Oznaka poročila: ARRS-RPROJ-ZP-2013/238 ZAKLJUČNO POROČILO RAZISKOVALNEGA PROJEKTA A. PODATKI O RAZISKOVALNEM PROJEKTU 1.Osnovni podatki o raziskovalnem projektu Šifra projekta L2-2157 Naslov projekta Modeliranje in vodenje čistilnih naprav za izboljšanje kvalitete iztoka in energetsko učinkovito obratovanje Vodja projekta 19031 Darko Vrečko Tip projekta L Aplikativni projekt Obseg raziskovalnih ur 4650 Cenovni razred B Trajanje projekta 05.2009 - 04.2012 Nosilna raziskovalna organizacija 106 Institut "Jožef Stefan" Raziskovalne organizacije -soizvajalke Raziskovalno področje po šifrantu ARRS 2 TEHNIKA 2.06 Sistemi in kibernetika Družbenoekonomski cilj 02. Okolje 2.Raziskovalno področje po šifrantu FOS1 Šifra 2.02 -Veda 2 Tehniške in tehnološke vede - Področje 2.02 Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring B. REZULTATI IN DOSEŽKI RAZISKOVALNEGA PROJEKTA 3.Povzetek raziskovalnega projekta2 SLO V projektu smo se ukvarjali predvsem z iskanjem možnosti za izboljšavo delovanja Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CČND). Za ta namen so bili načrtani matematični modeli linije blata, linije vode in model celotne CČND v programskem paketu GPS-X. Matematični modeli se relativno dobro ujemajo z dnevno povprečnimi meritvami na realni napravi. Z modeli smo naredili vrsto simulacijskih študij na osnovi katerih so bili predlagani različni ukrepi za izboljšanje delovanja CČND, kot so uvedba obtoka prve biološke stopnje linije vode, povečanje pretoka pregnitega blata v liniji blata, itd. Z matematičnim modelom je bila narejena tudi preverba delovanja nadgradnje CČND s sekvenčno čistilno napravo (SČN), s katero se želi doseči učinkovito čiščenje dušikovih komponent. Nekateri ukrepi, ki so bili predlagani na osnovi uporabe matematičnega modela, so se testirali tudi na napravi. Testi kažejo, da se z delnim obtokom prve biološke stopnje v liniji vode izboljša kvaliteta biomase v drugi biološki stopnji, s čimer se izboljša kvaliteta iztoka. S povečanjem pretoka pregnitega blata v liniji blata se zmanjša količina blata, ki se vrača na linijo vode in s tem obremenitev naprave, kar ima za posledico bolj ekonomično obratovanje naprave. Preverba delovanja nadgradnje naprave je pokazala, da je potrebno uporabiti večje volumne reakcijskih bazenov, od tistih, ki so bili predvideni v idejni zasnovi. Preverba delovanja nadgradnje naprave je zelo pomembna, saj nadgradnja predstavlja več kot 10 milijonov EUR vredno investicijo. Na projektu so potekale tudi aktivnosti, ki so bile bolj teoretično naravnane in so prispevale k razvoju znanosti na več področjih. Sodelovali smo pri razvoju metodologije za ocenjevanje delovanja čistilnih naprav z upoštevanjem negotovosti in različnih možnih izidov. Na pilotni napravi CČND je bila narejena primerjava prediktivne regulacije amonijevega dušika s PI regulacijo in vodenjem z upoštevanjem motnje. Na podatkih iz CČND smo preizkusili postopek odkrivanja informacij, ki lahko služi kot pomoč upravljavcem za podporo odločanju. Sodelovali smo tudi pri razvoju študijskih modelov čistilne naprave, ki jih uporablja veliko različnih institucij po svetu, predvsem za izobraževanje in raziskave. ANG The goal of this project was to improve the operation of the Domžale-Kamnik wastewater treatment plant (WWTP). For this purpose, mathematical models of the sludge line, water line and the entire Domžale-Kamnik WWTP have been built by using the GPS-X software. The mathematical models show a relatively good agreement with the real-plant daily average measurements. The models were used to perform several simulation scenarios. Based on these scenarios various measures were proposed to improve the operation of the Domžale-Kamnik WWTP, such as introducing the bypass of the first biological stage in the water line, increasing the digested sludge flow rate in the sludge line, etc. Mathematical model was also used to verify the operation of the sequencing batch reactor for upgrading the Domžale-Kamnik WWTP that will provide successful removal of nitrogen compounds. Some of the proposed measures were also tested in the real plant. Testing in the plant shows that the partial bypass of the first biological stage improves the quality of the biomass in the second biological stage and consequently the effluent quality. By increasing the digested flow rate in the sludge line reduces the amount of the sludge, which is returned to the water line, which reduces the plant load and consequently operation costs of the plant. Verification of the plant upgrading shows that larger volumes of the reaction tanks, from those suggested in the conceptual design have to be used. Verification of the plant upgrading is very important since upgrading of the plant represents investment costs of more than 10 million EUR. Some activities that were more theoretically oriented were also carried out in the project. These activities contributed to the development of science in several areas. We participated in the development of methodologies for determining the operating strategies for bio-chemical, wastewater treatment plants considering process uncertainty and multiple steady states. A comparison of the model predictive control of ammonia nitrogen in the pilot plant of the Domžale-Kamnik WWTP with the results of the feedforward and PI controllers were also made. We have applied the knowledge discovery procedure, which can be helpful for decision support on the data measured in Domžale-Kamnik WWTP. We also participated in the definition of the wastewater treatment benchmark simulation models, which are used by many institutions around the world for education and research. 4.Poročilo o realizaciji predloženega programa dela na raziskovalnem projektu3 V projektu smo se ukvarjali predvsem^ z iskanjem možnosti za izboljšavo delovanja Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CČND) in s preverbo delovanja nadgradnje naprave z uporabo matematičnih modelov in simulacij. Analiza možnosti za izboljšanje delovanja linije blata CČND z uporabo matematičnega modela. Preveriti smo želeli ali je možno s spremembo pretokov in/ali volumnov gnilišč doseči izboljšanje obratovanja linije blata. V linijo blata CČND se črpa blato iz zgoščevalnika blata, v katerega se steka blato, ki se odstrani v mehanski stopnji in tisto, ki se vrača iz bioloških stopenj naprave. Blato se izmenično črpa enkrat v stari in drugič v novi gnilišči, ki sta sestavljeni iz primarnega in sekundarnega gnilišča. V vseh štirih gniliščih poteka anaerobna obdelava blata pri temperaturi okoli 35 oC. Pregnito blato se iz sekunardnih gnilišč črpa nekajkrat na teden v manjši bazen pregnitega blata, od tam pa na dehidracijo oziroma centrifugo. Dehidrirano blato, ki pri tem nastaja, se odvaža na deponijo, tekoči del oziroma filtrat pa se izliva v zadrževalni bazen. V zadrževalni bazen se izlivajo tudi prelivi blata iz gnilišč oziroma blatnenica. Iz zadrževalnega bazena se blato vrača nazaj na mehansko stopnjo naprave. Pri anaerobni obdelavi blata v gniliščih nastaja bioplin, ki se shranjuje v plinohramu. Bioplin se uporablja za ogrevanje gnilišč in za proizvodnjo električne energije s plinskima motorjema. Model linije blata smo načrtali v paketu GPS-X. Nekatere stehiometrične parametre v modelu dotoka blata smo pustili na prednastavljenih vrednostih, druge parametre pa smo ročno popravili tako, da^ smo dosegli ujemanje z meritvam na dotoku blata. Z načrtanim