In the last 30 years, there has bee

In the last 30 years, there has been an increased level of comprehension of anaerobic
processes, and their representation in mathematical models. However, practical, industrial
use of the models have been relatively low. One of the reasons for this may be the wide
variety of models, and their often very specific nature. This is unfortunate, as a well defined
model is highly effective for assessment, optimisation, and design of existing and proposed
processes and process modifications. One of the objectives of the IWA Task Group for
Anaerobic Digestion Modelling was to increase accessibility to and application of simulations
by consultants and practitioners. This was achieved by presenting a more generic
model with consistent nomenclature, units and equation structure. The result of the task
group’s work, The Scientific and Technical Report (STR) describing the IWA anaerobic
digestion model No. 1 (ADM1) has been published by the IWA (Batstone et al., 2002).
Other reasons for the limited use of modelling and simulation in non-academic arenas
include the lack of implementation in widely used software packages, lack of clearly
detailed methods for implementation and application of the models, low numbers of case
studies, and insufficient demonstration of the commercial and intangible benefits available
from modelling. In this paper we address some of these limitations by applying the ADM1
to two industrial case studies that we used as part of contract projects with industry clients.
In each application, use of mathematical modelling allowed savings of cash and in-kind
resources as compared to laboratory, pilot or full-scale studies.
The first case study is on an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) system treating
recycling paper mill wastewater. As is common in such paper mills, the influent calcium
concentrations are relatively high (0.4–0.7 kg·m–3 Ca2+), which leads to excessive precipitation
of calcium carbonate (CaCO3) in granules and pipes. In this particular reactor,
this has already caused cementing of the sludge bed once, which cost over $A200,000 and
Water Science and Technology Vol 47 No 12 pp 199–206 © 2003 IWA Publishing and the authors 199
considerable additional labour costs to scour the pipes and reactor, and import new seed
sludge.
The system has a mixed acidification reactor (1,040 m3), and a methanogenic
UASB reactor (1,805 m3), with a loading rate of 5.7–6.6 kg COD·m–3 (on UASB only)
and 1,000 m3·d–1 feed flow (excluding recycle). Recycle is 67% of total flow and is
around the methanogenic reactor only. The client wished to know whether it was
economically effective to dose with HCl (or other acid) to: (a) decrease pH, and thus
(b) decrease the reactor CaCO3 inventory. We addressed this by a series of steady-state
simulations.
The second system is an anaerobic solids digester fed with solids and concentrated liquid
streams from gelatine processing, which is high in proteins and fats. The reactor has 700
m3 volume with an average loading of 2.7 kg COD·m–3·d–1. The feed composition, on a
COD basis, is split between particulate proteins (57%), particulate fats (13%) and soluble
proteins (30%, based on flow-based average particulate COD, soluble COD, and O&G
analysis). Feed is semi-batch, once per day over two hours. In-reactor ammonia concentration
is 0.3–0.4 M with a pH of 7.6, giving a free ammonia concentration of 7–13 mM, which
is well above the 50% inhibitory level of 1.8 mM as described in the STR (Batstone et al.,
2002). Free ammonia inhibition is causing instability in reactor operation, with fluctuations
in both pH and ammonia concentrations, and associated high costs of acid dosing, and high
effluent organic acids, which are causing problems in downstream treatment units.
