Oxyfuzzy - sdi automazione industriale

Transcript

“RISPARMIO ENERGETICO E
IMPROVEMENT FUNZIONALE
MEDIANTE L’OTTIMIZZAZIONE DELLA
FORNITURA DI ARIA”
Collaborazione di Ricerca Triennale sperimentata
sull’impianto a scala reale per un anno
STRUMENTAZIONE
DI ANALISI
kNOW-HOW SU PROCESSI DI
DEPURAZIONE E LOGICA
FUZZY
AGSM: IMPIANTO CITTÀ DI
VERONA
SOLUZIONI DI
AUTOMAZIONE
E INTEGRAZIONE
Impianto di trattamento delle acque reflue
Il cuore di un impianto di
depurazione delle acque di
scarico è rappresentato dal
Processo Biologico
Le motivazioni
Perché il controllo della fornitura di aria in un impianto
fanghi attivi è così importante?
Fornitura di ossigeno = una delle principali voci di costo (~ 20 ÷ 30%)
gestionali
Fornitura di ossigeno = fattore determinante per l’efficienza del processo
(rimozione dell’azoto, sedimentazione dei fanghi, stato di salute della
biomassa ecc.)
Perché ottimizzare la fornitura d’aria?
Per evitare sprechi di energia dovuti a una fornitura eccessiva
Per adeguare il sistema alla variabilità del carico entrante assicurando:
- massima efficienza di trattamento
- stabilità del processo
Il controllo tradizionale NON è il controllo ottimale!
Sistema tradizionale: fornitura di aria regolata in base a rilevazione
ossigeno disciolto in vasca confrontato con set-point FISSO
Perché non è ottimale?
Non si tiene conto della resa del processo di depurazione: necessaria la
misura di un ulteriore parametro (ammoniaca)
Non si tiene conto della variabilità del carico: si fornisce o troppo o troppo
poco ossigeno per la maggior parte del tempo
I metodi di controllo utilizzati sono troppo semplificati e danno luogo a
instabilità
Il controllo tradizionale NON è il controllo ottimale!
DO
DO
3,5
DO set point
10
DO set point
NH4+-N concentration
9
7
6
2
5
1,5
DO
4
3
1
2,5
7
2
6
5
1,5
4
DO
1
3
2
+
NH4 -N
0,5
9
8
DO concentration (mg L-1)
8
2,5
3
NH4+-N concentration (mg L-1)
3
10
2
+
NH4 -N
0,5
1
0
0.00
0
2.30
5.00
7.30
10.00
12.30
15.00
time (hours)
17.30
20.00
22.30
1
0
0.00
0
2.30
5.00
7.30
10.00
12.30
15.00
time (hours)
17.30
20.00
22.30
3,5
Come risolve questi problemi ?
Si rileva la resa istantanea del processo attraverso la misura online dell’ammoniaca
Si adattano le condizioni di processo alla variabilità del carico
attraverso un adattamento continuo del set-point di ossigeno
disciolto
Si ottiene una maggiore stabilità di controllo tramite l’adozione di
un metodo basato su logica fuzzy
Sperimentazione su scala reale

Impianto di depurazione della città di Verona

Trattamento biologico: 4 reattori biologici (Vtot=18.800 m3)

Sistema fornitura aria: 3 compressori centrifughi (portata max aria
=12.100 Nm3/h), collettore principale, stacco per ogni reattore e
diffusori per ogni vasca

