Tematyka monografii związana jest z technologią usuwania azotu ze ścieków opartąna procesach częściowej nitrytacji (PN) i anammox (A). W porównaniu z konwencjonalnymi procesami biologicznego usuwania azotu ze ścieków metoda ta związana jest z redukcją zużycia energii elektrycznej oraz eliminacją zapotrzebowaniana organiczne związki węgla. Ma ona umożliwić sprostanie części wyzwań stawianych przed współczesnymi systemami oczyszczania ścieków miejskich związanych z ich transformacją w „obiekty odzysku zasobów i energii”.
W części pracy, prezentującej obecny stan wiedzy, scharakteryzowano procesy częściowej nitrytacji i anammox, przedstawiając podstawowe zagadnienia związane z biochemią procesów PN/A i ekologią bioreaktorów do usuwania azotu na drodze autotroficznej deamonifikacji ścieków, leżące u podstaw przyjętych metod badawczych. Przedstawiono także typy układów technologicznych, w których procesy PN/A są realizowane w pełnej skali technicznej do usuwania azotu z cieczy osadowych oraz które są najbardziej obiecujące w odniesieniu do zastosowania autotroficznej deamonifikacji do oczyszczania głównego strumienia ścieków. Opisano również wybrane zagadnienia z zakresu modelowania matematycznego procesów częściowej nitrytacji i anammox.
Celem prac badawczych przedstawionych w monografii było określenie najkorzystniejszych wartości wybranych parametrów technologicznych procesów częściowej nitrytacji i anammox (PN/A) w odniesieniu do efektywności i wydajności usuwania azotu (autotroficznej deamonifikacji) z głównego strumienia ścieków w bioreaktorach hybrydowych typu złoże biologiczne z ruchomym wypełnieniem–osad czynny (ang. integrated fixed film activated sludge, IFAS). Przedstawione w monografii wyniki badań mają charakter oryginalny i nie były wcześniej publikowane. Ponadto są one w pełni komplementarne z prowadzonymi przez osiem lat badaniami autora i stanowią ich uzupełnienie. W pracy badawczej posłużono się metodami modelowania matematycznego oraz statystycznego planowania badań (ang. design of experiments, DoE), połączonych z przeprowadzeniem serii eksperymentów numerycznych i opracowaniem uzyskanych wyników metodą modelowania przestrzeni odpowiedzi (ang. response surface modeling, RSM). Z użyciem modelu RSM zostały wyznaczone właściwe wartości wybranych parametrów technologicznych procesów PN/A, przy których spodziewane jest uzyskanie oczekiwanych wartości wydajności i efektywności usuwania azotu z głównego strumienia ścieków w bioreaktorach IFAS (na poziomie zbliżonym do obserwowanych w konwencjonalnych systemach do biologicznego usuwania azotu ze ścieków). Kalibracja i walidacja modelu matematycznego procesów PN/A została przeprowadzona z wykorzystaniem wyników uzyskanych z badań empirycznych, prowadzonych w skalipilotowej. Otrzymane wyniki odniesiono do wniosków dotyczących możliwości aplikacji procesu PN/A w pełnej skali technicznej, formułowanych przez wiodące grupy badawcze. Całość kończy podsumowanie rezultatów badań własnych w kontekście dalszego rozwoju technologii PN/A wraz z wnioskami końcowymi oraz propozycją dalszych kierunków badań.
Wszystkie informacje starano się umieścić w kontekście technicznym o jak największym potencjale do ich praktycznego zastosowania, tak aby były użyteczne zarówno dla osób zajmujących się pracami badawczymi w przedmiotowym obszarze, eksploatatorów miejskich oczyszczalni ścieków, studentów kierunków technicznych, jak i wszystkich czytelników zainteresowanych zdobyciem podstawowej wiedzy z zakresu tej niezwykle ciekawej, innowacyjnej technologii oczyszczania ścieków.
Subject of the monograph is related to the technology of nitrogen removal from wastewater, based on the processes of partial nitritation (PN) and anammox (A). Comparing to conventional biological nitrogen removal processes that method is connected to the reduction of power consumption and total elimination of organic matter demand. It is to meet some of the challenges presented to wastewater treatment plants and related to the goal of their transformation into “resource and energy recovery facilities”.
In the part of the monograph, presenting the current state of knowledge, partial nitritation and anammox processes were characterized, explaining the basic issues related to the biochemistry of the PN/A processes, ecology of the bioreactors for nitrogen removal via PN/A rout, underlying adopted research methods. Different types of technological systems for PN/A processes were presented, both broadly utilized in the full-technical scale for reject water deammonification, as well as the most promising for application to mainstream wastewater treatment. Selected issues regarding mathematical modelling of partial nitritation and anmmox processes were discussed as well.
The purpose of the experimental studies presented in the monograph was to determine optimal values of the selected technological parameters of partial nitritation and anammox processes with reference to the efficiency and capacity of nitrogen removal from mainstream wastewater in integrated fixed film activated sludge (IFAS) hybrid bioreactors. The results are original and have not been published yet. Furthermore, they are fully complementary to the research being done for the last eight years by the author. In the course of the studies, mathematical modelling and experimental design methods (DoE) were used along with conducting of the series of numerical experiments, which results were the base for response surface model (RSM) development. Utilizing RSM model the optimal values of the selected technological parameters of PN/A prosses were determined. With those values as settings for IFAS system for mainstream wastewater deammonification the expected capacity and efficiency of nitrogen removal are to be comparable to the values observed in conventional systems for biological nitrogen removal. Calibration and validation of the mathematical model of PN/A were conducted with use of the results gained in the course of pilot-scale experimental studies on mainstream wastewater deammonification in IFAS bioreactor. The results were presented with respect to the conclusions formulated by the leading research teams in the field of research.
The work ends with a summary of the studies in the context of further development of PN/A technology along with the final conclusions and recommendations of the new directions in the research area.
During preparation of the work, efforts were made to put all of the presented information in technical and technological contexts, with the high practical potential, so as they could be useful both for scientists in the research field, engineers and technologists of the wastewater treatment facilities, students of technical faculties, as well as all other readers interested in gaining basic knowledge in the area of this extremely interesting, innovative wastewater treatment technology.
