Vesihuoltoprosessien ohjaus ja mallinnus

Mallinnus tuottaa tietoa, miten vesihuolto olisi energia- ja resurssitehokkaampaa. Ohjaus ja automaatio tehostavat verkostojen ja puhdistamoiden operointia.

Yhdyskuntajätevesien tiukentuneet käsittelyvaatimukset ovat johtaneet uusien prosessiyksiköiden lisäämiseen, vanhojen yksiköiden saneeraukseen sekä lisääntyneeseen puhdistuskemikaalien ja energian kulutukseen jätevedenpuhdistamoilla. Tämä on tehnyt laitosten kustannustehokkaasta operoinnista monimutkaisempaa. Toisaalta viime vuosikymmenien aikana tapahtunut kehitys instrumentaatio-, automaatio- ja tietotekniikoissa on mahdollistanut edistyneempien prosessinohjausratkaisujen käyttöönoton puhdistamoilla.

Prosessinohjaus tähtää laitosten tehokkaaseen operointiin. Samalla asetettujen lupaehtojen huomiointi helpottuu, esimerkiksi kun ilmastusta ja kemikaaliensyöttöä voidaan säätää jatkuvasti vaihtuvissa haastavissa prosessiolosuhteissa.

Ennusteita prosessien ohjauksesta laaditaan matemaattisilla malleilla.

Edistyneillä prosessinohjausmenetelmillä voidaan hallita prosessimuuttujia perinteisiä säätöpiirejä tarkemmin. Mallien avulla voi esimerkiksi ennustaa säädön vaikutusta lähitulevaisuuden prosessitoimintaan. Mallipohjaiseen säätöön tarvitaan riittävän tarkka matemaattinen prosessimalli, joka kehitetään prosessitietämyksen ja puhdistamon operointidatan avulla. Prosessinohjausta kehitetään monella tasolla, kuten erillisten prosessiyksiköiden ja koko laitosten mittakaavassa.

Suuri tietomäärä, jota moderneilla puhdistamoilla mitataan ja varastoidaan, luo uudenlaisia mahdollisuuksia tilastolliseen prosessinohjaukseen. Tilastollisilla menetelmillä voidaan kehittää prosessien operointia helpottavia, turvaavia ja tehostavia työkaluja. Operointidatan ja tilastollisten menetelmien avulla on mahdollista muun muassa mallintaa prosessimuuttujia, joita on haastavaa määrittää luotettavasti perinteisin mittausinstrumentein. Myös prosessien ja mittalaitteiden valvontaan kehitetään välineitä.

Työnteko helpottuu jätevedenpuhdistamoilla. Automaation kehittäminen synnyttää kaupallisia sovelluksia.

Prosessinohjaukseen liittyvä tutkimus Vesi- ja ympäristötekniikassa tähtää yhdyskuntien jätevedenpuhdistamoita hyödyntävien työkalujen kehittämiseen. Eri hankkeissamme on ollut yhteistyökumppaneina muun muassa jätevedenpuhdistamoita sekä automaatioyrityksiä. Nykyaikaisilla puhdistamoilla prosessiautomaation merkitys kasvaa jatkuvasti, joten siihen perehtyminen on hyödyllistä useimmille alalla nyt ja tulevaisuudessa työskenteleville, niin laitosten henkilökunnalle, suunnittelijoille kuin laitetoimittajille.  

Tutkimusteeman vastuuhenkilö: TkT Michela Mulas

Meneillään olevat tutkimushankkeet

Biologisten jätevedenkäsittelyprosessien datapohjainen mallinnus

Tutkimuksessa mallinnetaan jätevedenpuhdistamoiden prosessimuuttujia tilastollisilla monimuuttujamenetelmillä. Päämääränä on kehittää esimerkiksi virtuaalisia mittalaitteita laitosten operoinnin tueksi sekä sensorien viantunnistus- ja diagnoosisovelluksia. Virtuaaliset mittalaitteet ovat tietokoneohjelmistoja, joissa prosessoidaan useita mittaussignaaleja ennustavassa syöte-vastemallissa, ja ne tuottavat samankaltaista informaatiota kuin perinteiset mittalaitteet.

Tohtorikoulutettava: TkL Henri Haimi

Aikaisempia tutkimushankkeita

Instrumentaation, prosessinohjauksen ja automaation tila yhdyskuntajätevesien puhdistamoilla

Selvitys instrumentaation, prosessinohjauksen ja automaation tilasta suomalaisilla keskikokoisilla ja suurilla yhdyskuntajätevedenpuhdistamoilla

Loppuraportti

Jätevedenpuhdistamoiden edistynyt ohjaus (DIAMOND)

AdvanceD data management and InformAtics for the optimuM operatiON anD control of wastewater treatment plants (DIAMOND), EU-projekti, 2012-2014

DIAMOND-tutkimushankkeessa kehitettiin työkaluja datankäsittelyyn jätevedenpuhdistamoille, jotta mittalaitteiden, valvontajärjestelmien ja prosessinohjauksen käyttö niillä tehostuisi. Vesi- ja ympäristötekniikka toteutti hankkeen Advanced Control -työpaketin tutkimus- ja kehitystyön. Siinä suunniteltiin uusia algoritmeja puhdistamojen käytön optimointiin ja koko laitokset kattavia säätöratkaisuja jätevedenkäsittelyn kustannustehokkuuden parantamiseen.

DIAMOND oli kahden vuoden mittainen hanke, joka kuului pk-yritysten, yliopistojen ja tutkimuslaitosten kansainvälisiä tutkimus- ja kehitysprojekteja tukevaan EU:n 7. puiteohjelmaan. Tutkimushankkeessa oli mukana kaikkiaan yhdeksän osapuolta kolmesta eri maasta.

DIAMOND-verkkosivut

Vastaava tutkija: TkT Michela Mulas

 

Sivusta vastaa: | Viimeksi päivitetty: 22.01.2016.