Διερεύνηση εναλλακτικών μεθόδων ελέγχου του συστήματος αερισμού εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων μέσω μαθηματικής προσομοίωσης

Μεγαγιάννη, Μαρία; Megagianni, Maria

dc.contributor.author	Μεγαγιάννη, Μαρία	el
dc.contributor.author	Megagianni, Maria	en
dc.date.accessioned	2020-03-29T22:25:47Z
dc.date.available	2020-03-29T22:25:47Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49952
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17650
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων	el
dc.subject	Σύστημα ελέγχου του αερισμού	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Ενεργειακή κατανάλωση	el
dc.subject	Εκπομπές υποξειδίου του αζώτου	el
dc.subject	Wastewater treatment plants	en
dc.subject	Aeration control system	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Energy consumption	en
dc.subject	Nitrous oxide's emissions	en
dc.title	Διερεύνηση εναλλακτικών μεθόδων ελέγχου του συστήματος αερισμού εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων μέσω μαθηματικής προσομοίωσης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υδραυλική μηχανική-Περιβάλλον	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-03-09
heal.abstract	Στόχο της παρούσας εργασίας αποτέλεσε η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας εναλλακτικών μεθόδων ελέγχου του συστήματος αερισμού εγκαταστάσεων επεξεργασίας λυμάτων μέσω μαθηματικής προσομοίωσης με κριτήρια την ποιότητα εκροής, την ενεργειακή κατανάλωση και τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου. Το μοντέλο ενεργού ιλύος που χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση αποτελεί τροποποίηση του διεθνώς αναγνωρισμένου ASM1 της Διεθνούς Επιτροπής Νερού (IWA) και είναι ενσωματωμένο σε ένα ολοκληρωμένο μοντέλο που προσομοιώνει τη λειτουργία μιας Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων, το οποίο έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ. Στο ολοκληρωμένο μοντέλο, το οποίο αναπτύσσεται με τη χρήση της FORTRAN, περιγράφεται αναλυτικά η χρονική μεταβολή της συγκέντρωσης κάθε παραμέτρου του μοντέλου σε κάθε υπομονάδα της εγκατάστασης. Με την εφαρμογή του μοντέλου είναι δυνατός ο υπολογισμός των ποιοτικών χαρακτηριστικών των επεξεργασμένων λυμάτων και της παραγόμενης ιλύος, η καταναλισκόμενη και παραγόμενη ενέργεια, καθώς επίσης και οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε κατάλληλη τροποποίηση-συμπλήρωση του ανωτέρω ολοκληρωμένου μοντέλου προκειμένου να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα διαφόρων εναλλακτικών μεθόδων ελέγχου του συστήματος αερισμού. Στα σενάρια τα οποία εξετάστηκαν ο έλεγχος του συστήματος αερισμού πραγματοποιήθηκε με κατάλληλη ρύθμιση της ταχύτητας μεταφοράς οξυγόνου με βάση την επιθυμητή συγκέντρωση ελέγχου του διαλυμένου οξυγόνου ή/και του αμμωνιακού αζώτου στα αεριζόμενα διαμερίσματα ενός συστήματος ενεργού ιλύος. Όλα τα σενάρια μελετήθηκαν σε δυναμικές συνθήκες φόρτισης μίας εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων για δύο τιμές του χρόνου παραμονής στερεών (5d και 10d). Με βάση τα αποτελέσματα της μαθηματικής προσομοίωσης προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα: • Η μέθοδος αναλογικού ελέγχου (proportional control) είναι η πιο ικανοποιητική ως προς τη διατήρηση του διαλυμένου οξυγόνου στα επιθυμητά επίπεδα χωρίς έντονες διακυμάνσεις, γεγονός που συνεπάγεται πολλά οφέλη για το σύστημα ελέγχου του αερισμού. Αντίθετα, η μέθοδος διακοπτόμενης λειτουργίας (on/off control) οδηγεί σε έντονες διακυμάνσεις της συγκέντρωσης ελέγχου του διαλυμένου οξυγόνου, κυρίως όταν το χρονικό βήμα ρύθμισης της ταχύτητας μεταφοράς οξυγόνου έιναι μεγαλύτερο από 1min. Αυτό οδηγεί σε διαταραχές στην πραγματοποίηση των βιοχημικών διεργασιών και σε επακόλουθες αστοχίες του συστήματος ελέγχου του αερισμού. • Για επαρκή χρόνο παραμονής στερεών (SRT=10d) υπάρχουν περιθώρια μείωσης της επιθυμητής συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου από 2 mg/L σε 1,5 mg/L σε κάθε αεριζόμενο διαμέρισμα του βιοαντιδραστήρα. Οι τιμές διαλυμένου οξυγόνου που είναι πάνω από 2 mg/L όχι μόνο δεν είναι αναγκαίες στην περίπτωση αυτή, αλλά προκαλούν και διαταραχές στην ισορροπία του συστήματος. • Για μικρό χρόνο παραμονής στερεών (SRT=5d) απαιτούνται τιμές διαλυμένου οξυγόνου πάνω από 2 mg/L. • Ενδιαφέρουσες βελτιστοποιήσεις