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Modelli matematici per impianti di trattamento delle acque reflue Lorenzo Benedetti BIOMATH, Università di Gent, Belgio Methis Environmental b.v.b.a.,

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Presentazione sul tema: "Modelli matematici per impianti di trattamento delle acque reflue Lorenzo Benedetti BIOMATH, Università di Gent, Belgio Methis Environmental b.v.b.a.,"— Transcript della presentazione:

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2 Modelli matematici per impianti di trattamento delle acque reflue Lorenzo Benedetti BIOMATH, Università di Gent, Belgio Methis Environmental b.v.b.a., Gent, Belgio

3 Contenuti della presentazione Cosa è un modello Modelli per impianti di trattamento Usi dei modelli dinamici

4 Cosa è un modello – modello concettuale La base di tutti i modelli di simulazione è un modello concettuale, che descrive adeguatamente il sistema e i processi fisici, chimici e microbiologici più rilevanti per lapplicazione del modello. Diversi strumenti per diversi obiettivi (blackbox vs. modelli deterministici). Complessità vs. uso.

5 Cosa è un modello – modello matematico I modelli matematici trasferiscono i modelli concettuali in una formulazione matematica, che include le equazioni di bilancio per la continuità, il momento e lenergia, e le equazioni di stato dipendenti dal sistema (variabili di stato – insieme di variabili indipendenti che determina univocamente lo stato del sistema).

6 Cosa è un modello – modello numerico Implementazione di un modello matematico in un algoritmo numerico. Un algoritmo numerico deve garantire la soluzione per diverse condizioni iniziali e al contorno e per diverse geometrie. Condizioni iniziali: inizializzazione delle variabili allinizio della simulazione. Sono disponibili diversi algoritmi per lintegrazione (e.g. Eulero, Runge-Kutta).

7 Strumenti che facilitano luso dei modelli (interfaccia grafica). Implementazione dei modelli. Configurazione del sistema. Preparazione degli esperimenti (virtuali). Visualizzazione dei risultati. Cosa è un modello – software di simulazione

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9 Ricerca Migliore conoscienza di (parti di) processi complessi Progettazione Confronto di diverse variabili (e.g. volumi, ricircoli, etc.) Analisi di impianti esistenti Estensione degli impiani Ottimizzazione della gestione Controllo Test di diverse strategie di controllo Diagnosi Identificazione di malfunzionamenti Cosa è un modello – perché modellare?

10 Un assioma basilare nella modellistica è: non estrapolare troppo la validità del tuo modello ! Cosa è un modello – sommario

11 Completely stirred tank reactor – CSTR CSTR in serie CSTR con volume variable reattore plug-flow Modelli per WWTP – reattori ideali

12 Esperimenti con tracciante per misurare lo HRT del sistema Proprietà della sostanza tracciante le stesse proprietà di trasporto dellacqua (stessa diffusione molecolare, no sedimentazione) no influenza su miscelazione e flusso (temperatura, densità) no reazioni e no adsorbimento economico, alta solubilità in acqua e facile da analizzare concentrazione di base bassa e/o costante Modelli per WWTP – processi di trasporto

13 Best fit: N=2, V 1 =V 2

14 Modelli per WWTP – processi di trasporto Best fit: N=2, V 1 =V 2

15 Activated Sludge Models (ASM) dalla International Water Association (IWA) Degradazione della materia organica Consumo di ossigeno e produzione di fanghi Rimozione dei nutrienti Azoto (nitrificazione/denitrificazione) Fosforo (bio-P, precipitazione) Possono essere estesi pH, tossicità, sostanze specifiche Variabili di stato divise in: S: composti solubili (NH 4, NO 3, PO 4, DO, rbCOD, etc.) X: composti particolati (sbCOD, inerti, eterotrofi, autotrofi, etc.) Modelli per WWTP – modello bio-cinetico

16 Sedimentatori secondari Separazione fanghi attivi / effluente Sedimentazione e ispessimento dei fanghi attivi Stoccaggio dei fanghi in caso di eventi di pioggia in sistemi combinati Tipi di modelli Modelli concettuali: descrivono i movimenti e lo stoccaggio dei fanghi Modelli 1D: descrizioni semplificate dei processi di sedimentazione e ispessimento Modelli 2D e 3D: considerazione del flusso, sedimentazione, turbolenze, etc. Solo le variabili di stato X (particolati) sono soggetti a sedimentazione Modelli per WWTP – sedimentazione

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18 Calibrazione in stato stazionario Dati di progettazione e operativi (volumi, portate, capacità delle pompe,…) Dati raccolti di routine (solidi, DO, temperatura,…; in/out COD, BOD, NH 4, PO 4,…) Calibrazione dinamica misure in/out e intermedie di parametri interessanti con e.g. 2 volte 1 settimana di campionamenti compositi di 2 ore Modelli per WWTP – dati e calibrazione

19 Uso dei modelli dinamici sistema ottimizzato sistema studiato esperimenti realtà virtuale realtà modello del sistema modellazione soluzione del problema simulazioni implementazione

20 Grazie per lattenzione !


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