ścieków przemysłowych wynosi około 10%. W związku z mniejszym od planowanego obciążeniem hydraulicznym oczyszczalni eksploatowany jest tylko jeden z dwóch istniejących ciągów technologicznych. Oczyszczone ścieki odprowadzane są do rzeki Łabuńki. Oczyszczalnię należy do wysokoefektywnych. W
okresie letnim w 1997 roku średnia efektywność usuwania zanieczyszczeń była równa 95,1% dla ChZT, 91,4% dla azotu amonowego i 95,5% dla fosforu ogólnego. Jednostkowe zużycie energii wynosiło w 1997 roku 0,503 kwh/m 3 oczyszczonych ścieków. Część mechaniczna oczyszczalni składa się z krat rzadkich, krat gęstych bębnowych, dwukomorowego piaskownika podłużnego z wydzieloną strefą odtłuszczania oraz dwóch radialnych osadników wstępnych o krótkim czasie zatrzymania ścieków z układem kwaśnej fermentacji osadu wstępnego we współpracy z zagęszczaczem grawitacyjnym. Część biologiczną oczyszczalni stanowi reaktor z osadem czynnym do wysokoefektywnego zintegrowanego usuwania związków biogennych pracujący w zmodyfikowanym systemie Bardenpho. Wielofazowy układ biologiczny charakteryzuje się obecnością komory predenitryfikacji, w której następuje wstępna denitryfikacja azotanów zawartych w osadzie powrotnym oraz dużą recyrkulacją wewnętrzną z komory nitryfikacji do komory denitryfikacji (od 200 do 400 % ilości ścieków dopływających). Schemat technologiczny oczyszczania ścieków przedstawiono na Rys. 1. NOx OW KB KPD KN KT OWT KRz KG PP PP P PZ L K T OW KPD KB KN KT OWT ZG Osad do WKFZ NOx Osad nadmierny do mechanicznego zagęszczania Rys. 1 Schemat technologiczny oczyszczania ścieków w oczyszczalni w Zamościu. 3. ZAKRES I CHARAKTERYSTYKA DANYCH WYJŚCIOWYCH DO MODELOWANIA Po zdefiniowaniu struktury modelu układu reaktor biologiczny-osadnik wtórny wraz z wymiarami urządzeń i układami recyrkulacji kolejnym krokiem w modelowaniu procesu usuwania związków biogennych jest określenie następujących danych wyjściowych:
1) Danych dotyczących ilości i jakości ścieków dopływających do reaktora biologicznego i ścieków odpływających z osadnika wtórnego 2) Danych na temat parametrów technologicznych procesu osadu czynnego, takich jak stężenia tlenu i biomasy w reaktorze, wielkości recyrkulacji ścieków i osadu powrotnego. 3) Danych na temat wartości stałych kinetycznych i stechiometrycznych związanych z procesami prowadzonymi przez mikroorganizmy autotroficzne, fakultatywne heterotrofy, heterotrofy akumulujące fosfor i związanych z procesem hydrolizy. Pierwsze dwie grupy danych oraz niektóre dane z grupy trzeciej określane są bezpośrednio na podstawie wyników badań analitycznych ścieków dopływających do reaktora i ścieków oczyszczonych oraz osadu czynnego w samym reaktorze. Dane z grupy trzeciej uzyskuje się na podstawie testów laboratoryjnych lub pośrednio, podczas kalibracji modelu z wykorzystaniem danych z grup 1 i 2. Wartości niektórych stałych można przyjąć z literatury. Duże znaczenie danych doświadczalnych wskazuje, że właściwie zaplanowane i wykonane serie badań analitycznych wraz z testami laboratoryjnymi stanowią podstawowe źródło danych wyjściowych do modelowania procesu usuwania związków biogennych. Długość trwania takich serii badawczych i częstotliwość poboru próbek ścieków i osadu są uzależnione od przewidywanego zastosowania modelu. Z kolei zakres analiz zależy od używanego modelu osadu czynnego. W przypadku modelu IAWQ nr 2 informacje dotyczące ścieków dopływających do reaktora biologicznego obejmują: Stężenie związków węgla wyrażonych jako ChZT wraz ze wszystkimi jego frakcjami: lotne kwasy tłuszczowe, związki łatworozkładalne, wolnorozkładalne i nireozkładalne Stężenie związków azotu: amonowego, azotanowego i azotynowego Stężenie fosforu w postaci ortofosforanów Stężenie poszczególnych grup mikroorganizmów: autotrofów, heterotrofów i heterotrofów akumulących fosfor Stężenie tlenu rozpuszczonego Zawartość fosforu i PHA w biomasie heterotrofów akumulujących fosfor. W przypadku innych modeli zakres danych może się nieco różnić od powyższego. 4. ORGANIZACJA I ZAKRES BADAŃ ANALITYCZNYCH W pierwszej połowie grudnia 1997 roku przeprowadzono w oczyszczalni ścieków w Zamościu program badań analitycznych składu ścieków i właściwości osadu czynnego. Celem tych badań było zdobycie danych umożliwiających zdefiniowanie, wykalibrowanie i
weryfikację komputerowego modelu symulacyjnego rzeczywistego układu reaktor biologiczny osadnik wtórny. Zakres potrzebnych danych obejmował: wielkość dopływu ścieków, wielkości oraz dobowe i godzinowe zmienności stężenia zanieczyszczeń w dopływie do reaktora i w odpływie z osadnika wtórnego oraz parametry pracy reaktora biologicznego. Badania przeprowadzone zostały w dwóch etapach: Etap 1 trwał 14 dni (2-16 grudnia 1997), w trakcie których wykonywane były analizy w zlewanych dobowych próbkach ścieków. Próbki ścieków były pobierane na dopływie do reaktora biologicznego i w odpływie z osadnika wtórnego automatycznie co 15 minut i zlewane na próbki 24 godzinne. Etap 2 trwał 48 godzin (17-19 grudnia 1997), w trakcie których wykonywane były analizy w zlewanych 2-godzinnych próbkach ścieków, najpierw w dopływie do reaktora (pierwsze 24 godziny co 15 minut), a następnie w odpływie z osadnika wtórnego (kolejne 24 godziny co 7 minut). Przesunięcie wynika z hydraulicznego czasu zatrzymania w układzie, który jest równy około 24 godzin. Szczegółowe zestawienie analiz i odczytów wykonywanych podczas obydwu etapów badań przedstawiono w Tab. 1. Tab. 1 Zestawienie podstawowych analiz (A) i odczytów (O) wykonanych podczas badań na oczyszczalni ścieków w Zamościu. Wykonane I etap badań (2-16.12.97) II etap badań (17-19.12.97) analizy i odczyty Dopływ Odpływ Os. czynny Dopływ Odpływ Os. czynny ChZT A A - A A - ChZT sączone A A * - A A * - ChZT koag sącz - - - - A * - BZT 5 A * - - A * - - BZT 5 sączone A * - - A * - - Zawiesina og. A A O A A O Zawiesina min. A - - A - - N Kjeld. A A * - A A * - N Kjeld. sącz. A * - - A * - - N-NH 4 A A - A A - NO 3 A * A - A * A - P ogólny A A - A A - LKT A * - - A * - - Tlen rozpuszcz. - - O - - O Opadalność - - A * A * - A * Temp. ścieków O - O O - O Q ścieków O O - O O - Q osadu recyrk. - - O - - O A - oznacza, że analiza była wykonywana codziennie (I etap) lub co 2 godziny (II etap) A * - oznacza, że analiza była wykonywana co drugi dzień (I etap) lub co 4 godziny (II etap) O - oznacza odczyt z urządzenia pomiarowego typu on-line.
