W rozprawie przedstawiono krótki opis historyczny powstania i rozwoju systemów kanalizacyjnych od czasów starożytnych do współczesności oraz zwrócono uwagę na zmiany w postrzeganiu roli tych systemów: od prostych układów hydraulicznego transportu ścieków do złożonych systemów transportu, retencjonowania i przemian biochemicznych. W pracy sformułowano problematykę transportu hydraulicznego ścieków jako hydromieszanin o różnym stopniu dyspersji oraz osadów w przewodach kanalizacji grawitacyjnej w nowym koncepcyjnym ujęciu. Omówiono stan wiedzy dotyczący przemian fizykochemicznych i biochemicznych w kanalizacji, zachodzących w czterech elementach systemu: fazie ciekłej (płynących ściekach), fazie gazowej (atmosferze kanalizacyjnej), w błonie biologicznej pokrywającej zanurzoną część ścianek kanałów oraz w osadach dennych. Scharakteryzowano skład ścieków, obejmujący substancje nieorganiczne i organiczne, w tym również biomasę, występujące zarówno w płynących ściekach, jak i w błonie biologicznej oraz osadach. W opisie przemian zachodzących w kanalizacji zwrócono uwagę na ich dużą złożoność wynikającą z udziału w tych przemianach licznych procesów i reakcji, w szczególności dyfuzyjnych, hydromechanicznych, chemicznych i biochemicznych przebiegających w różnej sekwencji, najczęściej szeregowej lub szeregowo-równoległej. Duży nacisk położono na proces reaeracji, dostarczający tlen mikroorganizmom bytującym w części przepływowej kanałów oraz w błonie biologicznej. Interpretację występujących w kanalizacji przemian i warunków w układzie przyczynowo-skutkowym oparto na istniejącym stanie wiedzy w zakresie reakcji i procesów jednostkowych, których analiza jest przedmiotem jednego z rozdziałów. Osobną część stanowi opis fizycznych modeli doświadczalnych, ze szczególnym uwzględnieniem modelu w postaci kaskady pięciu reaktorów z pełnym wymieszaniem i porównanie warunków panujących w modelu doświadczalnym i kolektorze rzeczywistym. Omówiono i zinterpretowano także wyniki dwóch projektów badań prowadzonych w skali modelowej i technicznej. Pierwszy z nich dotyczy biodegradacji wybranych związków powierzchniowo-czynnych, drugi natomiast – badań nad intensyfikacją procesów przemian biochemicznych z wykorzystaniem kompleksów enzymatyczno-bakteryjnych. Na zakończenie zaprezentowano stan wiedzy obejmujący modelowanie matematyczne procesów zachodzących w sieci kanalizacyjnej. Przedstawione modele określają biokinetykę ubytku różnych substratów organicznych i przyrostu biomasy jako wskaźników oceny stopnia biodegradacji ścieków. Najprostsze modele dotyczą tylko tlenowej przemiany związków organicznych. Najbardziej kompleksowy model uwzględnia procesy przemian związków organicznych, azotu i siarki w warunkach tlenowych, anoksycznych i beztlenowych.
Streszczenie 7
Wykaz ważniejszych oznaczeń 8
1. Powstanie i rozwój kanalizacji 11
2. Rozwój tematyki badawczej 16
2.1. Sformułowanie problemu 16
2.2. Cel i zakres pracy 22
3. Transport hydrauliczny ścieków i osadów w przewodach kanalizacji grawitacyjnej – koncepcja metodyczna 24
4. Kanalizacja grawitacyjna sanitarna jako system przemian biochemicznych 34
4.1. Skład i właściwości ścieków w kanalizacji 34
4.2. Procesy biologiczne w kanalizacji 41
4.2.1. Wprowadzenie 41
4.2.2. Reaeracja 42
4.2.3. Procesy w strumieniu ścieków 44
4.2.4. Procesy w błonie biologicznej 47
4.2.5. Procesy w osadach dennych 50
4.2.6. Procesy w atmosferze kanalizacyjne 52
5. Badania eksperymentalne 54
5.1. Badania w skali laboratoryjnej 54
5.1.1. Wprowadzenie 54
5.1.2. Badanie przepływu w kaskadowym układzie modelowym 58
5.1.3. Parametry hydrauliczne 60
5.1.4. Powierzchnia właściwa przewodów kanalizacyjnych 77
5.1.5. Reaeracja 79
5.2. Przykłady badania transformacji i rozkładu zanieczyszczeń w sieci kanalizacyjnej w skali modelowej i technicznej 84
5.2.1. Badanie rozkładu związków powierzchniowo-czynnych w sieci kanalizacyjnej 84
5.2.1.1. Wstęp 84
5.2.1.2. Badania w skali laboratoryjnej 84
5.2.1.3. Badania w skali technicznej 95
5.2.1.4. Wnioski z wykonanych badań w skali laboratoryjnej i technicznej 99
5.2.2. Badanie intensyfikacji procesów przemian w sieci kanalizacyjnej przy użyciu kompleksów enzymatycznobakteryjnych 100
5.2.2.1. Wstęp 100
5.2.2.2. Badania w skali laboratoryjnej 100
5.2.2.3. Badania w skali technicznej 108
5.2.1.4. Wnioski z badań w skali laboratoryjnej i technicznej 111
6. Modelowanie matematyczne procesów przemian związków organicznych, biogennych i siarki 113
6.1. Wstęp 113
6.2. Wykorzystanie modelu ASM2d 114
6.3. Tlenowy rozkład zanieczyszczeń w ściekach i błonie biologicznej 121
6.4. Kompleksowy model przemian w kanalizacji (WATS) 125
6.4.1. Wstęp 125
6.4.2. Przemiany tlenowe związków organicznych 126
6.4.3. Przemiany związków organicznych w warunkach anoksycznych 127
6.4.4. Przemiany beztlenowe związków organicznych 128
6.4.5. Przemiany związków siarki 129
6.5. Adaptacja modeli 132
7. Wnioski końcowe 134
Bibliografia 138
Abstract 149
-14%