Αξιολόγηση μαθηματικού μοντέλου ADM1 για την προσομοίωση συστήματος αναερόβιας υδρόλυσης πρωτοβάθμιας ιλύος

Αταλιώτης, Δημήτρης; Ataliotis, Dimitris

dc.contributor.author	Αταλιώτης, Δημήτρης	el
dc.contributor.author	Ataliotis, Dimitris	en
dc.date.accessioned	2023-02-09T08:51:02Z
dc.date.available	2023-02-09T08:51:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57114
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24812
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αναερόβια Υδρόλυση	el
dc.subject	Ανάλυση Ευαισθησίας	el
dc.subject	Μοντέλο Αναερόβιας Χώνευσης	el
dc.subject	Βαθμονόμηση Μοντέλου	el
dc.subject	Προσομοίωση Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων	el
dc.title	Αξιολόγηση μαθηματικού μοντέλου ADM1 για την προσομοίωση συστήματος αναερόβιας υδρόλυσης πρωτοβάθμιας ιλύος	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Structural engineering	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-11-18
heal.abstract	Με την παρούσα διπλωματική σκοπός είναι να γίνει προσομοίωση της αναερόβιας υδρόλυσης της πρωτοβάθμιας ιλύος, με στόχο την παραγωγή εύκολα βιοδιασπάσιμου οργανικού άνθρακα ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον βιολογικό αντιδραστήρα για να βοηθήσει την απονιτροποίηση ή ακόμα και την βιολογική απομάκρυνση του φωσφόρου. H πρωτοβάθμια ιλύς έχει πλούσιο οργανικό φορτίο και επομένως αποτελεί ένα ιδανικό υπόστρωμα για την παραγωγή εύκολα βιοδιασπάσιμου οργανικού άθρακα. Το βασικό ερώτημα που τίθεται είναι ποιες είναι οι βελτιστες συνθήκες λειτουργίας μίας μονάδας αναερόβιας υδρόλυσης της πρωτοβάθμιας ιλύος, έτσι ώστε να μεγιστοποιηθεί η παραγωγή πτητικών λιπαρών οξέων. Για να επιτευχθεί το παραπάνω, δημιουργούνται κώδικες ανάλυσης αλγεβρικών και διαφορικών εξισώσεων, έτσι ώστε να γίνει μελέτη της συμπεριφοράς των συστημάτων αναερόβιας υδρόλυσης σε διαφορετικές συνθήκες, θερμοκρασίες, pH, χρόνων παραμονής, αλλά και σε διαφορετική σύσταση ενός μείγματος ιλύος προς επεξεργασία. Στην προσέγγιση της επίλυσης με διάφορες μεθόδους, ως βασικό εργαλείο και πλοηγός χρησιμοποιήθηκε η γλώσσα προγραμματισμού Matlab, για τον λόγο ότι οι εξισώσεις που απαιτούνται χαρακτηρίζονται ως δύσκαμπτες, γεγονός που θα καθιστούσε δύσκολη την επίλυση από το μικρό βήμα άλλων μεθόδων (π.χ. διαφορικές εξισώσεις Runge-Kutta). Όσον αναφορά στο κομμάτι των υπολογισμών της συγκεκριμένης εργασίας, περιλαμβάνει ένα κώδικα εξισώσεων που προέρχονται από το μαθηματικό μοντέλο ADM1 της IWA. Προκειμένου να γίνει ανάλυση του συστήματος της αναερόβιας υδρόλυσης, ο κώδικας τροποποιήθηκε αρκετές φορές. Η πρωταρχική τροποποίηση αφορούσε στην ενσωμάτωση ενός μοντέλου, το οποίο βασίζει την λειτουργία του στην διεπιφάνεια μεταξύ του ASM1 και του ADM1, έτσι ώστε να είναι δυνατή η ολοκληρωμένη ανάλυση στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας των λυμάτων. Έπειτα, γίνεται ανάλυση ευαισθησίας του μοντέλου, με στόχο τη διερεύνηση της επίδρασης των παραμέτρων του μοντέλου στις μεταβλητές