Modellering och styrning av ett biologiskt reningsverk



Relevanta dokument
Modellering och styrning av ett biologiskt reningsverk

Modellering och avancerad styrning av ett biologiskt reningsverk

Räkneuppgifter i Vattenreningsteknik - 2

Enkel modellering av ett biologiskt reningsverk

avloppsvattenrening genom reglerteknik Bengt Carlsson Uppsala universitet

Energieffektiv vattenrening

Innehåll. Vad är reglerteknik? Forskning inom processtyrning - Resurseffektiv avloppsvattenrening genom reglerteknik

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening - 1RT361

Statisk olinjäritet. Linjärt dynamiskt system

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening

TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

TENTAMEN i Kommunal och industriell avloppsvattenrening

Utvärdering av driftstrategier för biologiska reningsverk

Q, Sin, Xin=0 Q, S, X S, X. Volym V

TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

TENTAMEN i Vattenreningsteknik 1TV361

Magnus Arnell, RISE Erik Lindblom, Stockholm Vatten och Avfall

5.4.4 Funktionsspecifikation

Effektiv onlinemätning ger energibesparingar och minskade utsläpp

KILENE AVLOPPSRENINGSVERK. Hammarö kommun

Operatörer och användargränssnitt vid processtyrning Datorövning 1 - Reglerteknik

Nordens första anläggningar med aerobt granulärt slam De första resultaten från Strömstad & Tanum

Undersökning av deammonifikationsprocessens optimala uppstartsförhållanden för kväverening av rejektvatten på Ryaverket

Modellering av en Tankprocess

Förbättring av kvävereduktionsprocessen på avloppsreningsverket Lucerna under WTOS-styrning

Instrumentera Rätt På Avloppsreningsverk. Sofia Andersson , NAM19

Reglerteknik M3. Inlämningsuppgift 3. Lp II, Namn:... Personnr:... Namn:... Personnr:...

MATLAB. Python. Det finns flera andra program som liknar MATLAB. Sage, Octave, Maple och...

Anammox - kväverening utan kolkälla. Var ligger forskningsfronten? E. Płaza J.Trela J. Yang A. Malovanyy

REPETITION (OCH LITE NYTT) AV REGLERTEKNIKEN

Är aeroba granuler något för svensk avloppsrening? Britt-Marie Wilén Institutionen för Bygg- och miljöteknik Avdelningen för Vatten Miljö Teknik

Vägen till en förbättrad biologisk rening på ett koksverk. Erika Fröjd, SSAB Oxelösund

Energieffektivare reningsverk

Avloppsrening för att uppnå morgondagens miljömål. Anneli Andersson Chan, Utvecklingschef VA

LUVIT LMS Quick Guide Inlämningsuppgifter

Manual för ett litet FEM-program i Matlab

Går igenom populärversion av aktivt slam. Hur man kontrollerar slam visuellt Vad händer när det blir slamflykt och flytslam Vad bör man tänka på när

Dagens föreläsning (F15)

Spåra källor till dagvattenföroreningar och samtidigt uppskatta tillskottsvattentillflöden?

Inlämningsuppgift 4 NUM131

SÄTTERSVIKENS AVLOPPSRENINGSVERK. Hammarö kommun

ENERGIEFFEKTIVISERING AV LUFTNINGSSTEGET PÅ KÄPPALAVERKET, LIDINGÖ

Bilaga 4, Skapa grafiskt användargränssnitt med guide

MILJÖTEKNIK FÖR BEHANDLING AV AVLOPPSVATTEN

Årsrapport för mindre avloppsreningsverk

Kontrollprogram för Bräcke-Hede Avloppsverk

Systemteknik Inlämningsuppgift 2 Dynamik för biologisk nedbrytning av avloppsvatten

Bilaga 1. Teknisk beskrivning av. Tångens avloppsreningsverk H2OLAND. Mark de Blois/Behroz Haidarian

Informationsmöte på Margretelunds reningsverk. Mikael Algvere AOVA chef

Stockholms framtida avloppsrening MB Komplettering

Hur reningsverket fungerar

Temperaturreglering. En jämförelse mellan en P- och en PI-regulator. θ (t) Innehåll Målsättning sid 2

Införande av kväverening i Örebro

Processidentifiering och Polplacerad Reglering

total trygg het Nyckelfärdiga reningsverk för hushåll

Rötning med inledande termofilt hydrolyssteg för hygienisering och utökad metanutvinning på avloppsreningsverk

Q, Sin, Xin=0 Q, S, X S, X. Volym V

Tentamen del 2 SF1511, , kl , Numeriska metoder och grundläggande programmering

Moodle på Åsö för lärare

Flerdimensionell signalbehandling SMS022

Statens naturvårdsverks författningssamling

En översikt av Kap 7. Tillbakablick, återkoppling Informationsteknologi Reglering av vätskenivån i en tank. Framkoppling. Informationsteknologi

FLÖDESDESIGN VID AVLOPPSRENINGSVERK

Användarhandledning Version 1.2

Utveckling av en energieffektiv luftningsstrategi vid Käppalaverket, Lidingö

Alla filer som bearbetar PHP script ska avslutas med ändelsen.php, exempelvis ska en indexsida till en hemsida heta index.php

Gör så här för att rapportera:

FÖRSTUDIERAPPORT. Behov av investeringar på Ormanäs reningsverk, Mittskåne Vatten. Er referens: Jörgen Lindberg

Linköpings universitet Institutionen för systemteknik (ISY) Fordonssystem. Laborationskompendium Fordonsdynamik TSFS02

Tentamen *:58/ID100V Programmering i C Exempel 3

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

Käppalaverket, Lidingö. Energieffektivitet. Upptagningsområde Käppalaverket. Käppalaverket. VA-mässan september Stockholm

Processtyrning mer än bara tryck och pys

FÖRSÄTTSBLAD TILL TENTAMEN. ELLER (fyll bara i om du saknar tentamenskod): Datum: 16 januari Bordsnummer:

SBR, Effektiv och erfaren

Föreläsning 4. Kö Implementerad med array Implementerad med länkad lista Djup kontra bredd Bredden först mha kö

F13: Regulatorstrukturer och implementering

Laboration 3. Funktioner, vektorer, integraler och felskattning

Årsrapport för mindre avloppsreningsverk

Laboration 3. Funktioner, vektorer, integraler och felskattning

Översikt. Installation av EasyPHP 1. Ladda ner från Jag använder Release Installera EasyPHP.

BIO P PÅ KÄLLBY ARV. Elin Ossiansson Processingenjör

KÄLLBY AVLOPPSRENINGSVERK

Bio P nätverket Var kom det ifrån och vart är vi på väg?

Innehåll 1. Om ScandLarm Air Ladda ner App Starta kontrollpanel Konfigurera App till kontrollpanelen

HÅVA. Hållbarhetsanalys av värmeåtervinning ur avloppsvatten Magnus Arnell November Hållbart samhälle Urban Water Management

Kursinformation Grundkurs i programmering med Python

Välkommen till. Datastrukturer, algoritmer och programkonstruktion. eller DOA

Luftflödesstyrning på Käppalaverket utvärdering av konstanta styrsignaler

Syftet med den här laborationen är att du skall bli mer förtrogen med följande viktiga områden inom matematisk statistik

INFORMATION PROCESS-INSTRUMENT NITRAT NISE SC / NITRATAX SC NYHET! Exakt rätt. Nitratgivare med UV- och ISE-teknik

Värmedistribution i plåt

Tentamen i Beräkningsvetenskap I och KF, 5.0 hp,

Dugga Datastrukturer (DAT036)

TDDC74 Programmering: Abstraktion och modellering Datortenta , kl 14-18

Bränsleanalys och rökgaskalkyl. Oorganisk Kemi I Föreläsning

ENVISYS HÖSTMÖTE I LUND, ENVISYS HÖSTMÖTE I LUND,

Introduktion till Matlab

Laboration Fuzzy Logic

Gemensamt projekt: Matematik, Beräkningsvetenskap, Elektromagnetism. Inledning. Fysikalisk bakgrund

Transkript:

Mål Modellering och styrning av ett biologiskt reningsverk Efter att ha genomfört denna uppgift ska du ha lärt dig att bygga mera komplexa dynamiska modeller och att simulera dessa med hjälp av Matlab och dess inbyggda differentialekvationslösare. Vidare skall du ha provat olika sätt att styra syrehalten i de aeroba tankarna. Inledning I denna inlämningsuppgift skall den modell som byggdes i inlämningsuppgift 2 användas och utökas med några nya moduler. För att minska risken för felkodning och även bespara er arbete, skall ni använda en redan färdig reaktormodell som finns att ladda ner på hemsidan. Deluppgift 1 går ut på att undersöka syrekoncentrationens betydelse för den totala kvävereduktion i verket. Deluppgift 2-4 behandlar den nya utökade modellen. Använd i alla uppgifter i total slamålder på 7 dygn, Q r = 0.5Q in och Q intr = 2Q in. Reaktormodell Den givna reaktormodellen asm1mod.m finns att ladda ner på hemsidan. Reaktormodellen används i den modell som beskriver verket och som tillkallas av Matlab-lösaren. För att använda reaktormodellen krävs att man skriver modellen för hela verket på ett speciellt sätt. Reaktormodellen beskriver endast vad som händer i reaktorn, d v s hydrauliska och biokemiska reaktioner. Modellen är skriven så att det går att definiera ett godtyckligt antal inflöden till modellen. Detta kan utnyttjas för inflöde, returslamflöde och internrecirkulation, men kan även utnyttjas för att beskriva andra flöden, t.ex. extern koldosering. Syntax för reaktormodellen: dxdt=asm1mod(x, [xin1 xin2 xin3],[qin1 qin2 qin3], par, V, Kla, SO_sat,flag); där X är tillståndsvektorn, [xin1 xin2 xin3] är koncentrationerna i respektive inflöde [qin1 qin2 qin3] till reaktorn. I par finns de 19 parametervärdena i en speciell ordning. V är reaktorns volym och Kla är lufttillsättning. SO_sat är det aktuella värdet för syremättnad. Flaggan flag används för att aktivera syredynamiken. Om flag>0 är dynamiken aktiverad, om flag=0 är dynamiken inte aktiv. Om syredynamiken inte är aktiv är det viktigt att initialvärdena motsvarar de önskade syrehalterna i respektive reaktor. Nedan följer ett exempel hur modellen för inlämningsuppgift 2 skulle ha sett ut om du använt reaktormodellen asm1mod.m: function dxdt=model2_ideal(t,x); % oxygen dynamics 1

do=0; % do > 0 : oxygen dynamics; do = 0: no dynamics % parameters par(1)=0.67;par(2)=0.24;par(3)=0.08;par(4)=0.086;par(5)=0.06;par(6)=6; par(7)=0.62;par(8)=20;par(9)=0.2;par(10)=0.5;par(11)=0.8;par(12)=0.2; par(13)=0.4;par(14)=1;par(15)=0.8;par(16)=0.08;par(17)=3;par(18)=0.03; par(19)=0.4; % influent concentrations xin(1)=20; xin(2)=125; xin(3)=60; xin(4)=175; xin(5)=20; xin(6)=0; xin(7)=0; xin(8)=1; xin(9)=30; xin(10)=5; xin(11)=5; xin=xin ; % transpose into a column vector % flow rates and volumes qin=20000; qret=qin*0.5; qrec=qin*2; V1=2000; V2=6000; Vtot=V1+V2; % thinkening factor and sludge age - ideal settler SA=7; gamma=ones(11,1); gamma([3:6 11])=(qin+qret-Vtot/SA)/qret * ones(1,5); % particulate states are thickened gamma(7)=0; % DO concentration in return sluge flow = 0. % Kla parameters k1=300; k2=-0.42; %------------------------ TANK 1, ANOXIC ZONE-------------------------------% % DO-controller tank 1 dipart1=0; % not used since there is no aeration in tank 1 % derivatives tank 1 dxdt1=asm1mod(x(1:11), [xin X(12:22).*gamma X(12:22)], [qin qret qrec],par,v1,0,9.5,do); %------------------------ TANK 2, AEROBIC ZONE I ----------------------------% % DO-controller tank 2 ipart2=x(24); K2=1; Ti2=0.1;Soref2=2; e2=(soref2-x(18)); dipart2 = K2/Ti2*e2; u2=k2*e2+ipart2+0.27; if u2 > 1 u2=1; elseif u2 < 0 u2=0; end qair2=u2*7; Kla2=k1*(1-exp(k2*qair2)); So_sat=9.5; % derivatives tank 2 dxdt2=asm1mod(x(12:22),[x(1:11)], [qin+qret+qrec], par, V2, Kla2, 9.5,do); 2

%--------------------- RETURN DERIVATIVES -----------------------------------% % derivatives all tanks dxdt=[dxdt1 dxdt2 dipart1 dipart2] ; Modellen anropas med: [t, y] = ode15s( model2_ideal,[0 100],x0); Notera att initialvektorn har 24 element, d v s 11 för resp. reaktor och två för regulatorerna. Uppgifter 1) Använd modellen som du byggde i inlämningsuppgift 2 (med syrereglering) för att se hur syrehalten i den aeroba tanken påverkar den totala kvävereduktionen i det biologiska steget vid konstanta förhållanden (se tabell 1, inlämningsuppgift 2). Detta kan undersökas genom att börvärdet för syrehalten sätts till 0.5, 1.0,... 4.5, 5.0, simulera systemet och därefter studera hur den totala kvävekoncentrationen (S NO + S NH + S ND ) i den aeroba tanken beror av syrehalten. Försäkra dig om att du har nått stationäritet för varje börvärde på syret. Skriv lämpligen en m-fil som sätter börvärdet, kör simuleringen i förslagsvis 50 dagar samt sparar undan sista värdet för S NO, S NH och S ND. Plotta sedan börvärdet för syrekoncentrationen mot den total kvävekoncentration i aeroba tanken och kommentera resultatet. Vid vilken syrehalt skall man driva verket, om man bara skall minimera den totala halten utgående kväve? Kan du nämna några andra viktiga faktorer som spelar in då man bestämmer lämplig syrehalt i den aeroba reaktorn? 2) Komplettera modellen i inlämningsuppgift 2 så att den aeroba reaktorn delas upp i tre lika stora tankar på vardera 2000 m 3, allt enligt Figur 1. Q in Q intr Ideal sedimentering Anox Q w + Q e Q r Figur 1: Det simulerade reningsverket I övrigt gäller samma förutsättningar som i inlämningsuppgift 2 vad gäller karakterisering av inkommande vatten, parametervärden samt modellbeskrivning för respektive tank. Utelämna syredynamiken och sätt ds O = 0 i alla tankarna och håll 0 mg (-COD)/l i den anoxa och 2 mg 3

Anox reaktor reaktor 1 reaktor 2 S I 20 20 20 S S 7.4 3.9 2.6 X IP 1555 1557 1559 X S 70.7 39.2 22.8 X BH 1446 1459 1461 X BA 52.7 53.3 53.7 S O 0.0 2.0 2.0 S NO 0.8 3.8 6.6 S NH 8.8 5.0 2.5 S ND 0.7 1.0 0.9 X ND 3.8 2.4 1.6 Tabell 1: Steady state värden vid slamålder 7 dagar. (-COD)/l i de aeroba. Du kan nu kontrollera att du har implementerat en riktig modell genom att jämföra dina värden med de värden som anges i Tabell 1. 3) Anta samma resonemang för syreöverföring som i inlämningsuppgift 2 och styr syrehalten i de aeroba tankarna enligt den regleralgoritm som användes i föregående inlämningsuppgift till ett börvärde på 2.0 mg (-COD)/l. Det är därför lämpligt att använda sig av samma numeriska algoritm som i inlämningsuppgift 2, ode15s. Kan man se några skillnader på resultaten om man använder en totalomrörd aerob tank (inlämningsuppgift 2) eller tre mindre totalomrörda tankar? Förutsätt konstanta förhållanden (se tabell 1, inlämningsuppgift 2). Lämpliga offset värden för syreregulatorerna är: 0.27, 0.17 och 0.12. 4) Eftersom reningsverk har en varierande belastning kan det finnas skäl att anta att behovet av syre kommer att variera under dygnet. Vi har tidigare sett att det är framför allt nitrifikationen som kräver syre och därför kan det vara lämpligt att försöka styra syrehalten i den sista aeroba tanken genom att vi låter börvärdet till syreregulatorn variera beroende på den aktuella ammoniumkoncentrationen i tanken. Detta innebär att om nitrifikationen har gått långt i de två första aeroba tankarna (d v s låg S NH koncentrationen i flödet mellan de två sista reaktorerna) kommer behovet av syre att minska i den tredje aeroba tanken och energi kan sparas. Denna typ av reglering brukar kallas kaskadreglering och är ofta enkel att implementera. Utöka modellen med en kaskadreglering för syrehalten i den sista aeroba tanken. I vårt fall kan börvärdet för syrehalten i den tredje aeroba tanken bestämmas som en faktor av skillnaden mellan uppmätt och önskad ammoniumkoncentration: S O,ref = K(S NH α) (1) där K är en förstärkningsfaktor (lämpligt värde = 0.25) och α är önskad ammoniumhalt. Dock är det inte lönt att kräva en lägre ammoniumhalt än 1.0 mg N/l i den sista reaktorn. Vidare kan det vara en bra idé att begränsa 4

syrehalten till minst 0.5 mg (-COD)/l (omrörningen i en verklig reaktor ombesörjs av luftningen) och max 5 mg (-COD)/l (högre syrehalt är knappast ekonomiskt försvarbar). Vilka är fördelarna med denna typ av reglering? Kan du se speciella fördelar i fallet när man har en fördenitrifikationsprocess? Förutsätt konstanta förhållanden (se tabell 1, inlämningsuppgift 2). 5) Använd samma profil för inkommande avloppsvatten som i deluppgift 4, inlämningsuppgift 2 (kör variationen av inkommande S NH och Q in samtidigt) och notera hur syrehalten varierar i den sista aeroba tanken. Kommer en kaskadreglering m.h.a. ammoniumhalten i sista tanken att ge minskade eller ökade energikostnader? Jämför resultaten med och utan kaskadreglering (börvärdet för ammonium konstant lika med 1.0 mg N/l i fallet med kaskadreglering och börvärdet för syre konstant lika med 2.0 mg (-COD)/l i fallet utan kaskadreglering). Redovisning Redovisning av uppgiften kan ske antingen genom e-mail eller traditionell inlämning på papper. Om rapporten lämnas via e-mail (som en s k attached file ) så krävs att den är skriven i Word. Rapporten skall innehålla programutskrifter av era m-filer (kommenterad kod!), lämpliga Matlab-grafer samt beskrivande kommentarer och diskussion av resultaten. Då inlämningsuppgifterna ligger till grund för godkännande på kursen är dessa individuella, vilket innebär att alla kursdeltagare skall lämna in en personlig rapport. Sista inlämningsdatum är fredagen den 31 januari 2003. Rapporter via e-mail skickas till: jon.bolmstedt@iea.lth.se Jon Bolmstedt kommer att finnas tillgänglig för frågor angående uppgiften på torsdagar mellan kl. 10.30 och 12.30 på sitt tjänsterum. Om du är i behov av assistans vid andra tidpunkter går det bra att söka upp Jon (men ingen garanti finns att han är tillgänglig just då). Ännu bättre är att skicka eventuella frågor via e-mail så blir dessa besvarade så fort som möjligt. 5