Ammonia inhibition is less severe in thermophilic systems, and hydrolysis constants are
generally higher (Siegrist et al., 2002). Therefore one option considered to achieve better
solids solublisation and relief of ammonia inhibition is operation at thermophilic temperatures
(55°C), rather than mesophilic (35°C) temperatures. The client wished to know
whether operation at thermophilic conditions was likely to: (a) alleviate free ammonia
inhibition and thus allow more stable operation, and (b) allow better performance by
increased hydrolysis rates and increased uptake rates. Because of the semi-batch operation,
it was important to model the dynamics, and we used the model to assess probable reactor
stability and performance on that basis.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ใน 30 ปี มีระดับการเพิ่มขึ้นของความเข้าใจของที่ไม่ใช้ออกซิเจนกระบวนการ และตัวแทนในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ อย่างไรก็ตาม ปฏิบัติ อุตสาหกรรมใช้รุ่นได้รับค่อนข้างต่ำ หนึ่งในเหตุผลสำหรับเรื่องนี้อาจจะกว้างหลากหลายรูปแบบ และธรรมชาติของพวกเขามักเฉพาะเจาะจงมาก เป็นโชคร้าย เป็นที่กำหนดไว้รูปแบบจะนำเสนอ และการประเมินผล คุณภาพ และการออกแบบที่มีอยู่สูงกระบวนการและการปรับเปลี่ยนกระบวนการ หนึ่งในจุดประสงค์ของ กลุ่มงาน IWA สำหรับไม่ใช้แบบจำลองย่อยอาหารคือการ เพิ่มการเข้าถึงและการประยุกต์ใช้ของจำลองโดยที่ปรึกษาและผู้ นี้สำเร็จ โดยการนำเสนอทั่วไปเพิ่มเติมรูปแบบโครงสร้างระบบการตั้งชื่อ หน่วย และสมการที่สอดคล้องกัน ผลของงานกลุ่มของงาน วิทยาศาสตร์และทางเทคนิครายงาน (STR) อธิบาย IWA ไม่ใช้ออกซิเจนย่อยอาหารรูปแบบหมายเลข 1 (ADM1) ได้รับการเผยแพร่ โดย IWA (Batstone et al., 2002)เหตุผลอื่นสำหรับการใช้แบบจำลองและการจำลองในสถานศึกษาไม่จำกัดรวมการขาดงานในแพคเกจซอฟต์แวร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ขาดความชัดเจนรายละเอียดวิธีการใช้งานและประยุกต์ใช้แบบจำลอง หมายเลขต่ำสุดของการศึกษา และสาธิตเชิงพาณิชย์ และมีประโยชน์มีไม่เพียงพอจากแบบจำลอง ในเอกสารนี้ เราของข้อจำกัดเหล่านี้ โดยใช้การ ADM1ถึงสองอุตสาหกรรมกรณีศึกษาที่เราใช้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่มีสัญญากับลูกค้าอุตสาหกรรมในแต่ละโปรแกรม ใช้คณิตศาสตร์แบบจำลองสามารถประหยัดเงิน และ in-kindทรัพยากรเมื่อเทียบกับห้องปฏิบัติการ การศึกษานำร่อง หรือเต็มรูปแบบกรณีศึกษาแรกเป็นการบำบัดตะกอนไม่ใช้แบบครอบคลุม (UASB) ระบบรักษารีไซเคิลบำบัดสี ในโรงงานผลิตเช่นกระดาษ แคลเซียม influentความเข้มข้นจะค่อนข้างสูง (0.4 – 0.7 kg·m – 3 Ca2 +), ซึ่งนำไปสู่ฝนมากเกินไปของแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ในเม็ดและท่อ ในเครื่องปฏิกรณ์นี้ใดนี้แล้วเกิด cementing ตะกอนเตียงครั้ง ซึ่งค่าใช้จ่ายมากกว่า $A200, 000 และน้ำวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Vol 47 ไม่ 12 pp 199-206 © 2003 IWA ประกาศและผู้สร้าง 199ต้นทุนแรงงานเพิ่มเติมจำนวนมากอยู่ในท่อและเครื่องปฏิกรณ์ และนำเข้าเมล็ดพันธุ์ใหม่ตะกอนระบบมีเครื่องปฏิกรณ์ยูผสม (1040 m3), และการ methanogenicเครื่องปฏิกรณ์ UASB (1,805 m3), มีอัตราการโหลด 5.7-6.6 kg COD·m-3 (บน UASB เท่านั้น)และ 1000 m3·d-1 ที่ตัวดึงข้อมูลกระแส (ไม่รวมรีไซเคิล) รีไซเคิลเป็น 67% ของขั้นตอนทั้งหมด และเป็นรอบ methanogenic ปล่อยเท่านั้น ลูกค้าประสงค์จะทราบว่า มันเป็นอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อยาจะ มี HCl (หรือกรดอื่น ๆ): pH ลดลง (a) และ(ข) ลดสินค้าคงคลังเครื่องปฏิกรณ์ CaCO3 เราอยู่นี้ โดยชุดท่อนจำลองระบบที่สองคือ digester ที่ไม่ใช้ออกซิเจนของแข็งเลี้ยง ด้วยของแข็ง และของเหลวเข้มข้นกระแสข้อมูลจากประมวลผล gelatine ซึ่งเป็นโปรตีนและไขมันสูง ปล่อยได้ราคา 700ปริมาตร m3 มีการโหลดการเฉลี่ยของ 2.7 กก. COD·m – 3·d – 1 องค์ประกอบอาหาร ในการCOD พื้นฐาน เป็นแบ่งระหว่างฝุ่นโปรตีน (57%), ไขมันฝุ่น (13%) และละลายน้ำได้โปรตีน (30% ตามลำดับตามค่าเฉลี่ยฝุ่น COD, COD ละลาย และ O Gวิเคราะห์) อาหารเป็นกึ่งชุด ครั้งต่อวัน 2 ชั่วโมง ความเข้มข้นของแอมโมเนียในเครื่องปฏิกรณ์0.3 – 0.4 M มี pH ของ 7.6 ให้ฟรีแอมโมเนียเข้มข้น 7-13 มม. ซึ่งมีดีเหนือระดับลิปกลอสไข 50 มม. 1.8 ใน STR (Batstone et al.,2002) ยับยั้งแอมโมเนียอิสระเป็นสาเหตุของความไม่แน่นอนในการดำเนินการเครื่องปฏิกรณ์ ความผันผวนของในความเข้มข้นค่า pH และแอมโมเนีย และต้นทุนสูงที่เกี่ยวข้องของกรดใน และสูงน้ำทิ้งอินทรีย์กรด ก่อให้เกิดปัญหาในหน่วยรักษาปลายน้ำยับยั้งการเปลี่ยนแอมโมเนียน้อยรุนแรง thermophilic ระบบ และไฮโตรไลซ์คงโดยทั่วไปสูงขึ้น (Siegrist et al., 2002) ดังนั้นหนึ่งเลือกพิจารณาให้ดีsolublisation ของแข็งและปลดปล่อยแอมโมเนียยับยั้งเป็นการดำเนินการที่อุณหภูมิ thermophilic(55 องศา C), แทน mesophilic (35 ° C) อุณหภูมิ ลูกค้าที่ปรารถนาจะรู้ว่า เงื่อนไข thermophilic มีแนวโน้มที่จะ: (ก) แอมโมเนียอิสระบรรเทายับยั้งการจึง อนุญาตให้มีเสถียรภาพมากขึ้นการดำเนินงาน และ (b) ให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นโดยราคาไฮโตรไลซ์เพิ่มขึ้นและอัตราการดูดซับเพิ่มขึ้น เนื่องจากการดำเนินการชุดงานกึ่งit was important to model the dynamics, and we used the model to assess probable reactorstability and performance on that basis.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ในช่วง 30
