Wat professionals moeten weten over CFD in de waterzuivering

‍De evolutie van een digitale tool

Voor zowel professionals die nieuw zijn in de watersector als ervaren ingenieurs is Computational Fluid Dynamics (CFD) in de afgelopen tien jaar sterk geëvolueerd. Dankzij vooruitgang in computerhardware en de toenemende druk vanuit de sector, onder meer door strengere en veranderende wetgeving en eisen, stijgende energieprijzen en de noodzaak van klimaatmitigatie en -adaptatie, is CFD uitgegroeid tot een onmisbaar instrument voor onderbouwde besluitvorming in de praktijk. Zoals we toegelichtten in onze recente crash course voor de sector, is het doel van hedendaagse CFD om professionals te ondersteunen bij het nemen van juiste en toekomstbestendige beslissingen over kostbare zuiveringsinfrastructuur.

Fysisch gebaseerde modellering voor een complex mengsel

Water- en afvalwaterzuivering vormt een bijzondere uitdaging, omdat we typisch te maken hebben met een complex mengsel waarin veel meer dan enkel water zit. Behandelingsprocessen omvatten ook gassen (bellen), vaste stoffen (deeltjes, granules, vlokken, …) en chemische of biochemische reacties. Omdat CFD van nature fysisch gebaseerd is, kan het al deze zaken realistisch meenemen, inclusief de eigenschappen van slib, massaoverdracht en reactiekinetiek.

Daardoor biedt CFD zeer realistische ‘wat-als’ simulaties, wat het vandaag tot een van de krachtigste instrumenten binnen de procestechnologie maakt. Bij AM-Team hebben we op maat gemaakte CFD-modellen ontwikkeld voor vrijwel elk afzonderlijk zuiveringsproces. Laat ons even naar enkele voorbeelden kijken.

Voorbeelden van toepassingen

CFD wordt ingezet voor technologie-opschaling, detailontwerp en de dagelijkse bedrijfsvoering. Hier zijn enkele voorbeelden:

• Optimalisatie van industriële afvalwaterbehandeling: Bij de afvalwaterzuiveringsinstallatie van Bayer in Antwerpen werden 3D-modellen gebruikt om een fundamentele proceswijziging virtueel te testen. Deze virtuele validatie leidde tot een vermindering van 40% in het gebruik van natriumhydroxide (NaOH) en 35% minder slib, wat neerkomt op een besparing van honderden tonnen chemicaliën per jaar. De proceswijziging werd succesvol in de praktijk gebracht.
• Snelle systeemupgrades: Voor de upgrade van het biologische zuiveringssysteem van DC Water werd geavanceerde bioreactormodellering van AM-Team ingezet om de gevoeligheid van de systeemprestaties voor subtiele ontwerpwijzigingen te evalueren. Het volledige simulatieproject werd in slechts zes weken afgerond, waardoor het nieuwe systeem efficiënt kon worden afgestemd op de vooropgestelde effluentkwaliteitsdoelstellingen. Het systeem functioneert vandaag optimaal, zoals door het model was voorspeld.
• Beperking van broeikasgasemissies: Evides Industriewater maakte gebruik van de AMNOXA™-oplossing van AM-Team om de belangrijkste bronnen van lachgasemissies (N₂O) in een full-scale installatie in kaart te brengen. Virtuele evaluatie van mitigatiestrategieën rond koolstofdosering wees op een potentiële reductie van 87% in N₂O-emissies, gecombineerd met een besparing van 10% op externe koolstof. De wijziging wordt momenteel in de praktijk gebracht.
• Bescherming van drinkwaterkwaliteit: Voor drinkwaterbedrijf water-link werd modellering ingezet om de menging in een oppervlaktewaterbekken van 2,6 miljoen kubieke meter te optimaliseren. Door de strategische plaatsing en luchttoevoer van puntbeluchters virtueel te testen, konden temperatuur- en zuurstofstratificatie succesvol worden weggewerkt, waardoor het risico op schadelijke blauwalgenbloei sterk werd verminderd. De stabiliteit van de bedrijfsvoering verbeterde aanzienlijk na implementatie.

De aanpak van AM-Team: een model dat aansluit bij het doel

Omdat de toepassingen van modellering zo uiteenlopend zijn, vermijden wij een een ‘one-size-fits-all-benadering’. Onze model-fit-for-purpose-aanpak vertrekt altijd vanuit het probleem, niet vanuit het model. Afhankelijk van de specifieke uitdaging moet een model soms bewust vereenvoudigd worden om onnodige complexiteit te vermijden, terwijl in andere gevallen juist extra complexiteit nodig is om tot betrouwbare resultaten te komen. Ervaring speelt hierbij een sleutelrol.

Als internationale implementatiepartner combineert AM-Team deze mechanistische procesexpertise met datagedreven AI-oplossingen om de grootste uitdagingen binnen de sector aan te pakken.

Uiteindelijk vormen deze strategische modelleringsinspanningen de bouwstenen voor de toekomst van bedrijfsvoering op installaties: de Digital Twin. Door de zeer intelligente, fysisch gebaseerde kern van statische modellen te combineren met real-time modellen, kan de watersector volwaardige Digital Twins opbouwen die de efficiëntie van bestaande assets maximaliseren en tegelijk toekomstige investeringen in infrastructuur minder risicovol maken.

‍