W ostatnim numerze "Forum Eksploatatora" (4/2009) opublikowano artykuł autorstwa Prezesa PWP KATOWICE Sp. z o.o. - Pawła Wójcika, którego tekst prezentujemy Państwu poniżej.

Serdecznie zapraszamy do lektury.

Z uwagi na coraz częściej kierowane do PWP Katowice przez eksploatatorów oczyszczalni pytania z zakresu optymalizacji pracy oczyszczalni ścieków i redukcję spożycia energii elektrycznej, jej produkcji oraz redukcji ilości osadu, pragniemy się podzielić z Państwem kilkoma spostrzeżeniami.
Jeżeli zatem nie jesteście zainteresowani oszczędnością energii rzędu 30% oraz np. usuwaniem azotu azotanowego to nie czytajcie dalej, a przynajmniej przejrzyjcie nasze reklamy zamieszczone w niniejszym numerze.

Naszym celem jest propagowanie nieco innego - nazwijmy go "nowym" - podejścia do sterowaniem procesami technologicznymi w oczyszczalni ścieków.

Geneza obecnie oferowanych oczyszczalniom układów automatyki pochodzi z przemysłu samochodowego. W produkcji taśmowej samochodów chodzi głównie o zautomatyzowanie powtarzalności czynności, czyli zapewnienie sekwencyjności procesu. Wszystkie zasoby sprzętowe i programowe (SCADA) mają właśnie taki cel - utrzymać produkcję, raportować jej wyniki i oczywiście wszelkie usterki i awarie, które powodują przestoje.

W oczyszczalni ścieków jest inaczej - nie mamy wpływu na ilość i skład ścieków (wielkość i strukturę ładunku) a cały proces technologiczny nie jest sekwencyjny, lecz powinien "nadążać" za następującymi zmianami, czyli dostosowywać na bieżąco warunki życia (metabolizmu) łańcucha pokarmowego mikroorganizmów tworzących osad czynny. Na tym polega świadome (poza raportowaniem) sterowanie tym procesem, co właśnie czyni technolog - tyle, że ręcznie.

Układ sterowania powinien być tak naprawdę "uszyty na miarę" procesów biochemicznych oczyszczania Państwa oczyszczalni. Wydzielenie go jako odrębnego zadania inwestycyjnego bez dokładnego przeanalizowania funkcji jakie ma on pełnić może nie przynieść oczekiwanych przez Państwa korzyści, a zatem nie zrekompensować poniesionych nakładów.

Pozostając przez chwilę jeszcze w konwencji motoryzacyjnej, nawet najlepszy zamontowany w samochodzie "ekonomizer" nie przyniesie najmniejszych nawet oszczędności, jeśli będzie brakowało powietrza w kołach - a zatem jeśli obiekt będzie "niesterowalny". Przy źle działającej "biologii" nie pomogą nawet najlepsze sterowniki ani software. Najpierw trzeba doprowadzić do tego, by obiekt był sterowalny - wtedy dobre sterowanie daje rewelacyjne wyniki. Czasem poprawki, które trzeba wykonać są stosunkowo proste i nie wymagają wielkich nakładów finansowych. By przybliżyć Państwu problematykę "sterowalności" należy najpierw objąć w wyobraźni całą oczyszczalnię bez pomijania jakiejkolwiek jej części.

Proces technologiczny oczyszczania ścieków jest złożonym zespołem reakcji biochemicznych, których efektem powinno być uzyskanie określonych parametrów na wypływie z oczyszczalni. Na proces technologiczny ma wpływ wiele parametrów zewnętrznych z których tylko kilka może być w sposób zamierzony zmienianych przez technologa prowadzącego proces.

Podstawowymi parametrami procesu są:

• wielkość recyrkulacji osadu; 
• stężenie recyrkulatu;
• wiek osadu;
• wielkość recyrkulacji wewnętrznej;
• ilość tlenu w strefie nitryfikacji;
• ilość odbieranego osadu nadmiernego;
• ilość podawanych środków chemicznych.

Manipulacja wymienionymi parametrami odbywa się w oparciu o cały szereg innych parametrów, które są mierzone lub pochodzą z analiz laboratoryjnych. Każdorazowa zmiana któregoś z parametrów regulacyjnych (elementu wektora wymuszeń) wywołuje określonej głębokości zmianę całego zespołu (wektora wyjściowego) parametrów procesu. Istotnym jest, by głębokość zamian wektora wyjściowego była z zapasem wystarczająca w stosunku do realizowanej technicznie głębokości zmian wektora wymuszeń (tzn. by proces był sterowalny) oraz by obserwacja wektora wyjściowego dawała się przełożyć na stan procesu (tzn. by proces był obserwowalny).

Dzisiejsza wciąż rosnąca wiedza dotycząca procesów zachodzących w osadzie czynnym pozwala w coraz większym stopniu automatyzować czynności regulacyjne. Pojęcia sterowalności i obserwowalności procesu sterowania pochodzą z klasycznej teorii sterowania, ich definicje mają ścisły charakter matematyczny.

Coraz szersze wkraczanie matematycznej symulacji współbieżnej do systemów sterowania oczyszczalniami ścieków uzasadnia wprowadzenie nowego dla tej branży aparatu matematycznego i związanej z nim terminologii.

• Sterowalność - możliwość przejścia obiektu ze stanu początkowego do wybranego stanu oczekiwanego przez zastosowanie określonego wektora wymuszeń.
• Obserwowalność – możliwość odtworzenia parametrów stanu obiektu na podstawie obserwacji wektora parametrów wyjściowych.

Te przytoczone w uproszczonej formie definicje pojęć dobrze pasują do problematyki oczyszczalni ścieków np. w większości przypadków temperatura w reaktorach jest wielkością niesterowalną, ale obserwowalną, a prędkość reakcji, które od niej zależą są obserwowalne (pośrednio) i sterowalne, ponieważ zależą również od stopnia natlenienia.

Zapewne wyżej przedstawiony tekst nie jest dla Państwa żadną nowością, nie są wam również obce aspekty sterowalności, jako profesjonalistom w eksploatacji oczyszczalni ścieków. Mamy jednak nadzieję, że wzbudziliśmy zainteresowanie jednakże tak naprawdę nie możemy Państwu wyjaśnić szczegółowo wszystkich aspektów dotyczących sterowania oczyszczalnią, gdyż algorytm sterowania biochemicznego w czasie rzeczywistym jest prawnie chroniony i zostanie bardzo chętnie zaimplikowany w Państwa oczyszczalni na zasadach komercyjnych.

Zdradzę, że w tej całej zabawie chodzi o to, aby oczyszczalnie zacząć traktować jak restaurację w której napływający ściek to kotlety, a to co już jest na oczyszczalni to konsumenci. Całym systemem należy sterować tak, aby liczba tych konsumentów była podporządkowana liczbie napływających kotletów. Ot i cała tajemnica.

I na koniec mały apel. Drodzy eksploatatorzy (inwestorzy)! Kupując urządzenia do mechanicznego oczyszczania ścieków (w których PWP Katowice się specjalizuje) nie zapominajcie o płuczkach skratek. To nie oszczędność, a zabieranie wyżej wspomnianym konsumentom najlepszych kawałków kotletów.

Z podziękowaniem dla Jurka Pony.

Pobierz oryginalny artykuł.