Thermochemistry modelling applied to activated sludge process: Feasibility assessment

Abstract: Aktivt slam är en biologisk process som används i stor utsträckning för rening av avloppsvatten, där bakterier som odlas under luftiga förhållanden avlägsnar organiska ämnen och näringsämnen från förorenat vatten. För industriell verksamhet modelleras denna process för att representera och förutsäga biologiska fenomen. De modeller som används för närvarande (främst modellen för aktiverat slam) ger acceptabla resultat men har vissa begränsningar, t.ex. lång kalibreringstid och beroende av många modellparametrar som är svåra att förutsäga. Under detta projekt som genomfördes på företaget SUEZ bedömdes det om sådana modeller kunde förbättras genom att lägga till ett termokemiskt perspektiv i deras arkitektur, antingen genom att minska antalet parametrar eller genom att teoretiskt förutsäga deras värden. Det termokemiska bidraget bedömdes på två olika nivåer: de stökiometriska förhållanden som beskriver systemet och de biologiska processernas kinetik. På grundval av en omfattande litteraturstudie valdes två metoder ut för att föra in termodynamiska överväganden i dessa delar av modellen. Termodynamiska beräkningar som krävs för att förbättra specifikationen av de förorenande molekyler som finns i vattenmatrisen. Arkitekturen i den ursprungliga modellen för aktiverat slam ändrades för att möjliggöra en differentiering mellan substrat av olika slag. När det gäller den stökiometriska studien visade det sig att den dynamiska förutsättningen av termodynamiska begränsningar för reaktionerna inte var av något större intresse med tanke på de stora mängder energi som finns tillgängliga. Användningen av olika organiska substrat gav dock intressanta resultat, eftersom det gjorde det möjligt att modellera de biologiska beteendena på ett mer detaljerat sätt och att förutsäga tillväxten av specifika typer av mikroorganismer. Den kinetiska studien gav måttliga resultat, med adekvata simuleringar men utan någon ny större förbättring av modellen. Den mest lovande utvecklingen av denna studie tycks vara en modell som omfattar en mängd olika organiska substrat med motsvarande biomassapopulationer, för att kunna rikta in sig på den specifika förekomsten av intressanta bakterier.