modelom linije blata CČND smo v ustaljenem stanju dosegli relativno dobro ujemanje z meritvami. Večje odstopanje modela od izmerjenih vrednosti smo dobili samo pri koncentraciji neraztopljenih snovi v blatnenici zaradi nepopolnega mešanja anaerobnih reaktorjev. Z modelom smo izvedli več simulacijskih scenarijev. Rezultati simulacij kažejo, da so volumni anaerobnih reaktorjev dovolj veliki za uspešno proizvodnjo bioplina tudi pri večji obremenitvi. Proizvodnjo bioplina bi bilo mogoče povečati s povečanjem temperature gnilišč na 55 oC. Obdelavo blata pa bi bilo mogoče izboljšati z optimiranjem razmerja blata, ki gre na proces dehidracije in ki se vrača na biološko stopnjo naprave. Analiza možnosti izboljšanja delovanja linije vode CČND z uporabo matematičnega modela. Želeli smo ugotoviti, ali bi bilo mogoče z manjšimi posegi v obstoječo napravo znižati koncentracije dušikovih spojin na iztoku. Matematični model linije vode CČND je bil izdelan v paketu GPS-X. Model upošteva le eno linijo aerobnega reaktorja in usedalnika za vsako stopnjo. Z modelom smo dosegli delno ujemanje z dnevno povprečnimi meritvami. Slabše ujemanje koncentracij neraztopljenih snovi ter amonijevega in skupnega dušika je bila verjetno posledica izplavljanja ter denitrifikacije v usedalnikih, česar model ne upošteva. Z modelom smo izvedli različne simulacijske analize. Poizkusili smo, kako se model obnaša pri različnih deležih obtoka, nižji koncentraciji kisika v prezračevalnih bazenih, spremenjenem pretoku odvečnega blata iz usedalnikov in dodatnem reciklu iz druge v prvo biološko stopnjo. Simulacije kažejo, da naprava najbolje deluje pri 30 % obtoku, ki zniža amonijev dušik za 22 % pri tem pa koncentracija skupnega dušika ostane enaka. Znižanje koncentracije kisika na 1 mg/L v obeh prezračevalnih reaktorjih povzročita znižanje povprečne koncentracije skupnega dušika za 12 %, vendar je pri tem povprečna koncentracija amonijevega dušika višja za 24 %. Povečanje pretoka odvečnega blata iz prvega usedalnika na 160 m3/dan in znižanje iz drugega usedalnika na 25 m3/dan povzročita znižanje amonijevega dušika za 5 % in skupnega dušika za 9 %. Vpeljava dodatnega recikla zmanjša skupni dušik v povprečju do 27 %. Takšna konfiguracija pa slabo deluje pri nizkih temperaturah, saj se v tem primeru koncentracija amonijevega dušika nekajkrat poveča. Na osnovi testiranja na realni napravi se kaže, da delni obtok prve biološke stopnje v liniji vode izboljša kvaliteto biomase v drugi biološki stopnji in s tem kvaliteto iztoka. Razvoj matematičnega modela celotne CČND in uporaba modela za analizo možnosti zmanjšanja vpliva linije blata na linijo vode. Načrtan je bil matematični model celotne CČND v programskem paketu GPS-X. Pomemben doprinos tega modela je zlasti sočasna obravnava linije vode in linije blata ter njunih medsebojnih vplivov. Model se relativno dobro ujema z dnevno povprečnimi meritvami na realni napravi. Model se na CČND uporablja za izvajanje različnih simulacijskih študij za izboljšanje delovanja naprave. Z modelom je bila narejena analiza možnosti zmanjšanja vpliva linije blata na linijo vode v CČND. Simulacijske analize pretoka pregnitega blata so pokazale, da pri delovanju brez blatnenice dosežemo za okoli 6 % boljše odstranjevanje organskih snovi v gniliščih, količina dehidriranega blata pa se pri tem poveča le za 5 %. Pri tem se količina blata, ki se vrača nazaj na linijo vode zmanjša za okoli 86 %, količina amonijevega dušika za 17 %, proizvodnja bioplina pa se zmanjša za okoli 6 %. Največjo proizvodnjo bioplina se po modelu doseže pri pretoku pregnitega blata okoli 80 m3/d. Analiza volumna gnilišč kaže, da se pri polovičnem zmanjšanju volumna gnilišč obratovanje gnilišč le malo poslabša. Pretok bioplina se pri tem zmanjša za 3 %, količina dehidriranega blata se poveča za okoli 5 %, količina blata, ki se vrača na linijo vode se poveča za okoli 5 %, količina amonijevega dušika, ki se vrača se zmanjša za okoli 25 %, količina odstranjene suhe organske snovi pa se zmanjša za okoli 5 %. Testiranje na CČND kaže, da se s povečanjem pretoka pregnitega blata v liniji blata zmanjša količina blata, ki se vrača na linijo vode in s tem obremenitev naprave, kar ima za posledico manjše obratovalne stroške naprave. Bolj natančni učinki predlaganih ukrepov bodo znani po daljšem obdobju testiranja. Preverba delovanja nadgradnje CČND z uporabo matematičnega modela. Na CČND zaradi zaostrovanja zakonodaje o dovoljenih izpustih načrtujejo nadgradnjo naprave s tretjo stopnjo čiščenja, s čimer bodo lahko v prihodnje učinkovito odstranjevali poleg organskih komponent tudi dušikove komponente. Za CČND je bila izdelana idejna zasnova nadgradnje CČND s tehnologijo sekvečne čistilne naprave (SČN). Delovanje idejne zasnove SČN smo preverili z matematičnim modelom. Idejna zasnova opisuje nadgradnjo bioloških stopenj CČND in ne tudi mehanske ^ stopnje in linije obdelave blata. Idejna zasnova SČN predvideva, da bo^ biološka stopnja CČND sestavljena iz štirih enako velikih vzporednih bazenov. Delovanje SČN naj bi potekalo v štiriurnih ciklih, ki so med seboj zamaknjeni za eno uro, kar bi pomenilo, da se vedno polnita dva bazena, prazni pa en sam bazen. Cikli naj bi bili sestavljeni iz treh faz. V prvi fazi, ki traja dve uri, se bazen polni in hkrati prezračuje. Sledi enourna faza usedanja, ki se konča s črpanjem odvečnega blata. Na koncu se izvede še enourna faza praznjenja. Model SČN smo načrtali v programskem paketu GPS-X z uporabo različnih modelov procesov, ki jih paket vsebuje v svoji knjižnici. Stehiometrična razmerja v modelu smo nastavili na osnovi karakterizacije komponent vhodne odplake na CČND. Vrednosti parametrov bioloških procesov in procesov usedanja pa smo pustili takšne, kot so predlagane v paketu GPS-X. Z modelom SČN smo preverili ali lahko dosežemo koncentracije skupnega dušika, amonijevega dušika, kemijske potrebe po kisiku in netopne snovi na iztoku naprave pod zakonsko predpisanimi mejnimi vrednostmi za občutljivo področje. Za dotok v model smo uporabili dnevne povprečne vrednosti, ki so bile izmerjene na iztoku mehanske stopnje CČND v letu 2009. Študije so pokazale, da pri nekoliko povečanem pretoku dotoka od običajnega ni možno doseči koncentracij na iztoku pod zakonsko predpisanimi omejitvami. Na osnovi simulacijskih rezultatov smo predlagali, da se pri nadgradnji CČND uporabi večje volumne reakcijskih bazenov, od tistih, ki so bili predvideni v idejni zasnovi. Preverba delovanja nadgradnje CČND je izredno pomembna, saj nadgradnja predstavlja več kot 10 milijonov evrov vredno investicijo. Na projektu so tudi potekale aktivnosti, ki so bile bolj teoretično naravnane in so prispevale k razvoju znanosti na več področjih. Te aktivnosti so bile povezane z razvojem nove metodologije ocenjevanja delovanja čistilnih naprav, primerjavo prediktivne regulacije amonijevega dušika s PI regulacijo in vodenjem z upoštevanjem motnje, preizkušanjem postopka odkrivanja informacij na podatkih iz čistilne naprave in razvojem študijskih modelov čistilnih naprav. Razvoj nove metodologije ocenjevanja strategij obratovanja čistilnih naprav z upoštevanjem negotovosti Jn različnih možnih izidov. V sodelovanju s sodelavci iz GIRO Technological Centre, Barcelona, Španija in z raziskovalci raziskovalnega projekta J2-2099 »Identifikacija in analiza modelov za načrtovanje vodenja dinamičnih sistemov na podlagi Gaussovih procesov« smo predlagali novo