Matemaattinen mallintaminen ja simulointi biologisen jätevedenkäsittelyn tutkimuksessa

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2000

Department

Rakennus- ja ympäristötekniikan osasto

Major/Subject

Vesihuoltotekniikka

Mcode

Yhd-73

Degree programme

Language

fi

Pages

118+39

Series

Abstract

Biologinen jätevedenkäsittely perustuu orgaanista hiiltä ja ravinteita hajottavien mikrobien toimintaan. Käsittelyprosessit ovat erittäin monimutkaisia fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten osaprosessien muodostamia systeemejä, joiden hallinta ja suunnittelu tapahtuu suurelta osin empiirisen tiedon perusteella. Tutkimus on hidasta, ja etenkin yhdistettyä biologista typen- ja fosforinpoistoa koskeva teoria on vajavaista ja ristiriitaista. Tutkimustulosten soveltaminen prosessien suunnitteluun ja ohjaukseen on hankalaa. Prosessien ja niissä vaikuttavien ilmiöiden matemaattinen mallintaminen ja simulointi ovat tärkeä tutkimuksen osa-alue. Ne mahdollistavat mm. huonosti tunnettujen ilmiöiden jäljittelyn ja eri alojen erikoisosaamisen tehokkaan hyödyntämisen. Teorian esittäminen matemaattisessa muodossa on myös edellytys käytännön sovelluksille, joiden lopullinen päämäärä on prosessien optimoitu suunnittelu ja ohjaus ja tämän myötä parempi puhdistustulos pienemmillä kustannuksilla. TKK:n Vesihuoltotekniikan laboratorio haluaa integroida mallintamisen ja simuloinnin osaksi tutkimustoimintaansa uusimpien tutkimustulostensa asettamat reunaehdot huomioiden. Keskeinen päätös tämän tavoitteen toteuttamisessa on sopivan simulointiympäristön valinta. Tässä työssä pohjustettiin mallintamisen integrointia tutkimukseen 1) käytännön tasolla tutkimalla yleisen ja sovelletun simulointiympäristön soveltuvuutta laboratorion tarpeisiin ja 2) yleisellä tasolla kirjallisuusselvityksen kautta. Monimutkainen mekanistinen prosessimalli (IAWQ:n ASM2) kuvattiin yleisessä ympäristössä (Matlab/Simulink) ja kuvaus verifioitiin rinnakkaisilla koesimuloinneilla sovelletussa simulaattorissa (Activated Sludge Simulator, ASIM). Simulink-kuvaus laadittiin ASIMia vastaavaksi tarpeellisine aputoimintoineen. Simulointikokemusten, kirjallisuusselvityksen ja laboratorion tarvekartoituksen pohjalta esitettiin ehdotus, miten ja missä ympäristössä omaa mallinnusosaamista tulee ryhtyä rakentamaan. Simulink-kuvaus antoi samoja tuloksia kuin ASIM useilla eri prosessikuvauksilla ja lähtöarvoilla, joten se todettiin oikein laadituksi. Simulink on huomattavasti monipuolisempi kuin ASIM ja toisena sovellettuna simulaattorina tarkasteltu AQUASIM, mutta työläämpi ja vaativampi käyttää. Lopputuloksena esitettiin, että laboratorion oma mallinnus- ja simulointiosaaminen tulee rakentaa pääasiassa Matlab/Simulink-ympäristössä, mutta sovellettuja simulaattoreita tulee hyödyntää nykyistä enemmän opetuksessa ja niissä tutkimustehtävissä, joihin ne soveltuvat olennaisesti yleistä ympäristöä paremmin. Tieteellisesti uskottava mallintamistoiminta edellyttää matematiikan ja systeemianalyysin perusosaamisen kasvattamista laboratoriossa.

Description

Supervisor

Kiuru, Heikki

Thesis advisor

Laukkanen, Risto

Keywords

modelling, mallintaminen, simulation, simulointi, simulators, simulaattorit, biological wastewater treatment, biologinen jätevedenkäsittely

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120447382

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK