Geri Dön

Dynamic modelling of facultative stabilization ponds

Fakültatif stabilizasyon havuzlarının dinamik modellemesi

  1. Tez No: 119593
  2. Yazar: SENEM AKTUĞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HİKMET TOPRAK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2002
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 141

Özet

VI ÖZET Oksidasyon veya stabilizasyon havuzlan, kırsal bölgeler ve küçük yerleşim yerlerinin atıksu arıtımı için mevcut olan en ekonomik ve en basit yöntemdir. Su bünyesindeki atıkları kolayca atmak için kullanılan ilk arıtma yöntemlerindendir. Bundan dolayı, maliyeti yüksek olan tekniklerden kaçınan gelişmiş ülkeler için en uygunudur. Karmaşık ve pahalı ekipmanlar kullanılmaz ve halkın sağlığı için havuz bakımı uygun yapılırsa yararlı sonuçlar elde edilir. Ama bu arıtma yöntemi basit görünsede çıkış organik konsantrasyonuna ve çevre faktörlerine bağlı olarak kötü sonuçlar alınabilir. Fakat çoğu problem yanlış işlemlerin ve biyokimyasal mekanizmanın anlaşılma eksikliğinin sonucudur. Bu çalışma en yaygın olarak kullanılan ve doğal ekosisteme benzeyen fakültatif havuzlardan bahsetmektedir. Basitçe tanımlarsak, anaerobik bentik tabakayla desteklenmiş aerobik su tabakası. Organik atıksu aerobik tabaka içinde bakteriyel faaliyetlerle alg fotosentezi tarafından sağlanan oksijenin güneşli üst yüzeye ulaşmasıyla dengelenir. Fakültatif havuzlardaki arıtmada, organik maddeden aerobik bakteri sentezi sonucunda alg hücresinin büyümesi ve fotosentezinde kullanılan nutrients ve inorganik karbon meydana gelir. Onunla beraber gerekli olan oksijende oluşur. Bu alg ve bakteri arasındaki ortak yaşam ilişkisi çok iyi bilinir fakat nicel olarak hiçbir kaynakta anlatılmamıştır.VII Fermentasyon sonucunda olan bentik tabaka içindeki alg hücresinin süreçleri ve parçalanması, anaerobik sindirimin ürünlerini meydana getirir. Bundan dolayı adına fakültatif denir. Üst su yüzeyinde askıdaki kütleyle birleşmek için nutrientler serbestçe dolaşır. Zayıf süreç havuzlarında, nutrientlerin yavaş geri kazanımı ve inorganik karbonun önderliğinde periyodik olarak temizlenmesi gereken bentik tabaka oluşabilir. Son zamanlara kadar havuz tasarımı belli yönlerde seçilmiş alanlardan alınmış verilere dayanırdı. Bunlarda yaklaşık ve genellikle BOD performansına bağlıydı. Matamatiksel ilişkilerin tabanında organik yükleme ve alıkonma süresi vardı. Önceden fiziksel ve biokimyasal faktörlerin çeşitliliğine dayanan modeller yoktu. 