dhi presentation

© DHI 2012

Оптимизация на процесите в ПСОВ чрез моделиране и иновативен

контрол

Ян Квятковски – ДХИ Полша Иванка Прюне - ДХИ България

София, 26 Ноември 2013

1/ МАТЕМАТИЧЕСКО МОДЕЛИРАНЕ НА ПРОЦЕСИТЕ В ПСОВ - Създаване и калибриране на математически модел - Симулации - Добри практики - моделиране на : * ПСОВ “Чайка” – Варшава 2.5 милиона Е.Ж. * ПСОВ Краков – 600 000 Е.Ж.2/ОПТИМИЗАЦИЯ В РЕАЛНО ВРЕМЕ НА НАСТРОЙКИТЕ НА SCADA - Добри резултати получени в ПСОВ Сувалки като част от проекта: "Задълбочаване на процесите по отстраняване на азота "

СЪДЪРЖАНИЕ

• Безопасен начин на експериментиране с цел анализ и оптимизиране на системата

При класичическите методи на работа желаните резултати се постигат на принципа “опит-грешка”.• Математическият модел представлява виртуална ПСОВ• Извършват се симулации на различни сценарии на работа, които се тестват преди прилагането им в реална среда• Работи се в изцяло БЕЗОПАСНА среда

МАТЕМАТИЧЕСКО МОДЕЛИРАНЕ НА ПРОЦЕСИТЕ В ПСОВЗАЩО?

1-4

Изучавана система

Оптимизирана система

Модел на системата

Решение за системата

Реал

ен

св

ят

Ви

рту

ал

ен

св

ят Симулация

ЕскперименталноМ

од

ел

ир

ане

Пр

ил

ага

не

Моделиране и симулация: КАК ?

Мощно средство за :

• Динамични симулации

• Анализ на сценариите с цел намаляване на разходите

• Получаване на бързи резултати върху диаграми и в табличен вид

Приложения:

• Проектиране

• Оптимизация на процесите в ПСОВ

• Обучение на проектанти и оператори

• Автоматизация

МАТЕМАТИЧЕСКО МОДЕЛИРАНЕ НА ПРОЦЕСИТЕ В ПСОВ

1-6

Начало на проекта

Създаване на структурата на модела

Извършване на симулации

1-7

Елементи за обработка Поддържани IWA модели•Входни блокове

Библиотека с блок-модели на съоръженията

ASM1Temp ASM2(d)

(Mod)Temp ASM3Temp 2N4DN

ASM3P_EAWAG

Anammox

•Буферни басейни

•Басейни с активирани утайки

•Утаители

•Пясъчни филтри, маслоуловители

•SBR, CFID, … , MBR

•Анаеробно изгниване

•Сензори, регулатори, таймери

•Химично дозиране

•Изсушаване на утайки

1-8

Визуализация на ПСОВ

Голям избор на блокови елементи

Слоеве

Избор на модел

Задаване на условия

Въвеждане на блокови елементи

1-9

Настройка на симулация

Задаване на стойности за параметрите

Настройка за входни/изходни полета

Избор на тип симулация (виртуална)

1-10

Определяне на динамичните цели

Настройка на входен файл: входно водно количество - параметри

Извършване на симулацията

Настройка на симулация

1-11

ПРОВЕЖДАНЕ НА ДИНАМИЧНИ СИМУЛАЦИИ

Изпълнение на симулация

advanced tool used for analyzing and optimization of WWTP processes

МОДЕЛИРАНЕ НА ПСОВ “ЧАЙКА” – ВАРШАВА 2.5 млн.ЕЖ

Модел по основната линия на водата

advanced tool used for analyzing and optimization of WWTP processes

МОДЕЛИРАНЕ НА ПСОВ “ЧАЙКА” – ВАРШАВА 2.5 милиона екв.ж.Контролери

Моделът включва контролерите

Разширени онлайн оптимизационни алгоритми са включени в модела

Предварително калибриранеОбщо твърди вещества врециклираните утайки

Eксперименти: Оптимизация на контролните работни точки (офлайн) на O2, NH4, NO3 Оптимизация на дозирането на химикали Оптимизация на енергийната ефективност

МОДЕЛИРАНЕ НА ПСОВ “ЧАЙКА” – ВАРШАВА 2.5 милиона екв.ж.

