A denitrifikáció és a biológiai többletfoszfor eltávolítás a biológiai terhelés fluktuációja mellett igen érzékeny a feldolgozandó szennyezés, vagy tápanyag típusára, összetételére, biológiailag könnyen felvehető tápanyagának részarányára is. A vizsgált üzemek esetében a könnyen hasznosítható tápanyagok részaránya különösen a nyári időszakban nagy, így akkor a biológiai többletfoszfor eltávolítás különösen jó hatásfokú lehet. Bár a második vizsgált üzemtípus az adott konkrét példa esetében ma még nem rendelkezik anaerob zónával, a szimuláció annak célszerű kialakítását éppen az eredmények összevetése alapján nagymértékben segítheti. Ezért is feladata a diplomamunkának a két eltérő kiépítettségű üzem, tisztítási hatékonyságának részletes elemzése, értékelése, dinamikus szimulációja.
A dolgozathoz részletes irodalmi áttekintő készítendő részben az ilyen rendszerek technológiai lehetőségeiről, részben a biológiai C-N-P eltávolítás matematikai modellezésének újabb eredményeiről, a dinamikus szimuláció jelenlegi helyzetéről.
Kulcsszavak: modellezés, szennyvíztisztítás, szimuláció, szabályozás, rekonstrukció, kaszkád, Kecskemét, Kunszentmiklós
A diplomamunka célja a számítógépes szimuláció hasznosításának bemutatása egy szennyvíztisztító-mérnök munkájában. Ennek érdekében bemutatásra került saját fejlesztésű programom szerkezete. Részletesen megismerjük, hogyan képezi le a program egy szennyvíztisztító telep fizikai valóságát a matematika nyelvére. Ezután áttekintettem a felhasznált modell szerkezetét és kialakulásának történetét.
A mű kísérleti részében két vizsgálatot követhettünk nyomon.
A második vizsgálat célja egy javasolt rekonstrukciós terv ellenőrzése a szimulációs program segítségével. A szimulációs számítások eredményét a hagyományos statikus módszert alkalmazva igazoltam és ezek alapján értékeltem a tervet. Bár a számítások szerint a tervezett átalakítás után a szennyvíztisztító telep általában megfelel a kívánalmaknak, de a szerteágazó vizsgálatok alatt szerzett tapasztalatok alapján - itt elsősorban a soros és párhuzamos kaszkád-rendszerek vizsgálatára és az ingadozó és állandó terhelésű tisztító hatékonyságvizsgálatára gondolok - egy másik variációt javasoltam, mellyel sokkal biztosabbá lehet tenni a tisztító működését.
5.1. ÁBRA A FELHASZNÁLT PROGRAM FOLYAMATÁBRÁJA
6.1. TÁBLÁZAT A KUNSZENTMIKLÓSI TELEPEN 1997-BEN MÉRT VÍZMINŐSÉGI ÉRTÉKEK I.
A számítástechnika fejlődése napjainkra lehetővé tette olyan bonyolult rendszerek modellezését, melyek kézi számolással, vagy a korai elektronikus módszerekkel még nem voltak lehetségesek. A számítógép alkalmazása természetesen önmagában nem jelenti az összes felmerülő probléma megoldhatóságát, de bizonyos esetekben nagy könnyebbséget és gyorsabb eredményt jelenthet a számítások és a kiértékelések meggyorsításával. Mielőtt egy probléma megoldásának számítógépes megvalósításába kezdünk, mindig mérlegelnünk kell az ebből származó gazdasági, technikai előnyöket és hátrányokat, hogy eldönthessük a várható eredmény megéri-e majd a belefektetett munkát.
Általában elmondható, hogy a modellezéssel az emberiség egy régi vágya látszik megvalósulni. Mindig izgatta a tudósokat a jövő végtelen variációinak felderítése, és a múlt hibáinak kivédhetősége, azaz a "Mi volna, ha ...?" és a "Mi lett volna, ha ...?" kezdetű kérdések megválaszolása.
Mindazonáltal minden modell lehetőségei végesek, mindig meg kell húzni azt a határt, mely a modell által vizsgált és szimulált jelenségek és a környezet figyelembe nem vett egyéb tényezői között húzódik. Ennek a képzeletbeli vonalnak az elhelyezkedése nagyban befolyásolja az elkészíteni kívánt modell pontosságát, és felhasználhatóságát a különösen a részletkérdések szimulációs vizsgálatánál és az azokra adott válaszok kiértékelésénél.
A diplomamunkában az IAWQ No2 a modell kialakulásának történetét, a felhasználásával készült számítógépes program felépítését, és két alkalmazását ismerhetjük meg.
A számítógépes szimuláció lelke a program, melynek precíz megvalósítása elengedhetetlen a számítások pontos elvégzéséhez. Éppen ezért a diplomamunka a felhasznált program fejlesztésének bemutatásával kezdődik.
Ezután a számítógépes modellezés előnyös és hátrányos tulajdonságai és a számításokhoz felhasznált modell kerülnek bemutatásra.
Végül a számítógépes szimuláció fejlődését és a legújabb eredményeket ismerhetjük meg.
A program fejlesztése 1995 elején kezdődött az IAWQ No 2-es modellje alapján. Az élő biológiai rendszerek szimulációja rendkívül számításigényes folyamat, melyet jól jellemez, hogy a valóságban lezajló folyamatok egy percének modellezéséhez 136000 műveletet kell 16 tizedesnyi pontossággal elvégezni.
A program először Pascal programozási nyelven készült el SBR típusú szennyvíztisztító rendszerekre (Domokos E.,1995). Az első változatnak a használhatóságát erősen korlátozta az a tény, hogy egy átlagos tisztító egy napját megközelítőleg két óra alatt számította ki. A fent vázolt számítási igény és a kor követelményeinek megfelelő - grafikus - felhasználói felület miatt a programot 32-bites operációs rendszerre (Windows 95ä és Windows NTä) volt célszerű továbbfejleszteni.
A program felépítésének és számítási műveleteinek folyamatábráját az 5.1. ábrán láthatjuk.
5.1. A felhasznált program folyamatábrája
A programnak - egyszerűen szerkeszthető szöveges állományok formájában - a következő hidraulikai, fizikai, biológiai és kémiai paramétereket lehet megadni:
A szennyvíztisztító telep számtalan "reaktort", medencét foglal magába, melyeket a program három csoportba osztja:
A fenti három reaktor-típusnál az egyéb beállításoktól függetlenül lehet állítani vagy szabályozni a levegőztetést:
Az ülepítőkben az ülepedést vagy egy előre beírt ülepedési görbe vagy az ezt leíró képlet segítségével lehet modellezni. (Ennek a görbének a felvétele a következő: kiveszünk 1000 ml-t az ülepítőbe befolyó vízből és minden percben felírjuk, hogy az iszap-víz határréteg magassága hány százaléka a teljes vízmagasságnak.) Ha a program állapítja meg a képletet, akkor azt az ülepítőt érő felületi terhelés alapján számolja ki. Ha a felhasználó adja meg a görbét, akkor pedig a különböző terheléseknél tapasztalt iszapszinteket kell a gépbe táplálnia. A program ezután úgy kezeli az ülepítőt, mintha két külön reaktor lenne, az egyik a felső "tiszta" vizes fázis, míg a második az iszapos fázis. Az így szétválasztott két reaktorban külön-külön számíthatja a biológiai folyamatokat. Ez a módszer lényegesen gyorsabb az egyéb elterjedt ülepítő-modelleknél (pl. Takács féle) és számítási pontossága megközelíti azokét.
Ezen kívül lehetőség van a fölösiszap elvételének kézi és automatikus szabályozására is a következő variációkban:
A megadott iszapkoncentrációt az iszapelvétel mértékének szabályozásával állítja be a program.
A program a folyadék(iszap) vezetékeket "0" hosszúságú térfogat nélküli csatlakozásokként kezeli, így azokban a biológia, fizikai vagy kémiai folyamatok elhanyagolhatók. Ez a feltételezés, a rövid tartózkodási idő és viszonylag kis térfogat miatt gyakorlatilag jogos.
A számítógépes programban a szennyvíztisztító telep vezetékeit szállítókapacitás és a szállított anyag típusa szerint különbözteti meg:
5.1.5. BEFOLYÓ SZENNYVÍZ MINŐSÉGI ÉS MENNYISÉGI LEÍRÁSA
A modell számára nagyon fontos a befolyó paraméterek pontos megadása, hiszen sokszor 1-2 mg/l-es koncentrációkülönbség is átbillentheti a rendszert egy instabil működésbe vagy döntő lehet például a foszfor határértékre történő csökkentésének biztosításánál.
A IAWQ No2 modell alkotói 17 paramétert határoztak meg, ami kellően leírja a szennyvíz minőségét. Ezen paraméterek leírása részletesen megtalálható annak leírásában (Gujer et al, 1994) és a szerző 1997. áprilisi publikációjában. (Domokos E. et al.,1997.)
Ezen felül a dinamikus számításoknál meg kell adni a szennyvíz mennyiségének napi ingadozását is. Mind a minőségi, mind a mennyiségi paramétereket 1-1440 db adat/nap részletességgel lehet meghatározni.
A 5.2. ábrán látható szennyvíztisztítónak ismert a napi hidraulikus terhelése (két óránkénti mérési eredmények) és közelítőleg a befolyó víz minőségének változása is egy átlagos nap folyamán (nyolc óránkénti mérési eredmények).
