Modele komputerowe dla wspomagania dawkowania zewnętrznego źródła węgla w oczyszczalniach ścieków. Plan prezentacji

Transkrypt

1 Gdańsk-Pomlewo, kwietnia 212 r. Modele komputerowe dla wspomagania dawkowania zewnętrznego źródła węgla w oczyszczalniach ścieków Jacek Mąkinia Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Plan prezentacji Podstawowe pojęcia Budowa modelu części biologicznej Organizacja badań symulacyjnych Badania symulacyjne w OŚ Gdańsk-Wschód przykład Plan badań symulacyjnych w Łodzi, Poznaniu i łupsku Dalsze plany badań symulacyjnych Od systemu rzeczywistego do symulacji komputerowej (1) 1

2 Od systemu rzeczywistego do symulacji komputerowej (2) Zalety i wady symulacji komputerowej ZALETY daje często znaczne oszczędności w nakładach finansowych, umożliwia badanie ogromnych systemów, gdzie prowadzenie badań rzeczywistych nie byłoby możliwe, pozwala na ściśnięcie czasu WADY wyniki symulacji nie są lepsze od modelu matematycznego i rzeczywistych pomiarów, konieczność walidacji!!! Model części biologicznej oczyszczalni ścieków MODEL YTEMU OADU CZYNNEGO MODEL HYDRAULICZNY trefa beztlenowa trefa anoksyczna trefa tlenowa MODEL EDYMENTACJI/ KLAROWANIA Dopływ MODEL KOMORY MODEL KOMORY MODEL KOMORY Odpływ MODEL DOPŁYWU (Charakterystyka dopływających ścieków) MODEL KOMORY MODEL PRZEPŁYWU MODEL (np. przepływ tłokowy, TEMPERATURY pełne wymieszanie) MODEL OADU CZYNNEGO techiometria procesu Kinetyka procesu MODEL TRANFERU TLENU Warunki lokalne w komorze (np. stężenie O2, temperatura) 2

3 dsal, H A H A H H XB A XB H H H,,,, b, H h X b, H O h O, H O,,,, b, H O, H O, H O,, NO NO NO Elementy modelu systemu osadu czynnego Model biokinetyczny (model procesu osadu czynnego) Model hydrauliczny Model hydrodynamiczny Model dopływu Model osadnika Model transferu tlenu 7 Przykład modelu biokinetycznego AM1 Component i Process j Aerobic growth of heterotrophs kładniki modelu (zmienne stanu) I XI X Xb,H Xb,A XP O NO NH ND XND ALK Process Rate, ρj [ML - T -1 ] 1 Y 1 1- Y Y H -ixb i XB 14 $ µ H K + O K O H + O X b H Procesy biologiczne Anoxic growth of heterotrophs Aerobic growth of autotrophs 1-Y 1 Y H Y Y Y Decay of heterotrophs 1-fp -1 fp ixb- Współczynniki stechiometryczne fpixp -ixb 1 i Y A Ammonification of soluble organic nitrogen Hydrolysis of entrapped organics 1-1 Hydrolysis of entrapped organic nitrogen Observed conversion rates (ML - T - 1 ) r i = ν i j ρ j 1 Y 1 Y Y i 14 Decay of autotrophs 1-fp -1 fp ixbfpixp $ µ K + η g X b H i x 1 NH - - $ µ A 1b 7Y A K NH + NH 4 b H X b H b A X b A k a ND X b H k X X + ( / ) K X X K X ND 1-1 ρ 7 X + / + η K O H K O H + O K O A + X K K + NO K NO + NO O K X b A + Kinetyka procesów Porównanie modeli biokinetycznych MODEL PROCE 2-step AM1 AM Mantis Mantis Fermentacja Nitrifyfikacja/denitryfikacja 2-stopniowa nitryfikacja NO-N jako biogen (synteza) Magazynowanie substratu Zużycie/produkcja zasadowości Biologiczne usuwanie P Chemiczne usuwanie P Zależność temperaturowa X* X* - nie jest częścią orginalnego modelu, ale została uwzględniona w programie GP-X AM2d New General 9

