An analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors
A mathematical model of biological purification of wastewater from organic pollutants in the conditions of an aeration tank with a fixed biocenosis (biofilm of microorganisms) is presented. At the same time the peculiarities of the formation and modeling of a complex heterogeneous stratified structu...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Kyiv National University of Construction and Architecture
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://es-journal.in.ua/article/view/290381 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Environmental safety and natural resources |
Репозитарії
Environmental safety and natural resources| id |
es-journalinua-article-290381 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Environmental safety and natural resources |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
стратифікована модель біоплівка органічне забруднення концентрації очистка ефективність stratified model biofilm organic pollution concentrations treatment effectiveness |
| spellingShingle |
стратифікована модель біоплівка органічне забруднення концентрації очистка ефективність stratified model biofilm organic pollution concentrations treatment effectiveness Олійник, О.Я. Телима, С.В. Калугін, Ю.І. Олійник, Є.О. An analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors |
| topic_facet |
стратифікована модель біоплівка органічне забруднення концентрації очистка ефективність stratified model biofilm organic pollution concentrations treatment effectiveness |
| format |
Article |
| author |
Олійник, О.Я. Телима, С.В. Калугін, Ю.І. Олійник, Є.О. |
| author_facet |
Олійник, О.Я. Телима, С.В. Калугін, Ю.І. Олійник, Є.О. |
| author_sort |
Олійник, О.Я. |
| title |
An analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors |
| title_short |
An analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors |
| title_full |
An analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors |
| title_fullStr |
An analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors |
| title_full_unstemmed |
An analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors |
| title_sort |
analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors |
| title_alt |
Аналіз впливу гетерогенності біоплівки на ефективність вилучення органічних забруднень в біореакторах |
| description |
A mathematical model of biological purification of wastewater from organic pollutants in the conditions of an aeration tank with a fixed biocenosis (biofilm of microorganisms) is presented. At the same time the peculiarities of the formation and modeling of a complex heterogeneous stratified structure of a biofilm with variable processes and parameters along its thickness are considered and taken into account on in particular the processes of mass transfer and concentration of microorganisms. It shown that the treatment processes in heterogeneous stratified biofilm are designated by the effective diffusion coefficient which is depended on the pollutions concentration. Owing to that the pollutions concentration is changing of along the biofilm thickness and increase from the surface to the biofilm bottom the decreasing of the effective diffusion coefficient is observed. On the base of the provided experimental investigations the change of the effective diffusion parameter along the biofilm thickness may be specified according to linear law. The quantity criteria of the first and zero order kinetic and Monod equation were used in the practical calculations. Ascertain that the substrate removal have a place on the early part of the biofilm which amounts to 20–25% from the its full thickness. On the base of the created biofilm model of the heterogeneous-stratified structure the comparative analysis and valuation of the different investigations of the pollutions removal during the treatment processes at using of the homogeneous and heterogeneous structure of the biofilm were treated. It was designated that the pollutions removal effectiveness depends on the biofilm features. So at the some main parameters the homogeneous and stratified biofilms indicate almost the same microbial activity and the difference depends on the effective diffusion coefficient on the biofilm output. In the dependence on the hydrodynamic conditions of the treatment processes the homogeneous biofilm activity may be lower, higher or similar one of the stratified biofilm. Heterogeneous biofilm has the lower activity near the biofilm bottom at the high values of the effectiveness coefficient than the homogeneous one at the average values of this coefficient and the substrate against of the which the microorganisms growth is depended on to penetrate more in depth in stratified biofilm than in homogeneous one. |
| publisher |
Kyiv National University of Construction and Architecture |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://es-journal.in.ua/article/view/290381 |
| work_keys_str_mv |
AT olíjnikoâ ananalysisoftheinfluenceofthebiofilmheterogeneityontheeffectivenessoforganicpollutionremovalinbioreactors AT telimasv ananalysisoftheinfluenceofthebiofilmheterogeneityontheeffectivenessoforganicpollutionremovalinbioreactors AT kalugínûí ananalysisoftheinfluenceofthebiofilmheterogeneityontheeffectivenessoforganicpollutionremovalinbioreactors AT olíjnikêo ananalysisoftheinfluenceofthebiofilmheterogeneityontheeffectivenessoforganicpollutionremovalinbioreactors AT olíjnikoâ analízvplivugeterogennostíbíoplívkinaefektivnístʹvilučennâorganíčnihzabrudnenʹvbíoreaktorah AT telimasv analízvplivugeterogennostíbíoplívkinaefektivnístʹvilučennâorganíčnihzabrudnenʹvbíoreaktorah AT kalugínûí analízvplivugeterogennostíbíoplívkinaefektivnístʹvilučennâorganíčnihzabrudnenʹvbíoreaktorah AT olíjnikêo analízvplivugeterogennostíbíoplívkinaefektivnístʹvilučennâorganíčnihzabrudnenʹvbíoreaktorah AT olíjnikoâ analysisoftheinfluenceofthebiofilmheterogeneityontheeffectivenessoforganicpollutionremovalinbioreactors AT telimasv analysisoftheinfluenceofthebiofilmheterogeneityontheeffectivenessoforganicpollutionremovalinbioreactors AT kalugínûí analysisoftheinfluenceofthebiofilmheterogeneityontheeffectivenessoforganicpollutionremovalinbioreactors AT olíjnikêo analysisoftheinfluenceofthebiofilmheterogeneityontheeffectivenessoforganicpollutionremovalinbioreactors |