5.2. A példában szereplő tisztító működési sémája
Ezek ismeretében a programnak a következő négy fájlt kell megadni:
Vezetékeket leíró fájl (neve: "CS.R"):
* Vezetékhálózat és alapadatok
A befolyó szennyvíz minőségét és mennyiségét leíró fájl (neve: "BE.R"):
* Befolyó szennyvíz időbeni megoszlása (2000 m3/nap)
Ezután meg kell adni a reaktorok adatait. Az első reaktort a "01.R" fájl írja le:
Levegőztető reaktor
Végül a második reaktor adatait adjuk meg (a fájl neve: "02.R").
Ülepítő
Mind a számítógépes, mind a hagyományos - pl. szélcsatornás vizsgálatok - modellezés esetén a valóság egy leegyszerűsített változatát használjuk arra, hogy jobban megértsük az adott folyamatot, vizsgálhatjuk annak dinamikáját s következtetni tudjunk a később bekövetkező eseményekre is. A modellezésnek éppen ezért több előnyös tulajdonsága, és néhány buktatója is van.
Költségkímélés: Egy számítógépes szimulációval modellezni a szennyvíztisztító egy kritikus helyzetét lényegesen olcsóbb és egyszerűbb dolog, mint egy kísérleti vagy egy üzemi reaktorban előidézni azt. A számítógépes modell elkészülte után egy-egy kísérlet akárhányszor lefuttatható, különösebb költségráfordítás nélkül.
Gyorsaság: Kisebb a pontossága: Egy modell soha nem tudja teljesen lefedni a valóságot, hiszen nem is tudja senki pontosan, hogy egy üzemben milyen tényezők hatnak a szennyvíztisztítás folyamatára.
Nagyobb szaktudást igényel: A világon nagyon sok modellt alkottak az eleveniszapos szennyvíztisztítók szimulálására. Közülük a legelterjedtebb az International Association on Water Quality (IAWQ) No2. modellje (Gujer et al., 1994.). Erre épül az általunk készített számítógépes program is (Domokos, 1997.).
Ez a modell a szennyvizet két csoportba, azon belül is tizenhét komponensre osztja. Mint látni fogjuk a komponensek néha egy-egy jól definiálható molekulát, néha vegyületcsoportot, vagy éppen mikroorganizmus csoportot jelölnek.
5.3.1. A MATEMATIKAI MODELLEK KIALAKULÁSA, FEJLŐDÉSE
Az elmúlt évtizedekben igen sok az eleveniszapos szennyvíztisztítást leíró (különböző bonyolultságú) matematikai modell látott napvilágot. Ezek közül a legösszetettebbek lehetővé tették a szervesanyag-lebontás, a nitrifikáció-denitrifikáció, sőt a biológiai többletfoszfor eltávolítás folyamatainak leírását is. A modellek közül kezdetben (éppen a túlzott bonyolultság és paraméter igényesség miatt) csak az egyszerűsített, "steady state" állapot leírására szolgálók terjedtek el a gyakorlatban.
Az IAWPRC modellezéssel foglalkozó nemzetközi munkacsoportja 1987-ben tette közzé az addig elért eredményeket összefoglaló és felhasználó úgynevezett No1. modellt (Henze et al, 1987.). Ez lehetővé tette a szervesanyag-lebontás valamint a nitrifikáció-denitrifikáció dinamikus szimulációját a különféle technológiai kialakítású eleveniszapos rendszerekben. Az elmúlt években számos felhasználói program jelent meg a piacon, amelyek a No1. modellen és annak kisebb mértékű továbbfejlesztésén alapultak (ASIM, AQUASIM, stb.).
Amióta a biológiai többletfoszfor felvétel jelenségét először leírták (Srinath et.al. 1959) történnek próbálkozások a folyamat mechanizmusának leírására. Különböző hipotézisek láttak napvilágot, az újabbak felhasználták és pontosították a régieket. Napjainkban három fő matematikai és biokémiai leírást tartanak számon az ún. Comeau/Wentzel (Comeau et. al. 1985; Wentzel et. al. 1986), Mino (Mino et. al. 1987), az IAWQ No2. (Gujer et. al. 1994) modelleket, valamint az No2d modellt (Henze et al., 1998.).
Comeau és Wentzel ismerték fel először, hogy speciális rendszereknél a biológiai foszforeltávolításban bizonyos többletfoszfort akkumláló mikrooganizmus-csoportok játsszák a fő szerepet és ezeket nevezték el együttesen Bio-P (Comeau et.al. 1985.), vagy polyP (Wentzel et. al. 1986.) organizmusoknak.
A korábbi modellek igen nagy számú komponenst és folyamatot tartalmaztak, így gyakorlati (üzemi) felhasználhatóságuk igen nehézkes. Ezt a tényt felismerve az IAWQ nemzetközi munkabizottsága azt a célt tűzte maga elé, hogy a modellt a lehető legegyszerűbb, mégis megfelelően pontos formába hozza. Ez a munka vezetett 1994-ben az IAWQ No2. modell megjelenéséhez. A továbbiakban ezt a modellt ismertetjük.
A No1. modellel összehasonlítva a No2. modell legfőbb előnye a foszfor akkumuláló organizmusok (PAO), tevékenységének szimulációja. Ezek az organizmusok képviselik az összes olyan mikroorganizmus-fajt amely képes foszfort akkumulálni polifoszfát formában. Működésük csak a cellán belüli komponensek, mint pl. a tárolt polifoszfát és poli-hidroxi-alkánok figyelembe vételével írható le, ami a strukturált biomasszát tartalmazó modell kialakulását eredményezte. A No2. modell nem tesz különbséget az egyes mikroorganizmusok összetétele (szerkezete) között, hanem csak a biomassza átlagos tulajdonságait veszi figyelembe. Mivel valamennyi organizmusnak egyedi tulajdonságai vannak, összetételük tipikus mértékben fog eltérni a populációs átlagtól (pl. tartalmaznak vagy nem tartalmaznak tárolt termékeket). Ez igen jelentős, mivel a No.2. modellben használt kinetikai kifejezések nem-lineárisak, így az átlagos viselkedés nem becsülhető közvetlenül az átlagos tulajdonságokból. A járulékos problémákat figyelembe véve a munkacsoport úgy döntött, hogy a No2. modellt osztott paraméteres modellként hozza létre a rendszer megfelelőbb leírása érdekében.
5.3.3. A MODELL MATEMATIKAI MEGVALÓSÍTÁSA
A modellben található differenciálegyenletek megoldásához többféle - számítógéppel is megvalósítható - módszert próbáltunk ki. Elsőként a számítástechnikában általánosan használt "explicit" Runge-Kutta módszert alkalmaztunk ( 5.3. ábra ), melynek előnye a nagy számítási sebesség, hátránya viszont az instabilitás. Ez a módszer az időben lassan változó folyamatokra megfelelő lenne, de a szennyvíztisztítóban - elsősorban az oldott oxigén és a nitrát koncentrációjának változásakor - megfigyelhető hirtelen változásokat nem tudja megfelelően követni, és méréseink szerint sokszor 200-300 %-os eltérést is produkál.
Ezután matematikusok javaslatára az "implicit" Euler módszert próbáltam ki. A módszer előnye, hogy a hirtelen változásokat is jól tudja követni, illetve nagy pontossággal képes a valós görbét közelíteni. Nagy hátránya viszont, hogy jelentősen lelassítja a számítás sebességét - számítógéptől függően egy nap kiszámításának időtartama 2-15-szeresére is nőhet (Domokos, 1997).
Továbbfejlesztve és a speciális számítógépes lehetőségekre átalakítva Euler módszerét elértük, hogy a számítási pontosság változása nélkül a számítás sebessége jobb lett, mint az "explicit" Runge-Kutta módszernél (Domokos, 1996).
5.3. Explicit Runge-Kutta és Implicit Euler módszer összehasonlítása
Mivel az IAWQ No.2 modellt folyamatos betáplálású eleveniszapos szennyvíztisztítókra alakították ki, mi pedig szakaszos betáplálású reaktort kívántunk vele modellezni, így meg kellett oldani a nem állandó vízszint okozta koncentráció változások és az ülepedés közben lezajló reakciók modellezését is.
5.3.4. A SZÁMÍTÓGÉPES MEGVALÓSÍTÁS
Az előzőekben vázolt modell számítógépes megvalósítása Windows95 operációs rendszerre készült. A program teljesen grafikus kezelőfelületet biztosít, és lehetőséget ad a szimuláció teljes kalibrálására is. A számítási felbontása - azaz a legkisebb időegység, amivel számolni tud - 10 másodperc és 24 órát megközelítőleg 10 perc alatt számít ki egy átlagos összeállítású gépen.
A programban percre pontosan be lehet állítani a feltöltés, levegőztetés, ülepedés fázisait, valamint a levegőztetés típusát - ciklikus vagy oldott oxigénszinttel szabályozott. A számítás menetét folyamatosan nyomon követhetjük négy grafikonon és egy képernyőn, ahol mindig az aktuális koncentrációkat látjuk. A számítások eredményét Excel-ben illetve Word-ben feldolgozható formátumban elmenthetjük. A mentésnél lehetőségünk van arra, hogy csak az elfolyó víz koncentrációját, vagy a ciklusok kezdetekor a reaktorban lévő koncentráció viszonyokat, illetve a ciklus egész menetét is eltároljuk általunk választott időközökkel.
A jövőben a programba beépíteni szándékozunk egy automatikus érzékenység vizsgáló egységet, mellyel meg lehet állapítani, hogy egy adott komponens milyen skálán mozoghat ahhoz, hogy az üzem elfolyó vize még határértéken belül legyen. Ezen kívül tervezzük egy egyszerűsített változat elkészítését, melyet - kérésre - egy bizonyos szennyvíztisztítóra beállítunk, majd további kalibrálásra a használat közben nem lesz lehetőség.
Az első cikkek a szennyvíztisztító telepek szimulációjáról, modellezéssel végzett költség-optimalizációjáról a '90-es évek elején jelentek meg. A következőkben röviden áttekintem a modellezés és szabályzás területén az utóbbi évtizedben bekövetkezett változásokat.
Von Sperling és Lumbers (1991) az elsők között alkalmaz dinamikus modelleket a szennyvíztisztítás területén. Céljuk a levegőztetés optimalizálása volt, amit laboratóriumi körülmények között, modellszennyvízzel vizsgáltak. Az eredmények igen kecsegtetőek voltak, de sajnos már félüzemi méretekben is jelentős eltérést tapasztaltak a modell eredményei és a mért eredmények között. Ezt a modellszennyvíz és a valóságos szennyvíz közti különbséggel magyarázták.
Chaudbary és munkatársai (1991) a statisztikai analízist használták a Hyperion szennyvíztisztító (L.A., California) költségoptimalizálására. Az alkalmazott számítógépes program lényege, hogy hosszú évek tapasztalatai alapján felépítettek egy adatbázist, amiben a tisztítóban mért paraméterek, és az adott helyzetben "ajánlott" levegőztetési és recirkulációs értékek vannak feltüntetve. Ezután már csak rá kellett kötni a folyamatos mérőműszereket egy számítógépre, ami a beérkezett adatok alapján kikereste az adatbázisban az aktuális állapothoz leginkább hasonló adatsort és az alapján állította be az optimális levegőbefújási és iszaprecirkulációs értékeket.
Daigger és munkatársai (1992) több éves kutatás eredményeit foglalták össze cikkükben, mely 40 szennyvíztisztító adatainak elemzésével készítettek. Leírnak egy respirációs mérésre (oxigénfogyási sebességre) alapuló optimalizáló és vészbeavatkozó rendszert.
Novotny és társai (1992) szintén respirometrián alapuló szabályzásról írnak. Céljuk egy valós idejű szabályozási rendszert megalkotása volt. Ez sajnos csak mérsékelt eredményeket hozott a folyamatos mérőműszer (elsősorban a KOI mérő) lassúsága miatt. Egy folyamatos vezérléshez legalább percenként kellene adatokat kapni, hogy az megbízhatóan működjön.
Echeverria és munkatársai (1993) az iszapülepedés sebességét próbálták javítani számítógépes modelljükkel. Egy visszacsatolásos modellel vezérelték a levegőbefújást. A kísérlet csak laboratóriumi körülmények között vezetett eredményre a fent említett mérőműszer-sebesség gond és a még ma sem tisztázott ülepedést befolyásoló tényezők miatt.
Tang és Ellis (1994) Malajzia, Hon Kong, Taiwan és Thaiföld egy-egy tisztítójában alkalmazta a fenti modellt, pontosították értékeit. A gyakorlati alkalmazások során is előjött az ammónium-ion és a foszforvegyületek gondja, ezért végrehajtottak néhány általuk nem részletezett javítást, aminek eredményeképpen sokkal pontosabb eredményeket kaptak.
1995-ben kiadták IAWQ No. 2-es modelljét (részletesebben az 5.3.2. fejezetben).
Mint azt fenti összefoglalóból és a mellékelt irodalomjegyzékből is látható, e fiatal témában sok jelentős írás született. Sajnos többségük még mindig elméleti síkon mozog, nagyon kevés a gyakorlati alkalmazás.
Magyarországon a szerző jelenlegi ismeretei szerint a Bácsvíz Rt. (Kecskemét) és a Fővárosi Csatornázási Művek (Budapest) használ szimulációs programot a szennyvíztisztítóik tervezéséhez, üzemeltetéséhez.
Az elmúlt években a világon nagymértékben terjed a szennyvíztisztító telepek számítógépes szimulációval történő üzemeltetése. Az alkalmazott modellek, az első széles körben használt megjelenése - 1989 - óta jelentősen megváltoztak. Ennek fő oka a biológiai többletfoszfor-eltávolítás vizsgálatában elért jelentős eredmény volt. Jelen publikációban a világ legelterjedtebb, az IAWQ által kiadott, modelljének fejlődését mutatom be, aminek az ad aktualitást, hogy a legújabb modellváltozatok - 2d és 3 - 1998. március 16-án jelentek meg.
Az IAWQ modelljeinek általános tulajdonsága, hogy a képletekben vegyesen fordul elő biológiai "komponens" - pl. autotróf mikroorganizmusok, foszfor akkumláló mikroorganizmusok -, kémiai komponensek - pl. oldott oxigén, acetát - és fizikailag csoportosított részek - pl. összes lebegő anyag. A csoportok kialakítását teljes mértékben a célszerűség vezette, így például a mikroorganizmusok által könnyen felvehető, azonnal hasznosítható tápanyagot mind az "acetát" kategóriába sorolták (és úgy is számoltak vele). Ennek a módszernek az előnye a kevesebb változó, amit a számítások során figyelembe kell venni, a hátránya viszont a pontatlanabb eredmény.
A modellekben a fejlődés során 8-21 differenciál-egyenletet alkalmaztak, melyekben 13-19 fent részletezett változót (komponenst) és 26-64 sztöchiometriai állandót alkalmaznak. A számítások ezért igen bonyolultak és csak számítógéppel végezhetőek el. (Ha megfelelő pontosságot akarunk elérni, akkor a legújabb változatnál a valóság egy napjának kiszámításához átlagosan 8.4*108 darab műveletet kell elvégezni!) A differenciálegyenletek úgynevezett mérlegegyenletek, a teljes egyenletrendszer végösszege pedig nulla. Az egyenletekben a különböző folyamatokat kapcsolótagok szabályozzák.
Az egyenletek és a változók egy táblázatba vannak foglalva, amelynek rácspontjain szereplő érték megadja, hogy az adott egyenlet (folyamat) milyen mértékben hat a változóra (minél nagyobb a szám annál jobban "nő" a változó értéke).
Az IAWQ eddig négy modellt adott ki a No1 és a No3 az általános fizikai-kémiai folyamatokat és a nitrifikációt-denitrifikációt, míg a No2 és No2d a biológiai többletfoszfor-eltávolítást is tartalmazza.
5.5.3. AZ IAWQ NO1 ÉS NO3 MODELL
Az 1989-ben kiadott IAWQ No1-es modell folyamatai három csoportra oszthatóak (1. és 3. mátrix):
5.5.4. AZ IAWQ NO2 ÉS NO2D MODELL
A tudomány fejlődésével egyre többet ismertünk meg a szennyvíztisztítóban lezajló folyamatokról, köztük a biológiai többletfoszfor-eltávolításról. Ezeket az eredményeket építették be az 1994-ben megjelent IAWQ No2 modellbe. Sajnos azóta kiderült, hogy a foszforeltávolítás folyamata nem olyan egyszerű, valamint felfedezték az endogén légzés fontosságát is, ezért 1998-ban kiadták a modell javítását 2d jelzéssel.
A No2 modell már 17 változót - a No1 modellhez képest még három foszforeltávolításhoz és egy nitrifikálás-denitrifikáláshoz kapcsolódót - valamint 17 egyenletet tartalmaz, melyek a következő kategóriákba tartoznak:
A No2d modell - mint neve is mutatja - inkább javításnak tekintendő mint új változatnak. Az egyedüli módosítás a biológiai többletfoszfor-eltávolításban mutatkozik meg, mivel az akkumlációs folyamatokat szétszedték annak függvényében, hogy aerob vagy anoxikus körülmények között zajlik-e le.
A IAWQ által kiadott modellek jól követik a tudomány legfrissebb eredményeit, így megfelelő számítástechnikai háttérrel mindig a legmodernebb számításokat tudjuk elvégezni egy szennyvíztisztító telep tervezésénél, átalakításánál vagy optimalizációjánál.
Nem szabad azonban elhallgatni azt sem, hogy a foszforeltávolítás folyamatait még ma sem ismerjük kielégítően, valamint a modellt kiadó cég nem fektetett kellő hangsúlyt a lektorálásra, így sok súlyos elírás tarkítja a szöveget. Ezért a modell eredményeit inkább csak tájékoztató adatnak mint konkrét ténynek kell felhasználni.
5.5.6. A MODELLEKET BEMUTATÓ MÁTRIXOK
A 31-40. Oldalig bemutatásra kerülnek a IAWQ által kiadott modellek leíró mátrixai. A mátrixok nagy mérete miatt alájuk már nem fért be az aláírás, így ezeket itt sorolom fel.
IAWQ No1 modelljének kinetikai változómátrixa. IAWQ No1 modelljének kinetikai változómátrixa.
IAWQ No3 modelljének kinetikai változómátrixa.
IAWQ No1 modelljének kinetikai konstansmátrixa.
IAWQ No3 modelljének kinetikai konstansmátrixa.
IAWQ No2d modelljének kinetikai változómátrixa (oldott komponensekre).
IAWQ No2d modelljének kinetikai változómátrixa (lebegő komponensekre).
IAWQ No2d modelljének kinetikai konstansmátrixa (oldott komponensekre).
IAWQ No2d modelljének kinetikai konstansmátrixa (lebegő komponensekre).
IAWQ No2 modelljének kinetikai változómátrixa.
IAWQ No2 modelljének kinetikai konstansmátrixa.
A kísérleti részben a számítógépes szimuláció gyakorlati felhasználása két példa kerül bemutatásra. A vizsgált szennyvíztisztító telepek a Bácsvíz Rt. által üzemeltetett létesítmények. Mindkettő sík vidéken épült, alapvetően kommunális szennyvíz tisztítására.