metodologijo za ocenjevanje strategij obratovanja bioloških procesov za čiščenje odpadnih voda. Gre za multikriterijsko metodologijo, ki temelji na analizi matematičnega modela procesa ob upoštevanju negotovosti in različnih možnih izidov. Metodologija uporablja Monte-Carlo simulacijo in verjetnostno teorijo, s katerima analiziramo izbor rizičnih strategij obratovanja z več možnimi izidi. Preizkusili smo jo na modelu anaerobnega reaktorja, ki je prilagojen za doziranje različnih vrst substrata. Pokazali smo, kako se z aproksimacijo z modeli na osnovi Gaussovih procesov zmanjša računska zahtevnost multikriterijske analize in kako je mogoče določiti področja zanesljivosti strategij obratovanja ob upoštevanju negotovosti in različnih možnih izidov. Rezultate raziskav smo objavili v reviji Water Research, ki ima največji faktor vpliva med revijami na področju obravnave vodnih virov. Primerjava prediktivne regulacije amonijevega dušika s PI regulacijo in vodenjem z upoštevanjem motnje. Želeli smo ugotoviti ali je možno z bolj naprednim vodenjem, kot je prediktivna regulacija, izboljšati čiščenje amonijevega dušika na čistilni napravi. Za ta namen smo primerjali rezultate prediktivne regulacije amonijevega dušika z rezultati vodenja z upoštevanjem motnje in PI regulatorjem na pilotni čistilni napravi CČND. Prediktivna regulacija in vodenje z upoštevanjem motnje dajeta boljše odstranjevanje amonijevega dušika in manjšo porabo energije za prezračevanje kot PI regulator, predvsem zaradi upoštevanja merljivih motenj. S prediktivnim regulatorjem pa smo dobili podobne rezultate kot z vodenjem z upoštevanjem motnje. Preizkušanje postopka odkrivanja informacij na podatkih iz čistilne naprave. V sodelovanju s sodelavci iz Technical University of Catalonia, Barcelona, Španija smo preizkusili postopek odkrivanja informacij iz podatkov, ki vključuje tako predhodno znanje o procesu, kot tudi metode rudarjenja podatkov. Poudarek postopka je na posebni metodi za gnezdenje podatkov, ki lahko pomaga upravljavcu procesa razumeti pomen različnih skupin podatkov in zapolniti vrzel med rudarjenjem podatkov in podporo odločanju. Uporabljen je bil postopek za avtomatsko izdelavo semaforja z rezultati, ki poskuša posnemati proces, ki ga upravljavec običajno izvaja ročno. Predlagan postopek odkrivanja informacij je bil preizkušen na podatkih iz CČND. Študijski modeli čistilne naprave. Sodelovali smo tudi pri definiranju študijskih modelov biološke čistilne naprave. Delo je potekalo znotraj mednarodne delovne skupine IWA Task Group on Benchmarking of Control Strategies for WWTP. Študijske modele čistilne naprave uporablja več kot 100 različnih institucij po svetu, predvsem za izobraževanje in raziskave, pa tudi kot pomoč pri načrtovanju in analizi delovanja bioloških čistilnih naprav. S.Ocena stopnje realizacije programa dela na raziskovalnem projektu in zastavljenih raziskovalnih ciljev4 Realizacija zastavljenih ciljev je v glavnem potekala tako, kot je bilo predvideno v časovnem planu predloge projekta. Znotraj delovnega sklopa »Izgradnja simulacijskega modela celotne CČND« je realizirano 100 % predvidenega dela. Znotraj tega sklopa je bil načrtan model linije blata, linije vode, celotne CČND ter model SČN za nadgradnjo CČND. V delovnem sklopu »Simulacija delovanja CČND z matematičnim modelom«, je bilo tudi realizirano 100 % predvidenega dela. V tem sklopu so bile z matematičnimi modeli izvedene različne analize za izboljšanje delovanja CČND, narejena pa je bila tudi preverba delovanja SČN za nadgradnjo CČND. V delovnem sklopu »Eksperimentiranje na realni CČND« je bilo izvedeno do 90 % del. Na realni CČND še poteka preizkušanje nekaterih predlaganih ukrepov, kot so obtok prve biološke stopnje linije vode, povečanje pretoka pregnitega blata iz gnilišč, itd. 6.Utemeljitev morebitnih sprememb programa raziskovalnega projekta oziroma sprememb, povečanja ali zmanjšanja sestave projektne skupine5 Ocenjujemo, da ni bilo bistvenega odstopanja od predvidenega programa raziskovalnega projekta. 7.Najpomembnejši znanstveni rezultati projektne skupine6 Znanstveni dosežek 1. COBISS ID 26152231 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Metodologija ocenjevanja strategij obratovanja bioloških procesov za čiščenje odpadnih voda z upoštevanjem negotovosti in različnih možnih izidov ANG Multi-criteria analyses of wastewater treatment bio-processes under an uncertainty and a multiplicity of steady states Opis SLO Predlagali smo novo metodologijo za ocenjevanje strategij obratovanja bioloških procesov za čiščenje odpadnih voda. Gre za multikriterijsko metodologijo, ki temelji na analizi matematičnega modela procesa ob upoštevanju negotovosti in različnih možnih izidov. Metodologija uporablja Monte-Carlo simulacijo in verjetnostno teorijo, s katerima analiziramo izbor rizičnih strategij obratovanja z več možnimi izidi. Preizkusili smo jo na modelu anaerobnega reaktorja, ki je prilagojen za doziranje različnih vrst substrata. Pokazali smo, kako se z aproksimacijo z modeli na osnovi Gaussovih procesov zmanjša računska zahtevnost multikriterijske analize in kako je mogoče določiti področja zanesljivosti strategij obratovanja ob upoštevanju negotovosti in različnih možnih izidov. Raziskavo smo izvedli v sinergiji z raziskovalnim projektom J2-2099 »Identifikacija in analiza modelov za načrtovanje vodenja dinamičnih sistemov na podlagi Gaussovih procesov«. Rezultate raziskav smo objavili v najpomembnejši znanstveni reviji na področju obravnave vodnih virov. ANG We proposed a new methodology for determining the operating strategies for bio-chemical, wastewater treatment plants. A multi-criteria evaluation methodology is based on a model analysis under an uncertainty that can present multiple steady states. The method is based on Monte Carlo (MC) simulations and the expected utility theory in order to deal with the analysis of choices among risky operating strategies with multi-dimensional outcomes. The motivation is given by a case study using an anaerobic digestion model (ADM) adapted for multiple co-substrates. It is shown how the multi-criteria analyses' computational complexity can be reduced within an approximation based on Gaussian-process regression and how a reliability map can be built for a bio-process model under uncertainty and multiplicity. The research was carried out in synergy with the research project J2-2099 "Identification and model analysis for dynamic systems control design with Gaussian process priors". Results of this research were published in the most important journal (it has the highest impact factor) in the field of Water Resources. Objavljeno v Pergamon Press.; Water research; 2012; Vol. 46, no. 18; str. 6121-6131; Impact Factor: 4.865;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 1.311; A'': 1;A': 1; WoS: IH, JA, ZR; Avtorji / Authors: Južnič-Zonta Živko, Kocijan Juš, Flotats Xavier, Vrečko Darko Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 2. COBISS ID 25016103 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Preizkušanje prediktivne regulacije amonijevega dušika na pilotni čistilni napravi Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik ANG The application of model predictive control of ammonia nitrogen in an activated sludge process Opis SLO V prispevku so predstavljeni rezultati preizkušanja prediktivne regulacije amonijevega dušika na pilotni čistilni napravi CČND. Rezultate