4 Elementy modelu systemu osadu czynnego Model biokinetyczny (model procesu osadu czynnego) Model hydrauliczny Model hydrodynamiczny Model dopływu Model osadnika Model transferu tlenu 1 Ogólny model hydrauliczny systemu osadu czynnego 11 Przykłady systemów osadu czynnego dla zintegrowanego usuwania CNP A 2 /O (-stopniowy Bardenpho) Modified UCT (MUCT) Johannesburg (JHB) VIP (Virginia Initriative Plant) UCT (University of Cape Town) Biodenipho trefa beztlenowa trefa anoksyczna trefa tlenowa 12 4

5 Elementy modelu systemu osadu czynnego Model biokinetyczny (model procesu osadu czynnego) Model hydrauliczny Model hydrodynamiczny Model dopływu Model osadnika Model transferu tlenu 1 Model hydrodynamiczny reaktora Reaktor o przepływie tłokowym Concentration Impulse function C1 1τ Time Concentration tep function C1 1τ Time Reaktor o pełnym wymieszaniu Concentration Impulse function C1 1τ Time Concentration tep function C1 1τ Time Reaktor o przepływie rzeczywistym Concentration Impulse function C1 1τ Time Concentration tep function C1 1τ Time 14 Elementy modelu systemu osadu czynnego Model biokinetyczny (model procesu osadu czynnego) Model hydrauliczny Model hydrodynamiczny Model dopływu Model osadnika Model transferu tlenu 15 5

6 Frakcje ChZT (1) Całkowite ChZT Związki organiczne ulegające biodegradacji Biomasa Xb,H Związki organiczne nie ulegające biodegradacji Łatwo rozkładalne Wolno rozkładalne X Rozpuszczone I Zawiesinowe XI Złożone substraty Lotne kwasy tłuszczowe F A Frakcje ChZT (2) kładniki modelu Wielkości mierzone ChZTX XI XH cz.org. ZO ChZTfilt. X F A I próbka filtrowana ChZT rozpuszczone ChZT BZT5 BZTcałk Wartości typowe i zakresy frakcji ChZT Frakcja Łatwo rozkładalna Nierozkładalna, rozpuszczona Nierozkładalna, zawiesinowa Wolno rozkładalna ymbol Wartość typowa (% ChZT) Zakres (% ChZT) I X I X

7 Frakcje N (1) N ogólny NOX-N NO NH4-N NH4 N organiczny Ulegający biodegradacji Nie ulegający biodegradacji Rozpuszczony Rozpuszczony ND Zawiesinowy XND NI Zawiesinowy XNI Frakcje N (2) XN,XH = in,x XH estymacja XN,XA = in,bm XA XN,XPAO= in,b M XPAO XN,X = in,x X XN,XI = in,xi XI N zawiesinowy N,I = in,f I N,F = in,f F TKN (lub Ncałk..) (pomiar lub korelacja z NH4 pomiar NH4 N rozpuszcz. założenie ( ) NO Frakcje P (1) P ogólny PO4-P PO4 P organiczny Ulegający biodegradacji Nie ulegający biodegradacji Rozpuszczony Rozpuszczony Zawiesinowy Zawiesinowy 7

8 Frakcje P (2) estymacja X P,XH = i P,X X H XP,XA = ip,bm XA XP,XPAO= ip,bm XPAO XP,X = ip,x X XP,XI = ip,xi XI P zawiesinowy P,I = ip,i I P,F = ip,f F Pcałk. (pomiar lub korelacja z PO4) pomiar PO4 P rozpuszcz. Wytyczne TOWA (Holandia) kładniki rozpuszczone kładniki zawiesinowe Inne składniki A = ChZT LKT X = α ChZT X, dopł ChZTX,dopł = ChZT ChZTfilt, dopł I =.9 ChZT filt,odpł XI = ( 1 α) ChZT X, dopł BZTcał ( 1 Y ) H,BZT α = ChZTX,dopł = ChZTfilt,odpł I BZT BZT 5 cał = kbzt t ( 1 e ) F = A X A =.1 1. X PAO =.1 1. NH4 = NKj ( in,xk Xk + in,k k ) X H = PO4 = Pcała ( ip,xk Xk + ip,k k ) X PHA = X PP = Charakterystyka ścieków w oczyszczalniach w Holandii kładnik ChZT, mg O 2/dm XI X I Geestmerambacht Niedorpen tolpen Ursem Wieringermeer Wieringen Deventer Nijmegen Franeker Gouda Venlo Apeldoorn Boxtel Oczyszczalnia Nieuwgraaf Groote Lucht Nieuwe Waterweg Haarlem-WP Alphen Kenz Groesbeek Hardenberg Papendrecht 8