МОДЕЛИРАНЕ НА ПСОВ КРАКОВ – 600 000 екв.ж.

Биобасейн

МОДЕЛИРАНЕ НА ПСОВ КРАКОВ – 600 000 екв.ж.Калибриране

Органичен азотАзот след нитрификация

ФосфатиФосфати

Азот след нитрификацияОрганичен азот

МОДЕЛИРАНЕ НА ПСОВ КРАКОВ – 600 000 екв.ж.Калибриране

ХПК - вход ПСОВХПК - вход ПСОВХПК разтворен - изход ПСОВХПК разтворен - изход ПСОВХПК - изход ПСОВ

МОДЕЛИРАНЕ НА ПСОВ КРАКОВ – 600 000 екв.ж.Калибриране

Общо фосфор – входОбщо фосфор – входОбщо фосфор – изходОбщо фосфор - изход

Сценарии:• Водни количества на вход ПСОВ • Аериране • Рециркулация при нитрификация• Динамични настройки ЗАКЛЮЧЕНИЯ:• Голяма толерантност към промените на параметрите на

входните водните количества• Възможност за намаляване на концентрацията на O2 - 20% намаление на консумацията на ел. енергия - Подобрена денитрификация и дефосфатизация• Ефекти от повишаване на рециклираните NO3 - Подобрена денитрификация - 35% увеличение консумацията на електричество за помпени нужди

МОДЕЛИРАНЕ НА ПСОВ КРАКОВ – 600 000 екв.ж.

Софтуерът „WEST“ позволява :• Да се оптимизират проектните параметри• Да се оптимизират работните процеси• Д асе оптимизират дейностите• Да се разберат по-добре процесите и рисковете• Да се разработят планове за действие при

извънредни ситуации• Да се обучават оператори

ДХИ Софтуер „WEST“ World-wide Engine for Simulation, Training

DIMS – подобрен (усъвършенстван) контрол: това е система за оптимизация на SCADA управлението в реално време и разработване на усъвършенствани алгоритми за контрол

SCADA управление: приложение на мониторингови точки (дебит, кислород, налягане, температура и др.)

WEST – Математическо моделиране: това е усъвършенстван инструмент за анализ и оптимизация на процесите в ПСОВ

Втори софтуер на ДХИ „DIMS “

ПСОВ СУВАЛКИ – 100 000 екв.ж.Оптимизация в реално време на настройките

на SCADA

ПСОВ СУВАЛКИ – 100 000 екв.ж.DIMS – усъвършенстван контрол на ПСОВ

Оптимизиран мониторинг = по-нисък разход на енергия + по-добри резултати

DIMS

SCADAPLC

(програмируем локален контрол) Оборудване

(сензори)

ПСОВ СУВАЛКИ – 100 000 екв.ж.Диаграма на модела направен чрез софтуера WEST

Денитрификация Р-ри за нитрификацияРегулатори

Дефосфатизация

Предварителна денитрификация

Вторични избистрители

Създаденият модел е използван за уточняване на проектни параметри за:- Оценка на ефекта при свръхнатоварване- Влияние на неравномерно разпределение на отпадъчните води- Разработване на оптимален работен процес

Сигнали при груби измервания

Филтрирани/валидирани стойности

Данни от оператор

Изчислени стойности (SW

сензори)

Алгоритъм за контрол

Контролен сигнал

Контролът върху аерирането се базира на онлайн измервания за NO3, NH4 и O2.Въз основа на информацията от сензорите системата изчислява оптималните зададени стойности .