Wszystkie analizy za wyjątkiem stężenia lotnych kwasów tłuszczowych (LKT) w etapie 2 badań, wykonywane były w laboratorium oczyszczalni ścieków w Zamościu pod uważnym nadzorem kierownictwa oczyszczalni. Analizy stężenia LKT w etapie 2 wykonywane były metodą chromatograficzną w laboratorium Politechniki Krakowskiej. Wszystkie próbki ścieków były przechowywane w stanie silnie schłodzonym, i za wyjątkiem próbek na LKT, nie były utrwalane chemicznie. 5. KALIBRACJA I WERYFIKACJA MODELU Celem kalibracji modelu jest określenie wartości stałych kinetycznych charakteryzujących procesy biochemiczne zachodzące w reaktorze biologicznym. Kalibracja modelu układu reaktor biologiczny-osadnik wtórny przeprowadzona została dwustopniowo. Najpierw przeprowadzono kalibrację statyczną modelu, używając do tego celu wyników 14- dniowych badań przeprowadzonych w ramach I etapu badań analitycznych. Kalibracja statyczna nie uwzględniała zmienności parametrów w czasie i miała stanowić pierwsze przybliżenie do określenia wartości stałych kinetycznych. Następnie przeprowadzono kalibrację dynamiczną do której wykorzystano wyniki badań przeprowadzonych w II etapie badań analitycznych, które uwzględniały zmienność składu ścieków i parametrów pracy oczyszczalni w czasie 24 godzin. Kalibracja statyczna modelu Kalibracja statyczna modelu polegała na przeprowadzeniu serii symulacji przy różnych wartościach podstawowych współczynników kinetycznych procesów zachodzących w reaktorze biologicznym. Współczynniki o podstawowym znaczeniu dla procesów usuwania związków biogennych to między innymi: - maksymalne szybkości przyrostu autotrofów (μ Amax ), heterotrofów (μ Hmax ) oraz heterotrofów akumulujących fosfor (μ PHmax ); - szybkości rozkładu autotrofów (b A ), heterotrofów (b H ) oraz heterotrofów akumulujących fosfor (b PH ) - odpowiednie stałe nasycenia (Ks A, Ks H, Ks PH ) - inne współczynniki, np. opisujące proces hydrolizy, wydajności przyrostu poszczególnych grup mikroorganizmów, itp. Kalibrację prowadzono aż do uzyskania zadowalającej zgodności wyników symulacji z wynikami rzeczywistych pomiarów w oczyszczalni. Jako wartości do których odnoszono wyniki kalibracji przyjęto wartości średnie stężenia podstawowych zanieczyszczeń w ściekach odpływających z osadnika wtórnego w ciągu 14 dni badań (I etap). Do oceny
zgodności wyników symulacji z wartościami rzeczywistymi zastosowano test t-studenta. Porównanie zgodności wyników z symulacji z wynikami z obserwacji pokazano na Rys. 2. Rys. 2 Porównanie wyników symulowanych uzyskanych podczas kalibracji statycznej modelu z wynikami obserwowanymi w oczyszczalni w Zamościu. Kalibracja dynamiczna modelu Wartości współczynników kinetycznych uzyskane w wyniku kalibracji statycznej stanowiły punkt wyjścia do przeprowadzenia kalibracji dynamicznej modelu. Celem kalibracji dynamicznej było dokładniejsze określenie wartości tych współczynników w taki sposób, żeby dynamiczna reakcja modelu na zmiany składu ścieków dopływających do reaktora w ciągu doby była zbliżona do reakcji rzeczywistego układu. Należy przy tym pamiętać, że odpowiedź modelu na zmiany na wejściu nigdy nie będzie idealnie odpowiadała rzeczywistości. Dzieje się tak dlatego, że model zawsze idealizuje warunki panujące na oczyszczalni, nie uwzględniając np. braku pełnego wymieszanie w reaktorze, zmiany temperatury ścieków, zmienności ilości powietrza dostarczanego do układu i pewnych nie rejestrowanych czynności eksploatacyjnych. Na Rys. 3 pokazano wyniki kalibracji dynamicznej modelu dla azotu amonowego i fosforu ogólnego porównane z rzeczywistą zmiennością stężeń zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych. Wartości najważniejszych stałych kinetycznych uzyskane w wyniku kalibracji modelu przedstawiono w Tab. 2. Po zakończeniu kalibracji poprawność pracy modelu zweryfikowano na niezależnym zestawie danych.