παρουσιάζονται σε περιπτώσεις διατήρησης διαφορετικών επιπέδων διαλυμένου οξυγόνου με μειωτική τάση από διαμέρισμα σε διαμέρισμα. • Η ενσωμάτωση της συγκέντρωσης ελέγχου του αμμωνιακού αζώτου στο σύστημα ελέγχου βελτιώνει την ποιότητα εκροής όταν αυτό είναι αναγκαίο και δημιουργεί μεγαλύτερα περιθώρια ασφαλείας κατά τη λειτουργία ενός συστήματος ενεργού ιλύος. Λέξεις κλειδιά: Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων, βελτιστοποίηση, σύστημα ελέγχου του αερισμού, ενεργειακή κατανάλωση, ASM1, εκπομπές υποξειδίου του αζώτου, συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου, χρόνος παραμονής στερεών, έλεγχος αμμωνιακού αζώτου, ποιότητα εκροής, βιοαντιδραστήρας, νιτροποίηση, απονιτροποίηση	el
heal.abstract	The aim of this diploma thesis was the evaluation of the effectiveness of alternative methods for the Wastewater Treatment Plants’ aeration control system via mathematical simulation according to specific criteria; the effluent quality, the energy consumption and the greenhouse gas (GHG) emissions. The activated sludge model that was used for the simulation, is a modification of the internationally recognised ASM1 of International Water Association (IWA) and is incorporated in a full featured model that simulates the operation of a Wastewater Treatment Plant and is developed in the Sanitary Engineering Laboratory of NTUA. In this complete model, simulated in FORTRAN, is described extensively the temporal change in the concentration of every model’s parameter in every part of the plant. With the implementation of the model, the quality features of the treated wastewater and the sludge produced, as well as the consumed and produced energy and the greenhouse gas emissions can be calculated. In the frame of this work, the proper modification-supplementation in the above complete model was carried out in order to be investigated the effectiveness of different alternative aeration system control methods. In the scenarios that were investigated the control of the aeration system was carried out with the appropriate calibration of the Volumetric Oxygen Transfer Coefficient in accordance with the intended set-point for the dissolved oxygen or/and the ammoniacal nitrogen in the aerated compartments of an activated sludge system. All the scenarios were tested in dynamic loading states of a waste water treatment plant for two different Solids Retention Time values (5d and 10d). According to the results of the mathematical simulation, the most notable conclusions are the following: • The method of proportional control is the most satisfactory as for the maintenance of the dissolved oxygen concentration in the intended levels without significant variations and it results to many benefits in the aeration control system. Conversely, the method of on/off control results to strong fluctuations of the dissolved oxygen concentration, especially when the Volumetric Oxygen Transfer Coefficient’s calibration time step is longer than 1min. It leads to disturbances in biochemical processes and subsequent failures in the aeration control system. • For adequate Solids Retention Time (SRT=10d) the dissolved oxygen’s concentration can be reduced from 2 mg/L to 1.5 mg/L in every aerated compartment of the bioreactor. Values of dissolved oxygen greater than 2 mg/L not only are useless in this occasion, but also disturb the system’s balance. • For short Solids Retention Time (SRT=5d) is required concentration of dissolved oxygen greater than 2 mg/L. • Interesting optimizations are presented in scenarios with different concentration of dissolved oxygen in each compartment with downward trend from the one compartment to the next one. • The inclusion of the ammoniacal nitrogen’s control concentration in the control system improves the effluent quality when it is required and increases the safety margins for the operation of an activated sludge system. Key words: Wastewater Treatment Plants, optimization, aeration control system, energy consumption, ASM1, nitrous oxide’s emissions, dissolved oxygen’s concentration, Solids Retention Time, ammoniacal nitrogen control, effluent quality, bioreactor, nitrification, denitrification	en
heal.advisorName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	132 σ.
heal.fullTextAvailability	false