9 Prosty model dopływu Zawiesina ogólna Zawiesina ogólna (cz. org.) ChZT T ivt V icv ChZT -1 XChZT fi fa 1-fi-fa 1-fXbh-fXi fxbh fxi I A F X X b,h X I fbod BZT cał BZT 5 Zakresy parametrów w modelu dopływu ChZT X/V V/T BZT 5/BZT całk. Parametr Zakres (dopływ) (osad).6-.8 (śc. surowe).8-.9 (śc. ocz. mech.).66 (śc. surowe) (śc. ocz. mech.) N org.,x/n org (?) Elementy modelu systemu osadu czynnego Model biokinetyczny (model procesu osadu czynnego) Model hydrauliczny Model hydrodynamiczny Model dopływu Model osadnika Model transferu tlenu 27 9

10 Model osadnika (1) - punkt separacji Dopływ z komory Q in + Q ras X X eff Odpływ Q in Q was ( Q + Q ) Q in ras X ras ras X = Q ras Osad recyrkulowany X ras Q was Osad nadmierny 1+ α Xras = X α Qras α = Q in 28 Model osadnika (2) - jednowymiarowy Dopływ z komory Qin(t) + Qras(t) Odpływ Qin(t) Qwas(t) 1 mclar 1 trefa klarowania mclar trefa zagęszczania nclar Qras(t) Osad recyrkulowany Qwas(t) Osad nadmierny zybkość sedymentacji strefowej (1) 1

11 zybkość sedymentacji strefowej (2) Funkcja potęgowa (Dicka i Younga) Funkcja wykładnicza (Vesilinda) υ υ s s = υ = υ n s s,max X nsx s,maxe 1 1 zybkość sedymentacji strefowej () Równanie Takacsa i wsp. rh X( 1 fns ) rf X( 1 fns ) υs = υs,max e υs,max e 2 Model osadnika z członem źródłowym Przydatny przy denitryfikacji i wtórnym uwalnianiu P Model biokinetyczny jest zawarty w każdej warstwie (traktowanej jako reaktor o pełnym wymieszaniu) Założony jest brak napowietrzania 11

12 Elementy modelu systemu osadu czynnego Model biokinetyczny (model procesu osadu czynnego) Model hydrauliczny Model hydrodynamiczny Model dopływu Model osadnika Model transferu tlenu 4 Model transferu tlenu (1) F = K A G L G F = K A L ( p p ) t G L ( ) t O,sat O OTR C A t = KL V ( ) = K a( ) O,sat O L O,sat O 5 Model transferu tlenu (2) Akumulacja = Dopływ Odpływ ± Reakcja + Napowietrzanie Model biokinetyczny do V = Qin o,in Qout o rour V dt + K a Napowietrzanie L ( ) o,sat o Dopływ powietrza z systemu napowietrzania (DOPŁYW) NH X (ODPŁYW) O 6 12

13 Model transferu tlenu () Czynniki wpływające na K L a: temperatura głębokość komory charakterystyka ścieków i warunki procesu. Czynniki wpływające na O,sat : temperatura stężenie substancji rozpusz. charakterystyka ścieków i warunki procesu. Źródło Równanie Eckenfelder and O Connor (1954), Chen et b K 1 al. (198) La = m1qa Holmberg (1986) K La = m1q A Goto and Andrews (1985) KLa = m1qa b1 Reinius and Hultgren (1988) K La = m1q A + b1 Holmberg (1989) K La = m1 7 QA Porównanie metod pomiaru K L a 25 K L a, h Metoda Off-gas Bilans masy Metoda "Off-gas": K L a =.81Q A R 2 =.94 Bilans masy: 5 K L a =.57Q A +.89 R 2 = Q pow., m /h - Równanie Arrheniusa Model temperatury (1) µ ( ) ( T 2) T µ = θ max,2 9 1

