Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Innovations in Wastewater Treatment – Harnessing Mathematical Modeling and Computer Simulations with Cutting-Edge Technologies and Advanced Control Systems

Drewnowski Jakub, Szeląg Bartosz, Sabba Fabrizio, Piłat-Rożek Magdalena, Piotrowicz Adam, Łagód Grzegorz

Journal of Ecological Engineering

|

2023

|

Vol. 24, nr 12

208--222

EN

The wastewater treatment landscape in Central Europe, particularly in Poland, has undergone a profound transformation due to European Union (EU) integration. Fueled by EU funding and rapid technological advancements, wastewater treatment plants (WWTPs) have adopted cutting-edge control methods to adhere to EU Water Framework Directive mandates. WWTPs contend with complexities such as variable flow rates, temperature fluctuations, and evolving influent compositions, necessitating advanced control systems and precise sensors to ensure water quality, enhance energy efficiency, and reduce operational costs. Wastewater mathematical modeling provides operational flexibility, acting as a virtual testing ground for process enhancements and resource optimization. Real-time sensors play a crucial role in creating these models by continuously monitoring key parameters and supplying data to predictive models. These models empower real-time decision-making, resulting in minimized downtime and reduced expenses, thus promoting the sustainability and efficiency of WWTPs while aligning with resource recovery and environmental stewardship goals. The evolution of WWTPs in Central Europe is driven by a range of factors. To optimize WWTPs, a multi-criteria approach is presented, integrating simulation models with data mining methods, while taking into account parameter interactions. This approach strikes a balance between the volume of data collected and the complexity of statistical analysis, employing machine learning techniques to cut costs for process optimization. The future of WWTP control systems lies in “smart process control systems”, which revolve around simulation models driven by real-time data, ultimately leading to optimal biochemical processes. In conclusion, Central Europe’s wastewater treatment sector has wholeheartedly embraced advanced control methods and mathematical modeling to comply with EU regulations and advance sustainability objectives. Real-time monitoring and sophisticated modeling are instrumental in driving efficient, resource-conscious operations. Challenges remain in terms of data accessibility and cost-effective online monitoring, especially for smaller WWTPs.

2

Obliczanie pojemności użytkowej sieciowych zbiorników wyrównawczych w świetle aktualnego stanu wiedzy

Woyciechowska Olga, Bergel Tomasz, Szeląg Bartosz

Instal

|

2023

|

nr 5

37--41

PL

Zadaniem przedsiębiorstw wodociągowych jest zapewnienie ciągłych dostaw wody o odpowiedniej ilości, jakości oraz ciśnieniu z uwzględnieniem ekonomicznego aspektu eksploatacji. Zdając sobie sprawę z odpowiedzialności jaka na nich ciąży, przedsiębiorstwa te starają się zapewnić dostawę wody między innymi poprzez gromadzenie jej zapasu w zbiornikach sieciowych. Jednak projektanci tego typu zbiorników, bazują na nieaktualnych wzorcach godzinowego poboru wody opracowanych w drugiej połowie ubiegłego wieku, nieprecyzyjnych wytycznych lub projektują zbiorniki zgodnie z wolą inwestora w myśl zasady - „im większy, tym lepszy”. Dlatego często zdarza się, że zbiorniki te są przewymiarowane, a co za tym idzie - trudne w eksploatacji. Pojawia się zatem pytanie - czy projektanci systemów wodociągowych, szczególnie zlokalizowanych na terenach wiejskich, dysponują obecnie możliwościami optymalnego obliczenia pojemności użytkowej sieciowych zbiorników wyrównawczych? Celem niniejszego artykułu jest dokonanie przeglądu aktualnego stanu wiedzy na temat analizowanego problemu. Wzięto zatem pod uwagę zapisy aktów prawnych i wytycznych, a także wyniki badań i zalecenia różnych autorów/badaczy zajmujących się tą tematyką.

EN

The role of water companies is to ensure a continuous supply of water of adequate quantity, quality, and pressure, taking into account the economic aspect of the operation. Being aware of the responsibility they have, these companies are working to ensure certainty of water supply, among other things, by storing water in network tanks. However, designers of such tanks rely on outdated patterns of hourly water distribution developed in the second half of the last century, imprecise guidelines or design tanks meeting the investor’s wish according to the principle - “the bigger, the better”. Thus, it is often the case that these tanks are oversized and therefore difficult to operate. This leads to the question - do designers of water supply systems, especially those located in rural areas, currently, have the ability to calculate the optimal usable volume of network equalizing tanks? This article aims to review the current knowledge of the problem under analysis. Thus, the legal provisions and guidelines were taken into account, as well as the results of studies and recommendations of various authors/researchers dealing with this subject.

