IVL Swedish Environmental Research Institute

Under de kommande åren står den svenska branschen för vatten och avlopp inför investeringar i storleksordningen 9 miljarder kronor årligen för att bygga om och bygga nya reningsverk. Samtidigt som vi ser en stor befolkningstillväxt ställs allt högre krav på vattnets reningsgrad, resurs- och kostnadseffektivitet kombinerat med krav på en minskad klimatpåverkan.Dimensioneringen av dagens reningsverk baseras ofta på generella tumregler där de inbyggda säkerhetsfaktorerna inte är transparenta. Dimensioneringen blir därför ofta subjektiv och svår att överblicka vilket kan öka risken för att de nya reningsverken blir onödigt resurskrävande och felaktigt dimensionerade. Projektet syftar till att utveckla metoder för modellbaserad dimensionering av avloppsreningsverk som stöds av nya datakällor.

Projektet ämnar också bidra till ett kunskapslyft inom processmodellering för ett kritiskt antal yrkesverksamma processingenjörer.Metoden för modellbaserad dimensionering innebär att en processmodell simuleras med olika dimensionerande scenarier tills alla bivillkor är uppfyllda. Varje scenario genererar nödvändiga värden för dimensionerande storheter, som processvolymer och kapacitet. Bivillkoren omfattar krav på processfunktionen, inklusive utsläppsvillkor och resursförbrukning. Dimensionerna justeras iterativt för att möta dessa krav. Då ett referensscenario jämförs med alternativa scenarion kan säkerhetsmarginaler definieras för olika dimensioner. Vidare diskuteras en ny typ av datakälla i form rörelsedata från mobilkommunikation. Detta ger en mer dynamisk bild av befolkningen inom reningsverkets upptagningsområde. Data från Uppsalaregionen visar att befolkningen varierar kraftigt under året, samt över veckan vilket därmed påverkar belastningen på avloppsreningsverket. Rörelsedata möjliggör en mer exakt uppskattning av personspecifik belastning inom ett område och helgbelastning är särskilt relevant för dessa beräkningar.

En dynamisk befolkningsuppskattning kan i förlängningen ha en betydande påverkan på den dimensionerande kapaciteten på reningsverket. Genom att samla VA-branschens föregångare gällande modellering har olika teman diskuterats under sex workshoppar. Den röda tråden för de olika frågeställningarna har varit dimensionering och upphandling av reningsverk, där varje deltagare har bidragit med var sin egen fallstudie taget direkt från vardagen.Projektet har demonstrerat de praktiska möjligheterna med processmodeller som dimensioneringsverktyg genom att de har nyttjats vid praktiskt relevanta tillämpningar av flera VA-organisationer och en konsult. Metodiken har skapat intresse i konsultledet, vilket är den grupp där kompetensuppbyggnad behöver ske när beställarorganisationerna efterfrågar modellstödda tjänster.

In the coming years, the Swedish water and wastewater industry faces investments of approximately 9 billion SEK annually to upgrade and build new treatment plants. While we are witnessing significant population growth, there are increasing demands for water treatment efficiency, resource and cost-effectiveness, combined with requirements to reduce climate impact.The sizing of today's treatment plants is often based on general rules of thumb, where the built-in safety factors are not transparent. This often makes the sizing subjective and difficult to overview, which can increase the risk that the new treatment plants will be unnecessarily resource-intensive and will not meet the requirements throughout their entire lifecycle.

The project aims to develop methods for model-based sizing of wastewater treatment plants, supported by new data sources. It also intends to contribute to a knowledge boost in process modelling for a critical number of practicing process engineers.The model-based sizing method involves simulating a process model with various dimensioning scenarios until all constraints are met. Each scenario generates necessary values for dimensioning variables, such as process volumes and capacities. The constraints include requirements for process functionality, including discharge conditions and resource consumption. The dimensions are iteratively adjusted to meet these requirements. By comparing a reference scenario with alternative scenarios, safety margins can be defined for different dimensions.Furthermore, a new type of data source is discussed in the form of mobility data from mobile communication. This provides a more dynamic picture of the population within the treatment plant's catchment area. Data from the Uppsala region shows that the population varies significantly throughout the year and week, thus affecting the load on the wastewater treatment plant. Mobility data enables a more accurate estimation of per capita load in an area, and weekend load is particularly relevant for these calculations.

A dynamic population estimate can ultimately have a significant impact on the dimensioning capacity of the treatment plant.By gathering the pioneers of the water and wastewater industry regarding modelling, various themes have been discussed during six workshops. The common thread for the different questions has been the sizing and procurement of treatment plants, where each participant has contributed their own case study drawn directly from everyday life.The project has demonstrated the practical possibilities of process models as sizing tools, as the developed sizing methodology has been applied by several water and wastewater organizations and one consultant. The methodology has generated interest among consultants, which is the group where capacity building needs to occur as client organizations request model-supported services.