Jätevesiprosessien monitoroinnin ja ohjauksen tulevaisuus

Samankaltaiset tiedostot
Ilmastuksen energiankulutuksen ja typenpoiston optimointi Turun Kakolanmäen jätevedenpuhdistamolla

Vesihuoltolaitos ympäristön suojelijana uusien haasteiden edessä

MALLIT VESIJÄRJESTELMIEN TUTKIMUKSESSA

TIES483 Epälineaarinen optimointi

Biomassan pienpolton mallintaminen ja säätö ilmapäästöjen vähentämiseksi

Lentoaseman maanalainen kosteikko

TIES483 Epälineaarinen optimointi. Syksy 2012

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Miksi ja millaista hulevesikohteiden seurantaa tarvitaan? Uudet hulevesien hallinnan Smart & Clean ratkaisut Kick Off

Kiekkosuodatuksen koeajot Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla

Mittaukset ja säätö pintavesiprosessien hallinnassa

Mitä uutta kasvinsuojeluaineiden ympäristöriskeistä? Kati Räsänen Työpaketti 4, PesticideLife Loppuseminaari

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

PROSESSIMALLINNUKSEN HYÖDYNTÄMINEN KAKOLANMÄEN JÄTEVEDENPUHDISTAMON PROSESSIAJOSSA

Mittaaminen kaivosvesien hallinnan perustana. Esko Juuso Säätötekniikan laboratorio Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto

Aalto-yliopisto Kemian tekniikan korkeakoulu Kemian tekniikan lukujärjestys SYKSY 2012

FCG Finnish Consulting Group Oy KAKOLANMÄEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO. Jälkiselkeytyksen tulojärjestelyjen tutkiminen

Rejektivesien biologisen erilliskäsittelyn ANITA TM Mox -pilotointi Viikinmäessä. Vesihuolto 2017 Johanna Castrén

PUHDISTAMO ENERGIATEHOKAS TYPENPOISTO

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Smart Generation Solutions

Kemiantekniikan tekniikan kandidaatin tutkinto

Paikka- ja virhe-estimaatin laskenta-algoritmit Paikannusteknologiat nyt ja tulevaisuudessa

Kemiantekniikan tekniikan kandidaatin tutkinto

Tekes BioRefine and Water: Water Innovations and Business Eväitä jatkoon Smart Water alueella Marina Congress Center Katri Mehtonen

VÄITÖSKIRJA TIETEELLISET JULKAISUT

KURSSIEN POISTOT JA MUUTOKSET LUKUVUODEKSI

ENERGIATEHOKAS ILMASTUS Energiatehokas vesihuoltolaitos 1/2018

KEMIANTEKNIIKAN DI-OHJELMA MASTER S DEGREE PROGRAMMES IN CHEMICAL ENGINEERING 2014-

Rinnakkaissaostuksesta biologiseen fosforinpoistoon

Suomen haasteet ja mahdollisuudet

Prognos Julkaisusuunnitelmat

SmartWater -kehittämisen yhteistyöfoorumit

Typenja fosforintalteenotto

STIMULANTTI- HUUMEIDEN KÄYTTÖ SUOMESSA

Keskusvedenpuhdistamon kaikki käyttötarkkailuraportit

OPINTOJAKSOJA KOSKEVAT MUUTOKSET/MATEMATIIKAn JA FYSIIKAN LAITOS LUKUVUOSI

VTT ja tuulivoiman t&k. Tuulivoiman Workshop, Pasila Esa Peltola, johtava tutkija, VTT

Flexbright Oy Embedded software/hardware engineer

VESIHUOLTO 2016 PÄIVÄT

VALTAKUNNALLINEN YLIOPISTOKESKUSSEMINAARI Tulevaisuuden innovaatioiden, oppimisen ja osaamisen ekosysteemejä

Osaamiskeskus pk-yrityksen yhteistyökumppanina

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Monte Carlo -menetelmä optioiden hinnoittelussa (valmiin työn esittely)

ENERGIATEHOKAS LIETTEEN KUIVAUS Energiatehokas vesihuoltolaitos 1/2018

Wastewater collectuion and treatment in the Helsinki capital area Citywater seminar Tommi Fred

Katsaus fosforin talteenottotekniikoihin ja - vaatimuksiin Euroopassa

ENERGIAN SÄÄSTÖ VALAISTUKSEN KEINOIN LÄHTEVÄN TAVARAN VARASTO, HELVAR OY AB

Sateen riskiennusteen hyödyntäminen Viikinmäen jätevedenpuhdistamon tulovirtaaman ennustamisessa