1970'li yıllara kadar bijolojik kütlenin ve biyokimyasal türlerin kararsız şartlardaki tasarımındaki çevresel mekanizma hakkında kaynak eksikliği vardı. Ayrıca tasarım işlemlerinin bütünüyle geliştirilmesinden önce modelin iklim ve hidrolojik sınırlardaki anlık değişimlerin gereksinimine ihtiyaç vardır. Bu çalışmada fakültatif stabilizasyon havuzlarındaki biyokimyasal ve biokütle bileşenlerinin davranışının simule edildiği bir model sunulmaktadır. Bu model 12 birinci derece sıradan doğrusal olmayan diferansiyel denklemden oluşmaktadır ki bu denklemler aynı zamanlı çözülmelidir. Fakat bu çalışmada çözüm kolaylığı açısından, kararlı şartlarda analitik çözüm uygulanmıştır. Çözüm için bir basic programı hazırlanmıştır. Denklemler organik madde, bakteriyel, alg, oksijen, organik azot, amonyak, nitrat, organik fosfor, inorganik fosfor, inorganik karbon, alkalinite ve detritus kütle dengelerini ifade etmektedir. Bunun yanında ışık şiddeti, ısı dengesi ve hidrolojik dengeler hesaplanmıştır Fakültatif stabilizasyon havuzlarının değişen atıksu özellikleri, çevresel etkiler ve konfıgurasyonlarının hesaplanması için model bir araç olarak kullanılmıştır. Havuzlardaki askıdaki biokütlenin büyümesi sonucunda giriş COD akışına karşın bir çok havuzda yüksek düzeyde çıkış COD değeri bulunur. Alg içindeki birleşim tarafından nutrientce zengin atıksuların arıtımının gerçekleştiği havuzlarınVIII yeteneğinin altını çizmek gerekir. Fakat biokütleyi çıkıştan uzak tutmak, filtrasyon ve uygun çökelme için ihtiyacı da belirtmek gerekir. Atıksu arıtma sistemlerinde hız sabitleri genellikle biyolojik süreçlerin tanımlanması için kullanılır. Bunlar direk olarak stabilizasyon havuzları ile kullanım için uygulanamaz. Özellikle, nutrientlerin organik form hızının inorganik forma dönüşümünü ve ntrifikasyon hızlarını içerir. Hız ayarlamalarının nedeni, periyodik oksijen eksikliği, sıcaklık, pH değişimleri ve karışımdır. Sonuç olarak, soğuk mevsimler boyunca inorganik nitrojen depolanır ve sıcak yaz aylarında alg sentez yapmaya başlayınca kullanılır. Fakültatif stabilizasyon havuzlarındaki alg büyümesi toplam inorganik karbona karşı karbon dioksitin sınırlayıcı olduğunu gösteriyor. Bu modelin geliştirilmesinde bu varsayım kullanılmıştır. Sınırlayıcı alg büyümesi atıksu oksidasyon havuzu ile sığ göllerde ayni değildir. Bazı durumlarda, fosfor, nitrojen, CO2, veya Ct her yerde analiz gerektirir. Bu nedenle, bu modelde fosfor ve nitrojen hız sınırı içermektedir Bu model bir yıllık bir süre içinde uygulanabilir. Bunun sonucunda da mevsimsel değişimler görülebilir. Bunun yanında örnek bir fakültatif stabilizasyon havuzundan alman bazı verilerlede hesaplanan verilerle karşılaştırma yapılabilinir. Hassaslık analizi yapılarakta reaksiyon hızlan kalibre edilir.

