Geri Dön

Şeker fabrikası anaerobik atıksu arıtma tesisinin yatışkın olmayan durumda modellenmesi çalışmaları

Modelling studies of an anaerobic wastewater treatment plant under unsteady conditions in a sugar factory

  1. Tez No: 155356
  2. Yazar: ALTUNAY PERENDECİ
  3. Danışmanlar: PROF.DR. ABDURRAHMAN TANYOLAÇ, PROF.DR. SERDAR ÇELEBİ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2004
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 123

Özet

ŞEKER FABRİKASI ANAEROBİK ATIKSU ARITMA TESİSİNİN YATIŞKIN OLMAYAN DURUMDA MODELLENMESİ ÇALIŞMALARI Altunay Perendeci OZ Şeker fabrikaları atıksuları yüksek oranda organik kirlilik içermektedir. Bu özellikteki atık sular anaerobik ve/veya aerobik olmak üzere biyolojik yollarla arıtıldıktan sonra alıcı ortamlara deşarj edilirler. Anaerobik arıtım prosesleri ile ilgili yeterli işletim tecrübesinin olmaması, prosesin kimyası ve mikrobiyolojisinin karışıklığı ve yüksek proses emniyetine ihtiyaç duyulması, bugün mevcut uygulamalarda elde edilen gerçek arıtım performansının öngörülenden daha düşük olmasının temel sebepleridir. Arıtılması planlanan endüstriyel atıksu anaerobik arıtıma uygunsa ve tasarım ile işletmeye yeterli önem verilirse, bu atıksular için anaerobik arıtım yüksek avantajlar sunmaktadır. Anaerobik arıtımda proses kontrolü için güvenilir bilgileri sağlamak amacıyla arıtım izleme sistemlerindeki mevcut hat üstü (on-line) veriler ve hat dışı (off-line) ölçümler birleştirilmen ve proses davranışını kontrol etme mekanizmaları en iyi şekilde anlaşılmalıdır. Bu çalışmanın amacı; anaerobik atıksu arıtım tesisi için ileri kontrol uygulamalarında doğru karar verme ve verilen kararın uygulanmasına yönelik işlemlerin oluşturulabilmesi için çıkarımsal ve yapısal olmayan kinetik modellerin önerilmesi ve irdelenmesidir. Anaerobik atıksu arıtım tesisinden elde edilen veriler kullanılarak Adaptif Ağ Temelli Bulanık Çıkarım Sistemi (Adaptive Networks based Fuzzy Inference System, ANFIS) ile anaerobik ünite için yatışkın olmayan durumda modelleme çalışmaları yapılmıştır. Bu kapsamda atıksu arıtım tesisindeki tüm girdi değişkenleri ve sadece on-line girdi değişkenleri iki kısım olarak ele alınmış ve anaerobik tank gerçek çıktı değişkeni değeri (KOİçim,- Çıkıştaki Kimyasal Oksijen Değeri) ile modellerin ürettiği sistem çıktı değişkeninin tahmin edilen değeri karşılaştırılmıştır. ANFIS ile modelleme kapsamında; tüm girdi değişkenleri kullanılarak elde edilen korelasyon katsayıları, sadece on-line girdi değişkenleri kullanıldığında elde edilen korelasyon katsayılarından yüksektir. Tüm girdi değişkenleri kullanıldığında korelasyon katsayısı aralığı 0.8 - 0.9 olarak saptanmıştır. 