МОДЕЛИРАНЕ С ПРОГРАМНИЯ ПРОДУКТ WEST НА БИОХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИ В БИОЛОГИЧНОТО СТЪПАЛО НА СПСОВ КУБРАТОВО. СИМУЛАЦИИ НА ЕКСПЛОАТАЦИОННИ РЕЖИМИ И СТРАТЕГИЯ ЗА ОПТИМИЗАЦИЯ инж. И. Давидов, доц. д-р инж. И. Костова, гл. ас. д-р инж. М. Колева
ВЪВЕДЕНИЕ Използването на софтуерни продукти в сферата на пречистването на отпадъчни води набира все по голяма популярност. Те предлагат редица възможности за оптимизиране на процесите, протичащи в пречиствателните станции, както и симулиране на нетипични ситуации (екстремални промени на входните товари, ремонтни дейности и бъдещи разширения). За моделиране на биохимичните процеси е използвана програмата WEST. Освен симулациите, софтуера предоставя възможност за предвиждане на експлоатационните разходи.
СПСОВ - КУБРАТОВО Въведена в експлоатация през 1984 г. Реконструирана многократно Проектен капацитет 1 300 000 ЕЖ Средно денонощно водно количество 400 000 Технологичната схема се състои в механично и биологично пречистване на отпадъчните води, а утайките се третират анаеробно. Биогазът, получен от стабилизацията, се оползотворява чрез когенератори. Концентрациите на замърсители на изход ПСОВ отговарят на европейските норми, а произведената електроенергия е достатъчна за покриване нуждите на станцията.
СПСОВ - КУБРАТОВО На 14.03.2018г. в Лисабон, Португалия е проведена церемония по случай 6-тата годишнина на раздаването на награди WEX Global Innovation Awards 2018 СПСОВ Кубратово получава приза за принос във ВиК сектора с иновации в снижение на използваната електроенергия и кръговата икономика. Наградата е свидетелство за иновациите за устойчив мениджмънт на ВиК сектора.
ДАННИ, ИЗПОЛЗВАНИ ЗА МОДЕЛА За създаване на модела са използвани реални данни за концентрациите на входа на биостъпалото Периодът е 11 дни (декември 2016г.) Периодът е избран да съдържа концентрации на замърсители на изход, неотговарящи на нормите. Биостъпалото е изградено от 6 бр. Биобасейни (всеки с 4 зони анаеробна, анокси, променлива и аеробна) и 10 бр. ВРУ.
ДАННИ ЗА КОНЦЕНТРАЦИИТЕ НА ВХОД И ИЗХОД t Water COD TSS TKN TP d m3/d g/m3 g/m3 g/m3 g/m3 1 366450.30 180.00 13.00 55.20 5.00 37.27 3.36 4.06 0.95 2 345255.30 287.00 14.00 58.40 5.00 35.59 2.80 3.93 0.89 3 352944.00 188.00 11.00 60.80 5.00 35.03 3.64 3.93 0.80 4 348773.40 207.00 11.00 52.40 5.00 35.87 2.24 3.80 0.72 5 347643.00 204.00 10.00 49.20 5.00 36.15 3.36 4.03 0.64 6 351606.60 192.00 16.00 54.40 5.00 35.03 3.64 4.00 0.69 7 354545.10 188.00 10.00 61.20 5.00 37.83 2.52 4.08 0.73 8 351301.50 203.00 13.00 66.00 5.00 36.99 2.52 4.40 0.71 9 352990.80 206.00 13.00 65.60 5.00 33.62 2.80 4.21 0.67 10 349394.40 265.00 15.00 74.00 5.00 36.15 3.64 3.93 0.50 11 347727.60 237.00 11.00 77.20 5.00 36.15 2.80 4.45 0.21
МОДЕЛ В WEST Преди стартирането на симулациите е необходимо моделът да бъде калибриран. Процесът се изразява в уеднаквяването на кинетичните параметри на реалната пречиствателна станция и създадената виртуална в софтуера. Всички изчисления в софтуера се базират на масовия баланс.
