English
Woda – modelowanie hydrauliczne – oszczędzanie – optymalizacja to słowa klucze, które najczęściej pojawiają się w rozmowach z przedstawicielami branży wod-kan w ostatnich latach, w Polsce i na świecie. Niepewna i często trudna sytuacja na rynku energii i problematyka taryfowa wpływają znacząco na budżety przedsiębiorstw wodociągowo-kanalizacyjnych, a gdy dołożymy do tego brak stabilności w polityce krajowej i międzynarodowej to otrzymamy scenariusz na bardzo trudne czasy. Postaram się odpowiedzieć na pytanie, czy modelowanie i analizy mogą być pomocne w rozwiązywaniu bieżących problemów w branży.
Narzędzia modelowe mają wiele twarzy, szczególnie w aspekcie zarządzania przedsiębiorstwem wod-kan i oszczędzania wody jako cennego zasobu, jednak nie tylko w ujęciu ilościowym, ale również jakościowym. W odniesieniu do obiegu wody w mieście możemy ograniczyć się do trzech głównych obszarów.
Po pierwsze: modelowanie w wodociągach
Podstawowy zakres stosowania modeli hydraulicznych w obszarze sieci wodociągowej polega na obliczaniu przepływu i ciśnienia wody w przewodach. Analiza powyższych wyników, w odniesieniu do wysokości zasilanych wodą budynków, pozwala wskazać miejsca problematyczne i po wdrożeniu odpowiednich działań naprawczych może przynieść efekt w postaci redukcji strat wody w sieci.
W dobie cyfryzacji i wszechobecności terminu „big data” relatywnie proste jest bezkosztowe pozyskiwanie danych z numerycznych modeli pokrycia terenu, prezentujących bezwzględną wysokość wszystkich obiektów zlokalizowanych na danym obszarze (budynki, drzewa, mosty itd.). Wysokość każdego budynku w badanej strefie możemy modelowo porównać z minimalną wartością bezwzględną ciśnienia w węźle, z którego jest zasilany. Takie przetworzenie podstawowych wyników umożliwia ocenę przyjętych wartości (nastaw) ciśnienia i stwarza pole do optymalizacji. Redukcja ciśnienia o 2 – 3m H2O, w przypadku korzystnej struktury materiałowej w analizowanej strefie, przynosi wymierne efekty w redukcji wycieków.
Efektem ubocznym wprowadzonej korekty nastawy ciśnienia, może być redukcja zużycia energii elektrycznej przez agregaty pompowe zasilające obszar.
Po drugie: modelowanie – kanalizacja
Główną funkcją sieci kanalizacyjnej, niezależnie od jej rodzaju, jest transport ścieków, będących w większości mieszaniną wody i innych substancji. Z punktu widzenia przedsiębiorstwa wod-kan ważne jest utrzymanie jak najwyższej efektywności przepływów z uwzględnieniem wartości granicznych, które umożliwią skuteczną pracę oczyszczalni i ochronę jakości wód przed awaryjnymi zrzutami ścieków.
Modele hydrauliczne sieci kanalizacyjnych, już w zakresie podstawowych wyników symulacji (przepływ i napełnienie w kolektorach), pozwalają na identyfikację tzw. „wąskich gardeł” w sieci. Ich eliminacja przekłada się na zwiększenie efektywności transportu ścieków. Jednak dopiero globalne podejście do zarządzania w całym systemie daje wymierne efekty służące ochronie jakości wód poprzez np. zwiększenie retencyjności sieci i opóźnienie spływu. Mnogość rozwiązań technicznych samych urządzeń retencyjnych, możliwości wykorzystania istniejącej retencji sieci czy próba przyjęcia założeń związanych np. z intensywnością, rozkładem i prawdopodobieństwem opadu powoduje, że optymalny dobór rozwiązań jest trudny. Modele hydrauliczne umożliwiają prowadzenie analiz w różnych scenariuszach, co przekłada się na możliwość wyboru optymalnego rozwiązania z uwzględnieniem wielu celów, również ochrony jakości wód.
Zretencjonowana woda opadowa, przy uwzględnieniu ekologicznego podejścia do gospodarowania nią w mieście, może służyć chociażby do podlewania zieleni. Oszczędzamy w ten sposób zasoby wody pitnej, które zwykle są również wykorzystywane w celach ogrodniczych. W obliczu kryzysu wodnego i ostatnio występujących lat suchych, narzędzia i działania wspierające przedsiębiorstwa wod-kan w retencjonowaniu wody, powinny być powszechne.
Po trzecie: modelowanie – oczyszczalnia
„Bezpieczne” doprowadzenie ścieków do oczyszczalni niestety nie gwarantuje jeszcze realizacji procesów oczyszczania z uwzględnieniem optymalnych parametrów. Dostępne na rynku narzędzia modelowe umożliwiają zaawansowaną analizę procesów, optymalizację, a nawet nadzór w trybie rzeczywistym, tzw. real-time.
Wykorzystując podstawowe założenie modelowania, czyli możliwość weryfikacji odpowiedzi na pytanie: co by było, gdyby…, możemy w kolejnych próbach symulacji zweryfikować założenia, efektywność procesu oczyszczania, stosowania zasobów (dozowanych chemikaliów), wykorzystania i odzysku energii elektrycznej i cieplnej oraz reakcji na niepożądane sytuacje. Co więcej, dynamiczne procesy oczyszczania ścieków nierzadko wymagają podejmowania krytycznych decyzji w krótkim czasie. Tzw. cyfrowy bliźniak (digital twin) w odniesieniu do oczyszczalni ścieków docelowo służy wspomaganiu decyzji operatora poprzez ciągłe analizowanie danych z czujników i rekomendację optymalnych nastaw. Technologia ma bezpośrednie przełożenie na efektywność w aspekcie jakości wody zrzucanej do odbiorników, a zatem także poprawy jakości środowiska.
Ochrona zasobów wody zadaniem przedsiębiorstw
Wyzwaniem dla każdego przedsiębiorstwa wod-kan jest ochrona zasobów wody. Z pomocą przychodzi modelowanie, dzięki któremu możemy kontrolować obieg wody w mieście od ujęcia (czyli od momentu wydobycia jej z naturalnego obiegu wody w przyrodzie) aż po ponowne jej zwrócenie (po przeprowadzeniu efektywnych procesów oczyszczania). Wskazanie ochrony zasobów wody jako głównych zadań przedsiębiorstw wod-kan i realizacja strategii temu służących, korzystnie wpływa na ekonomiczne aspekty funkcjonowania zakładów, pozwalając uniezależnić się od czynników politycznych i rynkowych w przyszłości.
Podsumowując, niewątpliwie analizy modelowe mogą być pomocne w rozwiązywaniu bieżących problemów w przedsiębiorstwach wod-kan w wielu obszarach ich działalności i istniejących zobowiązań prawnych i konsumenckich. Dla sieci wodociągowej jest to przede wszystkim potencjał do zmniejszenia strat wody i energii. Modelowanie daje sieci kanalizacyjnej m.in. możliwość optymalizacji transportu ścieków, ale pozwala także na zwiększenie zdolności retencyjnej obszarów miejskich i efektywne zarządzanie wodami opadowymi, redukując ryzyko podtopień. Także w procesie oczyszczania ścieków narzędzia modelowe z powodzeniem wspierają bieżącą pracę operatorów oczyszczalni, optymalizując procesy pod względem energetycznym i biologicznym. Narzędzia te stają się coraz bardziej powszechne, a efekty ich wdrażania widoczne są w wielu przedsiębiorstwach wod-kan zaawansowanych w tym obszarze.
