Annons Kamstrup 2024

Personliga erfarenheter från arbetet med instrumentering, kontroll

Internationell VA-utveckling 3/12

Professor emeritus Gustaf Olsson, Lunds universitet, har på uppmaning av det engelska vetenskapliga förlaget Elsevier skrivit en artikel till tidskriften Water Research om sina stora erfarenheter från utvecklingen av ICA dvs Instrumentation, Control and Automation, där han är en av de ledande i världen. I början av 1970-talet var han den ende svenska forskaren inom området. Gustaf Olsson är betydligt mer känd utomlands än i Sverige. Hans översikt är både bred och djup och ger insikt i komplexa frågor som är avgörande för driften av VA-verksamheter.

Av: Brita Forssberg

Vattenförsörjning, men framför allt avloppsrening, är dynamiska och utsatta för variationer och störningar som kommer utifrån eller som uppstår i processen. Kontroll ska vara ett stöd för beslutsfattande, ge god vattenkvalitet, spara kostnader för energi, kemikalier m m. 

Artikeln ger exempel på olika faktorer som är avgörande för väl fungerande kontrollsystem dygnet runt, alla dagar i veckan i vattenverk, ledningsnät och speciellt i avloppsreningsverk. 

God kunskap om processerna och nära samarbete mellan driftpersonal och andra berörda är viktigt. Här beskrivs och analyseras också områden där kontroll, analys och modellering är särskilt väsentliga som slamavskiljning, kvävereduktion, lustgas. 

Gustaf Olsson visar på fördelarna med att ha systemsyn på avloppshanteringen dvs att se ledningsnätet som en integrerad del av reningsverket.

Artikeln

Gustaf Olsson berättar levande och informativt om möten med stora forskare och drivande personligheter, om deras resonemang och forskningsresultat som bidragit till ökad förståelse av komplexa, dynamiska förhållanden. 

Forskningsutbytet var livligt. Den första IAWPR-konferensen om instrumentering och kontroll genomfördes 1973 i London och följdes av ytterligare tio konferenser fram till 2009. USA var länge helt dominerande. Numera finns det flera svenska forskare som utvecklat kunskap, metoder och synsätt.

Viktigt att förstå processerna

Själv började han som atomingenjör, blev kontrollingenjör och sedan vatteningenjör 1972 inspirerad av komplexiteten i avloppsreningsprocesser. Käppalaverket på Lidingö var ett av de första som datoriserades för att samla in processdata. Många av de första experimenten med kontrollsystem gjordes där.

Att förstå processerna är avgörande för kontroll och automatisering. Det är viktigt att dokumentera drifterfarenheter och att ta vara på kunskaper från skickliga processtekniker och -ingenjörer.

I artikeln finns en tabell över vilka delar av kontrollsystemet som påverkar vilka kostnader. Det finns också en tabell över vad som kontrolleras. Här finns massor av referenser och formler förklaras och diskuteras.

Inom avloppsrening finns det många standardmätningar för t ex pH, tryck, flöde, syrehalt och sedimentering, som bara behöver minimalt underhåll. Andra mätningar kräver mer avancerad analys och måste kontrolleras enligt specifika kvalitetsprogram för att garantera mätsäkerhet. Mätningarna måste vara robusta dvs tåla störningar och osäkerhet. Mätosäkerhet kan uppstå genom tekniska fel och störningar i mätningarna eller på grund av felaktigt valda värden på parametrarna.

Kvalitetssäkring

Mätningarna måste kvalitetssäkras eftersom varje givet värde har betydelse. Numera finns ISO 15839:2003 som ger tydliga definitioner och standardiserade tester för instrumentering.

Modellering är ett bra verktyg som inte bara används inom forskning utan på många andra områden men det är viktigt att inse att en mer komplex modell kanske inte ger det riktigaste resultatet. Albert Einstein citeras: ”Gör allting så enkelt som möjligt. Men inte enklare.”

Ett genombrott kom i och med ASM1, aktivslammodellen (Henze et al., 1987a, b). Den följdes senare av flera modeller för aktivt slam, för anaeroba processer och för biofilm-processer. En svensk matematiker, Stefan Diehl, studerade slamavskiljningshastigheten och presenterade den i matematisk form som hjälper till att göra modelleringen säkrare.

