FI114019B - Menetelmä jätevedenpuhdistamojen ohjaamista varten käyttäen useita ohjausfunktioita - Google Patents

Description

1 114019

Menetelmä jätevedenpuhdistamojen ohjaamista varten käyttäen useita ohjausfunktioita Tämä keksintö liittyy menetelmään jätevedenpuhdis-5 tamon automaattista ohjausta varten käsittäen seuraavat vaiheet: yhden tai useamman järjestelmäparametrin mittaamisen järjestelmäparametrien joukosta, saatuihin mittaustuloksiin ja valittuun ohjausfunktioon perustuvan ohjauspara-metrin määrityksen, määritettyyn ohjausparametriin perustulo van ohjaustoiminnan valitsemisen ja valitun ohjaustoiminnan tämänjälkeisen toteuttamisen.

Tekniikan tason yllä mainitun tyyppisessä menetelmässä toteutetaan biologisten jätevedenpuhdistamojen ohjaus, jonka yhteydessä halutaan suorittaa sekä typpeä ja fos-15 foria sisältävien ainesten että orgaanisten aineiden mikro-binen poisto.

Tunnetaan useita tällaisten biologisten puhdistamojen suoritusmuotoja, mutta niiden yhteisenä ominaisuutena on yleensä se että ne sisältävät hapettomassa tilassa toi-20 mivan nitrifikaatiosäiliön tai -vyöhykkeen ja selkeytyssäi- ·. liön, jossa suoritetaan aktiivisen lietteen saostus ja jos- : · ta osa aktiivisesta lietteestä yleensä kierrätetään nitri- I · fikaatio- ja/tai denitrifikaatiosäiliöön.

* ! Yllä mainittu puhdistamotyyppien ryhmä muodostuu , 25 kahdesta päätyypistä, jotka ovat puhdistamot joissa suori- ; tetaan kokonaan tai osittain käsitellyn jäteveden kierrätys ' * sekä kahta käsittelysäiliötä vuorotellen hapettomassa ja aerobisessa tilassa käyttävät puhdistamot, joissa ei suori-··· teta kokonaan tai osittain käsitellyn jäteveden kierrätys- 30 tä.

• Tekniikan tason menetelmässä suoritetaan ensin i · · · j”'j aerobisessa säiliössä annetun parametrin kuten happipitoi- suuden tai ammoniumpitoisuuden mittaus. Saatuun mittaustu- • · » • » ‘ lokseen perustuen määritellään aerobisen säiliön tila, » » » » > 35 minkä jälkeen puhdistamon määritelty tila ja ennalta mää- 2 114019 rätty ohjauskriteerio, esimerkiksi aerobisen säiliön happipitoisuuden pitäminen halutulla tasolla, muodostavat perustan ohjaustoiminnan valitsemiselle, ohjaustoiminnan voidessa muodostua esimerkiksi hapensyötön muuttamisesta.

5 Puhdistamon tilan määrittely suoritetaan kyseessä olevan puhdistusprosessin matemaattisen mallin avulla, joka määrällisesti kuvaa eri mittausparametrien välisen korrelaation.

Matemaattinen malli mahdollistaa mm. tietystä mit-10 tausparametrista riippuvan ohjauskriteerion käyttöön perustuvan ohjauksen suorittamisen, joka tapahtuu perustuen toisen parametrin mittaukseen. Happipitoisuuden asetusarvo voidaan esimerkiksi ohjata perustuen ammoniumpitoisuuden mittaukseen.

15 Toisessa yllä kuvatun tyyppisessä tekniikan tason menetelmässä ohjaus toteutetaan perustuen yhden mittausparametrin mittaustuloksiin kahden tai useamman mittausparametrin joukosta. Yksittäisten mittausparametrien prioriteetit määrätään niiden informaatioarvon, sopivuuden ja 20 uskottavuuden perusteella, ja normaaliolosuhteissa ohjaus suoritetaan perustuen korkeimman prioriteetin mittauspara-; metrin mittaustuloksiin.

. : Ellei tietyn aikajakson aikana ole mahdollista saa- ·, da korkeimman prioriteetin mittausparametrin mittaustulok- • 25 siä, tai katsottaessa saatuja mittaustuloksia virheelli- siksi ja täten hylättäviksi, ohjaus suoritetaan korvaavasta perustuen toiseksi korkeimman prioriteetin mittauspara- > · ' metriin jne. Tämä menettely tunnetaan yleisesti ohjauskri- teerioiden prioriteettisekvenssinä.

30 Kolmannessa tekniikan tason ohjausmenetelmässä oh- · jaus suoritetaan käyttäen samanaikaisesti kahden tai : . , useamman parametrin mittauksia. Tässä ohjausmenetelmässä • · » t·'·’ yhden parametrin mittaustulosta, esimerkiksi ammoniumpi- • t toisuutta, käytetään toisen parametrin, esimerkiksi happi-

4 « I

: ’.· 35 pitoisuuden, halutun arvon (asetusarvon) määritykseen.

4 4 4 » t * 3 114019

Toisen parametrin kiinteä asetusarvo verrataan sen jälkeen samanaikaisesti ensimmäisen parametrin mittauksen kanssa tapahtuvan mainitun parametrin mittaukseen, ja mainitun vertailun perusteella valitaan seuraavaksi ohjaustoiminta 5 toisen parametrin muuttamiseksi mitatusta arvosta asetus-arvoksi. Tällainen ohjausmenetelmä on yleisesti tunnettu kaskadisäätönä.

Kokouksen "The International Symposium on Process System Engineering" (Prosessijärjestelmätekniikan kansain-10 välinen kokous), Kyoto, 23.-27.8.1982, M. Kummelin ja M.

K. Nielsenin julkaisussa "Computer Control of an Alternating Activated Sludge Process" (Vaihtelevan aktivoidun lie-teprosessin tietokonesäätö) selostetaan menetelmä biologisen puhdistamon ohjaamista varten, puhdistamon käsittäessä 15 kaksi käsittelysäiliötä, joita käytetään vuorotellen hapettomassa ja aerobisessa tilassa, ja muutettaessa puhdistamon virtausjärjestelyä vastaavasti siten että käsittelemätön jätevesi syötetään hapettomaan säiliöön, josta se ohjataan aerobiseen säiliöön ja sieltä edelleen puhdista-20 mon selkeytyssäiliöön, jossa tapahtuu aktiivisen lietteen saostus, kierrätettäessä mainittu liete puhdistamossa ha-: pettomaan säiliöön ja poistettaessa jätevesi selkeytyssäi- • .* liöstä.

* » · : Ohjaus toteutuu siten että tietokone kerää mittaus- * · , : 25 tulokset, analysoi mainitut tulokset perustuen matemaat tiseen malliin ja soveltaa uusia ohjausstrategioita.

Tekniikan tason menetelmässä hapen, ammoniumin ja * * nitraatin mittaukset suoritetaan sopivien antureiden avul la, hapensyötön sekä nitrifikaatio- ja denitrifikaatiojak-30 sojen suhteen muodostaessa käytetyt ohjausparametrit.

Tekniikan tason menetelmässä käytetään jatkuvasti : . . ammoniumin ja nitraatin pitoisuusmenetelmiä vastaavan op- timaalisen happipitoisuuden (asetusarvon) määrittelemiseen nitrifikaatio- ja denitrifikaatioprosessin aikana maini- * * 1 : 35 tussa järjestyksessä.

4 114019

Lisäksi ohjataan nitrifikaatio- ja denitrifikaatio-jaksojen suhdetta suhteessa käsittelemättömän jäteveden ammoniumpitoisuuteen, eli siten että nitrifikaatiojaksoa pidennetään ammoniumkuorman ollessa suuri ja lyhennetään 5 ammoniumkuorman ollessa alhainen, sekä päin vastoin mitä tulee denitrifikaatioprosessiin.

Julkaisussa EP-A-0 446 036 selostetaan laite järjestelmän, esimerkiksi jätevedenpuhdistamon, ohjaamista varten laitteen käsittäessä 1) joukon mittausyksiköltä, 2) 10 välineet mittaustietojen analysointia varten tyypillisen datajoukon valitsemiseksi, 3) välineet tyypillisen data-joukon analysoimista varten mahdollisen toimintaongelman tunnistamiseksi, 4) välineet toimintaongelman analysointia varten ongelman ratkaisustrategian löytämiseksi ja 5) vä-15 lineet järjestelmän ohjaamiseksi perustuen mainittuun strategiaan.

Toimintaongelman analysoimiseksi tarkoitettujen välineiden käyttö sisältää strategian määrittelymekanis-min, jossa useiden parametrien mittaustuloksia käytetään 20 neuraaliverkoston syöttötietoina, ja neuraaliverkoston lähtötietojen sisältämää informaatiota käytetään perustana : ohjausparametrien asetusarvojoukon määritykseen.

» ·· » : Tämän keksinnön tarkoituksena on tarjota patentti- r ·. vaatimuksen 1 alkuosassa selostetun kaltainen menetelmä, (, 25 joka tarjoaa tehokkaamman ja tarkemman ohjauksen kuin tek niikan tason menetelmät.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista ‘ se että ohjausparametri määritetään perustuen vähintään kahden parametrin mittaustuloksiin ja mainittuihin para-30 metreihin liittyviin ohjausfunktioihin.

Keksintö perustuu siihen havaintoon että jotkut : jätevedenpuhdistamon ohjauksen aikana mitatut parametrit • · » [·'Ί antavat tietoa samoista fysikaalisista tiloista, ja että • · täten voidaan käyttää sellaisia parametreja puhdistamon : *.* 35 tilan tarkemman, nopeamman ja luotettavamman tunnistamisen 5 114019 sekä ohjausparametrin määrityksen aikaansaamista varten, päädyttäessä täten puhdistamon tehokkaampaan ohjaukseen.

Lisäksi keksinnön mukaisen menetelmän käyttö mahdollistaa puhdistamon kapasiteetin parannetun käyttöas-5 teen.

Lisäksi on mahdollista tunnistaa puhdistamoon tulevan jäteveden saastuttavien aineiden määrien ja pitoisuuksien vaihtelut nopeammin kuin tekniikan tason menetelmillä, tuloksena tehokkaampi ohjaus.

10 Termi "ohjausfunktio" merkitsee tässä julkaisussa käytettynä funktiota jonka mukaan deterministis-/stokas-tistyyppisen matemaattisen mallin mukainen tietty ohjaus-parametri määritetään suhteessa annettuun mittausparametriin tai siitä johdettuun parametriin, eli ohjausfunktio 15 määrittää ohjausparametrin ja mittausparametrin tai siitä johdetun parametrin välisen korrelaation.

Keksinnön mukaan käytetyt ohjausfunktiot suositellaan määriteltäviksi perustuen aikaisempaan dataan ja kokemuksiin aikaisemmista toiminnoista.