МОДЕЛ В WEST
КАЛИБРИРАНЕ НА МОДЕЛА Графика на концентрацията на ХПК на изход СПСОВ Кубратово
КАЛИБРИРАНЕ НА МОДЕЛА Графика на концентрацията на суспендирани вещества на изход СПСОВ Кубратово
КАЛИБРИРАНЕ НА МОДЕЛА Графика на концентрацията на азот по Келдал на изход СПСОВ Кубратово
КАЛИБРИРАНЕ НА МОДЕЛА Графика на концентрацията на амонячен азот на изход СПСОВ Кубратово
КАЛИБРИРАНЕ НА МОДЕЛА Графика на концентрацията на нитрати на изход СПСОВ Кубратово
ИЗСЛЕДВАНИ ПАРАМЕТРИ За настоящата оптимизация ще бъдат проведени симулации с промяна на следните параметри: Обем на денитрификационната зона Обем на нитрификационната зона Промяна на нитратното рециркулационно водно количество Промяна на концентрацията разтворен кислород Промяна на концентрацията на биомаса в биобасейните
ПРОМЯНА ОБЕМИТЕ НА ЗОНИТЕ НА БИОБАСЕЙНА Обеми на зоните При Променлив промяна Денитрифика на обема Нитрификац на денитрификация бро Опит от а зона (P) ция (D) ия (N) й 65232 м3 на 94439 V(m3) м3 и при промяна на обема на нитрификация 4867 10872 от 107778 13096 м3 1 на 78576 м3 D+P N 94434 78576 6 Промяна на параметъра Азот по Келдал Промяна на параметъра нитратен азот D N+P 65232 107778 6 Промяна на параметъра амонячен азот D+p N+p 76913 96097 6 D+p N+p 82753 90257 6 Легенда: max D D+2/5P D+3/5P min D min N N+3/5P N+2/5P max N
ПРОМЯНА НА НИТРАТНАТА РЕЦИРКУЛАЦИЯ При рециркулационното водно количество 10,2 м3/с (синя линия) и 21 м3/с (зелена линия) Промяна на параметъра Азот по Келдал Промяна на нитратния азот Промяна на амонячния азот
ПРОМЯНА НА КОНЦЕНТРАЦИЯТА НА КИСЛОРОД При концентрация на кислород в биобасейните 1 мг/л (зелена линия) и 4 мг/л (синя линия) Промяна на параметъра Азот по Келдал Промяна на нитратния азот Промяна на амонячния азот
ОПТИМИЗИРАН МОДЕЛ След извършване на серия оптимизации е избран най-удачния вариант на промяна на технологичните параметри на биостъпалото на СПСОВ Кубратово. В таблицата са представени технологичните параметри на реалния и оптимизирания биобасейн. Параметри Реални данни Оптимизирани данни Обем Представени Денитрификация са 65232 м3 графиките 82753 м3 на изходните концентрации на Азот по Келдал и Нитратен азот. Обем Нитрификация Със синя 107778 линия м3 са 90257 м3 стойностите на предложения вариант, а с тюркоазен цвят са Q нитратна стойностите на реалната 15 м3/с станция. 10.2 м3/с рециркулация Концентрация на О2 2 мг/л 1 мг/л
ОПТИМИЗИРАН МОДЕЛ Оптимизира В таблица Азот по н Азот са по представени нитратен н нитратен цифровите н общ н общ азот Келдал Келдал азот азот азот изражения на концентрациите на Азот по Келдал, нитратен азот и сумата на двата параметъра (Общ Азот). В последната 2 колона е представено процентното снижение 3 на величината Общ Азот. Ден 4 Реален Оптимизира Реален Оптимизира Реале % оптимизиран е 2.5 4.1 6.5 3.2 9 7.3 19 2.9 5.7 7.2 4 10.1 9.7 4 2.9 6 9 4.2 11.9 10.2 14 5 6 7 8 9 10 11 2.9 6 9 4.2 11.9 10.2 14 2.9 6 9.5 4.4 12.4 10.4 16 3.1 7.2 11.5 4.9 14.6 12.1 17 3 6.8 11.7 5.2 14.7 12 18 2.7 5.2 9.2 4.2 11.9 9.4 21 2.5 4.6 6.4 3.6 8.9 8.2 8 2.8 5.1 6.6 3.8 9.4 8.9 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Извършените калибровка и симулации са направени на база предоставените лабораторни измервания на отделните концентрации. Показаните процентни снижения на параметъра Общ Азот са постигнати след намаляване на рециркулационното водно количество до минимум, снижение на концентрацията на разтворен кислород в нитрификационните зони на биобасейните от 2 мг/л до 1 мг/л и промяна на обемите на нитрификационната и денитрификационната зони. Последната корекция води до намаляване на необходимия обем за аериране, респективно на необходимия подаван въздух. Понижаването на количеството нитратна рециркулация редуцира необходимата електроенергия, използвана за помпите за нитратна рециркулация. Понижената концентрация на разтворен кислород, заедно с намаляването на обема за нитрификация, намаляват необходимата електроенергия, използвана за въздуходувките.
ФИНАЛНИ ДУМИ Компютърният модел има за цел да демонстрира предимствата си в процеса на експлоатация на пречиствателни станции за отпадъчни води. Софтуерът допринесе за снижение на концентрацията на общ азот с 15% и осезаемо снижение на електроенергията, необходима за аерация и препомване.
БЛАГОДАРЯ ВИ ЗА ВНИМАНИЕТО!