| first_indexed |
2024-04-21T19:46:57Z |
| last_indexed |
2024-04-21T19:46:57Z |
| _version_ |
1796974909039050752 |
| spelling |
es-journalinua-article-2903812023-12-07T13:31:23Z An analysis of the influence of the biofilm heterogeneity on the effectiveness of organic pollution removal in bioreactors Аналіз впливу гетерогенності біоплівки на ефективність вилучення органічних забруднень в біореакторах Олійник, О.Я. Телима, С.В. Калугін, Ю.І. Олійник, Є.О. стратифікована модель біоплівка органічне забруднення концентрації очистка ефективність stratified model biofilm organic pollution concentrations treatment effectiveness A mathematical model of biological purification of wastewater from organic pollutants in the conditions of an aeration tank with a fixed biocenosis (biofilm of microorganisms) is presented. At the same time the peculiarities of the formation and modeling of a complex heterogeneous stratified structure of a biofilm with variable processes and parameters along its thickness are considered and taken into account on in particular the processes of mass transfer and concentration of microorganisms. It shown that the treatment processes in heterogeneous stratified biofilm are designated by the effective diffusion coefficient which is depended on the pollutions concentration. Owing to that the pollutions concentration is changing of along the biofilm thickness and increase from the surface to the biofilm bottom the decreasing of the effective diffusion coefficient is observed. On the base of the provided experimental investigations the change of the effective diffusion parameter along the biofilm thickness may be specified according to linear law. The quantity criteria of the first and zero order kinetic and Monod equation were used in the practical calculations. Ascertain that the substrate removal have a place on the early part of the biofilm which amounts to 20–25% from the its full thickness. On the base of the created biofilm model of the heterogeneous-stratified structure the comparative analysis and valuation of the different investigations of the pollutions removal during the treatment processes at using of the homogeneous and heterogeneous structure of the biofilm were treated. It was designated that the pollutions removal effectiveness depends on the biofilm features. So at the some main parameters the homogeneous and stratified biofilms indicate almost the same microbial activity and the difference depends on the effective diffusion coefficient on the biofilm output. In the dependence on the hydrodynamic conditions of the treatment processes the homogeneous biofilm activity may be lower, higher or similar one of the stratified biofilm. Heterogeneous biofilm has the lower activity near the biofilm bottom at the high values of the effectiveness coefficient than the homogeneous one at the average values of this coefficient and the substrate against of the which the microorganisms growth is depended on to penetrate more in depth in stratified biofilm than in homogeneous one. Наведена математична модель біологічної очистки стічних вод від органічних забруднень в умовах аеротенка з закріпленим біоценозом (біоплівкою мікроорганізмів). При цьому розглядаються і враховані особливості формування і моделювання складної неоднорідної стратифікованої структури біоплівки зі змінними процесами і параметрами по її товщині, зокрема, процеси масопереносу і концентрації мікроорганізмів. Показано, що ці процеси в гетерогенній стратифікованій біоплівці визначаються коефіцієнтом ефективної дифузії, який залежить від концентрації забруднень. В зв’язку зі зміною концентрації забруднень по товщині біоплівки із збільшенням від поверхні до дна спостерігається зменшення значення коефіцієнта ефективної дифузії по її товщині. На основі проведених експериментальних досліджень зміна параметра ефективної дифузії по товщині біоплівки може прийматись по лінійному закону. Наведено кількісні критерії застосування кінетики першого та нульового порядків в практичних результатах та використання рівняння Моно. З’ясовано, що вилучення субстрату відбувається переважно на початковій ділянці біоплівки, яка складає наближено 20–25% від загальної її товщини. На основі створеної моделі гетерогенно стратифікованої структури біоплівки виконано порівняльний аналіз і оцінку різних досліджень вилучення забруднень в процесі очистки при гомогенній та гетерогенній структурі біоплівки. Визначено, що ефективність вилучення забруднень залежить від основних характеристик біоплівок. Так, при деяких значеннях основних параметрів гомогенна і стратифікована біоплівки показують майже однакові значення мікробної активності і ця різниця залежить в основному від коефіцієнта ефективної дифузії на виході із біоплівки. В залежності від гідродинамічних умов процесу очистки активність гомогенної біоплівки може бути нижча, вища і аналогічна активності стратифікованої біоплівки. Стратифікована біоплівка при великих значеннях коефіцієнта ефективної дифузії в кінці біоплівки має меншу активність, ніж гомогенна при середньому його значенні, а субстрат, від якого залежить зростання мікроорганізмів, проникає глибше в стратифікованій біоплівці, ніж в гомогенній. Kyiv National University of Construction and Architecture 2023-09-29 Article Article application/pdf https://es-journal.in.ua/article/view/290381 10.32347/2411-4049.2023.3.5-20 Environmental safety and natural resources; Vol. 47 No. 3 (2023): Environmental safety and natural resources; 5-20 Екологічна безпека та природокористування; Том 47 № 3 (2023): Екологічна безпека та природокористування; 5-20 2616-2121 2411-4049 10.32347/2411-4049.2023.3 uk https://es-journal.in.ua/article/view/290381/283960 Авторське право (c) 2023 О.Я. Олійник, С.В. Телима, Ю.І. Калугін, Є.О. Олійник http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |