Teoretyczne i praktyczne aspekty matematycznego modelowania procesu wielofazowego osadu czynnego z uwzględnieniem emisji N2O
Authors:
- Jerzy Mikosz
Abstract
Multi-stage activated sludge is a well-known technology widely applied at many municipal wastewater treatment plants worldwide. During that process oxidation of organic material, biological nitrification and denitrification, and biological excess phosphorus removal occur simultaneously in a single-sludge biological reactor, where different oxidation conditions are maintained in a series of compartments connected by a system of sludge recirculation. Such reactor usually operates under highly dynamic conditions and some processes taking place there still are not fully understood and therefore difficult to be presented in form of a comprehensive mathematical model. An additional phenomena, which in recent years has been increasingly considered in descriptions of this process is the emission of N2O, a greenhouse gas with high global warming potential (GWP=298), that is produced during biochemical conversion of nitrogen in multi-stage activated sludge systems. Theoretical and practical aspects of mathematical modeling of a multi-stage activated sludge are presented in this monograph. In the theoretical part, the state-of-the-art on major biochemical and physical processes that occur in activated sludge systems and the methods of their mathematical description are presented based on the extensive literature review. Much attention was paid to presentation of the latest findings on mathematical modeling of N2O production in the process of multi-stage activated sludge system. In the second part of the monograph presented and analyzed are practical issues of carrying on the simulation research at municipal wastewater treatment plants. The analysis is based on the requirements frequently formulated in literature about the methodology of simulation research and so called ”calibration protocols” on the one hand, and on many years of real-life experience in conducting of such research on the other. This allowed to evaluate the possibilities of more flexible and more efficient planning and carrying on the simulation research in the context of its objectives and expected outcomes. On this basis a set of conclusions have been formulated about opportunities for simplification of the simulation research. The simplifications can refer both, the organization of research and the scope of works performed at individual stages of a research program. The general objective is reduction of the organizational effort and the costs of simulation research without impairing the chances to reach the planned research goals. This is to lead to more widespread application of computer simulation in operational practice of municipal wastewater treatment plants. Such approach is illustrated with a real-life example of the simulation research performed in 2011 at a large municipal wastewater treatment plant in Poland. Such approach is illustrated with a real-life example of the simulation research performed at a large municipal wastewater treatment plant in Poland in 2011. In the final part of the monograph the recommended directions of further research in the field have been clearly formulated.
- Record ID
- CUT81c3081b4bbb482f932b7d89d275e0ce
- Other language title versions
- Theoretical and practical aspects of mathematical modeling of multi-stage activated sludge process including N2O emission
- Book type
- Monograph
- Book categories
- ;
- Author
- Other contributor
- Corporate author
- Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki
- Publisher (including from the ministerial list of publishers)
- Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki
- Publisher name (outside publisher list)
-
Wydaw. PK
- Publishing place (Publisher address)
- Kraków
- Pages
- 164
- Issue year
-
2017
- Book series /Journal (in case of Journal special issue)
- Monografia / Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Inżynieria Środowiska
- Other elements of collation
- il. (w tym kolor.); Bibliografia (na s.) - 141-160; Bibliografia (liczba pozycji) - 267; Oznaczenie streszczenia - Streszcz., Abstr., Rés.
- Keywords in Polish
- oczyszczanie ścieków, osad czynny, symulacja komputerowa, gazy cieplarniane, N2O, modelowanie matematyczne, przemiany biochemiczne, produkcja N2O
- Keywords in English
- wastewater treatment, activated sludge, computer simulation, greenhouse gases, N2O
- Abstract in Polish
- Proces wielofazowego osadu czynnego jest technologią powszechnie stosowaną w miejskich oczyszczalniach ścieków. W procesie tym utlenianie związków organicznych, biologiczna nitryfikacja, denitryfikacja i biologiczne nadmiarowe usuwanie fosforu zachodzi w jednoosadowym reaktorze biologicznym, w którym wydzielone są strefy o różnych warunkach tlenowych połączone układami recyrkulacji. Układ taki pracuje w warunkach silnie dynamicznych, a zjawiska w nim zachodzące są nie do końca poznane i trudne do ujęcia w postaci spójnego modelu matematycznego. Dodatkowym czynnikiem, który w ostatnich latach jest coraz częściej uwzględniany w tym procesie jest emisja N2O, gazu o wysokiej wartości współczynnika efektu cieplarnianego (GWP=298), wytwarzanego podczas przemian związków azotu zachodzących w osadzie czynnym. Niniejsza praca prezentuje teoretyczne i praktyczne aspekty matematycznego modelowania procesu wielofazowego osadu czynnego. W części teoretycznej, w oparciu o liczne źródła literaturowe przedstawiono aktualny stan wiedzy na temat najważniejszych procesów biochemicznych i fizycznych zachodzących w osadzie czynnym oraz sposobów ich matematycznego opisu. Znaczną uwagę poświecono tematyce matematycznego modelowania wytwarzania N2O w procesie wielofazowego osadu czynnego w oparciu o najnowsze wyniki badań nad tym zagadnieniem. W dalszej części pracy poddano analizie praktyczne aspekty prowadzenia badań symulacyjnych w miejskich oczyszczalniach ścieków. Analizę tą oparto z jednej strony na często formułowanych wymaganiach co do sposobu prowadzenia takich badań określonych w literaturze i tzw. „protokołach kalibracyjnych”, a z drugiej na wieloletnich doświadczeniach z prowadzenia takich badań w praktyce. Pozwoliło to na ocenę możliwości bardziej elastycznego i efektywnego planowania i prowadzenia badań symulacyjnych w kontekście celu, jakiemu mają one służyć. Na tej podstawie sformułowano szereg wniosków odnośnie możliwości uproszczenia badań symulacyjnych. Uproszczenia te mogą dotyczyć zarówno ich organizacji, jak i zakresu prac wykonywanych na kolejnych etapach badań. Celem tych działań ma być ograniczenie wysiłku organizacyjnego i kosztów związanych z prowadzeniem badań symulacyjnych, przy równoczesnym zapewnieniu osiągnięcia zaplanowanego celu. Ma to doprowadzić do bardziej powszechnego stosowania symulacji komputerowej w praktyce eksploatacyjnej miejskich oczyszczalni ścieków. Jako przykład takich działań przedstawiono opis badań symulacyjnych przeprowadzonych w dużej miejskiej oczyszczalni ścieków w roku 2011 wraz z zastosowanymi uproszczeniami i osiągniętymi wynikami. W końcowej części pracy określono kierunki, w których powinny być prowadzone dalsze badania w tym obszarze.
- Internal identifier
- 130555
- Language
- pol (pl) Polish
- Score (nominal)
- 80
- Uniform Resource Identifier
- https://cris.pk.edu.pl/info/book/CUT81c3081b4bbb482f932b7d89d275e0ce/
- URN
urn:pkr-prod:CUT81c3081b4bbb482f932b7d89d275e0ce
* presented citation count is obtained through Internet information analysis, and it is close to the number calculated by the Publish or PerishOpening in a new tab system.