In Figuur 5-20 wordt een voorbeeld gegeven van een tabelregeling. In dit voorbeeld wordt een wijziging
van het zuurstofsetpoint bepaald door de gemeten ammonium- en nitraatgehalten. Aan de hand van de
meetwaarden wordt bepaald in welk segment de beluchtingsregeling zich bevindt. De bepaling vindt met
regelmatige intervallen plaats. Voor elk segment wordt een regelactie vastgesteld, aan de hand waarvan
het setpoint wordt gewijzigd. Het setpoint dient zich binnen een instelbaar minimale en maximale waarde
te bevinden. Meestal wordt de zuurstofregeling zelf uitgevoerd als een PID (proportioneel, integrerend en
differentiërend) -regelaar, elke actie heeft een bepaald effect:
AER
ANAE SEL ANOX WISSEL
d a b c NO3 O2NO3 SG O2NH4 Q NH4 PO4 SVI SS blowers Me3+ Me3+ PO4 PO4
Regelingen op de rwzi vinden met name plaats op basis van een: • een tabelregelaar
• een grafiekregelaar • een fuzzy control regeling
In Figuur 5.20 wordt een voorbeeld gegeven van een tabelregeling. In dit voorbeeld wordt een wijziging van het zuurstofsetpoint bepaald door de gemeten ammonium- en nitraatgehalten. Aan de hand van de meetwaarden wordt bepaald in welk segment de beluchtingsregeling zich bevindt. De bepaling vindt met regelmatige intervallen plaats. Voor elk segment wordt een regelactie vastgesteld, aan de hand waarvan het setpoint wordt gewijzigd. Het setpoint dient zich binnen een instelbaar minimale en maximale waarde te bevinden. Meestal wordt de zuurstofregeling zelf uitgevoerd als een PID (proportioneel, integrerend en differentië-rend) -regelaar, elke actie heeft een bepaald effect:
• P-actie: de proportionele actie zorgt voor een verandering van de uitsturing die evenredig is met het verschil tussen meetwaarde en setpoint. Een volledig proportionele regeling (P-regeling) bereikt nooit de setpoint maar zal altijd een bepaalde afwijking handhaven. • I-actie: de integrerende term zorgt voor een constante sommatie van de fout (verschil
tus-sen meetwaarde en setpoint) en reageert sterker naarmate de fout langer duurt. In een PI-regelaar versnelt de I-actie de beweging van het proces in de richting van het setpoint en elimineert de afwijking die de P-regelaar heeft.
• D-actie: de D-actie reageert op de snelheid van de verandering van de fout. Deze actie vertraagt de veranderingssnelheid van output als deze in de buurt van het setpoint komt. De D-actie kan de regelaar onrustiger maken indien er een zekere ruis / variatie op de meting zit.
De PID regelaar zorgt er -bij de correcte instellingen- voor dat verschillen tussen gemeten en gewenste waarden ´glooiend´ worden verkleind
98
FIGUUR 5.20 VOORBEELD VAN DE INSTELLING VAN HET ZUURSTOFSETPOINT MET EEN TABELREGELING. DE PIJLEN GEVEN DE ACTIE AAN (STERK OMHOOG, OMHOOG, OMLAAG EN STERK OMLAAG)
L H
L H
NO3
NH4
Een grafiekregeling maakt gebruik van een vooraf ingesteld verband tussen twee parameters. Een voorbeeld is gegeven in Figuur 5.21 en laat het verband tussen de concentratie NH4 en het gewenste zuurstofgehalte zien voor de instelling van het zuurstofsetpoint. Het lijkt sterk op een P (proportionele)-regeling met ingestelde minima en maxima voor zowel meetwaarde als gewenste waarde. Bij een P-regelaar wordt de regelwaarde (output) bepaald op basis een versterkingsfactor en het verschil tussen de gemeten en de gewenste waarde.
FIGUUR 5.21 VOORBEELD VAN DE INSTELLING VAN HET ZUURSTOFSETPOINT MET EEN GRAFIEKREGELING
L H
L H
NH4
O2
Een regeling gebaseerd op fuzzy control streeft in principe naar hetzelfde als de PID regelaar, maar op een heel andere manier147. Een dergelijke regeling is te vergelijken met een tabel-regeling met glooiende, of wazige (´fuzzy´) overgangen tussen de verschillende segmenten als aangegeven in Figuur 5.20. Ook kan in een fuzzy regelaar een groter aantal voorwaarden worden opgenomen.
STRATEGIEËN
Voor de stikstofverwijdering in een rwzi zijn de belangrijkste regelingen: • zuurstofsetpoints in de beluchtingsruimte/tank
• inzet facultatieve denitrificatie/nitrificatietank of wisselruimte • recirculatiedebiet
• spuislibdebiet ten behoeve van het handhaven van de benodigde slibleeftijd Spuislibdebiet
Voor nitrificatie is het van belang een voldoende hoge slibleeftijd te hanteren. De slibleeftijd kan geregeld worden door een voldoende hoog drogestofgehalte in de beluchting te hand-haven. Het drogestofgehalte wordt geregeld door het spuislibdebiet. Het spuislib kan via het
99
retourslib en uit de beluchtingstank onttrokken worden. Voordeel van het retourslib is dat het drogestofgehalte hoger is en er een lager debiet onttrokken hoeft te worden, waardoor pompen, leidingwerk en de verdere indikking of ontwatering een kleine hydraulische capaci-teit kan hebben. Bij onttrekken uit de beluchtingstank is het voordeel dat de kwalicapaci-teit van de stroom gelijkmatiger is dan vanuit het retourslib en voorkomen wordt dat P-afgifte optreedt door anaerobe situaties.