Teemat. Vaativien säätösovellusten käyttövarmuus automaation elinkaarimallin näkökulmasta Tampere. Vaativat säätösovellukset

TOIMISTOJEN ILMANVAIHDON JA LÄMPÖOLOSUHTEIDEN MALLINTAMINEN SUHTEESSA TUOTTAVUUTEEN

Päätösmallin käyttö lietteenkäsittelymenetelmän valinnassa

SESP Simulointiympäristön tarjoamat mahdollisuudet älykkäiden sähköverkkojen tutkimuksessa ja kehittämisessä

Systeemiteoriasta. Andrea Holmberg Software Point Oy Hans Blomberg seminaari

OPINTOJAKSOJA KOSKEVAT MUUTOKSET/MATEMATIIKAN JA FYSIIKAN LAITOS/ LUKUVUOSI

CASE: HSY Viikinmäki ENERGIATEHOKAS LIETTEEN KUIVAUS. Energiatehokas vesihuoltolaitos 10/2018

TASO-mittausasemien kalibrointi

TIES483 Epälineaarinen optimointi

Ympäristö- ja kaivannaisalan tutkimus CEMISssä

Avoimet paikkatiedot ja tulevaisuuden tietolähteet liikkumisen tutkimuksessa. Tuuli Toivonen Helsingin yliopisto Accessibility Research Group

Mädätys HSY:n jätevedenpuhdistamoilla. Mädätyksen rakenne- ja laitetekniikka seminaari

Vinkkejä opettajille ja odotetut tulokset SIVU 1

Edullisten sensorien käyttö hiukkamittauksissa

Vedenlaadun seurannat murroksessa. Työkaluja laadukkaaseen mittaustulokseen

Research plan for masters thesis in forest sciences. The PELLETime 2009 Symposium Mervi Juntunen

Sähköpäivä Kiinteistöautomaatio; Kysynnän jousto - Rajapinnat. Veijo Piikkilä Tampereen ammattikorkeakoulu

KATUPÖLYTUTKIMUS PÄÄKAUPUNKISEUDULLA

Päästömittausten haasteet alhaisilla pitoisuustasoilla

Tanska käskyttäminen hyväksyttyä ympäristöasioissa

ETCS Level , Clarion Hotel Helsinki. Julkinen Siemens Osakeyhtiö 2016

Logistiikkajärjestelmien mallintaminen - käytännön sovelluksia

7. Product-line architectures

Mitä kalibrointitodistus kertoo?

Typen ja fosforin alhainen kierrätysaste Suomessa

Lämpötilan ja valssausvoiman tilastollinen mallintaminen levyvalssauksessa

Dynaamiset regressiomallit

Pv Pvm Aika Kurssin koodi ja nimi Sali Tentti/Vk Viikko

Vihreä ICT. Sään ja ympäristön mittaus Ilmastonmuutos Uudet mahdollisuudet?

Eksimeerin muodostuminen

Dynaamisten systeemien teoriaa. Systeemianalyysilaboratorio II

KÄYTTÖOHJE HLS 35. Versio (6) TOIMINTOKAAVIO

Puuta rikkomattomat mittausmenetelmät. Jukka Antikainen

ATKO-hanke: Ajouraopastimen peruskäyttö. Ville Ketomäki 2018

YMPÄRISTÖVAHINKOJEN MONITOROINTI. ÄLYKÖ loppuseminaari Vuokko Malk

Tutkijanuran ja -aseman kehittäminen (HR Excellence in Research)

Energian ja ravinteiden kierrätyksen uudet mahdollisuudet vesihuollossa (KEHÄ)

EU FP7 projekti NanoDevice

ENERGIATEHOKKAAT KÄYTTÖRATKAISUT

Case: Ydinvoimalan käyttöautomaation allianssi

Made for efficient farmers

Kojemeteorologia (53695) Laskuharjoitus 1

Tutkijaseminaari, Espoo

Mobiilit ratkaisut yrityksesi seurannan ja mittaamisen tarpeisiin. Jos et voi mitata, et voi johtaa!

5$32577, 1 (8) Kokeen aikana vaihteisto sijaitsi tasalämpöisessä hallissa.