Stężenie, gn/m3 Stężenie, gp/m3 6 5 4 3 2 1 0 N-NH4 (r = 0,71) Obserwacje Symulacje 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Czas, h 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Fosfor ogólny ( r= 0,68) Obserwacje Symulacje 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Czas, h Rys. 3 Wyniki kalibracji dynamicznej modelu reaktor biologiczny osadnik wtórny dla oczyszczalni ścieków w Zamościu. Tab. 2 Wartości stałych kinetycznych po kalibracji modelu. Parametr Jednostka Wartość Po kalibracji domyślna statycznej dynam. Max szybkość przyrostu autotrofów, μ A max 1/d 0,75 0.50 0,55 Szybkość rozkładu autotrofów, b A 1/d 0.04 0.045 0,045 Stała nasycenia N-NH4 dla autotrofów, K NH gn-nh 4 /m 3 1,0 1,0 0,9 Max szybkość przyrostu heterotrofów, μ H max 1/d 3,2 6,0 6,0 Szybkość rozkładu heterotrofów, b H 1/d 0,62 0,50 0,50 Stała nasycenia dla heterotrofów, K S gchzt/m 3 5,0 5,0 5,0 Max szybk. przyrostu heterotrofów P, μ PH max 1/d 0,9 5,0 5,0 Szybkość rozkładu heterotrofów P, b PH 1/d 0,04 0,01 0,02 Wydajność przyrostu heterotrofów, Y H g ChZT/ g ChZT utl 0,666 0,640 0,640 6. OPIS BADAŃ SYMULACYJNYCH Celem badań symulacyjnych było określenie nowej strategii eksploatacyjnej procesu biologicznego usuwania związków biogennych poprzez optymalizację wielkości recyrkulacji wewnętrznej. Następnie należało przeprowadzić analizę czułości modelu opisującego tą strategię oraz praktycznie zastosować wyniki symulacji komputerowej zaproponowanej strategii w celu eksploatacyjnej weryfikacji danych wyjściowych do modelowania. Określenie optymalnej wielkości recyrkulacji wewnętrznej potraktowano jako proste zadanie optymalizacji technologicznej z następującą funkcją celu: max F( x) ChZT N P (1)
Wartość funkcji F(x) przy następujących warunkach ograniczających: 1) 0 x 3,6 5) N-NH 4 (x 0 ) < 6 2) ChZT(x 0 ) < 150 6) 0 η ChZT 1 3) N(x 0 ) < 30 7) 0 η N 1 4) P(x 0 ) < 1,5 8) 0 η P 1 gdzie: x wielkość recyrkulacji wewnętrznej jako krotność dopływu ścieków do reaktora η ChZT względna zmiana wartości ChZT w ściekach oczyszczonych, η N efektywność usuwania azotu ogólnego w reaktorze η P efektywność usuwania fosforu ogólnego w reaktorze Przebieg nieciągłej funkcji F(x) określono poprzez wykonanie szeregu symulacji dla różnych wartości zmiennej x i obliczenie wartości F(x) według równania (1). Symulacje prowadzono na skalibrowanym modelu układu biologicznego pracującym w stanie ustalonym. Wielkość przepływu ścieków i wartości stężenia zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych mechanicznie przyjęto równe średnim wartościom z I etapu badań analitycznych (3-17.12.1997). Następnie tak określony zbiór punktów (x, F(x)) aproksymowano za pomocą funkcji wielomianowej f(x). Przebieg funkcji f(x) wraz z równaniem i wartością współczynnika determinacji R 2 pokazano na Rys. 4. 3 F(x) 2.5 2 1.5 1 0.5 0 y = -0.0329x 3 + 0.1311x 2 + 0.1921x + 1.8801 R 2 = 0.9136 0 1 2 3 4 Wielkość recyrkulacji jako wielokrotność Q Rys. 4 Punkty wyznaczone w wyniku symulacji komputerowej i aproksymująca funkcja wielomianowa y=f(x). Wartość współczynnika determinacji R 2 =0.9136 wskazuje na dobre dopasowanie funkcji wielomianowej trzeciego stopnia do punktów uzyskanych z symulacji i pokazuje, że zmiana wielkości recyrkulacji wyjaśnia w ponad 91% zmienność wartości funkcji y=f(x). Funkcja ta osiąga swoje maximum w punkcie x 0 =3,25, co odpowiada 325% recyrkulacji.