20 Käytetyt ohjausfunktiot muodostuvat tyypillisesti eri jatkuvien funktioiden yhdistelmien epäjatkuvista funktioista.

j Ohjausfunktion ohjausparametrin esimerkkinä toimii nitrifikaatiosäiliön happipitoisuuden haluttu arvo (ase-: 25 tusarvo). Tähän ohjausparametriin liittyviin mittauspara metrien esimerkkeihin kuuluvat nitraattipitoisuus, redok-; sipotentiaali ja fosfaattipitoisuus.

* * Nitrifikaatiosäiliön happipitoisuuden kiinteä ase- tusarvo muodostaa esimerkiksi yhdistettynä saman happipi-30 toisuuden mittausarvoon perustan sopivan ohjaustoiminnan valitsemiselle, toiminnan merkitessä nitrifikaatiosäiliön : . . hapensyötön nostamista tai laskemista.

Toisena ohjausfunktion ohjausparametrin esimerkkinä on denitrifikaatiosäiliön todellinen ammoniumpitoisuus.

: 35 Tähän ohjausparametriin liittyviin mittausparametrien esi- • » .114019 6 merkkeihin kuuluvat ammoniumpitoisuus, happipitoisuus ja hapensyöttö.

Ammoniumpitoisuuden kiinteä arvo voi esimerkiksi olla perustana sen määrittelemiselle tulisiko toimintaolo-5 suhteita vaihtaa nitrifikaatio- ja denitrifikaatiosäiliöi-den välillä yllä julkaisun "Computer Control of an Alternating Activated Sludge Process" (Vaihtelevan aktivoidun lieteprosessin tietokonesäätö) maininnan yhteydessä kuvatun tyyppisen puhdistamon ohjauksen aikana.

10 Keksinnön suositeltavalle suoritusmuodolle on tun nusomaista ohjausparametrin määritys perustuen ohjausfunk-tioiden painotettuun yhdistelmään, painotettaessa ohjaus-funktioita suhteessa niiden sopivuuteen kyseessä olevaan ohj austoimintaan.

15 Keksinnön tämän suoritusmuodon käyttö mahdollistaa sen että ohjausparametrin määrityksessä käytettäviä oh-jausfunktioita painotetaan riippuen parametrin arvosta.

Ohjausparametri voidaan määrittää esimerkiksi käyttämällä toista seuraavista kahdesta kaavasta: 20 «i-cp! + w2-cp2 + w3*cp3 + ... + w^-cp* CP = --------------------------------------- (1)

; W3 + W2 + W3 + ....... + WB

• · i 25 jossa CP (Control Parameter) on määritetty ohjausparamet-: ri, w:t ovat painokertoimia, cp£:t ovat ohjausparametri '·’ määritettynä yksittäisillä ohjausfunktioilla ja m on posi- :* tiivinen ykköstä suurempi kokonaisluku, * · * 30 n,+l . _ n-+l , ,, „„ n,+l . ω „ n +1 W,.cp, 1 tw2.cp22 +Hj.cp33 .·.+w^cp,· ^ CP” Wj.cpjUl t w2cp2‘2 t w3-cp3''3 + ... + wm*cpranm • · : jossa muuttujien CP, wlf cpt ja m merkitykset ovat samat *...· 35 kuin edellä ja nt:t ovat reaalilukuja.

• · » « · 7 114019

Johtuen arvojen nt käytöstä kaava (2) mahdollistaa yksittäisten ohjausfunktioiden painottamisen ohjauspara-metrin arvon funktiona.

Ohjausparametrin määritys käyttäen yksittäisten 5 ohjausfunktioiden painottamista voidaan lisäksi suorittaa käyttämällä eri jatkuvien funktioiden kuten eksponentiaalisten, logaritmisten ja potenssifunktioiden yhdistelmää esimerkiksi käyttäen tavanomaisia tilastollisia ja stokastisia malleja.

10 Ohjausparametrin määritys ja sitä seuraava ohjaus toiminnan valinta suoritetaan mieluimmin käyttämällä puhdistamon matemaattista mallia, joka määrittelee mittausparametrien, johdettujen mittausparametrien ja ohjauspara-metrien välisen korrelaation, ja joka pystyy kuvaamaan 15 puhdistamon tilan kyseessä olevana ajankohtana. Vaihtoehtoisesti ohjaustoiminta voidaan määrittää perustuen ennalta määriteltyyn sääntöjoukkoon.

Toiselle keksinnön suositellulle suoritusmuodolle on tunnusomaista mittaustulosten laadun arviointi ja oh-20 jausparametrin määritys perustuen arvioituihin mittaustuloksiin.

; ‘j Mittaustulosten laadun arviointi suoritetaan mie- ’ » . . : luimmin käyttäen DK-patenttihakemuksessa nro 1677/91 "Method of controlling waste water purification plants ; 25 using quality evaluation of measurement data" (Menetelmä , jätevedenpuhdistamojen ohjausta varten käyttäen mittaustu losten laadun arviointia) selostettua menetelmää, mainitun • * hakemuksen jättöpäivän ollessa sama kuin tämän hakemuksen.

Yllä mainitussa suositeltavassa suoritusmuodossa 30 tapahtuvan mittaustulosten arvioinnin suoritustavan tar-kempaa selostusta varten viitataan mainittuun hakemukseen.

