Digitalisering av avløpsrenseanlegg

Avløpsrenseanlegg (WWTP) innehar en viktig rolle innen offentlig avfallshåndtering. Avløpsrenseanlegg er plassert på enden av avløpsnettet for å forbedre utløpets vannkvaliteten før det slippes ut til resipientene. Karbon, nitrogen og fosfor må fjernes fra avløpsvannet for å forhindre oksygenutarming, eutrofiering og utslipp av giftstoffer. Behandling av avløpsvann kan også skape negative miljøpåvirkninger på grunn av energiforbruk, kjemikalieforbruk og miljøutslipp. I noen få moderne avløpsrenseanlegg er resursgjenvinning og vanngjenbruk inkludert som en holistisk tilnærming. Avløpsbehandlingsprosessen må optimaliseres for å oppnå bedre ytelse innenfor økonomisk effektivitet, utslippskvalitet og miljøpåvirkning.

Ytelsen til avløpsrenseanlegg blir påvirket av forstyrrelser, da spesielt variasjon i karakteristikken til tilløpet.  Framskritt i utvikling av metoder for kontrollsystemer i avløpsbehandling har blitt gjort av forskere og praktikere, noe som det kan ses ut ifra de store mengdene publikasjoner innen kontrollsimulering. Mangelen på kostnadseffektivt og pålitelig utstyr for online overvåkning og kompleksiteten på de biologiske behandlingsprosessene har gjort at implementeringen av kontrollteknikker innen avløpsbehandling har vært begrenset. Denne avhandlingen kombinerer prosessovervåkning, datamining, prosessmodellering og molekylærbiologi for å minske gapet mellom overvåkning og prosesskontroll i praksis. Følgende arbeid ble gjennomført for å optimalisere avløpsbehandling: (1) Karakterisering av tilløpskvalitet og -kvantitet med varierende sesong- og klima-forhold; (2) en kombinert tilnærming for å oppnå avansert kontroll; (3) tolkbare virtuelle sensorer for prosessovervåkning; (4) interaksjoner mellom forskjellige mikrobielle komposisjoner og kinetisk modellering.

Et viktig skritt for å forbedre ytelsen til avløpsbehandlingssystemer er håndteringen av usikkerheter i prosesstilførslene. Som et resultat ble kvaliteten av tilløp i tørt klima sammenlignet etter eliminasjon av sesongbaserte fortynningseffekter. I tillegg ble korrelasjonen mellom klima-faktorer og tilløpskarakteristikker undersøkt. Statistisk overvåkning og prosessmodellering foreslått som en kombinert løsning for å oppnå prediktiv modellkontroll. Komposisjonen av mikrobielle samfunn undersøkt i en lab-skala Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) ved bruk av høy gjennomstrømmingssekvensering. I tillegg ble heterotrof og autotrof biomasse estimert ved å foreta respirasjonstester. Det viktige funnet er interaksjonen mellom resultatet av sekvensering og aktiv biomasseforhold ledet til en ny tilnærming for estimering av modellparametere i kinetisk modellering. Avløpsvann blir renset med energi, kjemiske, miljørelaterte og andre assosierte kostnader. Balansegangen mellom nødvendig rensegrad og redusering av miljøpåvirkning er en konstant problemstilling innen kontrollprosesser i avløpsbehandling. I tillegg til økonomi og avløpskvalitet burde også miljøpåvirkning bli betraktet i design av kontrollstrategier for avløpsrensesystemer.