3

Nowe rozkłady godzinowego poboru wody w małych wodociągach

Woyciechowska Olga, Bergel Tomasz, Szeląg Bartosz

Instal

|

2023

|

nr 12

79--83

PL

W artykule [1] przedstawiono przegląd aktualnego stanu wiedzy na temat obliczania pojemności użytkowej sieciowych zbiorników wyrównawczych. Wskazano w nim między innymi na brak wiarygodnych rozkładów godzinowych poborów wody w małych wodociągach, które są podstawą prawidłowego obliczenia pojemności użytkowej zbiorników sieciowych. Celem niniejszego artykułu jest analiza nierównomierności zapotrzebowania na wodę w małych wodociągach i opracowanie na jej podstawie nowych rozkładów godzinowych poborów wody. Przeprowadzone badania w czterech małych systemach wodociągowych potwierdziły, że pobór wody wodociągowej podlega wahaniom godzinowym. Udowodniono, że typ poboru wody w ciągu doby różni się w dniach wolnych od pracy i w dniach powszednich, a w ciągu doby występują dwa szczyty zapotrzebowania na wodę: poranny i wieczorny. Szczyt poranny w dni powszednie, w zależności od obiektu występował w godzinach 7:00-9:00, a w dni wolne od pracy w godzinach 9:00-11:00. Szczyt wieczorny natomiast, w dni powszednie charakteryzował się szerszym zakresem godzinowym (19:00-22:00), a w dni wolne od pracy był obserwowany w godzinach 19:00-21:00. Stwierdzono dodatkowo, że w każdym z analizowanych systemów wodociągowych, poranny szczyt zapotrzebowania na wodę w dni powszednie był mniejszy od wieczornego, natomiast w dni wolne od pracy - większy od wieczornego.

EN

In the article [1], a review of the current state of knowledge on calculating the operational capacity of network balancing tanks was presented. It pointed out, among other things, the lack of reliable hourly water consumption schedules in small water supply systems, which are essential for the correct calculation of the usable volume of network tanks. The aim of this article was to analyze the irregularity of water demand in small water supply systems and to develop new hourly water consumption types based on this analysis. The research conducted in four small water supply systems confirmed that the consumption of water in the systems is subject to hourly fluctuations. It was proven that the type of water consumption during the day differs between non-working days and weekdays, and that there are two peaks of water demand within a day: morning and evening. The morning peak on weekdays, depending on the location, occurred between 7:00-9:00 AM, while on non-working days it was between 9:00-11:00 AM. The evening peak on weekdays was characterized by a broader time range (7:00-10:00 PM), while on non-working days, it was observed between 7:00-9:00 PM. Additionally, it was found that in each of the analyzed water supply systems, the morning peak of water demand on weekdays was lower than the evening peak, whereas on non-working days, it was higher than the evening peak.

4

The impact of air quality and meteorological conditions including visibility on tourism: the case of Zakopane (Poland)

Anioł Ewa, Szeląg Bartosz, Kula Dorota, Ignar Stefan, Majewski Grzegorz

Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej

|

2022

|

Nr 84

31--53

EN

The aim of the study was to investigate the impact of air pollution and meteorological conditions on visibility in Zakopane, the most popular tourist destination in southern Poland. To achieve this objective, correlation analysis, multiple linear regression analysis and random forests were used. In addition, an analysis was performed of the occurrence of episodes of elevated pollutant concentrations and basic statistical characteristics of visibility, meteorological conditions and air pollution. Meteorological parameters (air temperature, relative humidity, total precipitation, wind speed, atmospheric pressure and visibility) and concentrations of air pollutants; particulate matter (PM₁₀) and gaseous pollutants (SO₂, NO₂) were recorded from 2010 to 2019. The data came from a monitoring station located in Zakopane-MpZakopaSien. It was found that high concentrations of air pollutants SO₂ and PM₁₀, along with relative humidity (RH), were the most important parameters affecting visibility limitation in Zakopane. Concentrations and indirectly also visibility were largely influenced by increased automobile traffic due to tourist activity, as well as emissions from apartment/building heating (combustion of various fuels). Understanding the relationship between air pollutant concentrations, meteorological conditions and visibility is a prerequisite and the basis for the scientific formulation of air pollution prevention and control policies in places where monitoring is particularly important.

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu zanieczyszczeń powietrza i warunków meteorologicznych na widoczność w Zakopanem, najpopularniejszej miejscowości turystycznej w południowej Polsce. Do realizacji tego celu wykorzystano analizę korelacji, analizę regresji liniowej wielokrotnej oraz lasy losowe. Ponadto przeprowadzono analizę występowania epizodów podwyższonych stężeń zanieczyszczeń oraz podstawowych charakterystyk statystycznych widoczności, warunków meteorologicznych i zanieczyszczenia powietrza. Parametry meteorologiczne (temperatura powietrza, wilgotność względna, suma opadów, prędkość wiatru, ciśnienie atmosferyczne i widzialność) oraz stężenia zanieczyszczeń powietrza; pyłu zawieszonego (PM₁₀) i zanieczyszczeń gazowych (SO₂, NO₂) rejestrowano od 2010 do 2019 r. Dane pochodziły ze stacji monitoringu zlokalizowanej w Zakopanem – Mp Zakopane. Wykazano, że wysokie stężenia zanieczyszczeń powietrza SO₂ i PM₁₀ wraz z wilgotnością względną (RH) były najważniejszymi parametrami wpływającymi na ograniczenie widzialności w Zakopanem. Na stężenia i pośrednio na widoczność duży wpływ miał wzmożony ruch samochodowy związany z działalnością turystyczną, a także emisja z ogrzewania mieszkań/budynków (spalanie różnych paliw). Zrozumienie zależności pomiędzy stężeniami zanieczyszczeń powietrza, warunkami meteorologicznymi i widocznością jest warunkiem wstępnym i podstawą do naukowego formułowania polityki zapobiegania i kontroli zanieczyszczeń powietrza w miejscach, gdzie monitoring jest szczególnie ważny.

5

Optymalizacja doboru metody do symulacji puchnięcia osadu z uwzględnieniem aspektów technologicznych i ekonomicznych na przykładzie oczyszczalni ścieków Sitkówka – Nowiny

Szeląg Bartosz, Berezowska-Kominek Paulina, Drewnowski Jakub

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2022

|

nr 4

143--152

PL

Metodyka optymalizacji doboru metody do symulacji puchnięcia osadu czynnego z uwzględnieniem aspektów technologicznych i ekonomicznych na przykładzie oczyszczalni Sitkówka – Nowiny. Rozważenie szeregu metod w celu optymalizacji doboru metody eksploracji danych w zależności od danych zebranych w ramach studium przypadku, w tym: sztuczne sieci neuronowe, regresja logistyczna itp. Poszukiwanie kombinacji zmiennych niezależnych charakteryzujących się wysoką dokładnością i stosunkowo niskimi kosztami oznaczania w przeprowadzonej analizie. Możliwość osiągnięcia dobrego dopasowania do modelu dzięki wynikom pomiaru dotyczącym ilości i jakości ścieków oraz temperatury w komorach osadu czynnego. Propozycja autorskiego systemu estymacji, pozwalającego na zmniejszenie liczby zmiennych niezależnych w model – ilość i jakość ścieków, parametry eksploatacyjne, koszt wykonania pomiarów w celu uproszczenia wyboru optymalnej metody identyfikacji puchnięcia osadu czynnego w zależności od wymagań modelu i danych zebranych w ramach badanej oczyszczalni.

EN

The methodology for Optimization of the Method Selection to Simulate Activated Sludge Bulking Considering the Technological and Economical Aspects on the example of the Sitkówka – Nowiny WWTP. Consideration of a number of methods in order to optimize the selection of the data-mining method depending on the data collected within a case study, including: artificial neural networks or logistic regression etc. Seeking of the combinations of independent variables characterized with high accuracy and at a relatively low cost of determination in the conducted analysis. The possibility of achievement of a good fit in model with the measurement results pertaining to the quantity and quality of wastewater as well as the temperature in the activated sludge reactors. Proposition of an original system of estimation was proposed, enabling a reduction in the number of independent variables in a model – quantity and quality of wastewater, operational parameters, and the cost of conducting measurements in order to simplify the selection of an optimal method for the identification of activated sludge bulking depending on the model requirements and the data collected within the analyzing WWTP.

6

Ocena wpływu niepewności modeli na aspekty ekonomiczne wymiarowania zbiorników

Drewnowski Jakub, Białek Anita, Szeląg Bartosz

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2022

|

nr 6

239--245

PL

Regulowanie i opóźnianie przepływu ścieków deszczowych w kanalizacji i jego wpływ na wymiarowanie oraz racjonalne wykorzystanie sieci kanalizacyjnej i projektowanie zbiorników. Określenie całkowitych kosztów budowy niewielkich zbiorników przy założeniu 4, 5, 6 i 7 komór zbiorników połączonych równolegle. Wpływ uwzględnienia dynamiki opadu na długość komory akumulacyjnej zbiornika. Metoda maksymalnych natężeń (MMN) – ze współczesnymi probabilistycznymi modelami opadów jako bezpieczna metoda bilansowania strumieni wód opadowych.