prediktivne regulacije amonijevega dušika smo primerjali z rezultati vodenja z upoštevanjem motnje in PI regulatorjem iz naših prejšnjih študij. Prediktivna regulacija in vodenje z upoštevanjem motnje dajeta boljše odstranjevanje amonijevega dušika in manjšo porabo energije za prezračevanje kot PI regulator, predvsem zaradi upoštevanja merljivih motenj. S prediktivnim regulatorjem pa smo dobili podobne rezultate kot z vodenjem z upoštevanjem motnje. ANG Application of model predictive control (MPC) of ammonia nitrogen in the pilot plant of the Domžale-Kamnik WWTP is presented. The results of the ammonia MPC were compared with the results of the ammonia feedforward-PI and ammonia PI controllers from our previous study. The ammonia MPC and ammonia feedforward-PI controller give better results in terms of ammonia removal and aeration energy consumption than the ammonia PI controller because of the measurable disturbances used. With the ammonia MPC comparable results as with the ammonia feedforward-PI controller are obtained. Objavljeno v Pergamon Press; Water science and technology; 2011; Vol. 64, no. 5; str. 1115-1121; Impact Factor: 1.122;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 1.311; WoS: IH, JA, ZR; Avtorji / Authors: Vrečko Darko, Hvala Nadja, Stražar Marjeta Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 3. COBISS ID 25969191 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Pomoč upravljavcu pri interpretaciji podatkov za podporo odločanju -primer uporabe na čistilni napravi odpadnih voda ANG Assisting the end-user in the interpretation of profiles for decision support Opis SLO V sodelovanju s sodelavci iz Technical University of Catalonia, Barcelona, Španija smo preizkusili postopek odkrivanja informacij iz podatkov, ki vključuje tako predhodno znanje o procesu, kot tudi metodo rudarjenja podatkov. Poudarek postopka je na posebni metodi za gnezdenje podatkov, ki lahko pomaga upravljavcu procesa razumeti pomen različnih skupin podatkov in zapolniti vrzel med rudarjenjem podatkov in učinkovito podporo odločanju. Izdelan je bil tudi postopek za avtomatsko izdelavo semaforja z rezultati, ki poskuša posnemati proces, ki ga upravljavec običajno izvaja ročno. Predlagan postopek odkrivanja informacij je bil preizkušen na podatkih iz Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik. In cooperation with the researchers of Technical University of Catalonia, Barcelona, Spain, we tested the knowledge discovery procedure that ANG includes both prior expert knowledge and interpretation oriented tools to extract the behavior of a process. Special emphasis is made on the interest of developing postprocessing tools for clustering methods which can help expert to understand the meaning of the clusters and bridge the important existing gap between data mining and effective decision support. A proposal for automatic construction of traffic light panels is presented trying to mimic the real process that the analyst performs to manually build them. The proposed knowledge discovery procedure was applied on the data measured in Domžale-Kamnik WWTP. Objavljeno v Ecozone.; Environmental Engineering and Management Journal; 2012; Vol. 11, no. 11; str. 931-944; Impact Factor: 1.004;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 1.978; WoS: JA; Avtorji / Authors: Gibert Karina, Conti Dante, Vrečko Darko Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 4. COBISS ID 24882215 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Študijski modeli biološke čistilne naprave ANG Wastewater treatment benchmark simulation models Opis SLO Sodelovali smo pri definiranju študijskih modelov biološke čistilne naprave. Delo je potekalo znotraj mednarodne delovne skupine IWA Task Group on Benchmarking of Control Strategies for WWTP. Študijske modele čistilne naprave uporablja več kot 100 različnih institucij po svetu, predvsem za izobraževanje in raziskave, pa tudi kot pomoč pri načrtovanju in analizi delovanja bioloških čistilnih naprav. ANG We have cooperated in defining the Wastewater treatment benchmark simulation models inside of the IWA Task Group on Benchmarking of Control Strategies for WWTP. Benchmark simulation models are used by more than 100 institutions around the world mainly for education and research, but also as a support tool for wastewater treatment plant design and analysis. Objavljeno v International Water Association; Conference proceedings; 2011; Str. 493506; Avtorji / Authors: Jeppsson Ulf, Vrečko Darko Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci S.Najpomembnejši družbeno-ekonomski rezultati projektne skupine7 Družbeno-ekonomski dosežek 1. COBISS ID 26004775 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Razvoj matematičnega modela celotne Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik ANG Development of the mathematical model of the entire Domžale-Kamnik WWTP Opis SLO Načrtan je bil matematični model celotne Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CČND) v programskem paketu GPS-X, katerega pomemben doprinos je zlasti sočasna obravnava linije vode in linije blata ter njunih medsebojnih vplivov. Model se relativno dobro ujema z dnevno povprečnimi meritvami na realni napravi. Model se na CČND uporablja za izvajanje različnih simulacijskih študij za izboljšanje delovanja naprave. Z modelom je bila narejena študija možnih ukrepov za zmanjšanje vpliva linije blata na linijo vode v CČND. Simulacijski rezultati kažejo, da se z ustreznim povečanjem pretoka pregnitega blata na centrifuge precej zmanjšata količini blata in amonijevega dušika, ki se iz linije blata vračata nazaj na linijo vode, količina dehidriranega blata, ki se odlaga na deponijo in količina proizvedenega bioplina pa se pri tem le malo spremenita. Testiranje na CČND kaže, da se s povečanjem pretoka pregnitega blata v liniji blata zmanjša količina blata, ki se vrača na linijo vode in s tem obremenitev naprave, kar ima za posledico zmanjšanje obratovalnih stroškov. ANG The model of the entire Domžale-Kamnik wastewater treatment plant (WWTP) has been built by using GPS-X software. The model includes both the water line and the sludge line and shows a relatively good agreement with the real plant daily average measurements. This model is in Domžale-Kamnik WWTP used for running various simulation studies to improve the operation of the plant. The model has been used for studying the possibilities of how to reduce the impact of the sludge line on the water line in Domžale-Kamnik WWTP. Simulation results show that by properly increasing the digested sludge flow-rate to dewatering, the amount of the sludge and ammonia that are back-cycled from the sludge line to the water line are significantly reduced, whereas the amount of the dehydrated sludge, which is disposed to the landfills and the amount of the biogas produced remain almost the same. Testing in the Domžale-Kamnik WWTP shows that by increasing the flow rate to dewatering unit reduces the amount of the sludge, which is returned to the water line, which reduces the plant load and consequently operation costs of the plant. Šifra F.08 Razvoj in izdelava prototipa Objavljeno v 2012; Avtorji / Authors: Kucler Anja, Vrečko Darko Tipologija 2.13 Elaborat, predštudija, študija 2. COBISS ID 25308455 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Preverba delovanja idejne zasnove sekvenčne čistilne naprave za