Біофізичний вісник (Jun 2021)
Дослідження стабільності роботи алгоритму періодичної аерації
Abstract
Актуальність. Питанню періодичної аерації, яка може використовуватись як інструмент в процесі біологічної очистки стічних вод, завжди приділялося незаслужено мало уваги. Оскільки оптимізація всіх технологічних процесів, з точки зору продуктивності та енергоспоживання, це вимога часу, тому, на нашу думку, більш глибоке вивчення і дослідження фізичних та біологічних процесів, які впливають на метаболізм мікроорганізмів під час періодичної аерації, є дуже важливим. Метою роботи було: 1) визначення умов стабільного стану біоценозу мікроорганізмів під час застосування режиму короткоциклової періодичної аерації; 2) складання математичної моделі аераційної системи, яка пов’язує приріст біомаси з концентрацією кисню; 3) визначення мінімально граничних концентрацій кисню як умов стабільності системи. Матеріали і методи. Аераційна система змодельована за допомогою системи диференціальних рівнянь, що описують динаміку розмноження мікроорганізмів з урахуванням подачі кисню аераційною системою для забезпечення метаболізму мікроорганізмів. Експериментальні дослідження проводилися в штучно виготовленому лабораторному аеротенку (0,7 м ´ 0,7 м ´ 1,2 м, ємністю 500 л). Результати. Рішення системи диференціальних рівнянь дало умови стабільності системи, тобто граничні концентрації кисню на літр рідини. З урахуванням умов стабільності було отримане рівняння, що дозволяє визначити пороговий рівень концентрації кисню, при якому необхідно закінчувати період аерації. За допомогою даних, які були одержані в результаті лабораторних дослідів, стало можливим чисельне визначення коефіцієнта остаточного вмісту кисню γ, з використанням якого можна визначити граничну концентрацію кисню. Висновки. З систем диференційних рівнянь, що складається з рівняння розмноження мікроорганізмів за логістичною моделлю та рівняння, яке описує динаміку концентрації кисню у рідині аеротенку, знайдено умови, за яких система є стабільною. З умов стабільності випливає рівняння, що задає умову відключення подачі кисню до системи аерування в алгоритмі періодичної аерації. Оптимальна ступінь очищення і загальний час аерації в експериментах свідчать про те, що інтервал концентрацій O2 у відпрацьованих газах, при якому слід закінчувати період аерації, можна визначати за цим рівнянням, приймаючи в ньому чисельне значення коефіцієнта γ рівним 0,01–0,02.
Keywords