Özet (Çeviri)

Ill ABSTRACT The oxidation or stabilization pond remains the simplest and most economical method of wastewater treatment suited for rural areas and small communities. It is the first method of treatment other than simply dumping wastes into a nearby body of water and, therefore, has special relevance for developing countries where more costly techniques are prohibitive. Sophisticated or expensive equipment is not required and significant public health benefits result when the pond is properly maintained. However, this method of treatment is deceptively simple and has fallen into disfavor due to land requirement, effluent organics concentration and dependence on variable environmental factors. However, most problems result from a basic lack of understanding of the biochemical mechanisms and improper operation. This work deals with facultative ponds, which are by far the most common and resemble natural ecosystems. They can be characterized simply as having an aerobic liquid layer underlaid by an anaerobic benthic layer. Organic wastewater is stabilized in the aerobic layer through bacterial action with oxygen provided by algal photosynthesis in the sunlit upper reaches. Treatment in facultative ponds through the synthesis of aerobic bacteria from organic substrate produces nutrients and inorganic forms of carbon used by algal cells for growth and photosynthesis, thereby producing the required oxygen. This symbiotic relationship between algae and bacteria is well known but has not been quantitatively described in the literature.IV As algal cells age and sink into the benthic layer, they ferment, creating the products of anaerobic digestion, hence the name facultative ponds. Nutrients are released into the upper liquid layer for incorporation into suspended biomass. In poorly operating ponds, slow recycling of nutrients and inorganic carbon can lead to the eventual buildup of the benthic layer where periodic cleaning may be required. Until recently, pond design procedures were based on observed data from selected site specific locations. At best, they were approximate and generally dealt with BOD performance only. Mathematical relationships were simply based on area organic loading and residence time. Comprehensive models which were able to predict performance based on the variety of physical and biochemical factors did not exist. Non-steady state simulation of biomass and biochemical species subject to environmental mechanisms has remained absent from the literature until the early 1970s. In addition, a model incorporating the temporal changes in climate and hydrologic constraints was required before a design procedure could be fully developed. A non-steady-state rational process model has been presented in simulating the behavior of biochemical and biomass components in a facultative stabilization pond. The model consists of twelve ordinary, first-order, nonlinear differential equations that must be solved simultaneously. But in this work, analytical solution was applied at the steady-state conditions. A basic program was prepared for solving it. The equations represent mass balances for organic substrate, bacterial mass, algal mass, oxygen, organic nitrogen, ammonia, nitrate, organic phosphorus, inorganic phosphorus, inorganic carbon, alkalinity and detritus. In addition, light intensity, a heat balance and a hydrologic balance are computed as well. The model is intended for use as a tool for prediction and evaluation of facultative ponds with varying wastewater characteristics, environmental conditions, and configuration. High effluent COD found in many ponds are the result of suspended biomass grown in the pond as opposed to influent COD flowing through. This underlines the ability of ponds to treat nutrient-rich wastewaters by incorporation into algae, butalso emphasizes the need for filtration or adequate settling in order to keep biomass out of the effluent. Rate constants commonly used to describe biological processes in conventional wastewater treatment systems are not directly applicable for use with stabilization ponds. Specifically, these include transformation rates of organic forms of nutrients to the inorganic forms and nitrification rates. Reasons for the moderation in the rate are the periodic lack of oxygen, temperature and pH variation, and inadequate mixing. As a result, inorganic nitrogen is stored during the cold season and utilized when algae begin to synthesize in the warmer spring Algal growth in facultative stabilization ponds appears to be limited by CO2 availability as opposed to total inorganic carbon. Use of this assumption was made in the development of this model. Nutrient limiting algal growth may not be the same for a eutrophying lake as for a wastewater fed oxidation pond. In some cases it may be phosphorus, nitrogen, CO2 or Ct with each situation requiring an in site analysis. For this reason, both phosphorus and nitrogen were included as rate limiting in this model. This model could have been applied for one year to obtain the seasonal changes. In addition, some data obtained from a land-scale facultative stabilization pond could have been compared with the computed data by the program. A rate expressions could have been calibrated by using a sensitivity analysis as well.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    138823

    Simulation and dynamic mathematical modeling of stabilization ponds for wastewater treatment

    Atık su stabilizasyon havuzlarının dinamik davranışının matematiksel modellenmesi ve simülasyonu

    BORA BERAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Çevre MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİKRET KARGI

  2. Tez No

    521854

    Yangın sıklığı ve vejetasyon örtüsünün Akdeniz vejetasyonu dinamikleri üzerine etkisinin modellenmesi

    Modelling of fire frequency and vegetatıon cover effects on Mediterranean vegetation dynamics

    ANIL BAHAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    BiyolojiHacettepe Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÇAĞATAY TAVŞANOĞLU

  3. Tez No

    143197

    Modeling activated sludge population dynamics

    Aktif çamur popülasyon dinamiklerin modellenmesi

    AYLİN SEYİDOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. CELAL GÖKÇAY

  4. Tez No

    78773

    Kayar mafsala sahip elastik uzuvlu robot manipulatörlerinin dinamik modellemesi

    Dynamic modelling of robot manipulators with prismatic joint

    METE KALYONCU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Makine MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Makine Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FATİH MEHMET BOTSALI

  5. Tez No

    255213

    Dynamic modelling of a backhoe-loader

    Kazıcı-yükleyici iş makinesinin dinamik modellenmesi

    BORAN KILIÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERES SÖYLEMEZ

    PROF. DR. TUNA BALKAN

Geri Dön