Az első telepnél - mely Kunszentmiklós város szennyvizét tisztítja - a szabályzás bevezetésével elérhető oxigénbevitel- (energia-) csökkenés modellezése volt a cél. Míg a második telepnél - mely Kecskemét megyei jogú város szennyvizét fogadja - a jelenlegi kétlépcsős tisztítás háromlépcsőssé tételére született javaslat vizsgálata a cél.
A modellezéshez az általam készített - és irodalmi részben bemutatott - program került felhasználásra. A program a következő összeállítású számítógépen futott:
6.1.1. A SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEP LEÍRÁSA
A kunszentmiklósi szennyvíztisztító telep a 70' évek elején épült létesítmény. Technológiai sémája a 6.1. ábrán látható. Kunszentmiklós városában jelentősebb ipari létesítmény nincs, így a város szennyvize tisztán kommunálisnak tekinthető.
A szennyvíztisztító telep főbb paraméterei a következők:
6.1. A kunszentmiklósi telep technológiai sémája
A tisztítóban 1997-ben végzett mérések eredményeit a 6.1.-6.2. táblázat, míg egy átlagos nap hidraulikus terhelésingadozását a 6.2. ábra tartalmazza. Az adatokból kitűnik, hogy egy igen kis terhelésű, totál-oxidációs rendszerről van szó.
Mintavétel ideje KOI (mg/l) BOI5 (mg/l) pH P (mg/l) SZOE (mg/l) 1997. Be El Be El Be El Be El Be El január 16. 374 19 7.5 7.5 8.7 6.4 13.6 0.0 február 10. 495 29 7.5 7.5 8.9 8.1 41.0 4.6 március 13. 306 38 5.4 2.2 12.0 2.0 április 14. 420 66 290 18 7.6 7.8 8.3 2.7 28.0 0.6 június 26. 360 28 7.8 7.6 8.6 6.1 2.2 0.0 július 28. 437 48 7.6 7.7 11.8 4.8 9.6 1.0 Átlagos 399 38 - - 7.6 7.6 8.6 5 17.7 1.4 6.1.A kunszentmiklósi telepen 1997-ben mért vízminőségi értékek I.
Mintavétel ideje NH3/NH4 Összes N NO2 NO3 Oldott anyag Lebegő anyag 1997. Be El Be El Be El Be El Be El Be El január 16. 53 33.9 74.5 63.7 0.11 8.34 0.3 31.0 955 844 100 25 február 10. 62 39.7 82.1 63.3 0.00 0.26 0.0 0.5 1115 965 45 25 március 13. 51 13.7 72.3 81.5 0.17 0.22 0.3 1.8 971 733 74 10 április 14. 74 0.2 84.4 89.4 0.00 1.30 1.6 85.1 939 880 132 30 június 26. 38 9.6 80.4 45.5 0.00 1.00 0.20 32.0 581 538 46 6 július 28. 21 9.7 637 498 75 1 Átlagos 50 17.8 82.7 80.7 0.06 2.22 0.5 30.1 866 743 78 16 6.2. A kunszentmiklósi telepen 1997-ben mért vízminőségi értékek II.
6.2. Ábra A kunszentmiklósi telep hidraulikus terhelése
A szimulációs vizsgálatot először a jelenlegi üzemeltetési feltételekkel végeztem. Ennek célja a fizikai, kémiai és biológiai paraméterek pontos beállítása volt. Ez a művelet egyébként a felhasználó szakértelmétől függően 5-10 futtatást jelent, aminek során a futtatásnál kapott paraméterek és a mérési eredmények összevetése után a felhasználó módosítja a számítási paramétereket. E módszer egyébként "visszacsatolásos kalibráció" néven ismert.
A kalibrálás során kiderült, hogy a rendszer igen tápanyaghiányos, valamint nagyon könnyen elsavanyodik, mint azt a 6.4. ábra is mutatja, ahol az elfolyóvíz HCO3-tartalmát láthatjuk vegyszeradagolás nélkül. A további futtatások során a szerző feltételezte, hogy savanyodás esetén a rendszerhez automatikusan vegyszert adagolnak. Ezt az állapotot mutatja a 6.3. ábra.
A program kalibrációját csak egy bizonyos fokig lehet folytatni, mivel a mérési adatoknál igen jelentős a bizonytalanság, így a szennyvíztisztító telepek vizsgálatánál a számított eredmények ±20%-ban egyeznek csak a mért minőségi paraméterekkel. Egyébként ez a pontosság jobb, mint néhány mérés pontossága.
6.3. A kunszentmiklósi telep elfolyó vize a kémhatás vegyszeres beállítása esetén
6.4. A kunszentmiklósi telep elfolyó vize a kémhatás vegyszeres beállítása nélkül
6.1.3. A SZENNYVÍZTISZTÍTÓ ALAPÁLLAPOTA
A szennyvíztisztító telep jelenlegi működését a 6.5. ábrán látható értékek jellemzik. A szennyvíztisztító jelenleg 528 kW áramot fogyaszt naponta, mellyel télen kb. 50%-os, nyáron kb. 80%-os ammónium-ion eltávolítási hatékonyságot érnek el a telepről kapott tájékoztatás szerint.
A szennyvíztisztító telepet üzemeltető vállalat célja a teljes automatizálás, mellyel jelentős bérköltséget takaríthat meg ezzel is csökkentve az igen magas lakossági csatornadíjakat. Ezen felül a nemsokára bevezetésre kerülő környezetterhelési díj miatt csökkenteni kell a kibocsátott szennyezőanyag mennyiségét is. A szabályzást úgy kellett megoldani, hogy az a legkisebb beruházási költséggel - átalakítások nélkül - megoldható legyen.
E célok elérését szem előtt tartva a következőkben leírt szabályzórendszer kiépítését javasoltam.
6.5. Ábra A kunszentmiklósi telep jelenlegi elfolyó vize a szimuláció szerint
6.1.4. A SZENNYVÍZTISZTÍTÓ JAVASOLT ÁTALAKÍTÁSA
A szennyvíztisztító optimális működéséhez a következő beszerzése váró, illetve a meglévő műszerek használata javasolt:
Folyadékáram mérő (jeladás gyakorisága: 1 adat/perc).
A műszer feladata, hogy előre jelezze a nagy mennyiségű szennyvíz érkezését. Ha a rendszer ilyet észlel, akkor önműködően megemeli a recirkuláció mértékét, hogy a nagyobb tápanyagmennyiségre nagyobb biomassza-mennyiség jusson. Így biztosítva lesz a megfelelő T/M arány.
NH4+-koncentráció mérő (jeladás gyakorisága: 1 adat/5 perc).
Miután a szennyvíztisztító telepen - a KOI-n kívül - csak NH4+-ra határoztak meg szennyezési határértéket, így az összetevő koncentrációjának mérése elengedhetetlen. Egyébként az oldott oxigén és az NH4+ koncentrációk változásából következtetni lehet a rendszer NO3-koncentrációjára is.
Vezérlő elektronika (PLC vagy PC)
Ajánlott a régi levegőztető rendszer cseréje vagy felújítása, hogy növeljük a nitrifikáció biztonságát.
A vezérlő és szabályozó rendszer több ponton is képes beavatkozni a szennyvíztisztító telep működésébe. A beavatkozás az esetek többségében a csapok áteresztőképességének változtatása, szivattyúk működtetése és vegyszeradagolók szabályozása.
A fenti műszerparkot az 6.6. ábrán látható módon javasolom elhelyezni.
6.6. Ábra A kunszentmiklósi telepre javasolt műszerpark elhelyezése
A szabályzás beállításánál a következőket kell figyelembe venni:
Az oldott oxigén szintje ne haladja meg a 2,5 mg/l-t. (Elméletileg megfelelő lenne, ha az oldott oxigén szint felső értékét is 1,5-1,6 mg/l-ben állapítanánk meg, de ekkor a levegőbetáplálást biztosító rotorok motorjait gyakran kellene ki-be kapcsolni, ami nagyon lerövidítené az élettartamukat!)
Az oldott oxigén szintje ne legyen kevesebb, mint 1,5 mg/l. (1,5 mg/l alatt a nitrifikáció sebessége jelentősen lecsökken, ami veszélyezteti nitrifikációs hatékonyságot.) Ezt az értéket nagyon alacsony NH4+ szint alatt felül lehet bírálni, elősegítve a denitrifikációt, amivel csökkenthetjük a környezetet ért nitrát-terhelést és javítható az oxigénhasznosítás is.
Ha az elfolyó ammónium-ion koncentrációja eléri a határérték 80%-át, akkor a levegőztetést az oldott oxigén koncentrációtól függetlenül ki kell kapcsolni. (A 100% helyett a 80% szintén a levegőztető motorok védelme miatt van.)
Ha a befolyó vízáramban lökésszerű növekedést jelez az érzékelő, akkor a levegőztető-rendszert azonnal el kell indítani, mellyel az esetleges határérték-átlépést lehet megakadályozni.
A grafikonokból az is kitűnik, hogy az elfolyó víz minősége sokkal stabilabb mint jelenleg, ami főleg a recirkulációt felügyelő rendszer által megtartott T/M aránynak köszönhető. A rendszer a 4-5. napon adaptálódik az új körülményekhez, amit átlagosan 4000 g/l-es iszapkoncentrációnál ér el. A nitrifikációs hatásfok 15oC-nál alacsonyabb vízhőmérséklet esetén 60%-os vagy kisebb, míg nyáron 90-95%-os is lehet.