nadgradnjo Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik z uporabo matematičnega modela ANG A verification of the sequencing batch reactor for upgrading the Domžale-Kamnik WWTP by using a mathematical model Opis SLO Preverili smo delovanje idejne zasnove sekvenčne čistilne naprave (SČN) za nadgradnjo CČND s tretjo stopnjo čiščenja. Nadgradnjo smo preverili z uporabo matematičnega modela SČN v programskem paketu GPS-X. Ugotovili smo, da je pri nadgradnji potrebno uporabiti večje volumne reakcijskih bazenov od tistih, ki so bili prvotno predvideni v idejni zasnovi nadgradnje. Preverba nadgradnje CČND je izredno pomembna, saj nadgradnja predstavlja več kot 10 milijonov EUR vredno investicijo. ANG Operation of the conceptual design of a sequencing batch reactor (SBR) for upgrading the Domžale-Kamnik WWTP with the third level of treatment was verified. Verification of the upgrading was performed with a mathematical model using the GPS-X software. It was found out that larger volumes of the reaction tanks, from those suggested in the conceptual design of SBR, have to be used for upgrading the plant. Verification of the Domžale-Kamnik WWTP upgrading is very important since upgrading of the plant represents an investment cost of more than 10 million EUR. Šifra F.17 Prenos obstoječih tehnologij, znanj, metod in postopkov v prakso Objavljeno v 2011; Avtorji / Authors: Vrečko Darko, Hvala Nadja Tipologija 2.13 Elaborat, predštudija, študija 3. COBISS ID 2049019 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Analiza izboljšanja delovanja linije vode v Centralni čistilni napravi Domžale-Kamnik z uporabo matematičnega modela ANG Analysis of operation improvement of the water line in Domžale-Kamnik WWTP by using a mathematical model Opis SLO Izdelan je bil matematični model linije vode Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CČND), s katerim smo želeli ugotoviti, ali bi bilo mogoče z manjšimi posegi v obstoječo napravo znižati koncentracije dušikovih spojin na iztoku. Z modelom smo dosegli relativno dobro ujemanje z meritvami. Slabše ujemanje koncentracij neraztopljenih snovi ter amonijevega in skupnega dušika je verjetno posledica izplavljanja ter denitrifikacije v usedalnikih, česar model ne upošteva. Z modelom smo preizkusili kako se naprave obnaša pri različnih deležih obtoka, nižji koncentraciji kisika v prezračevalnih bazenih, spremenjenem pretoku odvečnega blata iz usedalnikov in dodatnem reciklu iz druge v prvo biološko stopnjo. Ugotovljeno je bilo, da je možno z vpeljavo obtoka prve biološke stopnje, znižanjem koncentracij kisika ter z uvedbo internega recikla iz druge v prvo stopnjo izboljšati odstranjevanje skupnega dušika tudi za 20 %. Testiranje na realni napravi kaže, da delni obtok prve biološke stopnje v liniji vode izboljša kvaliteto biomase v drugi biološki stopnji in s tem kvaliteto iztoka. ANG The model of the water line in Domžale-Kamnik wastewater treatment plant (WWTP) was designed, with the aim to determine whether it would be possible to reduce the concentration of nitrogen compounds in the effluent only with smaller changes in the plant. The model shows a relatively good agreement with the daily average measurements. Lower agreement in measurements of ammonia and total nitrogen is probably due to bulking and denitrification in the secondary settlers which the model does not take into account. The model was used to test how the plant works at various bypass flow rates, oxygen concentrations in the aeration tanks, waste sludge flow rates from secondary settlers and recycle flow rates from the second to the first aeration stage. It was found out that by introducing the bypass of the first biological stage, internal recycle from the second to the first stage and by reducing the oxygen concentrations in the aeration reactors it is possible to reduce the effluent total nitrogen concentrations for more than 20 %. Testing on the Domžale-Kamnik WWTP shows that the partial bypass of the first biological stage improves the quality of the biomass in the second biological stage and consequently the effluent quality. Sifra F.17 Prenos obstoječih tehnologij, znanj, metod in postopkov v prakso Objavljeno v [A. Kucler]; 2011; XII, 56 str.; Avtorji / Authors: Kucler Anja Tipologija 2.11 Diplomsko delo 4. COBISS ID 24881959 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Analiza izboljšanja delovanja linije blata na Centralni čistilni napravi Domžale-Kamnik z uporabo matematičnega modela ANG Analysis of operation improvement of the sludge treatment process in Domžale-Kamnik WWTP by using a mathematical model Opis SLO Načrtan je bil model linije blata v Centralni čistilni napravi Domžale-Kamnik. Z načrtanim modelom smo v ustaljenem stanju dosegli relativno dobro ujemanje z meritvami. Večje odstopanje modela od izmerjenih vrednosti smo dobili samo pri koncentraciji neraztopljenih snovi v blatnenici zaradi nepopolnega mešanja anaerobnih reaktorjev. Z modelom smo izvedli več simulacijskih scenarijev. Rezultati simulacij kažejo, da so volumni anaerobnih reaktorjev dovolj veliki za uspešno proizvodnjo bioplina tudi pri večji obremenitvi. Proizvodnjo bioplina bi bilo mogoče povečati s povečanjem temperature gnilišč na 55 oC. Obdelavo blata pa bi bilo mogoče izboljšati z optimiranjem razmerja blata, ki gre na proces dehidracije in ki se vrača na linijo vode. ANG Model of the sludge treatment process in Domžale-Kamnik WWTP was designed. With this model a relatively good agreement in steady-state operation is achieved in comparison with the measurements. Larger model deviation from the measurements was obtained only in the concentration of the suspended solids in the sludge overflow from the digestion tanks because the real digestion tanks are not completely mixed. The designed model is used to perform several simulation scenarios. Simulations show that the volumes of the sludge treatment tanks are large enough to maximize the gas production even at the maximum sludge flow rate. The gas production can be improved by increasing the sludge temperature to 55 oC. Sludge treatment can be also improved by optimizing the ratio between the digested sludge pumped to the dewatering process and the sludge overflow returned back to the water line. Šifra F.17 Prenos obstoječih tehnologij, znanj, metod in postopkov v prakso Objavljeno v International Water Association; Conference proceedings; 2011; Str. 632738; Avtorji / Authors: Vrečko Darko, Hvala Nadja, Stražar Marjeta Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci 9.Drugi pomembni rezultati projetne skupine8 Raziskovalci projektne skupine so v letu 2009 prejeli Zoisovo priznanje za pomembne dosežke na področju vodenja sistemov. Priznanje je bilo podeljeno za raziskave na področju modeliranja, simulacije in vodenja bioloških čistilnih naprav. lO.Pomen raziskovalnih rezultatov projektne skupine9 10.1.Pomen za razvoj znanosti10 SLO Raziskave v projektu so prispevale k razvoju znanosti na več področjih. Pomemben prispevek je bil storjen pri razvoju metodologij za ocenjevanje strategij obratovanja bioloških procesov za čiščenje odpadnih voda z upoštevanjem negotovosti in različnih možnih izidov. Prispevali smo k testiranju naprednih strategij vodenja, kot je prediktivna regulacija, na realnih čistilnih napravah. Prav tako smo prispevali k preizkušanju postopkov odkrivanja informacij iz podatkov, ki lahko služijo kot pomoč upravljavcem za podporo odločanju, na