Ilmastusta optimoivan ohjauksen käyttöönotto Viinikanlahden jätevedenpuhdistamolla

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin Tampereen Veden Viinikanlahden jätevedenpuhdistamon ilmastuksen optimointia käyttöönottamalla ammoniumtypen mittaamiseen perustuva ilmastuksen säätö. Ohjauksen tarkoituksena on säätää ilmastusilman määrää ja se perustuu ammoniumtypen jatkuvatoimiseen mittaukseen. Mittauksen perusteella optimoiva ohjaus laskee sille hetkelle ideaalisen aktiivilieteprosessin happipitoisuuden tavoitearvon, jota käytetään ilmastuskompressoreiden säätöön. Ohjauksen käyttöönoton tavoitteena on parantaa sekä puhdistamon energiatehokkuutta sekä puhdistustuloksia.

Teoriaosuudessa käsitellään jäteveden koostumusta, ympäristövaikutuksia sekä jäteveden typen dynamiikkaa ja hapenkulutusta. Opinnäytetyöraportissa esitellään myös perinteinen jäteveden puhdistusprosessi ja Viinikanlahden puhdistamon prosessikuvaus. Teoreettisessa viitekehyksessä tarkastellaan ilmastuksen säätöstrategioita, rinnastaen perinteiset happipitoisuuteen perustuvat menetelmät ja uudemman ammoniumtypen mittaamiseen perustuvan lähestymistavan. Ammoniumtypen mittaukseen perustuva säätö voidaan suorittaa joko takaisin- tai myötäkytkentäsäädöllä tai näiden yhdistelmällä.

Työn kokeellisessa osassa tarkastellaan ammoniumtyppianturin, näytteenottimen ja analysaattorin toimintaperiaatteita sekä käyttöönottoon liittyviä erityisvaatimuksia ja huoltotoimenpiteitä. Laitteiston käyttöönoton huolellinen suunnittelu, joka on linjassa kattavan käyttöönottosuunnitelman ja riskinarvioinnin kanssa on keskiössä käyttöönottoprosessin onnistumisessa.

Opinnäytetyön ytimessä on keskeinen hypoteesi ammoniumtyppeen perustuvan ilmastuksen ohjauksen toteuttamisen mahdollisuudesta lisätä jäteveden käsittelyprosessin energiatehokkuutta ja näin ollen mahdollistaa merkittävät säästöt sen aikaansaamissa käyttökustannuksissa. Koska optimoitua ammoniumtypen mittaukseen perustuvaa ilmastuksen ohjausjärjestelmää ei ennätetty käyttöönottamaan tämän opinnäytetyön aikana, vaaditaan jatkotutkimusta sen todellisen hyödyn havainnoimiseksi Viinikanlahden jätevedenpuhdistamolla.

This thesis investigated the optimization of the aeration of the Viinikanlahti wastewater treatment plant by seeking to introduce aeration control based on the measurement of ammonium nitrogen. The aim of the commissioning of the control was to improve both the energy efficiency of the treatment plant and the treatment results.

The theoretical framework examined aeration control strategies, in contrast with the traditional oxygen-based methods and a more recent approach based on the measurement of ammonium nitrogen. The control based on the measurement of ammonium nitrogen can be performed by either feedback or feedforward control or a combination of both.

The experimental part of the work examined the operating principles of the ammonium nitrogen sensor, the probe, and the analyzer, as well as the specific requirements and maintenance measures related to the commissioning. Careful planning of instrument deployment, in line with a comprehensive deployment plan and risk assessment, was at the heart of the successful deployment process.

Because the installation of the optimized aeration control system was not implemented during this thesis, further research is required to observe its true benefits at the Viinikanlahti wastewater treatment plant.