14 Model temperatury (2) - równanie Ratkowsky ego i wsp. (198) µ [ ( )] 2 c( T ) ( ) ( ) T max T = b T T 1 e min 4 Możliwości wykorzystania modelowania matematycznego i symulacji komputerowej Eksploatacja istniejacych oczyszczalni (diagnoza i optymalizacja) Badania (opracowanie nowych koncepcji oczyszczania i poznanie procesu) Projektowanie nowych oczyszczalni Modelowanie matematyczne i symulacja komputerowa procesów oczyszczania scieków Regulacje prawne (ocena wplywu nowych wartosci dopuszczalnych w odplywie) terowanie procesem (sprawdzanie nowych systemów sterowania) Edukacja (nauczanie akademickie i szkolenie personelu) Podstawowe etapy procesu modelowania Etapy wstępne Kalibracja Walidacja Użytkowanie 14

15 Podobieństwa i różnice pomiędzy protokołami PODOBIEŃTWA Wpływ zdefiniowania celów badań na ogólną procedurę kalibracji. Znaczenie gromadzenia danych, ich weryfikacji i poprawy w odniesieniu do danych projektowych i eksploatacyjnych (np. wiek osadu, przepływy, sterowniki, itp.), jak również dodatkowych pomiarów (np. intensywnych kampanii pomiarowych). Weryfikacja na podstawie danych zebranych w odmiennych warunkach eksploatacyjnych niż te w okresie kalibracji modelu. RÓŻNICE Planowanie kampanii pomiarowych (częstotliwość poboru próbek, lokalizacja punktów pomiarowych, długość cyklu pomiarów). Metody doświadczalne w odniesieniu do charakterystyki ścieków i estymacji parametrów w modelach biokinetycznych. Wybór parametrów do kalibracji i metodyka samej kalibracji Wytyczne HG (1) 1. Określenie celu badań 2. Zbieranie danych i wybór modelu Określenie celu badań Zbieranie wyników rutynowych pomiarów Parametry eksploatacyjne (wiek osadu, przepływy, hydraulika, punkty pracy sterowników) chemat oczyszczalni Efektywność procesu (stężenia w dopływie, odpływie oraz wewnątrz komór) Określenie granic modelu i wybór modelu (dopływ, procesy biologiczne, osadnik, sensory, urządzenie wykonawcze, sterowniki) Wstępne określenie struktury modelu Wytyczne HG (2). Kontrola jakości danych Ocena istniejącej bazy danych (ocena pod względem braków i wiarygodności wyników) Uzupełnienie bazy danych (dodatkowe pomiary w celu zapewni enia odpowiedniej jakości danych) prawdzenie jakości danych (bilanse masy, ocean wiarygodności pomiarów,...) 4. Ocena struktury modelu oraz planowanie badań symulacyjnych (kalibracji i weryfikacji modelu) Opracowanie modelu hydraulicznego (struktura modelu, badania traserowe) Wstępne symulacje (stan ustalony, próbki średniodobowe, analiza wrażliwości) Planowanie monitoringu pracy oczyszczalni (czas trwania, częstotliwość, zakres parametrów) 15

