Publication details
Abstracts and keywords
W biologicznym oczyszczaniu ścieków najczęściej stosuje się metodę osadu czynnego, wykorzystywaną również w sekwencyjnych reaktorach porcjowych (SBR). Właściwy przebieg procesów w reaktorach SBR wymaga odpowiedniego mieszania, zapewniającego równomierny kontakt osadu ze ściekami i prawidłowe kształtowanie kłaczków. Celem niniejszej pracy było określenie zależności między sposobami mieszania w bioreaktorach SBR a właściwościami kłaczków, analizowanymi pod kątem prędkości sedymentacji i liczebności wybranych grup orzęsków. Aby osiągnąć założony cel, przeanalizowano skład biocenozy organizmów eukariotycznych osadu czynnego, określając zmiany liczebności poszczególnych grup organizmów oraz opisując strukturę zbiorowisk za pomocą indeksów biocenotycznych. Badania realizowano w zróżnicowanych warunkach hydrodynamicznych, uwarunkowanych różną częstością obrotową mieszadła oraz sposobem mieszania. Celem utylitarnym pracy było opracowanie takiego sposobu mieszania w reaktorach SBR, który zapewni odpowiednie warunki dla rozwoju kłaczków przy pełnej homogenizacji objętości czynnej oraz jednoczesnej minimalizacji nakładów energetycznych, a także nie zakłóci skutecznego zespolonego usuwania związków węgla, azotu i fosforu ze ścieków. Zastosowane oprogramowanie do komputerowego wspomagania projektowania i wizualizacji elementów konstrukcyjnych mieszadeł, następnie ich wytworzenie w technologii druku 3D, pozwoliły na realizację eksperymentów, w których badano wpływ kształtu mieszadeł na zachowanie osadu czynnego w czasie cyklicznej pracy reaktora. Analiza procesu mieszania w oparciu o zachowanie organizmów osadu czynnego w odniesieniu do prędkości sedymentacji kłaczków dostarczyła informacji, które mogą wpłynąć na poprawę pracy bioreaktorów poprzez przewidywanie ich reakcji na zmiany obciążeń oraz lepsze zrozumienie złożonych interakcji pomiędzy czynnikami fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi kształtującymi właściwości osadu czynnego. W niniejszej pracy wykazano także, że odpowiedni dobór parametrów mieszania może prowadzić do obniżenia zapotrzebowania na energię, zachowując jednocześnie wysoką skuteczność usuwania zanieczyszczeń wyrażonych za pomocą standardowych wskaźników fizyczno-chemicznych. Porównanie różnych scenariuszy operacyjnych w zakresie wymagań energetycznych dało możliwość wskazania efektywnych rozwiązań obniżających koszty dla skutecznej i stabilnej technologii oczyszczania ścieków w bioreaktorach z osadem czynnym.
In biological wastewater treatment, the activated sludge method is the most commonly applied technique, also utilized in sequencing batch reactors (SBRs). The proper execution of biological processes in SBRs requires adequate mixing to ensure uniform contact between the activated sludge and wastewater, as well as to promote proper floc formation. This study aimed to determine the relationships between mixing methods in SBR bioreactors and floc properties, assessed by sedimentation rate and the abundance of selected ciliate groups. To achieve this goal, the composition of the eukaryotic organism community in the activated sludge was analyzed to identify changes in the abundance of specific microbial groups and to describe the community structure using biocenotic indices. The research was conducted under varying hydrodynamic conditions, determined by different impeller rotational speeds and mixing methods. The practical objective of the study was to develop a mixing strategy for SBRs that ensures favorable conditions for floc development, complete homogenization of the active volume, and minimal energy consumption, without compromising the simultaneous removal of carbon, nitrogen, and phosphorus compounds from wastewater. Computer-aided design and visualization software were used to develop the structural components of the impellers, which were then manufactured using 3D printing technology. This enabled experiments assessing the influence of impeller shape on the behavior of activated sludge during cyclic reactor operation. Analysis of the mixing process, based on the behavior of activated sludge organisms concerning floc sedimentation rates, provided insights that may improve bioreactor performance by predicting responses to load variations and enhancing the understanding of the complex interactions among physical, chemical, and biological factors that shape activated sludge properties. This study also demonstrated that the appropriate selection of mixing parameters can reduce energy demand while maintaining high pollutant removal efficiency, as indicated by standard physicochemical indicators. A comparison of various operational scenarios in terms of energy requirements enabled the identification of cost-effective solutions for efficient and stable wastewater treatment in activated sludge bioreactors.
