Modelling of chloride influence upon activated sludge community growth

Abstract

Growth kinetics, i.e. the relationship between specific growth rate and the concentration of a substrate, is one of the basic tools in the modelling of activated sludge community growth. The above‐described conventional growth kinetics derived from single‐substrate‐controlled laboratory experiments have invariably been used for describing both growth and substrate utilization in wastewater treatment. After technological processes various mineral substances, such as chlorides, get into water bodies. These substances are not removed from wastewater by the biological treatment method. The purpose of this study is to determine the concentrations of chlorides, investigate the influence of enzyme preparations upon wastewater treatment quality during biological process modelling. Kinetics of microbial growth was designed using the model of Monad. To analyse the chloride influence on the biooxidation process a series of laboratory tests was carried out: biochemical oxygen consumption (BOD), activated sludge concentration and other indexes. It is found experimentally that a 400 mg/l concentration of chlorides disarranges the activity of microorganisms and activated sludge is no longer suitable for biological treatment. Also, we investigated the effect of enzyme preparation on effluence on sewage treatment. As chloride concentrations are increased in a tank without an enzyme, bacterial spores contained in the enzyme preparation produce a renewing effect upon active sludge.

Chloridų įtakos veikliojo dumblo biocenozės dinamikai modeliavimas

Santrauka. Mikroorganizmų augimo dinamika, t. y. priklausomybė tarp jų savitojo augimo spartos ir substrato koncentracijos, yra vienas iš svarbiausių veiksnių modeliuojant veikliojo dumblo kinetiką. Laboratorinėmis sąlygomis buvo atlikti eksperimentiniai nuotekų valymo tyrimai kompleksiškai įdėjus į substratą ir chloridų kaip papildomos užtaršos bei fermentinio preparato. Rezultatams palyginti buvo atlikti tyrimai ir be fermentinio preparato. Po įvairių technologinių procesų į valymo įrenginius patenka tokios mineralinės medžiagos kaip chloridai. Šios medžiagos biologiniu valymo būdu iš nuotekų nepašalinamos. Darbe nagrinėjama, kokios chloridų koncentracijos turi įtakos biologinio nuotekų valymo kokybei, veikliojo dumblo augimo dinamikai bei substrato biodegradacijai. Eksperimentų metu nustatytos tiriamų teršalų koncentracijos, turėjusios įtakos biologiniam valymo procesui: 400 mg Cl– /l ir didesnės sutrikdo mikroorganizmų veiklą, veiklusis dumblas biologiniam nuotekų valymui tampa netinkamas. Darbe modeliuojama veikliojo dumblo mikroorganizmų biocenozės dinamika, atliekant aerobinį nuotekų valymą. Nagrinėtas atvejis, kai nuotekų užtarša yra didesnė chloridų koncentracija. Veikliojo dumblo biocenozės dinamikai modeliuoti pasirinktas Monodo modelis. Atlikus eksperimentą nustatyti degradacijos koeficientai kd. Gautas Monodo diferencialinės lygties sprendinys, nusakantis veikliojo dumblo dinamiką. Skaitiniais metodais išspręsta veikliojo dumblo augimą bei substrato biodegradaciją nusakanti diferencialinių lygčių sistema. Įvertinus eksperimentų rezultatus nustatyti veikliojo dumblo sistemos degradacijos koeficientai įdėjus fermentinio preparato. Rezultatai parodė, kad fermentinis preparatas teigiamai veikia mikroorganizmų augimą t. y. veikliojo dumblo koncentracija mažėja lėčiau.

Reikšminiai žodžiai: nuotekos, aerobinis valymas, veiklusis dumblas, chloridai, fermentai, matematinis modeliavimas.

Моделирование влияния хлоридов на динамику биоценоза активного ила

Резюме. Кинетика биомассы микроорганизмов, т. е. зависимость между концентрацией активного ила и концентрацией субстрата, один из важнейших аспектов в моделировании динамики активного ила. В лабораторных условиях были проведены экспериментальные исследования сточных вод в комплексе с добавлением в субстрат хлоридов как дополнительного загрязнения и ферментного препарата. Для сравнения результатов были проведены параллельные эксперименты без ферментного препарата. В результате технологических процессов в очистные сооружения попадают разные минеральные вещества, как, например, хлориды. Эти вещества методом биологической очистки не удаляются. В настоящей работе были исследованы концентрации хлоридов, влияющие на качество биологической очистки сточных вод, качество и кинетику активного ила и биодеградацию субстрата. Для определения влияния хлоридов на биологические процессы были проведены лабораторные исследования по определению биохимического потребления кислорода (БПК), концентрации активного ила и др. В результате эксперимента было установлено, что концентрация хлоридов, составляющая 400 мг/л и больше, поражает работу микроорганизмов, активный ил становится непригодным для биологической очистки cточных вод. Также исследовалось влияние ферментного препарата на качество очистки. Моделируя кинетику динамики активного ила, получено решение дифференциального уравнения, в котором идентифицированы коэффициенты деградации ила kd. В результате эксперимента определены коэффициенты деградации на систему активного ила в резервуаре с ферментным препаратом, т. е. концентрация активного ила уменьшается медленнее. Можно сделать вывод, что ферментный препарат эффективно влияет на концентрацию микроорганизмов.

Ключевые слова: сточные воды, аэробная очистка, активный ил, хлориды, ферменты, математическое моделирование.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : wastewater, aerobic treatment, activated sludge, chlorides, enzymes, mathematical modelling