Természetesen ezek az adatok azt feltételezik, hogy a jövőben a bejövő szennyvíz összetétele nem fog jelentősen megváltozni, valamint a szennyvíztisztító telepet nem éri toxikus hatás. A fentiek alapján javasolható a szennyvíztisztító telep átállítása kézi szabályzásról automatikus szabályzásúra.
6.7. A kunszentmiklósi telep elfolyó vizének DO koncentrációja
6.8. A kunszentmiklósi telep elfolyó vizének NH4-N koncentrációja
6.9. A kunszentmiklósi telep elfolyó vizének NO3-N koncentrációja
A szennyvíztisztító telep - berendezéseinek elhelyezése a 6.10. ábrán látható - 1994 óta üzemel a jelenlegi formájában. A tisztítót 48000 m3-es napi terhelésre tervezték a korábbi írásos dokumentációk alapján (Görbedi L., 1994; Lénárt J., 1996; Sütő V.,1996; Bimbó L.,1997). A telepet az azóta is érvényes III. kategóriára tervezték, melyet általában teljesíteni is tud.
A szennyvíztisztító telep műtárgyai és berendezései a következők:
6.10. A kecskeméti szennyvíztisztító telep átnézeti ábrája
A TELEP TERHELÉSÉNEK ALAKULÁSÁRÓL A kilencvenes évek eleje óta mért terheléseket a 6.11. ábrán láthatjuk. A vízfogyasztás 1996 óta gyakorlatilag 20000-21000 m3/nap értéken stabilizálódott.
Az 1995-ös évi vízhozam részletezése - 6.12. ábra - megmutatja, hogy az év nagy részében 21000 m3/nap körül van a vízhozam, míg a konzervgyár feldolgozási időszakában felmehet akár 23000 m3/napra is. Az 1996-97-es év gyakorlatilag hasonló tendenciát mutat, azzal az eltéréssel, hogy a vízhozam hétvégenként 15000 m3/napos átlagra is csökkenhet.
6.11. A kecskeméti telepre befolyó szennyvízmennyiségek évi átlaga.
A napi ingadozás természetesen szintén jelentős, ami részben a konzervgyári feldolgozás változásának, részben a lakosok életvitelének tudható be. Egy tipikus nyári nap változásai a 6.13. ábrán, míg az éves átlagadatok az 6.14. ábrán láthatók.
A napi változást vizsgálva kitűnik, hogy éjféltől reggel nyolc óráig minimális, míg 9 órától egyre nagyobb vízmennyiség érkezik a telepre. A napi csúcsokat 11-14 és 20-22 óra környékén kapja a telep.
6.12. A kecskeméti telepre befolyó víz havi átlaga 1995-ben
6.13. A kecskeméti telepre 1997.08.14-15-én befolyó szennyvíz mennyiségének változása
6.14. A kecskeméti telepen 1995-ben mért térfogatáramok napi átlaga.
A TISZTÍTÓBA BEFOLYÓ SZENNYVÍZRŐL A tisztító térfogati terhelését az üzem indítása óta folyamatosan regisztrálják, sőt 1997 márciusától a térfogatmérési adatokat és a levegőztető medencék oldott oxigén koncentrációját 30 másodpercenként rögzíti egy számítógép. A befolyó víz minőségi paramétereinek egy részét az üzemi "kis" labor, míg a részletesebb, komolyabb gépigényű méréseket a teleppel határos "nagy" labor végzi. Ez utóbbi havi három alkalommal történik egy óra alatt vett öt pontminta átlagából. Mintavételre a nap különböző időszakaiban kerül sor (évi 36 minta), hogy a teljes napi terhelésre és hatékonyságra vonatkozóan is képet kaphassanak.
A technológiai sor egyes elemeinek vizsgálatára már a fentieknél kisebb gondot fordítanak, mivel a korábbi ellenőrzések és tapasztalatok alapján a tisztítás hatékonysága stabilnak mutatkozik. Bár korábban nyári időszakban adódtak problémák az élelmiszeripari szennyvíz okozta lökésszerű túlterheléseiből, de az 1997-es év nyarára ez már nem volt jellemző. A rendszer O2 ellátása a szondák alapján általában 1,5-5 mg/l között változott, ami bőséges oxigénellátásra utal, de ezeket az adatokat a gyakorlati tapasztalatok alapján kétkedve kell fogadni. A magas vízhőmérséklet és a nagy relatív iszaptartalom miatt a kísérleti mérések során - az átlagosnál lényegesen kisebb terhelés mellett - végzett mérések szerint a teljes nitrifikáció melletti nagy oldott oxigén tartalom miatt csak kis mértékű denitrifikáció zajlott le (6.3.-6.10. táblázat). Biológiai többletfoszfor eltávolítás gyakorlatilag nem volt.
A 6.3-6.6. táblázatban bemutatott adatokat 1997.08.12-én, kedden, egy nagy terhelésű napon mértem meg a telep laboránsai segítségével. A következő mérés négy nap múlva, 1997.08.16-án, szombaton történt. A mintákból a labor a 6.7.-6.10. táblázatban közölt eredményeket adta.
A szombati nap érdekessége, hogy az előtte való nap csőtörés volt a telep egyik bevezető ágán, ezért a szombati nap folyamán a telep kb. 5000 m3/napos terheléssel üzemelt.
A két nap adatait összehasonlítva kitűnik, hogy a befolyó szennyvíz KOI-e közel 25%-al alacsonyabb szombaton, mint kedden. Mivel ehhez a lecsökkent KOI terheléshez is teljes kapacitással dolgoztak a levegőztető szivattyúk, így a közel 50%-kal magasabb ammónium-ion szintet is teljesen el tudta oxidálni a rendszer. Ekkor az elfolyó víz nitrát tartalma elérte 60 mg/l-es értéket is.
A tisztító összes foszfor terhelése közel 200%-al megnőtt a keddi szinthez képest, amit elsősorban a hétvégi nagymosásoknak köszönhető. Ennek ellenére a telep elfolyó vizében - az iszap jó pufferkapacitásának köszönhetően - alig változott a foszfor koncentráció.
A biológiai tisztító rendszer terhelése a minőségi paraméterek mérése ellenére nehezen pontosítható, mivel a medencék kézi szabályozású elosztóaknán keresztül kapják a szennyvizet, így az egyes medencékre jutó terhelést csak közelítőleg lehet megállapítani!
A terhelés pontosításához csak az adatgyűjtés alatt végzett mérések adhattak volna támpontot. Mivel ez utóbbi mérések csak pontminták, és a 12-i mérés KOI részét a labor nem tudta pontosabban megmérni, valamint ezen felül, a levegőztető medencékben elhelyezett szondák adatait kalibrált kézi szondával ellenőrizve ±1-2,5 mgO2/l-es eltéréseket tapasztaltam, ezért a telep dinamikájának bemutatására csak közelítőleg lehetséges.
* C1-4 a négy levegőztető medence bukóélénél vett minta.
1997.08.12. NH4-N (mg/l) Mintavétel helye \ ideje 8 óra 10 óra 12 óra 14 óra 16 óra 18 óra Befolyó 13,7 14,8 28,4 36,4 32,8 31,4 C1* 0,18 0,16 0,10 0,16 0,12 0,18 C2* 0,19 0,13 0,11 0,20 0,15 0,15 C3* 0,18 0,15 0,15 0,28 0,15 0,20 C4* 0,16 0,13 0,12 0,28 0,14 0,21 Elfolyó 0,27 0,18 0,14 0,19 0,12 0,16 6.3. Az 1997.08.12-i kecskeméti mérés eredményei NH4-N-re.
1997.08.12. NO3 (mg/l) Mintavétel helye \ ideje 8 óra 10 óra 12 óra 14 óra 16 óra 18 óra Befolyó 3 1 1 4 6 3 C1* 84 63 63 81 80 57 C2* 72 63 53 64 76 53 C3* 47 38 29 45 45 33 C4* 54 45 36 43 52 37 Elfolyó 70 60 35 51 60 41 6.4. Az 1997.08.12-i kecskeméti mérés eredményei NO3-ra.
1997.08.12. KOI (mg/l) Mintavétel helye \ ideje 8 óra 10 óra** 12 óra** 14 óra** 16 óra 18 óra Befolyó 864 768 618 713 776 824 C1* 29 29 28 38 48 38 C2* 38 29 28 38 44 39 C3* 19 29 28 38 48 39 C4* 29 29 28 38 39 44 Elfolyó 29 29 31 38 46 48 6.5. Táblázat Az 1997.08.12-i kecskeméti mérés eredményei KOI-re.
1997.08.12. SP (mg/l) Mintavétel helye \ ideje 8 óra 10 óra 12 óra 14 óra 16 óra 18 óra Befolyó 7,4 7,3 7,5 9,1 9,4 9,3 C1* 6,4 6,2 6,3 7,3 6,2 7,9 C2* 7,4 6,1 6,2 7,0 6,4 9,0 C3* 6,2 5,6 5,7 6,8 5,7 6,9 C4* 6,5 5,8 5,8 7,0 6,5 7,3 Elfolyó 6,7 5,9 6,9 7,4 6,6 7,5 6.6. Az 1997.08.12-i kecskeméti mérés eredményei SP -ra. 1997.08.16. NH4-N (mg/l) Mintavétel helye \ ideje 8 11 14 17 20 Befolyó 32,6 39 50 49 45 C1* 0,3 0,2 0,4 0,4 0,4 C2* 0,14 0,3 0,3 0,5 0,3 C3* 0,14 0,2 0,3 0,6 0,3 C4* 0,2 0,3 0,3 0,3 0,2 Elfolyó 0,14 0,13 0,12 0,1 0,14 6.7. Táblázat A 1997.08.16-i kecskeméti mérés eredményei NH4-N-re.
