Modellering och simulering av rötningsprocesser Dr Ulf Jeppsson Div of (IEA) Dept of Measurement Technology and Industrial Electrical Engineering (MIE) Faculty of Engineering,
Presentationens innehåll Bakgrund om modeller Anaerobic Digestion Model No 1 Behov av vidareutveckling Exempel på tillämpning Slutsatser
Matematiska modeller för AD En mängd enklare steady-state modeller (kan för vissa syften fungera tillfredsställande, om stabil process) Två dominerande dynamiska modeller idag: Siegrist et al. (1993; 2002) EAWAG, Schweiz Batstone et al. (2002) IWA Task Group ADM1 Siegrist något enklare (fokus på primärslam). ADM1 finns idag implementerad i de flesta kommersiella simuleringsplattformar
Syfte med dynamiska AD modeller Ökad förståelse av processen Övervakning, early-warning system Reglering, on-line Processoptimering Integrera AD med övriga processer Kunskapsplattform Kunskapsöverföring
Tidskriftspublikationer AD modellering 1972 2004
ADM1 State-of-the-art men komplicerad 32 tillståndsvariabler, ca 100 parametrar Komplett COD, C och N beskrivning Vätska-gas-vätska interaktion ph modelleras Syra-bas balanser (dynamiskt) Inhibering (ph, ammonia, väte etc) Visst temperaturberoende
ADM1 5 huvudprocesser: Disintegration Hydrolys Acidogenesis Acetogenesis Methanogenesis Beräknar gasflöden (CH 4, CO 2, H 2, H 2 O), utgående slamkarakteristik, etc.
ADM1
Begränsningar ADM1 (delvis åtgärdade) Svår att implementera korrekt från scratch Långa simuleringstider i dynamiska fall Komplicerad karaktärisering av inkommande slam Viss obalans för bevarande av massa Svårt att integrera modellen med andra WWT processer (Sulfatreduktion) Osäkerhet avseende default parametervärden Saknar inorganiskt partikulärt material för korrekt TSS
Begränsningar ADM1 Ej temperaturberoende kinetik inom resp mesofil och termofil rötning Acidogenesis av glukos oberoende av andra faktorer Svavelmodellering saknas Fosformodellering saknas Saknar metaller, kalcium, fällning, struvit etc Flera inhiberingsfaktorer (sulfid, LCFA etc) Huvudsakliga erfarenheter från primär/sekundär slam
Integrerade WWTP modeller Inkludera AD process vid simulering av WWTP Optimera hela verket, ex avseende energi Undvik suboptimering Modellgränssnitt AS-AD-AS Specifika gränssnitt: ASMx < > ADM1 Generell metodik CBIM continuity-based interface modelling Supermodeller
IWA Benchmark Simulation Model no2
Energi i fokus (vattenkvalitet fokus nr 1) Åtgärder för ökat gasutbyte Samrötning av flera substrat Maximera belastning Serie- eller parallellsystem Mesofil eller termofil rötning Samordning med hygienisering Kompletterande modeller för energikonsumtion och produktion behövs: värmeväxlare, värmepump, gasmotor, värmeläckage etc
Samrötning av olika substrat Allt viktigare område Inga direkta problem för AD modellen Kräver karaktäriseringsmetoder och samhörande modellgränssnitt Behov av modellkalibrering Samma principer avseende förbehandling av slam
Ex samrötning (gödsel & köksavfall) gödsel köksavfall Beräkning av protein, kolhydrat och fettinnehåll baserat på traditionella mätningar av COD, kväve etc.
Ex samrötning (gödsel & köksavfall) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Co-digestion (simulation) Co-Digestion (data) Manure Only (simulation) Manure Only (data) 7.4 7.3 7.2 7.1 7 6.9 6.8 6.7 6.6 6.5 0 20 40 60 80 100 120 days 0 20 40 60 80 100 120 days Modellberäkning av gasproduktion och ph för varierande input jämfört med verkliga data (labskala)
Ex samrötning (gödsel & köksavfall) Gas flow rate (m 3 /d) Kitchen waste ratio HRT days Optimering avseende blandning och uppehållstid
Ex samrötning (gödsel & köksavfall) Methane flowrate (m 3 /d) Kitchen waste ratio HRT days Optimering avseende blandning och uppehållstid
Slutsatser ADM1 är grunden till ett utmärkt verktyg för t ex processoptimering och förklaringsmodeller Modellen allmänt tillgänglig för många Behöver kompletteras avseende P, S, metaller, fällning, temperatur etc Vissa problem att integrera med andra processmodeller Karaktärisering av inkommande substrat svårt Mer praktisk tillämpning och erfarenhet behövs
Tack för Eder uppmärksamhet! Frågor?!