De fysische technologische aspecten van de gasabsorptie in actief-slib installaties Deei i De Kinetiek

Transcriptie

1 PROF. DR. IR. N. W. F. OSSEN Labrariu vr Fysische Technlgie De fysische echnlgische aspecen van de gasabsrpie in aciefslib insallaies Deei i De ineiek. Inleiding Vr de berekening van een xidaief bilgische insallaie vr de zuivering van afvalwaer dien en e beschikken ver gegevens bereffende de snelheid, waaree de vernreinigingen in he afvalwaer wrden afgebrken (reaciekineiek). De bepaling van deze kineiek kan p verschillende anieren plaasvinden. De ehde, die hier wrd beschreven, slui z nauw gelijk aan bij de besaande ehden en begrippen die bij de afvalwaerzuivering gangbaar zijn. Ss waren afwijkingen evenwel nverijdelijk. De epassing van de kineiek is geïllusreerd aan de berekening van he vlue van een ged gererde, cninu drsrde, ank e slibrecirculaie. De kineiek is echer even bruikbaar bij de berekening van andere ypen van afvalwaerzuiveringsinsallaies. 2. Therie 2. De berekening van he vlue en de belasing van een ged gererde, cninu drsrde, ank. De pselling is scheaisch weergegeven in afb.. <ï>v is de vluesr van he afvalwaer ( 3 /sec). c v is de cncenraie van de vernreinigingen in he afvalwaer (kg/ 3 ). De slibcncenraie (c ) in de ank wrd p een cnsan niveau gehuden. De vluesr, waarede he surplusslib wrd afgeverd, is zeer klein vernderseld en pziche van <f> v De assabalans ver de ank vr de vernreinigingen luid: <&v c v <ï>vcv = ever afver R V V () zeing R v is de zeing per eenheid van vlue van de ank. Hiervr geld: R v = Afb. dc v d «f (2) c c v = ß c c v a is de fracie levend aeriaal in he slib, p. en zijn cnsanen ui de zg. MichaelisMenen vergelijking vr de grei van icrrganisen (zie.a. Aiba []). is he aanal kg vernreinigingen, da ndig is vr de prdukie van kg slib. Ui () en (2) vlg: V = ) ßc <l?v en Cy zijn dr de siuaie vasgelegde gegevens, cy e aan bepaalde eisen vlden en lig dus k vas. c kan wrden ingeseld (bv. c = 3 kg/ 3 ).b.v. de de slibspui. «M ß = is de kineische paraeer. Is deze bekend, dan kan V wrden berekend. De belasing f lad" van een zuiveringsinsallaie is rsprnkelijk gedefinieerd als he aanal kilgraen BOD 3 da per 3 en per dag aan de insallaie wrd egeverd. Elders in di arikel zal blijken, da de BOD5 geen beruwbare aa is vr he bilgische zuursfverbruik. Daar is vr de belasing een ies andere definiie ingeverd: de belasing is de ever van vernreinigingen per 3 en per secnde. Deze ever van vernreinigingen is uigedruk in kilgraen zuursf, ndig vr de vlledige bilgische afbraak van de vernreinigingen nder de cndiies, die in de insallaie heersen. Wanneer en he zuursfverbruik en gevlge van he basaal eablise van de icrrganisen in de insallaie k de belasing reken, geld: $v belasing c V; + c Me behulp van vergelijking 3a kan di wrden geschreven als: (3a) belasing = ß<>v + c (3b) cv c Vi De vasselling van de gre van ß is gelijk e een gedificeerde uivering van de BODbepaling. 2.2 Bepaling van de kineische paraeer ß Bij de bepaling van he BODgehale van afvalwaer wrd een heveelheid van di waer in een ged geslen fles in cnac gebrach e een veraa aan zuursfrijk waer. He zuursfgehale van di engsel wrd bepaald aan he begin van de pref (cz ) en na verlp van een H 2 0 (2) 969, nr