16 Wytyczne HG () 5. Zbieranie danych do badań symulacyjnych Cykl pomiarów polowych w ramach monitoringu Badania laboratoryjne w celu określenia parametrów modelu (np. charakterystyka dopływu) Ocena jakości danych (czy jakość danych odpowiada celom badań?) Opracowanie końcowej struktury modelu 6. Kalibracja i weryfikacja modelu Warunki początkowe Kalibracja W eryfikacja 7. Badania symulacyjne i ocena osiągniętych wyników ymulacje badanych scenariuszy Czy cele badań zostały osiągnięte? Dokumentacja Podstawowe dane wejściowe do programów symulacyjnych Parametry fizyczne wymiary geometryczne komór osadu czynnego wymiary geometryczne osadnika wtórnego Parametry technologiczne natężenie dopływu ścieków stopień recyrkulacji osadu stopnie recyrkulacji wewnętrznej wiek osadu (ilość osadu nadmiernego) stężenie tlenu rozpuszczonego temperatura procesu Wskaźniki jakości ścieków Frakcje ChZT Zawiesina ogólna N og. NH 4 -N P og. PO 4 -P Parametry modelu współczynniki stechiometryczne współczynniki kinetyczne współczynniki sedymentacji Rodzaje symulacji komputerowej w stanie ustalonym Dane wejściowe 1,5 1,5,5 1 Czas DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO w warunkach dynamicznych OADNIK ODPŁYW Dane wyjściowe 1,5 1,5,5 1 Czas Dane wejściowe 1,5 1,5,5 1 Czas DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO OADNIK ODPŁYW Dane wyjściowe 1,5 1,5,5 1 Czas 16

17 porządzanie bilansu masy Dopływ Q C in YTEM Akumulacja Reakcja r i V Odpływ Q C Akumulacja = Dopływ Odpływ ± Reakcja dc V = Q Cin dt Q C ± r V i Bilanse masy dla części biologicznej LN,n LN,dn Qout Xout Qwas (Pout, Nout, CODout) Qin (Pin, Nin, CODin) DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO (Qout+Qras) Xasr OADNIK WTÓRNY ODPŁYW Qras Xras Qwas (Pwas, Nwas, CODwas) RECYRKULACJA OADU OAD NADMIERNY Dane do oceny jakości pomiarów i parametrów eksploatacyjnych Parametr ymbol Jedn. Wartość tężenie zawiesin w komorze X asr gm - Natężenie dopływu ścieków do Qin m d -1 komory Natężenie odpływu ścieków z Qout m d -1 osadnika wtórnego Pcałk. po oczyszczaniu Pin gpm - mechanicznym całk. asr P w komorze P gpm - Zawiesina og. w odpływie z Xout gm - osadnika całk. out P w odpływie z osadnika P gpm - ras Natężenie recyrkulacji osadu Q m d -1 Zawiesina w osadzie Xras gm - recyrkulowanym Ilość osadu nadmiernego Q was m d -1 Wiek osadu RT d Parametr ymbol Jedn. Wartość ChZT po oczyszczaniu CODin gchzt mechanicznym m - ChZT w odpływie z osadnika CODout gchzt wtórnego m - Ncałk. po oczyszczaniu Nin gnm - mechanicznym N całk. w odpływie z osadnika N out gnm - wtórnego całk. was N w osadzie nadmiernym N gnm - Kj-N po oczyszczaniu KjN in gnm - mechanicznym Kj-N w odpływie z osadnika KjN out gnm - wtórnego tosunek cz.org. zawiesiny do iv,t - zawiesiny og. (w komorze) tosunek ChZT/Zawiesiny org. ic,v gchzt (w komorze) g -1 17

18 Równanie ciągłości dla części biologicznej Q = Q + Q in out was ODPŁYW Qout Qin DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO OADNIK WTÓRNY Qwas RECYRKULACJA OADU OAD NADMIERNY Równania ciągłości wewnątrz komory osadu czynnego Recyrkulacja wewnętrzna, Q mlr Dopływ, Q in Komora beztlenowa Q 1 Komora Q 2 Q Komora tlenowa anoksyczna Osadnik Odpływ, Q out Recyrkulacja osadu, Q ras RÓWNANIA CIĄGŁOŚCI: Q 1 = Q in + Q ras Q 2 = Q in + Q ras + Q mlr Q = Q in + Q ras Q out = Q in - Q was Osad nadmierny, Q was Bilans masy zawiesin w osadniku wtórnym ( Qout + Qras ) Xasr = Qras Xras + Qout Xout Qout Xout (Qout+Qras) Xasr ODPŁYW DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO OADNIK WTÓRNY Qras Xras RECYRKULACJA OADU OAD NADMIERNY 18