Sistema di controllo preesistente: controllo della concentrazione di
ossigeno disciolto tramite controllore PID che mantiene il valore
misurato vicino ad un set point impostato manualmente
Controllo ottimizzato
DO
DO
3,5
DO set point
DO set point
10
3
9
7
2
6
5
1,5
4
DO
1
3
9
8
8
+
NH4 -N
DO concentratione (mg L-1)
3
2,5
10
2,5
7
+
NH4 -N
2
6
5
1,5
4
1
3
DO
2
2
0,5
0,5
1
1
0
0.00
0
0
2.30
5.00
7.30
10.00
12.30
15.00
17.30
20.00
0.00
22.30
time (hours)
0
2.30
5.00
7.30
10.00
12.30
15.00
time (hours)
O2
NH4
Aria
17.30
20.00
22.30
3,5
Confronto (condizioni di alto carico)
DO set point
original controller
- high load
Controllo
Tradizionale
DO set point
10
3
7
6
2
5
1,5
DO
4
3
1
9
8
+
NH4 -N
2,5
7
2
6
5
1,5
4
DO
1
3
2
2
+
NH4 -N
0,5
DO concentratione (mg L-1)
8
2,5
9
3
Controllo
fuzzy controllerFuzzy
- high load
DO
3,5
10
0,5
1
1
0
0.00
0
2.30
5.00
7.30
10.00
12.30
15.00
DO
3,5
17.30
20.00
22.30
0
0.00
0
2.30
5.00
7.30
10.00
12.30
15.00
17.30
20.00
22.30
time (hours)
time (hours)
concentrazione di ammoniaca
(mg N-NH4+/L)
concentrazione di ossigeno (mg/L)
Indice Statistico
(su 12 mesi)
Controllo
tradizionale
Controllo
fuzzy
0,81
0,32
0,40
0,09
Indice Statistico
(su 12 mesi)
Controllo
tradizionale
Controllo
fuzzy
Media
6,8
6,6
Errore medio
(rispetto set point)
Varianza
6,0
1,9
Varianza
Confronto (condizioni di basso carico)
DO set point
original controller - low load
Controllo
Tradizionale
fuzzy controller - low load
DO set point
10
3
2
6
5
1,5
4
DO
1
3
2,5
7
+
NH4 -N
6
2
5
1,5
4
1
3
DO
2
2
+
0,5
NH4 -N
0,5
8
7
2,5
9
3
9
8
Controllo Fuzzy
DO
3,5
10
1
1
0
0.00
0
2.30
5.00
7.30
10.00
12.30
15.00
17.30
DO
3,5
20.00
22.30
0
0
0.00
2.30
5.00
7.30
10.00
12.30
15.00
17.30
20.00
22.30
time (hours)
time (hours)
concentrazione di ammoniaca
(mg N-NH4+/L)
concentrazione di ossigeno (mg/L)
Indice Statistico
(su 12 mesi)
Controllo
tradizionale
Controllo
fuzzy
0,49
0,12
0,15
0,01
Indice Statistico
(su 12 mesi)
Controllo
tradizionale
Controllo
fuzzy
Media
1,0
4,1
Errore medio
(rispetto set point)
Varianza
1,5
3,0
Varianza
Controllo innovativo della fornitura di aria in impianti a
fanghi attivi
Il sistema è stato sperimentato e mantenuto in funzionamento
per circa 12 mesi.
Vantaggi su tre fronti:
1.
EFFICIENZA del processo biologico
2.
STABILITA’ del processo biologico
3.
RISPARMIO ENERGETICO del processo biologico
1. Efficienza del processo biologico
9 NO ad insufficiente erogazione di aria
9 NO nitrificazione carente
9 NO valore troppo elevato di ammoniaca nell’effluente
9 NO ad eccessiva fornitura di aria
9 NO nitrificazione “troppo spinta”
9 NO valore di ammoniaca in uscita inutilmente basso
9 NO spreco energetico
2. Stabilità del processo biologico
9 Adattamento alle condizioni variabili del carico in ingresso
9 Stabilità a lungo termine
9 scala giornaliera
9 fluttuazioni della concentrazione di ammoniaca
9 Stabilità a breve termine
9 scala dei minuti
9 fluttuazioni della concentrazione di ossigeno disciolto attorno al set
point
3. Risparmio Energetico
Perché si risparmia?
9 Si evita fornitura di aria in eccesso
9 Miglior rendimento di trasferimento di ossigeno da parte dei
diffusori
Stima per impianto “tipo” da 100.000 a.e.
9 Confronto fra set point fisso e set point regolato da Oxyfuzzy
Riduzione portata di aria di circa il 25%
Risparmio energetico di circa il 20%
Struttura del sistema
Componenti del sistema
1. Strumentazione di analisi:
Sonde per Ossigeno Disciolto - Misuratore di Azoto Ammoniacale
(HACH LANGE)
2. SCADA con “Fuzzy logic engine” integrati
(SDI Automazione Industriale)
3. Acquisizione e regolazione I/O con sistema STAR
(SDI Automazione Industriale)
Una tecnologia all’avanguardia
1. Risposta alle esigenze di risparmio energetico
2. Logica Fuzzy - ingloba know-how di esperti
3. Sensori innovativi
4. Strumentazione digitale
5. Possibilità di teleassistenza
Su misura per l’impianto
1. Adattabile a
dell’impianto
diverse
esigenze
di
processo:
check
up
2. Adattabile a diversi schemi impiantistici
3. Requisiti minimi dell’impianto (da verificare caso per caso)
4. Personalizzazione da parte dell’utente dei valori desiderati di
ammoniaca e ossigeno
5. System integration
Una soluzione sicura
1. Affidabilità del sistema
9 Componenti affidabili
9 Soluzione per ambienti “severi”
2. Affidabilità della logica di controllo
9 Livelli di sicurezza personalizzabili
9 Gestione emergenze
Un investimento vantaggioso
1. Eliminazione degli sprechi energetici
2. Cambio della logica di gestione
3. Ritorno dell’investimento nel giro di 3-5 anni
I partner :
Università di Brescia
Gruppo di Ingegneria Sanitaria-Ambientale facente capo ai
Proff. Carlo Collivignarelli e Giorgio Bertanza
Esperienza ventennale nella ricerca e sviluppo di soluzioni
innovative per impianti di trattamento delle acque
Coordinamento di giornate di studio e produzione di manuali
tecnici Gruppo di Lavoro di Ingegneria Sanitaria-Ambientale:
http://civserv.ing.unibs.it/civile/gruppi_ricerca/ingegneria_sa
n_amb/
Progetto congiunto con il Dipartimento di Elettronica per
l’Automazione (Prof. Pietro Baroni)
I partner :
SDI Automazione Industriale
Produttore e Fornitore di sistemi SCADA e DCS per impianti
industriali (Termoelettrici, Idroelettrici, Depuratori, DEMI,
ITAR, …).
Produttore e Fornitore di sistemi di Telecontrollo per reti di
pubblica utilità (acqua, gas, energia,…).
System Integrator
Alcune Referenze: Gruppo ENI, ENEL, RFI, EDISON,..
Municipalizzate:AEM,ACEA,AGSM,ASM,BAS,AGS, …
Privati: Cartiere Burgo, Cons. Conc. Fucecchio,…
SDI : Prodotti, Sistemi, Servizi per
l ’automazione industriale
PRODOTTI
SISTEMI
R&D
Ingegneria
Produzione
Integrazione di apparati
Progettazione hw e sw
Costruzione
Configurazione
Installazione
Assistenza avviamento
SERVIZI
Progettazione
Manutenzione
Assistenza
Corsi
SDI : fornitura sistemi integrati di
supervisione controllo ed
automazione
•
•
•
•
•
•
•
•
Supervisione
Controllo
Telecontrollo
Regolazione
Automazione
Archiviazione dati storici su
RDBMS
Ottimizzazione e simulazione
WEB Server
Utilizzando il sistema eXPert s.d.i. automazione fornisce sistemi
completi di automazione e controllo, inoltre sviluppa progetti di
integrazione e revamping di sistemi esistenti.
I partner :
HACH LANGE
Gli specialisti nelle analisi
delle acque reflue , potabili ed industriali
ÎSoluzioni integrate per ogni esigenza di analisi delle acque
ÎCompetenza ed esperienza nelle applicazioni relative ad acque
reflue, acque potabili e nelle acque per il processo industriale
ÎCentri di ricerca e sviluppo distribuiti in tutto il mondo
assicurano un costante flusso di innovazione
ÎAssistenza completa per tutta la linea di strumentazione
ÎUn unico competente fornitore per consulenza, vendita, assistenza,
formazione e manutenzione
I partner :
HACH LANGE
Integra prodotti e applicazioni
Prodotti
Un portafoglio prodotti
unico e completo per
misure in
Îcampo,
Îlab,
Îprocesso/online
Æ strumenti e reagenti
Applicazioni
Î Acque reflue civili e
industriali
Î Acque potabili
Î Misura di portata
Î Monitoraggio
ambientale
Î Applicazioni di
processo industriale
I partner :
HACH LANGE
Per ogni esigenza analitica
LABORATORIO/CAMPO
Reagenti
Fotometri
Colorimetri
Titolatori
Test ottici
-
PROCESSO/ONLINE
COD, TOC, AOX, BOD Controller
Sonde
O2, pH, conducibilità
Torbidità
Analizzatori
Nutrienti
Reagenti
Cloro
Metalli
Più di 80 parametri
Microbiologia
Accessori
CAMPIONATORI
- Portatili
- Fissi
-O2, pH, conducibilità
- Torbidità
- Fanghi e solidi
sospesi
- Nutrienti
- TOC, SAC
- Cloro, ozono
- Portata
- Kit di
installazione/accessor
- Livello, pressione,
portata in acque reflue
I partner :
HACH LANGE
Un unico fornitore
ÎHACH LANGE è leader mondiale nell’offrire soluzioni analitiche e
gestionali per le acque: in campo, in laboratorio e da processo
ÎHACH LANGE è l’unica azienda in grado di fornire soluzioni
integrate per tutti i parametri che caratterizzano la qualità delle
acque
ÎHACH LANGE vuol dire servizio internazionale di consulenza,
vendita, assistenza, formazione, manutenzione e riparazione, con
sedi principali negli Stati Uniti, in Europa e Asia