Jätevedenpuhdistamon virtaamamittausmenetelmien analyysi ja vertailu

Abstract

Jätevedenpuhdistamoilla tapahtuva prosessi on monimutkainen sekä siihen kuuluu paljon ei-lineaarisia suhteita eri ominaisuuksien välillä. Prosessin ollessa lähes täysin automatisoitu, ovat on-line mittaustulokset ohjauksen ja optimoinnin kannalta erittäin kriittisessä roolissa. Laitoksen automaatio on täysin mittareiden varassa, jotka keräävät prosessista tietoa ja lähettävät sen ohjausjärjestelmään. Prosessin ohjaus perustuu operaattoreiden asettamiin parametreihin jätevedenpuhdistuksen eri vaiheissa. Vaikka laitoksilla käytetään muun muassa paine-, konsentraatio-, paino- ja tasomittareita, ovat virtaamamittarit näistä kaikista tärkeimmässä osassa. Tämä perustuu siihen, että laitoksen toiminta perustuu erilaisten nesteiden virtauksiin ja tarkan prosessikuvan tuottamiseksi tarvitaan virtaamatietoa lähes jokaisesta prosessin vaiheesta. Tätä tietoa arvioimalla prosessia voidaan optimoida, joka johtaa parempaan energia- ja resurssitehokkuuteen sekä taloudellisiin säästöihin.

Tavoitteena on tehdä kirjallisuuskatsaus jätevedenpuhdistamoilla käytettävistä virtaamamittareista, etsiä syitä niissä aiheutuviin virheisiin, sekä löytää menetelmiä kyseisten virheiden tunnistamiseen. Tätä varten suoritetaan vertailu kolmen eri teollisuusprosesseissa yleisesti käytössä olevien virtaamamittareiden välillä: Coriolis-, ultraääni ja magneetti. Näiden ominaisuuksista ja toimintaperiaatteista tehdään selvitys sekä vertailu vahvuuksista ja heikkouksista. Todetaan, että Coriolis -mittari eroaa ultraääni- ja magneettimittareista toimintaperiaatteiltaan sekä sovelluksiltaan ja on muita hintavampi, mutta myös tarkempi. Ultraääni- ja magneettivirtaamamittarit ovat jätevedenpuhdistamoilla yleisesti käytössä ja oikein asennettuina tuottavat tarkkaa ja luotettavaa mittaustulosta. Tutkimuksessa nostetaan myös esille, että vääränlainen asennus, vaihtelevat virtaamatyypit ja ulkoisista häiriötekijöistä aiheutuvat virheet toimivat yleisesti virhelähteinä virtaamamittauksissa ja saattavat johtaa vääriin prosessinohjauspäätöksiin. Tämä aiheuttaa laitoksella työvoiman, energian ja resurssien tuhlausta sekä lisää ympäristön kuormitusta.

Lisäksi työssä on kokeellinen osuus, joka perustuu laitoksen operaattoreiden huoleen epäkuntoisesta virtaamamittarista. Huolen nosti mittaustuloksien jatkuva suuri vaihteluväli lyhyellä ajalla. Työn kohteena kunnallinen kaksilinjainen aktiivilietelaitos, jossa on ilmastus ja jälkiselkeytys sekä fosforin poisto ferrikloridilla. Tämän takia työssä perehdytään erilaisiin menetelmiin, joiden avulla virtaamamittarin dataa voitaisiin varmentaa, ja niiksi löydettiin kemikaalisäiliön pinnanmittaukseen perustuva tilavuusvirtaamavertailu, sekä kemikaalipumppujen taajuuskäyrään perustuvaan laskennalliseen virtaamaan vertailu. Näistä jälkimmäinen todetaan tarkemmaksi pienemmän virhemarginaalin ja erotuksen keskihajonnan perusteella. Molemmat menetelmät ovat kuitenkin käyttökelpoisia virtaamamittareiden datan luotettavuuden arviointiin sekä tuottavat arvokasta tietoa mittarin toiminnasta.