УДК 628.35
DOI 10.35776/VST.2025.08.02

Колбасов Г. А., Королев М. А., Рафф П. А., Усманов Р. Р.

Сравнение биореакторов с активным илом и с подвижной загрузкой
Часть 1. Кинетический подход к оценке эффективности (в порядке обсуждения)

Аннотация

Целью настоящей работы является анализ условий, при которых биореакторы с подвижной загрузкой действительно превосходят традиционные системы с активным илом по производительности. Объектом исследования являются кинетические и диффузионные процессы, определяющие скорость потребления субстрата в обоих типах реакторов. В исследовании использованы модели Моно, дополненные аналитическими уравнениями, описывающими потребление субстрата в биопленке с учетом диффузионных ограничений. Рассматриваются режимы, при которых кинетика потребления субстрата в биопленке переходит от нулевого порядка к порядку 0,5 и первому порядку в зависимости от концентрации субстрата, толщины биопленки и коэффициента диффузии. Предложено аналитическое выражение для определения предельной концентрации субстрата, при достижении которой окислительная мощность биореактора с подвижной загрузкой превышает аналогичный показатель биореактора с активным илом. Приведены численные примеры и инженерные формулы для практического применения. Полученные результаты позволяют оценить реальный потенциал биореакторов с подвижной загрузкой и выделить те случаи, когда их применение действительно оправдано с точки зрения кинетики и диффузии, а не воспринимается как универсальное решение.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , активный ил , биопленка , подвижная загрузка , кинетика Моно , диффузионные ограничения , критерий проницаемости , предельная концентрация

Для цитирования: Колбасов Г. А., Королев М. А., Рафф П. А., Усманов Р. Р. Сравнение биореакторов с активным илом и с подвижной загрузкой. Часть 1. Кинетический подход к оценке эффективности (в порядке обсуждения) // Водоснабжение и санитарная техника. 2025. № 8. С. 14–20. DOI: 10.35776/VST.2025.08.02.

Дальнейший текст доступен по платной подписке.
Авторизуйтесь: введите свой логин/пароль.
Или оформите подписку

Список цитируемой литературы

1. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод: биологические и химические процессы / Перевод с английского; под редакцией С. В. Калюжного. – М.: Мир, 2004. 480 с.
2. Henze М., Harremoёs P., La Cour Jansen J., Arvin E. Ochistka stochnykh vod. Biologicheskie i khimicheskie protsessy [Wastewater Treatment. Biological and chemical processes. Translated from English under the editorship of S. V. Kaliuzhnyi. Moscow, Mir Publ., 2004, 480 p.].
3. Andreottola G., Foladori P., Ragazzi M. Upgrading of a small wastewater treatment plant in a cold climate region using a moving bed biofilm reactor (MBBR) system. Water Science and Technology, 2000, v. 41, no. 1, pp. 177–185.
4. McQuarrie J. P., Boltz J. P. Moving bed biofilm reactor technology: Process applications, design, and performance. Water Environment Research, 2011, v. 83, no. 6, pp. 560–575.
5. Ødegaard H. Innovations in wastewater treatment: the moving bed biofilm process. Water Science and Technology, 2006, v. 53, no. 9, pp. 7–33.
6. Horn H., Lackner S. Modeling of biofilm systems: A review. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, 2014, v. 146, pp. 53–76.
7. Morgenroth E., Eberl H., Van Loosdrecht M. C. M. Evaluating 3-D and 1-D mathematical models for mass transport in heterogeneous biofilms. Water Science and Technology, 2000, v. 41, pp. 347–356.
8. Morgenroth E., Wilderer P. A. Influence of detachment mechanisms on competition in biofilms. Water Research, 2000, v. 34, pp. 417–426.
9. Henze M., van Loosdrecht M. C. M., Ekama G. A., Brdjanovic D. Biological wastewater treatment: Principles, modelling and design. 1st ed. IWA Publishing, 2008, 528 p.
10. Ødegaard H., Rusten B.; Westrum T. A new moving bed biofilm reactor: Applications and results. Water Science and Technology, 1994, v. 29, no. 10–11, pp. 157–165.
11. Biofilm Reactors. WEF Manual of Practice No. 35. New York: McGraw-Hill, 2010, 565 p.
12. Rittmann B. E., McCarty P. L. Environmental biotechnology: Principles and applications. New York: McGraw-Hill, 2001, 754 p.
13. Wanner O., Eberl H. J., Morgenroth E., Noguera D., Picioreanu C., Rittmann B. E., Loosdrecht M. V. Mathematical modeling of biofilms. IWA Publishing, 2005, 208 p.
14. Tchobanoglous G., Burton F. L., Stensel H. D. Wastewater engineering: Treatment and resource recovery. 5th ed. New York: McGraw-Hill Education, 2014, 2018 p.