19 Bilans masy fosforu w części biologicznej Q in P in = Q out P out + Q was P was Qout Pout Qin Pin DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO OADNIK WTÓRNY ODPŁYW Qwas Pwas RECYRKULACJA OADU OAD NADMIERNY OU tot = Q L Bilans zapotrzebowania tlenu w części biologicznej in N,dn COD in - Q L N,n out COD - Q was out X was i V,T i C,V LN,n LN,dn Qout CODout Qin CODin DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO OADNIK WTÓRNY ODPŁYW Qwas CODwas RECYRKULACJA OADU OAD NADMIERNY Bilans masy azotu (ogólnego) w części biologicznej L N,dn = Q in N in Q out N out Q was N was LN,dn Qout Nout Qin Nin DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO OADNIK WTÓRNY ODPŁYW Qwas Nwas RECYRKULACJA OADU OAD NADMIERNY 19

20 Bilans masy azotu (Kj-N) w części biologicznej L N,n = Q in KjN in Q out KjN out Q was N was LN,n Qout Kj-Nout Qin Kj-Nin DOPŁYW KOMORA OADU CZYNNEGO OADNIK WTÓRNY ODPŁYW Qwas Nwas RECYRKULACJA OADU OAD NADMIERNY Przykład badań traserowych - oczyszczalnia Gdańsk-Wschód RWT, ppb data points in P1 data points in P2 simulation in P1 (ADE) simulation in P2 (ADE) Źródło: Zima i wsp. (28) Badania polowe punkty pomiarowe Widok i rzut komory osadu czynnego w oczyszczalni ścieków Wschód w Gdańsku Odpływ Recyrkulacja osadu trefa odtleniania trefa anoksyczna I (25 m ) (125 m ) Rec.wewnętrz.1 Rec.wewnętrz.2 trefa tlenowa (117 m ) trefa anoksyczna II (925 m ) (25 m ) trefa naprzemienna (925 m ) Dopływ 2

21 Zakres badań w trakcie pomiarów ciągłych Zakres oznaczeń Punkt pomiarowy w komorze osadu czynnego Dopływ Beztlen. Anoks. Tlen. 1 Tlen. 2 P og. - P-PO4 N og. - P-PO4 - P-PO4 - P-PO4 - P-PO4 N-NH4 + N-NH4 + N-NH4 + N-NH4 + - N-NO - N-NO - N-NO Zaw. og. Zaw. og. (cz.org.) ChZT ChZTfilt.* ChZTfilt. ChZTfilt. ChZTfilt. Doświadczenia laboratoryjne Doświadczenia 1-fazowe (anoksyczne, tlenowe) Doświadczenia 2-fazowe (beztl./anoks. i beztl./tlen.) Doświadczenia -fazowe (beztl./anoks./tlen.) Etapy kalibracji i walidacji modelu Reaktor w skali technicznej ETAP 1: ymulacje w stanie ustalonym i dynamiczne fazowe reaktora w skali technicznej ETAP : ymulacje dynamiczne doświadczeń laboratoryjnych w pozostałych seriach badań ETAP 2: ymulacje dynamiczne doświadczeń laboratoryjnych w letniej serii badań ETAP 4: ymulacje dynamiczne reaktora w skali technicznej Reaktor laboratoryjny 21