ปีที่ผ่านมาได้มีการเพิ่มขึ้นของระดับความเข้าใจของการใช้ออกซิเจนกระบวนการและการเป็นตัวแทนของพวกเขาในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์
แต่ในทางปฏิบัติอุตสาหกรรมใช้แบบจำลองที่ได้รับค่อนข้างต่ำ
หนึ่งในสาเหตุของการนี้อาจจะกว้างหลากหลายของรูปแบบและลักษณะที่เฉพาะเจาะจงมากมักจะของพวกเขา นี้จะโชคร้ายเป็นกำหนดไว้อย่างดีเป็นรุ่นที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการประเมินการเพิ่มประสิทธิภาพและการออกแบบที่มีอยู่และนำเสนอกระบวนการและการปรับเปลี่ยนกระบวนการ หนึ่งในวัตถุประสงค์ของกลุ่มงาน IWA สำหรับAnaerobic Digestion การสร้างแบบจำลองเพื่อเพิ่มการเข้าถึงและการประยุกต์ใช้แบบจำลองโดยที่ปรึกษาและผู้ปฏิบัติงาน นี่คือความสำเร็จโดยนำเสนอทั่วไปมากขึ้นรุ่นที่มีระบบการตั้งชื่อที่สอดคล้องหน่วยและโครงสร้างสมการ ผลของงานการทำงานเป็นกลุ่มของรายงานวิทยาศาสตร์และเทคนิค (STR) อธิบาย IWA เพาะกายรูปแบบการย่อยครั้งที่ 1 (ADM1) ได้รับการตีพิมพ์โดย IWA (Batstone et al., 2002). เหตุผลอื่น ๆ สำหรับการใช้งานจำนวน จำกัด การสร้างแบบจำลองและการจำลองใน arenas ที่ไม่ใช่นักวิชาการรวมถึงการขาดการดำเนินการในการใช้กันอย่างแพร่หลายแพคเกจซอฟต์แวร์ขาดอย่างชัดเจนวิธีการรายละเอียดสำหรับการดำเนินงานและการประยุกต์ใช้รูปแบบตัวเลขที่ต่ำของกรณีศึกษาและการสาธิตไม่เพียงพอของผลประโยชน์ในเชิงพาณิชย์และที่ไม่มีตัวตนที่มีอยู่จากการสร้างแบบจำลอง. ในบทความนี้เราอยู่บางส่วนของข้อ จำกัด เหล่านี้โดยใช้ ADM1 สองกรณีศึกษาอุตสาหกรรมที่เรานำมาใช้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่ทำสัญญากับลูกค้าอุตสาหกรรม. ในแต่ละโปรแกรมการใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ได้รับอนุญาตเงินฝากออมทรัพย์ของเงินสดและในรูปแบบทรัพยากรเมื่อเทียบกับห้องปฏิบัติการนักบินหรือการศึกษาอย่างเต็มรูปแบบ. กรณีศึกษาแรกที่อยู่บนผ้าห่มตะกอนแบบไร้อากาศไหลขึ้น (UASB) การรักษาระบบการรีไซเคิลน้ำเสียโรงงานกระดาษ ในฐานะที่เป็นเรื่องธรรมดาในโรงงานกระดาษเช่นแคลเซียมอิทธิพลความเข้มข้นค่อนข้างสูง (0.4-0.7 กิโลกรัม· m-3 Ca2 +) ซึ่งนำไปสู่การเกิดฝนที่มากเกินไปของแคลเซียมคาร์บอเนต(CaCO3) ในเม็ดและท่อ ในเครื่องปฏิกรณ์นี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งนี้ได้ก่อให้เกิดการประสานแล้วเตียงตะกอนครั้งเดียวซึ่งค่าใช้จ่ายมากกว่า $ A200,000 และวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีน้ำและฉบับที่47 ไม่มี 12 หน้า 199-206 © 2003 สำนักพิมพ์และผู้เขียน IWA 199 มากต้นทุนค่าแรงงานที่เพิ่มขึ้นการกัดเซาะ ท่อและเครื่องปฏิกรณ์และนำเข้าเมล็ดพันธุ์ใหม่ตะกอน. ระบบมีเครื่องปฏิกรณ์กรดผสม (1,040 m3) และมีเทนUASB เครื่องปฏิกรณ์ (1805 m3) มีอัตราการโหลดของ 5.7-6.6 กก. ซีโอดี· m-3 (UASB บน เท่านั้น) และ 1,000 m3 · d-1 การไหลของอาหาร (ไม่รวมรีไซเคิล) รีไซเคิล 67% ของการไหลรวมและเป็นรอบมีเทนเครื่องปฏิกรณ์เท่านั้น ลูกค้าอยากจะรู้ว่ามันเป็นที่มีประสิทธิภาพเศรษฐกิจยากับ HCl (หรือกรดอื่น ๆ ) เพื่อ (ก) ค่า pH ลดลงและทำให้ (ข) การลดสินค้าคงคลังปฏิกรณ์ CaCO3 เราที่อยู่นี้โดยชุดของรัฐคงจำลอง. ระบบที่สองเป็นของแข็งหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนเลี้ยงด้วยของแข็งและของเหลวที่มีความเข้มข้นลำธารจากการประมวลผลเจลาตินซึ่งเป็นที่สูงในโปรตีนและไขมัน เครื่องปฏิกรณ์มี 700 m3 ปริมาณที่มีการโหลดเฉลี่ย 2.7 กก. ซีโอดี· m-3 · d-1 องค์ประกอบฟีดบนพื้นฐาน COD, แยกระหว่างโปรตีนอนุภาค (57%), ไขมันอนุภาค (13%) และละลายน้ำได้โปรตีน(30% บนพื้นฐานของอนุภาคเฉลี่ยไหลตาม COD ละลายซีโอดีและ O & G วิเคราะห์) ฟีดเป็นกึ่งชุดวันละครั้งสองชั่วโมง ในเครื่องปฏิกรณ์แอมโมเนียเป็น 0.3-0.4 M ที่มีค่า pH 7.6 ที่ให้ความเข้มข้นของแอมโมเนียฟรี 7-13 มิลลิซึ่งเป็นอย่างดีดังกล่าวข้างต้น50% ยับยั้งระดับ 1.8 มิลลิที่อธิบายไว้ใน STR (Batstone et al., 2002) ยับยั้งแอมโมเนียฟรีที่เป็นสาเหตุของความไม่แน่นอนในการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์ที่มีความผันผวนทั้งในค่า pH และความเข้มข้นของแอมโมเนียและที่เกี่ยวข้องค่าใช้จ่ายสูงของยากรดสูงและกรดอินทรีย์น้ำทิ้งซึ่งจะก่อให้เกิดปัญหาในหน่วยรักษาต่อเนื่อง. ยับยั้งแอมโมเนียมีความรุนแรงน้อยกว่าในระบบอุณหภูมิ และค่าคงที่จองจำอยู่โดยทั่วไปสูง(Siegrist et al., 2002) ดังนั้นจึงถือเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ดีกว่าเพื่อให้บรรลุsolublisation ของแข็งและบรรเทาการยับยั้งแอมโมเนียคือการดำเนินการที่อุณหภูมิอุณหภูมิ(55 ° C) มากกว่า mesophilic (35 ° C) อุณหภูมิ ลูกค้าอยากจะทราบว่าการดำเนินการที่สภาวะอุณหภูมิมีแนวโน้มที่จะ (ก) บรรเทาแอมโมเนียฟรียับยั้งจึงให้การดำเนินงานมีเสถียรภาพมากขึ้นและ(ข) ช่วยให้ประสิทธิภาพการทำงานที่ดีขึ้นโดยอัตราการย่อยสลายที่เพิ่มขึ้นและอัตราการดูดซึมที่เพิ่มขึ้น เพราะการดำเนินงานกึ่งชุดที่มันเป็นสิ่งสำคัญในการจำลองการเปลี่ยนแปลงและเราใช้รูปแบบการประเมินที่น่าจะเป็นเครื่องปฏิกรณ์มีเสถียรภาพและประสิทธิภาพการทำงานบนพื้นฐานที่ว่า