Modellering av avloppsreningsverk

Till följd av urbanisering, skarpare miljökrav och en åldrande infrastruktur står Sveriges avloppssystem inför betydande investeringar för utbyggnad, förnyelse och effektivisering de närmaste åren. Enligt Svenskt Vattnens rapport "Investeringsbehov och framtida kostnader för kommunalt vatten och avlopp" väntas det årliga investeringsbehovet vid svenska avloppsreningsverk i dagsläget vara ca 2,0 – 2,1 miljarder SEK/år och sedan öka till ca 2,5 – 2,9 miljarder SEK/år de närmsta 30 åren. Kraven på moderna avloppsreningsverk gäller inte bara utgående vattenkvalitet utan också energieffektivitet, växthusgasutsläpp och återvinning av näringsämnen. Avloppsreningsverk är dynamiska komplexa system med stora variationer och återkopplande strömmar. Detta kräver en integrerad, ofta dynamisk, analys.

Processmodellering

Dynamiska processmodeller beskriver hydraulik samt fysikaliska, kemiska och biologiska processer på reningsverken med matematiska ekvationer som inkluderar den bästa förståelsen av de verkliga systemen på molekyl- och organismnivå. Ekvationerna implementeras i en datorprogramvara och en specifik modell byggs för det aktuella reningsverket med dess processer, flöden och anläggningsspecifika data. När modellen kalibrerats och validerats mot historiska data kan den användas för att utvärdera olika scenarier med processförändringar, belastningsvariationer eller striktare utsläppskrav.

Användandet av dynamiska modeller möjliggör:

• scenarioanalyser och utvärdering inför stora investeringar,
• optimeringsmöjligheter, genom att simulera olika styr- och reglerstrategier,
• utvärdering av kapacitet och prestanda
• simulering av ny driftsättning och uppstartsförsök innan verklig implementering,
• ökad kunskap om själva reningsprocesserna.

Användning av modellering ökar träffsäkerheten i dimensionering vilket möjliggör att kostsamma över- eller underinvesteringar kan undvikas. I optimeringsprojekt kan prestandaförbättringar identifieras som medför att kapacitetshöjande investeringar kan skjutas upp eller helt och hållet undvikas.

RISE Expertis

RISE har forskat, utvecklat och tillämpat processmodellering för reningsverk i över 8 år. Forskningen innefattar vidareutveckling av modellerna för bl.a. växthusgasutsläpp, samrötning och energiåtervinning. Modellerna har tillämpats på Svenska avloppsreningsverk för utvärdering av bl.a. tillbyggnader, belastningsökningar och ökade reningskrav. Vi levererar underlag för beslut med insikter som hade varit svåra eller omöjliga att komma fram till baserat med klassisk dimensionering och beräkning.

I våra projekt har vi möjlighet att arbeta i alla marknadens kommersiella programvaror för modellering av reningsverk (t.ex. BioWin, SUMO eller WEST). För forskningsprojekt använder vi ofta den generella beräkningsplattformen Matlab / Simulink.