; Mittaustulosten laadun arviointi suoritetaan mie- I · t ,···, luimmin perustuen vähintään yhden parametrin mittausarvon, *" jonka oletettu dynaaminen arvoväli lasketaan matemaattisen : .· 35 mallin perusteella, ja samanaikaisen ja/tai aikaisemman 8 114019 yhden tai useamman parametrin ja/tai saman parametrin aikaisemman mittauksen vertailuun.

Oletettu dynaaminen arvoväli määritetään mieluimmin laskemalla oletettu dynaaminen arvo ja sen suurimmat vaih-5 telut.

Vielä suositeltavammin mittaustulosten arviointi suoritetaan arvioimalla mittausarvon uskottavuus perustuen mittausarvon vertailuun oletettuun dynaamiseen arvoväliin asettamalla uskottavuuskerroin, jota yhdistettynä mittaus-10 arvoon käytetään tämän jälkeen tapahtuvassa ohjausparamet-rin määrityksessä.

Ennen ohjausparametrin määritystä mittaustuloksia saatetaan korjata arvolla, joka vastaa mahdollista tunnistettavissa olevaa mittaushäiriötä.

15 Tässä käytetty termi "tunnistettavissa oleva mit- taushäiriö" merkitsee mittaushäiriötä, joka aiheutuu puhdistamoon kohdistuvista vaikutuksista sen ohjauksen yhteydessä.

Tunnistettavissa olevan mittaushäiriön tason määri-20 tys suoritetaan mieluiten perustuen matemaattiseen malliin ja aiemmin suoritettujen samantyyppisten ohjausmuutosten : vasteiden aikaisempaan dataan.

S I

,· Yllä mainitussa keksinnön suositeltavassa suoritus- ·. muodossa määritetään minkä tahansa hetken ohjausparametri . 25 perustuen uskottavampiin mittaustuloksiin saatavilla ole- vien mittaustulosten joukosta ja niiden painottamiseen suhteessa niiden uskottavuuteen, jolloin aikaansaadaan

' I

' optimaalinen ohjaus kerättyyn mittausarvoaineistoon näh den, tämän ohjauksen ollessa huomattavasti tehokkaampi • 30 kuin tekniikan tason menetelmillä aikaansaatu ohjaus.

Tässä keksinnön suositeltavassa suoritusmuodossa . . määritetään ohjausparametri kahden tai useamman parametrin .*··. mittausarvojen sekä ohjausfunktioiden ja niihin liittyvien • » uskottavuuskertoimien perusteella.

• · ·

• I

g 114019 Tässä tapauksessa ohjausparametri voidaan määrittää esimerkiksi käyttämällä toista seuraavista kahdesta kaavasta:

5 w3 · cf 3 · cp3+w2 · cf 2 · cp2+w3 · cf 3 · cp3+... +wn · cfn · cpB

CP=-----------------------------------------------

W^Cfj + w2«cf2 + w3»cf3 + .......+ wB«cfB

jossa muuttujien CP, w4, cp± ja m merkitykset ovat samat 10 kuin edellä ja cft on uskottavuuskerroin, w,.cf1.cp1,,l+1+w2.cf2-cp2n2+1iw3-cf3'Cp3n3+1+..+we).cf|n-cp|nV1 CP' w).cf1.cf11'l+w2.cf2.cp2n2+w3.cf3.cp3ll3t ... + w^c^.cpj'm 15 jossa muuttujien CP, wA, ορΑ, cfir n± ja m merkitykset ovat samat kuin edellä.

Keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan suositeltavasta käyttämällä integroitua ohjaus- ja tietokonejärjestelmää (ohjauslaitetta), joka kerää ja tallentaa mit-20 taustuloksia ja ohjaussignaaleja käsitellen kerätyn datan matemaattisen mallin avulla ja soveltamalla uusia ohjaustoimintoja.

Keksinnön menetelmän mukaisesti ohjattu jäteveden-puhdistamo voi olla biologinen jätevedenpuhdistamo, jossa * ‘ % ' 25 puhdistamisen suorittavat mikro-organismit, ί Keksintö selostetaan seuraavassa seikkaperäisemmin viitaten liitteinä oleviin piirustuksiin, joissa , · kuvion 1 vuokaavio esittää jätevedenpuhdistamon .* ohjauksen yleiset toimintavaiheet käytettäessä keksinnön 30 menetelmän mukaista suositeltavaa suoritusmuotoa, . . kuvion 2 vuokaavio esittää mittausarvon laadun ar- f i i vioinnin ja mittausarvon korjaamisen yleiset toimintavai- • * heet keksinnön mukaisen menetelmän suositeltavassa suori- • · i ·’··' ' tusmuodossa, 35 kuviossa 3 on esitetty tietyn biologisen jäteveden- »’·; puhdistamon hapettoman käsittelysäiliön ohjausfunktion • t t > · > 10 114019 käytännön esimerkki, ja kuvio esittää käyrän muodossa am-moniumpitoisuuden (ohjausparametrin) ja hapenkulutuksen (mittausparametrin) välisen korrelaation, kuvioissa 4 - 6 on esitetty tietyn biologisen jäte-5 vedenpuhdistamon hapettoman käsittelysäiliön ohjausfunk-tion käytännön esimerkkejä, ja nämä kolme kuviota esittävät käyrien muodossa ohjausparametrin (happipitoisuuden) ja kolmen vastaavan mittausparametrin väliset korrelaatiot.

10 Seuraavassa selostetaan seikkaperäisemmin kuvion 1 toimintavaiheet.

Käyttämällä erilaisia mittalaitteita useiden parametrien mittaukset suoritetaan peräkkäin jätevedenpuhdistamon eri kohdissa, ja täten saadut mittaustiedot kerätään 15 (vaihe 1) ohjauslaitteen tietokantaan. Tällaisten mittaus-parametrien esimerkkejä ovat käsittelemättömän jäteveden, puhdistamon eri kohtien ja käsitellyn jäteveden ammoniu-min, nitraatin, hapen, fosfaatin, kuivan soluaineksen ja biomassan pitoisuudet, tulevan käsittelemättömän jäteveden 20 määrä ja puhdistamoon syötetyn hapen määrä.

Lisäksi kerätään ohjauslaitteen tietokantaan usei-:1“. den eri ohjausparametrien peräkkäiset tiedot (vaihe 2), : puhdistamon tilaa kuvaavien useiden parametrien kuten kel- • > · : lonajan ja virtausjärjestelyn peräkkäiset tiedot (vaihe 3) ' 25 ja tiedot puhdistamon ohjausvasteesta aikaisemmin suori- » 1 tettuihin ohj austoimintoihin (vaihe 4).

; ; Kerättyjen mittaustietojen perusteella lasketaan ’·' ohjauslaitteessa johdettuja mittaustietoja (vaihe 5), ku ten happipitoisuuden muutosnopeus, hapenkulutus sekä nit-30 rifikaationopeus ja denitrifikaationopeus.

* f I

: : Vaiheiden 1-5 aikana kerättyjen tietojen perus- ; | . teella suoritetaan vaiheessa 6 vaiheessa 1 kerättyjen mit- taustietojen laadun arviointi ja korjaus.

• ·

Vaiheessa 6 saatujen mittaustietojen perusteella, 1 : 35 joiden laatu on arvioitu ja jotka on korjattu, määritetään u 114019 ohjausparametri ja valitaan lopullinen ohjaustoiminta (vaihe 7).

Tämä voidaan suorittaa käyttäen matemaattista mallia, joka määrittelee mittausparametrien, johdettujen mit-5 tausparametrien ja ohjausparametrien välisen korrelaation, ja joka kuvaa puhdistamon tilan kyseessä olevana ajankohtana. Vaihtoehtoisesti ohjaustoiminta voidaan määrätä en-naltamääritellyn sääntöjoukon perusteella.

Lopullisen ohjaustoiminnan valinnan jälkeen se to-10 teutetaan (vaihe 8). Ohjauslaite vaikuttaa toteutukseen muuttamalla yksittäisiin ohjausparametreihin liittyvien ohjauslaitteiden asetuksia.

Viitaten kuvioon 2 selostetaan seuraavassa seikkaperäisemmin yllä mainitun laadun arvioinnin ja korjauksen 15 (vaihe 6) suoritus.

Tiettyyn mittausarvoon kohdistetaan ensin alustava arviointi (vaihe 10) käsittäen sen tutkimisen sijaitseeko mittausarvo arvovälissä, jonka rajat ovat kiinteät ja suhteellisen väljät vastaten tavanomaisissa toimintaolosuh-20 teissä esiintyvien kyseessä olevan mittausparametrin maksimi- ja minimiarvoja mainitussa järjestyksessä.

Lisäksi alustava arviointi käsittää sen tutkimisen .·, ; sijaitseeko mittausarvon muutos viimeksi suoritettuun mit- . | taukseen verrattuna arvonmuutosvälissä, joka myöskin on " I 25 asetettu siten että sillä on kiinteät ja suhteellisen väljät raja-arvot vastaten tavanomaisissa toimintaolosuhteissa esiintyvien kyseessä olevan mittausparametrin maksimi-v ‘ arvoja.

Ellei mittausarvo sijaitse yllä mainitussa arvovä-30 Iissä, tai ellei mittausarvon muutos sijaitse yllä maini-: : tussa arvonmuutosvälissä, mittausarvo hylätään virheelli- ; ] senä.

‘ϋ/ Täten alustavan arvioinnin tarkoituksena on poistaa ·;· selvästi virheelliset mittaukset.

• · • · · • » 1 · 12 114019

Sen jälkeen tunnistetaan puhdistamon tila mittaus-hetkenä (vaihe 11), vertaa yllä selostettuun vaiheeseen 3.

Vaiheissa 12 ja 13 varmistetaan mittausarvo, eli arvioidaan onko se oikea vai ei.

5 Varmistus suoritetaan määrittelemällä (vaihe 13) sijaitseeko mittausarvo oletetun arvon ja sen maksimipoik-keamien perusteella määritetyssä arvovälissä, voitaessa laskea maksimipoikkeamat (vaihe 12) vaiheissa 1-5 kerättyjen tietojen ja eri parametrien välisen korrelaation 10 määrällisesti kuvaavan matemaattisen mallin perusteella.

Esimerkistä tällaisen oletetun arvon ja maksimi-poikkeamien laskemisesta käy tietyn käsittelysäiliön am-moniumpitoisuuden laskeminen puhdistamoon syötetyn jäteve-simäärän ja kellonajan perusteella, jolloin saadaan epä-15 suoraa tietoa syötetyn jäteveden ammoniumpitoisuudesta, ja/tai käsittelysäiliön ammoniumpitoisuuden aikaisempien arvojen perusteella, ja/tai käsittelysäiliön nitraattipi-toisuuden aikaisempien arvojen perusteella, ja/tai käsittelysäiliön happipitoisuuden aikaisempien arvojen ja sii-20 hen syötetyn happimäärän perusteella, jotka yhdessä antavat tietoa hapenkulutuksesta.