1997.08.16. NO3 (mg/l) Mintavétel helye \ ideje 8 11 14 17 20 Befolyó 8,8 4,5 5,2 5,2 6,0 C1* 96 80 94 105 88 C2* 100 83 85 104 87 C3* 67 63 68 96 73 C4* 100 74 73 134 79 Elfolyó 51 59 59 34 62 6.8. Táblázat A 1997.08.16-i kecskeméti mérés eredményei NO3-ra.
1997.08.16. KOI (mg/l) Mintavétel helye \ ideje 8 11 14 17 20 Befolyó 1100 650 500 530 660 C1* 28 28 38 47 47 C2* 19 38 28 37 47 C3* 19 19 9 38 85 C4* 38 28 28 28 47 Elfolyó 38 10 28 38 60 6.9. A 1997.08.16-i kecskeméti mérés eredményei KOI-re.
1997.08.16. SP (mg/l) Mintavétel helye \ ideje 8 11 14 17 20 Befolyó 24,2 11,8 11,1 13,0 15,2 C1* 9,1 6,6 7,4 7,0 8,1 C2* 8,3 6,7 7,1 6,6 7,5 C3* 7,4 6,7 7,6 7,6 7,2 C4* 7,0 6,8 7,7 7,1 7,1 Elfolyó 7,9 6,0 6,2 8,1 6,4 6.10. Táblázat A 1997.08.16-i kecskeméti mérés eredményei SP-ra. A keddi, nagy terhelésű és a szombati kis terhelésű adatok a 6.15.-6.22. ábrán láthatók.
6.15. A KOI változása a kecskeméti telepen nagy terhelés esetén
6.16. A KOI változása a kecskeméti telepen kis terhelés esetén
6.17. A NO3 koncentráció változása a kecskeméti telepen nagy terhelés
6.18. A NO3 koncentráció változása a kecskeméti telepen kis terhelés esetén
6.19. Az NH4-N koncentráció változása a kecskeméti telepen nagy terhelés esetén
6.20. Az NH4-N koncentráció változása a kecskeméti telepen kis terhelés esetén
6.21. Az SP koncentráció változása a kecskeméti telepen nagy terhelés esetén 6.22. Az SP koncentráció változása a kecskeméti telepen kis terhelés esetén A SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TERHELÉSÉNEK LEÍRÁSA A mért adatok alapján a vízhozamhoz hasonló tápanyag-koncentrációt leíró napi görbét kell feltételezni. Ezt a mérési adatok alapján rajzolt 6.23. ábra is alátámasztja. A reggel 8 órakor tapasztalható KOI csúcs a konzervgyári műszakváltás eredménye, amikor is az előző műszak főző- és mosóvizeit leengedik.
6.23. A kecskeméti szennyvíztelepre befolyó víz tápanyag tartalma
Természetesen ezek az adatok csak statisztikai átlagok, de a behatárolásához szükséges pontosabb adatokkal az üzem csak az folyamatos mérőrendszer kiépítése után fog rendelkezni.
A vízhozam és a szennyvíz-koncentrációk figyelembevételével a biológiai tisztító terhelése (a mechanikai előtisztítást is beszámítva) az 6.24. ábrán látható. A hétvégéken a terhelés ettől eltérő. Általában alacsonyabb a hétköznapinál, de a lakossági vízhozam rossz idő esetén kiugróan megnőhet. Ezzel szemben az ipar hétvégén is állandó terhelést jelent a tisztító számára.
6.24. A kecskeméti telepre befolyó átlagos terhelés egy nyári napon.
A TISZTÍTÓ TERHELÉSÉNEK ALAKULÁSA A VIZSGÁLAT IDŐSZAKBAN A mérések alapján a tisztító napi szennyvízterhelése ~20000 m3. Az átlagos BOI5 koncentráció, amivel a szennyvíz az előülepítést követően a levegőztető egységekre kerül, 250-300 mgBOI5/l. Az ebből számítható napi biológiai terhelés:
Relatív iszapterhelés:
NITRIFIKÁCIÓ - DENITRIFIKÁCIÓ
Az első esetben bemutattam, hogy a szimuláció segítségével hogyan lehet megvizsgálni a szabályzás hatását egy meglévő szennyvíztisztítón. A vizsgálat során fény derült arra, hogy a rendszerben tapasztalható hatásfok-ingadozásokért a rendszerben fellépő tápanyaghiány okolható. Az általam javasolt szabályzórendszer kiépítésével pedig - a szimuláció eredményei alapján - 32%-os energia-megtakarítás érhető el.
1. FELADATKIÍRÁS
2. KIVONAT
3. TARTALOM
3.1. TARTALOMJEGYZÉK
3.2. ÁBRAJEGYZÉK
3.3. TÁBLÁZATOK JEGYZÉKE
4. BEVEZETÉS
5. IRODALMI RÉSZ
5.1. A FELHASZNÁLT PROGRAM LEÍRÁSA
5.1.1. A program felépítése
5.1.2. Reaktorok típusai
5.1.3. Szabályozás
5.1.4. Csőhálózat típusai
5.1.5. Befolyó szennyvíz minőségi és mennyiségi leírása
5.1.6. Példa
5.2. A SZÁMÍTÓGÉPES MODELLEZÉS ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI
5.2.1. Előnyök
5.2.2. Hátrányok
5.3. A FELHASZNÁLT MODELL
5.3.1. A matematikai modellek kialakulása, fejlődése
5.3.2. Az IAWQ No. 2. modell
5.3.3. A modell matematikai megvalósítása
5.3.4. A számítógépes megvalósítás
5.4. A SZÁMÍTÓGÉPES SZIMULÁCIÓ FEJLŐDÉSE 1990-TŐL
5.5. MODELLEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA
5.5.1. Bevezetés
5.5.2. Általános ismérvek
5.5.3. Az IAWQ No1 és No3 modell
5.5.4. Az IAWQ No2 és No2d modell
5.5.5. Összefoglalás
5.5.6. A modelleket bemutató mátrixok
6. KÍSÉRLETI RÉSZ
6.1. SZABÁLYOZÁS VIZSGÁLATA
6.1.1. A szennyvíztisztító telep leírása
6.1.2. Kalibráció
6.1.3. A szennyvíztisztító alapállapota
6.1.4. A szennyvíztisztító javasolt átalakítása
6.2. A KECSKEMÉTI TELEP ÁTALAKÍTÁSÁNAK VIZSGÁLATA
6.2.1. A telepről
6.2.2. A tervezett változtatások
6.2.3. Javaslatok
7. ÖSSZEFOGLALÁS
8. FELHASZNÁLT IRODALOM
9. CD MELLÉKLET TARTALMA
5.2. ÁBRA A PÉLDÁBAN SZEREPLŐ SZENNYVÍZTISZTÍTÓ MŰKÖDÉSI SÉMÁJA
5.3. ÁBRA EXPLICIT RUNGE-KUTTA ÉS IMPLICIT EULER MÓDSZER ÖSSZEHASONLÍTÁSA
6.1. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEP TECHNOLÓGIAI SÉMÁJA
6.2. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEP HIDRAULIKUS TERHELÉSE
6.3. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEP ELFOLYÓ VIZE A KÉMHATÁS VEGYSZERES BEÁLLÍTÁSA ESETÉN
6.4. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEP ELFOLYÓ VIZE A KÉMHATÁS VEGYSZERES BEÁLLÍTÁSA NÉLKÜL
6.5. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEP JELENLEGI ELFOLYÓ VIZE A SZIMULÁCIÓ SZERINT
6.6. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEPRE JAVASOLT MŰSZERPARK ELHELYEZÉSE
6.7. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEP ELFOLYÓ VIZÉNEK DO KONCENTRÁCIÓJA
6.8. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEP ELFOLYÓ VIZÉNEK NH4-N KONCENTRÁCIÓJA
6.9. ÁBRA A KUNSZENTMIKLÓSI TELEP ELFOLYÓ VIZÉNEK NO3-N KONCENTRÁCIÓJA
6.10. ÁBRA A KECSKEMÉTI SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEP ÁTNÉZETI ÁBRÁJA
6.11. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEPRE BEFOLYÓ SZENNYVÍZMENNYISÉGEK ÉVI ÁTLAGA.
6.12. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEPRE BEFOLYÓ VÍZ HAVI ÁTLAGA 1995-BEN
6.13. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEPRE 1997.08.14-15-ÉN BEFOLYÓ SZENNYVÍZ MENNYISÉGÉNEK VÁLTOZÁSA
6.14. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEPEN 1995-BEN MÉRT TÉRFOGATÁRAMOK NAPI ÁTLAGA
6.15. ÁBRA A KOI VÁLTOZÁSA A KECSKEMÉTI TELEPEN NAGY TERHELÉS ESETÉN
6.16. ÁBRA A KOI VÁLTOZÁSA A KECSKEMÉTI TELEPEN KIS TERHELÉS ESETÉN
6.17. ÁBRA A NO3 KONCENTRÁCIÓ VÁLTOZÁSA A KECSKEMÉTI TELEPEN NAGY TERHELÉS ESETÉN
6.18. ÁBRA A NO3 KONCENTRÁCIÓ VÁLTOZÁSA A KECSKEMÉTI TELEPEN KIS TERHELÉS ESETÉN
6.19. ÁBRA AZ NH4-N KONCENTRÁCIÓ VÁLTOZÁSA A KECSKEMÉTI TELEPEN NAGY TERHELÉS ESETÉN
6.20. ÁBRA AZ NH4-N KONCENTRÁCIÓ VÁLTOZÁSA A KECSKEMÉTI TELEPEN KIS TERHELÉS ESETÉN
6.21. ÁBRA AZ SP KONCENTRÁCIÓ VÁLTOZÁSA A KECSKEMÉTI TELEPEN NAGY TERHELÉS ESETÉN
6.22. BRA AZ SP KONCENTRÁCIÓ VÁLTOZÁSA A KECSKEMÉTI TELEPEN KIS TERHELÉS ESETÉN
6.23. ÁBRA A KECSKEMÉTI SZENNYVÍZTELEPRE BEFOLYÓ VÍZ TÁPANYAG TARTALMA
6.24. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEPRE BEFOLYÓ ÁTLAGOS TERHELÉS EGY NYÁRI NAPON.
