State Detection and Feedback Control of the Anaerobic Wastewater Treatment Using Fuzzy Logic

摘要: Anaerobic treatment of wastewater offers the advantage elimination main part pollutants, which saves disposal charges. Compared to aerobic technology, less sludge is formed, and energy produced in form biogas. However, anaerobic has also several drawbacks. These are more difficult handling extreme long characteristical times, whereby particularly an overload can lead a complete break-down plant. A restart takes weeks months, restricted user’s acceptance compared conventional plants. But using intelligent control systems circumvent this problem. Up now comparatively few engineering applied treatment. The controlled variables mostly regarded isolation, e.g. temperature pH held constant by local controller. Connecting particular measurands manipulated variables, one essentially increase efficiency as well stability. Even though such controllers would be possible classical engineering, effort considerable due its high complexity. Therefore, Fuzzy logic (the Mamdani-type fuzzy rulebase) was chosen for state detection two-stage reactor system modelled way biological reactors could predicted. Based upon this, proper actions were enacted automatically. very strong fluctuations loading both, concentration volumetric flow rate, thereby handled successfully. Moreover, effluent concentrations kept relatively low without TOC, COD or equivalent measurements. In concrete, should developed tested on lab scale plant from potato processing industry. As no existing meeting requirements available, consideration automation, new constructed. For further testing developed, dynamic mathematical simulation model used. digester extended order able simulate with biofilm. All relevant measurands, like pH, hydrogen, methane, (flows, temperature) controller covered model. validated both sensitivity analysis experimental data. Sensitivity points out important parameters Connected software, simulations performed where command altered output logic. Data uncontrolled experiments reproduced satisfactorily use quality improved changing sets. Simulating different scenarios, detect overloads thus execute actions. Abstract Deutsch Die anaerobe Abwasserreinigung wird hauptsachlich eingesetzt, um den Hauptanteil der organischen Schmutzfracht aus Abwassern zu entfernen, wobei die Einleitergebuhren gesenkt werden konnen. Im Vergleich mit aeroben Abwasserbehandlung fallt weniger Uberschuss-Schlamm und zudem Energie, Form von Biogas, gewonnen. Jedoch weist Behandlung auch Nachteile auf, wie schwierigere Handhabung sehr langen charakteristischen Zeiten. Insbesondere kann eine Uberladung Nahrstoffen einem Zusammenbruch des Systems fuhren. Ein Neuanfahren Anlage dauert einige Wochen bis mehreren Monaten, Akzeptanz dieses bei Betreibern einschrankt. Dieses Problem jedoch gelost werden, wenn intelligente Regelsysteme eingesetzt werden. Bisher noch relativ wenig Regelungstechnik Abwasserreinigungsanlagen eingesetzt. Regelgrosen meist isoliert betrachtet, so zum Beispiel Temperatur pH-Wert Hilfe eines lokalen Reglers konstant gehalten. Wenn entsprechenden Mes- Stellgrosen auf geeignete Weise verbunden dann sowohl Effektivitat als Stabilitat anaeroben Abwasserbehandlungsanlagen gesteigert Obwohl solche klassischer realisiert konnten, ware Aufwand Grund grosen Komplexitat betrachtlich. Deshalb wurde Fuzzy-Logik (die klassische Fuzzy-Regelbasis nach Mamdani) fur Zustandserkennung Regelung zweistufige zweistufiges Abwasserreinigungssystem modelliert geregelt, das biologische Zustand Reaktoren abgeschatzt konnte. Darauf aufbauend wurden Stelleingriffe automatisch durchgefuhrt. Sogar grose Schwankungen Konzentration volumetrischen Belastung konnten damit erfolgreich gehandhabt Ausserdem konnte Auslauf-Konzentration niedrig gehalten ohne Grosen chemische Sauerstoffbedarf (CSB) oder gesamte organische Kohlenstoff (TOC) gemessen worden waren. Konkret sollte Technik einer im Labormasstab entwickelt getestet Da aber keine zugegriffen konnte, besonders Bezug Automation, neue konstruiert. Fur weitere Tests Regelungssytems ein dynamisches mathematisches Simulationsmodell verwendet. Dafur exisitierendes Model einen Reaktor erweitert, System Biofilm simulieren Alle relevanten Messgrosen, pH-Wert, Wasserstoff- Methankonzentration, Regelsystems (Durchflusraten, Temperatur) durch Modell abgedeckt. Das mittels Sensitivitatsanalyse Daten Experimenten validiert. hebt wichtigen Modell-Parameter hervor. Mit Simulation, Fuzzy-Logik-Software wurde, dynamische Simulationen durchgefuhrt Fuhrungsgrosen Prozesses Ausgangswerte dynamisch festgelegt wurden. ungeregelten geregelten Versuchen dem zufriedenstellend simuliert Ablaufqualitat Simulation verbessert indem Fuzzy-Sets geandert Bei verschiedenen Uberlastungs-Szenarien Uberlastungs-Zustande erkennen Stellmasnahmen durchfuhren.