EN

The control and delaying the flow of rainwater in the sewage system and their influence on dimensioning and rational use of the sewage system and tanks design. Determination of the total construction costs of small tanks assuming 4, 5, 6 and 7 chambers connected parallel in tanks. The effect of the inclusion of precipitation dynamics on the length of the accumulation chamber in the tank. The method of maximum intensity (MMN) – modern probabilistic precipitation rain models as a safe method of balancing rainwater streams.

7

Matematyczny opis zjawiska eksfiltracji ścieków z nieszczelnych przewodów kanalizacyjnych do gruntu

Szeląg Bartosz, Lisowska Justyna

Instal

|

2022

|

nr 12

59--61

PL

Eksfiltracja jest zjawiskiem niekorzystnym i może powodować zrzuty patogenów na tereny mieszkalne (zurbanizowane), powodować przekroczenia standardów jakości wody i/lub stwarzać zagrożenie dla zdrowia ludzi mieszkających w sąsiedztwie zanieczyszczonych ściekami jezior i rzek. Ścieki pochodzące z eksfiltracji zawierają duże ilości zawiesin, mikroorganizmów chorobotwórczych, zanieczyszczeń toksycznych, związków organicznych, olejów i tłuszczów. Podejrzewa się, że w skali kraju występuje znaczna eksfiltracja ścieków z systemów kanalizacyjnych do gruntu i wód gruntowych, ale istnieje niewiele opublikowanych dowodów na istnienie tego problemu. W artykule podjęto próbę opracowania modelu matematycznego zjawiska eksfiltracji ścieków. Zaprezentowane przez autorów inżynierskie narzędzie do matematycznego opisu strumienia eksfiltrujących ścieków z pustki powstałej w gruncie spoistym do gruntu i wód gruntowych pozwala na oszacowanie objętości strumienia eksfiltrujących ścieków. Dalsze prace przewidują weryfikację otrzymanej zależności za pomocą symulatów numerycznych (HYDRUS, FEFLOW) i potencjalną modyfikację opisanej w niniejszej pracy metody.

EN

Exfiltration is an unfavorable phenomenon and can cause discharges of pathogens into residential areas (urbanized areas), cause water quality standards to be exceeded and/or pose health risks to people living in the vicinity of sewage-polluted lakes and rivers. Exfiltration wastewater contains large amounts of suspended solids, pathogenic microorganisms, toxic pollutants, organic compounds, oils and fats. It is suspected that on a national scale there is significant exfiltration of wastewater from sewage systems into the ground and groundwater but there is little published evidence of this problem. This paper attempts to develop a mathematical model of the phenomenon of wastewater exfiltration. The engineering tool presented by the authors for the mathematical description of the flux of exfiltrating wastewater from the void formed in cohesive soil into the ground and groundwater allows estimating the volume of the flux of exfiltrating wastewater. Further work envisages verification of the obtained relationship using numerical simulators (HYDRUS, FEFLOW) and potential modification of the method given in this paper.

8

The Applications of Graph Algorithms to Modeling of Integrated Urban Water Management System

Łazuka Ewa, Futa Anna, Jastrzębska Magdalena, Łagód Grzegorz, Szeląg Bartosz, Fatone Francesco

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2022

|

Vol. 16, no 5

277--289

EN

The application of methods using graphs to model a variety of engineering issues has been known for several decades, but the application of graph algorithms to model the urban water management issues is a completely new approach. The article reviews the scientific literature on integrated urban water management systems in terms of the use of graph theory algorithms in this topic. Such a review has not been done before and constitutes a completely novel study. Some of the algorithms presented are directly derived from graph theory, while others were developed from other sciences, including environmental engineering or genetics, to solve specific engineering problems. The paper presents a general scheme and a brief description of the most important components of an integrated urban water management system. The necessary concepts of graphs were defined, the origin and the principle of graph algorithms used in modeling water management issues (Loop-By-Loop Cutting Algorithm, Hanging Gardens Algorithm, Tree Growth Algorithm, Dijkstra’s Algorithm, Genetic Algorithm, and Bayesian Networks Algorithm) were described. Their use in modeling the issues in stormwater, sanitary sewage and water distribution system was described. A complete list of scientific literature in this field was provided.