イギリスの大手公共事業者向けの廃水処理シミュレーション

イギリスの大手公共事業者向けの廃水処理シミュレーション

引用文献:HM Government(2018)、廃棄物、資源:イギリスの戦略

引用文献:HM Government(2018)、
廃棄物、資源:イギリスの戦略

問題と状況:公共事業は廃水システムの有効性をどのように改善できますか?

イギリスの排水と下水処理事業は、87億ポンドに値し、42,000人を雇用しており、毎日160億トン以上の廃水を処理しています。そして、廃水の一部は、近年、エネルギーや他の産業で使用できるバイオリソースに利用されます。現在、廃水事業では規制緩和と競争が激化しており、水処理サイクルのさまざまな段階でサプライチェーンの革新の機会が生まれています。現在、公共事業会社は、バイオリソースの管理、廃水サプライチェーン、および物流ネットワークの効率化を収益性の高い産業にするために、互いに競合しています。

イギリスの水産業におけるサプライチェーンとプロセス制御管理の機会

イギリスの水産業における
サプライチェーンと
プロセス制御管理の機会

水道事業者にとって、特に産業の持続可能性という意味で、それらを考慮する場合、サプライチェーンとプロセスの資源効率を開発することはとても難しいのが現状です。バイオリソースをエネルギーのような有用な製品に転換する廃水ロジスティクス・ネットワークの新しい設計の概念および試みは、1つの案と言えます。それは経済的・環境上で大きな意味をなします。これを維持し潜在的に社会の生活の質を改善することに寄与することができます。しかし、廃水処理事業で資源効率を達成するには、新しいモデルと新しい考え方が必要です。

廃水処理プロセスの最適化:DES赤の範囲で示されるシステム図

廃水処理プロセスの最適化:
DES赤の範囲で示されるシステム図

そのため、イギリスの廃水処理会社が施設ネットワークのロジスティクスインフラストラクチャを最適化することを決定したとき、シミュレーション、最適化、機械学習を使用した意思決定ツールの作成を専門とするロンドンのコンサルティング会社であるdecisionLabの専門知識を求めました。DecisionLabのエンジニアは、資本投資が行われる前に、リスクのない環境で、特に新しいプロセスに重点を置いて、廃水処理のサプライチェーンをシミュレートしてテストする必要がありました。廃水処理シミュレーションモデルを使用すると、さまざまなタイプの沈殿および嫌気性消化施設の利用率を評価し、エネルギー投資に対する収益に基づいてその量を最適化できます。


最適化された構成は、次のものに結びつくでしょう:

効果的な廃水処理シミュレーションモデルを提供するための鍵は、運用の持続可能性を理解し、ロジスティクスとエネルギー投資のリターンを可視化することでした。どちらも‘net-positive’の影響につながります。これを決定するために、廃水サプライチェーン処理シミュレーションを使用して、システムが設備投資を最小限に抑え、インフラへのさらなる投資を可能にするのに十分な俊敏性があるかどうかを予測しました。

処理(青)、固化(黄色)、および消化(赤)のサイトとルーティングを示す廃水処理シミュレーションモデル

処理(青)、固化(黄色)、
および消化(赤)のサイトと
ルーティングを示す廃水
処理シミュレーションモデル

4つの異なるシナリオでの最適な物流ルーティングのベンチマークとなる廃水処理シミュレーション結果

4つの異なるシナリオでの最適な物流
ルーティングのベンチマークとなる廃水
処理シミュレーション結果

解決策

嫌気性消化能力の最適化システムフローとサービス対象

嫌気性消化能力の最適化
システムフローとサービス対象

廃水処理施設のネットワークをモデル化するために、decisionLabチームはAnyLogicシミュレーション機能を適用しました。このプラットフォームは、そのような複雑な環境のモデリングに最適であり、柔軟なモデリングツールにより、個別のイベントとエージェントベースのアプローチを組み合わせて使用できるため、開発モデルを最小コストと最大エネルギーリターンに最適化できます。また、AnyLogicは優れた視覚化機能を提供し、エンジニアがGIS機能を使用して物流ネットワークをより適切に表示し、データを視覚的に説得力のあるものにできるようにしました。

DecisionLabのコンサルタントは、業務の持続可能性を理解し、廃水処理のロジスティクスコストを確実に回収し、投資に対するエネルギーリターンがプラスであることを確認することに集中しました。クライアントをサポートするために、コンサルタントがシミュレートした4つのシナリオは次の通り:

嫌気性への投資に対するエネルギーリターン
2018年と2019年のダイジェスターサイト

嫌気性への投資に対するエネルギー
リターン 2018年と2019年
のダイジェスターサイト

結果

この作業の結果、公益事業者の産業エコロジーのための廃水処理シミュレーションモデルが開発されました。このモデルは、ネットワーク計画をサポートし、さまざまな仮定を証明するために使用でき、以下の主要業績評価指標をベンチマークするために特に使用されました。

最初の実験結果は、最高性能の嫌気性消化(AD)施設は、サプライチェーン全体に分散している500万から1000万リットルの容量を持つ施設であるということでした。これは、エンジニアリングチームが実施した静的分析では、集中型の大規模施設(<10或いは20-30万リットルの容量)がより多く消化できるため生産性が高いと想定していたため、これは驚くべき結果でした。これは、シミュレーションモデルを使用して間違っていることが判明しました。2番目の発見は、中規模の嫌気性消化施設が、投資に対するエネルギーリターンと再処理された水が供給されている人口の点ではるかに優れていることでした。

AnyLogicでのDecisionLabの作業は、クライアントの要件を満たしました。経済的およびエコロジー的に収益を最大化できる新しいインフラストラクチャとロジスティクス手法を使用して、現在のサプライチェーンを最適化するためのプロセスと代替アプローチをよりよく理解することができました。



The AnyLogic Conferenceでこの事例研究を紹介しているDr.AanandDavé氏のビデオを見るか、彼のプレゼンテーションをダウンロードしてください。

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