Multi-objective optimisation of wastewater treatment plant control to reduce greenhouse gas emissions

温室气体 污水处理 流出物 环境工程 废水 环境科学 废物管理 污染物 工程类 化学 生态学 有机化学 生物
作者
Christine Sweetapple,Guangtao Fu,David Butler
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:55: 52-62 被引量:107
标识
DOI:10.1016/j.watres.2014.02.018
摘要

This study investigates the potential of control strategy optimisation for the reduction of operational greenhouse gas emissions from wastewater treatment in a cost-effective manner, and demonstrates that significant improvements can be realised. A multi-objective evolutionary algorithm, NSGA-II, is used to derive sets of Pareto optimal operational and control parameter values for an activated sludge wastewater treatment plant, with objectives including minimisation of greenhouse gas emissions, operational costs and effluent pollutant concentrations, subject to legislative compliance. Different problem formulations are explored, to identify the most effective approach to emissions reduction, and the sets of optimal solutions enable identification of trade-offs between conflicting objectives. It is found that multi-objective optimisation can facilitate a significant reduction in greenhouse gas emissions without the need for plant redesign or modification of the control strategy layout, but there are trade-offs to consider: most importantly, if operational costs are not to be increased, reduction of greenhouse gas emissions is likely to incur an increase in effluent ammonia and total nitrogen concentrations. Design of control strategies for a high effluent quality and low costs alone is likely to result in an inadvertent increase in greenhouse gas emissions, so it is of key importance that effects on emissions are considered in control strategy development and optimisation.

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