Διαχείριση και ανάλυση δεδομένων από αισθητήρες σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου για την επεξεργασία στραγγιδίων αφυδάτωσης - Πολλάκης, Γεώργιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος, 2018)
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση και η στατιστική επεξεργασία των δεδομένων που συλλέγονται σε πραγματικό χρόνο (online) από ένα αντιδραστήρα διαλείποντος έργου (SBR). Κεντρικός στόχος είναι η αναζήτηση συσχετίσεων μεταξύ των μετρούμενων φυσικών διεργασιών του συστήματος του αντιδραστήρα και της ανάπτυξης εμπειρικών σχέσεων που τις περιγράφουν. Για τη διερεύνηση των συσχετίσεων συλλέχτηκαν δεδομένα από έναν πιλοτικό SBR στην Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων της Ψυττάλειας, που έχει ως στόχο την απομάκρυνση αζωτούχου φορτίου από τα στραγγίδια αφυδάτωσης. Η μέθοδος απομάκρυνσης αζώτου που εφαρμόζεται είναι αυτή της νιτρωδοποίησης – απονιτρωδοποίησης. Κατά τη διάρκεια ενός κύκλου λειτουργίας του SBR πραγματοποιούνται οι φάσεις της τροφοδοσίας με στραγγίδια, οι αερόβιες και ανοξικές φάσεις, η καθίζηση και η έξοδος των επεξεργασμένων στραγγιδίων. Τα δεδομένα αφορούν στις μεταβλητές της συγκέντρωσης διαλυμένου οξυγόνου (DO), του pH, του οξειδοαναγωγικού δυναμικού ORP (Oxidation Reduction Potential), της συγκέντρωση αμμωνιακού αζώτου και της αγωγιμότητας. Τα δεδομένα αυτά λήφθηκαν από το Σεπτέμβριο του 2017 έως το Σεπτέμβριο του 2018, επεξεργαστήκαμε και χωρίσαμε σε κύκλους και σε φάσεις λειτουργίας του αντιδραστήρα. Έπειτα, δημιουργήθηκαν διαγράμματα διασποράς (scatter plots) μεταξύ όλων των μεταβλητών του συστήματος για τις αερόβιες και τις ανοξικές φάσεις και βρέθηκαν οι συσχετίσεις μεταξύ των μεταβλητών, κάποιες εκ των οποίων προέκυψαν ισχυρές. Αυτές οι ισχυρές συσχετίσεις ήταν ανάμεσα στο ORP και το pH με συντελεστή συσχέτισης ίσο με -0,967 και ανάμεσα στο ORP και το DO με συντελεστή συσχέτισης ίσο με 0,812, στις αερόβιες φάσεις λειτουργίας του αντιδραστήρα. Εν συνεχεία, εξετάστηκε η εφαρμογή τριών εμπειρικών σχέσεων που είχαν ως σκοπό να περιγράψουν τη μεταβλητή του ORP μέσω των άλλων δύο μεταβλητών. Δημιουργήθηκε ένα απλό μοντέλο προσομοίωσης αυτών των διεργασιών σε φύλλο επεξεργασίας του Excel και υπολογίστηκαν οι παράμετροι των αντίστοιχων σχέσεων μέσω βαθμονόμησης. Η πρώτη σχέση είχε ως μεταβλητές το ORP και τον χρόνο, αλλά από τη βαθμονόμησή δεν εξήχθη κάποιο συμπέρασμα αναφορικά με τις τιμές των συντελεστών λόγω μεγάλης μεταβλητότητας. Η δεύτερη σχέση είχε ως μεταβλητές το pH το DO και τον χρόνο, αλλά και πάλι δεν εξήχθη κάποιο συμπέρασμα από τη βαθμονόμηση. Εν τέλει, στην τρίτη σχέση προστέθηκε ένας σταθερός όρος και οι συντελεστές της χωρίστηκαν ανά αερόβια φάση και σε ομάδες (clustering) με βάση τη μέγιστη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου Έτσι δημιουργήθηκαν δώδεκα διαφορετικές περιπτώσεις μοντέλων, τα οποία βαθμονομήθηκαν και προέκυψαν παράμετροι με αρκετά μικρό συντελεστή μεταβλητότητας για κάθε μια περίπτωση. Ωστόσο η εφαρμογή των σχέσεων αυτών σε δεδομένα της ίδια περιόδου δεν ανέδειξε κάποια ικανοποιητική επίδοση στη βαθμονόμηση λόγω της ευαισθησίας της υπόψη σχέσης ως προς κάποιες παραμέτρους της. Συμπερασματικά, η περιγραφή του ORP μέσω των μεταβλητών του συστήματος του αντιδραστήρα διαλείποντος έργου δεν είχε τα επιθυμητά αποτελέσματα. Ωστόσο αυτό το γεγονός δεν σημαίνει ότι είναι αδύνατο να δημιουργηθεί εμπειρική σχέση προσδιορισμού του ORP. Ενδεχομένως απαιτείται η εισαγωγή περισσότερων μεταβλητών στο σύστημα και διερεύνηση περισσότερων εμπειρικών σχέσεων, προκειμένου να εξασφαλιστεί μικρή ευαισθησία στις παραμέτρους και, συνεπώς, καλή προγνωστική ικανότητα. Επιπλέον, κρίνεται αναγκαία η συλλογή αξιόπιστων δειγμάτων μετρήσεων, που καλύπτουν μεγαλύτερες χρονικές περιόδους.