22 Oczyszczalnia Wschód w Gdańsku badania laboratoryjne i symulacje (okres letni) Beztlenowe uwalnianie PO 4 - i tlenowy pobór PO 4 - Beztlenowe uwalnianie PO 4 - i anoksyczny pobór PO Napowietrzanie WŁĄCZ. Pomiary (P-PO4) ymulacje (P-PO4) Pomiary (PT) ymulacje (PT) Dodatek N-NO Pomiary (P-PO4) ymulacje (P-PO4) Pomiary (N-NO) ymulacje (N-NO) 4 2 P-PO 4, g P/m PT, g O 2/(m h) P-PO 4, g P/m N-NO, g N/m Czas, h Czas, h Oczyszczalnia Wschód w Gdańsku badania laboratoryjne i symulacje (okres wiosenny) Beztlenowe uwalnianie PO 4 - i tlenowy pobór PO 4 - Beztlenowe uwalnianie PO 4 - i anoksyczny pobór PO Napowietrzanie WŁĄCZ. Pomiary (P-PO4) ymulacje (P-PO4) Pomiary (PT) ymulacje (PT) Dodatek N-NO Pomiary (P-PO4) ymulacje (P-PO4) Pomiary (N-NO) ymulacje (N-NO) 4 2 P-PO 4, g P/m PT, g O 2/(m. h) P-PO 4, g P/m N-NO, g N/m Czas, h Czas, h Wyniki badań polowych i symulacji (NO -N i PO 4 -P) Data (ANOX) Model (ANOX) Data (AER-E) Model (AER-E) 6 48 N-NO, g N/m 9 6 P-PO4, g P/m 6 24 Data (ANA) Model (ANA) Data (AER-E) Model (AER-E) Data Model 48 Data Model N-NO, g N/m 9 6 P-PO4, g P/m INFLUENT ANOX AER-M AER-E ampling point INFLUENT ANA ANOX AER-M AER-E ampling point Źródło: Mąkinia (26) 22

23 Zużycie substratu w systemach z BUZB DOPŁYW Osadniki wstępne BIOREAKTOR ZŹW Osadniki wtórne Anox. Beztl. Anoksyczna Tlenowa Rec. wewn. Rec. osadu Osad nadm. BUF DENITRYFIKACJA Przepływ substratu w AM2d DOPŁYW X Hydroliza F Fermentacja Frakcja w dopływie AM2d XH A Pobór beztlenowy XPAO Przepływ substratu w nowym modelu X Hydroliza Frakcja w dopływie AM2d Nowy model (beztl.) Nowy model (anoks./tlen.) DOPŁYW ZŹW F Fermentacja A,1 Biosynteza XH A Pobór beztlenowy XPAO 2

24 Implementacja modelu w programie GP-X Reaktor w skali technicznej Model Developer (Ms Excel spreadsheet) Reaktory laboratoryjne Wyniki symulacji badań laboratoryjnych (AM2d) 24 Anaerobic Anoxic 48 6 Anaerobic Aerobic 48 2 NO-N 4 5 NH4-N 4 NO -N, g N/m PO4-P PO 4-P, g P/m NH 4-N, g N/m 4 2 PO4-P PO 4-P, g P/m Anaer. Anoxic Aerobic NO -N, g N/m NO-N NO -N & NH4-N, g N/m NO-N NH4-N PO4-P PO 4-P, g P/m Wyniki symulacji dynamicznych pracy bioreaktora w OŚ Gdańsk-Wschód (AM2d) (1) 14 Influent Q, 1 m /d NH4-N, g N/m anoxic zone aerobic zone

25 Wyniki symulacji dynamicznych pracy bioreaktora w OŚ Gdańsk-Wschód (AM2d) (2) NO -N, g N/m anoxic zone aerobic zone PO 4-P, g P/m anoxic zone anaerobic zone Wyniki symulacji badań laboratoryjnych (nowy model) NO -N & PO4-P, g/m Ethanol NO-N PO4-P COD COD, g COD/m NO -N & PO4-P, g/m Ethanol NO-N PO4-P COD COD, g COD/m NO -N & PO4-P, g/m NO-N Fusel oil PO4-P 5 COD COD, g COD/m NO -N & PO4-P, g/m NO-N Fusel oil PO4-P 4 COD COD, g COD/m Porównanie AM2d i nowego modelu NO -N, g N/m Process rate, g COD/(m.d) Inf NO-N (new) NO-N (AM2d) PO4-P (new) PO4-P (AM2d) Anaer Anox1 Anox2 Anox Aer(6) Reactor compartment A Anaer Anox1 Anox2 Anox Aer(6) New AM2d PO 4-P, g P/m Process rate, g COD/(m.d) Process rate, g N/(m.d) NO Anaer Anox1 Anox2 Anox Aer(6) New AM2d Reactor compartment A,1 Anox1 Anox2 Anox Anaer Aer(6) New AM2d -5-5 Reactor compartment Reactor compartment 25

