Kanalizacja grawitacyjna jako system transportu oraz przemian biochemicznych ścieków

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.