W zglęna zmiana Wyniki symulacji przedstawione w Tab. 3 wskazują, że zastosowanie nowej strategii ze zwiększoną recyrkulację wewnętrzną z dotychczasowych 200% do 325%, pozwoli podwyższyć efektywność procesu denitryfikacji o około 4% i spowoduje zmniejszenie stężenia azotu ogólnego w ściekach oczyszczonych o około 2,6 g/m 3. Wartości odchyleń standardowych ze stężeń zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych przedstawione na Rys. 5 pokazują, że zwiększenie stopnia recyrkulacji wewnętrznej do 325% poprawia stabilność pracy układu reaktor biologiczny-osadnik wtórny zmniejszając wahania stężeń wszystkich form azotu w ściekach oczyszczonych i stężenia biomasy w reaktorze biologicznym. Zmienność stężenia fosforu ogólnego i ChZT zwiększa się, a zmienność wartości BZT 5 praktycznie nie ulega zmianie. Tab. 3 Stężenie zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych biologicznie przy obecnej i przy nowej strategii eksploatacyjnej na podstawie symulacji komputerowej. Stężenie w Recyrkulacja 200% Q Recyrkulacja 325% Q Wskaźnik ściekach po OW, g/m 3 Stężenie po OWT, g/m 3 Efektywność % Stężenie po OWT, g/m 3 Efektywność % ChZT 748 50,3 93 51,4 93 N ogólny 74,5 18,3 75 15,7 79 N-NH 4 40,9 2,3 94 2,3 94 N Kjeldahla 73,1 6,3 91 6,3 91 N-Nox 1,4 12,1-9,4 - P ogólny 9,8 0,17 98 0,26 97 3.5 3.0 2.5 Ś re d nia O d ch. std W a ria ncja 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0 C hzt N og. N Kj. N-NOx N-NH4 P og. Rys. 5 Spodziewane efekty wprowadzenia nowej strategii eksploatacyjnej na podstawie symulacji komputerowej.
1.10 15.10 29.10 12.11 26.11 10.12 24.12 7.01 21.01 4.02 18.02 S tężenie, g/m3 1.10 15.10 29.10 12.11 26.11 10.12 24.12 7.01 21.01 4.02 18.02 S tężenie, g/m3 7. WERYFIKACJA EKSPLOATACYJNA DANYCH WYJŚCIOWYCH Zaproponowana strategia eksploatacyjna polegająca na zmianie stopnia recyrkulacji wewnętrznej została wdrożona w oczyszczalni ścieków w Zamościu 4 grudnia 1998 roku. Poprzez zmianę ustawienia zastawki dławiącej pompę do recyrkulacji wewnętrznej zmieniono stopień recyrkulacji ścieków z komory tlenowej do komory niedotlenionej z około 200% do około 325% ilości ścieków dopływających do reaktora biologicznego. W okresie następnych 2,5 miesiąca prowadzono uważną obserwację efektywności pracy układu biologicznego oczyszczania ścieków przy zwiększonej intensywności kontroli analitycznej jakości ścieków oczyszczonych. Przebiegi stężenia tych wskaźników przedstawiono na Rys. 6. 80 70 60 50 40 30 20 10 0 C hzt N o g ó lny K o le jny d zie ń 1 0.8 P o g ó lny 0.6 0.4 0.2 0 K o le jny d zie ń Rys. 6 Przebieg wartości ChZT oraz stężeń N ogólnego i P ogólnego w ściekach oczyszczonych przed i po wprowadzeniu nowej strategii eksploatacyjnej.
E fektywność usuwania Stężenie w odpływ ie, g/m 3 Zmiany średnich wartości stężeń zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych po wprowadzeniu nowej strategii eksploatacyjnej okazały się zgodne z prognozą z symulacji komputerowej. Prognozowano zmniejszenie stężenia azotu ogólnego w odpływie o 2,6 gn/m 3, spowodowane zwiększoną denitryfikacją, przy równoczesnym utrzymaniu średnich wartości stężenia innych wskaźników zanieczyszczeń na niezmienionym poziomie. Zaobserwowane w oczyszczalni zmniejszenie stężenia azotu ogólnego w ściekach oczyszczonych było równe 2,1 gn/m 3. Zmienności stężenia związków azotu w ściekach oczyszczonych wyrażona za pomocą odchylenia standardowego i wariancji z próbki statystycznej wyników analiz zmniejszyła się dla wszystkich form azotu oraz dla związków węgla wyrażonych jako ChZT, podczas gdy dla fosforu ogólnego pozostała na niezmienionym poziomie. Tendencja ta była zgodna z wynikami wcześniejszych symulacji komputerowych. Syntetyczne porównanie symulowanych i obserwowanych średnich wartości stężenia w odpływie i efektywności usuwania zanieczyszczeń po wprowadzeniu nowej strategii eksploatacyjnej w oczyszczalni ścieków w Zamościu przedstawiono na Rys. 7. 70 60 50 40 30 20 10 0 S ym ula cja O b se rw a cja N -N H 4 N K j. N o g P o g 100% 80% 60% 40% S ym ula cja O b se rwacja 20% 0% C hzt N-NH4 N K j. Nog P o g Rys. 7 Porównanie symulowanych i obserwowanych średnich wartości stężenia w odpływie i efektywności usuwania zanieczyszczeń po wprowadzeniu nowej strategii eksploatacyjnej.
