Aktif Çamur Modelleri (ASMs) kullanılarak evsel nitelikli atıksulardan organik madde (KOİ) ve azot gideriminin kesikli bir işletme ile matematiksel modelleme ve simülasyon ortamında değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, düşük, orta ve yüksek kuvvetli evsel atıksuların kesikli biyo-reaktör sistemlerinde Aktif Çamur Modeli No.1 (ASM1) ile modellenmesi ve simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Modelleme çalışmaları Polymath Plus yazılımı kullanılarak yürütülmüş; düşük ve yüksek kuvvetli atıksular için 10 günlük, orta kuvvetli atıksu için ise 13 günlük simülasyon süresi esas alınmıştır. Simülasyon sürelerinde reaktördeki hidrolik kalma süresi sabit tutulmuş, KOİ/N/P oranı (100/6,99/1,46) ve VSS/TSS oranı (0,80) korunmuştur. Başlangıç KOİ konsantrasyonu düşük 342 mg/L, orta 597 mg/L yüksek kuvvetli atıksu için 847 mg/L olarak belirlenmiş. Organik madde (KOİ) ve azot bileşenlerinin (TN, TKN, NH₄⁺-N) giderim performansı durum değişkenleri ve proses hızları üzerinden değerlendirilmiştir. Substrat (SS, XS) azalımına paralel olarak mikroorganizma konsantrasyonlarında (XB_H, XB_A) düşüş, inert ürünlerde (XP) artış gözlemlenmiştir. Amonyum azotu giderimi tüm sistemlerde %99’un üzerinde gerçekleşmiş; buna karşın nitrat birikimi,sınırlı denitrifikasyon etkinliğine işaret etmiştir. KOİ giderim oranları %67 ile %72 arasında değişmiş ve başlangıç KOİ konsantrasyonu ile arıtma verimliliği arasında pozitif bir ilişki saptanmıştır. Oksijen tüketim hızları (OUR, COUR, NOUR) atıksu kuvvetine göre farklılık göstermiş, yüksek kuvvetli atıksuda en yüksek değerlere ulaşmıştır. Ayrıca p1–p8 kinetik hız değişimleri, sistemlerde gerçekleşen biyokimyasal süreçleri (büyüme, çürüme, amonifikasyon, hidroliz) başarıyla yansıtmıştır. Elde edilen sonuçlar, ASM1 modelinin farklı karakteristikteki evsel atıksular için geçerli bir yaklaşım sunduğunu ve kesikli reaktörlerin sürdürülebilir, verimli ve uygulanabilir bir arıtma çözümü olduğunu ortaya koymuştur.

In this study, modelling and simulation of low, medium and high strength domestic wastewater in batch bioreactor systems were carried out with Activated Sludge Model No.1 (ASM1). Modelling studies were carried out by using Polymath Plus software; simulation period of 10 days for low and high strength wastewater and 13 days for medium strength wastewater were taken as basis. During the simulation periods, the hydraulic residence time in the reactor was kept constant, COD/N/P ratio (100/6.99/1.46) and VSS/TSS ratio (0.80) were maintained. The initial COD concentration was determined as 342 mg/L for low, 597 mg/L for medium and 847 mg/L for high strength wastewater. The removal performance of organic matter (COD) and nitrogen components (TN, TKN, NH₄⁺-N) was evaluated over the state variables and process rates. A decrease in microorganism concentrations (XB_H, XB_A) and an increase in inert products (XP) were observed parallel to the decrease in substrate (SS, XS). Ammonium nitrogen removal was above 99% in all systems, whereas nitrate accumulation indicated limited denitrification efficiency. COD removal rates ranged between 67% and 72% and a positive correlation was found between initial COD concentration and treatment efficiency. Oxygen consumption rates (OUR, COUR, NOUR) differed according to the wastewater strength and reached the highest values in high strength wastewater. In addition, p1-p8 kinetic rate variations successfully reflected the biochemical processes (growth, decay, ammonification, hydrolysis) in the systems. The obtained results showed that the ASM1 model provides a valid approach for domestic wastewaters with different characteristics and batch reactors are a sustainable, efficient and feasible treatment solution.