مقایسه مدل‌های هضم هوازی لجن فعال دفعی و واسنجی آنها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران- محیط زیست، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

چکیده

در طراحی سیستم هضم هوازی یا ارزیابی کارایی هاضم هوازی، استفاده از مدل‌های ریاضی امکان بررسی ایده‌های مختلف طراحی و یا شبیه‌‌سازی رفتار سیستم را به طراح و محقق می‌دهد و در این خصوص به‌کارگیری مدلی که به بهترین نحو سینتیک فرایند هضم هوازی را توصیف کند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این تحقیق، مدل ساده مرتبه اول پیشنهادی معروف به مدل آدامز برای فرایند هضم هوازی و مدل‌های لجن فعال تدوین شده توسط انجمن بین‌المللی آب، برای فرایند لجن فعال (ASM1 و ASM3) معرفی و ارزیابی شدند. برای جمع‌آوری داده‌های آزمایشگاهی به‌منظور واسنجی مدل‌های تحت بررسی، سه راکتور ناپیوسته هر کدام به حجم 10 لیتر با غلظت جامدات معلق اولیه 5000 ، 10000 و 20000 میلی‌گرم در لیتر به‌مدت 70 روز هوادهی شدند و تحت آزمایش‌های اندازه‌گیری جامدات و اکسیژن‌خواهی شیمیایی قرار گرفتند. پارامترهای مدل‌های تحت بررسی با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی، تخمین زده شدند و بهترین سری پارامترها که بر اساس آن محاسبات مدل‌ها بیشترین انطباق را با نتایج آزمایش‌ها داشت، برای هر مدل و هر راکتور ارائه گردید. نتایج حاصل از کاربرد مدل‌ها نشان داد که راکتورهای حاوی لجن غلیظ‌تر، ثابت آهنگ زوال سلولی کمتری دارند. همچنین با مقایسه خطاهای ناشی از محاسبات مدل‌ها با داده‌های آزمایشگاهی، مشاهده شد که مدل لجن فعال شماره سه، بهتر از مدل آدامز و مدل لجن فعال شماره یک، تغییرات غلظتهای جامدات را در راکتورهای ناپیوسته هضم هوازی پیش‌بینی می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Calibration and Comparison of Aerobic Digestion Models of Waste Activated Sludge

نویسندگان [English]

  • Parisa Bohlooli 1
  • Amir Taebi 2
1 Graduated Student, Dept. of Civil Eng., Isfahan University of Tech.
2 Prof., Department of Civil Eng., Isfahan University of Technology, Isfahan
چکیده [English]

Mathematical modeling allows a large number of potential aerobic digestion process designs to be evaluated and the performance of aerobic digesters to be predicted. In applying such models, however, it is essential to use appropriate models that can neatly explain the kinetics of the process. In this research, the simple first-order model (known asAdamsmodel) and Activated Sludge models developed by International Water Association (ASM1 and ASM3) were evaluated. For this purpose, three batch reactors with initial TSS concentrations of 5,000, 10,000, and 20,000 mg/L and operating volumes of 10 L were operated to collect the experimental data required for model calibrations. Batch reactors were run and monitored for 70 days. Samples taken from the reactors were analyzed for their solids concentrations and their Chemical Oxygen Demand (COD). The measured data were then used to estimate the parameters of the models investigated and the best sets of parameters yielding the best fit of the predicted and measured data were identified for each model and for each reactor. The parameter estimation results for batch runs showed that higher sludge concentrations were associated with lower cell decay coefficient values. The error values for batch runs calculated by ASM3 were found to be lower than those calculated byAdamsmodel and by ASM1. Comparisons with experimental data proved ASM3 to be superior in terms of its capability to predict concentrations in aerobic digestion batch reactors.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aerobic Digestion
  • Batch reactor
  • Adams Model
  • Activated Sludge Models (ASMs)
1- Adams, C.E., Eckenfelder, W.W., and Stein, R.M. (1974). “Modifications to aerobic digestor design.” Water Research, 8 (4), 213-218.
2- Krishnamoorthy, R., and Loehr, R.C. (1989). “Aerobic sludge stabilization-factors affecting kinetics.” J. of Environmental Engineering, 115(2), 283-301.
3- Lawrence, A.W., and McCarty, P.L. (1970). “Unified basis for biological treatment design and operation.” J. of Sanitary Engineering Division, 96, 757-778.
4- Goodman, B. L., and Englande, Jr., A.J. (1974). “A unified model of the activated sludge process.” J. Water Pollution Control Federation, 46(2), 312-332.
5- Henze, M., Gujer, W., Mino, T., and Van Loosdrecht, M. (2002). Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3, IWA Scientific and Technical Report, No. 9, IWA, London.
6- Tchobanoglous, G., and Burton, F. (2003). Wastewater engineering: Treatment and reuse, 4th Ed., McGraw- Hill, Metcalf and Eddy Inc., Toronto.
7- Henze, M., Grady, C.P.L., Gujer, W., Marais, G. V. R., and Matsuo, T. (1987). “A general model for single-sludge wastewater treatment systems.” Water Research, 21(5), 505-515.
8- Gujer, W., Henze, M., Mino, T., and Van Loosdrecht, M. (1999). “Activated sludge model No. 3.” Water Science and Technology, 39(1), 183-193.
9- APHA, AWWA, WEF. (1998). Standard methods for the examination of water and wastewater, 20th Ed., American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, Washington D.C., USA.
10- Reichert, P. (1998). AQUASIM 2.0: Computer program for the identification and simulation of aquatic system, Swiss Federal Institude for Environmental Science and Technology, Dubendorf, Switzerland.
11- Weijers, S.R., and Vanrolleghem, P.A. (1997). “A procedure for selecting best identifiable parameters in calibrating activated sludge model No. 1 to full scale plant data” Water Science and Technology, 36(5), 69-79.
12- Koch, G., Kuhni, M., Gujer, W., and Siegrist, H. (2000). “Calibration and validation of activated sludge model No. 3 for Swiss municipal wastewater.” Water Research, 34(14), 3580-3590.
13- Iacopozzi, I., Innocenti, V., Marsili-Libelli, S., and Giusti, E. (2007). “Modified activated sludge model No. 3 (ASM3) with two-step nitrification-denitrification.” Environmental Modeling and Software, 22, 847-861.
14- Shahriari, H. (2003). “Evaluation and modeling of a membrane activated sludge system.” M.Sc. Thesis, Department of Civil Engineering, University of Ottawa, Canada.
15- Dold, P.L., and Marais, G.V.R. (1986). “Evaluation of the general activated sludge model proposed by the IAWPRC Task Group.” Water Science and Technology, 18, 63-89.
16- Jeppsson, U. (1997). A general description of the IAWQ activated sludge model No. 1, Dept. of Industrial Electrical Engineering and Automation, Lund, Sweden.