Συντάχθηκε 14-07-2026 14:45
Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 17/07/2026 09:00
Λήξη: 17/07/2026 10:00
ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: Κουσκουλής Αγησίλαος
Α.Μ.:2019050074
Ημερομηνία Παρουσίασης:17/07/2026
Ώρα:09:00-10:00
Αίθουσα: Zoom
https://tuc-gr.zoom.us/j/96664260233?pwd=QoSDqOeQzHkJ581rbRflM5HObOVVD3.1
Θέμα ΔE «Δυναμική Μοντελοποίηση και Βελτιστοποίηση Μονάδος Επεξεργασίας Ενεργού Ιλύος»
Title «Dynamic Modelling and Optimization of an Activated Sludge Treatment Process»
Επιβλέπων: Διαγγελάκης Νικόλαος.
Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:
1 Διαγγελάκης Νικόλαος
2 Στεφανάκης Αλέξανδρος
3 Γιαννής Απόστόλος
Περίληψη:
Η διεργασία της ενεργού ιλύος αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα στάδια σε μία Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) καθώς είναι μια από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους βιολογικής επεξεργασίας. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της διεργασίας, μέσω της ανάπτυξης ενός δυναμικού μοντέλου, το οποίο περιγράφει με ρεαλιστική προσέγγιση και ικανοποιητική ακρίβεια τις βιολογικές διεργασίες και τον φυσικό διαχωρισμό που λαμβάνουν χώρα εντός των δεξαμενών αερισμού και δευτεροβάθμιας καθίζησης, αντίστοιχα.
Ένα από τα πιο ευρέως γνωστά και αξιόπιστα μοντέλα προσομοίωσης των διεργασιών βιοαποικοδόμισης οργανικού φορτίου και μετατροπής αζώτου, είναι το Activated Sludge Model No.1 (ASM1) το οποίο αναπτύχθηκε από το International Water Association (IWA). Βασιζόμενο στις κινητικές εξισώσεις τύπου Monod (i) αποτελείται από 13 μεταβλητές κατάστασης και 8 διακριτές διεργασίες, (ii) περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό κινητικών και στοιχειομετρικών παραμέτρων και (iii) επιτρέπει μια ρεαλιστική αποτύπωση της δυναμικής συμπεριφοράς του συστήματος.
Η προσομοίωση της δευτεροβάθμιας καθίζησης πραγματοποιείται με την χρήση του μοντέλου Takács, το οποίο παρουσιάζεται ως ένα δυναμικό μοντέλο διαύγασης – πάχυνσης. Βασισμένο στην θεωρία ροής στερεών (solid flux theory) και στα ισοζύγια μάζα γύρω από κάθε στρώση ενός μονοδιάστατου κατακαθιστή, περιγράφεται το προφίλ των στερών ολόκληρης της στήλης. Επιπροσθέτως, περιγράφονται οι συγκεντρώσεις των αιωρούμενων στερεών στις εκροές τόσο του προϊόντος πυθμένα όσο και του προϊόντος υπερχείλισης. Ο υπολογισμός των προαναφερθέντων συγκεντρώσεων είναι εφικτός λόγω της εμπειρική σχέση της ταχύτητας καθίζησης σαν συνάρτηση των επιδράσεων της βαρύτητας και της μαζικής ροής του ρευστού.
Συνδυάζοντας τα δυο αυτά μοντέλα, περιγράφεται η συμπεριφορά του ολοκληρωμένου συστήματος: τα στερεά από τον αερισμό μεταφέρονται στην καθίζηση, όπου ένα μικρό ποσοστό εκρέει με το διαυγές υγρό, ενώ το υπόλοιπο εκρέει από τον πυθμένα και χωρίζεται στα ρεύματα επανακυκλοφορίας (RAS) και απομάκρυνσης ιλύος (WAS). Το RAS επαναφέρεται στην δεξαμενή αερισμού, διατηρώντας τα ποσοστά βιομάζας στα επιθυμητά επίπεδα, ενώ το WAS χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό και τον έλεγχο του χρόνου παραμονής των στερεών (SRT).
Στο μοντέλο γίνεται χρήση τριών αναλογικών ρυθμιστών P-Controllers, με σκοπό τον έλεγχο βασικών λειτουργικών μεταβλητών του συστήματος. Ο πρώτος Qair-SO ρυθμίζει την παροχή αέρα συγκρίνοντας την πραγματική τιμή του διαλυμένου οξυγόνου με το set-point που έχει οριστεί. Αντίστοιχα ο ελεγκτής QW-MLSS μεταβάλλει την αποβολή απόρριψης περίσσειας ιλύος με σκοπό την διαχείριση των στερεών, ενώ ο ελεγκτής Qr-X1 βάση του στόχου της ποιότητας εκροής ρυθμίζεται η ροή επανακυκλοφορίας. Η επιλογή των παραμέτρων έγινε με την μέθοδο δοκιμής σφάλματος, με στόχο την ομαλοποίηση του συστήματος, χωρίς έντονες ταλαντώσεις, συμβάλλοντας στην σταθεροποίηση των λειτουργιών του συστήματος.
Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων έγινε με βάση της διατήρησης βιομάζας μέσω RAS, της σταθεροποίησης του SRT μέσω WAS, καθώς και άλλων ποιοτικών χαρακτηριστικών της διεργασίας, όπως ο λόγος F/M. Κύριος σκοπός, η διερεύνηση στρατηγικών βελτιστοποίησης τόσο της ποιότητας εκροής, όσο και της γενικότερης συμπεριφοράς του συστήματος
Συνολικά, μέσω της προσομοίωσης για 1200 ώρες πάνω σε δύο διαφορετικά θερμοκρασιακά προφίλ, (Χειμώνας, Καλοκαίρι) αναπαρίσταται μία ικανοποιητικότητα της δυναμικής λειτουργίας της μονάδας. Οι τελικές τιμές έδειξαν πως περίπου το 62% των συνολικών στερεών είναι ενεργός βιομάζα, με την συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου να παραμένει κοντά στα 2 gm3, τιμές οι οποίες ενισχύουν τις βιολογικές διεργασίες δημιουργώντας σταθερές συνθήκες νιτροποίησης και απονιτροποίησης και διατηρώντας την ποσότητα των νιτρικών, αποφεύγοντας ενδείξεις έκπλυσης. Επιπλέον, με την σωστή προσομοίωση της μονάδας, η καθίζηση παρουσιάζει ικανοποιητική συμπεριφορά, με την συγκέντρωση ολικών στερεών στην εκροή να βρίσκεται κάτω του ορίου των 35 gm3 , ενώ η υψηλή συγκέντρωσή τους στον πυθμένα επιβεβαιώνει την επαρκή συμπύκνωση των στερεών.
Τέλος, με την επίτευξη ισορροπίας του λόγου μεταξύ οργανικού φορτίου και μικροβιακής μάζας, αλλά και του επιθυμητού στόχου του χρόνου παραμονής της ιλύος, το μοντέλο καθίσταται ένα αξιόλογο εργαλείο μελέτης και προσομοίωσης μίας μονάδας ενεργού ιλύος.
Abstract:
The activated sludge process is one of the most important stages in a wastewater treatment plant (WWTP), as it is one of the most widely used biological treatment methods. The objective of this thesis is to simulate the process, by developing a dynamic model that describes, with a realistic approach and satisfactory accuracy, the biological processes and physical separation that take place within the aeration and secondary sedimentation tanks, respectively.
One of the most widely known and reliable simulation models for the processes of organic load biodegradation and nitrogen conversion is the Activated Sludge Model No. 1 (ASM1), which was developed by the International Water Association (IWA). Based on Monod-type kinetic equations (i) it consists of 13 state variables and 8 distinct processes, (ii) it includes a large number of kinetic and stoichiometric parameters, and (iii) it allows for a realistic representation of the system’s dynamic behavior.
The simulation of secondary sedimentation is performed using the Takács model, which is presented as a dynamic clarification–thickening model. Based on solid flux theory and the mass balances around each layer of a one-dimensional sedimentation tank, the solid concentration profile of the entire column is described. In addition, the concentrations of suspended solids in the effluents of both the bottom product and the overflow product are described. The calculation of the aforementioned concentrations is possible due to the empirical relationship between the settling velocity and the effects of gravity and the mass flow rate of the fluid.
By combining these two models, the behavior of the integrated system is described: solids from the aeration zone are transported to the sedimentation zone, where a small percentage is discharged with the clarified liquid, while the remainder is discharged from the bottom and separated into the return sludge (RAS) and waste sludge (WAS) streams. The RAS is returned to the aeration tank, maintaining biomass levels at the desired levels, while the WAS is used to determine and control the solids retention time (SRT).
The model uses three analog P-controllers to control key operational variables of the system. The first, Qair-SO, regulates the air supply by comparing the actual dissolved oxygen value with the set point. Similarly, the QW-MLSS controller adjusts the excess sludge discharge rate to manage solids, while the Qr-X1 controller regulates the recirculation flow based on the effluent quality target. The parameters were selected using the trial-and-error method, with the goal of stabilizing the system without significant oscillations, thereby contributing to the stabilization of system operations.
The results were evaluated based on biomass retention via RAS, stabilization of the SRT via WAS, as well as other process quality characteristics, such as the F/M ratio. The main objective was to investigate strategies for optimizing both effluent quality and the overall behavior of the system.
The results were evaluated based on biomass retention via RAS, SRT stabilization via WAS, and other qualitative characteristics of the process, such as the F/M ratio. The main objective was to investigate strategies for optimizing both effluent quality and the overall behavior of the system.
Overall, the 1,200-hour simulation under two different temperature profiles (Winter, Summer), the dynamic operation of the unit is satisfactorily represented. The final results showed that approximately 62% of the total solids are active biomass, with the dissolved oxygen concentration remaining close to 2 g⁄m3, values that enhance biological processes by creating stable conditions for nitrification and denitrification and maintaining nitrate levels, thereby preventing signs of leaching. Furthermore, with proper modeling of the unit, sedimentation exhibits satisfactory behavior, with the concentration of total solids in the effluent remaining below the 35 g⁄m3 threshold, while their high concentration at the bottom confirms adequate solids concentration.
Finally, by achieving a balance between the organic load and microbial mass, as well as the desired sludge retention time, the model becomes a valuable tool for studying and simulating an activated sludge system
