Työn tarkoituksena oli selvittää Oulun Veden Taskilan jätevedenpuhdistamon lietteenkuivauksen optimointimahdollisuudet hyödyntäen online-mittauksia sekä ottaa käyttöön Metso monimuuttujasäätö (Metso MPC). Lietteenkuivauksen toimivuuden seuranta on tähän asti tapahtunut lähinnä kuivakakun kuiva-ainepitoisuuden määrityksellä käyttäen pika-analysaattoria. Tässä työssä hyödynnettiin kuivaukseen tulevan lietteen ja kuivatun lietteen jatkuvatoimisia kuiva-ainemittauksia sekä Taskilan jätevedenpuhdistamolle hankittua jatkuvatoimista rejektiveden kiintoainepitoisuusmittaria, Metso LS -mittaria, jonka soveltuvuutta jätevedenpuhdistamolle on myös tutkittu tässä työssä.
Optimoinnin tarkoituksena oli saada lietteenkuivausprosessi toimimaan niin, että rejektiveden kiintoainepitoisuus olisi mahdollisimman pieni ja kuivakakun kuiva-ainepitoisuus mahdollisimman suuri. Lisäksi pyrittiin minimoimaan polymeerisyöttöä ja lingon energiankulutusta. Metso MPC:n avulla optimointi voidaan tehdä automaattisesti online-mittauksia hyödyntäen. Optimoinnin tulosten perusteella laskettiin kustannussäästöarviot, joiden perusteella arvioitiin lietteenkuivausprosessin painopisteet.
Työ aloitettiin selvittämällä polymeerisyötön ja lingon toiminnan vaikutuksia rejektiveden kiintoainepitoisuuteen ja kuivakakun kuiva-ainepitoisuuteen. Monimuuttujasäätöä varten tehtiin polymeerisyötön ja lingon momentin askelvastekokeita, joiden perusteella laskettiin säädölle toimintamallit. Optimointitestauksista saatujen tulosten perusteella laskettiin säästöarviot lingon toiminnan muutoksille, polymeerisyötön minimoinnille, rejektiveden kiintoainepitoisuuden pienentämiselle sekä lietteenkäsittelykustannuksille.
Säästöarvioinneissa huomattiin, että suurimmat säästöt lietteenkuivauksessa saadaan nostamalla kuivakakun kuiva-ainepitoisuutta. Lisäsäästöjä saadaan ohjaamalla lingon toimintaa energiatehokkaammaksi pienentämällä pääkierroslukua. Kuiva-ainepitoisuuden parantaminen kuitenkin huonontaa rejektiveden laatua, mikä kuormittaa puhdistamoa kierrättämällä kiintoainetta ja fosforia puhdistusprosessin alkuun. Sisäisen kierron lisääntymisestä aiheutuvat kustannukset jäävät kuitenkin suhteellisen pieniksi verrattuna kuiva-aineen nostolla saataviin säästöihin. Näin ollen Metso MPC-säädön painopiste tulee siirtää kuivakakun kuiva-ainepitoisuuden nostamiseen. Säädöllä voidaan pyrkiä samanaikaisesti myös pieneen rejektiveden kiintoainepitoisuuteen sekä polymeerisyötön minimointiin.
Työn aikana huomattiin, että lietteenkuivausprosessin optimointi on hyvin haastavaa vaihtelevan lietelaadun vuoksi. Rejektiveden kiintoainepitoisuus nousee herkästi yli LS-mittarin mittausalueen, minkä vuoksi myöskään MPC-säätö ei pysy toiminnassa. Kuivausprosessin toimivuutta voitaisiin mahdollisesti parantaa vaihtamalla polymeeriä. / The aim of this diploma thesis was to optimize the sludge drying process in Taskila Wastewater Treatment Plant (WWTP) using online measurements and to put a model predicative control (MPC) programmed by Metso into use. Until now the sludge drying process has been observed by measuring the dry cake percentage using a rapid analyzer. The online measurements used in this thesis were total solids (TS) measurements for incoming and dried sludge and a suspended solids measurement (a Metso Low Solids Measurement meter) for reject water. In this thesis also the applicability of the Metso LS in Taskila WWTP was observed.
The aim of optimization of sludge drying process was to minimize the suspended solids concentration of reject water, to have the driest possible dry cake percentage and to minimize the usage of polymer solution. Also the energy efficiency of the centrifuge was observed. The Metso MPC enables automatic optimization of the sludge drying process. Cost savings evaluations were calculated based on the results gotten in optimization tests. The conclusions on how to optimize the sludge drying process were made based on these evaluations.
This thesis begun by testing how the changes in polymer dosage and centrifuge operation affect the suspended solids concentration of reject water and the dry cake percentage. Step response tests were made in order to calculate process models for both the polymer dosage and torque of the centrifuge used in MPC programming. The cost savings calculations of centrifuge operation changes, decrease of polymer dosage, minimizing the SS concentration of reject water and sludge handling were made based on the tests results.
Test results prove that the biggest savings in sludge drying process could be made when increasing the total solids concentration of dry cake. More savings can be made when decreasing the absolute speed of the centrifuge. Increasing the dry cake percentage will cause the SS concentration of reject water to increase which will increase the inner circulation of SS and total phosphorus. However the costs of inner circulation are relatively smaller than the savings gotten from increasing the TS percentage of the dry cake. Hence the biggest weight in MPC should be put on increasing the dry cake percentage. With MPC it is also possible to minimize the SS concentration of reject water and polymer dosage at the same time.
It was noticed that the optimization of the sludge drying process is very difficult because of the varying quality of the sludge to be treated. The SS concentration of reject water increases easily over the measuring range of the LS meter which then disables the MPC. Better results in sludge drying might be gotten when changing the polymer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:nbnfioulu-201305291358 |
| Date | 31 May 2013 |
| Creators | Mannermaa, H. (Henna) |
| Publisher | University of Oulu |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | Finnish |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/masterThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © Henna Mannermaa, 2013 |
Page generated in 0.0021 seconds