Poistuvat kurssit ja korvaavuudet (RRT ja YYT)

KERTARAPORTTI

Additions, deletions and changes to courses for the academic year Mitä vanhoja kursseja uusi korvaa / kommentit

Talvivaara, johdetut ja otetut vedet sekä aiheutunut kuormitus

Mat Tilastollisen analyysin perusteet, kevät 2007

PrinLab. Antti Berg Oulun seudun ammattikorkeakoulu, Tekniikan yksikkö

Transkriptio:

Jätevesiprosessien monitoroinnin ja ohjauksen tulevaisuus Kolme havaintoesimerkkiä Henri Haimi Sisältö Case 1: Viikinmäen jälkisuodatusprosessin nitraattipitoisuuksien estimointi n malliprediktiivinen ohjausjärjestelmä n malliprediktiivinen ohjausjärjestelmä Yhteenveto 2 1

Case 1: Viikinmäen jälkisuodatusprosessi Prosessissa 10 suodatinsolua Metanolin syöttöä jokaiseen soluun ohjataan erikseen tarkoituksena kontrolloida suodattimista lähteviä NO 3 N pitoisuuksia NO 3 N mittaukset alttiita erilaisille häiriötekijöille 3 Case 1: Viikinmäen jälkisuodatusprosessi 10 suodatinkohtaista syötevastemalleihin perustuvaa virtuaalista anturia HL Regressiomalli 6 syötemuuttujaa X jokaiselle mallille 1 vastemuuttuja y jokaiselle mallille 4 2

Case 1: Viikinmäen jälkisuodatusprosessi Taulukko 1. NO 3 N estimaattien ja mittausten välisen keskineliövirheen neliöjuuret kahden vuoden testiperiodina (RMSE, mg/l). Lineaarinen OLSR Epälineaarinen k NN LLR F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 0.40 0.18 0.15 0.16 0.19 0.18 0.25 0.26 0.26 0.31 0.37 0.20 0.15 0.15 0.18 0.16 0.26 0.23 0.24 0.28 Lineaarisen ja epälineaarisen regressiomenetelmän suorituskyvyissä ei olennaista eroa Estimointitarkkuudet vastaavat mittalaitteiden mittaustarkkuutta Suodatinkohtaisten virtuaalisten antureiden suorituskyvyssä eroja 5 Case 1: Viikinmäen jälkisuodatusprosessi Virtuaalisten anturien estimaatteja voidaan käyttää ohjauspiireissä mittalaiteongelmien aikana Corona F., Mulas M., Haimi H., Sundell L., Heinonen M., Vahala R. Monitoring nitrate concentrations in the denitrifying postfiltration unit of a municipal wastewater treatment plant. Journal of Process Control, 23(2):158 170, 2013. Haimi H., Corona F., Mulas M., Sundell L., Heinonen M., Vahala R. Shall we use hardware sensor measurements or soft sensor estimates? Case study in a full scale WWTP. Environmental Modelling & Software, 72:215 229, 2015. 6 3

Nykyinen järjestelmä: lohko Z1 käytännössä aina ilmastamaton, Z2 Z3 tarpeen mukaan ilmastettuja, Z4 Z6 aina ilmastettuja Liuenneen hapen asetusarvo ilmastuksessa vakio: 3.5 mg/l 7 Aktiivilieteprosessille kehitettiin malliprediktiivinen prosessinohjausjärjestelmä Menetelmänä dynaaminen matriisiohjaus Aktiivilieteprosessi mallinnettiin GPS X ohjelmalla 1 vuoden prosessidata kalibroinnissa 8 4

Säädetyt muuttujat: prosessista lähtevä NO 3 N (12.5 mg/l) ja NH 4 N (2.0 mg/l) Manipuloidut muuttujat: Lohkojen Z2 ja Z3 happipitoisuuksien asetusarvot sekä prosessin sisäinen kierrätyslietevirtaama 9 Ennustushorisontti 4 h, uudet asetusarvot 30 min välein Max DO 2.5 mg/l kaikissa lohkoissa Ilmastus ja pumppausenergiakustannukset arvioitu GPS X:n asetusarvoilla vertailutarkoituksessa 10 5