:"'j Käytettäessä useita menetelmiä oletetun arvon ja .·. : sen maksimipoikkeamien laskemiseen, painotetaan menetelmät : .·. suhteessa niiden uskottavuuteen.

| 25 Ellei mittausarvo sisälly laskettuun arvoväliin, lasketaan ja tallennetaan mittausarvon poikkeama oletetus-ta arvosta (vaihe 14).

'*’ Seuraavaksi tutkitaan sisältääkö mittausarvo tun nistettavissa olevan mittaushäiriön (vaihe 15). Tällainen ..! " 30 tunnistettavissa oleva mittaushäiriö aiheutuu ohj austa varten tehdyistä muutoksista puhdistamon tilaan, kuten : puhdistamon virtausjärjestelyyn pumppujen toiminnan avulla ,···, kohdistetuista muutoksista ja käsittelysäiliön hapensyöt- töön syöttöpumpun avulla kohdistetuista muutoksista.

i3 114019 Tällaiset ohjausmuutokset aiheuttavat suhteellisen pienet mitatun parametrin muutokset, jotka eivät edusta puhdistamon tilan yleistä dynamiikkaa.

Täten tällaiset pienet mittausparametrin muutokset 5 mitätöidään korjaamalla mittausarvo arvolla joka vastaa häiriötä (vaihe 16). Häiriön suuruuden määritys suoritetaan matemaattisen mallin ja aiemmin suoritettujen samantyyppisten muutosten vasteiden aikaisemman datan perusteella, joka kerätään ja tallennetaan ohjauslaitteen muistiin.

10 Mittausarvon korjauksen jälkeen tutkitaan uudestaan sisältyykö korjattu mittausarvo vaiheessa 12 laskettuun arvo väli in .

Todettaessa vaiheessa 16 ettei mittausarvo sisällä tunnistettavissa olevaa häiriötä, tutkitaan onko vaiheessa 15 12 suoritettu arvovalin laskenta virheellinen (vaihe 17), mikä voi tulla kysymykseen esimerkiksi puhdistamon kuormituksen äkillisten muutosten yhteydessä, kuten puhdistamoon syötetyn jäteveden määrän ja/tai pitoisuuksien muuttuessa nopeasti. Täten vaihe 17 sisältää muiden mittauspara-20 metrien mittausarvoja, jotka verrataan vaiheessa 12 suori-tetun arvovälilaskennan perustan muodostaviin parametrei-: hin.

·. Todettaessa vaiheessa 17 että puhdistamon tila on muuttunut siten että vaiheessa 12 suoritettu arvovälin las-. 25 kenta on virheellinen, lasketaan muutettu arvoväli (vaihe ! 18) vaiheissa 12 ja 17 käytettyjen mittausparametrien pe rusteella, ja tätä muutettua arvoväliä käytetään vertailuun . vaiheessa 10 hyväksyttyyn mittausarvoon, jota mahdollisesti ·;;; on korjattu vaiheessa 15.

**;'* 30 Kuten edellä on selostettu, vaiheessa 12 suoritetun • t || · välin laskennassa käytetään aluksi mieluimmin vain rajoite- i « i : tun mittausparametrijoukon mittausarvoja, koska mittaus- parametrien lisäjoukon mittaustulokset sisällytetään ai-it . noastaan todettaessa että mittausarvo sijaitsee alussa 14 114019 lasketun arvovälin ulkopuolella. Tällainen varmistuspro-sessin jako on suositeltava siihen liittyvän laskentatyön ja täten myös tarvittavan tietokonekapasiteetin rajoittamiseksi .

5 Vaihtoehtoisesti kaikki vaiheissa 12 ja 17 käytetyt parametrit voidaan sisällyttää alussa suoritettavaan arvo-välin laskentaan, mikä vastaa vaiheiden 17 ja 18 poistamista kuvion 2 vuokaaviosta.

Varmistuksen ja mahdollisen korjauksen jälkeen mit-10 tausarvo arvioidaan uskottavuutensa suhteen (vaihe 19), riippumatta siitä sisältyykö mainittu arvo vaiheissa 12 tai 18 laskettuun arvoväliin vai ei.

Yllä mainitun arvovälin ulkopuolisten mittausarvojen uskottavuus on luonnollisesti pieni, eikä niitä yleen-15 sä käytetä tämän jälkeen suoritettavassa lopullisen ohjaustoiminnan valinnassa, lukuunottamatta erikoistilanteita joissa saadut mittaustulokset ovat vähissä ja huonolaatuisia.

Uskottavuuden arviointiin vaikutetaan vertailemalla 20 mainittu mittausarvo vaiheessa 12 laskettuun arvoväliin tai vaiheessa 18 laskettuun muutettuun arvoväliin, ja tä- män vertailun tuloksen perusteella antamalla sen jälkeen : tietokonejärjestelmän tietokantaan tallennettu uskotta- ,·, vuuskerroin mittausarvolle (vaihe 20), ja käyttämällä mai- • » .* 25 nittua kerrointa yhdistettynä mahdollisesti korjattuun mittausarvoon sen jälkeen tapahtuvaa lopullisen ohjaustoiminnan valintaa varten.

Alla olevassa keksintö selostetaan seikkaperäisemmin viitaten seuraavaan esimerkkiin.