6.25. ÁBRA KIS TERHELÉSSEL ÜZEMELŐ - TÁPANYAGHIÁNYOS (13:28) - ÉS FRISS TÁPANYAG-RÁTÁPLÁLÁS UTÁNI (13:39) ELEVENISZAP RESPIRÁCIÓS GÖRBÉJE.
6.26. ÁBRA A KECSKEMÉTI SZENNYVÍZTELEP ISZAPJÁNAK 30 PERCES ÜLEPEDÉSI GÖRBÉJE.
6.27. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP TERVEZETT ÁTALAKÍTÁSA
6.28. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP ELFOLYÓ VIZE 20°C-ON (NH4-N)
6.29. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP ELFOLYÓ VIZE 20°C-ON (NO3-N)
6.30. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP ELFOLYÓ VIZE 20°C-ON (PO4)
6.31. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP ELFOLYÓ VIZE 20°C-ON (KÉMHATÁS)
6.32. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP ELFOLYÓ VIZE 10°C-ON (NH4-N)
6.33. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP ELFOLYÓ VIZE 10°C-ON (NO3)
6.34. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP ELFOLYÓ VIZE 10°C-ON (PO4)
6.35. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP ELFOLYÓ VIZE 10°C-ON (KÉMHATÁS)
6.36. ÁBRA A KECSKEMÉTI TELEP SZIMULÁCIÓJÁHOZ HASZNÁLT MINŐSÉGI ADATOK
6.37. ÁBRA A KECSKEMÉTI SZENNYVÍZTISZTÍTÓ ÁLTALAM JAVASOLT ÁTALAKÍTÁSA
6.2. TÁBLÁZAT A KUNSZENTMIKLÓSI TELEPEN 1997-BEN MÉRT VÍZMINŐSÉGI ÉRTÉKEK II.
6.3. TÁBLÁZAT AZ 1997.08.12-I KECSKEMÉTI MÉRÉS EREDMÉNYEI NH4-N-RE.
6.4. TÁBLÁZAT AZ 1997.08.12-I KECSKEMÉTI MÉRÉS EREDMÉNYEI NO3-RA.
6.5. TÁBLÁZAT AZ 1997.08.12-I KECSKEMÉTI MÉRÉS EREDMÉNYEI KOI-RE.
6.6. TÁBLÁZAT AZ 1997.08.12-I KECSKEMÉTI MÉRÉS EREDMÉNYEI SP -RA.
6.7. TÁBLÁZAT A 1997.08.16-I KECSKEMÉTI MÉRÉS EREDMÉNYEI NH4-N-RE.
6.8. TÁBLÁZAT A 1997.08.16-I KECSKEMÉTI MÉRÉS EREDMÉNYEI NO3-RA.
6.9. TÁBLÁZAT A 1997.08.16-I KECSKEMÉTI MÉRÉS EREDMÉNYEI KOI-RE.
6.10. TÁBLÁZAT A 1997.08.16-I KECSKEMÉTI MÉRÉS EREDMÉNYEI SP-RA.
5.1. A FELHASZNÁLT PROGRAM LEÍRÁSA
Ez a lépés 1997 elején történt meg. (Domokos E. et al,1997 május). Azóta több jelentős változás történt a programban, aminek eredményeképpen az eredeti Pascal nyelven írt változathoz viszonyítva a számítási sebesség 40-szeresére nőtt.
Végül a reaktoroknál a következő általános (összes reaktorra egységesen érvényes) konstansokat lehet megadni:
A programnak az összes levegőztető elemen keresztül befújt levegő mennyiségét kell megadni normál köbméterben. A levegő O2 koncentrációját 21%-nak vette a programozó.
A levegőztető elemek mélysége erőteljesen befolyásolja az oxigénbeoldódás mértékét. Az itt megadott érték egyben a medencék vízmélységének is tekintjük.
Ezen kívül a hidraulikai számítások végrehajtásához meg kell adni mindegyik vezetékről, hogy a következő kategóriák közül melyikbe tartozik:
A programnak százalékos értéket kell megadni, arra vonatkozóan, hogy milyen mennyiségű anyagot szállít. A százalékos érték mindig az aktuális befolyó terhelésre értendő, azaz a befolyó vezeték hidraulikus terhelése 100%.
Ezen távozik az ülepítő(k)ből a tisztított víz. A vezetékben áramló tisztító elfolyóvíz lebegőanyag tartalma az ülepítő hatékonyságától függ.
Ezen a vezetéken keresztül történik az ülepítőből a fölös iszap elvezetése. A vezetéken átáramló iszap mennyiségének szabályozásával állítja be a program a reaktorokban az iszapkoncentrációt. A fölösiszap vezeték az iszaprecirkuláció vezetékével szoros kapcsolatban áll, mivel a két vezetéken összesen mindig az időegység alatt leülepedett teljes iszapmennyiséget el kell venni. Ha a fölösiszap vezetéken több iszapot veszünk el, akkor az iszaprecirkulációs vezetéken kevesebb fog áramlani.
A fölös iszap vezetékkel együtt vesz részt a medencék iszapkoncentrációjának beállításában.(Részletesen lásd ott.)
Ez a vezeték a levegőztető medence vizét viszi vissza az anoxikus medencébe (a nitrát-eltávolítás miatt van erre szükség).
2 *Reaktorok száma a szimulációban (1db levegőztető és 1 db ülepítő)
5 *Vezetékek száma (5 db csatorna lásd lentebb)
850 *Levegőbefújás (m3/óra)
4 *A levegőztető elemek mélysége (m)
3500 *A tisztítóban tartandó iszapkoncentráció (mg/l)
*1. csatorna (Befolyó)
4 *Itt adom meg a típusát (befolyó)
0 *Melyik reaktorból indul (a "0" mindig a környezetet jelenti)
1 *Melyik reaktorba csatlakozik (jelen esetben a "1"-es a levegőztető medence)
100 *A tisztító aktuális hidraulikus terheléséhez képest a vezeték terhelése (%-ban)
0 *Ha egy reaktorból az ülepített/szűrt vizet és az iszapot külön vezetjük el, akkor a szám jelzi, hogy ez a vezeték melyiket szállítja. ("0"-vizes fázis, "1"-iszap fázis)
*2. csatorna
0 *Ennek a vezetéknek nincs kiemelt feladata.
1 *A levegőztetőből...
2 *...az ülepítőbe vezet
200 *A tisztító aktuális hidraulikus terheléséhez képest a vezeték terhelése (%-ban)
0 *A vezetékben vizes fázis áramlik
*3. csatorna
5 *Ezen a vezetéken folyik el a tisztított víz (ennek a koncentrációviszonyait ábrázolja az "elfolyó víz" feliratú grafikon)
2 *Az ülepítőből...
0 *...a környezetbe vezet
90 *Alapesetben a teljes hidraulikus terhelés 90% tisztított vízként (10% pedig fölösiszapként) távozik a rendszerből.
0 *Itt derül ki, hogy a tisztított vízről van szó
*4. csatorna
1 *Ez a vezeték képviseli az iszapvonalat.
2 *Az ülepítőből...
1 *...a levegőztető medencébe vezet
100 *100%-os iszaprecirkuláció van beállítva
1 *Mivel itt "1"-es van, így az ülepített iszap fog ezen a vezetéken visszakerülni
*5. csatorna
3 *Végül ez a fölösiszapot elvezető csatorna
2 *Az ülepítőből...
0 *...a környezetbe vezet
10 *Hacsak nem csökken le megadott szint alá az iszapkoncentráció, akkor a teljes hidraulikus terhelés 10%-a kerül elvételre. (Ha az iszap nagyon elszaporodik, abban az esetben sem fog a program a beállított értéknél többet elvenni!)
1 *Iszapfázist szállítja a vezeték
120 *Ennyi percenként változik a beérkező szennyvíz térfogatárama
*Itt kezdődnek a megadott időegységekre (jelenleg 120 percre) megadott térfogatáramok m3/órában.
40 *0-120 percig 40m3/órás térfogatárammal érkezik a szennyvíz
50 *120-240 percig 50m3/órás térfogatárammal érkezik a szennyvíz
60 *
100 *
175 *
65 *
60 *
65 *
90 *
175 *
60 *
40 *1200-1440 perc
*Ezután be kell állítani a befolyó szennyvíz időbeni megoszlását
*8 óránként (480 perc) változik a szennyvíz minősége
* Ezután megadjuk a 17 komponens értékét a három érés idején:
* SA SALK SF SI SN SNH4 SNO3 SPO4 XAUT XH XI XPAO XPHA XPP XS XTSS SO
70 7 175 0 15 55 0 3 0 70 70 0 0 0 315 400 0 *0-480 percig ezek lesznek a befolyó koncentráció adatai
80 5 195 0 16 45 0 5 0 80 80 0 0 0 415 700 0 *480-960 percig
75 7 185 0 13 60 0 4 0 75 70 0 0 0 345 600 0 *960-1440 percig
c:\adatok\r11.dat *A programnak két mentési helyet lehet beállítani, ahová a számolás eredményét menti. Az első mentési hely a "C:\ADATOK\R11.DAT" fájl...
