Modelling and control of wastewater treatment plants

• Autorzy: Brdys M. A. , Zhang Y.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i sterowanie oczyszczalniami ścieków

• Konferencja: Technology and Automation of Water Supply and Sewage Systems : Third National Conference (3 ; 23-25.06.1999 ; Stawiska/Gdańsk, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper concerns modelling and control of a typical municipal wastewater treatment plant. The modelling is based on a general activated sludge standard model proposed by the IAWPRC Task Group describing the relevant biochemistry and on the mass balance physical laws. A treatment plant composed of the denitrification unit, the aerobic unit and the setting tank with the sludge-controlled feedback is investigated. Results of the model simulation are presented for typical scenarios of real data records. The control objectives are formulated, as achieving a desired water quality at the plant output are expressed through the inequalities constraining allowed chemical oxygen demand (COD) and the nitrogen concentration. A three-layer control structure is proposed the exploit a two time-scale plant dynamics and the dynamics structure. An implementation of the structure involves an integration of recently developed model predictive, intelligent and linear robust control design techniques combined with a set membership modelling of uncertainty. The resulting control actions maintain sustainable and least energy operation of the plant and robustly keep a desired water quality at the plant output.

PL

Referat dotyczy modelowania i sterowania typową oczyszczalnią ścieków. Modelowanie jest oparte na ogólnym standardowym modelu oczyszczania metodą osadu czynnego, zaproponowanym przez Grupę Zadaniową IAWPRC (International Association on Water Pollution Research and Control), opisującym istotne procesy biochemiczne, i na fizycznych prawach bilansu masy. Badana jest oczyszczalnia ścieków składająca się z komory denitryfikacji oraz ze zbiornika osadowego sterowanego recyrkulacją osadu. Przedstawione są wyniki symulacji dla typowych scenariuszy z rzeczywistymi zestawami danych. Cele sterowania zostały sformułowane jako osiągnięcie pożądanej jakości ścieków oczyszczonych na wyjściu z oczyszczalni wyrażone przez nierównościowe ograniczenia na chemiczne zapotrzebowanie tlenu i stężenie azotu. Zaproponowana została trzywarstwowa struktura sterowania wykorzystująca różną dynamikę procesów oczyszczalni oraz strukturę tej dynamiki. Implementacja tej struktury sterowania integruje ostatnio opracowane techniki projektowania sterowania predykcyjnego, inteligentnego i krzepkiego. Deterministyczne "set-membership" modele niepewności zastosowane są w wyższych warstwach sterowania w celu uzyskania gwarancji spełnienia tych celów sterowań, które wyrażone są poprzez nierównościowe ograniczenia nałożone na wyjścia procesu. Zbiory rozmyte zastosowane są do modelowania niepewności w warstwie najniższej sprężonej bezpośrednio z procesem. Otrzymywane sterowania zapewniają minimalnoenergetyczne działanie oczyszczalni oraz bieżące utrzymywanie pożądanej jakości ścieków oczyszczonych na wyjściu z oczyszczalni.

Słowa kluczowe

EN

control of wastewater treatment plant; wastewater treatment plant

PL

sterowanie oczyszczalnią ścieków; oczyszczalnia ścieków

• Wydawca: Poznańskie Towarzystwo Przyjaciół Nauk
• Czasopismo: Studia z Automatyki i Informatyki
• Rocznik: 1999
• Tom: T. 24
• Strony: 17--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Brdys M. A.

• School of Electronic and Electrical Engineering, The University of Birmingham, United Kingdom

autor

Zhang Y.

• School of Electronic and Electrical Engineering, The University of Birmingham, United Kingdom

Bibliografia

• [1] Billmeier E.: Verbesserte Bemessungsvorschläge für horizontal durchstronte Nachklärbecken von Belebungsanlagen. Berichte aus Wassergütewirtechft und Gesundheitsingenieruwesen, Universität München, Band 21, 1978.
• [2] Brdys M.A., Quevedo J., Sim W.L.: Fuzzy Logic Supervisory Control of Induction Motor Under Full Range of Operating Conditions. Technology of Fuzzy Logic ESTYLF'95, 1995, pp. 185-191.
• [3] Brdys M.A.: Robust Estimation of Variables and Parameters in Dynamic Networks. Proc. of the 14th IFAC World Congress, Beijing, China 1999.
• [4] Domanski P.D.. Brdys M.A., Tatjewuki P,; Fuzzy Logic Multi-Regional Controllers – Design and Stability Analysis. Proc. of the ECC97, Brussels 1997.
• [5] Ford D.L., Eckenfelder Jr. W.W.: Effect of Process Variables on Sludge FIoc Formation and settling Characteristics. J. Water Pollution Control Federation, vol. 39, no. 11, 1967, pp. 1850-1859.
• [6] Hoover S.R., Porges N.: Assimilation of Dairy Waste by Activated Sludge. Sewage and Industrial Waste, vol. 24, 1952, pp. 306-312.
• [7] lrvine R.L.. Busch A.W.: Sequencing Batch Reactors - An Overview. J. Water Pollution Control Federation, vol. 51, no. 2, 1979, pp. 235-243.
• [8] Leslie Grady, C.P., Gujer, W., Henze M., Marais G.v.R.. Matsuo T.: A Model For Single Sludge Wastewater Treatment Systems. Wat. Sci. Tech., vol. 18, 1986, Copenhagen, pp. 47-61.
• [9] Otterpohl R., Freund M.: Dynamic Models For CIarifiers of Activaied Sludge Plants with Dry and Wet Weather Flows. Wat. Sci. Tech., vol. 26, no. 5-6, 1992, pp. 1391-1400.
• [10] Reichl G.. Franke R.. Puta H.: Object-Oriented Modelling, Simulation and Optimisation of a Waste Water Treatment Plant. Proc. of 10th European Simulation Symposium ESS98, 1998. pp. 291-295.
• [11] Takagi T., Sugeno M.: Fuzzy Identification of Systems and Its Applications to Modelling and Control. IEEE Trans. on System, Man. and Cybernetics, vol. 15, no. 1, 1985, pp. 116-132.
• [12] Henze M., et al.: Activated Sludge Model No. 1. Scientific and Technical Reports, vol. 1, IAWPRC, London 1987.