Пример: Подобряване контрола на аерирането

Главно меню

Папки

Визуализация

Измервания

Легенда

Връзки към таблици

Връзки към прозорци, регулатори

ПСОВ СУВАЛКИ - DIMS – интерфейс на оператора

Избран контролер

„NH4 параметри”

Пример: Подобряване контрола на аерирането

N-NH4 зададени стойности в участъците на биобасейна

Допустимо съдържание на N-NO3 на изход

Пример: Подобряване контрола на аерирането

Избор

„Monitor O2”

Пример: Подобряване контрола на аерирането

Максимално отваряне на крана

Max. O2 зададена стойност

Стъпка на крана (зададена)

Блокиране на NH4 стойности (през зимата контролираме главно O2)

Пример: Подобряване контрола на аерирането

Изчислена „динамична” N-NH4 стойност (пределна)

Минимално отваряне на крана

PI коефициенти на регулатор

Изчислено максимално отваряне на крана

Пример: Подобряване контрола на аерирането

ТРЕТИРАНЕ НА АЗОТА

Аерационен басейн

NКелдал влизащ NКелдал остатъчен

N03Нитрификация

N03 остатъчен

N2

Денитрификация

Nобщ

ОСНОВНИ ЕТАПИ

Аеробна среда - O2 > 1 mg/lАноксична среда - “консумиране на задържания в клетката кислород“ O2 = 0Анаеробна среда - “пълно задушаване“ O2 = 0

ТРАНСФОРМАЦИЯ НА АЗОТА

ВЪЗДУХ

TR

AN

SFO

RM

ATIO

N D

E L

'AZ

OTE 0

1 -

sou

rce J

B 1

1/1

0

JB

../

../.

...

N oрг. N gazNH4 NO2 NO3

ВОДА

AMОНИФИКАЦИЯ НИТРИФИКАЦИЯ ДЕНИТРИФИКАЦИЯ

Със или без наличието накислород

При наличие на разтворен кислородАЕРОБЕН ПРОЦЕС

Без наличието на разтворен кислородАНОКСИЧЕН ПРОЦЕС

дег

азир

а

не

ПСОВ СУВАЛКИ – 100 000 екв.жДинамични настройки на O2 …

Аеробен кислород0Аеробен кислород1Аеробен кислород2Аеробен кислород3Аеробен кислород4

Вътрешна рециркулацияМетан

ПСОВ СУВАЛКИ – 100 000 екв.ж.Динамични настройки на O2…подобрено ниво на отстранени биогенни елементи

N-NH4 изходN-NO3 изход

Фосфати изходN-NO3 Аноксична2

N-NH4 Аеробна1

ПСОВ СУВАЛКИ – 100 000 екв.ж.Динамични настройки на O2…намаляване на разходите за ел. енергия

Разходи за аериранеРазходи зарециркулация

ПСОВ СУВАЛКИ – 100 000 екв.ж. - РЕЗУЛТАТИ

Примерни резултати: N-NH4 и N-NO3 за различни участъци от биобасейна – измервания в реално време. Дебелата синя линия е сумата от N-NH4 и N-NO3 на изход биобасейн.

Приложения на DIMS в ПСОВ Сувалки

- Контрол на аерацията- Вътрешната рециркулация- Управление на рециклирането на вторичните утайки- Контрол на вътрешния поток от обезводняващи операции- Контрол на смесването- Контрол на възрастта на утайката- Подобрен начин за отчитане на недостиг на кислорода и

задействене на аларма- Известяване на оператора при силно спадане на

налягането на въздуха

РЕЗУЛТАТИ, получени в ПСОВ Сувалки като част от проекта:

"Задълбочаване на процесите по отстраняване на азота"

• Подобрено намаляване на азот (TN)

ПРЕДИ: Средна годишна стойност TN > 15 mg/lСЛЕД: TN < 10 mgN/l, без допълнителни инвестициии

Обикновено: TN < 4-8 mgN/l (извън студените месеци)

• Намалено потреблението на ел.енергия

© DHI 2012

Благодаря за вниманието

Ян Квятковски – ДХИ Полша J.Kwiatkovski@dhigroup.com

Иванка Прюне - ДХИ Българияi.prunet@dhigroup.com

София, 26 Ноември 2013