2'li ve 3'lü faz vektörü ile sistem çıktı geçmiş değer değişkeninin (history values of output variable) girdi değişkenleri matriksine ilave edilmesi model tahmin performansını yükseltmiştir. Model kompleksiliğini azaltmak için girdi değişkenleri matriksinin küçültülmesiyle yapılan basitleştirme yaklaşımında ise 0.8 seviyesinde korelasyon katsayıları elde edilmiştir.Sadece on-line verilerle yapılan ANFIS modelleme çalışmalarında elde edilen 0.7 seviyesindeki düşük korelasyon katsayıları on-line verilerle modellemedeki zorluğu göstermektedir. Bu nedenle, ileri kontrol uygulamalarında model cevabı ile kontrol işlemlerinin kısa sürede gerçekleştirilebilmesi ve tahmin performansının artırılması amacıyla atıksu arıtım tesisine gereken analizörler ilave edilmeli ve bu analizörlerden sağlanan verilerde on-line girdi değişkenleri matriksinde kullanılmalıdır. Ayrıca ileri kontrol uygulamalarında tüm girdi değişkenleri ile model tahmin gücünün genişletilmesi için, tesisin 2001-2002 ve 2002-2003 çalışma dönemlerinde geçirdiği değişimlerin ve tecrübelerin birleştirilmesi yaklaşımı ile elde edilen sonuçların kullanılması anaerobik ünitenin daha gerçekçi bir yaklaşımla kontrol edilebileceğini ortaya koymaktadır. Çalışmanın ikinci bölümünde ise; anaerobik atıksu arıtım sistemi için yapısal olmayan kinetik model yaklaşımı yatışkın olmayan durumda uygulanmıştır. Bu yaklaşımda ANFIS modelleme çalışmasından farklı olarak hidroliz tankı için üç (Uçucu Askıda Katı Madde, UAKM; Uçucu Organik Asit, UOA;Glikoz derişimi) ve anaerobik tank için dört adet (UAKM.UOA, gaz debisi ve hesaplanmış KOİ çıktı derişimi) çıktı değişkeni öngörülmüştür. Yapısal olmayan kinetik modellemede hidroliz tankında çıktı değişkenleri uygun korelasyon katsayıları ile tahmin edilmiştir. Ancak anaerobik tankta model tarafından tahmin edilen değişkenler ile bu değişkenlerin gerçek değerleri arasında bir uyum gözlenememiştir. Bu durum modellemede kullanılan kinetik parametrelere ait değerlerin sistem için özgün olmamasından ve girdi değişkenlerine ait düşük korelasyon katsayılı tanımlama fonksiyonlarından ileri gelmektedir. Sonuç olarak; ANFIS ile modellemede sadece sisteme ait verilerin doğrudan kullanılmasının gerçekte sisteme ait bütün özgün kinetik parametreleri ve değişiklikleri öğrenme verileri yardımıyla kapsaması nedeniyle yüksek tahmin performanslarına ulaşıldığı bulunmuştur. Anahtar Kelimeler.Anaerobik arıtım, modelleme, adaptif ağ temelli bulanık çıkarım sistemi, kinetik, şeker endüstrisi atıksuları Danışman : Prof. Dr. Serdar S. Çelebi, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü Eş Danışman : Prof. Dr. Abdurrahman Tanyolaç, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü m