2 bepaalde ijd, eesal 5 dagen (cz). In diensielze vr kan he BODgehale dan wrden uigedruk als: Cz = BOD' Cz Tijdens deze pref reden drie gekppelde prcessen p, nl. de grei van icrrganisen, de afbraak van vernreinigingen en he verbruik van zuursf. Vr deze prcessen gelden de vlgende vergelijkingen (assabalansen): icrrganisen dc afj. = c c v (4) d vernreinigingen dc v dc = f c v d d c v = (c n c 0 ) zuursf d dc ajx = + c = c c v d d verbruik verbruik.g.v..g.v. grei basaaleablise c r Ui de vergelijkingen (4) en (5) kan c /c, de verhuding ussen de cncenraies van ikrrganisen p een bepaalde ijd en p = 0, als funkie van wrden bepaald: c In + In c 0 \ c / c v C ßc 0 In Ui deze vergelijking blijk, da / Cv c \ C 0 / c / c " v (8) f, ßc rn c ( ) C f in wrden: is een funkie van wee diensielze kengeallen: cv W ^c de cncenraieenae van icrrganisen als alle vernreinigingen in icr rganisen zuden zijn geze ( ), c v gedeeld dr de aanvangscncenraie van de icrrganisen c ). de verhuding ussen de reacieijd () en een specifieke reacieijd ( ), die een /?c aa is vr de snelheid waaree de zeing verlp. (5) (6) (7) In afb. 2 is c als funkie van ß c uigeze vr c verschillende waarden van de paraeer Wanneer en beschik ver een ehde een kan e behulp van deze figuur ß wrden bepaald dr p wee ijden, i en U de waarden van een. c v_ c L r c r Hierbij e die curve wrden gekzen, en dus die c v waarde van waarvr de bij de verschillende c c c waarden van behrende ijden (afgelezen p de c. hriznale as) dezelfde verhuding hebben als de werkec lijke ijden, waarp is bepaald. L Wil en ch vashuden aan een zuursfbepaling, dan kan ui de vergelijkingen (6) en (7) wrden afgeleid da e gelden: (9) / C VQ c V BOD' = = g I,,, ß c r cz ( ' c * S?<*<> ) In deze vergelijking ken, vergeleken bij vergelijking 8, wee exra paraeers vr nl.: c v. * ß z c = de verandering in de zuursfcncenraie, indien alle vernreinigingen in icrrganisen zijn geze, znder da.g.v. he eablise zuursf is verbruik ( c v ) gedeeld vr de zuursf cncenraie p = 0. /?c cz 0 reacieijden vr he zuursfververbruik de verhuding ussen de specifieke en gevlge van de grei ( ) en en gevlge van he /3c basaal eablise ( ), verenig vuldigd e een cncenraiefacr c '" ( ) z e e 500 H 2 0 (2) 969, nr. 2

3 c c. i i,, 3 <"w ^', 2 c 0 / / Cv "7^ =.33 c 0 > =0,67 ^rt ;, i i i i i i i! I! ^ ßc 0. 0,5.5 2,5 ' A f b. 2 In afb. 3 is, vr een aanal waarden van de paraeer de grheid crn funkie van ß C. cz (= BOD') uigeze als Hierbij zijn de vlgende grheden cnsan vernderseld: /?c Z = 0,45 = 0,30 = 9.0" 3 kg/ 3 = 0, Dr BOD' e een p wee ijden (waarbij de zeing dus ng nie vlledig ag zijn) kan, p dezelfde wijze als bij afb. 2, de waarde van ß wrden bepaald. Een bezwaar van he': gebruik van afb. 3..v. he gebruik van afb. 2 vr de bepaling van ß is da eer paraeers bekend een zijn. Di bezwaar zu inder gelden wanneer en in de prakijk weinig ' ß<* blijken e variëren (cz kan alijd p een bepaalde waarde wrden ingeseld). Wil de bepaling van de kineiek p de bvenbeschreven wijzen zinvl zijn, dan e aan een aanal vrwaarden wrden vldaan: a. de bij de pref gebruike icrrganisen een dezelfde eigenschappen hebben als de icrrganisen in de gre insallaie. Di kan bereik wrden dr, nder sandigheden die zveel gelijk e de prakijk vereenken, een ppulaie zich e laen pbuwen in he e reinigen afvalwaer en hierede de pref e verrichen. b. De begincndiies (c en ) een nauwkeurig bekend zijn. c v vlg dan auaisch ui de bij de c v r bepaling gevnden paraeer crn als bekend is. c. Bij de afleiding van de vergelijkingen (4) / (9) is aangenen da, ijdens de bepaling van BOD', de inhud van he va, waarin de bepaling plaasvind, ged gererd is. Di is ndig wee redenen:. de icrrganisen een hgeen ver he va verdeeld zijn; 2. de verbruikssnelheid is ng een funkie van de vlkafeing. Deze vlkafeing e dr reren van de zelfde rde van gre wrden geaak, als in de gre insallaie. Afb. 3 H 2 0 (2) 969, nr. 2 50

