Biyolojik Aşırı Fosfor Gideren Sistemlerde Fosfor Ve Glikojen Depolayan Organizmaların Metabolik Ve Matematik Modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada, biyolojik aşırı fosfor giderimi (BAFG) için işletilen ve farklı VFA/fosfor oranlarında asetat ve propiyonatın karbon kaynağı olarak kullanıldığı iki ardışık kesikli reaktörden elde edilen veriler glikojen depolayan organizmalar (GDO) ve fosfor depolayan organizmalar (PAO) arasındaki rekabet açısından değerlendirilmiştir. BAFG verimi ve polihidroksialkanoat (PHA) kompozisyonu üzerine P/VFA oranı, VFA tipi ve pH’ın etkisi belirlenmiştir. Fosfor ve glikojen depolayan organizma karışık kültürünün anaerobik koşullarda asetat alımı için bir metabolik model önerilmiştir. Bu model, FDO’ların PHA sentezini gerçekleştirmek üzere gerekli indirgeme kuvvetlerini glioksilat metabolik yolunu kullanarak elde edebilecekleri esasına dayanmaktadır. Bu nedenle model değişken stokiyometriye sahiptir. Önerilen model deneysel sonuçlar ile test edilmiş ve doğrulanmıştır. Ayrıca, biyolojik aşırı fosfor giderimi açısından Aktif Çamur Modeli No.2d’nin öngörü kabiliyeti değerlendirilmiştir. Biyolojik aşırı fosfor gideriminin modellenmesi, asetat için rekabet eden glikojen ve fosfor depolayan organizmaların mekanistik ifadesi ve daha sonra glikojen metabolizmasının modele ilave edilerek geliştirilmiştir. Önceden geliştirilen metabolik kavram ve modellere dayanılarak karışık kültürler için yeni bir proses stokiyometrisi tanımlanmıştır.

In this study, data obtained from two sequencing batch reactors operated for enhanced biological phosphorus removal (EBPR) with acetate and propionate as the sole carbon sources at different influent VFA/phosphate ratios were evaluated in terms of the competition between glycogen accumulating (GAOs) and phosphorus accumulating organisms (PAOs). Effect of P/VFA ratio, VFA type and pH on EBPR performance and polyhydroxyalkanoates (PHA) composition are determined. A new metabolic model is proposed for acetate uptake by a mixed culture of phosphate and glycogen accumulating organisms (PAOs and GAOs) under anaerobic conditions. The model uses variable overall stoichiometry based on the assumption that PAOs may have the ability of using the glyoxylate pathway to produce the required reducing power for polyhydroxyalkanoates (PHA) synthesis. The proposed model is tested and verified by experimental results. Furthermore, the prediction capability of Activated Sludge Model No.2d (ASM2d) is evaluated for the enhanced biological phosphorus removal (EBPR) performance. In order to improve the modeling of enhanced biological phosphate removal, the mechanistic description of a mixed culture of PAOs and GAOs competing for acetate, and glycogen metabolism are introduced to the recent mathematical model. A new process stoichiometry is defined for the mixed culture based upon previously developed metabolic concepts and models.