Taulukko 2. Simulointien tulokset 1 vuoden ajalta: keskimääräiset energiakustannukset sekä lähtevän NH 4 N ja NO 3 N pitoisuudet Nykyinen ohjausjärjestelmä Malliprediktiivinen ohjausjärjestelmä Hinta ( /d) 519 501 Lähtevä NH 4 N (mg/l) 2.37 1.44 Lähtevä NO 3 N (mg/l) 11.51 9.82 Ehdotetulla ohjausjärjestelmällä päästään hieman parempaan puhdistustehoon pienemmillä kustannuksilla Mulas M., Tronci S., Corona F., Haimi H., Lindell P., Heinonen M., Vahala R., Baratti R. Predictive control of an activated sludge process: An application to the Viikinmäki wastewater treatment plant. Journal of Process Control, 35: 89 100, 2015. Haimi H., Mulas M., Corona F., Marsili Libelli S., Lindell P., Heinonen M., Vahala R. Adaptive data derived anomaly detection in the activated sludge process of a large scale wastewater treatment plant. Engineering Applications of Articial Intelligence, 52:65 80, 2016. 11 DIAMOND oli kaksivuotinen hanke, joka kuului pk yritysten, yliopistojen ja tutkimuslaitosten kansainvälisiä tutkimus ja kehitysprojekteja tukevaan EU:n 7. puiteohjelmaan; http://www.diamond eu.org/ Tutkimushankkeessa on mukana kaikkiaan yhdeksän osapuolta kolmesta eri maasta Mukana on viisi pk yritystä (Mondragón Sistemas de Información, Espanja; Aguas de Gipuzkoa S.A., Espanja; Cerlic Controls AB, Ruotsi; Stockholm Vatten AB, Ruotsi; Mipro Oy, Suomi), kaksi tutkimuslaitosta (Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas CEIT, Espanja; IVL Svenska Miljöinstitutet AB, Ruotsi) ja kaksi yliopistoa (Uppsala Universitet, Ruotsi; Aalto yliopisto, Suomi) Suomen osuus: Advanced Control System työpaketti 12 6

Malliprediktiivinen ohjaus yhdellä laitoksen linjoista Säädetty muuttuja: prosessista lähtevä NH 4 N (1.0 mg/l) Manipuloidut muuttujat: Lohkojen Z2 ja Z3 happipitoisuuksien asetusarvot sekä prosessin sisäinen kierrätyslietevirtaama 13 14 7

Taulukko 3. Koeajojen tulokset (2015) ja vertailujakson (2014) tulokset: keskimääräinen ilmavirtaama, sisäinen kierrätys sekä lähtevän ammoniumtyppipitoisuus Vuosi Ilmavirtaama, Nm 3 /m 3 Sisäinen kierrätys, m 3 /h Lähtevä NH 4 N, mg/l 2014 6.80 756 0.80 2015 6.62 715 1.09 Tuloksia 6 kk:n koejaksolta (tammikuu kesäkuu 2015) verrattiin vastaavaan ajanjaksoon edellisenä vuonna (2014) Ennustushorisontti 4 h, uudet asetusarvot 15 min välein Max DO 2.5 mg/l lohkoissa Z2 Z3, asetusarvot lohkoissa Z4 3.0 mg/l, Z5 2.5 mg/l ja Z6 2.0 mg/l Ilma ja kierrätysvirtaamat pienenivät ehdotetulla järjestelmällä 15 Prosessinohjausjärjestelmän tueksi tilastollisiin menetelmiin perustuva monitorointimoduuli 12 muuttujalle status: OK tai Not OK Mulas M., Corona F., Sirviö J., Hyvönen S., Vahala R. Full scale implementation of an advanced control system on a biological wastewater treatment plant. Proceedings of 11 th IFAC Symposium on Dynamics and Control of Process Systems, Trondheim, Norway, 2016. 16 8

Yhteenveto Käytetyillä mallinnus ja ohjausmenetelmillä voidaan tukea puhdistamoiden kustannustehokasta operointia Vaikka mittalaitteet yleensä toimivat moitteettomasti, etuja on saavutettavissa varajärjestelmillä ja monitorointityökaluilla Esimerkkeinä toimineet malliprediktiiviset säätöjärjestelmät johtivat 3 4% pienentyneeseen ilmantarpeeseen aktiivilieteprosesseissa Vaihtuvat asetusarvot prosessinohjauksessa pystytään toteuttamaan nykyaikaisilla toimilaitteilla ja asianmukaisella suunnittelulla 17 Kiitos mielenkiinnostanne! Tutkimuksia ovat tukeneet ja niihin osallistuneet: 18 9