30 Esimerkki ϊ,, · Halutaan ohjata biologista jätevedenpuhdistamoa, : ,·. joka käsittää kaksi vuorotellen hapettomassa ja aerobises- * sa tilassa käytettävää käsittelysäiliötä, ja jossa vir- tausjärjestelyä vastaavasti muutetaan siten että käsitte-: *,* 35 lemätön jätevesi syötetään hapettomaan säiliöön (denitri- * » 15 114019 fikaatiosäiliöön), josta se ohjataan aerobiseen säiliöön (nitrifikaatiosäiliöön) ja sieltä edelleen puhdistamon selkeytyssäiliöön, jossa tapahtuu aktiivisen lietteen saostus, kierrätettäessä mainittu liete puhdistamossa ha-5 pettomaan säiliöön ja poistettaessa käsitelty jätevesi selkeytyssäiliöstä.

Yleinen ohjausstrategia käsittää kaksi ohjauskri-teeriota: 1) toimintamuodon vaihtamisen kahden säiliön välillä, mikä voidaan tehdä muuttamalla mainitun kahden 10 säiliön happipitoisuuden asetusarvoja ja puhdistamon virtaus järjestelyä sekä denitrifikaatiosäiliön nitraattipi-toisuuden että nitrifikaatiosäiliön ammoniumpitoisuuden alittaessa ennalta määrätyt vastaavat alemmat raja-arvot tai vastatessa niitä, ja 2) happipitoisuuden säätämisen 15 suhteessa muiden parametrien perusteella määritettyyn haluttuun happipitoisuuteen (asetusarvoon) nitrifikaatio-ja denitrifikaatiovaiheen aikana vastaavissa säiliöissä.

Ohj auskriterion 1) mukainen ohj aus suoritetaan käyttämällä esimerkiksi nitrifikaatiosäiliön ammoniumpi-20 toisuutta ohjausparametrina, tähän liittyvien mittauspara metrien ollessa saman säiliön hapensyöttö ja ammoniumpi- tOlSUUS.

.* : Aerobisen säiliön happipitoisuuden ja hapensyötön * * · ; ·. mittausarvojen perusteella on mahdollista laskea mainitun ’ 25 säiliön hapenkulutus. Hapenkulutuksen muutos kytketään ammoniumpitoisuuteen, ja näiden kahden mainitun parametrin välinen korrelaatio, eli käytetty ohjausfunktio, määritel-’·* lään matemaattisen mallin avulla aikaisemman datan sekä aikaisempien toimintojen ja laskentojen perusteella. Oh-30 jausfunktio on esitetty kuviossa 3. ί,,,ί Oh j auskriterion 2) mukainen ohjaus suoritetaan : käyttämällä esimerkiksi denitrifikaatiosäiliön happipitoi- *·!/ suuden asetusarvoa ohjausparametrina, tähän liittyvien mittausparametrien ollessa saman säiliön nitraattipatoi- • · » : 35 suus, fosfaattipitoisuus ja redoksipotentiaali.

* · 1β 114019

ID

Kolmea ohjausparametria varten käytetyt ohjausfunk-tiot määritellään aikaisemman datan ja aikaisemmista toiminnoista saatujen kokemusten perusteella, funktioiden ollessa esitettyjä kuvioissa 4-6 käsittäen halutun hap-5 pipitoisuuden ilmaistuna yksikössä mg 02/l nitraattipitoi-suuden, fosfaattipitoisuuden muutosnopeuden (laskettuna fosfaattimittausten perusteella) ja redoksipotentiaalin funktiona mainitussa järjestyksessä.

Ohjauskriteerion 1) mukainen ohjaus johtaa nitrifi-10 kaatiosäiliön ammoniumpitoisuuden mittausarvoon 1,5 mg NH4-N/1, ja saman säiliön happipitoisuuden ja hapensyötön mitatut arvot lasketaan siten että ne vastaavat hapenkulutuksen muutosta -0,5 mg 02/l/h. Kuviossa 3 esitetyn ohjaus-funktion perusteella on todettavissa että mitattu hapenku-15 lutus vastaa ammoniumpitoisuutta 0,9 mg NH4-N/1.

Ammoniumpitoisuuden mittausparametrin ja happipitoisuuden johdetun mittausparametrin ohjausfunktioille annetaan painokertoimet 0,8 ja 0,2 mainitussa järjestyksessä.

20 Ohjausparametri eli ammoniumpitoisuus (AC, Ammonium

Concentration) määritetään sen jälkeen käyttämällä yllä esitettyä kaavaa (1): ·[ 0,8-1,5 mg NH4-N/1 + 0,2-0,9 mg NH4-N/1 : 25 CPAC ---------------------------------------- : 0,8 + 0,2 1,38 mg NH4-N/1 30 Koska ohjausparametrin määritetty arvo on suurempi j. kuin minimiraja-arvo, joka aiheuttaa kahden säiliön toi- mintatapojen vaihdon, mitään vaihtoa ei suoriteta.

Ohjauskriteerion 2) mukainen ohjaus johtaa denitri-’·* · fikaatiosäiliön nitraattipitoisuuden arvon 0,5 mg N03-N/1 ·,,,* 35 ja redoksipotentiaalin 90 mV mittaamiseen, ja saman säi- jV. liön fosfaattipitoisuuden mittausten perusteella lasketaan * 4 i7 114019 fosfaattipitoisuuden muutosnopeudeksi 2 g P04-P/h. Kuvioissa 4 - 6 esitettyjen ohjausfunktioiden perusteella saadaan kolme eri happipitoisuuden asetusarvoa: 0,2 mg 02/l, 0 mg 02/l ja 0,7 mg 02/l mainitussa järjestyksessä.