Bengt Carlsson, Uppsala universitet, insåg att benchmarking behövde utvecklas för att jämföra olika kontroller och strategier, eftersom variationen kan vara stor mellan hur kontroller gjordes, var, när och av vem.

Den svensk som tagit vid efter Gustaf Olsson och driver utvecklingen av ICA i Sverige och internationellt är Ulf Jeppson, också han verksam vid Lunds universitet. 

Läcksökning

Läcksökning, upptäckt av stopp eller luftfickor kan underlättas och vatten- dvs energiförluster minska genom att installera tidiga varningssystem i vattenledningsnät. American Water Works Research Foundation uppskattar att inspektion och renovering av vattenledningar kommer att bli en stor utmaning för VA-verksamheter i USA. EU-direktivet 98/83/EC kräver att vattenföretagen förbättrar kontrollen av sina ledningar för att trygga vattenförsörjningen.

Struktur

Det idealiska ICA-systemet har en tydlig struktur med tydliga mål. Det styrs av människor som verkligen behärskar och förbättrar systemet. Systemet samlar in adekvat processinformation och det upptäcker och isolerar fel eller onormala förhållanden. Systemet bidrar till att ställa diagnos och ge råd och kan visa effekterna av driftförändringar.

Effektivitet och kostnadsbesparingar

Om man använder effektiva kontrollsystem kan stora besparingar göras på driftkostnaderna när det gäller minskad energiförbrukning för luftning, för interna flöden t ex av returslam och intern återföring av nitrat, kemikaliedosering och dosering av kol. Återbetalningstiden även för dyra system är ganska kort.

Utbyggnad av reningsverk kan ofta senareläggas som ett resultat av bättre kontroll.

Minskad energiförbrukning kommer att bli ännu viktigare i framtiden eftersom användningen av el, värme och kemikalier får allt större indirekt betydelse för miljön. Värmepumpar för utvinning av värme ur renat avloppsvatten och användning av rötgas för uppvärmning kan göra avloppsreningsverken till energiproducenter.  Bättre kontroll kan också ge bättre drift genom minskade utsläpp av växthusgaser t ex i form av lustgas.

Systemsyn

För att beslutsfattandet ska bli effektivt måste man se vattenverk och avloppsreningsverk som integrerade delar av stadens/kommunens hela vattensystem. De är inte isolerade delar. Synsättet måste därför påverka även installationen av kontrollsystem.

Framtiden

Avslutningsvis tar Gustaf Olsson upp framtidsfrågor. Smart Water Grids diskuteras. Det är ett slags ”rutsystem” med sensorer av olika slag som kontinuerligt, automatiskt läser av och rapporterar vattenförbrukning, kvalitet, störningar m m för att så effektivt som möjligt utnyttja de tillgängliga vattenresurserna i ett samhälle, minska vattenförbrukningen och driva vattenförsörjningen.

Decentraliserade system diskuteras också. De kan ge ökad flexibilitet genom att hantera olika typer av avloppsvatten separat och underlätta återvinning av näringsämnen samtidigt som det är kostnadseffektiva, är enkla att sköta och ger avsedd kvalitet.

Internet kan användas på många olika sätt för att övervaka driften av reningssteg på olika platser och koppla in expertis när det behövs. Möjligheterna ser han som stora.

Slutsatser

Artikeln ger både en bred sammanhängande översikt över utvecklingen och djupare beskrivningar av forskningsresultat. Den ger enligt min uppfattning någonting till de flesta läsare.

Den ger icke-specialisterna en uppdatering av komplexiteten i avloppshanteringen och de styr- och reglersystem som behövs. Specialisterna inom vatten-, vattenmiljö och avloppsrening likaväl som ledningstekniker får mer av helhetstänkande och säkert flera aha-upplevelser och goda idéer som kan omsättas i praktiken i det dagliga samarbete och framtidsplaneringen.

Källa: Gustaf Olsson, ICA and me – A subjective review, Water Research 46 (2012) sidorna 1585-1624

Artikeln i Water Research kan köpas här.

Annons Wateraid