Tam Ölçekli Bir İleri Biyolojik Evsel Atıksu Arıtma Tesisinin Matematiksel Modellemesi

Öz

Atıksu arıtma prosesleri üzerine yürütülen araştırmalarda; atıksu arıtma tesisi tasarımı, farklı çevresel ve işletme şartları altında sistem performansının tahmini, proses iyileştirmesi ve kontrolü gibi birçok farklı amaç için modelleme yaklaşımı kullanılabilmektedir. Bu çalışmanın amacı, nütrient giderimi yapan tam ölçekli bir evsel atıksu arıtma tesisinin matematiksel olarak modellenmesidir. Bu kapsamda, International Water Association (IWA) Aktif Çamur Modeli No 2d (ASM2d) ve General Purpose Simulator (GPS-X) Sürüm 6.5 simülasyon yazılımı kullanılmıştır. İncelenen atıksu arıtma tesisine ait işletme şartlarının ve atıksu karakterizasyonunun arıtma performansına etkilerinin belirlenmesi amacıyla farklı senaryolar incelenmiştir. Modelleme çalışması sonucunda giriş azot yükü ve içsel geri devir (IR) oranının çıkış toplam azot (TN) konsantrasyonu üzerindeki etkileri karşılaştırılmış, mevcut durumdaki azot yükünü gidermek üzere 4,4 IR oranı ile çalıştırılan tesisin, 2,5 IR oranı ile çalıştırıldığında da 10 mg/L’nin altında TN deşarj konsantrasyonunu sağlayabileceği görülmüştür. Bununla birlikte, atıksu azot yükü ile denitrifikasyon prosesi hacminin, deşarj TN konsantrasyonuna etkisi karşılaştırılmış ve incelenen atıksu arıtma tesisinde enerji tasarrufu sağlayacak işletme koşulları tespit edilmiştir. 

 

Anahtar Kelimeler

• Atıksu arıtma tesisi,Denitrifikasyon,Evsel atıksu,Matematiksel modelleme,Nitrifikasyon

Mathematical Modelling of a Full Scale Advanced Biological Municipal Wastewater Treatment Plant

Öz

Modelling can be applied for several purposes such as wastewater treatment plant design, estimation of system performance under different environmental and operational conditions, process enhancement and control in the studies related with wastewater treatment processes. The objective of this study is to apply a mathematical model to a full-scale municipal wastewater treatment plant. Within this concept, by using International Water Association (IWA) Activated Carbon Model No 2d (ASM2d) and General Purpose Simulator (GPS-X) version 6.5 simulation software, various scenarios were investigated in order to determine the effect of operational conditions and wastewater characterization on treatment performance. As a result of modeling studies, the effect of influent nitrogen load and internal recycle (IR) ratio on effluent total nitrogen (TN) concentration were comparatively evaluated and it was concluded that effluent TN concentration below 10 mg/L could still be achieved if IR ratio of the system decreased from 4 to 2.5. In addition to that, the effect of wastewater nitrogen load and denitrification process volume on effluent TN concentration were comparatively evaluated and operational conditions, that provided energy savings, were determined in the investigated wastewater treatment plant. 

Anahtar Kelimeler

• Wastewater treatment plant,Denitrification,Municipal wastewater,Mathematical modeling,Nitrification

Kaynakça

1. 1. Kumar, M., Singh, R., 2017. Performance Evaluation of Semi Continuous Vertical Flow Constructed Wetlands (SC-VF-CWs) for Municipal Wastewater Treatment. Bioresource Technology, 232, 321-330.
2. 2. Ozgun, H., 2015. Anaerobic Membrane Bioreactors for Cost-Effective Municipal Water Reuse. Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi-Delft University of Technology, Türkiye-Hollanda.
3. 3. Li, W.W., Yu, H.Q., Rittmann, B.E., 2015. Chemistry: Reuse water pollutants. Nature, 528, 29-31.
4. 4. Henze, M., Gujer, W., Mino, T., van Loosdrecht, M.C.M. ,2000. Activated Sludge Models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3. IWA Scientific and Technical Report No. 9. IWA Publishing. London, UK.
5. 5. Gujer, W., 2006. Activated Sludge Modelling: Past, Present and Future. Water Science and Technology, 53(3), 111-119.
6. 6. Dold, P.L., Ekama, G.A., Marais, G.V.R., 1980. A General Model for the Activated Sludge Process. Prog. Wat. Tech., 12(6), 47–77.
7. 7. Marais, G.V.R., Ekama, G.A., 1976. The Activated Sludge Process. Part 1 – Steady State Behaviour. Water SA, 2(4), 163.
8. 8. Seggelke, K., Rosenwinkel, K.H., Vanrolleghem, P., Krebs, P., 2004. Integrated Operation of Sewer System and WWTP by Simulation-based Control of the WWTP Inflow. In Proceedings of 6. International Conference on Urban Drainage Modelling, Dresden, 15–17 September 2004, 307–315.

9. 9. Bisinella de Faria, A.B., Sperandio, M., Ahmadi, A., Tiruta-Barna, L., 2015. Evaluation of New Alternatives in Wastewater Treatment Plants Based on Dynamic Modelling and Life Cycle Assessment (DM-LCA). Water Research, 84, 99-111.
10. 10. Descoins, N., Deleris, S., Lestienne, R., Trouve, E., Marechal, F., 2012. Energy Efficiency in Waste Water Treatments Plants: Optimization of Activated Sludge Process Coupled with Anaerobic Digestion. Energy, 41(1), 153-164.
11. 11. Özdemir, Ö., 2016. İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinde Sürdürülebilir İşletme İçin Revizyon ve Enerji Verimliliği: Malatya Örneği. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5, 9-20.
12. 12. ÇŞB, 2004. T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği. Resmi Gazete Sayısı: 25687.
13. 13. Hydromantis, 2017. Hydromantis Web Sitesi http://www.hydromantis.com/GPS-X.html.
14. 14. Hvala, N., Vrečko, D., Levstek, M., Bordon, C., 2017. The Use of Dynamic Mathematical Models for Improving the Designs of Upgraded Wastewater Treatment Plants. Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems 5(1), 15-31.
15. 15. Machado, V.C., Lafuente, J., Baeza, J.A., 2014. Activated Sludge Model 2d Calibration with Full-scale WWTP Data: Comparing Model Parameter Identifiability with Influent and Operational Uncertainty. Bioprocess and Biosystems Engineering 37, 1271-1287.
16. 16. Ferrer, J., Morenilla, J.J., Bouzas, A., GarciaUsach, F., 2004. Calibration and Simulation of Two Large Wastewater Treatment Plants Operated for Nutrient Removal. Water Science and Technology 50(6), 87-94.
17. 17. Boontian, N.A., 2012. Calibration Approach Towards Reducing ASM2d Parameter Subsets in Phosphorus Removal Processes. World Academy of Science, Engineering and Technology 6, 805-811.
18. 18. Batstone, D.J., Keller, J., 2003. Industrial Applications of the IWA Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1). Water Science and Technology, 47(12), 199-206.
19. 19. ÇŞB, 2006. T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Kentsel Atıksu Arıtımı Yönetmeliği. Resmi Gazete Sayısı: 26047.