5 Nitraattipitoisuuden mittausparametrin ohjausfunk- tioille, fosfaattipitoisuuden muutosnopeuden johdetulle mittausparametrille ja redoksipotentiaalin mittausparametrille annetaan painotukset 7, 5 ja 3 mainitussa järjestyksessä.

10 Ohjausparametri eli happipitoisuuden asetusarvo (SOC, Set point of the Oxygen Concentration) lasketaan seuraavaksi käyttäen yllä esitettyä kaavaa (1): 0,2 mg 02/l·7 + 0 mg 02/1·5 + 0,7 mg 02/1·3 15 CPsoc --------------------------------------------- (7+5+3) 0,23 mg 02/l Määritetyn ohj ausparametrin perusteella voidaan nyt 20 valita ohjaustoiminta, joka aikaansaa denitrifikaatiosäi- liön happipitoisuuden nostamisen aikaisemmasta arvosta 0 mg 02/l arvoksi 0,23 mg 02/l. Tämä happipitoisuuden nosto ilmaisee sen että kolmea mittausparametriä varten käytet- · tyjen mittausarvojen sisältämä informaatio osoittaa että : 25 nitraattipitoisuus alittaa minimiraja-arvon, joka aiheut- ·: ·· taa toimintatilan vaihdon suorittamisen, ja että happipi- toisuuden asetusarvoa sen takia voidaan nostaa vähän am- ,· ·. moniumreaktion mahdollistamiseksi siihen asti kunnes suo- * · ritetaan kahden säiliön toimintatilan vaihto. Täten ai-30 kaansaadaan parannettu puhdistamokapasiteetin käyttö ja ; ; tehokkaampi jäteveden puhdistus.

*·;* Lisäksi yllä mainittu ohjausmenettely johtaa hyvin ; : : nopeaan ja luotettavaan denitrifikaatiosäiliön tilan tun- nistamiseen ja täten sen tehokkaampaan ohjaukseen.

• · t

III

• I

• • t » · · I ·

Claims (12)

114019 Ιο

1. Menetelmä jätevedenpuhdistamon automaattista ohjausta varten käsittäen seuraavat vaiheet: yhden tai 5 useamman järjestelmäparametrin mittaamisen järjestelmäpa-rametrien joukosta, saatuihin mittaustuloksiin ja valittuun ohjausfunktioon perustuvan ohj ausparametrin määrityksen, määritettyyn ohjausparametriin perustuvan ohjaustoiminnan valitsemisen ja valitun ohjaustoiminnan tämänjäl-10 keisen toteuttamisen, tunnettu siitä, että oh-jausparametri määritetään vähintään kahden parametrin mittaustulosten ja mainittuihin parametreihin liittyvien oh-jausfunktioiden perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että ohjausparametri määritetään ohjausfunktioiden painotetun yhdistelmän perustella, painotettaessa ohjausfunktiot suhteessa niiden soveltuvuuteen kyseessä olevaan ohjaustoimintaan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että ohjausparametrin määritykseen käytetyt ohjausfunktiot painotetaan vaihtelevasti riippuen ; *: ohj ausparametrin arvosta.

'. : 4. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu- 1 «« kainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjauspa-25 rametrin määritys ja sitä seuraava ohjaustoiminnan valinta suoritetaan käyttäen puhdistamon matemaattista mallia.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaustulosten laatu arvioidaan ja että ohjausparametrin määritys suoritetaan ,, Γ 30 mainittujen arvioitujen mittaustulosten perusteella.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laatu arvioidaan vähintään yhden parametrin mittausarvon ja oletetun dynaamisen ar-vovälin vertailun perusteella, joka lasketaan jatkuvasti : 35 perustuen matemaattiseen malliin ja samanaikaiseen ja/tai 19 114019 aikaisempaan yhden tai useamman muun parametrin mittaukseen ja/tai saman parametrin aikaisempaan mittaukseen.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oletettu dynaaminen arvoväli 5 määritetään laskemalla oletettu dynaaminen arvo ja sen suurimmat poikkeamat.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittausarvon uskottavuus arvioidaan mittausarvon ja oletetun dynaamisen arvovälin 10 vertailun perusteella antamalla uskottavuuskerroin, jota yhdistettynä mittausarvoon käytetään seuraavaksi suoritettavassa ohjausparametrin määrityksessä.

9. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen oh- 15 jaustoiminnan valitsemista korjataan mittaustuloksia arvolla joka vastaa mahdollista tunnistettavissa olevaa mit-taushäiriötä.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunnistettavissa olevan mit- 20 taushäiriön suuruuden määritys suoritetaan matemaattisen mallin ja aikaisemmmin suoritettujen samantyyppisten oh- jausmuutosten vasteiden aikaisemman datan perusteella.

, . : 11. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu- » · ·[ kainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään 25 yhdistettyä ohjaus- ja tietokonejärjestelmää (ohjauslaitetta), joka kerää ja tallentaa mittaustuloksia ja ohjaus- signaaleja, käsittelee kerätyt tiedot käyttäen matemaat- ' tista mallia ja toteuttaa uusia ohjaustoimintoja.

12. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu- 30 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjattu : jätevedenpuhdistamo on biologinen jätevedenpuhdistamo, • ’·, jossa puhdistuksen suorittavat mikro-organismit. * I ♦ 20 114019