Özet (Çeviri)

MODELLING STUDIES OF AN ANAEROBIC WASTEWATER TREATMENT PLANT UNDER UNSTEADY CONDITIONS IN A SUGAR FACTORY Altunay Perendeci ABSTRACT The wastewater of sugar factories contains organic pollutions at high ratios. The wastewater with this characteristics is treated biologically both with anaerobic and aerobic digestion, then it can be discharged into the receiving waterways. Lack of sufficient experience on anaerobic digestion processes, the complexity of chemistry and microbiology of the treatment process and the need for high operation safety are the main reasons of the low treatment performance in existing systems. If wastewater is suitable for anaerobic digestion and if enough attention is paid to the design and operation conditions, anaerobic digestion systems provide some advantages for the treatment of industrial wastewaters. For providing reliable information on process control in anaerobic digestion systems, on-line and off-line data from monitoring systems should be combined and behavior of the process control mechanism should be understood very well. The aim of this study is to propose and criticize the conceptional and unstructured kinetic models for a right decision and carrying out the related actions in advanced process control applications. Modelling studies at unsteady conditions were accomplished using Adaptive Networks based Fuzzy Inference System, ANFIS, with data obtained from an anaerobic wastewater treatment plant. In this concept, all input variables and only on line input variables were used in two parts and the actual values of output variables (COD output - Chemical Oxygen Demand of output) were compared with the predicted values of output variables in modelling studies. In modeling by ANFIS, the correlation coefficients found by using all input variables were higher than those of the studies using only on-line input variables. The correlation coefficient was determined in the range of 0.8-0.9 when all input variables were used. Prediction performance was improved by adding two input parameters which are the two and three valued phase vector and history values of the output parameter COD into input variables matrix. To minimize the complexity of the model, the input variables matrix was reduced by the simplicity approach, and the correlation coefficients were obtained around 0.8. In ANFIS modeling, the low correlation coefficients were found around 0.7 when used with only on-line input variables. The low value of correlation coefficient indicates the difficulty of ANFIS modelling with on-line input variables. In advanced control applications, to increase prediction performance and to shorten the response time of IVthe model and also control actions period, hardware analyzers should be installed to the wastewater treatment process and the values provided by these analyzers should be added to on-line input variables matrix. Furthermore, to give a wide perspective of prediction power of the model with all input variables and to control the system with reasonable approach, the results of modeling study using the combined data of 2001 - 2002 and 2002 - 2003 working periods and the experiences of these periods should be used in advanced control applications. In the second part of the study, unstructured kinetic model approach was applied for anaerobic wastewater treatment system. In this approach, as different from the ANFIS modelling, three output variables (VFA, Volatile Fatty Acid; VSS, Volatile Suspended Solid, Glucose concentration) for hydrolysis tank and four output variables (VFA, VSS, calculated COD and gas production rate) for anaerobic tank were predicted. In unstructured kinetic model, output variables in hydrolysis tank were estimated with the appropriate correlation coefficients. However in anaerobic tank, a weak correlation was observed between predicted and real values of output variables. This problem can be stemming from the fact that kinetic parameters imported from the literature in unstructured kinetic modeling are not specific to this system and some descriptive functions of input variables were obtained with low correlation coefficients. It was found that high prediction performances were obtained in ANFIS modelling studies by using only system data, because the model covers all specific kinetic parameters and the variations in the system as a whole in training step. Keywords :Anaerobic treatment, modeling, adaptive networks based fuzzy inference system, kinetic, sugar industry wastewater Advisor : Prof. Dr. Serdar S. Çelebi, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering Co-Advisor : Prof. Dr. Abdurrahman Tanyolaç, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering

Benzer Tezler

  1. Tez No

    275005

    Şeker üretim endüstrisinde çevre sorunlarının çözümüne yönelik modern yaklaşımların belirlenmesi

    Determining modern approaches for solution of environmental problems in sugar production industry

    TALİP TURNA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Çevre MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM PEKER

  2. Tez No

    216613

    Yukarı akışlı havasız çamur yataklı reaktörlerde çamur granüllerinin oluşmasına etki eden faktörlerin belirlenmesi

    Determination of factors that effect the formation of sludge granules on UASB reactors

    AYSUN AKTAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    BiyoteknolojiGazi Üniversitesi

    Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. S. FERDA MUTLU

  3. Tez No

    45139

    Bazı atıksu çamurlarının ve endüstriyel atıksuların havasız ortamda (anaerobik) çürütülebilirliklerinin incelenmesi

    Investigations of anaerobic treatability of some wastewater sludges and ındustrial wastewaters

    NEŞE ÖZTÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    KimyaEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. M. ERCENGİZ YILDIRIM

  4. Tez No

    82838

    Identification of by products in hydrogen producing bacteria Rhodobascter sphaeradies OU 001 grown in waste water of a sugar refinery

    Şeker fabrikası atık suyundan hidrojen üretebilen Rhadobacter sphaeradies OU 001'in yan ürünlerinin karakterizasyonu

    DENİZ ÖZGÜR YİĞİT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. UFUK GÜNDÜZ

  5. Tez No

    66041

    Şeker endüstrisi atıksularının anaerobik arıtımı

    anaerobic treatment of sugar industry effluent

    ALTUNAY PERENDECİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Çevre MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERDAR ÇELEBİ

Geri Dön