1 *...ahova egypercenként mentjük el az adatokat, így egy olyan adatfájlt kapunk, amilyet egy percenkénti mintavételezésű mérőműszer szolgáltatna.
c:\adatok\r12.dat *2. mentési hely...
60 *... ahova 60 percenkénti mentést végzünk.
*Itt kezdődik a levegőztető reaktor ("1"-es reaktor) adatainak leírása.
1 *Megadjuk a reaktor típusát ami "0" - ülepítő, "1" - bioreaktor vagy "2" - biológia nélküli reaktor lehet.
1200 *A reaktor térfogata (m3)
* Ezután beállítjuk - perces pontossággal - a levegőbefújás típusát ("0" - kikapcsolva, "1" - szabályozott levegőztetés vagy "2" - állandó levegőbefújás), majd az esetleges szabályozás esetén az oldott oxigénkoncentráció alsó és felső határát (mg/l).
1 1.5 6.5 *Az 1. percben szabályozott levegőbefújás történik 1,5 és 6,5 mg/l O2 koncentráció között.
1 1.5 6.5 *2. perc
1 1.5 6.5 *3. perc
1 1.5 6.5 *4. perc
1 1.5 6.5 *5. perc
.
.
.
1 1.5 6.5 *1439. perc
1 1.5 6.5 *1440. perc
c:\adatok\r21.dat *1. mentési hely
1 *1 percenkénti mentésre
c:\adatok\r22.dat *2. mentési hely
60 *60 percenkénti mentésre
2 *típus : ülepítő
1000 *térfogata (m3), mélysége a levegőztető elemek mélységével egyezik meg.
* Levegőbefújás módja, alsó és felső határa
0 0 0 *1. percben nincs befújás, ezért alsó és felső határ sincs
0 0 0 *2. perc
0 0 0 *3. perc
0 0 0 *4. perc
0 0 0 *5. perc
.
.
.
0 0 0 *1439. perc
0 0 0 *1440. perc
5.2. A SZÁMÍTÓGÉPES MODELLEZÉS ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI
5.4. A SZÁMÍTÓGÉPES SZIMULÁCIÓ FEJLŐDÉSE 1990-TŐL
Mininni és munkatársai (1991) ugyanebben az évben publikálták modelljüket, mely elméletileg a fizikai-kémiai reakciók összes folyamatát képes modellezni. Fő probléma, hogy a képletek nagyon bonyolultak (csak nagyszámítógépes környezetben alkalmazhatóak), a paraméterek hőmérsékletfüggése nincs megoldva és nem utolsó sorban a modellt pontosan leíró anyag nem nyilvános.
Norcross (1992) 60 rendszer vizsgálatával megállapította, a ma is használt modellek - többek között a IAWQ No2-esnek is - a főbb konstans-értékeit. Munkája jelentős lendületet adott a számítógépes modellezésnek.
Ryhiner és munkatársai (1993) megalkottak egy anaerob eleveniszapos szennyvíztisztítókat leíró modellt, mely tartalmazza a mikroorganizmusok öt csoportját, a tápanyagot, ecetsavat, CO2, H2 és CH4. A modellt hőmérsékletre lehetett kalibrálni, és mind a statikus, mind a dinamikus számításokra alkalmas volt. Sajnos, az ammónium-ionokat és a különböző foszfor-vegyületeket egyáltalán nem vette figyelembe. Ez önmagában még nem lenne baj, hiszen az IAWQ No1-es modell sem számolja koncentrációváltozásait, de legalább korrekciós - általában gátló - tényezőként szerepel benne. Ennek hiányában Ryhinerrék modellje rosszul használható.
Serra és munkatársai (1994) megpróbálkoztak egy mesterséges intelligencia elvén működő szimulációs rendszerrel, mely az elégtelen számítástechnikai kapacitás miatt nem váltotta be a hozzáfűzött reményeket. (A mostani technikával lefuttatva az eredmények igen jók, de ma már léteznek ennél jobb módszerek is.)
Okey és Stensel (1996) megalkotott egy modellt, mely 12 változót és 124 képletet tartalmazott. A szerzők a fő hangsúlyt a biológiai lebontásra helyezik, a tisztán kémiai és fizikai folyamatokat szinte csak jelképesen (1-1 képlet) alkalmazzák. A modell jó alternatívája az IAWQ modelljeinek, későbbi feldolgozásra érdemleges.
Tan és munkatársai (1996) azt vizsgálták, hogy a modellekben általánosan használt konstansok (pl. féltelítési állandók, szaporodási és pusztulási arányok) hogyan változnak a hőmérséklet függvényében. Az eredményeket grafikonokkal és függvényekkel mutatták be. Sajnos számításaik 20 °C alatti tartományban nagy mértékben eltérnek a szerző hazai tisztítókban szerzett tapasztalataitól.
Ossenbruggen (1996) egy tapasztalati modellt alkotott, mely a Batch-tesztekben előre jelzi a respirációs rátát. A cikkében még csak a modell kipróbálása közben szerzett tapasztalatokról ír, a modellt nem közli.
Ji és munkatársai (1996) a hidrodinamika által okozott eltéréseket kiigazító függvényeket írnak le, mely jól használható egy iszapkörös rendszerek áramlástani leírására.
A szerző Bácsvíz Rt.-nél szerzett tapasztalatai jelentős segítséget jelentettek a diplomamunka megírásánál és a szimulációs program fejlesztésénél, mint az a 6.1. fejezetben részletesebben kifejtésre kerül.
5.5. MODELLEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA
Az IAWQ No1 modellhez képest a No3 modell a következő változásokat tartalmazza (2. és 4. mátrix):
IAWQ No3 modelljének kinetikai változómátrixa.
IAWQ No1 modelljének kinetikai konstansmátrixa.
IAWQ No3 modelljének kinetikai konstansmátrixa.
IAWQ No2d modelljének kinetikai változómátrixa (oldott komponensekre).
IAWQ No2d modelljének kinetikai változómátrixa (lebegő komponensekre).
IAWQ No2d modelljének kinetikai konstansmátrixa (oldott komponensekre).
IAWQ No2d modelljének kinetikai konstansmátrixa (lebegő komponensekre).
IAWQ No2 modelljének kinetikai változómátrixa.
IAWQ No2 modelljének kinetikai konstansmátrixa.
A futtatások - hacsak külön nincs jelezve - egyszerre öt napot vizsgálnak. A számításokhoz használt adatok a Bácsvíz Rt. által szolgáltatott mérési eredmények, míg a sztöchiometriai változók irodalmi adatok.
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
A fenti kitételek beállítása után lefuttatott szimuláció az 6.7.-6.9. ábrákon6.7.-6.9. ábrákon látható elfolyó értékeket adta. A szabályozással az energiafelhasználás kb. 359 kW-ra csökkenthető, ami 32%-os energia-megtakarítást jelent.
6.2. A KECSKEMÉTI TELEP ÁTALAKÍTÁSÁNAK VIZSGÁLATA
** A jelzett időpontoknál lévő adatok a labor által használt bikarbonátos mérési módszer alacsony érzékenysége miatt nem fedi a valóságot. A szabvány szerint a 30 mg/l-es KOI-nál kisebb értékeket <30, míg a 10-nél kisebb értékeket <10-el kell jelölni.
A relatív iszapterhelés a nitrifikáció szempontjából csak nyáron megfelelő, és akkor is csak jó O2 ellátottság esetén, ami Kecskeméten biztosított. (A érések során, az utóülepítők elfolyó vizében többször is 2,5 fölötti oxigénszintet lehetett tapasztalni, ami jelentős többletenergia felhasználását jelenti!)
A téli üzemeltetésnél a szennyvízhozam valamelyest csökken, továbbá az ipari szennyvíz részaránya miatt, a vízhőmérséklet a tisztán lakossági szennyvízénél kedvezőbben alakulhat. Ehhez viszont jól megtervezett vízbevezetésre és a biológiára jutó víz pontos szabályozására van szükség.
A korábbi mérési adatok alapján az 1996-97. év telének relatív iszap-, átlagos DO koncentrációja és az elfolyó víz NH4-N tartalmából megállapítható, hogy az iszapkoncentráció - és ezzel párhuzamosan az iszapkor - növelésével a nitrifikációt biztonságosabbá lehet tenni. A medencék oldott oxigén koncentrációját figyelembe véve ezt a koncentrációnövekedést elvileg meg lehet tenni.
A denitrifikáció a kecskeméti szennyvíztelepen igen változatosan alakult. A beüzemelést követően a levegőztetés időszakos leállítása megszűnt, így anoxikus szakaszok már nem tudtak kialakulni a rendszerben.
Mérsékeltebb levegőztetés esetén az iszappelyhekben lejátszódó szimultán denitrifikáció teljesen kialakulhatna.
A denitrifikáció korábbi tervezésénél 3000 illetve 6000 m3 reaktortérfogatot kívántak anoxikus zónaként elkülöníteni. Ezzel viszont tovább csökkentették volna az oxikus iszapkort, ami a jelenlegi 12000 m3-es reaktortérfogat esetén is kritikus szinten van! Ezért csak további reaktortérfogat kiépítésével, vagy a levegőztetés intenzitásának drasztikus növelésével biztosítható a hatékony nitrifikáció - denitrifikáció.