8. WNIOSKI 1) Badania przeprowadzone w oczyszczalni w Zamościu w latach 1997-98 miały na celu sprawdzenie możliwości efektywnego stosowania symulacji komputerowej w praktyce eksploatacyjnej polskich oczyszczalni ścieków. Nowa strategia eksploatacyjna polegająca na zwiększeniu stopnia recyrkulacji wewnętrznej opracowana z wykorzystaniem symulacji komputerowej i wdrożona w oczyszczalni spowodowała zwiększenie efektywności usuwania związków azotu i miała stabilizujący wpływ na jakość ścieków oczyszczonych w odniesieniu do związków węgla i azotu. 2) Warunkiem koniecznym pomyślnego wykorzystania symulacji komputerowej jest odpowiednia ilość i jakość danych wyjściowych, które umożliwiły zdefiniowanie i kalibrację modelu układu reaktor biologiczny-osadnik wtórny. Dane te zbierano podczas serii badań analitycznych i testów laboratoryjnych przeprowadzonych w oczyszczalni ścieków. Osiągnięcie zadowalającej zgodności prognozy wyników z symulacji komputerowej z wynikami zaobserwowanymi w oczyszczalni stanowi pozytywną weryfikację eksploatacyjną zebranych danych wyjściowych wykorzystanych do modelowania procesu usuwania związków biogennych. 3) Metodyka zbierania danych wyjściowych do modelowania usuwania związków biogennych powinna obejmować wykonanie co najmniej dwóch serii badań analitycznych. Próbki ścieków powinny być pobierane automatycznie jako średnioproporcjonalne na dopływie do reaktora i na odpływie z osadnika wtórnego o różnym czasokresie zlewania próbek. Oznaczenia powinny być wykonywane w pobranych próbkach na bieżąco. Ponadto konieczne jest wykonanie serii testów szybkości zużywania tlenu w celu określenia stężenia bakterii heterotroficznych w osadzie czynnym i ściekach dopływających. 4) Wyniki analiz z pierwszej serii trwającej co najmniej dwa tygodnie, podczas której analizowane są próbki średniodobowe zlewane wykorzystywane są do kalibracji statycznej modelu. Wyniki analiz z drugiej serii badań trwającej co najmniej 24 godziny, podczas której pobierane są próbki 2-godzinne wykorzystywane są do kalibracji dynamicznej modelu. Zakres wykonywanych analiz laboratoryjnych w próbkach ścieków zależy od stosowanego modelu osadu czynnego. W przypadku Zamościa zakres ten nie przekraczał oznaczeń wykonywanych rutynowo w laboratorium oczyszczalni (ChZT, zawiesina ogólna i mineralna, LKT, azot amonowy, azot azotanowy, azot ogólny, fosfor ogólny) uzupełnionych o testy szybkości zużywania tlenu (OUR).
LITERATURA [1] Henze M. i in. Wastewater Treatment. Biological and Chemical Processes. Springer- Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1995. [2] IAWPRC Activated Sludge Model No. 1. Raport naukowo-techniczny nr 1. [3] IAWQ Activated Sludge Model No. 2. Raport naukowo-techniczny nr 3. [4] Jeppsson U., Modelling Aspects of Wastewater Treatment Processes. Rozprawa doktorska, Lund University, Department of Industrial Electrical Engineering and Automation, Lund, Szwecja, 1996. [5] Kurbiel, J. Eksploatacyjna weryfikacja systemu Bardenpho w warunkach polskich. Materiały seminarium naukowo-technicznego Zamość 98 (14-15 maja 1998), Politechnika Krakowska, 1998. [6] SimWorks Run-Time Environment. Program do dynamicznej symulacji pracy oczyszczalni ścieków, Hydromantis, Inc., Ontario, Kanada [7] Żegin, K., Franke, B. Efektywność oczyszczania ścieków w Zamościu uzyskiwana w odniesieniu do parametrów technologicznych. Materiały seminarium naukowo-technicznego Zamość 98 (14-15 maja 1998), Politechnika Krakowska, 1998.