4 Daar de BOD'bepaling afgeslen van de luch e wrden verrich, kan he bese gebruik wrden geaak van een agneische rerder. Bij de klassieke BODbepaling wrd de BOD na z lange ijd geeen, da de BOD vrijwel nie eer e de ijd verander. Men bepaal dan geen kineiek, aar slechs he ale zuursfverbruik.g.v. de afbraak van de vernreinigingen dr icrrganisen. Ui vgl. 9 blijk, da dan de vlgende diensielze grepen een rl spelen. c v v Cv C ZQ c ßc Z Di beeken, da de BODbepaling alleen zin heef, als deze grepen bij de pref dezelfde waarden hebben als in de gre insallaie. Daare e eenzelfde sr icrrganisen wrden gebruik (,, en ß cnsan) en een de uigangscncenraie van de icrrganisen (c ) en van de zuursf ( ) gelijk zijn aan die van de gre insallaie. Bij de klassieke BODbepaling wrd hgsens alleen aan deze laase vrwaarde vldaan. De zeing vind daarbij plaas dr iddel van de evallig in he afvalwaernser aanwezige icrrganisen. Mis schien zullen en nie veel variëren vr ver ' ßCZ verschillende sren icrrganisen, aar de waarde van c is geheel nbekend. Deze wijze van BODbepaling geef dan k geen beruwbare infraie ver he ale zuursfverbruik. 2.3 De /lad De /lad is gedefinieerd als he aanal kg zuursf, da bij = 0 per 3 en per dag in een insallaie e wrden gebrach, gedeeld dr de BODbelasing (kg BOD/ 3 dag). Vr een ged gererde cninu drsrde ank wrd deze belasing gegeven dr vergelijking 3b. De zuursfbalans luid, als de zuursfcncenraies in de e en afversren verwaarlsd wrden: k A* N \ *y Hierin is = ka* *. \ (0) ß c c v + c Ui de vergelijkingen () en (0) vlg dan: lad c v C V: ß c v cz / / c v + ( * /?c v \ c v In de regel zal ca. 0, zijn en ca. 0,2, zda: lad =, c V; + 0,9 /öc v (H) De waarde van bedraag hgui enige ienden. ßc v Di is geakkelijk in e zien, indien en zich realiseer da he zuursfverbruik.g.v. de grei van de icrrganisen ngeveer vier keer z hg is als he zuursfverbruik.g.v. he eablise. Hierui vlg naelijk (zie vgl. 6): ß c v = 4 f = 0,25 /?c v c He is daar e verwachen, da de waarde van de seeds in de buur van à,5 zal liggen. l a " De /lad geef de gelijkheid, als < > v, c V : en V bekend zijn, aan e geven aan welke waarde de e vlden. 3. Prcedure vr de berekening van de apparauur De gang van zaken bij de berekening van de cninu drsrde, ged gererde, ank vr de xidaief bilgische zuivering van afvalwaer is dus als vlg:. In een nser van he gegeven afvalwaer wrd een sabiele ppulaie pgebuwd. 2. Van deze ppulaie wrd een afgeeen heveelheid in een fles gedaan, saen e een bepaalde heveelheid van he afvalwaer. De fles wrd vrzien van een rerechanise en afgevuld e zuursfrijk waer. c 3. Op wee verschillende ijden wrden f c 0 % bepaald. Me behulp van de afb. 2 f 3 kan dan ß wrden bepaald. 4. Als ß bekend is, kan e vgl. 3a he bendigde ankvlue V wrden berekend en e vgl. 3b de lad. 5. Als de lad bekend is, kan bij een bekende lad waarde van à,5 de wrden berekend. Res de vraag p welke wijze deze waarde in de apparauur kan wrden gerealiseerd. Di zal wrden behandeld dr prf. Beek. 4. Saenvaing en cnclusies. Dr de huidige wijze, waarp de BOD wrd bepaald, is de BOD5 geen beruwbare aa vr de heveelheid zuursf, die ndig is vr de bilgische afbraak van de vernreinigingen. 2. Dr enige wijzigingen aan e brengen in de BODbepaling is deze geschik e aken als ehde vr de bepaling van de kineiek van de zeing in een afvalwaerzuiveringsinsallaie. 3. Als de kineiek bekend is, kan de gre van de zuiveringsinsallaie wrden berekend, en de zgenaade lad". Daar vr de /lad p hereische grnden een waarde van à,5 verwach e wrden, is de bendigde e berekenen. Lierauur. Aiba, S., Huphrey, A. E. and Millis, N. F., Bicheical Engineering (Acadeie Press, New rk, 965) pag. 0. zie vr lijs e syblen pag. 508, 2e kl. 502 H 2 0 (2) 969, nr. 2

5 vervlg van pag 502, bij ar. ssen. Lijsl van syblen A* C c* k R V a ß <3>v f Ind i 0 V z specifiek grensvlak waer /luch cncenraie evenwichcncenraie sfverdrachscëfficiën syseecnsane syseecnsane zeing per vlueeenheid ijd vlue cnversiefacr zuursf/icrrganisen cnversiefacr vernreinigingen / icrrganisen fracie levend slib i kg 3 kg nv 3 sec kg 3 sec kg 3 sec : sec 3 kineische paraeer 3 kg sec vluesr 3 sec sysee cnsane sec bij de ingang van de icrrganisen p he ijdsip = van de vernreinigingen van de zuursf H 2 0 (2) 969, nr. 2