realnih čistilnih napravah. Raziskave so vplivale na razvoj študijskih modelov čistilne naprave, ki jih uporablja veliko različnih institucij po svetu, predvsem za izobraževanje in raziskave. Raziskave so prispevale tudi k novemu postopku modeliranja čistilnih naprav, katerega doprinos je zlasti sočasna obravnava linije vode in linije blata ter njunih medsebojnih vplivov na čistilnih napravah. Poleg tega so raziskave prispevale k boljšemu razumevanju delovanja posameznih procesov čiščenja odpadnih voda in posledično k njihovim tehnološkim izboljšavam. ANG Project results contributed to the development of science in several areas. An important contribution was made in the development of methodologies for determining the operating strategies for bio-chemical, wastewater treatment plants considering process uncertainty and multiple steady states. Contribution was made in the application of advanced control strategies, such as predictive control, in wastewater treatment plants. We have also contributed to the application of the knowledge discovery procedures, which can be helpful for decision support, in wastewater treatment plants. Our research has contributed to the definition of the wastewater treatment benchmark simulation models, which are used by many institutions around the world mainly for education and research. Our research has also contributed to a new modeling procedure for wastewater treatment plants, including both the water line and the sludge line and their mutual interactions. In addition, the results of the project also contribute to the better understanding of all processes of the wastewater treatment and consequently to their technological improvements. 10.2.Pomen za razvoj Slovenije11 SLO Projekt je imel predvsem pomemben vpliv na obratovanje Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CČND). Rezultati projekta omogočajo CČND, da se z večjim zaupanjem lotijo nadgradnje, s katero želijo v naslednjih letih doseči tretjo stopnjo čiščenja, s čimer bodo lahko v prihodnje učinkovito odstranjevali poleg organskih komponent tudi dušikove komponente. Rezultati projekta CČND omogočajo boljše čiščenje odpadne vode in bolj ekonomično obratovanje. Rezultati projekta bodo imeli tudi vpliv na razširjenost uporabe matematičnih modelov na čistilnih napravah v Sloveniji, kar bo posledično vplivalo na izboljšanje delovanja naprav. Izboljšanje delovanja čistilnih naprav pa bo imelo vpliv na zmanjšanje takse, ki jo plačujejo podjetja, ki obremenjujejo odpadno vodo, zaradi česar se bo povečala njihova konkurenčnost. Z izboljšanjem učinkov čiščenja čistilne naprave se bo zmanjšalo onesnaženje rek v njeni okolici. Racionalna raba energije na napravi pa bo prispevala k zmanjšanju porabe energije v državi in s tem posredno k zmanjšanju onesnaženja okolja in vpliva na klimatske spremembe. ANG The proposed project has a significant impact on Domžale-Kamnik wastewater treatment plant (WWTP) operation. The results of the project provide Domžale-Kamnik WWTP with the great confidence that the upgrading of the plant with the third level of treatment will provide removal of organic and nitrogen compounds in accordance to the stricter legislation in the next years. Project results will also increase the use of mathematical models in wastewater treatment plants in Slovenia, which will consequently improve the operation of the plants. An improvement in operation will, according to Slovene legislation, effect the reduction of the tax, paid by the companies that are polluting the wastewater and consequently increase their competitiveness. The results of the proposed project will also reduce the pollution of the rivers in the vicinity of the plant. Rational use of the energy at the plant will contribute to the overall reduction of the energy consumption in the country and thus indirectly reduce the environmental pollution and climate changes. ll.Samo za aplikativne projekte in podoktorske projekte iz gospodarstva! Označite, katerega od navedenih ciljev ste si zastavili pri projektu, katere konkretne rezultate ste dosegli in v kakšni meri so doseženi rezultati uporabljeni Rezultat Dosežen d Uporaba rezultatov V celoti 3 F.05 Sposobnost za začetek novega tehnološkega razvoja Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat 1 d Uporaba rezultatov 1 d F.06 Razvoj novega izdelka Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d F.07 Izboljšanje obstoječega izdelka Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat Uporaba rezultatov d F.08 Razvoj in izdelava prototipa Zastavljen cilj 0 DA o ne Rezultat Dosežen d Uporaba rezultatov V celoti 3 F.09 Razvoj novega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat 1 d Uporaba rezultatov 1 d F.10 Izboljšanje obstoječega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj 0 DA O ne Rezultat Dosežen Uporaba rezultatov Delno 3 F.11 Razvoj nove storitve Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.12 Izboljšanje obstoječe storitve Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d F.13 Razvoj novih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov 1 Zastavljen cilj O da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.14 Izboljšanje obstoječih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj O da 0 ne Rezultat I zi Uporaba rezultatov 1 d F.15 Razvoj novega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d F.16 Izboljšanje obstoječega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj O da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.17 Prenos obstoječih tehnologij, znanj, metod in postopkov v prakso Zastavljen cilj 0 DA O NE Rezultat Dosežen d Uporaba rezultatov V celoti d F.18 Posredovanje novih znanj neposrednim uporabnikom (seminarji, forumi, konference) Zastavljen cilj 0 da O ne Rezultat Dosežen d Uporaba rezultatov V celoti d F.19 Znanje, ki vodi k ustanovitvi novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj O da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.20 Ustanovitev novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov F.21 Razvoj novih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj O da 0 ne Rezultat 1 d Uporaba rezultatov d F.22 Izboljšanje obstoječih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.23 Razvoj novih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d F.24 Izboljšanje obstoječih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.25 Razvoj novih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.26 Izboljšanje obstoječih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d F.27 Prispevek k ohranjanju/varovanje naravne in kulturne dediščine Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d F.28 Priprava/organizacija razstave Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.29 Prispevek k razvoju nacionalne kulturne identitete Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov 1 d F.30 Strokovna ocena stanja Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.31 Razvoj standardov Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d F.32 Mednarodni patent Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov F.33 Patent v Sloveniji Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat d Uporaba rezultatov d F.34 Svetovalna dejavnost Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d F.35 Drugo Zastavljen cilj o da 0 ne Rezultat I d Uporaba rezultatov 1 d Komentar F.08: Razvoj matematičnega modela celotne Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CČND). F.10: Izboljšanje delovanja CČND s predlaganimi ukrepi na osnovi uporabe matematičnega modela. F.17: Analiza možnosti za izboljšanje delovanja CČND z uporabo matematičnega modela. 