εξόδουτης αναερόβιας χώνευσης. Με βάση των πινάκων που προκύπτουν και σε συνδυασμό με τα δεδομένα από πειραματικά αποτελέσματα που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας στα πλαίσια προγενέστερης διπλωματικής εργασίας πραγματοποιείται ρύθμιση και επαλήθευση του μοντέλου για να καταλήξουμε στις βέλτιστες τιμές των παραμέτρων ούτως ώστε το φαινόμενο της αναερόβιας υδρόλυσης να προσομοιάζεται όσο το δυνατόν καλύτερα. Τέλος, ακολουθεί σειρά από προσομοιώσεις για διαφορετικούς χρονους παραμονής και θερμοκρασίες της λειτουργίας της μονάδας αναερόβιας υδρόλυσης από τις οποίες και καταλήγουμε σε ορισμένα εύλογα συμπεράσματα για τις αντιδράσεις που διέπονται σε ένα αναερόβιο σύστημα επεξεργασίας λυμάτων. Από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης προέκυψε ότι όσο αυξάνεται η θερμοκρασία στη δεξαμενή υδρόλυσης, τόσο αυξάνονται οι ρυθμοί της κινητικής ανάπτυξης των μικροοργανισμών που συμμετέχουν στις διεργασίες της αμμωνιοποίησης, υδρόλυσης και οξεογένεσης. Ακόμα, προβληματική όπως φαίνεται και στα αποτελέσματα είναι η συμπεριφορά της αμμωνιοποίησης για σχεδόν όλα τα σενάρια που ελεχθήκαν, καθώς οι ταχύτητες και τα ποσοστά της διατηρούνταν σε πολύ χαμηλά επίπεδα, ακόμα και σε υψηλές θερμοκρασίας (30-35οC) όπου περιμέναμε μια αύξηση, η όποια ήταν πολύ μικρή σε σχέση με αυτή που αναμενόταν. Αυτό, μας δείχνει ότι η αμμωνίοποιηση εξαρτάται σε μεγαλύτερο βαθμό από τον υδραυλικό χρόνο παραμονής (ο οποίος στα σενάρια της προσομοίωσης που ελέχθηκαν δεν ήταν αρκετός για να αποδώσει στο μέγιστο) και πολύ λιγότερο από την θερμοκρασία. Όσον αφορά την διεργασία της αναερόβιας υδρόλυσης, είναι εύλογο να ειπωθεί ότι είναι άμεσα συνυφασμένη με την αύξηση του υδραυλικού χρόνου παραμονής για χαμηλές θερμοκρασίες οι οποίες δεν ξεπερνούν τους 20οC. Επιπλέον, το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε περιείχε μερικές υπερεκτιμήσεις σε ορισμένες διεργασίες σε σχέση με τα πειραματικά αποτελέσματα π.χ. την μεγαλύτερη παραγωγή μερικών οξέων όπως είναι αυτή του οξικού οξέος. Συμπερασματικά, μετά από σύγκριση αποτελεσμάτων από προηγούμενες πειραματικές διερευνήσεις, κατάλήξαμε στο συμπέρασμα ότι οι τρείς δείκτες απόδοσης (υδρόλυσης, οξεογένεσης, αμμωνιοποίησης) που εξετάζουμε, λειτουργούν πιο ισορροπημένα και σε πιο ικανοποιητικό επίπεδο για θερμοκρασία 25οC, σε συνδυασμό με υδραυλικό χρόνο παραμονής στο διάστημα μεταξύ 1-3 ημερών. Υπενθυμίζεται ότι ο δείκτης της αμμωνιοποίησης διατηρείται σε χαμηλά επίπεδα στη προσομοίωση μιας και απαιτείται χρόνος παραμονής πέρα της μιας εβδομάδας για να ξεκινήσουν να ενεργοποιούνται πλήρως οι αναερόβιοι μικροοργανισμοί που θα συμμετάσχουν στην νιτροποίηση-απονιτροποίηση.	el
heal.advisorName	Κωνσταντίνος, Νουτσόπουλος	el
heal.committeeMemberName	Δανιήλ, Μαμάης	el
heal.committeeMemberName	Ευστρατιάδης, Αντρέας	el
heal.committeeMemberName	Κωνσταντίνος, Νουτσόπουλος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	115 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false