Podstawy modelowania matematycznego procesu adsorpcji-biodegradacji w złożach granulowanych węgli aktywnych

Szczególna zdolność złóż sorpcyjnych do zatrzymywania niesionych wraz z wodą mikroorganizmów powoduje wytworzenie na ich powierzchni błony biologicznej i nadanie złożu cech tzw. aktywności biologicznej. Biomasa zasiedlająca stopniowo powierzchnię sorbentu zaburza mechanizm adsorpcji, oddziałując zarówno z adsorptywem jak i z adsorbatem. W pracy omówiono podstawy modeli matematycznych procesu adsorpcji-biodegradacji próbujące opisać to oddziaływanie. W tym celu oparto się na przeglądzie koncepcji profilu stężeń w warstwie granicznej oraz na dyskusji nad szeroko rozumianymi uwarunkowaniami rozwoju błony biologicznej. Do parametrów opisu procesu adsorpcji-biodegradacji zaliczono wielkości charakteryzujące adsorbent, błonę biologiczną, a także parametry opisujące hydraulikę układu. Podkreślono złożoność analizowanego zagadnienia, która powoduje konieczność kalibracji modeli procesu opartej na pośrednim wyznaczaniu wielkości trudno mierzalnych, do których zaliczono wskaźniki związane z dyfuzją substratów przebiegającą w biofilmie.

The specific ability of a sorption bed to retain water-borne microorganisms accounts for the formation of a biofilm on its surface, which then becomes endowed with biological activity. The biomass that gradually colonizes the adsorbent surface disturbs the mechanism of adsorption, thus interacting with both the adsorptive and adsorbate. Our study aimed at describing the mathematical models of the adsorption-biodegradation process which incorporate this interaction. For this purpose, the concept of the concentration profile in the boundary layer was reviewed and the mechanisms involved in the development of the biofilm were analyzed in detail. The quantities characterizing the adsorbent and the biofilm, as well as those describing the hydraulics of the system, were adopted as the parameters of the adsorption-biodegradation process. The complexity of the problem under analysis necessitated the use of a model calibration procedure involving indirect determination of the quantities that were difficult to measure, i.e. those linked with the diffusion of substances in the biofilm. słowa kluczowe polskie: Oczyszczanie wody, węgiel aktywny, adsorpcja, biofilm, biodegradacja, modelowanie matematyczne.