12.Samo za aplikativne projekte in podoktorske projekte iz gospodarstva! Označite potencialne vplive oziroma učinke vaših rezultatov na navedena področja Vpliv Ni vpliva Majhen vpliv Srednji vpliv Velik vpliv G.01 Razvoj visokošolskega izobraževanja G.01.01. Razvoj dodiplomskega izobraževanja O O 0 O G.01.02. Razvoj podiplomskega izobraževanja o o 0 o G.01.03. Drugo: o o O o G.02 Gospodarski razvoj G.02.01 Razširitev ponudbe novih izdelkov/storitev na trgu O o 0 o G.02.02. Širitev obstoječih trgov o o 0 o G.02.03. Znižanje stroškov proizvodnje o o o 0 G.02.04. Zmanjšanje porabe materialov in energije o o o 0 G.02.05. Razširitev področja dejavnosti o o 0 o G.02.06. Večja konkurenčna sposobnost o o 0 o G.02.07. Večji delež izvoza 0 o o o G.02.08. Povečanje dobička o o o 0 G.02.09. Nova delovna mesta o o 0 o G.02.10. Dvig izobrazbene strukture zaposlenih o o o 0 G.02.11. Nov investicijski zagon 0 o o o G.02.12. Drugo: o o o o G.03 Tehnološki razvoj G.03.01. Tehnološka razširitev/posodobitev dejavnosti o o o 0 G.03.02. Tehnološko prestrukturiranje dejavnosti o o 0 o G.03.03. Uvajanje novih tehnologij o o o 0 G.03.04. Drugo: o o o o G.04 Družbeni razvoj G.04.01 Dvig kvalitete življenja o o o 0 G.04.02. Izboljšanje vodenja in upravljanja 0 o o o G.04.03. Izboljšanje delovanja administracije in javne uprave 0 o o o G.04.04. Razvoj socialnih dejavnosti 0 o o o G.04.05. Razvoj civilne družbe 0 o o o G.04.06. Drugo: o o o o G.05. Ohranjanje in razvoj nacionalne naravne in kulturne dediščine in identitete 0 o o o G.06. Varovanje okolja in trajnostni razvoj o o o 0 G.07 Razvoj družbene infrastrukture G.07.01. Informacijsko-komunikacijska infrastruktura 0 o o o G.07.02. Prometna infrastruktura 0 o o o G.07.03. Energetska infrastruktura o o 0 o G.07.04. Drugo: o o o o G.08. Varovanje zdravja in razvoj zdravstvenega varstva o o o 0 G.09. Drugo: o o o o Komentar G.02: Razširitev uporabe matematičnih modelov na čistilnih napravah v Sloveniji. G.03: Vpliv na nadgradnjo CČND, s katero bodo odstranjevali dušikove komponente. 13.Pomen raziskovanja za sofinancerje12 Sofinancer 1. Naziv JP Centralna čistilna naprava Domžale-Kamnik d.o.o. Naslov Študljanska 91, 1230 Domžale Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: 54.696,31 EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: 25 % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Šifra 1. Razvoj matematičnega modela celotne Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CČND). F.08 2. Analiza možnosti zmanjšanja vpliva linije blata na linijo vode v CČND z uporabo matematičnega modela. F.17 3. Analiza možnosti za izboljšanje delovanja linije vode CČND z uporabo matematičnega modela. F.17 4. Analiza možnosti za izboljšanje delovanja linije blata CČND z uporabo matematičnega modela. F.17 5. Preverba delovanja nadgradnje CČND s sekvenčno čistilno napravo (SČN) z uporabo matematičnega modela. F.17 Komentar V okviru projekta so bili načrtani matematični modeli različnih procesov in celotne CČND v programskem paketu GPS-X. Z matematičnimi modeli so bile narejene različne simulacijske študije. Na osnovi teh študij so bili predlagani ukrepi za izboljšanje delovanja CČND. Z matematičnim modelom je bila narejena tudi preverba delovanja nadgradnje CČND s SČN. Ocena Ocenjujemo, da je projekt dosegel svoj namen. Razviti matematični model celotne CČND se kaže kot zelo uporabno orodje za izvajanje različnih simulacijskih študij za izboljšanje delovanja naprave. Nekateri predlagani ukrepi na osnovi uporabe matematičnega modela se kažejo kot zelo koristni. Testiranje na napravi kaže, da se z delnim obtokom prve biološke stopnje v liniji vode izboljša kvaliteta biomase v drugi biološki stopnji, posledično pa se izboljša kvaliteta iztoka. S povečanjem pretoka pregnitega blata v liniji blata se zmanjša količina blata, ki se vrača na linijo vode in s tem obremenitev naprave, kar ima za posledico bolj ekonomično obratovanje naprave. Bolj natančni učinki predlaganih ukrepov bodo znani po daljšem obdobju testiranja. Preverba delovanja nadgradnje naprave z uporabo matematičnega modela je prav tako pomembna, saj nadgradnja predstavlja investicijo v vrednosti več kot 10 milijonov EUR. Preverba je pokazala, da je potrebno pri nadgradnji naprave uporabiti večje volumne reakcijskih bazenov, od tistih, ki so bili predvideni v idejni zasnovi. 14.Izjemni dosežek v letu 201213 14.1. Izjemni znanstveni dosežek Razvili smo metodologijo ocenjevanja strategij obratovanja bioloških procesov za čiščenje odpadnih voda z upoštevanjem negotovosti in različnih možnih izidov. Metodologija uporablja Monte-Carlo simulacijo in verjetnostno teorijo, s katerima analiziramo izbor rizičnih strategij obratovanja z več možnimi izidi. Preizkusili smo jo na modelu anaerobnega reaktorja, ki je prilagojen za doziranje različnih vrst substrata. Pokazali smo, kako se z aproksimacijo z modeli na osnovi Gaussovih procesov zmanjša računska zahtevnost multikriterijske analize in kako je mogoče določiti področja zanesljivosti strategij obratovanja. Raziskavo smo izvedli v sinergiji z raziskovalnim projektom J2-2099 »Identifikacija in analiza modelov za načrtovanje vodenja dinamičnih sistemov na podlagi Gaussovih procesov« in ga štejemo za skupni dosežek obeh projektov. Dosežek smo objavili v reviji Water Research, ki ima največji faktor vpliva med revijami na področju obravnave vodnih virov. 14.2. Izjemni družbeno-ekonomski dosežek Načrtan je bil matematični model celotne Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CCND) v programskem paketu GPS-X, katerega pomemben doprinos je zlasti sočasna obravnava linije vode in linije blata ter njunih medsebojnih vplivov. Model se relativno dobro ujema z dnevno povprečnimi meritvami na napravi. Model se na cCnd uporablja za izvajanje različnih simulacijskih študij za izboljšanje delovanja naprave. Z modelom je bila narejena študija možnih ukrepov za zmanjšanje vpliva linije blata na linijo vode v cCnd. Simulacijski rezultati kažejo, da se z ustreznim povečanjem pretoka pregnitega blata na dehidracijo precej zmanjšata količini blata in amonijevega dušika, ki se iz linije blata vračata nazaj na linijo vode. Testiranje na cCnd kaže, da se s povečanjem pretoka pregnitega blata zmanjša količina blata, ki se vrača na linijo vode in s tem obremenitev naprave, kar ima za posledico bolj ekonomično obratovanje naprave. C. IZJAVE Podpisani izjavljam/o, da: • so vsi podatki, ki jih navajamo v poročilu, resnični in točni • se strinjamo z obdelavo podatkov v skladu z zakonodajo o varstvu osebnih podatkov za potrebe ocenjevanja ter obdelavo teh podatkov za evidence ARRS • so vsi podatki v obrazcu v elektronski obliki identični podatkom v obrazcu v pisni obliki • so z vsebino zaključnega poročila seznanjeni in se strinjajo vsi soizvajalci projekta Podpisi: zastopnik oz. pooblaščena oseba i vodja raziskovalnega projekta: raziskovalne organizacije: 'n Institut "Jožef Stefan" Darko Vrečko ŽIG Kraj in datum: Ljubljana |14.3.2013" Oznaka prijave: ARRS-RPROJ-ZP-2013/238 1 Opredelite raziskovalno področje po klasifikaciji FOS 2007 (Fields of Science). Prevajalna tabela med raziskovalnimi področji po klasifikaciji ARRS ter po klasifikaciji FoS 2007 (Fields of Science) s kategorijami WOS (Web of Science) kot podpodročji je dostopna na spletni strani agencije (http://www.arrs.gov.si/sl/gradivo/sifranti/preslik-vpp-fos-wos.asp). Nazaj 2 Napišite povzetek raziskovalnega projekta (največ 3.000 znakov v slovenskem in angleškem jeziku) Nazaj 3 Napišite kratko vsebinsko poročilo, kjer boste predstavili raziskovalno hipotezo in opis raziskovanja. Navedite ključne ugotovitve, znanstvena spoznanja, rezultate in učinke raziskovalnega projekta in njihovo uporabo ter sodelovanje s tujimi partnerji. Največ 12.000 znakov vključno s presledki (približno dve strani, velikost pisave 11). Nazaj 4 Realizacija raziskovalne hipoteze. Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikost pisave 11) Nazaj 5 V primeru bistvenih odstopanj in sprememb od predvidenega programa raziskovalnega projekta, kot je bil zapisan v predlogu raziskovalnega projekta oziroma v primeru sprememb, povečanja ali zmanjšanja sestave projektne skupine v zadnjem letu izvajanja projekta, napišite obrazložitev. V primeru, da sprememb ni bilo, to navedite. Največ 6.000 znakov vključno s presledki (približno ena stran, velikost pisave 11). Nazaj 6 Navedite znanstvene dosežke, ki so nastali v okviru tega projekta. Raziskovalni dosežek iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) vpišete tako, da izpolnite COBISS kodo dosežka - sistem nato sam izpolni naslov objave, naziv, IF in srednjo vrednost revije, naziv FOS področja ter podatek, ali je dosežek uvrščen v A'' ali A'. Nazaj 7 Navedite družbeno-ekonomske dosežke, ki so nastali v okviru tega projekta. Družbeno-ekonomski rezultat iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) vpišete tako, da izpolnite COBISS kodo dosežka - sistem nato sam izpolni naslov objave, naziv, IF in srednjo vrednost revije, naziv FOS področja ter podatek, ali je dosežek uvrščen v A'' ali A'. Družbeno-ekonomski dosežek je po svoji strukturi drugačen kot znanstveni dosežek. Povzetek znanstvenega dosežka je praviloma povzetek bibliografske enote (članka, knjige), v kateri je dosežek objavljen. Povzetek družbeno-ekonomskega dosežka praviloma ni povzetek bibliografske enote, ki ta dosežek dokumentira, ker je dosežek sklop več rezultatov raziskovanja, ki je lahko dokumentiran v različnih bibliografskih enotah. COBISS ID zato ni enoznačen, izjemoma pa ga lahko tudi ni (npr. prehod mlajših sodelavcev v gospodarstvo na pomembnih raziskovalnih nalogah, ali ustanovitev podjetja kot rezultat projekta _ - v obeh primerih ni COBISS ID). Nazaj 8 Navedite rezultate raziskovalnega projekta iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) v primeru, da katerega od rezultatov ni mogoče navesti v točkah 7 in 8 (npr. ker se ga v sistemu COBISS ne vodi). Največ 2.000 znakov, vključno s presledki. Nazaj 9 Pomen raziskovalnih rezultatov za razvoj znanosti in za razvoj Slovenije bo objavljen na spletni strani: http://sicris.izum.si/ za posamezen projekt, ki je predmet poročanja Nazaj 10 Največ 4.000 znakov, vključno s presledki Nazaj 11 Največ 4.000 znakov, vključno s presledki Nazaj 12 Rubrike izpolnite / prepišite skladno z obrazcem "izjava sofinancerja" http://www.arrs.gov.si/sl/progproj/rproj/gradivo/, ki ga mora izpolniti sofinancer. Podpisan obrazec "Izjava sofinancerja" pridobi in hrani nosilna raziskovalna organizacija - izvajalka projekta. Nazaj 13 Navedite en izjemni znanstveni dosežek in/ali en izjemni družbeno-ekonomski dosežek raziskovalnega projekta v letu 2012 (največ 1000 znakov, vključno s presledki). Za dosežek pripravite diapozitiv, ki vsebuje sliko ali drugo slikovno gradivo v zvezi z izjemnim dosežkom (velikost pisave najmanj 16, približno pol strani) in opis izjemnega dosežka (velikost pisave 12, približno pol strani). Diapozitiv/-a priložite kot priponko/-i k temu poročilu. Vzorec diapozitiva je objavljen na spletni strani ARRS http://www.arrs.gov.si/sl/gradivo/, predstavitve dosežkov za pretekla leta pa so objavljena na spletni strani http://www.arrs.gov.si/sl/analize/dosez/. Nazaj Obrazec: ARRS-RPROJ-ZP/2013 v1.00 9F-D8-91-E9-E5-9C-81-CB-07-1D-B0-A1-DF-58-06-1F-01-96-BD-22 TEHNIKA Področje: 2.06 - Sistemi in kibernetika Dosežek 1: Metodologija ocenjevanja strategij obratovanja bioloških procesov za čiščenje odpadnih voda z upoštevanjem negotovosti in različnih možnih izidov Vir: JUŽNIČ-ZONTA, Živko, KOCIJAN, Juš, FLOTATS, Xavier, VREČKO, Darko. Multi-criteria analyses of wastewater treatment bio-processes under an uncertainty and a multiplicity of steady states. Water res. (Oxford). [Print ed.], 2012, vol. 46, no. 18, str. 6121-6131, [COBISS.SI-ID 26152231]. Q2- Action grid, A ( f t v J Qi »k pdf ADMl co-digest. model Uncertain input sample •'z.yjt.t /X Suirogates COD fractions UA loop a = 1,...M) time pdfl;« Action loop (A = Ocenjevanje negotovosti izidov različnih strategij doziranja substrata na modelu anaerobnega reaktorja ob upoštevanju negotovosti koncentracije substrata. Razvili smo metodologijo ocenjevanja strategij obratovanja bioloških procesov za čiščenje odpadnih voda z upoštevanjem negotovosti in različnih možnih izidov. Metodologija uporablja Monte-Carlo simulacijo in verjetnostno teorijo, s katerima analiziramo izbor rizičnih strategij obratovanja z več možnimi izidi. Preizkusili smo jo na modelu anaerobnega reaktorja, ki je prilagojen za doziranje različnih vrst substrata. Pokazali smo, kako se z aproksimacijo z modeli na osnovi Gaussovih procesov zmanjša računska zahtevnost multikriterijske analize in kako je mogoče določiti področja zanesljivosti strategij obratovanja ob upoštevanju negotovosti in različnih možnih izidov. Raziskavo smo izvedli v sinergiji z raziskovalnim projektom J2-2099 »Identifikacija in analiza modelov za načrtovanje vodenja dinamičnih sistemov na podlagi Gaussovih procesov« in ga štejemo za skupni dosežek obeh projektov. Dosežek smo objavili v reviji Water Research, ki ima največji faktor vpliva med revijami na področju obravnave vodnih virov. TEHNIKA Področje: 2.06 - Sistemi in kibernetika Dosežek 1: Analiza vpliva linije blata na linijo vode v Centralni čistilni napravi Domžale-Kamnik (CČND) z uporabo matematičnega modela Vir: KUCLER, Anja, VREČKO, Darko. Modeliranje in simulacija Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik, (IJS delovno poročilo, 11081). 2012. [COBISS.SI-ID 26004775]. Shema matematičnega modela celotne CČND v programskem paketu GPS-X. Načrtan je bil matematični model celotne Centralne čistilne naprave Domžale-Kamnik (CČND) v programskem paketu GPS-X, katerega pomemben doprinos je zlasti sočasna obravnava linije vode in linije blata ter njunih medsebojnih vplivov. Model se relativno dobro ujema z dnevno povprečnimi meritvami na realni napravi. Model se na CČND uporablja za izvajanje različnih simulacijskih študij za izboljšanje delovanja naprave. Z modelom je bila narejena študija možnih ukrepov za zmanjšanje vpliva linije blata na linijo vode v CČND. Simulacijski rezultati kažejo, da se z ustreznim povečanjem pretoka pregnitega blata na dehidracijo precej zmanjšata količini blata in amonijevega dušika, ki se iz linije blata vračata nazaj na linijo vode, količina dehidriranega blata, ki se odlaga na deponijo in količina proizvedenega bioplina pa se pri tem le malo spremenita. Testiranje na CČND kaže, da se s povečanjem pretoka pregnitega blata zmanjša količina blata, ki se vrača na linijo vode in s tem obremenitev naprave, kar ima za posledico bolj ekonomično obratovanje naprave.