Het spuislibdebiet wordt gestuurd op basis van het drogestofgehalte in de beluchtingstank.
FIGUUR 5.22 RELATIE TUSSEN AEROBE SLIBLEEFTIJD VOOR NITRIFICATIE ALS FUNCTIE VAN TEMPERATUUR. IN BLAUW: MET F (VEILIGHEIDSFACTOR) VAN 1,25 EN IN ROOD: ZONDER F (F=1)
Inzet van de facultatieve denitrificatie/nitrificatietank of wisselruimte
Om flexibel te kunnen reageren op schommelingen in de aanvoer en/of het temperatuurver-loop over een jaar kan een facultatieve denitrificatie/nitrificatietank of een wisselruimte in de zuivering worden opgenomen (zie § 5.1). Deze kan afhankelijk van de effluentkwaliteit ingezet worden voor vergroting van de denitrificatie- of nitrificatiecapaciteit. Zo zal er bij piekaanvoeren of bij lagere temperaturen een grotere behoefte zijn aan nitrificatiecapaciteit en bij lage aanvoer meer behoefte aan extra denitrificatiecapaciteit. Op basis van de efflu-entkwaliteit en het zuurstofverbruik kan besloten worden het aeroob of anoxisch bedrijf van de facultatieve denitrificatie/nitrificatietank of wisselruimte. Hiervoor kan gebruik worden gemaakt van een NH4 of een NO3 meter in de tank in combinatie met de zuurstofregeling. Sturing recirculatiedebiet naar denitrificatieruimte
Bij voordenitrificatie wordt nitraatrijk actief slib vanuit de nitrificatietank teruggevoerd naar de denitrificatietank. Dit kan niet met een constant debiet plaatsvinden, omdat de denitri-ficatiesnelheid en de denitrificatie over de dag varieert. Bij enige influent aanvoer zal de denitrificatiecapaciteit door de aanwezigheid van makkelijk afbreekbare BZV hoger zijn dan wanneer endogeen gedenitrificeerd moet worden. Daarnaast kan de recirculatiestroom zuur-stof bevatten wat nadelig is voor de denitrificatie, met name wanneer er geen of zeer lage influent aanvoer plaatsvindt. In dit laatste geval kan de denitrificatietank bij een constant recirculatiedebiet zelfs aeroob worden.
Het recirculatiedebiet wordt gestuurd op basis van nitraatmeting in het laatste deel van de denitrificatietank. Hiervoor kan een redoxmeter of een nitraatmeter worden gebruikt. Bij hoge nitraatconcentraties is de afbraak van nitraat onvolledig en wordt het recirculatiedebiet
100
verminderd. Wanneer langere tijd geen of lage concentraties nitraat wordt gemeten wordt het recirculatiedebiet verhoogd.
Sturing zuurstofsetpoints
Het navolgende is voor een belangrijk deel ontleend aan een STOWA-rapport over regeling van de beluchting146. Regeling van de zuurstofvoorziening in de beluchte reactoren vindt doorgaans plaats op basis van een cascade-regeling (master-slave-regeling), waarbij het inge-stelde zuurstofgehalte wordt geregeld door het gehalte ammoniumstikstof. De beluchting wordt dan geregeld door het gewenste zuurstofgehalte.
Regelstrategieën voor stikstofverwijdering zijn de volgende ([ ] staat voor de concentratie): • cascaderegeling voor beluchting
- [NH4] bepaalt O2-setpoint, [O2] bepaalt luchtdebiet - [NO3] bepaalt recirculatiedebiet
• bij verhoogd debiet of verhoogde N-vracht wordt het luchtdebiet (voorwaarts) bepaald door - binnenkomend debiet of binnenkomende N-vracht.
Bovengenoemde cascaderegeling wordt veel toegepast, maar voorwaartse regeling van de beluchting door binnenkomend debiet of vracht veel minder. Aan de hand van de regeling kan ook een ‘echte’ strategie worden bedacht, in de zin van het streven naar:
• energiezuinigheid, bijvoorbeeld door het handhaven van hogere NH4-N concentraties en het aanpassen van het slibgehalte aan de benodigde slibleeftijd
• minimale effluentconcentraties, bijvoorbeeld door het handhaven van de hoogst moge-lijke slibleeftijd, in combinatie met lage setpoints voor de verschillende componenten • exact de gewenste effluentconcentraties
ENERGIEZUINIGE REGELING
In STOWA 2012-28146 worden op basis van enquêteresultaten de volgende factoren genoemd voor een energiezuinige regeling:
• Toepassing van een NH4-meting in de regeling. De motivatie hiervoor is: - dit is een directe maat voor de zuurstofvraag
- dit leidt tot beluchting op maat - dit leidt tot minder onnodig beluchten • Toepassing van NO3-meting in de regeling:
- dit leidt tot een optimale afstemming tussen stikstofverwijdering en energieverbruik • dit geeft meer ruimte voor denitrificatie
• Direct regelen op NH4 en/of NO3 • Feed-forward regeling op influentdebiet • Aandacht voor optimalisatie van de regeling • Aandacht voor de juiste P,I en D-instellingen
• Aandacht voor calibratie / onderhoud van de sensoren • Invoeren van een standaardregeling
• Begrijpbare en beredeneerbare regeling waardoor de operator beter in staat is en meer gemotiveerd is om de regeling te fine-tunen.
Er dient te worden opgemerkt dat een betere beluchterregeling niet per definitie leidt tot energiebesparing en dit sterk afhankelijk is van de uitgangssituatie. Een betere beluchter-regeling zal niet alleen het energieverbruik proberen te verlagen, maar vooral ook effluent-kwaliteit en-stabiliteit proberen te verbeteren.