26 N O2 O2 Oczyszczalnia ścieków Gdynia-Dębogórze (1) effluent influent redox anoxic zone (1.5 m ) anoxic/aerobic zone (1.5 m ) anoxic/aerobic zone (1.625 m ) anoxic zone (1.625 m ) internal recirculation anaerobic zone (1125 m ) influent redox sludge Pre DN Bio P recirculation (75 m ) (75 m ) aerobic zone (4.625 m ) influent Oczyszczalnia ścieków Gdynia-Dębogórze (2) Wyniki symulacji badań laboratoryjnych w OŚ Gdynia-Dębogórze (1) NO -N & PO4-P, mg/dm NO -N & PO4-P, mg/dm Anoxic Phase Anoxic Phase NO-N PO4-P COD NO-N PO4-P COD COD, mg COD/dm COD, mg COD/dm 26

27 Wyniki symulacji badań laboratoryjnych w OŚ Gdynia-Dębogórze (2) NO -N & PO4-P, mg/dm NO -N & PO4-P, mg/dm Anaerobic Anoxic Phase NO-N PO4-P COD Anaerobic 1 2 Anoxic 4 5Phase 6 7 NO-N PO4-P COD COD, mg COD/dm COD, mg COD/dm Lewobrzeżna Oczyszczalnia Ścieków (LOŚ) w Poznaniu (1) Lewobrzeżna Oczyszczalnia Ścieków (LOŚ) w Poznaniu (2) 27

28 Lewobrzeżna Oczyszczalnia Ścieków (LOŚ) w Poznaniu () Grupowa Oczyszczalnia Ścieków w Łodzi (1) Dopływ KB 1 KB 2 Recyrkulacja wewnętrzna II KDN1 KDN2 KN Osadnik wtórny Odpływ Recyrkulacja zewnętrzna Osad nadmierny Grupowa Oczyszczalnia Ścieków w Łodzi (2) 28

29 Model kosztów eksploatacyjnych (1) Koszty napowietrzania (efektywność dmuchawy, spadek hydrauliczny, etc., a także czynniki uwzględnione w modelu wymiany tlenu) Koszty zużycia energii na pompowanie (natężenie przepływu, straty hydrauliczne, gęstość ścieków) Inne koszty zużycia energii (praca krat, mieszadeł, ruchomych pomostów, etc.) Koszty dozowania chemikaliów (jednostkowy koszt chemikaliów i dawka) Koszty unieszkodliwiania osadu (jednostkowy koszt unieszkodliwiania i ilość osadów) 85 Model kosztów eksploatacyjnych (2) Parametry kosztów eksploatacyjnych znajdują się w dwóch miejscach w programie GP-X: Dane ogólne (General Koszty eksploatacyjne Data): (Operating Cost): (parametry ogólnych kosztów (koszty eksploatacyjne w eksploatacyjnych, np. koszty odniesieniu do energii i dobowy rozkład cen, poszczególnych obiektów, np. itp.) straty hydrauliczne, efektywność pomp, koszty chemikaliów, itp.) 86 Model kosztów eksploatacyjnych () DANE WEJŚCIOWE Ogólne koszty eksploatacyjne Koszty eksploatacyjne związane z poszczególnymi elementami 87 29

30 Model kosztów eksploatacyjnych (4) DANE WYJŚCIOWE Ogólne koszty eksploatacyjne Koszty eksploatacyjne związane z poszczególnymi elementami 88 Model kosztów eksploatacyjnych (5) Obiekt Model Napowietrzanie Pompowanie DOPŁYW acetate asm2 bodbased methanol states water Unieszkodliwianie osadu Dawkowanie chemikaliów Inne formy zużycia energii BIOREAKTOR ZKF ODWADNIANIE wszystkie wszystkie wszystkie OADNIK, ZAGĘZCZACZ wszystkie 89 Plan dalszych badań w ramach projektu Udostępnienie nowego modelu w programie GP-X Wykonanie wstępnych badań symulacyjnych???